DE102013215658A1

DE102013215658A1 - Mehrstufiges Getriebe

Info

Publication number: DE102013215658A1
Application number: DE102013215658.8A
Authority: DE
Inventors: Gregory Daniel Goleski; Steven Gerald Thomas
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2014-02-13
Also published as: CN103573934A; US9435404B2; US20140045640A1; CN103573934B

Abstract

Eine Gruppe von Getriebezahnradanordnungen erzeugt neun Vorwärtsgangübersetzungen und eine Rückwärtsgangübersetzung durch gezieltes Einrücken verschiedener Kombinationen aus drei Kupplungen oder Bremsen. Jede Getriebezahnradanordnung enthält eine vordere schaltbare Zahnradanordnung, die dazu konfiguriert ist, verschiedenste Gangübersetzungen zwischen einer Zwischenwelle und einer Eingangswelle herzustellen. Diese Gangübersetzungen enthalten eine Rückwärtsgangübersetzung, eine Nullgangübersetzung, zwei Kriechgangübersetzungen und eine Direktantriebsübersetzung. Jedes Getriebe enthält weiterhin eine hintere schaltbare Zahnradanordnung, die dazu konfiguriert ist, bestimmte Drehzahlverhältnisse zwischen der Eingangswelle, der Zwischenwelle und einer Ausgangswelle gezielt herzustellen. Durch Einrücken einer Kupplung in der hinteren schaltbaren Zahnradanordnung wird eine Kriechgangübersetzung zwischen der Ausgangswelle und der Zwischenwelle hergestellt. Durch Einrücken einer anderen Kupplung in der hinteren schaltbaren Zahnradanordnung wird die Drehzahl der Eingangswelle auf ein gewichtetes Mittel zwischen der Drehzahl der Zwischenwelle und der Ausgangswelle beschränkt.

Description

Die vorliegende 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 Gangübersetzungen effizient übertragen können. Ist die Geschwindigkeit des Fahrzeugs niedrig, wird das Getriebe üblicherweise mit einer hohen Gangübersetzung betrieben, so dass es das Motordrehmoment zur verbesserten Beschleunigung verstärkt. Bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglicht ein Betrieb des Getriebes mit einer niedrigen Gangübersetzung 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 eine Gruppe von Getriebezahnradanordnungen offenbart. Jede Getriebezahnradanordnung enthält eine vordere schaltbare Zahnradanordnung, die dazu konfiguriert ist, die verschiedenen Gangübersetzungen zwischen einer Zwischenwelle und einer Eingangswelle, einschließlich einer Rückwärtsgangübersetzung, einer Nullgangübersetzung, zweier Kriechgangübersetzungen und einer Direktantriebsübersetzung, herzustellen. Die vordere schaltbare Zahnradanordnung kann zum Beispiel zwei einfache Planetenradsätze und vier Kupplungen umfassen. Jede Getriebezahnradanordnung kann weiterhin eine hintere schaltbare Zahnradanordnung enthalten, die dazu konfiguriert ist, bestimmte Drehzahlverhältnisse zwischen der Eingangswelle, der Zwischenwelle und einer Ausgangswelle gezielt herzustellen. Die hintere schaltbare Zahnradanordnung kann zum Beispiel zwei einfache Planetenradsätze und zwei Kupplungen umfassen. Durch Einrücken der Kupplungen in verschiedenen Dreierkombinationen werden neun Vorwärtsgangübersetzungen und eine Rückwärtsgangübersetzung hergestellt.
1 ist ein Schemadiagramm einer ersten Getriebezahnradanordnung.
2 ist ein Schemadiagramm einer zweiten Getriebezahnradanordnung.
3 ist ein Schemadiagramm einer dritten Getriebezahnradanordnung.
4 ist ein Hebeldiagramm, das der ersten, zweiten und dritten Getriebezahnradanordnung entspricht;
5 ist ein Schemadiagramm einer vierten Getriebezahnradanordnung;
6 ist ein Schemadiagramm einer fünften Getriebezahnradanordnung;
7 ist ein Schemadiagramm einer sechsten Getriebezahnradanordnung und
8 ist ein Schemadiagramm einer siebten Getriebezahnradanordnung.
Es werden hierin Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele für die Erfindung sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details von bestimmten Komponenten zu zeigen. Deshalb sind hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionale Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einem Fachmann zu lehren, wie er die vorliegende Erfindung unterschiedlich einsetzen kann. Wie für den Durchschnittsfachmann auf der Hand liegt, können verschiedene Merkmale, die unter Bezug auf irgendeine der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt werden, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben werden. Die Kombinationen der dargestellten Merkmale stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Es können jedoch für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die den Lehren der vorliegenden Offenbarung entsprechen, 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, so genannte feste Drehzahlverhältnisse, werden unabhängig vom Zustand irgendwelcher 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 beschränkt, wann immer die Kupplung vollständig eingerückt ist, 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. Elemente einer Gruppe sind gekoppelt, wenn sie fest oder gezielt gekoppelt sind.
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 22 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 das feste Drehzahlverhältnis, dass die Drehzahl des Trägers zwischen der Drehzahl des Sonnenrads und der Drehzahl des Hohlrads liegt, vor. (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 werden. 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.
Der Träger 22 ist mit dem Träger 32 fest gekoppelt, und das Hohlrad 28 ist mit dem Sonnenrad 34 fest gekoppelt. Dadurch entsteht eine feste Zahnradanordnung mit vier Elementen. Das erste Element, das Sonnenrad 26, und das vierte Element, die Kombination aus dem Hohlrad 28 und dem Sonnenrad 36, weisen immer die extremsten Drehzahlen auf. Die Drehzahlen des zweiten Elements, des Hohlrads 38, und des dritten Elements, der Kombination aus dem Träger 22 und dem Träger 32, sind ein gewichtetes Mittel der Drehzahlen des ersten und des vierten Elements. Ebenso ist der Träger 42 mit dem Hohlrad 58 fest gekoppelt, und das Hohlrad 48 ist mit dem Sonnenrad 56 fest gekoppelt, wodurch eine zweite feste Zahnradanordnung mit vier Elementen entsteht. Das fünfte Element, das Sonnenrad 46, und das achte Element, die Kombination aus dem Hohlrad 48 und dem Sonnenrad 56, weisen immer die extremsten Drehzahlen auf. Die Drehzahlen des sechsten Elements, der Kombination aus dem Träger 42 und dem Hohlrad 58, und des siebten Elements, des Trägers 52, sind ein gewichtetes Mittel der Drehzahlen des fünften und achten Elements.
Ein vorgeschlagenes Zahnradzähnezahlverhältnis für jeden Planetenradsatz in 1 ist in Tabelle 1 aufgeführt. TABELLE 1

Hohlrad 28/Sonnenrad 26 1,85

Hohlrad 38/Sonnenrad 36 1,75

Hohlrad 48/Sonnenrad 46 1,60

Hohlrad 58/Sonnenrad 56 2,30
Das sechste Element, 42 und 58, ist mit der Ausgangswelle 60 fest gekoppelt. Das dritte Element, 22 und 32, ist durch die Zwischenwelle 62 mit dem achten Element, 48 und 56, fest gekoppelt. Die Eingangswelle 64 wird durch die Kupplung 66 gezielt mit dem ersten Element 26 gekoppelt, durch die Kupplung 68 gezielt mit dem vierten Element, 28 und 36, gekoppelt und durch die Kupplung 70 gezielt mit dem siebten Element 52 gekoppelt. Das erste Element 26 wird durch die Bremse 72 gezielt gegen Drehung gehalten, das zweite Element 38 wird durch die Bremse 74 gezielt gegen Drehung gehalten, und das fünfte Element 46 wird durch die Bremse 76 gezielt gegen Drehung gehalten.

Wie in Tabelle 2 gezeigt, erzeugt das Einrücken der Kupplungen und Bremsen in Dreierkombinationen neun Vorwärtsgangübersetzungen und eine Rückwärtsgangübersetzung zwischen der Eingangswelle 64 und der Ausgangswelle 60. 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. Wenn die Radsätze von 1 die in Tabelle 1 gezeigten Zähnezahlen haben, haben die Gangübersetzungen die in Tabelle 2 aufgeführten Werte. Die Radsätze 20 und 30, die Kupplungen 66 und 68 und die Bremsen 72 und 74 bilden eine vordere schaltbare Zahnradanordnung, die die verschiedenen Gangübersetzungen zwischen der Zwischenwelle 62 und der Eingangswelle 64 herstellt. Insbesondere stellt das Einrücken der Kupplung 66 und der Bremse 74 eine Rückwärtsgangübersetzung her, bei der sich die Zwischenwelle 62 in die entgegengesetzte Richtung wie die Eingangswelle 64 dreht. Das Einrücken beider Bremsen 72 und 74 hält die Zwischenwelle 62 stationär. Das Einrücken der Kupplung 68 in Kombination mit der Bremse 72 bzw. der Bremse 74 stellt zwei Kriechgangübersetzungen her, in denen sich die Zwischenwelle 62 langsamer dreht als die Eingangswelle 64. Schließlich stellt das Einrücken beider Kupplungen 66 und 68 eine Direktantriebsübersetzung her, bei der sich die Zwischenwelle 62 mit der gleichen Drehzahl wie die Eingangswelle 64 dreht. Die Radsätze 40 und 50, die Kupplung 70 und die Bremse 76 bilden eine hintere schaltbare Zahnradanordnung, die wählbare Drehzahlverhältnisse zwischen der Eingangswelle 64, der Zwischenwelle 62 und der Ausgangswelle 60 herstellt. Insbesondere wird bei Einrücken der Bremse 76 eine Kriechgangübersetzung zwischen der Zwischenwelle 62 und der Ausgangswelle 60 hergestellt. Die Kriechgangübersetzung stellt in Kombination mit verschiedenen Gangübersetzungen, die durch die vordere Zahnradanordnung hergestellt werden, die Rückwärtsübersetzung und die drei Vorwärtsgangübersetzungen des Getriebes her. Wenn die Kupplung 70 eingerückt ist, ist die Drehzahl der Eingangswelle 64 auf ein gewichtetes Mittel zwischen den Drehzahlen der Zwischenwelle 62 und der Ausgangswelle 60 beschränkt. Dieses Drehzahlverhältnis stellt in Kombination mit verschiedenen Gangübersetzungen, die durch die vordere Zahnradanordnung hergestellt werden, die ersten fünf Vorwärtsgangübersetzungen des Getriebes her. Die verbleibende Getriebegangübersetzung, die 4., wird durch gemeinsames Einrücken der Kupplung 70 und der Bremse 76 hergestellt. Die vordere Zahnradanordnung ist an der Herstellung der 4. Getriebegangübersetzung nicht beteiligt, es kann aber, falls gewünscht, eine der Kupplungen oder Bremsen der vorderen Zahnradanordnung eingerückt werden. TABELLE 2

	66	68	70	72	74/78	76	Verhältnis	Stufe
Rückwärts	X				X	X	–3,64	81%
1.		X			X	X	4,47
2.		X		X		X	2,50	1,79
3.	X	X				X	1,63	1,54
4.		(X)	X			X	1,19	1,37
5.	X	X	X				1,00	1,19
6.		X	X	X			0,87	1,15
7.		X	X		X		0,78	1,11
8.			X	X	X		0,70	1,12
9.	X		X		X		0,61	1,14

Die optionale Freilaufbremse 78 hält das zweite Element 38 passiv gegen Drehung in eine Richtung, während sie eine Drehung in die andere Richtung gestattet. Durch Aufnahme dieses Elements wird das Schalten vom 1. in den 2. Gang erleichtert. Wenn eine Freilaufbremse 78 vorgesehen ist, wird die Bremse 74 im 1. Gang nicht eingerückt. Für das Schalten in den 2. Gang ist lediglich ein allmähliches Einrücken der Bremse 72 erforderlich. Wenn die Drehmomentkapazität der Bremse 72 ausreichend ist, wird die Freilaufbremse 78 passiv überholt. Wenn die Freilaufbremse 78 weggelassen wird, dann wird die Bremse 74 im 1. Gang eingerückt. Das Schalten vom 1. in den 2. Gang erfolgt dann durch die koordinierte Freigabe der Bremse 74 und das Einrücken der Bremse 72. Alle verbleibenden Schaltungen erfolgen durch die koordinierte Freigabe einer Kupplung oder Bremse und das Einrücken einer anderen Kupplung oder Bremse.
Ein anderes beispielhaftes Getriebe wird in 2 dargestellt. Das Getriebe verwendet vier einfache Planetenradsätze 80, 90, 100 und 110. Der Träger 82 ist mit dem Hohlrad 98 fest gekoppelt, und das Hohlrad 88 ist mit dem Träger 92 fest gekoppelt, wodurch eine feste Zahnradanordnung mit vier Elementen entsteht. Das erste Element, das Sonnenrad 86, und das vierte Element, das Sonnenrad 96, weisen immer die extremsten Drehzahlen auf. Die Drehzahlen des zweiten Elements, der Kombination aus dem Träger 82 und dem Hohlrad 98, und des dritten Elements, der Kombination aus dem Hohlrad 88 und dem Träger 92, sind ein gewichtetes Mittel der Drehzahlen des ersten und des vierten Elements. Ebenso ist das Sonnenrad 106 mit dem Sonnenrad 116 fest gekoppelt, und das Hohlrad 108 ist mit dem Träger 112 fest gekoppelt, wodurch eine zweite feste Zahnradanordnung mit vier Elementen entsteht. Das fünfte Element, die Kombination aus dem Sonnenrad 106 und dem Sonnenrad 116, und das achte Element, das Hohlrad 118, weisen immer die extremsten Drehzahlen auf. Die Drehzahlen des sechsten Elements, der Kombination aus dem Träger 102 und dem Hohlrad 58, und des siebten Elements, der Kombination aus dem Hohlrad 108 und dem Träger 112 sind ein gewichtetes Mittel der Drehzahlen des fünften und achten Elements.
Ein vorgeschlagenes Zahnradzähnezahlverhältnis für jeden Planetenradsatz in 2 ist in Tabelle 3 aufgeführt. TABELLE 3

Hohlrad 88/Sonnenrad 86 1,85

Hohlrad 98/Sonnenrad 96 1,70

Hohlrad 108/Sonnenrad 106 3,70

Hohlrad 118/Sonnenrad 116 2,30
Das sechste Element 102 ist mit der Ausgangswelle 60 fest gekoppelt. Das dritte Element, 88 und 92, ist durch die Zwischenwelle 62 mit dem achten Element 118 fest gekoppelt. Die Eingangswelle 64 wird durch die Kupplung 66 gezielt mit dem ersten Element 86 gekoppelt, durch die Kupplung 68 gezielt mit dem vierten Element 96 gekoppelt und durch die Kupplung 70 gezielt mit dem siebten Element, 108 und 112, gekoppelt. Das erste Element 86 wird durch die Bremse 72 gezielt gegen Drehung gehalten, das zweite Element, 82 und 98, wird durch die Bremse 74 gezielt gegen Drehung gehalten und das fünfte Element, 106 und 116 wird durch die Bremse 76 gezielt gegen Drehung gehalten. Wahlweise hält die Freilaufbremse 78 passiv das zweite Element, 82 und 98, gegen Drehung in eine Richtung, während eine Drehung in die andere Richtung gestattet wird.

Wie in Tabelle 4 gezeigt, erzeugt das Einrücken der Kupplungen und Bremsen in Dreierkombinationen neun Vorwärtsgangübersetzungen und eine Rückwärtsgangübersetzung zwischen der Eingangswelle 64 und der Ausgangswelle 60. Wenn die Radsätze von 2 die in Tabelle 3 gezeigten Zähnezahlen haben, haben die Gangübersetzungen die in Tabelle 4 gezeigten Werte. TABELLE 4

	66	68	70	72	74/78	76	Verhältnis	Stufe
Rückwärts	X				X	X	–3,37	69%
1.		X			X	X	4,92
2.		X		X		X	2,91	1,69
3.	X	X				X	1,82	1,60
4.		(X)	X			X	1,27	1,44
5.	X	X	X				1,00	1,27
6.		X	X	X			0,85	1,18
7.		X	X		X		0,76	1,11
8.			X	X	X		0,67	1,14
9.	X		X		X		0,57	1,18

Ein drittes beispielhaftes Getriebe wird in 3 dargestellt. Das Getriebe verwendet vier einfache Planetenradsätze 120, 130, 140 und 150. Das Sonnenrad 126 ist durch die Zwischenwelle 135 mit dem Sonnenrad 136 fest gekoppelt, und das Hohlrad 128 ist mit dem Träger 132 fest gekoppelt, wodurch eine feste Zahnradanordnung mit vier Elementen entsteht. Das erste Element, die Kombination aus dem Sonnenrad 126 und dem Sonnenrad 136, und das vierte Element, das Hohlrad 138, weisen immer die extremsten Drehzahlen auf. Die Drehzahlen des zweiten Elements, des Trägers 122, und des dritten Elements, der Kombination aus dem Hohlrad 128 und dem Träger 132, sind ein gewichtetes Mittel der Drehzahlen des ersten und des vierten Elements. Ebenso ist der Träger 142 mit dem Hohlrad 158 fest gekoppelt, und das Hohlrad 148 ist mit dem Träger 152 fest gekoppelt, wodurch eine zweite feste Zahnradanordnung mit vier Elementen entsteht. Das fünfte Element, das Sonnenrad 146, und das achte Element, das Sonnenrad 156, weisen immer die extremsten Drehzahlen auf. Die Drehzahlen des sechsten Elements, der Kombination aus dem Träger 142 und dem Hohlrad 158, und des siebten Elements, der Kombination aus dem Hohlrad 148 und dem Träger 152 sind ein gewichtetes Mittel der Drehzahlen des fünften und achten Elements.
Ein vorgeschlagenes Zahnradzähnezahlverhältnis für jeden Planetenradsatz in 3 ist in Tabelle 5 aufgeführt. TABELLE 5

Hohlrad 128/Sonnenrad 126 2,00

Hohlrad 138/Sonnenrad 136 1,90

Hohlrad 148/Sonnenrad 146 3,70

Hohlrad 158/Sonnenrad 156 1,70
Das sechste Element, 142 und 158, ist mit der Ausgangswelle 60 fest gekoppelt. Das dritte Element, 128 und 132, ist durch die Zwischenwelle 62 mit dem achten Element 156 fest gekoppelt. Die Eingangswelle 64 wird durch die Kupplung 66 gezielt mit dem ersten Element, 126 und 136, gekoppelt, durch die Kupplung 68 gezielt mit dem vierten Element 138 gekoppelt und durch die Kupplung 70 gezielt mit dem siebten Element, 148 und 152, gekoppelt. Das erste Element, 126 und 136, wird durch die Bremse 72 gezielt gegen Drehung gehalten, das zweite Element 122 wird durch die Bremse 74 gezielt gegen Drehung gehalten und das fünfte Element 146 wird durch die Bremse 76 gezielt gegen Drehung gehalten. Wahlweise hält die Freilaufbremse 78 passiv das zweite Element 122 gegen Drehung in eine Richtung, während eine Drehung in die andere Richtung gestattet wird.

Wie in Tabelle 6 gezeigt, erzeugt das Einrücken der Kupplungen und Bremsen in Dreierkombinationen neun Vorwärtsgangübersetzungen und eine Rückwärtsgangübersetzung zwischen der Eingangswelle 64 und der Ausgangswelle 60. Wenn die Radsätze von 3 die in Tabelle 5 gezeigten Zähnezahlen haben, haben die Gangübersetzungen die in Tabelle 6 gezeigten Werte. TABELLE 6

	66	68	70	72	74/78	76	Verhältnis	Stufe
Rückwärts	X				X	X	–3,46	78%
1.		X			X	X	4,46
2.		X		X		X	2,64	1,69
3.	X	X				X	1,73	1,53
4.		(X)	X			X	1,27	1,36
5.	X	X	X				1,00	1,27
6.		X	X	X			0,83	1,20
7.		X	X		X		0,74	1,13
8.			X	X	X		0,63	1,17
9.	X		X		X		0,53	1,19

4 beschreibt die Getriebe der 1, 2 und 3 in Form eines Hebeldiagramms. Es werden Zahnradelemente entlang einem Hebel gemäß ihren relativen Drehzahlen, die sich um eine gemeinsame Achse drehen und Drehzahlen mit einem festen linearen Verhältnis haben, gezeigt. Die beiden Elemente, die die extremsten Drehzahlen haben, werden an den Endpunkten des Hebels gezeigt. Die verbleibenden Elemente werden an Zwischenpunkten gemäß den Gewichtungsfaktoren gezeigt. Der Hebel 160 entspricht den Radsätzen 20 und 30 von 1, den Radsätzen 80 und 90 von 2 und den Radsätzen 120 und 130 von 3. Jegliche feste Zahnradanordnung aus vier Elementen, die die vorgesehenen Drehzahlverhältnisse mit den geeigneten Gewichtungsfaktoren auferlegt, kann an Stelle der entsprechenden Radsätze treten, ohne dass sich dies auf die Getriebegangstufen auswirkt. Neben den in den 1–3 gezeigten festen Zahnradanordnungen sind viele andere bekannt. Jegliche Kombination aus zwei Planetenradsätzen mit zwei Elementen, die jeweils mit zwei Elementen der anderen fest verbunden sind, bilden eine feste Zahnradanordnung mit vier Elementen. Einige feste Zahnradanordnungen sind hinsichtlich Packaging, Leistung und Planetenraddrehzahlen gegenüber anderen bevorzugt. Analog dazu entspricht der Hebel 162 den Radsätzen 40 und 50 von 1, den Radsätzen 100 und 110 von 2 und den Radsätzen 140 und 150 von 3. Jegliche feste Zahnradanordnung aus vier Elementen, die die vorgesehenen Drehzahlverhältnisse auferlegt, kann an Stelle der entsprechenden Radsätze treten.
Ein viertes beispielhaftes Getriebe wird in 5 dargestellt. Das Getriebe verwendet vier einfache Planetenradsätze 210, 220, 230 und 240. Das Hohlrad 218 und der Träger 222 sind durch die Zwischenwelle 62 mit dem Sonnenrad 246 fest gekoppelt. Der Träger 232 ist mit der Ausgangswelle 60 fest gekoppelt. Das Sonnenrad 226 und der Träger 242 sind mit der Eingangswelle 64 fest gekoppelt. Das Sonnenrad 236 wird gegen Drehung festgehalten. Ein vorgeschlagenes Zahnradzähnezahlverhältnis für jeden Planetenradsatz in 5 ist in Tabelle 7 aufgeführt. TABELLE 7

Hohlrad 218/Sonnenrad 216 1,85

Hohlrad 228/Sonnenrad 226 1,70

Hohlrad 238/Sonnenrad 236 1,60

Hohlrad 248/Sonnenrad 246 2,30
Das Sonnenrad 216 wird durch die Kupplung 250 gezielt mit der Eingangswelle 64 gekoppelt und wird durch die Bremse 256 gezielt gegen Drehung gehalten. Der Träger 212 wird durch die Kupplung 252 gezielt mit dem Hohlrad 228 gekoppelt und durch die Bremse 258 gezielt gegen Drehung gehalten. Das Hohlrad 238 wird durch die Kupplung 260 gezielt mit dem Sonnenrad 246 und der Zwischenwelle 62 gekoppelt. Das Hohlrad 248 wird durch die Kupplung 254 gezielt mit dem Träger 232 und der Ausgangswelle 60 gekoppelt. Wahlweise hält eine Freilaufbremse 262 passiv den Träger 212 gegen Drehung in eine Richtung, während eine Drehung in die andere Richtung gestattet wird.

Wie in Tabelle 8 gezeigt, erzeugt das Einrücken der Kupplungen und Bremsen in Dreierkombinationen neun Vorwärtsgangübersetzungen und eine Rückwärtsgangübersetzung zwischen der Eingangswelle 64 und der Ausgangswelle 60. Wenn die Radsätze von 5 die in Tabelle 7 gezeigten Zähnezahlen haben, haben die Gangübersetzungen die in Tabelle 8 gezeigten Werte. TABELLE 8

	250	252	254	256	258/262	260	Verhältnis	Stufe
Rückwärts	X				X	X	–3,01	69%
1.		X			X	X	4,39
2.		X		X		X	2,59	1,69
3.	X	X				X	1,63	1,60
4.		(X)	X			X	1,19	1,37
5.	X	X	X				1,00	1,19
6.		X	X	X			0,86	1,16
7.		X	X		X		0,79	1,10
8.			X	X	X		0,70	1,13
9.	X		X		X		0,60	1,16

Ein fünftes beispielhaftes Getriebe wird in 6 dargestellt. Das Getriebe verwendet vier einfache Planetenradsätze 310, 320, 330 und 340. Das Hohlrad 318 ist durch die Zwischenwelle 62 mit dem Hohlrad 338 und dem Sonnenrad 346 fest gekoppelt. Der Träger 312 ist mit dem Hohlrad 328 fest gekoppelt. Das Sonnenrad 326 und der Träger 342 sind mit der Eingangswelle 64 fest gekoppelt. Das Sonnenrad 336 wird gegen Drehung festgehalten. Ein vorgeschlagenes Zahnradzähnezahlverhältnis für jeden Planetenradsatz in 5 ist in Tabelle 9 aufgeführt. TABELLE 9

Hohlrad 318/Sonnenrad 316 1,85

Hohlrad 328/Sonnenrad 326 1,70

Hohlrad 338/Sonnenrad 336 1,60

Hohlrad 348/Sonnenrad 346 2,30
Das Sonnenrad 316 wird durch die Kupplung 350 gezielt mit der Eingangswelle 64 gekoppelt und durch die Bremse 356 gezielt gegen Drehung gehalten. Der Träger 312 und das Hohlrad 328 werden durch die Bremse 358 gezielt gegen Drehung gehalten. Der Träger 322 wird durch die Kupplung 352 gezielt mit dem Hohlrad 318 und der Zwischenwelle 62 gekoppelt. Die Ausgangswelle 60 wird durch die Kupplung 360 gezielt mit dem Träger 332 gekoppelt und durch die Kupplung 354 gezielt mit dem Hohlrad 348 gekoppelt. Wahlweise hält eine Freilaufbremse 362 passiv den Träger 312 und das Hohlrad 328 gegen Drehung in eine Richtung, während eine Drehung in die andere Richtung gestattet wird.

Wie in Tabelle 10 gezeigt, erzeugt das Einrücken der Kupplungen und Bremsen in Dreierkombinationen neun Vorwärtsgangübersetzungen und eine Rückwärtsgangübersetzung zwischen der Eingangswelle 64 und der Ausgangswelle 60. Wenn die Radsätze von 6 die in Tabelle 9 gezeigten Zähnezahlen haben, haben die Gangübersetzungen die in Tabelle 10 gezeigten Werte. TABELLE 10

	350	352	354	356	358/362	360	Verhältnis	Stufe
Rückwärts	X				X	X	–3,01	69%
1.		X			X	X	4,39
2.		X		X		X	2,59	1,69
3.	X	X				X	1,63	1,60
4.		(X)	X			X	1,19	1,37
5.	X	X	X				1,00	1,19
6.		X	X	X			0,86	1,16
7.		X	X		X		0,79	1,10
8.			X	X	X		0,70	1,13
9.	X		X		X		0,60	1,16

Ein sechstes beispielhaftes Getriebe wird in 7 dargestellt. Das Getriebe verwendet vier einfache Planetenradsätze 410, 420, 430 und 440. Das Hohlrad 418 ist durch die Zwischenwelle 62 mit dem Hohlrad 438 und dem Sonnenrad 446 fest gekoppelt. Das Sonnenrad 426 ist mit der Zwischenwelle 415 fest gekoppelt. Das Hohlrad 428 und der Träger 442 sind mit der Eingangswelle 64 fest gekoppelt. Der Träger 412 und das Sonnenrad 436 werden gegen Drehung festgehalten. Ein vorgeschlagenes Zahnradzähnezahlverhältnis für jeden Planetenradsatz in 7 ist in Tabelle 11 aufgeführt. TABELLE 11

Hohlrad 418/Sonnenrad 416 2,00

Hohlrad 428/Sonnenrad 426 1,90

Hohlrad 438/Sonnenrad 436 1,60

Hohlrad 448/Sonnenrad 446 2,30
Die Zwischenwelle 415 wird durch die Kupplung 450 gezielt mit der Eingangswelle 64 gekoppelt, durch die Kupplung 458 gezielt mit dem Sonnenrad 416 gekoppelt und durch die Bremse 456 gezielt gegen Drehung gehalten. Der Träger 422 wird durch die Kupplung 452 gezielt mit dem Hohlrad 418 und der Zwischenwelle 62 gekoppelt. Die Ausgangswelle 60 wird durch die Kupplung 460 gezielt mit dem Träger 432 gekoppelt und durch die Kupplung 454 gezielt mit dem Hohlrad 448 gekoppelt.

Wie in Tabelle 12 gezeigt, erzeugt das Einrücken der Kupplungen und Bremsen in Dreierkombinationen neun Vorwärtsgangübersetzungen und eine Rückwärtsgangübersetzung zwischen der Eingangswelle 64 und der Ausgangswelle 60. Wenn die Radsätze von 7 die in Tabelle 11 gezeigten Zähnezahlen haben, haben die Gangübersetzungen die in Tabelle 12 gezeigten Werte. TABELLE 12

	450	452	454	456	458	460	Verhältnis	Stufe
Rückwärts	X				X	X	–3,25	78%
1.		X			X	X	4,19
2.		X		X		X	2,48	1,69
3.	X	X				X	1,63	1,53
4.		(X)	X			X	1,19	1,37
5.	X	X	X				1,00	1,19
6.		X	X	X			0,87	1,15
7.		X	X		X		0,79	1,10
8.			X	X	X		0,70	1,13
9.	X		X		X		0,61	1,15

Ein siebtes beispielhaftes Getriebe wird in 8 dargestellt. Das Getriebe verwendet vier einfache Planetenradsätze 510, 520, 530 und 540. Der Träger 522 ist durch die Zwischenwelle 62 mit dem Hohlrad 538 fest gekoppelt. Das Sonnenrad 516 ist mit der Zwischenwelle 515 fest gekoppelt. Das Hohlrad 548 ist mit der Ausgangswelle 60 festgekoppelt. Das Hohlrad 528 und der Träger 542 sind mit der Eingangswelle 64 fest gekoppelt. Der Träger 512 und das Sonnenrad 536 werden gegen Drehung festgehalten. Ein vorgeschlagenes Zahnradzähnezahlverhältnis für jeden Planetenradsatz in 8 ist in Tabelle 13 aufgeführt. TABELLE 13

Hohlrad 518/Sonnenrad 516 2,00

Hohlrad 528/Sonnenrad 526 1,90

Hohlrad 538/Sonnenrad 536 1,60

Hohlrad 548/Sonnenrad 546 2,30
Die Zwischenwelle 515 wird durch die Kupplung 550 gezielt mit der Eingangswelle 64 gekoppelt, durch die Kupplung 552 gezielt mit dem Sonnenrad 526 gekoppelt und durch die Bremse 556 gezielt gegen Drehung gehalten. Das Hohlrad 518 wird durch die Kupplung 558 gezielt mit dem Träger 522 und der Zwischenwelle 62 gekoppelt. Die Ausgangswelle 60 wird durch die Kupplung 560 gezielt mit dem Träger 532 gekoppelt. Das Sonnenrad 546 wird durch die Kupplung 554 gezielt mit der Zwischenwelle 62 gekoppelt.

Wie in Tabelle 14 gezeigt, erzeugt das Einrücken der Kupplungen und Bremsen in Dreierkombinationen neun Vorwärtsgangübersetzungen und eine Rückwärtsgangübersetzung zwischen der Eingangswelle 64 und der Ausgangswelle 60. Wenn die Radsätze von 8 die in Tabelle 13 gezeigten Zähnezahlen haben, haben die Gangübersetzungen die in Tabelle 14 gezeigten Werte. TABELLE 14

	550	552	554	556	558/562	560	Verhältnis	Stufe
Rückwärts	X				X	X	–3,25	78%
1.		X			X	X	4,19
2.		X		X		X	2,48	1,69
3.	X	X				X	1,63	1,53
4.		(X)	X			X	1,19	1,37
5.	X	X	X				1,00	1,19
6.		X	X	X			0,87	1,15
7.		X	X		X		0,79	1,10
8.			X	X	X		0,70	1,13
9.	X		X		X		0,61	1,15

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 somit nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Getriebe, das Folgendes umfasst: eine Eingangs-, eine Ausgangs- und eine erste Zwischenwelle; eine erste schaltbare Zahnradanordnung, die dazu konfiguriert ist, mindestens fünf Gangübersetzungen zwischen der ersten Zwischenwelle und der Eingangswelle herzustellen; eine zweite schaltbare Zahnradanordnung, die dazu konfiguriert ist, die Ausgangswelle auf eine Drehung mit einer Drehzahl zwischen null und einer Drehzahl der ersten Zwischenwelle gezielt zu beschränken; und eine erste feste Zahnradanordnung, die dazu konfiguriert ist, die Eingangswelle auf eine Drehung mit einer Drehzahl zwischen Drehzahlen eines achten Elements und eines sechsten Elements fest zu beschränken, wobei das achte Element mit der ersten Zwischenwelle gekoppelt ist und das sechste Element mit der Ausgangswelle gekoppelt ist.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei die mindestens fünf Gangübersetzungen zwischen der ersten Zwischenwelle und der Eingangswelle eine Rückwärtsgangübersetzung, eine Nullgangübersetzung, zwei Kriechgangübersetzungen und eine Direktantriebsübersetzung umfassen.
Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das achte Element mit der ersten Zwischenwelle fest gekoppelt ist; und eine erste Kupplung das sechste Element gezielt mit der Ausgangswelle koppelt.
Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das sechste Element mit der Ausgangswelle fest gekoppelt ist; und eine erste Kupplung das achte Element gezielt mit der ersten Zwischenwelle koppelt.
Getriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste schaltbare Zahnradanordnung Folgendes umfasst: eine zweite Zwischenwelle; eine dritte schaltbare Zahnradanordnung, die dazu konfiguriert ist, die erste Zwischenwelle und die zweite Zwischenwelle gezielt so zu beschränken, dass sie sich in entgegengesetzte Richtungen drehen oder beide stationär sind; eine vierte schaltbare Zahnradanordnung, die dazu konfiguriert ist, die erste Zwischenwelle auf eine Drehung mit einer Drehzahl zwischen den Drehzahlen der Eingangswelle und der zweiten Zwischenwelle gezielt zu beschränken; eine zweite Kupplung, die die zweite Zwischenwelle gezielt mit der Eingangswelle koppelt; und eine erste Bremse, die die zweite Zwischenwelle gezielt gegen Drehung hält.
Getriebe nach Anspruch 5, wobei die dritte schaltbare Zahnradanordnung Folgendes umfasst: einen einfachen Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem gegen Drehung festgehaltenen Planetenträger, einem mit der ersten Zwischenwelle fest gekoppelten Hohlrad und mehreren Planetenrädern, die zur Drehung bezüglich des Planetenträgers gestützt werden und in ständigem Kämmeingriff sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad stehen; eine dritte Kupplung, die das Sonnenrad gezielt mit der zweiten Zwischenwelle koppelt.
Getriebe nach Anspruch 5, wobei die dritte schaltbare Zahnradanordnung Folgendes umfasst: einen einfachen Planetenradsatz mit einem mit der zweiten Zwischenwelle fest gekoppelten Sonnenrad, einem gegen Drehung festgehaltenen Planetenträger, einem Hohlrad und mehreren Planetenrädern, die zur Drehung bezüglich des Planetenträgers gestützt werden und in ständigem Kämmeingriff sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad stehen; und eine dritte Kupplung, die das Hohlrad gezielt mit der ersten Zwischenwelle koppelt.
Getriebe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die vierte schaltbare Zahnradanordnung Folgendes umfasst: einen einfachen Planetenradsatz mit einem mit der zweiten Zwischenwelle fest gekoppelten Sonnenrad, einem mit der Eingangswelle fest gekoppelten Hohlrad und mehreren Planetenrädern, die zur Drehung bezüglich des Planetenträgers gestützt werden und in ständigem Kämmeingriff sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad stehen; und eine dritte Kupplung, die den Planetenträger gezielt mit der ersten Zwischenwelle koppelt.
Getriebe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die vierte schaltbare Zahnradanordnung Folgendes umfasst: einen einfachen Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem mit der ersten Zwischenwelle fest gekoppelten Planetenträger, einem mit der Eingangswelle fest gekoppelten Hohlrad und mehreren Planetenrädern, die zur Drehung bezüglich des Planetenträgers gestützt werden und in ständigem Kämmeingriff sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad stehen; und eine dritte Kupplung, die das Sonnenrad gezielt mit der zweiten Zwischenwelle koppelt.
Getriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste schaltbare Zahnradanordnung Folgendes umfasst: eine zweite feste Zahnradanordnung, die dazu konfiguriert ist, ein zweites Element auf Drehung mit einer Drehzahl zwischen den Drehzahlen eines ersten Elements und der Zwischenwelle fest zu beschränken; eine dritte schaltbare Zahnradanordnung, die dazu konfiguriert ist, die erste Zwischenwelle auf Drehung mit einer Drehzahl zwischen den Drehzahlen des zweiten Elements und der Eingangswelle gezielt zu beschränken; eine zweite Kupplung, die das erste Element gezielt mit der Eingangswelle koppelt; eine erste Bremse, die das erste Element gezielt gegen Drehung hält; und eine zweite Bremse, die das zweite Element gezielt gegen Drehung hält.
Getriebe nach Anspruch 10, wobei die dritte schaltbare Zahnradanordnung Folgendes umfasst: einen einfachen Planetenradsatz mit einem mit der Eingangswelle fest gekoppelten Sonnenrad, einem Planetenträger, einem mit dem zweiten Element fest gekoppelten Hohlrad und mehreren Planetenrädern, die zur Drehung bezüglich des Planetenträgers gestützt werden und in ständigem Kämmeingriff sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad stehen; und eine dritte Kupplung, die den Träger gezielt mit der ersten Zwischenwelle koppelt.
Getriebe nach Anspruch 10, wobei die dritte schaltbare Zahnradanordnung Folgendes umfasst: einen einfachen Planetenradsatz mit einem mit der Eingangswelle fest gekoppelten Sonnenrad, einem mit der ersten Zwischenwelle fest gekoppelten Planetenträger, einem Hohlrad und mehreren Planetenrädern, die zur Drehung bezüglich des Planetenträgers gestützt werden und in ständigem Kämmeingriff sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad stehen; und eine dritte Kupplung, die das Hohlrad mit dem zweiten Element koppelt.
Getriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite schaltbare Zahnradanordnung Folgendes umfasst: einen einfachen Planetenradsatz mit einem gegen Drehung festgehaltenen Sonnenrad, einem Planetenträger, einem mit der ersten Zwischenwelle fest gekoppelten Hohlrad und mehreren Planetenrädern, die zur Drehung bezüglich des Planetenträgers gestützt werden und in ständigem Kämmeingriff sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad stehen; und eine zweite Kupplung, die den Planetenträger mit der Ausgangswelle koppelt.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die zweite schaltbare Zahnradanordnung Folgendes umfasst: einen einfachen Planetenradsatz mit einem gegen Drehung festgehaltenen Sonnenrad, einem mit der Ausgangswelle fest gekoppelten Planetenträger, einem Hohlrad und mehreren Planetenrädern, die zur Drehung bezüglich des Planetenträgers gestützt werden und in ständigem Kämmeingriff sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad stehen; und eine zweite Kupplung, die das Hohlrad mit der ersten Zwischenwelle gezielt koppelt.