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Die Erfindung betrifft Getriebe mit elf Gängen, vier Planetenradsätzen und sechs Drehmomentübertragungsmechanismen.
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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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Die
DE 10 2008 055 626 A1 offenbart ein Neunganggetriebe, umfassend ein Getriebegehäuse, ein Eingangselement, ein Ausgangselement, einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz, die jeweils ein Sonnenrad, ein Trägerelement und ein Hohlrad aufweisen, wobei das Eingangselement ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem Planetenträger eines ersten Planetenradsatzes und einem Sonnenrad eines zweiten Planetenradsatzes verbunden ist und das Ausgangselement ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem Trägerelement eines dritten Planetenradsatzes verbunden ist. Es sind sechs Drehmomentübertragungsmechanismen vorgesehen, von denen drei Kupplungen und drei Bremsen sind. Das Eingangselement ist über einen Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv mit dem Sonnenrad eines vierten Planetenradsatzes verbindbar und das Ausgangselement ist über einen weiteren Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes verbindbar.
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Die
DE 10 2010 007 613 A1 offenbart ein Vierzehnganggetriebe, umfassend ein Getriebegehäuse, ein Eingangselement, ein Ausgangselement, einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz, die jeweils ein Sonnenrad, ein Trägerelement und ein Hohlrad aufweisen, wobei das Eingangselement ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem Planetenträger eines ersten Planetenradsatzes verbunden ist und das Ausgangselement ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem Trägerelement eines dritten Planetenradsatzes und dem Trägerelement eines vierten Planetenradsatzes verbunden ist. Es sind sechs Drehmomentübertragungsmechanismen vorgesehen, von denen vier Kupplungen und zwei Bremsen sind. Das Eingangselement ist über einen Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv mit dem Sonnenrad eines zweiten Planetenradsatzes und dem hohlradeines dritten Planetenradsatzes verbindbar.
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Aus der nachveröffentlichten
DE 10 2012 203 069 A1 sind Neunganggetriebe bekannt, umfassend ein Getriebegehäuse, ein Eingangselement, ein Ausgangselement, einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz, die jeweils ein Sonnenrad, ein Trägerelement und ein Hohlrad aufweisen, wobei das Eingangselement ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem Sonnenrad eines ersten Planetenradsatzes verbunden ist und das Ausgangselement ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem Sonnenrad eines weiteren Planetenradsatzes verbunden ist. Es sind sechs Drehmomentübertragungsmechanismen vorgesehen, von denen drei Kupplungen und drei Bremsen sind. Das Eingangselement ist über zwei oder drei Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv mit weiteren Elementen der Planetenradsätze verbindbar.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, alternative Getriebe mit vier Planetenradsätzen und sechs Drehmomentübertragungsmechanismen zur Verfügung zu stellen, die elf Vorwärtsdrehzahlverhältnisse und zwei Rückwärtsdrehzahlverhältnisse bieten.
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Diese Aufgabe wird durch Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben:
- 1 ist ein Hebeldiagramm eines Getriebes gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist eine schematische Darstellung des Getriebes von 1 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
- 3 ist eine Schalttabelle, die ein Beispiel eines Einrückungszustandes von verschiedenen Drehmoment übertragenden Elementen, um elf Vorwärtsdrehzahl- oder -übersetzungsverhältnisse und zwei Rückwärtsdrehzahl- oder -übersetzungsverhältnis des in den 1-2 veranschaulichten Getriebse zu erzeugen, darstellt; und
- 4A, 4B, 5A und 5B sind Diagrammdarstellungen von verschiedenen Verbindungen der dritten Kupplung 28 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
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So wie es hierin verwendet wird, bezieht sich Kopplung oder Verbindung auf eine direkte, ständige und permanente Kopplung oder Verbindung, zum Beispiel durch ein starres Element oder eine starre Welle, zwischen Elementen. Eine selektive Kopplung oder Verbindung andererseits bezieht sich auf eine selektive Kopplung durch eine Kupplung oder Bremse, wobei die Kupplung oder Bremse eingerückt und ausgerückt werden kann, so dass, wenn sie eingerückt ist, die selektiv gekoppelten oder verbundenen Elemente gemeinsam rotieren, jedoch wenn sie ausgerückt ist, die selektiv gekoppelten oder verbundenen Elemente frei sind, unabhängig zu rotieren.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Elfganggetriebe 10 in einem Hebeldiagrammformat veranschaulicht. Ein Hebeldiagramm ist eine schematische Darstellung der Komponenten einer mechanischen Einrichtung, wie eines Automatikgetriebes. Jeder einzelne Hebel stellt einen Planetenradsatz dar, wobei die drei grundlegenden mechanischen Komponenten des Planetengetriebes jeweils durch einen Knoten dargestellt sind. Daher enthält ein einzelner Hebel drei Knoten: einen für das Sonnenrad, einen für den Planetenradträger und einen für das Hohlrad. In manchen Fällen können zwei Hebel zu einem einzigen Hebel, der mehr als drei Knoten (in der Regel vier Knoten) aufweist, kombiniert sein. Wenn zum Beispiel zwei Knoten an zwei unterschiedlichen Hebeln durch eine feste Verbindung verbunden sind, können sie als ein einziger Knoten an einem einzigen Hebel dargestellt werden. Die relative Länge zwischen den Knoten jedes Hebels kann dazu verwendet werden, jeweils das Hohlrad/Sonnenrad-Verhältnis jedes entsprechenden Zahnradsatzes darzustellen. Diese Hebelverhältnisse werden wiederum dazu verwendet, die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes zu verändern, um geeignete Verhältnisse und eine geeignete Verhältnisprogression zu erreichen. Mechanische Kopplungen oder Verbindungen zwischen den Knoten der verschiedenen Planetenradsätze sind durch dünne, horizontale Linien veranschaulicht, und Drehmomentübertragungseinrichtungen, wie Kupplungen und Bremsen, sind als ineinander greifende Finger dargestellt.
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Das Getriebe 10 umfasst eine Eingangswelle oder ein Eingangselement 12, einen ersten Planetenradsatz 14, einen zweiten Planetenradsatz 16, einen dritten Planetenradsatz 18, einen vierten Planetenradsatz 20 und eine Ausgangswelle oder ein Ausgangselement 22. In dem Hebeldiagramm von 1 weist der erste Planetenradsatz 14 drei Knoten auf: einen ersten Knoten 14A, einen zweiten Knoten 14B und einen dritten Knoten 14C. Der zweite Planetenradsatz 16 weist drei Knoten auf: einen ersten Knoten 16A, einen zweiten Knoten 16B und einen dritten Knoten 16C. Der dritte Planetenradsatz 18 weist drei Knoten auf: einen ersten Knoten 18A, einen zweiten Knoten 18B und einen dritten Knoten 18C. Der vierte Planetenradsatz 20 weist drei Knoten auf: einen ersten Knoten 20A, einen zweite Knoten 20B und einen dritten Knoten 20C.
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Das Eingangselement 12 ist ständig mit dem ersten Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 gekoppelt. Das Ausgangselement 22 ist ständig mit dem ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt.
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Der zweite Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem ersten Knoten 18A 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 erste Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 ist mit dem dritten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 und mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt.
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Eine erste Kupplung 24 verbindet den ersten Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20. Eine zweite Kupplung 26 verbindet den zweiten Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 und den ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20. Eine dritte Kupplung 28 verbindet den dritten Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 und den zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16.
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Eine erste Bremse 32 verbindet den zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20 selektiv mit einem Getriebegehäuse 50. Eine zweite Bremse 34 verbindet den dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit dem Getriebegehäuse 50. Eine dritte Bremse 36 verbindet den dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem Getriebegehäuse 50.
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2 stellt das Elfganggetriebe 10 gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch dar. In 2 wird die Nummerierung aus dem Hebeldiagramm von 1 übernommen. Die Kupplungen und Kopplungen sind entsprechend dargestellt, wohingegen die Knoten der Planetenradsätze nun als Komponenten von Planetenradsätzen, wie Sonnenräder, Hohlräder, Planetenräder und Trägerelemente, erscheinen.
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Der erste Planetenradsatz 14 umfasst ein Sonnenrad 14A, ein Hohlrad 14B und ein Trägerelement 14C, das einen Satz Planetenräder 14D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 14A ist zur gemeinsamen Rotation mit der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12 verbunden. Das Hohlrad 14C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 42 verbunden. Das Trägerelement 14B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Der Satz Planetenräder 14D ist derart konfiguriert, dass ein jedes mit sowohl dem Sonnenrad 14A als auch dem Hohlrad 14C kämmt.
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Der zweite Planetenradsatz 16 umfasst ein Sonnenrad 16C, ein Hohlrad 16A und ein Trägerelement 16B, das einen Satz Planetenräder 16D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 16C ist zur gemeinsamen Rotation mit der dritten Welle oder dem dritten Verbindungselement 46 verbunden. Das Hohlrad 16A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Welle oder einem vierten Verbindungselement 48 und einer fünften Welle oder einem fünften Verbindungselement 52 verbunden. Das Trägerelement 16B ist zur gemeinsamen Rotation mit der ersten Welle oder dem ersten Verbindungselement 42 verbunden. Die Planetenräder 16D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Hohlrad 16A als auch dem Sonnenrad 16C zu kämmen.
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Der dritte Planetenradsatz 18 umfasst ein Sonnenrad 18C, ein Hohlrad 18A und ein Trägerelement 18B, das einen Satz Planetenräder 18D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 18C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer sechsten Welle oder einem sechsten Verbindungselement 54 verbunden. Das Trägerelement 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit der sechsten Welle oder dem sechsten Verbindungselement 52 und einer siebten Welle oder einem siebten Verbindungselement 56 verbunden. Das Hohlrad 18A ist zur gemeinsamen Rotation mit der zweiten Welle oder dem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Die Planetenräder 18D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 18C als auch dem Hohlrad 18A zu kämmen.
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Der vierte Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenrad 20C, ein Hohlrad 20A und ein Trägerelement 20B, das einen Satz Planetenräder 20D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 20C ist zur gemeinsamen Rotation mit der siebten Welle oder dem siebten Verbindungselement 56 verbunden. Das Hohlrad 20A ist zur gemeinsamen Rotation mit der Ausgangswelle oder dem Ausgangselement 22 verbunden. Das Trägerelement 20B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer achten Welle oder einem achten Verbindungselement 58 und einer neunten Welle oder einem neunten Verbindungselement 60 verbunden. Die Planetenräder 20D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 20C als auch dem Hohlrad 20A zu kämmen.
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Die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 ist ständig mit einer Antriebsquelle, wie etwa einer Kraftmaschine (nicht gezeigt) oder einem Turbinenrad eines Drehmomentwandlers (nicht gezeigt), verbunden. Die Ausgangswelle oder das Ausgangselement 22 ist ständig mit einem anderen Ausgang, wie etwa der Achsantriebseinheit oder dem Verteilergetriebe (nicht gezeigt), verbunden.
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Die Drehmomentübertragungsmechanismen, die die erste, zweite und dritte Kupplung 24, 26, 28 und die erste, zweite und dritte Bremse 32, 34 und 36 umfassen, sorgen für eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente 42, 44, 46, 48, 52, 54, 56, 58 und 60 der Planetenradsätze 14, 16, 18, 20 und des Gehäuses 50.
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Die erste Kupplung 24 ist selektiv einrückbar, um die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 mit der achten Welle oder dem achten Verbindungselement 58 zu verbinden. Die zweite Kupplung 26 ist selektiv einrückbar, um die zweite Welle oder das zweite Verbindungselement 44 mit der achten Welle oder dem achten Verbindungselement 58 zu verbinden. Die dritte Kupplung 28 ist selektiv einrückbar, um die vierte Welle oder das vierte Verbindungselement 48 mit der dritten Welle oder dem dritten Verbindungselement 46 zu verbinden.
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Die erste Bremse 32 ist selektiv einrückbar, um die neunte Welle oder das neunte Verbindungselement 60 mit dem 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 sechste Welle oder das sechste Verbindungselement 54 mit dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 54 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die dritte Bremse 36 ist selektiv einrückbar, um die dritte Welle oder das dritte Verbindungselement 46 mit dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 46 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die Komponenten der Planetenradsätze wiederum, die mit jedem der Verbindungselemente verbunden sind, sind ebenfalls entsprechend verbunden oder eingeschränkt.
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Nun wird unter Bezugnahme auf 2 und 3 die Arbeitsweise des Elfganggetriebes 10 beschrieben. 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 elf Vorwärts-Drehzahl-Drehmomentverhältnissen und zwei Rückwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnissen zu übertragen. Jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehzahlverhältnis oder jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehmomentverhältnis (Gang) wird durch Einrückung von dreien der Drehmomentübertragungsmechanismen (d.h. erste Kupplung 24, zweite Kupplung 26, dritte Kupplung 28, erste Bremse 32, zweite Bremse 34 und dritte Bremse 36) erzielt, wie es nachstehend erläutert wird.
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3 ist eine Schalttabelle, 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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Um zum Beispiel einen Rückwärtsgang herzustellen, werden die dritte Kupplung 28, die erste Bremse 32 und die zweite Bremse 34 eingerückt oder aktiviert. Die dritte Kupplung 28 verbindet die dritte Welle oder das dritte Verbindungselement 46 mit der vierten Welle oder dem vierten Verbindungselement 48. Die erste Bremse 32 verbindet die neunte Welle oder das neunte Verbindungselement 60 mit dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation des Elements 60 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken, was eine Rotation des Trägerelements 20B relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einschränkt. Die zweite Bremse 34 verbindet die sechste Welle oder das sechste Verbindungselement 54 mit dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation des Elements 54 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken, was eine Rotation des Sonnenrads 18C relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einschränkt. Gleichermaßen werden beispielsweise elf Vorwärts- übersetzungsverhältnisse durch unterschiedliche Kombinationen einer Kupplungs- und Bremseneinrückung erreicht, wie es in 3 gezeigt ist.
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Ferner zieht die vorliegende Erfindung in Betracht, dass ein zusätzlicher Rückwärtsgang (RW2) durch das Getriebe der 1 und 2 erreichbar ist. Wie es in 3 gezeigt ist, wird durch selektive Aktivierung oder Einrückung der ersten Bremse 32, der zweiten Bremse 34 und der dritten Bremse 36 ein zweites Rückwärtsübersetzungsverhältnis erreicht. Die erste Bremse 32 verbindet die neunte Welle oder das neunte Verbindungselement 60 mit dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation des Elements 60 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken, was eine Rotation des Trägerelements 20B relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einschränkt. Die zweite Bremse 34 verbindet die sechste Welle oder das sechste Verbindungselement 54 mit dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation des Elements 54 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken, was eine Rotation des Sonnenrads 18C relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einschränkt. Die dritte Bremse 36 verbindet die dritte Welle oder das dritte Verbindungselement 46 mit dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation des Elements 46 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken, was eine Rotation des Sonnenrads 16C relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einschränkt.
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Es ist festzustellen, dass die vorstehende Erläuterung der Arbeitsweise und der Gangzustände der Elfgangausführungsform des Getriebes 10 zuallererst von der Annahme ausgeht, dass alle in einem gegebenen Gangzustand nicht speziell genannten Kupplungen inaktiv oder ausgerückt sind, und dass 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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Zusätzlich zieht die vorliegende Erfindung andere Ausführungsformen von Getriebe 10 in Betracht, die unterschiedliche Verbindungen für die dritte Kupplung 28 aufweisen, wie es in den 4A, 4B, 5A und 5B veranschaulicht ist. Zum Beispiel verbindet die dritte Kupplung 28 eines Getriebes 10' in 4A den zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16. In 4B verbindet die dritte Kupplung 28 des Getriebes 10' das Trägerelement 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem Hohlrad 16A des zweiten Planetenradsatzes 16. In 5A verbindet die dritte Kupplung 28 des Getriebes 10''' den dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16. In 5B verbindet die dritte Kupplung 28 des Getriebes 10''' das Sonnenrad 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem Trägerelement 16B des zweiten Planetenradsatzes 16.
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In einer nochmals anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Eingangswellen oder -elemente 12 der Getriebe 10, 10' 10'' und 10''' mit einem Drehmomentwandler oder direkt mit der Kraftmaschine verbunden sein. In dem Fall, dass die Eingangswelle direkt mit der Kraftmaschine verbunden ist und kein Drehmomentwandler vorgesehen ist, wird die dritte Kupplung 28 als eine Fahrzeuganfahrkupplung verwendet. Wenn zum Beispiel das Fahrzeug aus dem Stillstand in dem ersten Gang gestartet wird, werden die erste Kupplung 26 und die erste Bremse 32 eingerückt und die dritte Kupplung 28 kann schlupfen (indem sie nicht vollständig eingerückt wird). Zum Anfahren des Fahrzeugs wird die dritte Kupplung 28 vollständig eingerückt. Wenn das Fahrzeug steht und in den Rückwärtsgang geschaltet wird, werden die erste und zweite Bremsen 32 und 34 eingerückt und die dritte Kupplung 28 kann schlupfen, bis die dritte Kupplung vollständig eingerückt wird und das Fahrzeug im Rückwärtsgang angefahren wird.
