DE102014202396A1

DE102014202396A1 - Mehrstufiges getriebe

Info

Publication number: DE102014202396A1
Application number: DE102014202396.3A
Authority: DE
Inventors: Robert Scott Lippert
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2014-08-21
Anticipated expiration: 2034-02-12
Also published as: DE102014202396B4; US9915321B2; CN103994189A; US20160069430A1; CN103994189B; US20140235398A1; US9217493B2

Abstract

Eine Gruppe von Getriebezahnradanordnungen erzeugt mindestens neun Vorwärtsgangübersetzungen und eine Rückwärtsgangübersetzung durch gezieltes Einrücken verschiedener Kombinationen aus drei Schaltelementen. Jedes offenbarte Getriebe enthält vier Planetenradsätze, drei Bremsen und entweder drei oder vier Kupplungen. Eine Ausführungsform erzeugt zwölf Vorwärtsgangübersetzungen und zwei Rückwärtsgangübersetzungen. Eine weitere Ausführungsform erzeugt dreizehn Vorwärtsgangübersetzungen.

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.
Bei einer ersten Ausführungsform enthält ein Getriebe eine erste Zahnradanordnung, einen ersten und einen zweiten einfachen Planetenradsatz, eine erste Bremse und eine erste Kupplung. Die erste Zahnradanordnung ist dazu konfiguriert, eine Gangübersetzung zwischen einer dritten Welle und einer Eingangswelle auf verschiedene Werte zu beschränken, die einen negativen Wert, null, zwei Werte zwischen null und eins sowie eins einschließen. Das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes ist mit der dritten Welle fest gekoppelt, während der Träger des ersten Planetenradsatzes mit der Eingangswelle fest gekoppelt ist. Das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes ist mit der dritten Welle fest gekoppelt, während der Träger des zweiten Planetenradsatzes mit der Ausgangswelle fest gekoppelt ist. Die erste Kupplung koppelt das Hohlrad des ersten Zahnradsatzes gezielt mit der Ausgangswelle. Die erste Bremse hält das Sonnenrad des zweiten Zahnradsatzes gezielt gegen Drehung. Die erste Zahnradanordnung kann eine Zahnradanordnung enthalten, die ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der ersten, zweiten, dritten und vierten Welle, der zweiten und dritten Kupplung, die die erste bzw. zweite Welle gezielt mit der Eingangswelle koppeln, sowie der zweiten und dritten Bremse, die die zweite bzw. vierte Welle gezielt gegen Drehung halten, fest vorgibt. Die erste Zahnradanordnung kann alternativ dazu eine Zahnradanordnung enthalten, die ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der ersten, zweiten, dritten und vierten Welle, der zweiten und dritten Kupplung, die die erste bzw. vierte Welle gezielt mit der Eingangswelle koppeln, sowie der zweiten und dritten Bremse, die die erste bzw. zweite Welle gezielt gegen Drehung halten, fest vorgibt.
Bei einer zweiten Ausführungsform enthält ein Getriebe eine erste, zweite und dritte Zahnradanordnung, zwei Kupplungen sowie drei Bremsen. Die erste Zahnradanordnung gibt ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der ersten, zweiten, dritten und vierten Welle fest vor. Die zweite Zahnradanordnung gibt ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der dritten Welle, einer Eingangswelle und einer fünften Welle fest vor. Die dritte Zahnradanordnung gibt ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der dritten Welle, einer Ausgangswelle und einer sechsten Welle fest vor. Die erste, zweite und dritte Bremse halten die sechste, zweite bzw. vierte Welle gezielt gegen Drehung. Eine erste Kupplung koppelt die fünfte Welle gezielt mit der Ausgangswelle. Eine dritte Kupplung koppelt die zweite Welle gezielt mit der Eingangswelle. Die zweite und vierte Kupplung können die Eingangswelle bzw. die fünfte Welle gezielt mit der ersten Welle koppeln.
Bei einer dritten Ausführungsform enthält ein Getriebe eine erste, zweite und dritte Zahnradanordnung, zwei Kupplungen sowie drei Bremsen. Die erste Zahnradanordnung gibt ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der ersten, zweiten, dritten und vierten Welle fest vor. Die zweite Zahnradanordnung gibt ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der dritten Welle, einer Eingangswelle und einer fünften Welle fest vor. Die dritte Zahnradanordnung gibt ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der dritten Welle, einer Ausgangswelle und einer sechsten Welle fest vor. Die erste, zweite und dritte Bremse halten die sechste, erste bzw. zweite Welle gezielt gegen Drehung. Eine erste Kupplung koppelt die fünfte Welle gezielt mit der Ausgangswelle. Eine zweite Kupplung koppelt die erste Welle gezielt mit der Eingangswelle. Die dritte und vierte Kupplung können die Eingangswelle bzw. die fünfte Welle gezielt mit der vierten Welle koppeln.
Bei einer vierten Ausführungsform enthält ein Getriebe eine erste, zweite und dritte Zahnradanordnung, zwei Kupplungen sowie drei Bremsen. Die erste Zahnradanordnung gibt ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der zweiten, dritten und vierten Welle fest vor. Die zweite Zahnradanordnung gibt ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der dritten Welle, einer Eingangswelle und einer fünften Welle fest vor. Die dritte Zahnradanordnung gibt ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der dritten Welle, einer Ausgangswelle und einer sechsten Welle fest vor. Die erste, zweite und dritte Bremse halten die sechste, zweite bzw. vierte Welle gezielt gegen Drehung. Eine erste Kupplung koppelt die fünfte Welle gezielt mit der Ausgangswelle. Eine dritte Kupplung koppelt die zweite Welle gezielt mit der Eingangswelle. Eine vierte Zahnradanordnung kann ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der Eingangswelle, der dritten Welle und der vierten Welle gezielt vorgeben. Alternativ dazu kann eine vierte Zahnradanordnung ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der fünften Welle, der dritten Welle und der vierten Welle gezielt vorgeben.
Bei einer fünften Ausführungsform enthält ein Getriebe eine erste, zweite und dritte Zahnradanordnung, zwei Kupplungen sowie zwei Bremsen. Die erste Zahnradanordnung beschränkt eine erste Welle und eine dritte Welle gezielt so, dass sie sich in entgegengesetzte Richtungen drehen. Die zweite Zahnradanordnung gibt ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der dritten Welle, einer Eingangswelle und einer fünften Welle fest vor. Die dritte Zahnradanordnung gibt ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der dritten Welle, einer Ausgangswelle und einer sechsten Welle fest vor. Die erste und zweite Bremse halten die sechste bzw. erste Welle gezielt gegen Drehung. Eine erste Kupplung koppelt die fünfte Welle gezielt mit der Ausgangswelle. Eine zweite Kupplung koppelt die erste Welle gezielt mit der Eingangswelle. Eine vierte Zahnradanordnung kann ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der Eingangswelle, der dritten Welle und der ersten Welle gezielt vorgeben. Alternativ dazu kann eine vierte Zahnradanordnung ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der fünften Welle, der dritten Welle und der ersten Welle gezielt vorgeben.
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 dritten Getriebezahnradanordnung entspricht.
5 ist ein Schemadiagramm einer vierten Getriebezahnradanordnung.
6 ist ein Schemadiagramm einer fünften Getriebezahnradanordnung.
7 ist ein Schemadiagramm einer sechsten Getriebezahnradanordnung.
8 ist ein Hebeldiagramm, das der sechsten Getriebezahnradanordnung entspricht.
Es werden hier Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstäblich; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details besonderer Komponenten zu zeigen. Die speziellen strukturellen und funktionalen Details, die hierin offenbart werden, sollen deshalb nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, wie die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise auszuüben ist. Für einen Durchschnittsfachmann liegt auf der Hand, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit anderen Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu schaffen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben werden. Die Kombinationen von dargestellten Merkmalen liefern Ausführungsbeispiele für typische Anwendungen. Es können jedoch verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die den Lehren der vorliegenden Offenbarung entsprechen, für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein.
Eine Zahnradanordnung ist eine Zusammenstellung von rotierenden Elementen und Schaltelementen, die dazu konfiguriert ist, spezielle Drehzahlverhältnisse zwischen den rotierenden Elementen vorzugeben. Einige Drehzahlverhältnisse, so genannte feste Drehzahlverhältnisse, werden unabhängig vom Zustand irgendwelcher Schaltelemente vorgegeben. Andere Drehzahlverhältnisse, so genannte gezielte Drehzahlverhältnisse, werden nur vorgegeben, wenn bestimmte Schaltelemente vollständig eingerückt sind. Es besteht ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen einer geordneten Liste von rotierenden Elementen, wenn i) das erste und letzte rotierende Element in der Gruppe so beschränkt sind, dass sie die extremsten Drehzahlen aufweisen, ii) die Drehzahlen der übrigen rotierenden Elemente jeweils so beschränkt sind, dass sie ein gewichtetes Mittel des ersten und letzten Elements sind, und iii) wenn sich die Drehzahlen der rotierenden Elemente unterscheiden, sind sie so beschränkt, dass sie in der aufgeführten Reihenfolge sind, entweder aufsteigend oder abfallend. Ein Stufenwechselgetriebe weist eine Zahnradanordnung auf, die verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle gezielt vorgibt.
Rotierende Elemente einer Gruppe sind fest miteinander gekoppelt, wenn sie so beschränkt sind, dass sie sich unter allen Betriebsbedingungen als eine Einheit drehen. Rotierende 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. Ein rotierendes Element oder mehrere rotierende Elemente, die alle fest miteinander gekoppelt sind, kann/können als Welle bezeichnet werden. Im Gegensatz dazu sind zwei rotierende Elemente durch ein Schaltelement gezielt gekoppelt, wenn das Schaltelement sie auf Drehung als eine Einheit beschränkt, wann immer das Schaltelement vollständig eingerückt ist, und sie sich zumindest unter einigen anderen Betriebsbedingungen mit verschiedenen Drehzahlen frei drehen können. Ein Schaltelement, das ein rotierendes Element durch gezieltes Verbinden des Elements mit dem Gehäuse gegen Drehung hält, wird als Bremse bezeichnet. Ein Schaltelement, das zwei oder mehr rotierende Elemente gezielt miteinander koppelt, wird als Kupplung bezeichnet. Schaltelemente können aktiv gesteuerte Vorrichtungen, wie hydraulisch oder elektrisch betätigte Kupplungen oder Bremsen, oder passive Vorrichtungen, wie Freilaufkupplungen oder Bremsen, sein.
Ein beispielhaftes Getriebe wird in 1 schematisch dargestellt. Das Getriebe verwendet vier einfache Planetenradsätze 20, 30, 40 und 50. Ein Planetenträger 22 dreht sich um eine Mittelachse und stützt einen Satz von Planetenrädern 24, derart, dass sich die Planetenräder bezüglich des Planetenträgers drehen. Äußere Zahnradzähne an den Planetenrädern kämmen mit äußeren Zahnradzähnen am Sonnenrad 26 und mit inneren Zahnradzähnen an einem Hohlrad 28. Das Sonnenrad und das Hohlrad werden zur Drehung um die gleiche Achse wie der Träger gestützt. Die Zahnradsätze 30, 40 und 50 sind ähnlich aufgebaut.
Ein einfacher Planetenradsatz ist eine Art von Zahnradanordnung, die ein festes lineares Drehzahlverhältnis zwischen dem Sonnenrad, dem Planetenträger und dem Hohlrad vorgibt. Andere bekannte Arten von Zahnradanordnungen geben auch ein festes lineares Drehzahlverhältnis zwischen drei rotierenden Elementen vor. Ein Doppelritzel-Planetenradsatz gibt beispielsweise ein festes lineares Drehzahlverhältnis zwischen dem Sonnenrad, dem Hohlrad und dem Planetenträger vor.
Ein empfohlenes Zahnradzähneverhältnis für jeden Planetenradsatz ist in Tabelle 1 aufgeführt. TABELLE 1

Hohlrad 28 / Sonnenrad 26 1,50

Hohlrad 38 / Sonnenrad 36 2,00

Hohlrad 48 / Sonnenrad 46 1,50

Hohlrad 58 / 1,50

Sonnenrad 56
In dem Getriebe von Figur 1 ist das Sonnenrad 26 mit dem Hohlrad 38 fest gekoppelt, die Träger 22 und 32 sind mit dem Sonnenrad 46 und dem Hohlrad 58 fest gekoppelt, der Träger 42 ist mit der Eingangswelle 10 fest gekoppelt und die Ausgangswelle 12 ist mit dem Träger 52 fest gekoppelt. Das Hohlrad 28 wird durch die Bremse 66 gezielt gegen Drehung gehalten und durch die Kupplung 64 gezielt mit der Eingangswelle 10 gekoppelt. Das Sonnenrad 26 und das Hohlrad 38 werden durch die Bremse 68 gezielt gegen Drehung gehalten. Die Eingangswelle 10 und der Träger 42 werden durch die Kupplung 70 gezielt mit dem Sonnenrad 36 gekoppelt. Das Sonnenrad 56 wird durch die Bremse 62 gezielt gegen Drehung gehalten. Schließlich werden die Ausgangswelle 12 und der Träger 52 durch die Kupplung 60 gezielt mit dem Hohlrad 48 gekoppelt. Die Kombination aus dem Zahnradsatz 30 und der Kupplung 70 gibt gezielt ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen dem Hohlrad 38, dem Träger 32 und der Eingangswelle 10 vor.

Wie in Tabelle 2 gezeigt, erzeugt das Einrücken der Schaltelemente in Dreierkombinationen neun Vorwärtsgangübersetzungen und eine Rückwärtsgangübersetzung zwischen der Eingangswelle 10 und der Ausgangswelle 12. Ein X zeigt an, dass das Schaltelement erforderlich ist, um die Gangübersetzung herzustellen. Ein (X) zeigt an, dass die Kupplung betätigt werden kann, dies aber nicht erforderlich ist. Im 4. Gang stellen die Kupplung 60 und die Bremse 62 den Kraftflussweg zwischen der Eingangswelle 10 und der Ausgangswelle 12 her. Es können auch beliebige der übrigen Schaltelemente betätigt werden. Ein Betätigen der Kupplung 64 stellt sicher, dass alle einstufigen und zweistufigen Schaltungen vom 4. Gang durch Einrücken lediglich eines Schaltelements und Ausrücken lediglich eines Schaltelements erzielt werden können. Wenn die Zahnradsätze die in Tabelle 1 gezeigten Zähnezahlen haben, haben die Gangübersetzungen die in Tabelle 2 gezeigten Werte. TABELLE 2

	60	62	64	66	68	70	Übersetzung	Stufe
Rückwärts		X		X		X	–3,33	67%
1.		X			X	X	5,00
2.		X	X		X		2,78	1,80
3.		X	X			X	1,67	1,67
4.	X	X	(X)				1,27	1,32
5.	X		X			X	1,00	1,27
6.	X		X		X		0,79	1,27
7.	X				X	X	0,69	1,14
8.	X			X	X		0,60	1,15
9.	X			X		X	0,50	1,20

Die Zahnradsätze 20 und 30, die Kupplungen 64 und 70 sowie die Bremsen 66 und 68 bilden eine Zahnradanordnung, die verschiedene Gangübersetzungen zwischen der Eingangswelle 10 und den Trägern 22 und 32 erzeugt. Insbesondere drehen sich die Träger 22 und 32, wenn die Kupplung 70 und die Bremse 66 eingerückt sind, in einer Richtung, die der der Eingangswelle 10 entgegengesetzt ist. Wenn beide Bremsen 66 und 68 eingerückt sind, werden die Träger 22 und 32 gegen Drehung gehalten. Das Einrücken der Bremse 68 in Kombination mit der Kupplung 70 oder der Kupplung 64 führt zu zwei Kriechgangübersetzungen. Schließlich drehen sich die Träger 22 und 32, wenn beide Kupplungen 64 und 70 eingerückt sind, im Einklang mit der Eingangswelle 10.
Das Getriebe der 2 ist gleich dem Getriebe von 1, mit dem Unterschied, dass die Kupplung 70 entfernt wurde und das Sonnenrad 36 durch die Kupplung 72 gezielt mit dem Hohlrad 48 gekoppelt wird. Eine empfohlene Anzahl von Zahnradzähnen für jeden Planetenradsatz ist in Tabelle 3 aufgeführt. TABELLE 3

Hohlrad 28 / Sonnenrad 26 2,00

Hohlrad 38 / 2,50

Sonnenrad 36

Hohlrad 48 / Sonnenrad 46 1,50

Hohlrad 58 / Sonnenrad 56 1,50

Wie in Tabelle 4 gezeigt, erzeugt das Einrücken der Kupplungen und Bremsen in Dreierkombinationen neun Vorwärtsgangübersetzungen und eine Rückwärtsgangübersetzung zwischen der Eingangswelle 10 und der Ausgangswelle 12. Wenn die Zahnradsätze die in Tabelle 3 gezeigten Zähnezahlen haben, haben die Gangübersetzungen die in Tabelle 4 gezeigten Werte. TABELLE 4

	60	62	64	66	68	72	Übersetzung	Stufe
Rückwärts		X		X		X	–3,33	67%
1.		X			X	X	4,17
2.		X	X		X		2,50	1,67
3.		X	X			X	1,67	1,50
4.	X	X	(X)				1,27	1,32
5.	X		X			X	1,00	1,27
6.	X		X		X		0,82	1,22
7.	X				X	X	0,71	1,15
8.	X			X	X		0,60	1,19
9.	X			X		X	0,50	1,20

Das Getriebe von 3 ist gleich den Getrieben von 1 und 2, mit dem Unterschied, dass beide Kupplungen 70 und 72 vorliegen. Eine empfohlene Anzahl von Zahnradzähnen für jeden Planetenradsatz ist in Tabelle 5 aufgeführt. TABELLE 5

Hohlrad 28 / 2,20

Sonnenrad 26

Hohlrad 38 / Sonnenrad 36 1,80

Hohlrad 48 / Sonnenrad 46 1,50

Hohlrad 58 / Sonnenrad 56 1,50

Wie in Tabelle 6 gezeigt, erzeugt das Einrücken der Kupplungen und Bremsen in Dreierkombinationen neun Vorwärtsgangübersetzungen und eine Rückwärtsgangübersetzung zwischen der Eingangswelle 10 und der Ausgangswelle 12. Wenn die Zahnradsätze die in Tabelle 5 gezeigten Zähnezahlen haben, haben die Gangübersetzungen die in Tabelle 6 gezeigten Werte. TABELLE 6

	60	62	64	66	68	70	72	Übersetzung	Stufe
R1		X		X		X		–4,93	106%
R2		X		X			X	–2,29	2,15
1.		X			X	X		4,67
2.		X			X		X	3,47	1,35
3.		X	X		X			2,42	1,43
4.		X	X			X		1,67	1,46
5.	X	X	X					1,27	1,32
6.	X		X			X		1,00	1,27
7.	X		X		X			0,83	1,21
8.	X				X		X	0,74	1,11
9.	X				X	X		0,70	1,06
10.	X			X	X			0,60	1,17
11.	X			X		X		0,53	1,14
12.	X			X			X	0,47	1,14

4 zeigt ein Hebeldiagramm, das den Zahnradanordnungen von 1–3 entspricht. Die Hebel 74, 76 und 78 stellen Zahnradanordnungen dar, die feste lineare Drehzahlverhältnisse vorgeben. Der Hebel 74 entspricht den Zahnradsätzen 20 und 30 und stellt das lineare Drehzahlverhältnis zwischen vier Wellen dar, das durch diese beiden Zahnradsätze vorgegeben wird. Die erste Welle entspricht dem Sonnenrad 36. Die zweite Welle entspricht dem Hohlrad 28. Die dritte Welle entspricht der Kombination aus dem Träger 22, dem Träger 32, dem Sonnenrad 46 und dem Hohlrad 58. Die vierte Welle entspricht der Kombination aus dem Sonnenrad 26 und dem Hohlrad 38. Es gibt viele Zahnradanordnungen, die dieses Drehzahlverhältnis vorgeben. Beispielsweise gibt jegliches Paar von Planetenradsätzen, bei denen zwei rotierende Elemente des ersten Zahnradsatzes jeweils mit zwei rotierenden Elementen des zweiten Zahnradsatzes fest gekoppelt sind, ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen vier Wellen vor. Der Hebel 76 entspricht dem Zahnradsatz 40. Die fünfte Welle entspricht dem Hohlrad 48. Der Hebel 78 entspricht dem Zahnradsatz 50. Die sechste Welle entspricht dem Sonnenrad 56.
Ein weiteres beispielhaftes Getriebe wird in 5 schematisch dargestellt. Das Getriebe verwendet vier einfache Planetenradsätze 80, 90, 40 und 50. Ein empfohlenes Zahnradzähneverhältnis für jeden Planetenradsatz ist in Tabelle 7 aufgeführt. TABELLE 7

Hohlrad 88 / Sonnenrad 86 1,90

Hohlrad 98 / Sonnenrad 96 2,00

Hohlrad 48 / Sonnenrad 46 1,50

Hohlrad 58 / Sonnenrad 56 1,50
In dem Getriebe von 5 ist das Sonnenrad 86 mit dem Sonnenrad 96 fest gekoppelt, das Hohlrad 88 und der Träger 92 sind mit dem Sonnenrad 46 und dem Hohlrad 58 fest gekoppelt, der Träger 42 ist mit der Eingangswelle 10 fest gekoppelt und die Ausgangswelle 12 ist mit dem Träger 52 fest gekoppelt. Die Sonnenräder 86 und 96 werden durch die Bremse 102 gezielt gegen Drehung gehalten und durch die Kupplung 100 gezielt mit der Eingangswelle 10 gekoppelt. Der Träger 82 wird durch die Bremse 104 gezielt gegen Drehung gehalten. Die Eingangswelle 10 und der Träger 42 werden durch die Kupplung 106 gezielt mit dem Hohlrad 98 gekoppelt. Das Sonnenrad 56 wird durch die Bremse 62 gezielt gegen Drehung gehalten. Schließlich werden die Ausgangswelle 12 und der Träger 52 durch die Kupplung 60 gezielt mit dem Hohlrad 48 gekoppelt. Die Kombination aus dem Zahnradsatz 80 und der Bremse 104 gibt gezielt ein derartiges Drehzahlverhältnis, dass sich das Sonnenrad 86 und das Hohlrad 88 in entgegengesetzten Richtungen drehen, wann immer die Bremse 104 eingerückt ist, vor. Die Kombination aus dem Zahnradsatz 90 und der Kupplung 106 gibt gezielt ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der Eingangswelle 10, dem Träger 92 und dem Sonnenrad 96 vor.

Wie in Tabelle 8 gezeigt, erzeugt das Einrücken der Schaltelemente in Dreierkombinationen neun Vorwärtsgangübersetzungen und eine Rückwärtsgangübersetzung zwischen der Eingangswelle 10 und der Ausgangswelle 12. Ein X zeigt an, dass das Schaltelement erforderlich ist, um die Gangübersetzung herzustellen. Ein (X) zeigt an, dass die Kupplung betätigt werden kann, dies aber nicht erforderlich ist. Im 4. Gang stellen die Kupplung 60 und die Bremse 62 den Kraftflussweg zwischen der Eingangswelle 10 und der Ausgangswelle 12 her. Es können auch beliebige der übrigen Schaltelemente betätigt werden. Ein Betätigen der Kupplung 106 stellt sicher, dass alle einstufigen und zweistufigen Schaltungen vom 4. Gang durch Einrücken lediglich eines Schaltelements und Ausrücken lediglich eines Schaltelements erzielt werden können. Wenn die Zahnradsätze die in Tabelle 7 gezeigten Zähnezahlen haben, haben die Gangübersetzungen die in Tabelle 8 gezeigten Werte. TABELLE 8

	60	62	100	102	104	106	Übersetzung	Stufe
Rückwärts		X	X		X		–3,17	78%
1.		X			X	X	4,08
2.		X		X		X	2,50	1,63
3.		X	X			X	1,67	1,50
4.	X	X				(X)	1,27	1,32
5.	X		X			X	1,00	1,27
6.	X			X		X	0,82	1,22
7.	X				X	X	0,72	1,14
8.	X			X	X		0,60	1,20
9.	X		X		X		0,50	1,21

Die Zahnradsätze 80 und 90, die Kupplungen 100 und 106 sowie die Bremsen 100 und 102 bilden eine Zahnradanordnung, die verschiedene Gangübersetzungen zwischen der Eingangswelle 10 und der Kombination aus dem Hohlrad 88 und dem Träger 92 erzeugt. Insbesondere drehen sich das Hohlrad 88 und der Träger 92, wenn die Kupplung 100 und die Bremse 104 eingerückt sind, in einer Richtung, die der der Eingangswelle 10 entgegengesetzt ist. Wenn beide Bremsen 102 und 104 eingerückt sind, werden das Hohlrad 88 und der Träger 92 gegen Drehung gehalten. Das Einrücken der Kupplung 106 in Kombination mit der Bremse 102 oder der Bremse 104 führt zu zwei Kriechgangübersetzungen. Schließlich drehen sich das Hohlrad 88 und der Träger 92, wenn beide Kupplungen 100 und 106 eingerückt sind, im Einklang mit der Eingangswelle 10.
Das Getriebe der 6 ist gleich dem Getriebe von 5, mit dem Unterschied, dass die Kupplung 106 entfernt wurde und das Hohlrad 98 durch die Kupplung 108 gezielt mit dem Hohlrad 48 gekoppelt wird. Eine empfohlene Anzahl von Zahnradzähnen für jeden Planetenradsatz ist in Tabelle 9 aufgeführt. TABELLE 9

Hohlrad 88 / Sonnenrad 86 2,30

Hohlrad 98 / Sonnenrad 96 1,50

Hohlrad 48 / Sonnenrad 46 1,50

Hohlrad 58 / Sonnenrad 56 1,50

Wie in Tabelle 10 gezeigt, erzeugt das Einrücken der Kupplungen und Bremsen in Dreierkombinationen neun Vorwärtsgangübersetzungen und eine Rückwärtsgangübersetzung zwischen der Eingangswelle 10 und der Ausgangswelle 12. Wenn die Zahnradsätze die in Tabelle 9 gezeigten Zähnezahlen haben, haben die Gangübersetzungen die in Tabelle 10 gezeigten Werte. TABELLE 10

	60	62	100	102	104	108	Übersetzung	Stufe
Rückwärts		X	X		X		–3,83	99%
1.		X			X	X	3,87
2.		X		X		X	2,33	1,66
3.		X	X			X	1,67	1,40
4.	X	X				(X)	1,27	1,32
5.	X		X			X	1,00	1,27
6.	X			X		X	0,84	1,19
7.	X				X	X	0,73	1,16
8.	X			X	X		0,60	1,21
9.	X		X		X		0,51	1,17

Das Getriebe von 7 ist gleich den Getrieben von 5 und 6, mit dem Unterschied, dass beide Kupplungen 106 und 108 vorliegen. Eine empfohlene Anzahl von Zahnradzähnen für jeden Planetenradsatz ist in Tabelle 11 aufgeführt. TABELLE 11

Hohlrad 88 / Sonnenrad 86 2,30

Hohlrad 98 / Sonnenrad 96 1,50

Hohlrad 48 / Sonnenrad 46 1,50

Hohlrad 58 / Sonnenrad 56 1,50

Wie in Tabelle 12 gezeigt, erzeugt das Einrücken der Kupplungen und Bremsen in Dreierkombinationen dreizehn Vorwärtsgangübersetzungen und eine Rückwärtsgangübersetzung zwischen der Eingangswelle 10 und der Ausgangswelle 12. Wenn die Zahnradsätze die in Tabelle 11 gezeigten Zähnezahlen haben, haben die Gangübersetzungen die in Tabelle 12 gezeigten Werte. TABELLE 12

	60	62	100	102	104	106	108	Übersetzung	Stufe
Rückwärts		X	X		X			–4,17	75%
1.		X			X	X		5,56
2.		X			X		X	4,00	1,39
3.		X		X		X		2,78	1,44
4.		X		X			X	2,33	1,19
5.		X	X				X	1,67	1,40
6.	X	X					(X)	1,27	1,32
7.	X		X				X	1,00	1,27
8.	X			X			X	0,84	1,19
9.	X			X		X		0,79	1,06
10.	X				X		X	0,72	1,10
11.	X				X	X		0,68	1,06
12.	X			X	X			0,60	1,14
13.	X		X		X			0,52	1,16

8 zeigt ein Hebeldiagramm, das den Zahnradanordnungen von 5–7 entspricht. Die Hebel 110, 76 und 78 stellen Zahnradanordnungen dar, die feste lineare Drehzahlverhältnisse vorgeben. Der Hebel 110 entspricht den Zahnradsätzen 80 und 90 und stellt das lineare Drehzahlverhältnis zwischen vier Wellen dar, das durch diese beiden Zahnradsätze vorgegeben wird. Die erste Welle entspricht der Kombination aus dem Sonnenrad 86 und dem Sonnenrad 96. Die zweite Welle entspricht dem Träger 82. Die dritte Welle entspricht der Kombination aus dem Hohlrad 88, dem Träger 92, dem Sonnenrad 46 und dem Hohlrad 58. Die vierte Welle entspricht dem Hohlrad 98. Wie oben beschrieben wurde, können viele bekannte Zahnradanordnungen dieses Drehzahlverhältnis vorgeben. Der Hebel 76 entspricht dem Zahnradsatz 40. Die fünfte Welle entspricht dem Hohlrad 48. Der Hebel 78 entspricht dem Zahnradsatz 50. Die sechste Welle entspricht dem Sonnenrad 56.
Obgleich oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen, die von den Ansprüchen umfasst werden, beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke dienen der Beschreibung und nicht der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich 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, die von der besonderen Anwendung und Implementierung abhängig sind. 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 Eingangswelle, eine Ausgangswelle und eine dritte Welle; eine erste Zahnradanordnung, die dazu konfiguriert ist, die dritte Welle gezielt auf Drehung mit verschiedenen Gangübersetzungen bezüglich der Eingangswelle, einschließlich einer negativen Übersetzung, zweier Übersetzungen zwischen null und eins und einer Übersetzung von eins, zu beschränken und die dritte Welle gezielt gegen Drehung zu halten; einen ersten einfachen Planetenradsatz mit einem mit der dritten Welle fest gekoppelten ersten Sonnenrad, einem ersten Hohlrad, einem mit der Eingangswelle fest gekoppelten ersten Planetenträger und mindestens einem Planetenrad, das zur Drehung auf dem ersten Planetenträger gestützt wird und in ständigem Kämmeingriff mit dem ersten Sonnenrad und dem ersten Hohlrad steht; einen zweiten einfachen Planetenradsatz mit einem zweiten Sonnenrad, einem mit der dritten Welle fest gekoppelten zweiten Hohlrad, einem mit der Ausgangswelle fest gekoppelten zweiten Planetenträger und mindestens einem Planetenrad, das zur Drehung auf dem zweiten Planetenträger gestützt wird und in ständigem Kämmeingriff mit dem zweiten Sonnenrad und dem zweiten Hohlrad steht; eine erste Bremse, die dazu konfiguriert ist, das zweite Sonnenrad gezielt gegen Drehung zu halten; und eine erste Kupplung, die dazu konfiguriert ist, die Ausgangswelle gezielt mit dem ersten Hohlrad zu koppeln.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei die erste Zahnradanordnung Folgendes umfasst: eine erste, zweite und vierte Welle; eine zweite Zahnradanordnung, die dazu konfiguriert ist, ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der ersten Welle, der zweiten Welle, der dritten Welle und der vierten Welle fest vorzugeben; eine zweite Kupplung, die dazu konfiguriert ist, die Eingangswelle gezielt mit der ersten Welle zu koppeln; eine dritte Kupplung, die dazu konfiguriert ist, die Eingangswelle gezielt mit der zweiten Welle zu koppeln; eine zweite Bremse, die dazu konfiguriert ist, die zweite Welle gezielt gegen Drehung zu halten; und eine dritte Bremse, die dazu konfiguriert ist, die vierte Welle gezielt gegen Drehung zu halten.
Getriebe nach Anspruch 2, das weiterhin eine vierte Kupplung umfasst, die dazu konfiguriert ist, die erste Welle gezielt mit dem ersten Hohlrad zu koppeln.
Getriebe nach Anspruch 2, wobei die zweite Zahnradanordnung Folgendes umfasst: einen dritten einfachen Planetenradsatz mit einem mit der vierten Welle fest gekoppelten dritten Sonnenrad, einem mit der zweiten Welle fest gekoppelten dritten Hohlrad, einem mit der dritten Welle fest gekoppelten dritten Planetenträger und mindestens einem Planetenrad, das zur Drehung auf dem dritten Planetenträger gestützt wird und in ständigem Kämmeingriff mit dem dritten Sonnenrad und dem dritten Hohlrad steht; und einen vierten einfachen Planetenradsatz mit einem mit der ersten Welle fest gekoppelten vierten Sonnenrad, einem mit der vierten Welle fest gekoppelten vierten Hohlrad, einem mit der dritten Welle fest gekoppelten vierten Planetenträger und mindestens einem Planetenrad, das zur Drehung auf dem vierten Planetenträger gestützt wird und in ständigem Kämmeingriff mit dem vierten Sonnenrad und dem vierten Hohlrad steht.
Getriebe nach Anspruch 4, das weiterhin eine vierte Kupplung umfasst, die dazu konfiguriert ist, die erste Welle gezielt mit dem ersten Hohlrad zu koppeln.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei die erste Zahnradanordnung Folgendes umfasst: eine erste, zweite und vierte Welle; eine zweite Zahnradanordnung, die dazu konfiguriert ist, ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der ersten Welle, der zweiten Welle, der dritten Welle und der vierten Welle fest vorzugeben; eine zweite Kupplung, die dazu konfiguriert ist, die Eingangswelle gezielt mit der ersten Welle zu koppeln; eine dritte Kupplung, die dazu konfiguriert ist, die Eingangswelle gezielt mit der vierten Welle zu koppeln; eine zweite Bremse, die dazu konfiguriert ist, die erste Welle gezielt gegen Drehung zu halten; und eine dritte Bremse, die dazu konfiguriert ist, die zweite Welle gezielt gegen Drehung zu halten.
Getriebe nach Anspruch 6, das weiterhin eine vierte Kupplung umfasst, die dazu konfiguriert ist, die vierte Welle gezielt mit dem ersten Hohlrad zu koppeln.
Getriebe nach Anspruch 6, wobei die zweite Zahnradanordnung Folgendes umfasst: einen dritten einfachen Planetenradsatz mit einem mit der ersten Welle fest gekoppelten dritten Sonnenrad, einem mit der dritten Welle fest gekoppelten dritten Hohlrad, einem mit der zweiten Welle fest gekoppelten dritten Planetenträger und mindestens einem Planetenrad, das zur Drehung auf dem dritten Planetenträger gestützt wird und in ständigem Kämmeingriff mit dem dritten Sonnenrad und dem dritten Hohlrad steht; und einen vierten einfachen Planetenradsatz mit einem mit der ersten Welle fest gekoppelten vierten Sonnenrad, einem mit der vierten Welle fest gekoppelten vierten Hohlrad, einem mit der dritten Welle fest gekoppelten vierten Planetenträger und mindestens einem Planetenrad, das zur Drehung auf dem vierten Planetenträger gestützt wird und in ständigem Kämmeingriff mit dem vierten Sonnenrad und dem vierten Hohlrad steht.
Getriebe nach Anspruch 8, das weiterhin eine vierte Kupplung umfasst, die dazu konfiguriert ist, die vierte Welle gezielt mit dem ersten Hohlrad zu koppeln.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei die erste Zahnradanordnung Folgendes umfasst: eine zweite und vierte Welle; eine dritte Zahnradanordnung, die dazu konfiguriert ist, ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der zweiten Welle, der dritten Welle und der vierten Welle fest vorzugeben; eine vierte Zahnradanordnung, die dazu konfiguriert ist, ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der Eingangswelle, der dritten Welle und der vierten Welle gezielt vorzugeben; eine dritte Kupplung, die dazu konfiguriert ist, die Eingangswelle gezielt mit der zweiten Welle zu koppeln; eine zweite Bremse, die dazu konfiguriert ist, die zweite Welle gezielt gegen Drehung zu halten; und eine dritte Bremse, die dazu konfiguriert ist, die vierte Welle gezielt gegen Drehung zu halten.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei die erste Zahnradanordnung Folgendes umfasst: eine erste Welle; eine dritte Zahnradanordnung, die dazu konfiguriert ist, die erste Welle und die dritte Welle gezielt so zu beschränken, dass sie sich in entgegengesetzte Richtungen drehen; eine vierte Zahnradanordnung, die dazu konfiguriert ist, ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der Eingangswelle, der dritten Welle und der ersten Welle gezielt vorzugeben; eine zweite Kupplung, die dazu konfiguriert ist, die Eingangswelle gezielt mit der ersten Welle zu koppeln; und eine zweite Bremse, die dazu konfiguriert ist, die erste Welle gezielt gegen Drehung zu halten.