DE102013209540A1

DE102013209540A1 - Mehrstufiges Getriebe

Info

Publication number: DE102013209540A1
Application number: DE102013209540A
Authority: DE
Inventors: Gregory Daniel Goleski; Reid Alan Baldwin
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2013-11-28
Also published as: CN103423388A; CN103423388B; US8545362B1; CN106870658B; CN106870658A

Abstract

Eine Gruppe von Zahnradanordnungen für ein Getriebe erzeugt bis zu zehn Vorwärtsgangstufen und eine Rückwärtsgangstufe durch gezieltes Einrücken verschiedener Dreier- oder Viererkupplungskombinationen. Jedes offenbarte Getriebe enthält vier Planetenradsätze und sechs Kupplungen. Zwei der Kupplungen können Bremsen sein.

Description

Die Offenbarung bezieht sich auf das Gebiet der Automatikgetriebe für Kraftfahrzeuge. Insbesondere betrifft die Offenbarung eine Anordnung von Zahnrädern, Kupplungen und die Verbindungen zwischen ihnen in einem Leistungsgetriebe.
Viele Fahrzeuge werden über einen weiten Bereich von Fahrzeuggeschwindigkeiten hinweg, sowohl beim Vorwärts- als auch Rückwärtsfahren, verwendet. Einige Motorarten können jedoch nur innerhalb eines enggefassten Geschwindigkeitsbereichs effizient betrieben werden. Deshalb werden häufig Getriebe eingesetzt, die Leistung bei verschiedenen Übersetzungsverhältnissen effizient übertragen können. Ist die Geschindigkeit des Fahrzeugs niedrig, wird das Getriebe üblicherweise mit einem hohen Übersetzungsverhältnis betrieben, so dass es das Motordrehmoment zur verbesserten Beschleunigung vervielfacht. Bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglicht ein Betrieb des Getriebes mit einem niedrigen Übersetzungsverhältnis eine Motordrehzahl, die mit ruhigem und kraftstoffeffizientem Fahren einhergeht. In der Regel weist ein Getriebe ein Gehäuse, das an der Fahrzeugstruktur befestigt ist, eine Eingangswelle, die durch eine Motorkurbelwelle angetrieben wird, und eine Ausgangswelle, die die Fahrzeugräder antreibt, oftmals mittels einer Differenzialanordnung, die es ermöglicht, dass sich das linke und das rechte Rad beim Wenden des Fahrzeugs mit geringfügig unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen, auf.
Es wird ein Getriebe mit vier Zahnradanordnungen, die beispielsweise einfache Planetenradsätze sein können, offenbart. Die Zahnradgetriebanordnungen beschränken die Drehzahlen verschiedener rotierender Glieder. Eine erste Zahnradanordnung beschränkt eine Eingangswelle fest auf Drehung mit einer Drehzahl zwischen den Drehzahlen eines ersten Elements und eines zweiten Elements. Eine zweite Zahnradanordnung beschränkt eine Ausgangswelle fest auf Drehung mit einer Drehzahl zwischen den Drehzahlen eines dritten Elements und eines vierten Elements. Eine dritte Zahnradanordnung beschränkt eine Zwischenwelle gezielt auf Drehung mit einer Drehzahl zwischen den Drehzahlen des zweiten Elements und des dritten Elements. Eine vierte Zahnradanordnung beschränkt schließlich das vierte Element gezielt auf Drehung mit einer Drehzahl, die unter der Drehzahl des ersten Elements liegt. Sechs Kupplungen koppeln die Zahnradelemente gezielt miteinander, mit der Eingangswelle, mit der Zwischenwelle oder mit einem Getriebekasten. Das Einrücken der Kupplungen in verschiedenen Kombinationen erzeugt zehn Vorwärtsgangstufen und eine Rückwärtsgangstufe. Bei einer Ausführungsform bilden drei der Kupplungen ein Kupplungsmodul, in dem jede der drei Kupplungen die Zwischenwelle mit einem anderen Zahnradelement gezielt koppelt. Das Einrücken der Kupplungen in dem Modul in Zweierkombination koppelt verschiedene Paare von Zahnradelementen. Bei einer anderen Ausführungsform bilden drei der Kupplungen ein Kupplungsmodul, in dem jede der drei Kupplungen zwei Zahnradelemente gezielt direkt miteinander koppelt.
1 ist ein Schemadiagramm einer ersten Zahnradanordnung eines Getriebes.
2 ist ein Schemadiagramm einer zweiten Zahnradanordnung eines Getriebes.
3 ist ein Schemadiagramm einer dritten Zahnradanordnung eines Getriebes.
Es werden hier Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen in verschiedenen und alternativen Formen ausgestaltet werden können. Die Figuren sind nicht zwangsweise maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten übertrieben oder minimiert sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Deshalb sind hier offenbarte spezielle strukturelle und funktionale Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einem Fachmann den verschiedenartigen Einsatz der vorliegenden Erfindung zu lehren. Wie für einen Durchschnittsfachmann auf der Hand liegt, können verschiedene Merkmale, wie sie unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt werden, um Ausführungsformen zu erzeugen, die möglicherweise nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die Kombinationen von dargestellten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Es könnten jedoch verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale in Einklang mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein. Eine Zahnradanordnung ist eine Zusammenstellung von rotierenden Elementen und Kupplungen, die so ausgelegt ist, dass sie spezielle Drehzahlverhältnisse zwischen Elementen vorgibt. Einige Drehzahlverhältnisse, sogenannte feste Drehzahlverhältnisse, werden unabhängig vom Zustand der Kupplungen vorgegeben. Eine Zahnradanordnung, die nur feste Verhältnisse vorgibt, wird als feste Zahnradanordnung bezeichnet. Andere Drehzahlverhältnisse werden nur vorgegeben, wenn bestimmte Kupplungen vollständig eingerückt sind. Eine Zahnradanordnung, die Drehzahlverhältnisse gezielt vorgibt, wird als schaltbare Zahnradanordnung bezeichnet. Ein Getriebe mit getrennter Übersetzung weist eine schaltbare Zahnradanordnung auf, die verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle gezielt vorgibt. Elemente einer Gruppe sind fest miteinander gekoppelt, wenn sie so beschränkt sind, dass sie sich unter allen Betriebsbedingungen als eine Einheit drehen. Elemente können durch Keilverzahnungsverbindungen, Schweißen, Presspassung, Herausarbeiten aus gemeinsamem Vollmaterial oder anderweitig fest gekoppelt sein. Es können geringfügige Abweichungen bei der Drehverschiebung zwischen fest gekoppelten Elementen auftreten, wie Verschiebung durch Spiel oder Wellennachgiebigkeit. Im Gegensatz dazu sind zwei Elemente durch eine Kupplung gezielt gekoppelt, wenn die Kupplung sie auf Drehung als eine Einheit, wann immer die Kupplung vollständig eingerückt ist, beschränkt und sie sich zumindest unter einigen anderen Betriebsbedingungen mit verschiedenen Drehzahlen frei drehen können. Kupplungen umfassen aktiv gesteuerte Vorrichtungen, wie hydraulisch oder elektrisch betätigte Kupplungen, und passive Vorrichtungen, wie Freilaufkupplungen. Eine Kupplung, die ein Element durch gezieltes Verbinden des Elements mit dem Gehäuse gegen Drehung hält, kann als Bremse bezeichnet werden. Ein beispielhaftes Getriebe ist in 1 schematisch dargestellt. Das Getriebe verwendet vier einfache Planetenradsätze 20, 30, 40 und 50. Ein einfacher Planetenradsatz ist eine Art von fester Zahnradanordnung. Ein Planetenradträger dreht sich um eine Mittelachse und stützt einen Satz von Planetenrädern 24, derart, dass sich die Planetenräder bezüglich des Planetenträgers drehen. Die Außenverzahnung an den Planetenrädern kämmt mit der Außenverzahnung an einem Sonnenrad 26 und mit der Innenverzahnung an einem Hohlrad 28. Das Sonnenrad und das Hohlrad sind zur Drehung um dieselbe Achse wie der Träger gestützt. Ein einfacher Planetenradsatz gibt ein festes Drehzahlverhältnis vor. Die Drehzahl des Trägers ist dahingehend beschränkt, dass sie zwischen der Drehzahl des Sonnenrads und der Drehzahl des Hohlrads liegt. (Dieses Verhältnis umfasst definitionsgemäß den Zustand, in dem sich alle drei mit derselben Drehzahl drehen.) Genauer ist die Drehzahl des Trägers ein gewichtetes Mittel der Drehzahl des Sonnenrads und der Drehzahl des Hohlrads, wobei die Gewichtungsfaktoren durch die Anzahl der Zähne an jedem Zahnrad bestimmt sind. Ähnliche Drehzahlverhältnisse werden durch andere bekannte Arten von festen Zahnradanordnungen vorgegeben. Ein Doppelritzel-Planetenradsatz beschränkt beispielsweise die Drehzahl des Hohlrads auf ein gewichtetes Mittel zwischen der Drehzahl des Sonnenrads und der Drehzahl des Trägers. Die Zahnradsätze 30, 40 und 50 sind ähnlich aufgebaut. Ein empfohlenes für Zahnradzahnverhältnis für jeden Planetenradsatz ist in Tabelle 1 aufgeführt. TABELLE 1

Hohlrad 28 / Sonnenrad 26 2,20

Hohlrad 38 / Sonnenrad 36 1,75

Hohlrad 48 / Sonnenrad 46 1,60

Hohlrad 58 / Sonnenrad 56 3,70

Bei dem Getriebe von 1 ist das Sonnenrad 26 mit dem Sonnenrad 36 fest gekoppelt, der Träger 22 mit dem Hohlrad 58 fest gekoppelt, das Hohlrad 38 mit dem Sonnenrad 46 fest gekoppelt, das Hohlrad 48 mit dem Sonnenrad 56 fest gekoppelt, die Eingangswelle 60 mit dem Träger 32 fest gekoppelt und die Ausgangswelle 62 mit dem Träger 52 fest gekoppelt. Das Hohlrad 28 wird durch die Bremse 66 gezielt gegen Drehung gehalten, und die Sonnenräder 26 und 36 werden durch die Bremse 68 gezielt gegen Drehung gehalten. Die Eingangswelle ist durch die Kupplung 70 mit dem Hohlrad 48 und dem Sonnenrad 56 gezielt gekoppelt. Die Zwischenwelle 64 ist durch die Kupplung 72 mit dem Träger 42 gezielt gekoppelt, durch die Kupplung 74 mit dem Träger 22 und dem Hohlrad 58 gezielt gekoppelt und durch die Kupplung 76 mit dem Hohlrad 38 und dem Sonnenrad 46 gezielt gekoppelt. Wie in Tabelle 2 gezeigt, erzeugt das Einrücken der Kupplungen und Bremsen in Viererkombinationen zehn Vorwärtsgangstufen und eine Rückwärtsgangstufe zwischen der Eingangswelle 60 und der Ausgangswelle 62. Ein 'X' zeigt an, dass die Kupplung das Übersetzungsverhältnis herstellen soll. Ein (X) zeigt an, dass die Kupplung betätigt werden kann, dies aber nicht erforderlich ist. Im 1. Gang kann anstatt der Kupplung 72 entweder die Kupplung 74 oder die Kupplung 76 betätigt werden, ohne das Übersetzungsverhältnis zu ändern. Wenn die Zahnradsätze die in Tabelle 1 aufgeführten Zähnezahlen aufweisen, haben die Übersetzungsverhältnisse die in Tabelle 2 aufgeführten Werte. TABELLE 2

	66	68	70	72	74	76	Verhältnis	Stufe
Rückwärts	X	X		X	X		–4,79	102%
1.	X	X	X	(X)			4,70
2.	X	X		X		X	2,99	1,57
3.	X		X	X		X	2,18	1,37
4.	X			X	X	X	1,80	1,21
5.	X		X		X	X	1,54	1,17
6.	X		X	X	X		1,29	1,19
7.			X	X	X	X	1,00	1,29
8.		X	X	X	X		0,85	1,17
9.		X	X		X	X	0,69	1,24
10.		X		X	X	X	0,64	1,08

Ein weiteres beispielhaftes Getriebe ist in 2 dargestellt. Bei diesem Getriebe ist die Zwischenwelle 64 mit dem Träger 42 fest gekoppelt und das Hohlrad 48 ist durch die Kupplung 72' mit dem Sonnenrad 56 gezielt gekoppelt. Die verbleibenden Merkmale sind wie mit Bezug auf das Getriebe von 1 beschrieben. Die Kupplung 72' wird mit denselben Übersetzungsverhältnissen wie die Kupplung 72 von 1 betätigt. Ein drittes beispielhaftes Getriebe ist in 3 dargestellt. Bei diesem Getriebe koppelt die Kupplung 78 gezielt den Träger 22 und das Hohlrad 38 mit dem Träger 42, die Kupplung 80 koppelt gezielt den Träger 22 und das Hohlrad 58 mit dem Hohlrad 58 und dem Sonnenrad 46, und die Kupplung 82 koppelt gezielt das Hohlrad 38 und das Sonnenrad 46 mit dem Träger 42. Diese Modul aus drei Kupplungen, wie das Modul der Kupplungen 72, 74 und 76 in 1, gestattet das gezielte Koppeln von beliebigen zwei der drei rotierenden Elemente. Bei dem Getriebe von 1 wird das gezielte Koppeln von zwei Elementen durch das Einrücken von zwei Kupplungen erreicht, wodurch jedes Element mit der Zwischenwelle 64 gekoppelt wird. Bei dem Getriebe von 3 wird eine einzige Kupplung eingerückt, um zwei Elemente gezielt zu koppeln. Wie in Tabelle 3 gezeigt, führt das Einrücken der Kupplungen und Bremsen von 3 in Dreierkombinationen zu zehn Vorwärtsgangstufen und einer Rückwärtsgangstufe zwischen der Eingangswelle 60 und der Ausgangswelle 62. Wenn die Zahnräder dieselbe Zähnezahl aufweisen wie die entsprechenden Zahnräder in 1 und 2, sind die resultierenden Übersetzungsverhältnisse identisch. TABELLE 3

	66	68	70	78	80	82	Verhältnis	Stufe
Rückwärts	X	X		X			–4,79	102%
1.	X	X	X				4,70
2.	X	X				X	2,99	1,57
3.	X		X			X	2,18	1,37
4.	X			(X)	X	X	1,80	1,21
5.	X		X		X		1,54	1,17
6.	X		X	X			1,29	1,19
7.			X	X	X	(X)	1,00	1,29
8.		X	X	X			0,85	1,17
9.		X	X		X		0,69	1,24
10.		X		X	X	(X)	0,64	1,08

Obgleich oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen umfasst werden. Stattdessen dienen die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke eher der Beschreibung als der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne vom Gedanken und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Verschiedene Ausführungsformen könnten zwar als Vorteile bietend oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften beschrieben worden sein, jedoch können, wie für den Durchschnittsfachmann offensichtlich ist, zwischen einem oder mehreren Merkmalen oder einer oder mehreren Eigenschaften Kompromisse geschlossen werden, um die gewünschten Gesamtsystemmerkmale zu erreichen, was von der besonderen Anwendung und Implementierung abhängig ist. Diese Merkmale können Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Packaging, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Ausführungsformen, die bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik beschrieben werden, liegen nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Getriebe, umfassend: Eingangs-, Ausgangs- und Zwischenwellen; einen ersten Planetenradsatz mit einem ersten Sonnenrad, einem ersten Hohlrad, einem ersten Träger, der mit der Eingangswelle fest gekoppelt ist, und einem Satz von Planetenrädern, die sich in ständigem Kämmeingriff mit dem ersten Sonnenrad und dem ersten Hohlrad befinden; einen zweiten Planetenradsatz mit einem zweiten Sonnenrad, einem zweiten Hohlrad, einem zweiten Träger, der mit der Ausgangswelle fest gekoppelt ist, und einem Satz von Planetenrädern, die sich in ständigem Kämmeingriff mit dem zweiten Sonnenrad und dem zweiten Hohlrad befinden; einen dritten Planetenradsatz mit einem dritten Sonnenrad, das mit dem ersten Hohlrad fest gekoppelt ist, einem dritten Hohlrad, das mit dem zweiten Sonnenrad fest gekoppelt ist, einem dritten Träger, und einem Satz von Planetenrädern, die sich in ständigem Kämmeingriff mit dem dritten Sonnenrad und dem dritten Hohlrad befinden; einen vierten Planetenradsatz mit einem vierten Sonnenrad, einem vierten Hohlrad, einem vierten Träger und einem Satz von Planetenrädern, die sich in ständigem Kämmeingriff mit dem vierten Sonnenrad und dem vierten Hohlrad befinden; eine erste Kupplung, die so konfiguriert ist, dass, wenn die erste Kupplung eingerückt ist, i) die Zwischenwelle mit dem dritten Träger gekoppelt ist und ii) das zweite Sonnenrad mit dem dritten Hohlrad gekoppelt ist; eine zweite Kupplung, die dazu konfiguriert ist, das erste Hohlrad mit der Zwischenwelle gezielt zu koppeln; eine dritte Kupplung, die dazu konfiguriert ist, die Eingangswelle mit dem zweiten Sonnenrad gezielt zu koppeln; eine vierte Kupplung, die dazu konfiguriert ist, das zweite Hohlrad mit der Zwischenwelle gezielt zu koppeln; und eine erste Bremse, die dazu konfiguriert ist, das erste Sonnenrad gezielt gegen Drehung zu halten.
Getriebe nach Anspruch 1, das weiterhin eine fünfte Kupplung umfasst, die so konfiguriert ist, dass, wenn die fünfte Kupplung eingerückt ist, i) das vierte Sonnenrad mit dem ersten Sonnenrad gekoppelt ist, ii) der vierte Träger mit dem zweiten Hohlrad gekoppelt ist und iii) das vierte Hohlrad gegen Drehung gehalten wird.
Getriebe nach Anspruch 2, wobei das vierte Sonnenrad mit dem ersten Sonnenrad fest gekoppelt ist; der vierte Träger mit dem zweiten Hohlrad fest gekoppelt ist; und die fünfte Kupplung das vierte Hohlrad gezielt gegen Drehung hält.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei der dritte Träger mit der Zwischenwelle fest gekoppelt ist; und die erste Kupplung das dritte Hohlrad mit dem zweiten Sonnenrad gezielt koppelt.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei das dritte Hohlrad mit dem zweiten Sonnenrad gezielt gekoppelt ist; und die erste Kupplung den dritten Träger mit der Zwischenwelle gezielt koppelt.
Getriebe, das Folgendes umfasst: Eingangs-, Ausgangs- und Zwischenwellen; eine erste feste Zahnradanordnung, die dazu konfiguriert ist, die Eingangswelle auf Drehung mit einer Drehzahl zwischen den Drehzahlen eines ersten Elements und eines zweiten Elements zu beschränken; eine zweite feste Zahnradanordnung, die dazu konfiguriert ist, die Ausgangswelle auf Drehung mit einer Drehzahl zwischen den Drehzahlen eines dritten Elements und eines vierten Elements zu beschränken; eine dritte feste Zahnradanordnung, die dazu konfiguriert ist, ein fünftes Element auf Drehung mit einer Drehzahl zwischen den Drehzahlen des zweiten Elements und eines sechsten Elements zu beschränken; eine erste schaltbare Zahnradanordnung, die dazu konfiguriert ist, das vierte Element auf Drehung mit einer Drehzahl zwischen null und einer Drehzahl des ersten Elements gezielt zu beschränken; eine erste Kupplung, die so konfiguriert ist, dass, wenn die erste Kupplung eingerückt ist, i) die Zwischenwelle mit dem fünften Element gekoppelt ist und ii) das dritte Element mit dem sechsten Element gekoppelt ist; eine zweite Kupplung, die dazu konfiguriert ist, das zweite Element mit der Zwischenwelle gezielt zu koppeln; eine dritte Kupplung, die dazu konfiguriert ist, die Eingangswelle mit dem dritten Element gezielt zu koppeln; eine vierte Kupplung, die dazu konfiguriert ist, das vierte Element mit der Zwischenwelle gezielt zu koppeln; und eine erste Bremse, die dazu konfiguriert ist, das erste Element gezielt gegen Drehung zu halten.
Getriebe nach Anspruch 6, wobei die erste schaltbare Zahnradanordnung Folgendes umfasst eine vierte feste Zahnradanordnung, die dazu konfiguriert ist, das vierte Element auf eine Drehung mit einer Drehzahl zwischen den Drehzahlen des ersten Elements und eines siebten Elements zu beschränken; und eine zweite Bremse, die dazu konfiguriert ist, das siebte Element gegen Drehung zu halten.
Getriebe nach Anspruch 6, wobei das fünfte Element mit der Zwischenwelle fest gekoppelt ist, und die erste Kupplung das sechste Element mit dem dritten Element gezielt koppelt.
Getriebe nach Anspruch 6, wobei das sechste Element mit dem dritten Element fest gekoppelt ist; und die erste Kupplung das fünfte Element mit der Zwischenwelle gezielt koppelt.