DE102015103684B4

DE102015103684B4 - Zehnganggetriebe

Info

Publication number: DE102015103684B4
Application number: DE102015103684.3A
Authority: DE
Inventors: James M. Hart; Elizabeth I. Wooden; Scott H. Wittkopp
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2022-09-29
Anticipated expiration: 2035-03-14
Also published as: CN104930142A; CN104930142B; DE102015103684A1

Abstract

Getriebe (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend:ein Getriebegehäuse (31);ein Eingangselement (12);ein Ausgangselement (20);einen zusammengesetzten ersten Planetenradsatz (14), der ein Sonnenrad (14A), ein Hohlrad (14B), ein Hohl- und Sonnenradelement (14D) und ein Trägerelement (14C), einen ersten und einen zweiten Satz Planetenräder (14F, 14E) aufweist, die durch das Trägerelement (14B) zur Rotation abgestützt sind, wobei der erste Satz Planetenräder (14F) in Kämmung mit dem Sonnenrad (14A) und dem Hohl- und Sonnenradelement (14D) ist, und der zweite Satz Planetenräder (14E) in Kämmung mit dem Hohl- und Sonnenradelement (14D) und mit dem Hohlrad (14B) ist;einen zweiten Planetenradsatz (16), der ein Sonnenrad (16C), ein Hohlrad (16A) und ein Trägerelement (16B) aufweist;einen dritten Planetenradsatz (18), der ein Sonnenrad (18C), ein Hohlrad (18A) und ein Trägerelement (18B) aufweist;wobei das Eingangselement (12) zur gemeinsamen Rotation mit dem Hohlrad (14B) des zusammengesetzten ersten Planetenradsatzes und dem Trägerelement (16B) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbunden ist,wobei das Ausgangselement (20) zur gemeinsamen Rotation mit dem Hohlrad (16A) des zweiten Planetenradsatzes (16) und dem Trägerelement (18B) des dritten Planetenradsatzes (18) verbunden ist; undsechs Drehmomentübertragungsmechanismen (22, 24, 26, 28, 30, 32), die selektiv in Kombinationen von dreien einrückbar sind, um zehn Vorwärtsübersetzungsverhältnisse und ein Rückwärtsübersetzungsverhältnis zwischen dem Eingangselement (12) und dem Ausgangselement (20) herzustellen, und von denen ein erster (22) selektiv einrückbar ist, um das Trägerelement (14C) des zusammengesetzten ersten Planetenradsatzes (14) mit dem Hohlrad (18A) des dritten Planetenradsatzes (18) zu verbinden, ein zweiter (24) selektiv einrückbar ist, um das Trägerelement (14C) des zusammengesetzten ersten Planetenradsatzes (14) mit dem Sonnenrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) zu verbinden, ein dritter (26) selektiv einrückbar ist, um das Hohl- und Sonnenradelement (14D) des zusammengesetzten ersten Planetenradsatzes (14) mit dem Sonnenrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) zu verbinden, ein vierter (28) selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (16C) des zweiten Planetenradsatzes (16) mit dem Sonnenrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) zu verbinden, ein fünfter (30) selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (14A) des zusammengesetzten ersten Planetenradsatzes (14) mit dem Getriebegehäuse (31) zu verbinden, und ein sechster (32) selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (18A) des dritten Planetenradsatzes (18) mit dem Getriebegehäuse (31) zu verbinden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, das zehn Gänge, drei Planetenradsätze und sechs Drehmomentübertragungsmechanismen 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.
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 des ruhigen Betriebes 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.
Die DE 10 2010 008 015 A1 offenbart ein Zehnganggetriebe mit vier Planetenradsätzen und sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen. Das Knotendiagramm dieses Getriebes entspricht funktional dem des Getriebes der vorliegenden Erfindung. Die konkreten ständigen und geschalteten Verbindungen der einzelnen Elemente der Planetenradsätze untereinander und mit dem Getriebegehäuse unterscheiden sich aber von denen der vorliegenden Erfindung unter anderem dadurch, dass vier axial nebeneinanderliegende Planetenradsätze vorgesehen sind.
Aus der US 2013 / 0 310 210 A1 sind Elfganggetriebe mit drei Planetenradsätzen und sechs Drehmomentübertragungsmechanismen bekannt, von denen einer ein zusammengesetzter Planetenradsatz ist und ein weiterer ein Planetenradsatz mit zwei miteinander kämmenden Sätzen Planetenrädern ist. Von den sechs Drehmomentübertragungsmechanismen wirken drei als Bremsen und drei als Kupplungen. Die ständigen und geschalteten Verbindungen der Elemente der Planetenradsätze untereinander und mit dem Getriebegehäuse sind gegenüber denen der vorliegenden Erfindung verschieden.
Die DE 10 2011 115 042 A1 offenbart ein Zehnganggetriebe mit vier Planetenradsätzen und sechs Drehmomentübertragungsmechanismen, von denen fünf als Kupplungen und eine als Bremse wirkt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes, kostengünstiges und kompaktes Zehnganggetriebe zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben:

1 ist ein Hebeldiagramm eines Getriebes gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Darstellung des Getriebes von 1 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Schalttabelle, die ein Beispiel eines Einrückungszustandes von verschiedenen Drehmomentübertragungsmechanismen, um zehn Vorwärtsdrehzahl- oder -übersetzungsverhältnisse und ein Rückwärtsdrehzahl- oder -übersetzungsverhältnis der in den 1-2 veranschaulichten Getriebe zu erzeugen, darstellt.

In 1 ist ein 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 das Trägerelement und einen für das Hohlrad. In manchen Fällen können zwei Hebel zu einem einzigen Hebel, der mehr als drei Knoten (in der Regel vier Knoten) aufweist, kombiniert sein. Wenn zum Beispiel zwei Knoten an zwei unterschiedlichen Hebeln durch eine feste Verbindung miteinander verbunden sind, können sie als ein einziger Knoten an einem einzigen Hebel dargestellt werden. Die relative Länge zwischen den Knoten jedes Hebels kann dazu verwendet werden, jeweils das Hohlrad/Sonnenrad-Verhältnis jedes entsprechenden Planetenradsatzes darzustellen. Diese Hebelverhältnisse werden wiederum dazu verwendet, die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes zu verändern, um geeignete Verhältnisse und eine geeignete Verhältnisprogression zu erreichen. Mechanische Kopplungseinrichtungen oder Verbindungen zwischen den Knoten der verschiedenen Planetenradsätze sind durch dünne, horizontale Linien veranschaulicht, und Drehmomentübertragungsmechanismen, wie Kupplungen und Bremsen, sind als ineinander greifende Finger dargestellt.
Das Zehnganggetriebe 10 umfasst eine Eingangswelle oder ein Eingangselement 12, einen zusammengesetzten ersten Planetenradsatz 14, einen zweiten Planetenradsatz 16, einen dritten Planetenradsatz 18 und eine Ausgangswelle oder ein Ausgangselement 20. In dem Hebeldiagramm von 1 weist der zusammengesetzte erste Planetenradsatz 14 vier Knoten auf: einen ersten Knoten 14A, einen zweiten Knoten 14B, einen dritten Knoten 14C und einen vierten Knoten 14D. 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. Das Eingangselement 12 ist ständig mit dem zweiten Knoten 14B des zusammengesetzten ersten Planetenradsatzes 14 und mit dem zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 verbunden. Das Ausgangselement 20 ist ständig mit dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 und mit dem ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 verbunden.
Eine erste Kupplung 22 verbindet den dritten Knoten 14C des zusammengesetzten ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit dem ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18. Eine zweite Kupplung 24 verbindet den dritten Knoten 14C des zusammengesetzten ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18. Eine dritte Kupplung 26 verbindet den vierten Knoten 14D des zusammengesetzten ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18. Eine vierte Kupplung 28 verbindet den dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18. Eine erste Bremse 30 verbindet den ersten Knoten 14A des zusammengesetzten ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit einem Getriebegehäuse 31, um eine Rotation des ersten Knotens 14A des zusammengesetzten ersten Planetenradsatzes 14 einzuschränken. Eine zweite Bremse 32 verbindet den ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit dem Getriebegehäuse 31, um eine Rotation des ersten Knotens 18A des dritten Planetenradsatzes 18 einzuschränken.
2 stellt das Zehnganggetriebe 10 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung 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 Sonnenräder, Hohlräder, Planetenräder und Trägerelemente erscheinen.
Zum Beispiel ist der zusammengesetzte erste Planetenradsatz 14 als ein radial gestapelter Planetenradsatz ausgestaltet, der ein Sonnenrad 14A, ein Trägerelement 14C, ein Hohlrad 14B und ein Sonnen-/Hohlradelement 14D aufweist, die alle radial ausgerichtet sind. Das Sonnen-/Hohlradelement 14D weist Zahnradzähne an einer Innenfläche auf, die ein Hohlrad bilden, und Zahnradzähne an einer Außenfläche, die ein Sonnenrad bilden. Das Trägerelement 14C lagert einen ersten Satz Planeten- oder Ritzelräder 14E (von denen nur eines gezeigt ist) und einen zweiten Satz Planeten- oder Ritzelräder 14F (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar. Der erste Satz Planetenräder 14E ist derart ausgestaltet, dass ein jedes mit sowohl dem Hohlrad 14B als auch dem Sonnen-/Hohlradelement 14D kämmt. Der zweite Satz Planetenräder 14F ist derart ausgestaltet, dass ein jedes mit sowohl dem Sonnen-/Hohlradelement 14D als auch dem Sonnenrad 14A kämmt. Das Sonnenrad 14A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 34 verbunden. Trägerelement 14C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 36 verbunden. Das Sonnen-/Hohlradelement 14D ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 38 verbunden. Das Hohlrad 14B ist zur gemeinsamen Rotation mit der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12 verbunden.
Der zweite Planetenradsatz 16 umfasst ein Sonnenrad 16C, ein Trägerelement 16B und ein Hohlrad 16A. Das Trägerelement 16B lagert einen Satz Planeten- oder Ritzelräder 16D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar. Die Planetenräder 16D sind jeweils ausgestaltet, um mit sowohl dem Sonnenrad 16C als auch dem Hohlrad 16A zu kämmen. Das Sonnenrad 16C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Welle oder einem vierten Verbindungselement 40 verbunden. Das Trägerelement 16B ist zur gemeinsamen Rotation mit der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12 verbunden. Das Hohlrad 16A ist zur gemeinsamen Rotation mit der Ausgangswelle oder dem Ausgangselement 20 verbunden.
Der dritte Planetenradsatz 18 umfasst ein Sonnenrad 18C, ein Trägerelement 18B und ein Hohlrad 18A. Das Trägerelement 18B lagert einen Satz Planeten- oder Ritzelräder 18D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar. Die Planetenräder 18D sind jeweils ausgestaltet, um mit sowohl dem Sonnenrad 18C als auch dem Hohlrad 18A zu kämmen. Das Sonnenrad 18C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer fünften Welle oder einem fünften Verbindungselement 42 verbunden. Das Trägerelement 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit der Ausgangswelle oder dem Ausgangselement 20 verbunden. Das Hohlrad 18A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer sechsten Welle oder einem sechsten Verbindungselement 44 verbunden.
Die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 ist ständig mit einer Antriebsquelle, wie etwa einer Kraftmaschine (nicht gezeigt) oder einem Turbinenrad eines Drehmomentwandlers (nicht gezeigt), verbunden. Die Ausgangswelle oder das Ausgangselement 20 ist ständig mit einem Kraftfahrzeugausgang, wie etwa einer Achsantriebseinheit oder einem Verteilergetriebe (nicht gezeigt), verbunden.
Die Drehmomentübertragungsmechanismen, die die erste, zweite, dritte und vierte Kupplung 22, 24, 26, 28 und die erste und zweite Bremse 30, 32 umfassen, sorgen für eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente 34, 36, 38, 40, 42, 44 mit anderen Wellen oder Verbindungselementen 34, 36, 38, 40, 42, 44, den Elementen der Planetenradsätze 14, 16, 18 oder dem Getriebegehäuse 31. Die erste Kupplung 22 ist selektiv einrückbar, um das zweite Verbindungselement 36 mit dem sechsten Verbindungselement 44 zu verbinden. Die zweite Kupplung 24 ist selektiv einrückbar, um das zweite Verbindungselement 36 mit dem fünften Verbindungselement 42 zu verbinden. Die dritte Kupplung 26 ist selektiv einrückbar, um das dritte Verbindungselement 38 mit dem fünften Verbindungselement 42 zu verbinden. Die vierte Kupplung 28 ist selektiv einrückbar, um das vierte Verbindungselement 40 mit dem fünften Verbindungselement 42 zu verbinden. Die erste Bremse 30 ist selektiv einrückbar, um das erste Verbindungselement 34 mit dem Getriebegehäuse 31 zu verbinden und somit eine Rotation des Sonnenrads 14A relativ zu dem Gehäuse 31 einzuschränken. Die zweite Bremse 32 ist selektiv einrückbar, um das sechste Verbindungselement 44 mit dem Getriebegehäuse 31 zu verbinden und somit eine Rotation des Hohlrads 18A einzuschränken.
Nun unter Bezugnahme auf 3 und unter fortgesetzter Bezugnahme auf 2 wird die Arbeitsweise des Zehnganggetriebes 10 beschrieben. Es ist festzustellen, dass das Getriebe in der Lage ist, Drehmoment von der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12 auf die Ausgangswelle oder das Ausgangselement 20 in zehn Vorwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnissen und einem Rückwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnis zu übertragen. Jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehzahlverhältnis oder jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehmomentverhältnis wird durch Einrückung von drei Drehmomentübertragungsmechanismen (d.h. erste Bremse 30, zweite Bremse 32, erste Kupplung 22, zweite Kupplung 24, dritte Kupplung 26 und vierte Kupplung 28) 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 der Getriebe anzupassen. Natürlich sind andere Übersetzungsverhältnisse abhängig von dem gewählten Zahnraddurchmesser, der gewählten Zahnradzähnezahl und der gewählten Zahnradkonfiguration erreichbar.
Zum Beispiel wird ein Rückwärtsgang hergestellt, indem die zweite Bremse 32, die dritte Kupplung 26 und die erste Kupplung 22 eingerückt oder aktiviert werden. Gleichermaßen werden beispielsweise die zehn Vorwärtsdrehzahlverhältnisse oder Vorwärtsübersetzungsverhältnisse durch unterschiedliche Kombinationen einer Kupplungs- und Bremseneinrückung erreicht, wie es in 3 gezeigt ist. 3 veranschaulicht auch mehrere Kupplungs- und Bremseneinrückungsoptionen, um den vierten Gang und den siebten Gang zu erreichen.

Claims

Getriebe (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend: ein Getriebegehäuse (31); ein Eingangselement (12); ein Ausgangselement (20); einen zusammengesetzten ersten Planetenradsatz (14), der ein Sonnenrad (14A), ein Hohlrad (14B), ein Hohl- und Sonnenradelement (14D) und ein Trägerelement (14C), einen ersten und einen zweiten Satz Planetenräder (14F, 14E) aufweist, die durch das Trägerelement (14B) zur Rotation abgestützt sind, wobei der erste Satz Planetenräder (14F) in Kämmung mit dem Sonnenrad (14A) und dem Hohl- und Sonnenradelement (14D) ist, und der zweite Satz Planetenräder (14E) in Kämmung mit dem Hohl- und Sonnenradelement (14D) und mit dem Hohlrad (14B) ist; einen zweiten Planetenradsatz (16), der ein Sonnenrad (16C), ein Hohlrad (16A) und ein Trägerelement (16B) aufweist; einen dritten Planetenradsatz (18), der ein Sonnenrad (18C), ein Hohlrad (18A) und ein Trägerelement (18B) aufweist; wobei das Eingangselement (12) zur gemeinsamen Rotation mit dem Hohlrad (14B) des zusammengesetzten ersten Planetenradsatzes und dem Trägerelement (16B) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbunden ist, wobei das Ausgangselement (20) zur gemeinsamen Rotation mit dem Hohlrad (16A) des zweiten Planetenradsatzes (16) und dem Trägerelement (18B) des dritten Planetenradsatzes (18) verbunden ist; und sechs Drehmomentübertragungsmechanismen (22, 24, 26, 28, 30, 32), die selektiv in Kombinationen von dreien einrückbar sind, um zehn Vorwärtsübersetzungsverhältnisse und ein Rückwärtsübersetzungsverhältnis zwischen dem Eingangselement (12) und dem Ausgangselement (20) herzustellen, und von denen ein erster (22) selektiv einrückbar ist, um das Trägerelement (14C) des zusammengesetzten ersten Planetenradsatzes (14) mit dem Hohlrad (18A) des dritten Planetenradsatzes (18) zu verbinden, ein zweiter (24) selektiv einrückbar ist, um das Trägerelement (14C) des zusammengesetzten ersten Planetenradsatzes (14) mit dem Sonnenrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) zu verbinden, ein dritter (26) selektiv einrückbar ist, um das Hohl- und Sonnenradelement (14D) des zusammengesetzten ersten Planetenradsatzes (14) mit dem Sonnenrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) zu verbinden, ein vierter (28) selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (16C) des zweiten Planetenradsatzes (16) mit dem Sonnenrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) zu verbinden, ein fünfter (30) selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (14A) des zusammengesetzten ersten Planetenradsatzes (14) mit dem Getriebegehäuse (31) zu verbinden, und ein sechster (32) selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (18A) des dritten Planetenradsatzes (18) mit dem Getriebegehäuse (31) zu verbinden.