-
Diese Offenbarung betrifft das Gebiet automatischer Getriebe für Motorfahrzeuge. Insbesondere bezieht sich die Offenbarung auf eine Anordnung von Getrieben, Kupplungen und Zwischenverbindungen unter diesen in einer Kraftübertragung.
-
Viele Fahrzeuge werden über einen weiten Bereich von Fahrzeuggeschwindigkeiten verwendet, einschließlich sowohl einer Vorwärts- wie auch Rückwärtsbewegung. Einige Arten von Motoren können jedoch nur in einem schmalen Geschwindigkeitsbereich effizient arbeiten. Folglich werden häufig Getriebe verwendet, die imstande sind, bei einer Reihe von Drehzahlverhältnissen effizient Kraft zu übertragen. Wenn das Fahrzeug bei geringer Geschwindigkeit läuft, wird das Getriebe üblicherweise bei einem hohen Drehzahlverhältnis betrieben, so dass es das Motordrehmoment für eine verbesserte Beschleunigung vervielfacht. Bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglicht ein Betreiben des Getriebes bei einem geringen Drehzahlverhältnis eine Motordrehzahl, die mit einem ruhigen, kraftstoffeffizienten Fahren bei Reisegeschwindigkeit (Cruising) verbunden ist. Für gewöhnlich hat ein Getriebe ein Gehäuse, das an der Fahrzeugstruktur befestigt ist, eine Antriebswelle, die von einer Motorkurbelwelle angetrieben wird, und eine Abtriebswelle, die die Fahrzeugräder antreibt, häufig über eine Differentialanordnung, die ermöglicht, dass sich das linke und rechte Rad bei geringfügig unterschiedlichen Drehzahlen drehen, während das Fahrzeug wendet.
-
In einer ersten Ausführungsform enthält ein Getriebe Antriebs-, Abtriebs- und Zwischenwellen, vier einfache Planetenradsätze, mindestens vier Kupplungen und mindestens eine Bremse. Die Antriebswelle ist fest an den Träger des ersten Planetenradsatzes gekoppelt. Die Abtriebswelle ist fest an den Träger des zweiten Planetenradsatzes gekoppelt. Das dritte Sonnenrad ist fest an den ersten Zahnkranz gekoppelt. Wenn die erste Kupplung eingerückt ist, ist die Zwischenwelle an den dritten Zahnkranz gekoppelt und der zweite Zahnkranz ist an den dritten Träger gekoppelt. In einigen Ausführungsformen kann die Zwischenwelle fest an den dritten Zahnkranz gekoppelt sein, während eine erste Kupplung selektiv den zweiten Zahnkranz an den dritten Träger koppelt. In anderen Ausführungsformen kann der zweite Zahnkranz fest an den dritten Träger gekoppelt sein, während eine erste Kupplung die Zwischenwelle selektiv an den dritten Zahnkranz koppelt. Eine zweite Kupplung koppelt das dritte Sonnenrad selektiv an die Zwischenwelle. Eine dritte Kupplung koppelt die Antriebswelle selektiv an das zweite Sonnenrad. Eine vierte Kupplung koppelt das zweite Sonnenrad selektiv an die Zwischenwelle. Eine erste Bremse sperrt das erste Sonnenrad selektiv gegen eine Drehung. Wenn ein sechstes Schaltelement eingerückt ist, ist das vierte Sonnenrad an das erste Sonnenrad gekoppelt, der vierte Träger ist an das zweite Sonnenrad gekoppelt und der vierte Zahnkranz wird gegen eine Drehung gesperrt. Das sechste Schaltelement kann eine zweite Bremse sein, die den vierten Zahnkranz selektiv gegen eine Drehung sperrt.
-
In einer zweiten Ausführungsform enthält ein Getriebe Antriebs-, Abtriebs- und Zwischenwellen, vier Getriebeanordnungen, mindestens vier Kupplungen und mindestens eine Bremse. Die erste Getriebeanordnung errichtet ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen einem ersten Element, der Antriebswelle und einem zweiten Element. Die zweite Getriebeanordnung errichtet ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen einem dritten Element, der Abtriebswelle und einem vierten Element. Die dritte Getriebeanordnung errichtet ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen dem zweiten Element, einem fünften Element und einem sechsten Element. Die vierte Getriebeanordnung beschränkt selektiv die Drehzahl des vierten Elements auf zwischen Null und der Drehzahl des ersten Elements. Wenn die erste Kupplung eingerückt ist, ist die Zwischenwelle an das sechste Element gekoppelt und das vierte Element ist an das fünfte gekoppelt. In einigen Ausführungsformen kann die Zwischenwelle fest an das vierte Element gekoppelt sein, während eine erste Kupplung das fünfte Element selektiv an das sechste Element koppelt. In anderen Ausführungsformen kann das fünfte Element fest an das sechste Element gekoppelt sein, während eine erste Kupplung die Zwischenwelle selektiv an das sechste Element koppelt. Eine zweite Kupplung koppelt das zweite Element selektiv an die Zwischenwelle. Eine dritte Kupplung koppelt die Antriebswelle selektiv an das dritte Element. Eine vierte Kupplung koppelt das dritte Element selektiv an die Zwischenwelle. Eine erste Bremse sperrt das erste Element selektiv gegen eine Drehung.
-
In einer dritten Ausführungsform enthält ein Getriebe Antriebs- und Abtriebswellen, vier Getriebeanordnungen, eine Kupplung, eine Bremse und ein Kupplungsmodul. Die erste Getriebeanordnung errichtet ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen einem ersten Element, der Antriebswelle und einem zweiten Element. Die zweite Getriebeanordnung errichtet ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen einem dritten Element, der Abtriebswelle und einem vierten Element. Die dritte Getriebeanordnung errichtet ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen dem zweiten Element, einem vierten Element und einem fünften Element. Die vierte Getriebeanordnung beschränkt selektiv die Drehzahl des vierten Elements auf zwischen Null und der Drehzahl des ersten Elements. Eine erste Kupplung koppelt das dritte Element selektiv an die Antriebswelle. Eine erste Bremse sperrt das erste Element selektiv gegen eine Drehung. Das Kupplungsmodul ist zum selektiven Koppeln beliebiger zwei von dem zweiten Element, dem dritten Element und dem fünften Element gestaltet. In einigen Ausführungsformen kann das Kupplungsmodul eine Zwischenwelle und drei Kupplungen enthalten, die jeweils selektiv die Zwischenwelle an ein entsprechendes von dem zweiten, dritten und fünften Element koppeln. In anderen Ausführungsformen kann das Kupplungsmodul drei Kupplungen enthalten, die jeweils selektiv zwei von dem zweiten, dritten und fünften Element direkt koppeln.
-
In einer vierten Ausführungsform enthält ein Getriebe Antriebs- und Abtriebswellen, sieben Zwischenwellen, vier Kupplungen und zwei Bremsen. Die Bremsen sperren die erste bzw. dritte Zwischenwelle gegen eine Drehung. Drei der Kupplungen koppeln selektiv die siebente Welle an die vierte, fünfte bzw. sechste Zwischenwelle. Die verbleibende Kupplung koppelt die Antriebswelle selektiv an die sechste Welle. Das Getriebe kann auch vier Getriebeanordnungen enthalten. Die erste Getriebeanordnung errichtet ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen einer ersten Zwischenwelle, der zweiten Zwischenwelle und der dritten Zwischenwelle. Die zweite Getriebeanordnung errichtet ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen einer ersten Zwischenwelle, der Antriebswelle und der vierten Zwischenwelle. Die dritte Getriebeanordnung errichtet ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen einer vierten Zwischenwelle, der zweiten Zwischenwelle und der fünften Zwischenwelle. Die vierte Getriebeanordnung errichtet ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen einer sechsten Zwischenwelle, der Abtriebswelle und der zweiten Zwischenwelle. Jede der Getriebeanordnungen kann ein einfacher Planetenradsatz sein.
-
In einer fünften Ausführungsform enthält ein Getriebe Antriebs- und Abtriebswellen, sieben Zwischenwellen, vier Kupplungen und zwei Bremsen. Die Bremsen sperren die erste bzw. dritte Zwischenwelle gegen eine Drehung. Zwei der Kupplungen koppeln die siebente Zwischenwelle selektiv an die sechste Zwischenwelle bzw. Antriebswelle. Die anderen zwei Kupplungen koppeln die fünfte Zwischenwelle selektiv an die zweite bzw. sechste Zwischenwelle. Das Getriebe kann auch vier Getriebeanordnungen enthalten. Die erste Getriebeanordnung errichtet ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen einer ersten Zwischenwelle, der zweiten Zwischenwelle und der dritten Zwischenwelle. Die zweite Getriebeanordnung errichtet ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen einer ersten Zwischenwelle, der Antriebswelle und der vierten Zwischenwelle. Die dritte Getriebeanordnung errichtet ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen einer vierten Zwischenwelle, der fünften Zwischenwelle und der sechsten Zwischenwelle. Die vierte Getriebeanordnung errichtet ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen einer siebenten Zwischenwelle, der Abtriebswelle und der zweiten Zwischenwelle. Jede der Getriebeanordnungen kann ein einfacher Planetenradsatz sein.
-
1 ist ein schematisches Diagramm einer ersten Übersetzungsgetriebeanordnung.
-
2 ist ein schematisches Diagramm einer zweiten Übersetzungsgetriebeanordnung.
-
3 ist ein schematisches Diagramm einer dritten Übersetzungsgetriebeanordnung.
-
Hierin werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es ist jedoch klar, dass die offenbarten Ausführungsformen nur Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten von besonderen Komponenten zu zeigen. Daher sind spezifische strukturelle und funktionelle Einzelheiten, die hierin offenbart sind, nicht als Einschränkung zu verstehen, sondern einfach als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann die verschiedenen Anwendungen der vorliegenden Erfindung zu lehren. Wie für einen Durchschnittsfachmann offensichtlich ist, können verschiedene dargestellte und unter Bezugnahme auf eine der Figuren beschriebenen Merkmale mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figur(en) dargestellt sind, um Ausführungsformen herzustellen, die nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben sind. Die Kombinationen von dargestellten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen dar. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die den Lehren dieser Offenbarung entsprechen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Ausführungen erwünscht sein.
-
Eine Getriebeanordnung ist eine Zusammenstellung von Drehelementen und Schaltelementen, die so gestaltet sind, dass sie spezifizierte Drehzahlverhältnisse zwischen den Drehelementen errichten. Einige Drehzahlverhältnisse, so genannte festgesetzte Drehzahlverhältnisse, werden unabhängig vom Zustand der Schaltelemente eingerichtet. Andere Drehzahlverhältnisse, so genannte selektive Drehzahlverhältnisse, werden nur eingerichtet, wenn bestimmte Schaltelemente vollständig eingerückt sind. Ein lineares Drehzahlverhältnis besteht zwischen einer gereihten Liste von Drehelementen, wenn i) das erste und letzte Drehelement in der Gruppe so begrenzt sind, dass sie die extremsten Drehzahlen haben, ii) die Drehzahlen der übrigen Drehelemente so eingeschränkt sind, dass sie ein gewichteter Durchschnitt des ersten und letzten Drehelements sind, und iii) wenn sich die Drehzahlen der Drehelemente unterscheiden, diese so einschränkt sind, dass sie in der aufgelisteten Reihenfolge entweder zunehmend oder abnehmend sind. Ein Getriebe mit getrennten Gängen hat eine Getriebeanordnung, die selektiv eine Reihe von Drehzahlverhältnissen zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle errichtet. Eine Gruppe von Drehelementen ist fest aneinander gekoppelt, wenn sie so beschränkt sind, dass sie als eine Einheit unter allen Betriebsbedingungen drehen. Drehelemente können durch Kerbverzahnungen, Schweißen, Presspassung, maschinelle Bearbeitung aus einem gemeinsamen Feststoff oder ein anderes Mittel fest gekoppelt sein. Geringfügige Variationen in der Drehverschiebung zwischen fest gekoppelten Elementen können auftreten, wie eine Verschiebung aufgrund eines Spiels oder eine Wellennachgiebigkeit. Ein oder mehrere Drehelement(e), die alle fest aneinander gekoppelt sind, können als eine Welle bezeichnet werden. Im Gegensatz dazu werden zwei Drehelemente selektiv durch ein Schaltelement gekoppelt, wenn das Schaltelement diese auf eine Drehung als Einheit beschränkt, sobald es vollständig eingerückt ist und diese frei bei getrennten Drehzahlen unter mindestens einigen anderen Betriebsbedingungen drehen können. Ein Schaltelement, das ein Drehelement gegen eine Drehung sperrt, indem es dieses selektiv mit dem Gehäuse verbindet, wird als Bremse bezeichnet. Ein Schaltelement, das zwei oder mehr Drehelemente usw. selektiv aneinander koppelt, wird als Kupplung bezeichnet. Schaltelemente können aktiv gesteuerte Vorrichtungen sein, wie hydraulisch oder elektrisch betätigte Kupplungen oder Bremsen oder können passive Vorrichtungen sein, wie Einwegkupplungen oder Bremsen.
-
Ein beispielhaftes Getriebe ist schematisch in 1 dargestellt. Das Getriebe verwendet vier einfache Planetenradsätze 20, 30, 40 und 50. Ein Planetenträger 22 dreht um eine Mittelachse und trägt einen Satz von Planetenrädern 24, so dass die Planetenräder in Bezug auf den Planetenträger drehen. Außenverzahnungen an den Planetenrädern greifen in Außenverzahnungen auf einem Sonnenrad 26 und in Innenverzahnungen auf einem Zahnkranz 28. Das Sonnenrad und der Zahnkranz werden so gehalten, dass sie um dieselbe Achse wie der Träger drehen. Die Radsätze 30, 40 und 50 weisen eine gleiche Struktur auf.
-
Ein einfacher Planetenradsatz ist eine Art von Getriebeanordnung, die ein festgesetztes lineares Drehzahlverhältnis zwischen dem Sonnenrad, dem Planetenträger und dem Zahnkranz errichtet. Andere bekannte Arten von Getriebeanordnungen errichten auch ein festgesetztes lineares Drehzahlverhältnis zwischen drei Drehelementen. Zum Beispiel errichtet ein Doppelritzel-Planetenradsatz ein festgesetztes lineares Drehzahlverhältnis zwischen dem Sonnenrad, dem Zahnkranz und dem Planetenträger. Ein vorgeschlagenes Verhältnis von Verzahnungen für jeden Planetenradsatz ist in Tabelle 1 angeführt. TABELLE 1
| Zahnkranz 28 / Sonne 26 | 2,20 |
| Zahnkranz 38 / Sonne 36 | 1,75 |
| Zahnkranz 48 / Sonne 46 | 1,60 |
| Zahnkranz 58 / Sonne 56 | 3,70 |
-
In dem Getriebe von 1 ist das Sonnenrad 26 fest an das Sonnenrad 36 gekoppelt, der Träger 22 ist fest an den Zahnkranz 58 gekoppelt, der Zahnkranz ist fest an das Sonnenrad 46 gekoppelt, die Antriebswelle 60 ist fest an den Träger 32 gekoppelt und die Abtriebswelle 62 ist fest an den Träger 52 gekoppelt. Der Zahnkranz 28 wird von der Bremse 66 selektiv gegen eine Drehung gesperrt und die Sonnenräder 26 und 36 werden von der Bremse 68 selektiv gegen eine Drehung gesperrt. Die Antriebswelle 60 ist durch die Kupplung 70 selektiv an das Sonnenrad 56 gekoppelt. Die Zwischenwelle 64 ist fest an den Zahnkranz 48 gekoppelt, der durch die Kupplung 72 selektiv an das Sonnenrad 56 gekoppelt ist und durch die Kupplung 76 selektiv an den Zahnkranz 38 und das Sonnenrad 46 gekoppelt ist. Es ist zu beachten, dass ein Einrücken der Kupplung 76 den Rädersatz 40 so beschränkt, dass er als eine Einheit dreht. Diese Wirkung kann alternativ durch eine Kupplung erreicht werden, die den Träger 42 selektiv entweder an das Sonnenrad 46 oder den Zahnkranz 48 koppelt. Der Träger 42 ist durch die Kupplung 74 selektiv an den Träger 22 und den Zahnkranz 58 gekoppelt.
-
Wie in Tabelle 2 dargestellt, errichtet das Einrücken der Kupplungen und Bremsen in Kombinationen von vier zehn Vorwärts-Drehzahlverhältnisse und ein Rückwärts-Drehzahlverhältnis zwischen der Antriebswelle
60 und der Abtriebswelle
62. Ein X gibt an, dass die Kupplung zur Errichtung des Drehzahlverhältnisses notwendig ist. Ein (X) zeigt an, dass die Kupplung betätigt werden kann, aber nicht erforderlich ist. Im ersten Gang kann entweder die Kupplung
74 oder Kupplung
76 betätigt werden, anstelle die Kupplung
72 zu betätigen, ohne das Drehzahlverhältnis zu ändern. Wenn die Rädersätze Zähnezahlen wie in Tabelle 1 angeführt haben, haben die Drehzahlverhältnisse die in Tabelle 2 angegebenen 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. In diesem Getriebe ist die Zwischenwelle 64 durch die Kupplung 74′ selektiv an den Zahnkranz 48 gekoppelt, während der Träger 42 fest an den Träger 22 und Zahnkranz 58 gekoppelt ist. Die verbleibenden Merkmale sind wie in Bezug auf das Getriebe von 1 beschrieben. Die Kupplung 74′ wird in denselben Verhältnissen wie die Kupplung 74 von 1 betrieben.
-
Ein drittes beispielhaftes Getriebe ist in
3 dargestellt. In diesem Getriebe koppelt die Kupplung
78 den Zahnkranz
48 selektiv an das Sonnenrad
56, die Kupplung
80 koppelt den Zahnkranz
48 selektiv an den Zahnkranz
38 und das Sonnenrad
46, und die Kupplung
82 koppelt den Zahnkranz
38 und das Sonnenrad
46 selektiv an das Sonnenrad
56. Dieses Modul von drei Kupplungen, wie das Modul von Kupplungen
72,
74 und
76 in
2, ermöglicht die selektive Kopplung von beliebigen zwei der drei Drehelemente. In dem Getriebe von
2 erfolgt die selektive Kopplung von zwei Elementen durch Einrücken von zwei Kupplungen, wodurch jedes Element an eine Zwischenwelle
64 gekoppelt wird. Im Getriebe von
3 ist eine einzige Kupplung eingerückt, um zwei Elemente selektiv zu koppeln. Wie in Tabelle 3 dargestellt, errichtet das Einrücken der Kupplungen und Bremsen von
3 in Kombinationen von drei zehn Vorwärts-Drehzahlverhältnisse und ein Rückwärts-Drehzahlverhältnis zwischen der Antriebswelle
60 und der Abtriebswelle
62. Wenn die Räder dieselbe Anzahl von Zähnen wie die entsprechenden Räder in
1 und
2 haben, sind die erhaltenen Drehzahlverhältnisse 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 |
-
Während zuvor beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die in den Ansprüchen enthalten sind. Die in der Beschreibung verwendeten Begriffe sind beschreibende und nicht einschränkende Begriffe, und es ist klar, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen zur Bildung weiterer Ausführungsformen der Erfindung kombiniert werden, die weder ausdrücklich beschrieben noch dargestellt sein können. Obwohl verschiedene Ausführungsformen so beschrieben sein könnten, dass sie Vorteile bieten oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Ausführungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften bevorzugt sind, ist für einen Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass ein(e) oder mehrere Merkmale(e) oder Eigenschaften abgestimmt werden können, um gewünschte Gesamtsystemattribute zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Ausführung abhängen. Diese Attribute können Kosten, Festigkeit, Dauerhaftigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Aufmachung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, leichte Montage usw. enthalten, ohne aber darauf beschränkt zu sein,. Als solches sind Ausführungsformen, die als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Ausführungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer Eigenschaft(en) beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für besondere Anwendungen erwünscht sein.
