DE102014103115B4

DE102014103115B4 - Zehnganggetriebe

Info

Publication number: DE102014103115B4
Application number: DE102014103115.6A
Authority: DE
Inventors: Edward W. Mellet; James M. Hart; Andrew W. Phillips
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2018-08-23
Anticipated expiration: 2034-03-11
Also published as: DE102014103115A1; CN104048002A; US8876652B2; CN104048002B; US20140274546A1

Abstract

Getriebe (10), umfassend:
ein Getriebegehäuse (50);
ein Eingangselement (12);
ein Ausgangselement (22);
einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz (14, 16, 18, 20), die jeweils ein Sonnenradelement (14C, 16A, 18C, 20C), ein Hohlradelement (14A, 16C, 18A, 20A) und ein Planetenradträgerelement (14B, 16B, 18B, 20B) aufweisen;
wobei das Eingangselement (12) ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem Planetenradträgerelement (16B) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbunden ist und das Ausgangselement (22) ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem Planetenradträgerelement (20B) des vierten Planetenradsatzes (20) verbunden ist;
ein erstes Verbindungselement (44), das das Sonnenradelement (14C) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit dem Sonnenradelement (16A) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbindet,
ein zweites Verbindungselement (48), das das Planetenradträgerelement (14B) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit dem Planetenradträgerelement (18B) des dritten Planetenradsatzes (18) und mit dem Hohlradelement (20A) des vierten Planetenradsatzes (20) verbindet,
ein drittes Verbindungselement (52), das das Hohlradelement (16C) des zweiten Planetenradsatzes (16) ständig mit dem Sonnenradelement (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) verbindet,
sechs Drehmomentübertragungsmechanismen (24, 26, 28, 30, 32, 34), wobei der erste, zweite, dritte und vierte Drehmomentübertragungsmechanismus (24, 26, 28, 30) der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen (24, 26, 28, 30, 32, 34) Kupplungen sind und wobei der fünfte und sechste Drehmomentübertragungsmechanismus (32, 34) der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen (24, 26, 28, 30, 32, 34) Bremsen sind,
wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus (24) selektiv einrückbar ist, um das Eingangselement (12) mit dem Sonnenradelement (20C) des vierten Planetenradsatzes (20) zu verbinden, der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus (26) selektiv einrückbar ist, um das Sonnenradelement (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) mit dem Sonnenradelement (20C) des vierten Planetenradsatzes (20) zu verbinden, der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus (28) selektiv einrückbar ist, um das Hohlradelement (18A) des dritten Planetenradsatzes (18) mit dem Sonnenradelement (20C) des vierten Planetenradsatzes (20) zu verbinden, der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus (30) selektiv einrückbar ist, um das Hohlradelement (18A) des dritten Planetenradsatzes (18) mit dem Planetenradträgerelement (20B) des vierten Planetenradsatzes (20) zu verbinden, der fünfte Drehmomentübertragungsmechanismus (32) selektiv einrückbar ist, um das Hohlradelement (14A) des ersten Planetenradsatzes (14) mit dem Getriebegehäuse (50) zu verbinden, der sechste Drehmomentübertragungsmechanismus (34) selektiv einrückbar ist, um das Sonnenradelement (14C) des ersten Planetenradsatzes (14) mit dem Getriebegehäuse (50) zu verbinden und
wobei die sechs Drehmomentübertragungsmechanismen (24, 26, 28, 30, 32, 34) selektiv in Dreierkombinationen einrückbar sind, um zehn Vorwärtsdrehzahlverhältnisse und ein Rückwärtsdrehzahlverhältnis zwischen dem Eingangselement (12) und dem Ausgangselement (22) herzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zehnganggetriebe, das vier Planetenradsätze und sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist.
Ein typisches Mehrganggetriebe benutzt eine Kombination aus Reibkupplungen, Planetenradanordnungen und festen Verbindungen, um eine Mehrzahl von Übersetzungsverhältnissen zu erreichen. Die Anzahl und physikalische Anordnung der Planetenradsätze im Allgemeinen werden durch den Bauraum, die Kosten und die gewünschten Drehzahlverhältnisse vorgeschrieben.
Die nachveröffentlichte DE 10 2013 211 676 A1 offenbart Zahnganggetriebe mit einem Getriebegehäuse, einem Eingangselement, einem Ausgangselement, vier Planetenradsätzen, Verbindungselementen sowie sechs Drehmomentübertragungsmechanismen, von denen vier Kupplungen und zwei Bremsen sind. Die durch die Verbindungselemente und Drehmomentübertragungsmechanismen zwischen den Elementen der Planetenradsätze und mit dem Getriebegehäuse hergestellten Verbindungen unterscheiden sich von denen des Zehnganggetriebes der vorliegenden Erfindung. So besteht keine gekuppelte Verbindung zwischen den mit dem Ausgangselement verbundenen Planetenradträgerelement und dem Hohlradelement des dritten Planetenradsatzes.
Aus der DE 10 2007 055 808 A1 ist ein 10-Gang-Automatgetriebe bekannt, das ein Getriebegehäuse, ein Eingangselement, ein Ausgangselement, vier Planetenradsätze, mehrere Verbindungselemente und sechs Drehmomentübertragungsmechanismen aufweist, von denen vier Kupplungen und zwei Bremsen sind. Die durch die Verbindungselemente und Drehmomentübertragungsmechanismen zwischen den Elementen der Planetenradsätze und mit dem Getriebegehäuse hergestellten Verbindungen weichen von denen des erfindungsgemä0en Zehnganggetriebes ab. Ein Unterschied besteht darin, dass zwischen dem Sonnenradelement des vierten, ausgangsseitigen Planetenradsatzes und dem Hohlradelement des diesem vorgelagerten, dritten Planetenradsatzes keine gekuppelte Verbindung sondern eine ständige Verbindung vorhanden ist.
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.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Zehnganggetriebe zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Zehnganggetriebe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft beschrieben:

1 ist ein Hebeldiagramm einer Ausführungsform eines Zehnganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Zehnganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
3 ist eine Schalttabelle, die den Einrückungszustand der verschiedenen Drehmomentübertragungsbauteile in jedem der verfügbaren Vorwärts- und Rückwärtsgänge oder -übersetzungsverhältnisse des in den 1 und 2 veranschaulichten Getriebes darstellt.

Zu Beginn ist festzustellen, dass die Ausführungsformen der Mehrgang-Automatikgetriebe der vorliegenden Erfindung eine Anordnung von permanenten mechanischen Verbindungen zwischen den Bauteilen der vier Planetenradsätze aufweisen. Zum Beispiel ist eine zweite Komponente oder ein zweites Bauteil eines ersten Planetenradsatzes permanent mit einer zweiten Komponente oder einem zweiten Bauteil des dritten Planetenradsatzes und einer ersten Komponente oder einem ersten Bauteil des vierten Planetenradsatzes gekoppelt. Eine dritte Komponente oder ein drittes Bauteil des ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einer ersten Komponente oder einem ersten Bauteil des zweiten Planetenradsatzes gekoppelt. Eine dritte Komponente oder ein drittes Bauteil des zweiten Planetenradsatzes ist permanent mit einer dritten Komponente oder einem dritten Bauteil des dritten Planetenradsatzes gekoppelt.
In 1 ist das erfindungsgemäß Zehnganggetriebe 10 in einem Hebeldiagrammformat veranschaulicht. Ein Hebeldiagramm ist eine schematische Darstellung der Komponenten einer mechanischen Einrichtung, wie eines Automatikgetriebes. Jeder einzelne Hebel stellt einen Planetenradsatz dar, wobei die drei grundlegenden mechanischen Komponenten des Planetengetriebes jeweils durch einen Knoten dargestellt sind. 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 verändern, um geeignete Verhältnisse und eine geeignete Verhältnisprogression zu erreichen. Mechanische Kopplungen oder Verbindungen zwischen den Knoten der verschiedenen Planetenradsätze sind durch dünne, horizontale Linien veranschaulicht, und Drehmomentübertragungseinrichtungen, wie etwa Kupplungen und Bremsen, sind als ineinander greifende Finger dargestellt.
Das Getriebe 10 umfasst eine Eingangswelle oder ein Eingangselement 12, einen ersten Planetenradsatz 14, einen zweiten Planetenradsatz 16, einen dritten Planetenradsatz 18 und einen vierten Planetenradsatz 20 und eine Ausgangswelle oder ein Ausgangselement 22. In dem Hebeldiagramm von 1 weist der erste Planetenradsatz 14 drei Knoten auf: einen ersten Knoten 14A, einen zweiten Knoten 14B und einen dritten Knoten 14C. Der zweite Planetenradsatz 16 weist drei Knoten auf: einen ersten Knoten 16A, einen zweiten Knoten 16B und einen dritten Knoten 16C. Der dritte Planetenradsatz 18 weist drei Knoten auf: einen ersten Knoten 18A, einen zweiten Knoten 18B und einen dritten Knoten 18C. Der vierte Planetenradsatz 20 weist drei Knoten auf: einen ersten Knoten 20A, einen zweiten Knoten 20B und einen dritten Knoten 20C.
Das Eingangselement 12 ist ständig mit dem zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Das Ausgangselement 22 ist mit dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Der zweite Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 und dem ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Der dritte Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der dritte Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 ist mit dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt.
Eine erste Kupplung 24 verbindet das Eingangselement oder die Eingangswelle 12 und den zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20. Eine zweite Kupplung 26 verbindet den dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 und den dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20. Eine dritte Kupplung 28 verbindet den ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20. Eine vierte Kupplung 30 verbindet den ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20 und dem Ausgangselement 22. Eine erste Bremse 32 verbindet den ersten Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit einem Getriebegehäuse 50. Eine zweite Bremse 34 verbindet den ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 und den dritten Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit dem Getriebegehäuse 50.
2 stellt das Zehnganggetriebe 10 gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch dar. In 2 wird die Nummerierung aus dem Hebeldiagramm von 1 übernommen. Die Kupplungen und Kopplungseinrichtungen sind entsprechend dargestellt, wohingegen die Knoten der Planetenradsätze nun als Komponenten von Planetenradsätzen, wie Sonnenräder, Hohlräder, Planetenräder und Planetenradträger, erscheinen.
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. Das Sonnenradelement 14C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 42 und einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Das Hohlradelement 14A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 46 verbunden. Das Planetenträgerelement 14B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Welle oder einem vierten Verbindungselement 48 verbunden. Die Planetenräder 14D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenradelement 14C als auch dem Hohlradelement 14A zu kämmen.
Der Planetenradsatz 16 umfasst ein Sonnenradelement 16A, ein Hohlradelement 16C und ein Planetenradträgerelement 16B, das einen Satz Planetenräder 16D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenradelement 16A ist zur gemeinsamen Rotation mit der zweiten Welle oder dem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Das Hohlradelement 16C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer fünften Welle oder einem fünften Verbindungselement 52 verbunden. Das Planetenträgerelement 16B ist zur gemeinsamen Rotation mit der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12 verbunden. Die Planetenräder 16D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenradelement 16A als auch dem Hohlradelement 16C zu kämmen.
Der Planetenradsatz 18 umfasst ein Sonnenradelement 18C, ein Hohlradelement 18A und ein Planetenradträgerelement 18B, das einen Satz Planetenräder 18D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenradelement 18C ist zur gemeinsamen Rotation mit der fünften Welle oder dem fünften Verbindungselement 52 und einer sechsten Welle oder einem sechsten Verbindungselement 54 verbunden. Das Hohlradelement 18A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer siebten Welle oder einem siebten Verbindungselement 56 verbunden. Das Planetenträgerelement 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit der vierten Welle oder dem vierten Verbindungselement 48 verbunden. Die Planetenräder 18D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenradelement 18C als auch dem Hohlradelement 18A zu kämmen.
Der Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenradelement 20C, ein Hohlradelement 20A und ein Planetenradträgerelement 20B, das einen Satz Planetenräder 20D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenradelement 20C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer achten Welle oder einem achten Verbindungselement 58 verbunden. Das Hohlradelement 20A ist zur gemeinsamen Rotation mit der vierten Welle oder dem vierten Verbindungselement 48 verbunden. Das Planetenträgerelement 20B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer neunten Welle oder einem neunten Verbindungselement 60 und mit der Ausgangswelle oder dem Ausgangselement 22 verbunden. Die Planetenräder 20D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenradelement 20C als auch dem Hohlradelement 20A zu kämmen.
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.
Die Drehmomentübertragungsmechanismen oder Kupplungen 24, 26, 28, 30 und Bremsen 32 und 34 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 Eingangswelle oder das Eingangselement 12 mit der achten Welle oder dem achten Verbindungselement 58 zu verbinden. Die zweite Kupplung 26 ist selektiv einrückbar, um die sechste Welle oder das sechste Verbindungselement 54 mit der achten Welle oder dem achten Verbindungselement 58 zu verbinden. Die dritte Kupplung 28 ist selektiv einrückbar, um die siebte Welle oder das siebte Verbindungselement 56 mit der achten Welle oder dem achten Verbindungselement 58 zu verbinden. Die vierte Kupplung 30 ist selektiv einrückbar, um die siebte Welle oder das siebte Verbindungselement 56 mit der neunten Welle oder dem neunten Verbindungselement 60 zu verbinden. Die erste Bremse 32 ist selektiv einrückbar, um die dritte Welle oder das dritte Verbindungselement 46 mit dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 46 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die zweite Bremse 34 ist selektiv einrückbar, um die erste Welle oder das erste Verbindungselement 42 mit dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 42 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken.
Nun wird unter Bezugnahme auf 2 und 3 die Arbeitsweise des Zehnganggetriebes 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 zehn Vorwärtsdrehzahl- oder Vorwärtsdrehmomentverhältnissen und einem Rückwärtsdrehzahl- oder Rückwärtsdrehmomentverhältnis zu übertragen. Jeder Vorwärts- und Rückwärtsgang oder jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehmomentverhältnis wird durch Einrückung von drei Drehmomentübertragungsmechanismen (d.h. erste Kupplung 24, zweite Kupplung 26, dritte Kupplung 28, vierte Kupplung 30, erste Bremse 32 und zweite Bremse 34) erzielt, wie es nachstehend erläutert wird. 3 ist eine Schalttabelle, die die verschiedenen Kombinationen von Drehmomentübertragungsmechanismen darstellt, die aktiviert oder eingerückt werden, um die verschiedenen Gangzustände zu erreichen. Ein „X“ in dem Kasten bedeutet, dass die besondere Kupplung oder Bremse eingerückt ist, um den gewünschten Gangzustand zu erreichen. Tatsächliche numerische Übersetzungsverhältnisse der verschiedenen Gangzustände sind ebenfalls dargestellt, obwohl festzustellen ist, dass diese Zahlenwerte nur beispielhaft sind und dass sie über beträchtliche Bereiche eingestellt werden können, um sich verschiedenen Anwendungen und Betriebskriterien des Getriebes 10 anzupassen. Natürlich sind andere Übersetzungsverhältnisse abhängig von dem gewählten Zahnraddurchmesser, der gewählten Zahnradzähnezahl und der gewählten Zahnradkonfiguration erreichbar.
Um zum Beispiel einen ersten Rückwärtsgang (RW1) herzustellen, werden die vierte Kupplung 30 und die erste und zweite Bremse 32 und 34 eingerückt oder aktiviert. Die vierte Kupplung 30 verbindet die siebte Welle oder das siebte Verbindungselement 56 mit der neunten Welle oder dem neunten Verbindungselement 60. Die erste Bremse 32 verbindet die dritte Welle oder das dritte Verbindungselement 46 mit dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation des Elements 46 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die zweite Bremse 34 verbindet die erste Welle oder das erste Verbindungselement 42 mit dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation des Elements 42 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Gleichermaßen werden die zehn Vorwärtsgänge durch unterschiedliche Kombinationen einer Kupplungs- und Bremseneinrückung erreicht, wie es in 3 gezeigt ist. Darüber hinaus ist das Getriebe 10 der vorliegenden Erfindung in der Lage, alternative Übersetzungsverhältnisse für einen gegebenen Gangzustand zu erzeugen, wie es in 3 gezeigt ist. Zum Beispiel wird ein zweites Rückwärtsübersetzungsverhältnis (RW2) durch die Einrückung der zweiten Kupplung 28 und der ersten und zweiten Bremse 32 und 34 erreicht. Zusätzlich sind in 3 auch alternative Übersetzungsverhältnisse für Gangzustände 4, 7 und 10 vorgesehen. Die alternativen Übersetzungsverhältnisse werden durch selektive Einrückung von Drehmoment übertragenden Elementen 24, 26, 28, 30, 32 und 34 erreicht, wie es in 3 angegeben ist.
Es ist festzustellen, dass die vorstehende Erläuterung der Arbeitsweise und Gangzustände des Zehnganggetriebes 10 zuallererst von der Annahme ausgeht, dass alle in einem gegebenen Gangzustand nicht speziell genannten Kupplungen 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 eingerückt oder aktiviert bleiben wird.