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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.
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Viele Fahrzeuge werden über einen weiten Bereich von Fahrzeuggeschwindigkeiten hinweg, sowohl beim Vorwärts- als auch Rückwärtsfahren, verwendet. Einige Kraftmaschinenarten können jedoch nur innerhalb eines eng gefassten Geschwindigkeitsbereichs effizient betrieben werden. Deshalb werden häufig Getriebe eingesetzt, die Leistung bei verschiedenen Gangübersetzungen effizient übertragen können. Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs niedrig ist, wird das Getriebe üblicherweise mit einer hohen Gangübersetzung betrieben, so dass es das Drehmoment der Kraftmaschine zur verbesserten Beschleunigung verstärkt. Bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglicht ein Betrieb des Getriebes mit einer niedrigen Gangübersetzung eine Kraftmaschinendrehzahl, die mit ruhigem, kraftstoffeffizientem Fahren einhergeht. In der Regel weist ein Getriebe ein Gehäuse, das an der Fahrzeugstruktur befestigt ist, eine Eingangswelle, die durch eine Kraftmaschinenkurbelwelle 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.
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Die verschiedenen Gangübersetzungen werden typischerweise durch Einrücken bestimmter Schaltelemente ausgewählt, wobei andere Schaltelemente ausgerückt werden. Verschiedene Arten von Schaltelementen haben unterschiedliche Charakteristiken und Eigenschaften. In Automatikgetrieben wird üblicherweise eine Anzahl von aktiv gesteuerten Reibkupplungen oder -bremsen eingesetzt, die als Reaktion auf ein Steuersignal, wie einen Hydraulikdruck, ein Drehmoment zwischen Elementen übertragen. Eine Reibkupplung oder -bremse kann eine gesteuerte Drehmomenthöhe selbst dann übertragen, wenn die Elemente unterschiedliche Drehzahlen haben. Allerdings übertragen Reibkupplungen häufig ein parasitäres Drehmoment, selbst wenn sie ausgerückt sind. Formschlüssige Schaltelemente, wie beispielsweise Klauenkupplungen, werden aktiv entweder in einen eingerückten Zustand oder einen ausgerückten Zustand gesteuert, übertragen aber kein Drehmoment zwischen Wellen, die sich relativ zueinander drehen. Formschlüssige Schaltelemente üben typischerweise einen geringeren parasitären Widerstand aus als eine Reibkupplung mit derselben maximalen Drehmomentkapazität. Passive Freilaufkupplungen erlauben eine relative Drehung in eine Richtung, gestatten aber eine relative Drehung in die andere Richtung. Einige Freilaufkupplungen können aktiv so gesteuert werden, dass sie in alternative Zustände übergehen, in denen beispielsweise die Drehung in eine beliebige Richtung verhindert oder die Drehung in eine beliebige Richtung gestattet wird.
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1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Getriebezahnradanordnung.
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2 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Getriebezahnradanordnung.
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3 ist eine schematische Darstellung einer dritten Getriebezahnradanordnung.
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Ein Getriebe hat einen Eingang, einen Ausgang, eine erste, zweite und dritte Welle sowie Zahnradanordnungen und Schaltelemente, die bestimmte Drehzahlverhältnisse zwischen diesen vorgeben. Eine erste Zahnradanordnung gibt ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der ersten Welle, der zweiten Welle, dem Ausgang und der dritten Welle fest vor. Die erste Zahnradanordnung kann beispielsweise zwei Planetenradsätze mit einem ersten Sonnenrad, das fest mit der dritten Welle gekoppelt ist, einem ersten Träger und einem zweiten Hohlrad, die fest mit dem Ausgang gekoppelt sind, einem ersten Hohlrad und einem zweiten Träger, die fest mit der zweiten Welle gekoppelt sind, und einem zweiten Sonnenrad, das fest mit der ersten Welle gekoppelt ist, enthalten. Eine zweite Zahnradanordnung i) hält abwechselnd die erste Welle gegen Drehung, ii) erzeugt ein Kriechgang-Verhältnis zwischen dem Eingang und der ersten Welle oder iii) erzeugt ein Rückwärtsdrehzahlverhältnis zwischen dem Eingang und der ersten Welle. Die zweite Zahnradanordnung kann beispielsweise zwei Planetenradsätze mit einem dritten Sonnenrad, das fest mit einer vierten Welle gekoppelt ist, einem dritten Träger und einem vierten Träger, die fest mit einer fünften Welle gekoppelt sind, einem dritten Hohlrad und einem vierten Sonnenrad, die fest mit dem Eingang gekoppelt sind, und einem vierten Hohlrad, das fest mit der ersten Welle gekoppelt ist, und drei Bremsen, die gezielt die erste, vierte und fünfte Welle gegen Drehung halten, enthalten. Als ein weiteres Beispiel kann die zweite Zahnradanordnung zwei Planetenradsätze mit einem dritten Sonnenrad, das fest mit einer vierten Welle gekoppelt ist, einem dritten Träger und einem vierten Träger, die fest mit einer fünften Welle gekoppelt sind, einem dritten Hohlrad und einem vierten Sonnenrad, die fest mit einer sechsten Welle gekoppelt sind, und einem vierten Hohlrad, das fest mit der ersten Welle gekoppelt ist, zwei Bremsen, die gezielt die vierte und fünfte Welle gegen Drehung halten, und eine Kupplung, die gezielt die sechste Welle mit dem Eingang koppelt, enthalten. Als ein weiteres Beispiel kann die zweite Zahnradanordnung mit Achsübertragungszahnrädern umgesetzt werden. Ein erstes Schaltelement hält abwechselnd i) passiv die zweite Welle von einer Drehung in eine Rückwärtsrichtung ab und lässt gleichzeitig eine Drehung in Vorwärtsrichtung zu oder ii) hält die zweite Welle gegen Drehung in eine beliebige Richtung. Das zweite und dritte Schaltelement koppeln den Eingang gezielt mit der zweiten bzw. dritten Welle.
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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 hier 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 einzusetzen ist. Für einen Durchschnittsfachmann liegt auf der Hand, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit 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.
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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 werden 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. Schaltelemente können formschlüssige Einrichtungen, wie Klauenkupplungen, oder reibschlüssige Einrichtungen sein, die bei Vorhandensein einer relativen Drehung ein Drehmoment zwischen Elementen übertragen können. Zwei rotierende Elemente sind gekoppelt, wenn sie entweder fest gekoppelt sind oder gezielt gekoppelt werden.
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Eine Zahnradanordnung ist eine Zusammenstellung von Zahnradelementen und Schaltelementen, die dazu ausgelegt ist, spezielle Drehzahlverhältnisse zwischen den Wellen eines Satzes 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. Die Drehzahl einer Welle ist positiv, wenn sich die Welle in eine Richtung dreht, und negativ, wenn sich die Welle in die entgegengesetzte Richtung dreht. Ein proportionales Drehzahlverhältnis besteht zwischen einer ersten Welle und einer zweiten Welle, wenn das Verhältnis ihrer Drehzahlen so eingeschränkt ist, dass es einen vorherbestimmten Wert hat. Ein proportionales Drehzahlverhältnis ist ein Rückwärtsdrehzahlverhältnis, wenn sich die beiden Wellen in zueinander entgegengesetzte Richtungen drehen. Ein proportionales Drehzahlverhältnis zwischen einer ersten Welle und einer zweiten Welle ist ein Kriechgang-Verhältnis, wenn das Verhältnis der Drehzahl der zweiten Welle zur Drehzahl der ersten Welle zwischen null und eins liegt. In ähnlicher Weise ist ein proportionales Drehzahlverhältnis zwischen einer ersten Welle und einer zweiten Welle ein Schnellgang-Verhältnis, wenn das Verhältnis der Drehzahl der zweiten Welle zur Drehzahl der ersten Welle größer als eins ist. Es besteht ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen einer geordneten Liste von Wellen, wenn i) die erste und letzte Welle in der geordneten Liste so beschränkt sind, dass sie die extremsten Drehzahlen aufweisen, ii) die Drehzahlen der übrigen Wellen jeweils so beschränkt sind, dass sie ein gewichtetes Mittel der Drehzahlen der ersten und letzten Wellen sind, und iii) wenn sich die Drehzahlen der Wellen unterscheiden, sie so beschränkt sind, dass sie in der aufgeführten Reihenfolge sind, entweder aufsteigend oder abfallend.
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1 stellt ein Getriebe dar, das neun Vorwärtsgangübersetzungen und eine Rückwärtsgangübersetzung zwischen Eingang 10 und Ausgang 12 bereitstellt. Eingang 10 kann von einer Brennkraftmaschine oder einer anderen Antriebsquelle angetrieben werden. Eine Anfahrvorrichtung wie ein Drehmomentwandler oder eine Anfahrkupplung kann zwischen der Antriebsquelle und Eingang 10 eingesetzt werden, die einen Leerlauf der Kraftmaschine erlauben, während das Fahrzeug stationär ist und ein Übersetzungsverhältnis ausgewählt ist. Ausgang 12 treibt die Fahrzeugräder an, vorzugsweise über ein Differenzial, das eine geringfügige Drehzahldifferenz zwischen den linken und rechten Rädern gestattet, während das Fahrzeug eine Kurve durchfährt. Das Getriebe aus 1 wird als quer montierte Transaxle dargestellt, wobei Ausgang 12 die Leistung zu einem Differenzial auf einer parallel verlaufenden Achse überträgt. Beispielsweise kann Ausgang 12 ein Achsübertragungszahnrad sein, das die Leistung über Achsübertragungszahnräder auf einer Zwischenachse zu einem Achsübertragungszahnrad auf einer Differenzialachse überträgt. Alternativ kann Ausgang 12 ein Kettenrad sein, das die Leistung über eine Kette zu einem Kettenrad auf der Differenzialachse überträgt.
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Das Getriebe aus
1 verwendet vier einfache Planetenradsätze
20,
30,
40 und
50. Beispielsweise dreht sich ein Planetenträger
52 um eine Mittelachse und stützt einen Satz von Planetenrädern
54 derart, dass sich die Planetenräder bezüglich des Planetenträgers drehen. Äußere Zahnradzähne an den Planetenrädern kämmen mit äußeren Zahnradzähnen an einem Sonnenrad
56 und mit inneren Zahnradzähnen an einem Hohlrad
58. Das Sonnenrad und das Hohlrad werden zur Drehung um die gleiche Achse wie der Träger gestützt. Die Zahnradsätze
20,
30 und
40 sind ähnlich aufgebaut. Zum Verringern der axialen Länge des Getriebes ist der Zahnradsatz
20 radial außerhalb des Zahnradsatzes
30 angeordnet. Ein empfohlenes Zahnradzähneverhältnis für jeden Planetenradsatz ist in Tabelle 1 aufgeführt. TABELLE 1
| Hohlrad 28 / Sonnenrad 26 | 1,90 |
| Hohlrad 38 / Sonnenrad 36 | 2,60 |
| Hohlrad 48 / Sonnenrad 46 | 2,00 |
| Hohlrad 58 / Sonnenrad 56 | 2,45 |
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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.
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Das Sonnenrad 26 und das Hohlrad 38 sind fest mit dem Eingang 10 gekoppelt. Das Hohlrad 58 und der Träger 42 sind fest mit dem Ausgang 12 gekoppelt. Das Hohlrad 28 ist fest mit dem Sonnenrad 56 gekoppelt, wodurch eine erste Welle gebildet wird. Das Hohlrad 48 ist fest mit dem Träger 52 gekoppelt, wodurch eine zweite Welle gebildet wird. Das Sonnenrad 46 bildet eine dritte Welle. Das Sonnenrad 36 bildet eine vierte Welle. Der Träger 22 und der Träger 32 sind fest gekoppelt, wodurch eine fünfte Welle gebildet wird. Das Sonnenrad 26 und das Hohlrad 38 sind fest gekoppelt, wodurch eine sechste Welle gebildet wird. Die Bremsen 70, 72 und 74 halten gezielt die erste, fünfte bzw. vierte Welle gegen Drehung. Die Kupplungen 66 und 68 koppeln gezielt die Eingangswelle 10 mit der dritten bzw. zweiten Welle.
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Die Freilaufbremse 60 hält passiv die zweite Welle gegen Drehung in eine Rückwärtsrichtung, entgegen der normalen Drehung der Eingangswelle 10, während sie eine Drehung in eine positive Richtung erlaubt. Die Klauenkupplung 62 ist ein formschlüssiges Schaltelement, das die zweite Welle gezielt gegen Drehung hält. Freilaufbremse 60 und Klauenkupplung 62 bilden zusammen ein zweistufiges Schaltelement 64. Die Konzeption einer Kombination aus Klauenkupplung und Freilaufkupplung wird in der US-Patentanmeldung 13/714,929 erörtert, auf die hier Bezug genommen wird. In einem ersten Zustand, wenn die Klauenkupplung 62 ausgerückt ist, hält das Schaltelement 64 passiv die zweite Welle gegen Drehung in eine Rückwärtsrichtung, während es eine Drehung in Vorwärtsrichtung erlaubt. Dieser erste Zustand wird in der weiteren Beschreibung als gesperrt-frei bezeichnet. In einem zweiten Zustand, wenn die Klauenkupplung 62 eingerückt ist, hält das Schaltelement 64 die zweite Welle gegen Drehung in beide Richtungen. Dieser zweite Zustand wird in der weiteren Beschreibung als gesperrt-gesperrt bezeichnet. Andere Arten von Einrichtungen, die abwechselnd diese beiden Zustände hervorrufen, können ersetzt werden, einschließlich Einrichtungen, die in der Lage sind, zusätzliche Zustände wie frei-gesperrt oder frei-frei hervorzurufen.
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Verschiedene Untergruppen der Zahnradanordnung aus 1 geben spezielle Drehzahlverhältnisse vor. Die Zahnradsätze 40 und 50 geben zusammen ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der ersten Welle, der zweiten Welle, dem Ausgang und der dritten Welle vor. In ähnlicher Weise geben die Zahnradsätze 20 und 30 zusammen ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der vierten Welle, der ersten Welle, der fünften Welle und dem Eingang vor. Jegliche Zahnradanordnung mit zwei Planetenradsätzen, bei denen zwei Elemente des ersten Zahnradsatzes jeweils mit zwei Elementen des zweiten Zahnradsatzes fest gekoppelt sind, gibt ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen den resultierenden vier Wellen fest vor. Die Zahnradsätze 20 und 30 geben zusammen mit den Bremsen 70, 72 und 74 abwechselnd drei Drehzahlverhältnisse vor. Wenn die Bremse 70 eingerückt ist, wird die erste Welle gegen Drehung gehalten. Wenn die Bremse 72 eingerückt ist, wird ein Rückwärtsdrehzahlverhältnis zwischen dem Eingang und der ersten Welle erzeugt. Wenn die Bremse 74 eingerückt ist, wird ein Kriechgang-Drehzahlverhältnis zwischen dem Eingang und der ersten Welle erzeugt. Schließlich geben der Zahnradsatz 40 und die Kupplung 66 gezielt ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen Eingang 10, Ausgang 12 und der zweiten Welle vor.
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Durch Einrücken der Schaltelemente, wie in Tabelle 2 gezeigt, werden neun Vorwärtsgangübersetzungen und eine Rückwärtsgangübersetzung zwischen Eingang
10 und Ausgang
12 erzeugt. Ein X zeigt an, dass das Schaltelement eingerückt sein muss, um den Leistungsübertragungspfad herzustellen. Wenn die Zahnradsätze die in Tabelle 1 gezeigten Zähnezahlen haben, haben die Gangübersetzungen die in Tabelle 2 gezeigten Werte. TABELLE 2
| | 64 | 66 | 68 | 70 | 72 | 74 | Übersetzung | Stufe |
| Rückwärts | gesperrt/gesperrt | | | | | X | –4,25 | 91 % |
| L-1. | gesperrt/gesperrt | | | | X | | 4,66 | |
| D-1. | gesperrt/frei | | | | X | | 4,66 | |
| L-2. | gesperrt/gesperrt | X | | | | | 3,00 | 1,55 |
| D-2. | gesperrt/frei | X | | | | | 3,00 | |
| 3. | gesperrt/frei | X | | | X | | 2,27 | 1,32 |
| 4. | gesperrt/frei | X | | X | | | 1,58 | 1,44 |
| 5. | gesperrt/frei | X | | | | X | 1,18 | 1,33 |
| 6. | gesperrt/frei | X | X | | | | 1,00 | 1,18 |
| 7. | gesperrt/frei | | X | | | X | 0,85 | 1,17 |
| 8. | gesperrt/frei | | X | X | | | 0,71 | 1,20 |
| 9. | gesperrt/frei | | X | | X | | 0,62 | 1,15 |
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Wenn der Schalthebel in die Fahrstellung (D) bewegt wird, wird das Getriebe auf eine Vorwärtsbewegung im 1. Gang vorbereitet, indem die Bremse 72 eingerückt wird. Die Freilaufbremse 60 rückt passiv ein, um den Leistungsübertragungspfad zu schließen. Nachdem eine ausreichende Fahrzeuggeschwindigkeit im 1. Gang erreicht wurde, wird das Getriebe in den 2. Gang geschaltet, indem allmählich die Kupplung 66 eingerückt und die Bremse 72 gelöst wird. Idealerweise wird die Bremse 72 genau dann gelöst, wenn die Drehmomentkapazität der Kupplung 66 ein Niveau erreicht, das ausreicht, um das Eingangsdrehmoment im 2. Gang zu übertragen. Wenn die Bremse 72 vorzeitig gelöst wird, fällt das Ausgangsdrehmoment mehr als nötig und die Eingangsdrehzahl steigt schnell an. Dies ist als Hochdrehzustand bekannt. Wenn andererseits die Bremse 72 zu spät gelöst wird, fällt das Ausgangsdrehmoment mehr als nötig, was Blockierzustand genannt wird. Allerdings wird in einem Blockierzustand das Ausgangsdrehmoment nicht unter das mit dem 3. Gang verknüpfte Niveau reduziert, da die Freilaufbremse 60 an diesem Punkt beginnen würde frei zu laufen.
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Nachdem eine ausreichende Fahrzeuggeschwindigkeit im 2. Gang erreicht wurde, wird das Getriebe in den 3. Gang geschaltet, indem allmählich die Bremse 72 eingerückt wird. Die Freilaufbremse 60 wird passiv ausgerückt, wenn die Bremse 72 die entsprechende Drehmomentkapazität erreicht. Das Schalten vom 3. in den 4. wird durch das koordinierte Einrücken der Bremse 70 und Lösen der Bremse 72 erreicht. Das Schalten vom 4. in den 5. wird durch das koordinierte Einrücken der Bremse 74 und Lösen der Bremse 70 erreicht. Das Schalten vom 5. in den 6. wird durch das koordinierte Einrücken der Kupplung 68 und Lösen der Bremse 74 erreicht. Das Schalten vom 6. in den 7. wird durch das koordinierte Einrücken der Bremse 74 und Lösen der Kupplung 66 erreicht. Das Schalten vom 7. in den 8. wird durch das koordinierte Einrücken der Bremse 70 und Lösen der Bremse 74 erreicht. Schließlich wird das Schalten vom 8. in den 9. durch das koordinierte Einrücken der Bremse 72 und Lösen der Bremse 70 erreicht. Herunterschaltvorgänge werden erreicht, indem der entsprechende Hochschaltvorgang umgekehrt wird. Beispielsweise wird das Herunterschalten vom 8. Gang in den 7. Gang durch das koordinierte Einrücken der Bremse 74 und Lösen der Bremse 70 erreicht.
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Wenn sich der Schalthebel in der Fahrstellung befindet, überträgt das Getriebe im 1. oder 2. Gang keine Leistung von Ausgang 12 auf Eingang 10, da die Freilaufbremse 60 sonst frei laufen würde. Daher kann die Verdichtung der Kraftmaschine nicht zum Verlangsamen des Fahrzeugs genutzt werden. Dies ist üblicherweise vorteilhaft, da ein Bremsen mit der Kraftmaschine bei diesen Übersetzungen zu plötzlichen Erhöhungen der Verzögerung führen kann, wenn ein Herunterschalten bei einer zu hohen Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgt, was Unannehmlichkeiten für die Fahrzeuginsassen verursacht. Wenn der Fahrer möchte, dass das Fahrzeug bei diesen Übersetzungen durch die Verdichtung der Kraftmaschine verlangsamt wird, beispielsweise um die Geschwindigkeit beim Abfahren an einem steilen Gefälle zu steuern, wählt der Fahrer den niedrigen Betriebsbereich (L) aus. Im niedrigen Betriebsbereich wird das Getriebe auf eine Vorwärtsbewegung im 1. Gang vorbereitet, indem die Bremse 72 eingerückt wird und die Klauenkupplung 62 eingerückt wird, um das Schaltelement 64 in einen Zustand gesperrt/gesperrt zu bringen. Das passive Einrücken der Freilaufbremse 60 bei Einrücken der Bremse 72 sorgt dafür, dass der Träger 52 gestoppt wird, so dass die Klauenkupplung 62 eingerückt werden kann. Nachdem eine ausreichende Fahrzeuggeschwindigkeit im 1. Gang erreicht wurde, wird das Getriebe in den 2. Gang geschaltet, indem allmählich die Kupplung 66 eingerückt und die Bremse 72 gelöst wird. Das Schaltelement 62 muss in den Zustand gesperrt/frei gebracht werden, indem die Klauenkupplung 64 ausgerückt wird, bevor das Schalten in den 3. Gang eingeleitet wird.
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Wenn der Schalthebel in die Rückwärtsstellung (R) bewegt wird, wird das Getriebe auf eine Rückwärtsbewegung vorbereitet, indem die Klauenkupplung 62 eingerückt wird, um das Schaltelement 64 in den Zustand gesperrt/gesperrt zu bringen, und indem die Bremse 74 eingerückt wird. Vorzugsweise geht das Einrücken der Klauenkupplung 62 dem Einrücken der Bremse 74 voraus, da der Träger 52 beginnen kann zu beschleunigen, wenn die Bremse 74 eingerückt wird, wodurch ein gleichmäßiges Einrücken der Klauenkupplung 62 erschwert wird. Wenn erforderlich, können die Bremse 72 oder die Kupplung 66 kurz teilweise eingerückt werden, um jede Drehung des Trägers 52 zu stoppen. Möglicherweise ist es wünschenswert, die Klauenkupplung 62 eingerückt zu lassen, wann immer sich das Fahrzeug in der Parkstellung, Neutralstellung, Rückwärtsstellung oder in der Fahrstellung bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit befindet, um zu vermeiden, dass sichergestellt werden muss, dass der Träger 52 gestoppt wird, bevor die Klauenkupplung eingerückt wird.
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2 stellt ein Getriebe dar, das neun Vorwärtsgangübersetzungen und eine Rückwärtsgangübersetzung zwischen Eingang 10 und Ausgang 12 bereitstellt. Das Getriebe von 2 verwendet vier einfache Planetenradsätze 20, 30, 40 und 50. Ein empfohlenes Zahnradzähneverhältnis für jeden Planetenradsatz ist in Tabelle 1 aufgeführt.
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Das Sonnenrad 46 ist fest mit dem Eingang 10 gekoppelt. Das Hohlrad 58 und der Träger 42 sind fest mit dem Ausgang 12 gekoppelt. Das Hohlrad 28 ist fest mit dem Sonnenrad 56 gekoppelt, wodurch eine erste Welle gebildet wird. Der Träger 52 bildet eine zweite Welle. Das Sonnenrad 36 bildet eine vierte Welle. Der Träger 22 und der Träger 32 sind fest gekoppelt, wodurch eine fünfte Welle gebildet wird. Das Sonnenrad 26 und das Hohlrad 38 sind fest gekoppelt, wodurch eine sechste Welle gebildet wird. Die Bremsen 72 und 74 halten gezielt die fünfte bzw. vierte Welle gegen Drehung. Die Kupplungen 66, 68 und 76 koppeln gezielt die Eingangswelle 10 mit der dritten, zweiten bzw. sechsten Welle. Das Schaltelement 64 hält abwechselnd die zweite Welle gegen Drehung und hält passiv die zweite Welle gegen Drehung in eine Rückwärtsrichtung, während es eine Drehung in eine positive Richtung gestattet.
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Verschiedene Untergruppen der Zahnradanordnung aus 2 geben spezielle Drehzahlverhältnisse vor. Die Zahnradsätze 20 und 30 geben zusammen ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der vierten Welle, der ersten Welle, der fünften Welle und der sechsten Welle vor. Die Zahnradsätze 20 und 30 geben zusammen mit den Schaltelementen 72, 74 und 76 abwechselnd drei Drehzahlverhältnisse vor. Wenn beide Bremsen 72 und 74 eingerückt sind, wird die erste Welle gegen Drehung gehalten. Wenn sowohl die Bremse 72 als auch die Kupplung 76 eingerückt sind, wird ein Rückwärtsdrehzahlverhältnis zwischen dem Eingang und der ersten Welle erzeugt. Wenn sowohl die Bremse 74 als auch die Kupplung 76 eingerückt sind, wird ein Kriechgang-Drehzahlverhältnis zwischen dem Eingang und der ersten Welle erzeugt. Schließlich geben der Zahnradsatz 40 und die Kupplung 78 gezielt ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen Eingang 10, Ausgang 12 und der zweiten Welle vor.
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Durch Einrücken der Schaltelemente, wie in Tabelle 3 gezeigt, werden neun Vorwärtsdrehzahlverhältnisse und ein Rückwärtsdrehzahlverhältnis zwischen Eingang
10 und Ausgang
12 erzeugt. Ein X zeigt an, dass das Schaltelement eingerückt sein muss, um den Leistungsübertragungspfad herzustellen. Ein (X) zeigt an, dass das Schaltelement bei dieser Gangübersetzung eingerückt werden kann, dass es aber nicht erforderlich ist, um den Leistungsübertragungspfad herzustellen. Beispielsweise reichen die Kupplungen
68 und
78 aus, um den dem 6. Gang zugeordneten Leistungsflusspfad herzustellen. Bremse
72, Bremse
74 oder Kupplung
76 können ebenfalls eingerückt werden. Ein Einrücken der Bremse
74 wird empfohlen, da dies erlaubt, die meisten Schaltvorgänge mit nur einem einrückenden und einem ausrückenden Schaltelement durchzuführen. Wenn die Zahnradsätze die in Tabelle 1 gezeigten Zähnezahlen haben, haben die Gangübersetzungen die in Tabelle 3 gezeigten Werte. TABELLE 3
| | 64 | 68 | 72 | 74 | 76 | 78 | Übersetzung | Stufe |
| Rückwärts | gesperrt/gesperrt | | | X | X | | –4,25 | 91 % |
| L-1. | gesperrt/gesperrt | | X | | X | | 4,66 | |
| D-1. | gesperrt/frei | | X | | X | | 4,66 | |
| L-2. | gesperrt/gesperrt | | (X) | | | X | 3,00 | 1,55 |
| D-2. | gesperrt/frei | | (X) | | | X | 3,00 | |
| 3. | gesperrt/frei | | X | | X | X | 2,27 | 1,32 |
| 4. | gesperrt/frei | | X | X | | X | 1,58 | 1,44 |
| 5. | gesperrt/frei | | | X | X | X | 1,18 | 1,33 |
| 6. | gesperrt/frei | X | | (X) | | X | 1,00 | 1,18 |
| 7. | gesperrt/frei | X | | X | X | | 0,85 | 1,17 |
| 8. | gesperrt/frei | X | X | X | | | 0,71 | 1,20 |
| 9. | gesperrt/frei | X | X | | X | | 0,62 | 1,15 |
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3 stellt ein Getriebe dar, das neun Vorwärtsgangübersetzungen und eine Rückwärtsgangübersetzung zwischen Eingang
10 und Ausgang
12 bereitstellt. Das Getriebe aus
3 verwendet zwei einfache Planetenradsätze
40 und
50 und drei Achsübertragungszahnradsätze. Eingang
10, Ausgang
12 und die Zahnradsätze
40 und
50 können sich um eine Zwischenachse drehen, die vom Zugang der Kraftmaschinenkurbelwelle versetzt ist. Welle
80 kann mit der Kraftmaschinenkurbelwelle gekoppelt werden, vorzugsweise über eine Anfahrvorrichtung wie einen Drehmomentwandler oder eine Anfahrkupplung. Das Achsübertragungszahnrad
86 ist fest mit der Welle
80 gekoppelt und befindet sich in ständigem Kämmeingriff mit dem Achsübertragungszahnrad
88, das fest mit dem Eingang
10 gekoppelt ist. Das Hohlrad
58 und der Träger
42 sind fest mit dem Ausgang
12 gekoppelt. Der Ausgang
12 kann ein Achsübertragungszahnrad sein, das sich in ständigem Kämmeingriff mit einem anderen, nicht gezeigten Achsübertragungszahnrad befindet, um Leistung zur Differenzialachse zu übertragen. Das Sonnenrad
56 bildet eine erste Welle. Der Träger
52 ist fest mit dem Hohlrad
48 gekoppelt, wodurch eine zweite Welle gebildet wird. Das Sonnenrad
46 bildet eine dritte Welle. Die Achsübertragungszahnräder
90 und
94 werden jeweils zur Drehung um die Achse von Welle
80 unterstützt. Das Achsübertragungszahnrad ist fest mit der ersten Welle gekoppelt und befindet sich in ständigem Kämmeingriff mit dem Achsübertragungszahnrad
90. Das Achsübertragungszahnrad
98 ist fest mit der ersten Welle gekoppelt. Ein Zwischenrad
96 befindet sich in ständigem Kämmeingriff sowohl mit dem Achsübertragungszahnrad
94 als auch dem Achsübertragungszahnrad
98. Ein empfohlenes Zahnradzähneverhältnis für jeden Zahnradsatz ist in Tabelle 4 aufgeführt. TABELLE 4
| Zahnrad 88 / Zahnrad 86 | 1,00 |
| Zahnrad 92 / Zahnrad 90 | 1,74 |
| Zahnrad 98 / Zahnrad 94 | 1,90 |
| Hohlrad 48 / Sonnenrad 46 | 2,00 |
| Hohlrad 58 / Sonnenrad 56 | 2,45 |
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Die Bremse 70 hält die erste Welle gezielt gegen Drehung. Die Kupplungen 66 und 68 koppeln gezielt den Eingang 10 mit der dritten bzw. zweiten Welle. Die Kupplungen 82 und 84 koppeln gezielt die Welle 80 mit den Achsübertragungszahnrädern 94 bzw. 90. Das Schaltelement 64 hält abwechselnd die zweite Welle gegen Drehung und hält passiv die zweite Welle gegen Drehung in eine Rückwärtsrichtung, während es eine Drehung in eine positive Richtung gestattet.
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Verschiedene Untergruppen der Zahnradanordnung aus 3 geben spezielle Drehzahlverhältnisse vor. Die Achsübertragungszahnräder 86, 88, 90, 92, 94, 98, das Zwischenrad 96, die Welle 80 und die Schaltelemente 70, 82 und 84 geben abwechselnd drei Drehzahlverhältnisse vor. Wenn die Bremse 70 eingerückt ist, wird die erste Welle gegen Drehung gehalten. Wenn die Kupplung 82 eingerückt ist, wird ein Rückwärtsdrehzahlverhältnis zwischen dem Eingang und der ersten Welle erzeugt. Wenn die Kupplung 84 eingerückt ist, wird ein Kriechgang-Drehzahlverhältnis zwischen dem Eingang und der ersten Welle erzeugt. Als Nächstes geben die Zahnradsätze 40 und 50 zusammen ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen der ersten Welle, der zweiten Welle, dem Ausgang und der dritten Welle vor. Schließlich geben der Zahnradsatz 40 und die Kupplung 66 gezielt ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen Eingang 10, Ausgang 12 und der zweiten Welle vor.
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Durch Einrücken der Schaltelemente, wie in Tabelle 5 gezeigt, werden neun Vorwärtsgangübersetzungen und eine Rückwärtsgangübersetzung zwischen Eingang
10 und Ausgang
12 erzeugt. Ein X zeigt an, dass das Schaltelement eingerückt sein muss, um den Leistungsübertragungspfad herzustellen. Wenn die Zahnradsätze die in Tabelle 4 gezeigten Zähnezahlen haben, haben die Gangübersetzungen die in Tabelle 5 gezeigten Werte. TABELLE 5
| | 64 | 66 | 68 | 70 | 82 | 84 | Übersetzung | Stufe |
| Rückwärts | gesperrt/gesperrt | | | | X | | –4,25 | 91 % |
| L-1. | gesperrt/gesperrt | | | | | X | 4,66 | |
| D-1. | gesperrt/frei | | | | | X | 4,66 | |
| L-2. | gesperrt/gesperrt | X | | | | | 3,00 | 1,55 |
| D-2. | gesperrt/frei | X | | | | | 3,00 | |
| 3. | gesperrt/frei | X | | | | X | 2,27 | 1,32 |
| 4. | gesperrt/frei | X | | X | | | 1,58 | 1,44 |
| 5. | gesperrt/frei | X | | | X | | 1,18 | 1,33 |
| 6. | gesperrt/frei | X | X | | | | 1,00 | 1,18 |
| 7. | gesperrt/frei | | X | | X | | 0,85 | 1,17 |
| 8. | gesperrt/frei | | X | X | | | 0,71 | 1,20 |
| 9. | gesperrt/frei | | X | | | X | 0,62 | 1,15 |
-
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.
