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GEBIET
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Die Erfindung betrifft allgemein ein Mehrganggetriebe, das mehrere Planetenradsätze und eine Mehrzahl von Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist, und genauer ein Getriebe, das eine Mehrzahl von Gängen, vier Planetenradsätze und eine Mehrzahl von Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist.
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HINTERGRUND
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Die Aussagen in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformationen, die mit der vorliegenden Offenbarung in Beziehung stehen, und brauchen keinen Stand der Technik zu bilden.
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Ein typisches Mehrganggetriebe benutzt eine Kombination aus Reibkupplungen oder Bremsen, 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 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 der Geschmeidigkeit aus, sowie einen verbesserten Bauraum, primär reduzierte Größe und reduziertes Gewicht, zeigen, im Wesentlichen konstant. Dementsprechend gibt es einen Bedarf für ein verbessertes, kostengünstiges und kompaktes Mehrganggetriebe.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist ein Getriebe vorgesehen, das ein Eingangselement, ein Ausgangselement, vier Planetenradsätze, eine Mehrzahl von Kopplungselementen und eine Mehrzahl von Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist. Jeder der Planetenradsätze umfasst ein erstes, zweites und drittes Element. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen sind zum Beispiel Kupplungen und Bremsen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Ausgangselement ständig mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes und dem Trägerelement des ersten Planetenradsatzes verbunden und ein Eingangselement ist ständig mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes und dem Trägerelement des vierten Planetenradsatzes verbunden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Getriebe vorgesehen, das ein erstes Verbindungselement zum ständigen Verbinden des Hohlrads des ersten Planetenradsatzes mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes aufweist.
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Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Getriebe vorgesehen, das ein zweites Verbindungselement zum ständigen Verbinden des Trägerelements des ersten Planetenradsatzes mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes aufweist.
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Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Getriebe vorgesehen, das ein drittes Verbindungselement zum ständigen Verbinden des Trägerelements des zweiten Planetenradsatzes mit dem Trägerelement des dritten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes aufweist.
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Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Getriebe vorgesehen, das ein viertes Verbindungselement zum ständigen Verbinden des Sonnenrads des dritten Planetenradsatzes und des Eingangselements mit dem Trägerelement des vierten Planetenradsatzes aufweist.
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Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Getriebe vorgesehen, das eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung zum selektiven Ineingriffbringen des Sonnenrads des dritten Planetenradsatzes, des Trägerelements des vierten Planetenradsatzes und des Eingangselements mit dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes aufweist.
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Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Getriebe vorgesehen, das eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung zum selektiven Ineingriffbringen des Sonnenrads des zweiten Planetenradsatzes mit dem Eingangselement aufweist.
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Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Getriebe vorgesehen, das eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung zum selektiven Ineingriffbringen des Hohlrads des vierten Planetenradsatzes mit einem feststehenden Element aufweist.
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Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Getriebe vorgesehen, das eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung zum selektiven Ineingriffbringen des Sonnenrads des vierten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element aufweist.
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Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Getriebe vorgesehen, das eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung zum selektiven Ineingriffbringen des Sonnenrads des zweiten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element aufweist.
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Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Getriebe vorgesehen, das eine sechste Drehmomentübertragungseinrichtung zum selektiven Einrücken des Sonnenrads des ersten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element aufweist.
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Gemäß einem abermals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Drehmomentübertragungseinrichtungen jeweils selektiv in Kombinationen aus zumindest zweien einrückbar, um eine Mehrzahl von Vorwärtsdrehzahlverhältnissen und zumindest ein Rückwärtsdrehzahlverhältnis zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement herzustellen.
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Gemäß einem abermals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung lagert das Trägerelement des dritten Planetenradsatzes einen ersten und zweiten Satz Planetenritzel drehbar, und der erste Satz Planetenritzel kämmt mit dem Sonnenrad und dem zweiten Satz Planetenritzel, und der zweite Satz Planetenritzel kämmt mit dem Hohlrad und dem ersten Satz Planetenritzel.
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Weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen deutlich werden, in denen gleiche Bezugszeichen auf die/das gleiche Komponente, Bauteil oder Merkmal verweisen.
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ZEICHNUNGEN
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur Veranschaulichungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
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1 ist ein Hebeldiagramm einer Ausführungsform eines Achtganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Achtganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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3 ist eine Wahrheitstabelle, die den Einrückungszustand der verschiedenen Drehmoment übertragenden Bauteile in jedem der verfügbaren Vorwärts- und Rückwärtsgänge oder -übersetzungsverhältnisse des in den 1 und 2 veranschaulichten Getriebes darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Nutzungen nicht beschränken.
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Zu Beginn ist festzustellen, dass in dem besonderen angeführten Beispiel das Achtgang-Automatikgetriebe der vorliegenden Erfindung eine Anordnung von permanenten mechanischen Verbindungen zwischen den Bauteilen der vier Planetenradsätze aufweist. Zum Beispiel ist eine erste Komponente oder ein erstes Bauteil eines ersten Planetenradsatzes permanent mit einer zweiten Komponente oder einem zweiten Bauteil eines dritten Planetenradsatzes gekoppelt. Eine zweite Komponente oder ein zweites Bauteil des ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einer ersten Komponente oder einem ersten Bauteil eines zweiten Planetenradsatzes und mit dem Ausgangselement gekoppelt. Eine dritte Komponente oder ein drittes Bauteil des zweiten Planetenradsatzes ist permanent mit einer dritten Komponente oder einem dritten Bauteil eines dritten Planetenradsatzes und mit einer dritten Komponente oder einem dritten Bauteil eines vierten Planetenradsatzes gekoppelt. Eine erste Komponente oder ein erstes Bauteil eines dritten Planetenradsatzes und ein Eingangselement sind permanent mit einer zweiten Komponente oder einem zweiten Bauteil eines vierten Planetenradsatzes gekoppelt.
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Nun unter Bezugnahme auf
1 ist eine Ausführungsform eines Achtganggetriebes
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 Planetenradsatzes jeweils durch einen Knoten dargestellt sind. Deshalb enthält ein einzelner Hebel drei Knoten: einen für das Sonnenrad, einen für den Planetenradträger und einen für das Hohlrad. 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 variieren, um geeignete Verhältnisse und eine geeignete Verhältnisprogression zu erreichen. Mechanische Kopplungen oder Verbindungen zwischen den Knoten der verschiedenen Planetenradsätze sind durch dünne, horizontale Linien dargestellt, und Drehmomentübertragungseinrichtungen, wie etwa Kupplungen und Bremsen, sind durch ineinander greifende Finger dargestellt. Falls die Vorrichtung eine Bremse ist, ist ein Satz der Finger geerdet. Eine weitergehende Erläuterung des Formats, Zwecks und der Verwendung von Hebeldiagrammen ist in der Druckschrift
SAE Paper 810102 "The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis" von Benford und Leising zu finden, die hierin durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
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Das Getriebe 10 umfasst eine Eingangswelle oder ein Eingangselement 12, einen ersten Planetenradsatz 14 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 14A, einem zweiten Knoten 14B und einem dritten Knoten 14C, einen zweiten Planetenradsatz 16 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 16A, einem zweiten Knoten 16B und einem dritten Knoten 16C, einen dritten Planetenradsatz 18 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 18A, einem zweiten Knoten 18B und einem dritten Knoten 18C, einen vierten Planetenradsatz 20 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 20A, einem zweiten Knoten 20B und einem dritten Knoten 20C, und eine Ausgangswelle oder ein Ausgangselement 22.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der erste Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 mit einem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der zweite Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit einem ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 und mit der Ausgangswelle oder dem Ausgangselement 22 gekoppelt. Der zweite Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 ist mit dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 und mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Der erste Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 und das Eingangselement sind mit dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt.
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Eine erste Kupplung 24 verbindet den ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18, dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20 und der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12. Eine zweite Kupplung 26 verbindet den dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12. Eine erste Bremse 30 verbindet den dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem feststehenden Bauteil oder einem Getriebegehäuse 50. Eine zweite Bremse 32 verbindet den ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem feststehenden Bauteil oder einem Getriebegehäuse 50. Eine dritte Bremse 34 verbindet den dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem feststehenden Bauteil oder einem Getriebegehäuse 50. Eine vierte Bremse 36 verbindet den dritten Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit dem feststehenden Bauteil oder einem Getriebegehäuse 50.
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Nun unter Bezugnahme auf 2 stellt ein Prinzipdiagramm ein schematisches Layout der Ausführungsform des Achtganggetriebes 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. In 2 wird die Nummerierung aus dem Hebeldiagramm von 1 übernommen. Die Kupplungen, Bremsen und Kopplungseinrichtungen sind entsprechend dargestellt, wohingegen die Knoten der Planetenradsätze nun als Komponenten von Planetenradsätzen, wie Sonnenräder, Hohlräder, Planetenräder und Planetenradträger, erscheinen.
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Zum Beispiel umfasst der Planetenradsatz 14 ein Sonnenradelement 14C, ein Hohlradelement 14A und ein Planetenradträgerelement 14B, das einen Satz Planetenräder 14D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Der Satz Planetenräder 14D ist derart ausgestaltet, dass ein jedes mit dem Sonnenradelement 14C und einem Hohlradelement 14A kämmt. Das Sonnenradelement 14C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 42 verbunden. Das Hohlradelement 14A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Der Planetenträger 14B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 46 und mit dem Ausgangselement 22 verbunden.
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Der Planetenradsatz 16 umfasst ein Sonnenradelement 16C, ein Hohlradelement 16A und ein Planetenradträgerelement 16B, das einen Satz Planetenräder 16D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Der Satz Planetenräder 16D ist derart ausgestaltet, dass ein jedes mit sowohl dem Sonnenradelement 16C als auch dem Hohlradelement 16A kämmt. Das Sonnenradelement 16C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Welle oder einem vierten Verbindungselement 48 verbunden. Das Hohlradelement 16A ist zur gemeinsamen Rotation mit der dritten Welle oder dem dritten Verbindungselement 46 verbunden. Der Planetenträgerelement 16B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer fünften Welle oder einem fünften Verbindungselement 52 verbunden.
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Der Planetenradsatz 18 umfasst ein Sonnenradelement 18A, ein Hohlradelement 18B und ein Planetenradträgerelement 18C, das einen ersten Satz Planetenräder 18D (von denen nur eines gezeigt ist) und einen zweiten Satz Planetenräder 18E (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Der erste Satz Planetenräder 18D ist derart ausgestaltet, dass ein jedes mit sowohl dem Sonnenradelement 18A als auch dem zweiten Satz Planetenräder 18E kämmt. Der zweite Satz Planetenräder 18E ist derart ausgestaltet, dass ein jedes mit sowohl dem Hohlradelement 18B als auch dem ersten Satz Planetenräder 18D kämmt. Das Sonnenradelement 18A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer sechsten Welle oder einem sechsten Verbindungselement 54 und dem Eingangselement 12 verbunden. Das Hohlradelement 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit der zweiten Welle oder dem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Das Planetenträgerelement 18C ist zur gemeinsamen Rotation mit der fünften Welle oder dem fünften Verbindungselement 52 und einer siebten Welle oder einem siebten Verbindungselement 56 verbunden.
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Der Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenradelement 20A, ein Hohlradelement 20C und ein Planetenradträgerelement 20B, das einen Satz Planetenräder 20D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Der Satz Planetenräder 20D ist derart ausgestaltet, dass ein jedes mit sowohl dem Sonnenradelement 20A als auch dem Hohlradelement 20C kämmt. Das Sonnenradelement 20A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer achten Welle oder einem achten Verbindungselement 58 verbunden. Das Hohlradelement 20C ist zur gemeinsamen Rotation mit der siebten Welle oder dem siebten Verbindungselement 56 und mit einer neunten Welle oder einem neunten Verbindungselement 60 verbunden. Das Planetenträgerelement 20B ist zur gemeinsamen Rotation mit der sechsten Welle oder dem sechsten Verbindungselement 54 verbunden.
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Die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 ist ständig mit einer Kraftmaschine (nicht gezeigt) oder mit einem Turbinenrad eines Drehmomentwandlers (nicht gezeigt) verbunden. Die Ausgangswelle oder das Ausgangselement 22 ist ständig mit der Achsantriebseinheit oder dem Verteilergetriebe (nicht gezeigt) verbunden.
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Die Drehmomentübertragungsmechanismen oder die Kupplungen 24, 26 und die Bremsen 30, 32, 34 und 36 sorgen für eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Gehäuses. Zum Beispiel ist die erste Kupplung 24 selektiv einrückbar, um die achte Welle oder das achte Verbindungselement 58 mit der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12 zu verbinden. Die zweite Kupplung 26 ist selektiv einrückbar, um die vierte Welle oder das vierte Verbindungselement 48 mit der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12 zu verbinden. Die erste Bremse 30 ist selektiv einrückbar, um die neunte Welle oder das neunte Verbindungselement 60 mit dem feststehenden Bauteil oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation der neunten Welle oder des neunten Verbindungselements 60 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 zu verhindern. Die zweite Bremse 32 ist selektiv einrückbar, um die achte Welle oder das achte Verbindungselement 58 mit einem feststehenden Bauteil oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation der achten Welle oder des achten Verbindungselements 58 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 zu verhindern. Die dritte Bremse 34 ist selektiv einrückbar, um die vierte Welle oder das vierte Verbindungselement 48 mit dem feststehenden Bauteil oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation der vierten Welle oder des vierten Verbindungselements 48 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die vierte Bremse 36 ist selektiv einrückbar, um die erste Welle oder das erste Verbindungselement 42 mit einem feststehenden Bauteil oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation der ersten Welle oder des ersten Verbindungselements 42 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 zu verhindern.
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Nun wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 die Arbeitsweise der Ausführungsform des Achtganggetriebes 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 einer Mehrzahl von Vorwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnissen (zum Beispiel acht) und zumindest einem Rückwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnis zu übertragen. Jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnis wird durch Einrückung von einem oder mehreren der Drehmomentübertragungsmechanismen (d. h. erste Kupplung 24, zweite Kupplung 26, erste Bremse 30, zweite Bremse 32, dritte Bremse 34 und vierte Bremse 36) erzielt, wie es nachstehend erläutert wird. 4 ist eine Wahrheitstabelle, die die verschiedenen Kombinationen von Drehmoment übertragenden Bauteilen darstellt, die aktiviert oder eingerückt werden, um die verschiedenen Gangzustände 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. Ein Beispiel der Übersetzungsverhältnisse, die unter Verwendung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhalten werden können, ist in 3 ebenfalls gezeigt. Natürlich sind andere Übersetzungsverhältnisse abhängig von dem gewählten Zahnraddurchmesser, der gewählten Zahnradzähnezahl und der gewählten Zahnradkonfiguration erreichbar.
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Mit Bezug auf das Getriebe 10 wird ein Rückwärtsgang hergestellt, indem die zweite Kupplung 26 und die erste Bremse 30 eingerückt oder aktiviert werden. Die zweite Kupplung 26 verbindet die vierte Welle oder das vierte Verbindungselement 48 mit der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12. Die erste Bremse 30 verbindet die neunte Welle oder das neunte Verbindungselement 60 mit dem feststehenden Bauteil oder dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation der neunten Welle oder des neunten Verbindungselements 60 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 zu verhindern. Gleichermaßen werden die acht Vorwärtsgänge durch unterschiedliche Kombinationen einer Kupplungs- und Bremseneinrückung erreicht, wie es in 3 gezeigt ist.
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Es ist festzustellen, dass die vorstehende Erläuterung der Arbeitsweise und der Gangzustände des Achtganggetriebes 10 zuallererst von der Annahme ausgeht, dass alle in einem gegebenen Gangzustand nicht speziell genannten Kupplungen und Bremsen inaktiv oder ausgerückt sind, und zweitens während Gangschaltvorgängen, d. h. Wechseln des Gangzustands, zwischen zumindest benachbarten Gangzuständen, eine in beiden Gangzuständen eingerückte oder aktivierte Kupplung oder Bremse eingerückt oder aktiviert bleiben wird.
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Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur und Abwandlungen, die nicht von dem Gedanken der Erfindung abweichen, sollen im Umfang der Erfindung liegen. Derartige Abwandlungen sind nicht als eine Abweichung von dem Gedanken und Umfang der Erfindung zu betrachten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- SAE Paper 810102 ”The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis” [0026]
