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VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen U.S.-Anmeldung Nummer 61/594,627, eingereicht am 3. Februar 2012, deren gesamte Inhalte hiermit durch Bezugnahme mit aufgenommen sind.
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GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrganggetriebe. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung eine Zahnrad- und Kupplungsanordnung für ein Mehrganggetriebe.
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HINTERGRUND
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Die Aussagen in diesen Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformationen, die mit der vorliegenden Offenbarung in Beziehung stehen, und brauchen keinen Stand der Technik zu bilden.
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Ein typisches Mehrganggetriebe benutzt eine Kombination aus Reibkupplungen, Planetenradanordnungen und festen Verbindungen, um eine Mehrzahl von Übersetzungsverhältnissen zu erreichen. Die Anzahl und physikalische Anordnung der Planetenradsätze im Allgemeinen werden durch den Bauraum, die Kosten und die gewünschten Drehzahlverhältnisse oder Gänge vorgeschrieben.
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Obgleich gegenwärtige Getriebe ihren vorgesehenen Zweck erfüllen, ist der Bedarf für neue und verbesserte Getriebekonfigurationen, die ein verbessertes Leistungsvermögen, insbesondere von den Standpunkten des Wirkungsgrades, des Ansprechvermögens und des ruhigen Betriebes aus, sowie einen verbesserten Bauraum, primär reduzierte Größe und reduziertes Gewicht, zeigen, im Wesentlichen konstant. Dementsprechend gibt es einen Bedarf für ein verbessertes, kostengünstiges und kompaktes Mehrganggetriebe.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Getriebe umfasst ein Eingangselement, ein Ausgangselement, zumindest vier Planetenradsätze, mehrere Kopplungselemente und mehrere Drehmomentübertragungseinrichtungen. Jeder der Planetenradsätze umfasst ein erstes, zweites und drittes Element. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen umfassen Kupplungen und Bremsen, die in verschiedenen Kombinationen betätigt werden, um eine Mehrzahl von Vorwärtsübersetzungsverhältnissen und ein Rückwärtsübersetzungsverhältnis herzustellen.
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In einer Anordnung umfasst das Getriebe ein Eingangselement und ein Ausgangselement, eine Mehrzahl von Zahnradanordnungen, eine Mehrzahl von Drehmomentübertragungsmechanismen, einen Drehmomentwandler und einen Verteilermechanismus. Zumindest eine von der Mehrzahl von Planetenradanordnungen ist mit dem Eingangselement gekoppelt, und zumindest eine andere von der Mehrzahl von Zahnradanordnungen ist mit dem Ausgangselement gekoppelt. Die Mehrzahl von Drehmomentübertragungsmechanismen ist selektiv einrückbar, um zumindest zehn Vorwärtsgänge und zumindest einen Rückwärtsgang mittels der Mehrzahl von Zahnradanordnungen und zwischen den Eingangs- und Ausgangselementen herzustellen. Der Drehmomentwandler ist derart mit dem Eingangselement gekoppelt, dass der Drehmomentwandler Eingangsdrehmoment an das Eingangselement liefert. Der Verteilermechanismus ist mit dem Ausgangselement gekoppelt und umfasst eine Differenzialanordnung, die Vorderrad- und Allrad-Antriebsmodi für das Kraftfahrzeug zur Verfügung stellt.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendbarkeitsbereiche werden aus der hierin angegebenen Beschreibung deutlich werden. Es ist zu verstehen, dass die Beschreibung und besonderen Beispiele lediglich zu Veranschaulichungszwecken dienen und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
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ZEICHNUNGEN
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken. Die Komponenten in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstäblich, sondern die Betonung liegt stattdessen auf der Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung. Darüber hinaus bezeichnen in den Figuren überall in den Ansichten gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile. In den Zeichnungen:
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1 ist eine schematische Darstellung eines Getriebes mit einer Zahnrad- und Kupplungsanordnung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Wahrheitstabelle, die den Einrückungszustand der verschiedenen Drehmomentübertragungselemente in jedem der verfügbaren Vorwärts- und Rückwärtsgänge oder -übersetzungsverhältnisse des in 1 veranschaulichten Getriebes darstellt; und
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3 veranschaulicht einen alternativen Verteilermechanismus für das in 1 gezeigte Getriebe gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Nutzungen nicht beschränken.
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Zu Beginn ist festzustellen, dass die Ausführungsformen der Mehrgang-Automatikgetriebe der vorliegenden Erfindung eine Anordnung von permanenten mechanischen Verbindungen zwischen den Elementen der vier Planetenradsätze aufweisen. Eine zweite Komponente oder ein zweites Element eines ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einer dritten Komponente oder einem dritten Element des dritten Planetenradsatzes gekoppelt. Eine dritte Komponente oder ein drittes Element des ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einer zweiten Komponente oder einem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes gekoppelt. Eine dritte Komponente oder ein drittes Element des zweiten Planetenradsatzes ist permanent mit einer zweiten Komponente oder einem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes und einer dritten Komponente oder einem dritten Element des vierten Planetenradsatzes gekoppelt. Eine erste Komponente oder ein erstes Element des dritten Planetenradsatzes ist permanent mit einer zweiten Komponente oder einem zweiten Element des vierten Planetenradsatzes gekoppelt.
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Nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist in 1 ein Getriebe mit einer Zahnrad- und Kupplungsanordnung, die die Prinzipien der vorliegende Erfindung verkörpert, gezeigt und mit 10 bezeichnet. Das Getriebe 10 umfasst eine Eingangswelle oder ein Eingangselement 12, einen ersten Planetenradsatz 14, einen zweiten Planetenradsatz 16, einen dritten Planetenradsatz 18 und einen vierten Planetenradsatz 20 und eine Ausgangswelle oder ein Ausgangselement 22.
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Das Eingangselement 12 ist ständig mit dem ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Das Ausgangselement 22 ist mit dem zweiten Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 und dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der zweite Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der dritte Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der dritte Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 ist mit dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der erste Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 ist mit dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Der zweite Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 ist mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt.
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Eine erste Kupplung 26 verbindet das Eingangselement oder die Eingangswelle 12 und den ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 und dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20. Eine zweite Kupplung 28 verbindet das Eingangselement oder die Eingangswelle 12 und den ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16, dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 und dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20. Eine dritte Kupplung 30 verbindet den dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18, dem zweiten Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 und dem Ausgangselement 22. Die dritte Kupplung 30 kann in einer Vielfalt von Wegen ausgeführt sein. Zum Beispiel verbindet die dritte Kupplung 30 in verschiedene Implementierungen irgendwelche zwei Knoten in entweder dem Zahnradsatz 18 oder irgendwelche zwei Knoten in dem Zahnradsatz 30. Eine erste Bremse 32 verbindet den ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20 selektiv mit einem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 50. Eine zweite Bremse 34 verbindet den ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 und den zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 50. Eine dritte Bremse 36 verbindet den dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16, den zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 und den dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 50. Die dritte Bremse 36 kann eine wählbare Einwegkupplung sein.
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Der Planetenradsatz 14 umfasst ein Sonnenradelement 14A, ein Hohlradelement 14C und ein Planetenradträgerelement 14B, das einen Satz Planetenräder 14D drehbar lagert. Das Sonnenradelement 14A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 42 verbunden. Das Hohlradelement 14C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Das Planetenträgerelement 14B ist zur gemeinsamen Rotation mit der Ausgangswelle oder dem Ausgangselement 22 verbunden. Die Planetenräder 14D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenradelement 14A als auch dem Hohlradelement 14C zu kämmen.
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Der Planetenradsatz 16 umfasst ein Sonnenradelement 16A, ein Hohlradelement 16C und ein Planetenradträgerelement 16B, das einen Satz Planetenräder 16D drehbar lagert. Das Sonnenradelement 16A ist zur gemeinsamen Rotation mit der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12 verbunden. Das Hohlradelement 16C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 46 verbunden. Das Planetenträgerelement 16B ist zur gemeinsamen Rotation mit der zweiten Welle oder dem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Die Planetenräder 16D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenradelement 16A als auch dem Hohlradelement 16C zu kämmen.
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Der Planetenradsatz 18 umfasst ein Sonnenradelement 18A, ein Hohlradelement 18C und ein Planetenradträgerelement 18B, das einen Satz Planetenräder 18D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenradelement 18A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Welle oder einem vierten Verbindungselement 48, einer fünften Welle oder einem fünften Verbindungselement 52 und einer sechsten Welle oder einem sechsten Verbindungselement 60 verbunden. Das Hohlradelement 18C ist zur gemeinsamen Rotation mit der Ausgangswelle oder dem Ausgangselement 22 verbunden. Das Planetenträgerelement 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit der dritten Welle oder dem dritten Verbindungselement 46 und mit einer siebten Welle oder einem siebten Verbindungselement 54 verbunden. Die Planetenräder 18D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenradelement 18A als auch dem Hohlradelement 18C zu kämmen.
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Der Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenradelement 20A, ein Hohlradelement 20C und ein Planetenradträgerelement 20B, das einen Satz Planetenräder 20D drehbar lagert. Das Sonnenradelement 20A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer achten Welle oder einem achten Verbindungselement 56 verbunden. Das Hohlradelement 20C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer neunten Welle oder einem neunten Verbindungselement 58 und mit der sechsten Welle oder dem sechsten Verbindungselement 54 verbunden. Das Planetenträgerelement 20B ist zur gemeinsamen Rotation mit der fünften Welle oder dem fünften Verbindungselement 52, der vierten Welle oder dem vierten Verbindungselement 48 und der sechsten Welle oder dem sechsten Verbindungselement 60 verbunden. Die Planetenräder 20D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenradelement 20A als auch dem Hohlradelement 20C zu kämmen.
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Das Getriebe 10 umfasst auch Drehmomentübertragungsmechanismen oder Kupplungen 26, 28, 30 und Bremsen 32, 34, 36 und 38, die für eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Gehäuses sorgen. Zum Beispiel ist die erste Kupplung 26 selektiv einrückbar, um die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 mit der vierten Welle oder dem vierten Verbindungselement 48 zu verbinden. Die zweite Kupplung 28 ist selektiv einrückbar, um die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 mit der dritten Welle oder dem dritten Verbindungselement 46 zu verbinden. Die dritte Kupplung 30 ist selektiv einrückbar, um die Ausgangswelle oder das Ausgangselement 22 mit der sechsten Welle oder dem sechsten Verbindungselement 54 zu verbinden. Die erste Bremse 32 ist selektiv einrückbar, um die sechste Welle oder das sechste Verbindungselement 60 mit dem feststehenden Element oder einem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 60 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die zweite Bremse 34 ist selektiv einrückbar, um die achte Welle oder das achte Verbindungselement 56 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 60 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die dritte Bremse 36 ist selektiv einrückbar, um die neunte Welle oder das neunte Verbindungselement 58 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 58 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die vierte Bremse 38 ist selektiv einrückbar, um die erste Welle oder das erste Verbindungselement 42 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 42 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken.
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Es ist festzustellen, dass das Getriebe 10 in der Lage ist, Drehmoment von der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12 auf die Ausgangswelle oder das Ausgangselement 22 in zumindest zehn Vorwärtsdrehzahlverhältnissen oder Vorwärtsdrehmomentverhältnissen und zumindest einem Rückwärtsdrehzahlverhältnis oder Rückwärtsdrehmomentverhältnis zu übertragen. Jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnis wird durch Einrückung von einem oder mehreren der Drehmomentübertragungsmechanismen (d. h. erste Kupplung 26, zweite Kupplung 28, dritte Kupplung 30, erste Bremse 32, zweite Bremse 34, dritte Bremse 36 und vierte Bremse 36) erzielt. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen 26, 28, 30, 32, 34, 36 und 38 können jeder geeignete Typ von Einrichtung sein. Zum Beispiel können sie Reibkupplungen, Kupplungsbänder, Klauenkupplungen oder Synchroneinrichtungsmechanismen sein. Die sieben Drehmomentübertragungseinrichtungen 26, 28, 30, 32, 34, 36 und 38 können in jeder geeigneten Weise angeordnet sein, um interne Bauraumkomplikationen zu minimieren. Ferner kann die Drehmomentübertragungseinrichtung 30 ein Lagertyp einer angewandten Kupplung sein.
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2 ist eine Wahrheitstabelle, die die verschiedenen Kombinationen von Drehmomentübertragungsmechanismen darstellt, die aktiviert oder eingerückt werden, um die verschiedenen Gangzustände zu erreichen. Ein ”X” in dem Kasten bedeutet, dass die besondere Kupplung oder Bremse eingerückt ist, um den gewünschten Gangzustand zu erreichen. Tatsächliche numerische Übersetzungsverhältnisse der verschiedenen Gangzustände sind ebenfalls dargestellt, obwohl festzustellen ist, dass diese Zahlenwerte nur beispielhaft sind und dass sie über beträchtliche Bereiche eingestellt werden können, um sich verschiedenen Anwendungen und Betriebskriterien des Getriebes 10 anzupassen. Natürlich sind andere Übersetzungsverhältnisse abhängig von dem gewählten Zahnraddurchmesser, der gewählten Zahnradzähnezahl und der gewählten Zahnradkonfiguration erreichbar.
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Es ist festzustellen, dass die vorstehende Erläuterung der Arbeitsweise und der Gangzustände des Zehnganggetriebes 10 zuallererst von der Annahme ausgeht, dass alle in einem gegebenen Gangzustand nicht speziell genannten Kupplungen inaktiv oder ausgerückt sind, und zweitens während Gangschaltvorgängen, d. h. Wechseln des Gangzustands, zwischen zumindest benachbarten Gangzuständen, eine in beiden Gangzuständen eingerückte oder aktivierte Kupplung eingerückt oder aktiviert bleiben wird.
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Wieder unter Bezugnahme auf 1 ist gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 ständig mit einem Drehmomentwandler, wie etwa der Startvorrichtung 70, verbunden, und die Ausgangswelle oder das Ausgangselement 22 ist ständig mit einem Ausgangsverteilermechanismus 90 verbunden. Die Startvorrichtung 70 umfasst einen Torus 72, der in einem Gehäuse 71 enthalten ist, das mit dem Getriebegehäuse 50 gekoppelt ist. Der Torus 72 ist mit einem Leitrad durch eine Einwegkupplung 74 verbunden, die sicherstellt, dass der Torus in nur einer Richtung rotiert. Der Torus 72 ist auch mit der Kraftmaschine des Kraftfahrzeugs durch eine Welle oder ein Element 78 verbunden. Die Startvorrichtung 70 umfasst ferner eine doppelte Feder/Dämpfer-Anordnung 82 mit zwei Federn/Dämpfern 80 und 84. Die Feder/Dämpfer-Anordnung 82 ist mittels einer Kupplung 76 selektiv mit dem Torus 72 gekoppelt, um Schwingungsübertragung auf das Getriebe 10 zu minimieren. Ferner wird Drehmoment von der Kraftmaschine auf das Getriebe 10 übertragen, wenn die Kupplung 76 eingerückt ist. Bei anderen Implementierungen kann die Startvorrichtung 70 eine Fluidkupplung sein, die einer Schlupfwirkung ausgesetzt und optional mit einer Überbrückungskupplung, einer nassen oder trockenen Reibkupplungstyp oder einer P2-Elektromotorvorrichtung versehen ist.
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Der Verteilermechanismus 90 ist mittels eines Paares Kettenräder 92 und 94, die mittels einer Kette 96 miteinander verbunden sind, mit der Ausgangswelle oder dem Ausgangselement 22 gekoppelt. Der Verteilermechanismus 90 umfasst einen Planetenradsatz mit einem Sonnenradelement 98A, einem Hohlradelement 98C und einem Planetenradträgerelement 98B, das einen Satz Planetenräder 98D drehbar lagert. Das Sonnenradelement 98A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer Welle oder einem Verbindungselement 100 verbunden. Das Hohlradelement 98C ist mit dem Getriebegehäuse 50 verbunden. Das Planetenträgerelement 98B ist zur gemeinsamen Rotation mit einem offenen Differenzial, wie etwa einer Ritzel/Zahnrad-Anordnung 102 verbunden. Die Planetenräder 98D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenradelement 98A als auch dem Hohlradelement 98C zu kämmen.
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Die Ritzel/Zahnrad-Anordnung 102 umfasst einen Stift 114, der mit einem Satz Ritzelrädern 122 derart in Eingriff steht, dass Drehmoment von dem Getriebe 10 durch die Ritzel/Zahnrad-Anordnung auf einen Satz Achsen 106 und 108 übertragen wird, die die Vorderräder des Kraftfahrzeugs antreiben. Der Verteilermechanismus 90 umfasst ferner ein Paar Mechanismen 110 und 112, die mit jeweiligen Kerbzähnen derart in Eingriff stehen, dass das Getriebe 10 zur Verwendung in einem Allrad-Antriebsmodus geeignet ist.
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In einer anderen Anordnung ist der Zweiachsen-Kettenmechanismus 90 durch einen Dreiachsen-Zahnradverteilermechanismus 190, der in 3 gezeigt ist, ersetzt. Der Verteilermechanismus 190 umfasst ein Satz Zahnräder 192, 194 und 196, die mit einem großen Hohlrad 198 gekoppelt sind. Das große Hohlrad 198 ist an einer Welle 202 angebracht, die durch einen Satz Lager 204 gelagert ist. Ein kleineres Hohlrad 200 ist auch an der Welle 202 derart angebracht, dass es eine Vervielfacherwirkung zwischen dem großen Hohlrad 198 und dem kleinen Hohlrad 200 gibt. Drehmoment wird von dem Zahnrad 200 auf ein anderes Zahnrad 206 übertragen, das wiederum eine Welle oder ein Element 208 rotiert. Die Welle oder das Element 208 ist mit der Ritzel/Zahnrad-Anordnung 102 verbunden. Die Komponenten und die Arbeitsweise der Ritzel/Zahnrad-Anordnung 102 ist die gleiche wie die oben anhand des Zweiachsen-Kettenverteilermechanismus beschriebene.
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Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und Abwandlungen, die nicht vom Kern der Erfindung abweichen, sollen im Umfang der Erfindung liegen. Derartige Abwandlungen sind nicht als eine Abweichung vom Gedanken und Umfang der Erfindung anzusehen.
