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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Automatikgetriebe und genauer ein stufenloses Getriebe mit drei Modi für ein Kraftfahrzeug mit Vorder- oder Hinterradantrieb.
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HINTERGRUND
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Die Aussagen in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformationen, die mit der vorliegenden Offenbarung in Beziehung stehen, und brauchen keinen Stand der Technik zu bilden.
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Ein stufenloses Getriebe (”CVT”) umfasst in der Regel ein Riemen- und Scheibensystem, das eine Drehleistungsquelle, wie etwa eine Kraftmaschine oder einen Elektromotor, funktional mit einer Doppelgang-Achsantriebseinheit koppelt. Das Riemen- und Scheibensystem umfasst im Allgemeinen ein erstes und zweites Paar Scheibenkegel, die einen Drehmoment übertragenden Riemen oder eine Drehmoment übertragende Kette aufweisen, die sich zwischen den Kegelpaaren erstreckt. Jedes Scheibenkegelpaar umfasst ein axial feststehendes Scheibenelement und ein axial bewegbares Scheibenelement. Jedes bewegbare Scheibenelement ist axial mit Bezug auf das feststehende Scheibenelement durch ein hydraulisches System verstellbar. Das hydraulische System liefert primäre und sekundäre Hydraulikdrücke an die jeweiligen bewegbaren Scheibenelemente, um den Laufradius des ersten und zweiten Scheibenkegelpaares einzustellen, was wiederum das Ausgang/Eingang-Übersetzungsverhältnis des stufenlosen Getriebes steuert. Eine Bewegung der Kegel variiert das Verhältnis von einer Eingangsdrehzahl zu einer Ausgangsdrehzahl stufenlos oder kontinuierlich. Mit dem stufenlosen Getriebe können kleine, aber effektive Übersetzungsverhältnisänderungen erzielt werden. Dies steht im Gegensatz zu einer Einheit mit festem Übersetzungsverhältnis, bei der jegliche Übersetzungsverhältnisänderungen Stufenwerte sind.
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Obgleich diese CVTs wirksam sind, sind sie doch auf ein Gesamtübersetzungsverhältnis von etwa 7 begrenzt. Höher Gesamtdrehzahlverhältnisse erfordern größere Scheiben, was die Masse, den Wirkungsgrad und die Kosten des CVT nachteilig beeinflussen. Dementsprechend besteht ein fortwährender Bedarf für verbesserte CVT-Konstruktionen, die die axiale Länge und Masse minimieren, während ausreichende Leistungsvermögenscharakteristiken, die ein erhöhtes Gesamtdrehzahlverhältnis einschließen, bereitgestellt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist ein CVT mit drei Modi für ein Kraftfahrzeug vorgesehen. Das CVT mit drei Modi umfasst eine optionale Drehzahländerungseinrichtung, die mit einer Scheiben- und Riemenbaugruppe verbunden ist. Die Scheiben- und Riemenbaugruppe ist auch mit einer Planetenradsatzanordnung verbunden. Die Planetenradsatzanordnung umfasst allgemein zwei Planetenradsätze, zwei Bremsen und zwei Kupplungen. Die Planetenradsatzanordnung ist mit einer Achsantriebseinheit verbunden.
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Gemäß einem Beispiel umfasst ein stufenloses Getriebe ein Eingangselement, ein Ausgangselement, eine stufenlos verstellbare Einheit, die mit dem Eingangselement verbunden ist, und einen Getriebekasten, der mit der stufenlos verstellbaren Einheit und mit dem Ausgangselement verbunden ist. Der Getriebekasten umfasst einen ersten Planetenradsatz, der mit einem zweiten Planetenradsatz durch zumindest zwei feste Verbindungen verbunden ist, zwei Drehmomentübertragungsmechanismen, die zwischen der stufenlos verstellbaren Einheit und dem ersten und zweiten Planetenradsatz eingebunden sind, und zwei Drehmomentübertragungsmechanismen, die zwischen dem ersten und zweiten Planetenradsatz und einem feststehenden Element eingebunden sind. Eine Einrückung von zwei der vier Drehmomentübertragungsmechanismen stellt drei separate Betriebsmodi für das stufenlose Getriebe bereit.
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Gemäß einem anderen Beispiel umfasst der erste Planetenradsatz ein erstes Element, ein zweites Element und ein drittes Element, und der zweite Planetenradsatz umfasst ein erstes Element, ein zweites Element und ein drittes Element.
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Gemäß einem nochmals anderen Beispiel ist das zweite Element des ersten Planetenradsatzes durch eine der zwei festen Verbindungen direkt mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ist durch die andere der zwei festen Verbindungen direkt mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden.
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Gemäß einem nochmals anderen Beispiel ist das Ausgangselement direkt mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes und mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden.
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Gemäß einem nochmals anderen Beispiel ist ein erster der vier Drehmomentübertragungsmechanismen eine erste Kupplung zum selektiven Verbinden der stufenlos verstellbaren Einheit mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes.
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Gemäß einem nochmals anderen Beispiel ist ein zweiter der vier Drehmomentübertragungsmechanismen eine zweite Kupplung zum selektiven Verbinden der stufenlos verstellbaren Einheit mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes.
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Gemäß einem nochmals anderen Beispiel ist ein dritter der vier Drehmomentübertragungsmechanismen eine erste Bremse zum selektiven Verbinden des ersten Elements des ersten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element.
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Gemäß einem nochmals anderen Beispiel ist ein vierter der vier Drehmomentübertragungsmechanismen eine zweite Bremse zum selektiven Verbinden des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes und des dritten Elements des zweiten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element.
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Gemäß einem nochmals anderen Beispiel sind die ersten Elemente Sonnenräder, die zweiten Elemente sind Planetenträger und die dritten Elemente sind Hohlräder.
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Gemäß einem nochmals anderen Beispiel ist das zweite Element des ersten Planetenradsatzes direkt mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes durch eine der zwei festen Verbindungen verbunden, und das erste Element des ersten Planetenradsatzes ist direkt mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes durch eine andere der zwei festen Verbindungen verbunden.
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Gemäß einem nochmals anderen Beispiel ist das Ausgangselement direkt mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden.
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Gemäß einem nochmals anderen Beispiel ist ein erster der vier Drehmomentübertragungsmechanismen eine erste Kupplung zum selektiven Verbinden der stufenlos verstellbaren Einheit mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes.
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Gemäß einem nochmals anderen Beispiel ist ein zweiter der vier Drehmomentübertragungsmechanismen eine zweite Kupplung zum selektiven Verbinden der stufenlos verstellbaren Einheit mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes und dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes.
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Gemäß einem nochmals anderen Beispiel ist ein dritter der vier Drehmomentübertragungsmechanismen eine erste Bremse zum selektiven Verbinden des dritten Elements des ersten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element.
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Gemäß einem nochmals anderen Beispiel ist ein vierter der vier Drehmomentübertragungsmechanismen eine zweite Bremse zum selektiven Verbinden des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes und des dritten Elements des zweiten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element.
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Gemäß einem nochmals anderen Beispiel ist der erste Planetenradsatz radial mit dem zweiten Planetenradsatz gestapelt, wobei der erste Planetenradsatz ein erstes Element umfasst, der zweite Planetenradsatz ein drittes Element umfasst, und der erste und zweite Planetenradsatz sich ein gemeinsames Planetenträgerelement und ein gemeinsames Element teilen, das als ein Hohlrad für den ersten Planetenradsatz und ein Sonnenrad für den zweiten Planetenradsatz fungiert.
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Gemäß einem nochmals anderen Beispiel ist ein erster der vier Drehmomentübertragungsmechanismen selektiv einrückbar, um die stufenlos verstellbare Einheit mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes zu verbinden, der zweite der vier Drehmomentübertragungsmechanismen ist selektiv einrückbar, um die stufenlos verstellbare Einheit mit dem gemeinsamen Element zu verbinden, ein dritter der vier Drehmomentübertragungsmechanismen ist selektiv einrückbar, um das erste Element des ersten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element zu verbinden, und ein vierter der vier Drehmomentübertragungsmechanismen ist selektiv einrückbar, um das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element zu verbinden, wobei das Ausgangselement mit dem gemeinsamen Planetenträgerelement verbunden ist.
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Weitere Anwendbarkeitsbereiche werden aus der hierin angegebenen Beschreibung deutlich werden. Es ist zu verstehen, dass die Beschreibung und die besonderen Beispiele lediglich zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen sind und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
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ZEICHNUNGEN
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
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1 ist ein schematisches Diagramm eines Antriebsstrangs gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
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2 ist ein Hebeldiagramm eines beispielhaften Getriebes gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
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3 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Getriebes gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
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4 ist eine schematische Darstellung einer nochmals anderen Ausführungsform eines Getriebes gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
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5 ist eine schematische Darstellung einer abermals anderen Ausführungsform eines Getriebes gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
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6 ist eine schematische Darstellung einer abermals anderen Ausführungsform eines Getriebes gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung; und
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7 ist eine Wahrheitstabelle, die ein Beispiel eines Einrückungszustandes von verschiedenen Drehmoment übertragenden Elementen, um mehrere Vorwärtsdrehzahl- oder -übersetzungsverhältnisse und zumindest ein Rückwärtsdrehzahl- oder -übersetzungsverhältnis der in den 1–6 veranschaulichten Getriebe zu erzeugen, darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Nutzungen nicht begrenzen.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug allgemein mit Bezugszeichen 10 angegeben. Der Antriebsstrang 10 umfasst im Allgemeinen eine Kraftmaschine 12, die mit einem Getriebe 14 verbunden ist. Die Kraftmaschine 12 kann eine herkömmliche Benzin-, Diesel- oder Flex-Fuel-Brennkraftmaschine, eine Hybrid-Kraftmaschine oder ein Elektromotor oder irgendein anderer Typ von Antriebsaggregat sein, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die Kraftmaschine 12 führt dem Getriebe 14 durch zum Beispiel eine Flexplate (nicht gezeigt) oder eine andere Verbindungseinrichtung oder eine Starteinrichtung 15, wie etwa eine hydrodynamische Einrichtung (ein Drehmomentwandler) oder eine Anfahrkupplung, ein Antriebsdrehmoment zu.
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Das Getriebe 14 ist ein stufenloses Getriebe (CVT) mit einem Antrieb über Scheiben oder Halbscheiben mit variablem Durchmesser. Das Getriebe 14 umfasst ein in der Regel gegossenes Metallgehäuse 16, das die verschiedenen Komponenten des Getriebes 14 umschließt und schützt. Das Gehäuse 16 umfasst eine Vielfalt von Öffnungen, Durchgängen, Schultern und Flanschen, die diese Komponenten positionieren und abstützen. Allgemein gesprochen, umfasst das Getriebe 14 eine Getriebeeingangswelle 20 und eine Getriebeausgangswelle 22. Zwischen die Getriebeeingangswelle 20 und die Getriebeausgangswelle 22 sind eine optionale Drehzahländerungseinrichtung 23, eine Scheibenbaugruppe oder stufenlos verstellbare Einheit 24 und ein Getriebekasten 26 geschaltet, die zusammenwirken, um Vorwärts- und Rückwärtsdrehzahl- oder Vorwärts- und Rückwärtsübersetzungsverhältnisse zwischen der Getriebeeingangswelle 20 und der Getriebeausgangswelle 22 zur Verfügung zu stellen. Die Getriebeeingangswelle 20 ist durch die Starteinrichtung 15 funktional mit der Kraftmaschine 12 verbunden und nimmt Eingangsdrehmoment oder Leistung von der Kraftmaschine 12 auf. Die Getriebeausgangswelle 22 ist bevorzugt mit einer Achsantriebseinheit 28 verbunden. Die Getriebeausgangswelle 22 liefert Antriebsdrehmoment an die Achsantriebseinheit 28. Die Achsantriebseinheit 28 kann ein Differenzial, Achswellen und Straßenräder (nicht gezeigt) umfassen.
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Die Getriebeeingangswelle
20 ist mit der Drehzahländerungseinrichtung
23 verbunden. In einer alternativen Ausführungsform ist die Drehzahländerungseinrichtung
23 von dem Getriebe
14 weggelassen. Die Drehzahländerungseinrichtung
23 sowie die verschiedenen nachstehend beschriebenen Anordnungen des Getriebekastens
26 sind in einem Hebeldiagrammformat veranschaulicht. Ein Hebeldiagramm ist eine schematische Darstellung der Komponenten einer mechanischen Einrichtung, wie etwa kämmender Zahnradsätze oder Planetenradsätze. Jeder einzelne Hebel stellt einen Planetenradsatz oder ein kämmendes Zahnradpaar dar. Die drei grundlegenden mechanischen Komponenten des Planetengetriebes sind jeweils durch einen Knoten dargestellt, während die Zahnradpaare durch einen Knoten dargestellt sind und die Rotationsänderung durch einen an Masse festgelegten Knoten dargestellt ist. Deshalb enthält ein einzelner Hebel drei Knoten. In einem Planetenradsatz stellt ein Knoten das Sonnenrad dar, einer den Planetenradträger und einer das Hohlrad. In einem kämmenden Zahnradpaar stellt ein Knoten ein erstes Zahnrad dar, einer ein zweites Zahnrad, und der dritte die Drehrichtungsänderung zwischen den kämmenden Zahnrädern. 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 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. Eine weitergehende Erläuterung des Formats, Zwecks und der Verwendung von Hebeldiagrammen ist in der Druckschrift
SAE Paper 810102 "The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis" von Benford und Leising zu finden, die hierin durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
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Zum Beispiel umfasst die Drehzahländerungseinrichtung 23 einen ersten Knoten 23A, einen zweiten Knoten 23B und einen dritten Knoten 23C. Der erste Knoten 23A ist mit der Getriebeeingangswelle 20 gekoppelt. Der zweite Knoten 23B ist an Masse festgelegt, was eine Änderung der Drehrichtung darstellt. Der dritte Knoten 23C ist mit einer ersten Übertragungswelle oder einem ersten Übertragungselement 29 gekoppelt, das mit der Scheibenbaugruppe 24 verbunden ist. Der erste Knoten 23A stellt bevorzugt ein erstes Zahnrad dar, während der dritte Knoten 23C bevorzugt ein zweites Zahnrad darstellt, das mit dem ersten Zahnrad kämmt. Die Zahnräder können koplanar oder teilweise axial versetzt sein. In einer Ausführungsform ist die Drehzahländerungseinrichtung 23 eine Schnellgang-Drehzahländerungseinrichtung 23, die die Drehzahl der ersten Übertragungswelle 29 relativ zu der Getriebeeingangswelle 20 erhöht, während sie das Drehmoment verringert. In einer anderen Ausführungsform ist die Drehzahländerungseinrichtung 23 eine Langsamgang-Drehzahländerungseinrichtung 23, die die Drehzahl der ersten Übertragungswelle 29 relativ zu der Getriebeeingangswelle 20 verringert, während sie das Drehmoment erhöht. In einer nochmals anderen Ausführungsform wirkt die Drehzahländerungseinrichtung 23 als ein Direktantriebs-Kopplungselement ohne relative Drehzahländerung. In einer nochmals anderen Ausführungsform ist die Drehzahländerungseinrichtung 23 von dem Getriebe 14 weggelassen. In dieser Ausführungsform sind die erste Übertragungswelle 29 und die Getriebeeingangswelle 20 direkt miteinander und koaxial gekoppelt, um eine einzige Getriebeeingangswelle 20 zu bilden, die direkt mit der Scheibenbaugruppe 24 verbunden ist.
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Die Scheibenbaugruppe 24 umfasst eine erste Scheibe oder ein erstes Halbscheibenpaar 30 und eine zweite Scheibe oder ein zweites Halbscheibenpaar 32. Die erste Scheibe 30 umfasst eine erste kegelstumpfförmige Halbscheibe oder ein erstes kegelstumpfförmiges Element 30A und eine zweite kegelstumpfförmige Halbscheibe oder ein zweites kegelstumpfförmiges Element 30B in axialer Ausrichtung mit der ersten kegelstumpfförmigen Halbscheibe 30A. Die zweite Halbscheibe 30B ist direkt zur Rotation mit dem ersten Übertragungselement 29 verbunden und kann einstückig mit dem ersten Übertragungselement oder der ersten Übertragungswelle 29 gebildet sein. Die erste Halbscheibe 30A ist durch ein hydraulisches Steuerungssystem (nicht gezeigt) oder anderes Betätigungssystem axial relativ zu der zweiten Halbscheibe 30B bewegbar. Es ist festzustellen, dass die Halbscheiben 30A und 30B axial vertauscht werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Die zweite Scheibe 32 umfasst eine erste kegelstumpfförmige Halbscheibe oder ein erstes kegelstumpfförmiges Element 32A und eine zweite kegelstumpfförmige Halbscheibe oder ein zweites kegelstumpfförmiges Element 32B in axialer Ausrichtung mit der ersten kegelstumpfförmigen Halbscheibe 32A. Die zweite Halbscheibe 32B ist direkt zur Rotation mit einer zweiten Übertragungswelle oder einem zweiten Übertragungselement 34 verbunden oder kann einstückig mit der zweiten Übertragungswelle 34 gebildet sein. Die erste Halbscheibe 32A ist axial relativ zu der zweiten Halbscheibe 32B durch ein hydraulisches Steuerungssystem (nicht gezeigt) oder anderes Betätigungssystem bewegbar. Es ist festzustellen, dass die Halbscheiben 32A und 32B axial vertauscht sein können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Ein Drehmoment übertragender Riemen oder eine Drehmoment übertragende Kette oder ein Drehmoment übertragendes endloses Element 36, die bzw. das einen V-förmigen Querschnitt aufweist, ist zwischen dem ersten Scheibenpaar 30 und dem zweiten Scheibenpaar 32 montiert. Es ist festzustellen, dass andere Typen von Riemen, die formschlüssige Einrichtungen oder nicht V-förmige Riemen oder Ketten einschließen, angewandt werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Antriebsdrehmoment, das von der Getriebeeingangswelle 20 übermittelt wird, wird über Reibung zwischen den Halbscheiben 30A und 30B und dem Riemen 36 übertragen. Das Übersetzungsverhältnis von der Eingangsscheibe 30 zu der Ausgangsscheibe 32 wird eingestellt, indem der Abstand zwischen den Halbscheiben 30A und 30B und zwischen den Halbscheiben 32A und 32B verändert wird. Um zum Beispiel das Übersetzungsverhältnis zwischen den Scheiben 30 und 32 zu verändern, kann der axiale Abstand zwischen den Halbscheiben 30A und 30B verringert werden, indem die Halbscheibe 30A in Richtung der Halbscheibe 30B bewegt wird, während gleichzeitig der axiale Abstand zwischen Halbscheibe 32A und 32B vergrößert werden kann, indem Halbscheibe 32A von Halbscheibe 32B weg bewegt wird. Aufgrund des V-förmigen Querschnitts des Riemens 36 läuft der Riemen 36 auf der ersten Scheibe 30 höher und auf der zweiten Scheibe 32 niedriger. Daher ändern sich die effektiven Durchmesser der Scheiben 30 und 32, was wiederum das Gesamtübersetzungsverhältnis zwischen der ersten Scheibe 30 und der zweiten Scheibe 32 ändert. Da der radiale Abstand zwischen den Scheiben 30 und 32 und die Länge des Riemens 36 konstant sind, muss die Bewegung der Halbscheiben 30A und 32A gleichzeitig auftreten, um den richtigen Betrag an Spannung an dem Riemen 36 aufrechtzuerhalten und somit sicherzustellen, dass Drehmoment von den Scheiben 30, 32 auf den Riemen 36 übertragen wird.
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Die Scheibenbaugruppe 24 überträgt Drehmoment auf den Getriebekasten 26 über die zweite Übertragungswelle 34. Der Getriebekasten 26 umfasst eines von mehreren Planetenradsatzgetrieben oder eine von mehreren Planetenradsatzanordnungen, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Der Getriebekasten 26 gibt Drehmoment von der Scheibenbaugruppe 26 an die Getriebeausgangswelle 22 und dann an die Achsantriebseinheit 28 aus.
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Nun 2 zugewandt, sind die Planetenradsatzgetriebe oder Anordnungen von Getriebekasten 26 in einem Hebeldiagrammformat gezeigt. Der Getriebekasten 26 umfasst einen ersten Planetenradsatz 50 und einen zweiten Planetenradsatz 52, die in einem Vierknotenhebel 40 angeordnet sind. Der Vierknotenhebel 40 umfasst vier Knoten: einen ersten Knoten 40A, einen zweiten Knoten 40B, einen dritten Knoten 40C und einen vierten Knoten 40D. Jeder der Knoten 40A, 40B, 40C und 40D stellt eines oder mehrere von einem Sonnenradelement, einem Planetenträgerelement und einem Hohlradelement des ersten Planetenradsatzes 50 und des zweiten Planetenradsatzes 52 dar. Dort wo ein Element des ersten Planetenradsatzes 50 direkt mit einem anderen Element des zweiten Planetenradsatzes 52 gekoppelt ist, sind diese zwei Elemente durch einen einzigen der Knoten 40A, 40B, 40C und 40D dargestellt.
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Die Getriebeausgangswelle oder das Getriebeausgangselement 22 ist ständig mit Knoten 40B gekoppelt. Eine erste Kupplung 54 verbindet den Knoten 40D selektiv mit der zweiten Übertragungswelle 34. Eine zweite Kupplung 56 verbindet den Knoten 40A selektiv mit der zweiten Übertragungswelle 34. Eine erste Bremse 58 verbindet den Knoten 40D selektiv mit einem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 16. Eine zweite Bremse 60 verbindet den Knoten 40C selektiv mit einem anderen feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 16.
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Nun den 3–7 zugewandt, stellen Prinzipdiagramme schematische Auslegungen von Ausführungsformen des Getriebekastens 26 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. In den 3–7 wird die Nummerierung aus dem Hebeldiagramm von 2 übernommen. Die Kupplungen und Kopplungen sind entsprechend dargestellt, wohingegen die Knoten der Planetenradsätze nun als Komponenten von Planetenradsätzen, wie Sonnenräder, Hohlräder, Planetenräder und Planetenradträger, erscheinen.
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Unter besonderer Bezugnahme auf 3 ist ein Getriebe 100 veranschaulicht, das ein Beispiel einer Ausgestaltung des Getriebekastens 26 aufweist. Das Getriebe 100 umfasst den Planetenradsatz 50 und den Planetenradsatz 52. Der Planetenradsatz 50 umfasst ein Sonnenradelement 50A, ein Planetenträgerelement 50B und ein Hohlradelement 50C. Das Planetenträgerelement 50B lagert drehbar einen Satz Planetenräder 50D (von denen nur eines gezeigt ist). Die Planetenräder 50D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenradelement 50A als auch dem Hohlradelement 50C zu kämmen. Der Planetenradsatz 52 umfasst ein Sonnenradelement 52A, ein Planetenträgerelement 52B und ein Hohlradelement 52C. Das Planetenträgerelement 52B lagert drehbar einen Satz Planetenräder 52D (von denen nur eines gezeigt ist). Die Planetenräder 52D sind jeweils ausgestaltet, um mit sowohl dem Sonnenradelement 52A als auch dem Hohlradelement 52C zu kämmen. Daher stellt unter Bezugnahme auf den Hebel 40 von 2 in dem Getriebe 100 der Knoten 40A das Sonnenradelement 52A dar, Knoten 40B stellt das Hohlradelement 50C und das Planetenträgerelement 52B dar, Knoten 40C stellt das Planetenträgerelement 50B und das Hohlradelement 52C dar, und Knoten 40D stellt das Sonnenradelement 50A dar.
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Das Sonnenradelement 50A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 62 verbunden. Das Planetenträgerelement 50B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 64 und einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 66 verbunden. Das Hohlradelement 50C ist zur gemeinsamen Rotation mit der Getriebeausgangswelle oder dem Getriebeausgangselement 22 verbunden. Das Sonnenradelement 52A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Welle oder einem vierten Verbindungselement 68 verbunden. Das Planetenträgerelement 52B ist zur gemeinsamen Rotation mit dem Ausgangselement oder der Ausgangswelle 22 verbunden. Das Hohlradelement 52C ist zur gemeinsamen Rotation mit der dritten Welle oder dem dritten Verbindungselement 66 verbunden.
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Darüber hinaus sind Drehmomentübertragungsmechanismen, die Kupplungen 54 und 56 und Bremsen 58 und 60 umfassen, vorgesehen, um für eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Gehäuses zu sorgen. Die Drehmomentübertragungsmechanismen sind Mechanismen vom Reib-, Klauen- oder Synchroneinrichtungstyp oder dergl. Zum Beispiel ist die erste Kupplung 54 selektiv einrückbar, um die zweite Übertragungswelle 34 mit der ersten Welle oder dem ersten Verbindungselement 62 und dem Sonnenrad 50A zu verbinden. Die zweite Kupplung 56 ist selektiv einrückbar, um die zweite Übertragungswelle 34 mit der vierten Welle oder dem vierten Verbindungselement 68 und dem Sonnenrad 52A zu verbinden. Die erste Bremse 58 ist selektiv einrückbar, um die erste Welle oder das erste Verbindungselement 62 mit dem Getriebegehäuse 16 zu verbinden und somit eine Relativdrehung des Elements 62 und daher des Sonnenrads 50A einzuschränken. Die zweite Bremse 60 ist selektiv einrückbar, um die zweite Welle oder das zweite Verbindungselement 64 mit dem Getriebegehäuse 16 zu verbinden und somit eine Relativdrehung des Elements 64 und daher des Trägerelements 50B und des Hohlrads 52C einzuschränken.
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Unter besonderer Bezugnahme auf 4 ist ein Getriebe 200 veranschaulicht, das eine alternative Anordnung des Getriebekastens 26 aufweist. Das Getriebe 200 umfasst den Planetenradsatz 50 und den Planetenradsatz 52. Unter Bezugnahme auf den Hebel 40 in 2 stellt in dem Getriebe 200 der Knoten 40A das Sonnenradelement 50A und das Sonnenradelement 52A dar, Knoten 40B stellt das Planetenträgerelement 52B dar, Knoten 40C stellt das Planetenträgerelement 50B und das Hohlradelement 52C dar, und Knoten 40D stellt das Hohlradelement 50C dar.
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Das Sonnenradelement 50A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 202 und einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 204 verbunden. Das Planetenträgerelement 50B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 206 verbunden. Das Hohlradelement 50C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Welle oder einem vierten Verbindungselement 208 verbunden. Das Sonnenradelement 52A ist zur gemeinsamen Rotation mit der ersten Welle oder dem ersten Verbindungselement 202 verbunden. Das Planetenträgerelement 52B ist zur gemeinsamen Rotation mit dem Ausgangselement oder der Ausgangswelle 22 verbunden. Das Hohlradelement 52C ist zur gemeinsamen Rotation mit der dritten Welle oder dem dritten Verbindungselement 206 verbunden.
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Darüber hinaus sind Drehmomentübertragungsmechanismen, die Kupplungen 54 und 56 und Bremsen 58 und 60 umfassen, vorgesehen, um für eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Gehäuses zu sorgen. Die Drehmomentübertragungsmechanismen sind Mechanismen vom Reib-, Klauen- oder Synchroneinrichtungstyp oder dergl. Zum Beispiel ist die erste Kupplung 54 selektiv einrückbar, um die zweite Übertragungswelle 34 mit der vierten Welle oder dem vierten Verbindungselement 208 und dem Hohlrad 50C zu verbinden. Die zweite Kupplung 56 ist selektiv einrückbar, um die zweite Übertragungswelle 34 mit der zweiten Welle oder dem zweiten Verbindungselement 204 und den Sonnenrädern 50A und 52A zu verbinden. Die erste Bremse 58 ist selektiv einrückbar, um die vierte Welle oder das vierte Verbindungselement 208 mit dem Getriebegehäuse 16 zu verbinden und somit eine Relativdrehung des Elements 208 und daher des Hohlrads 50C einzuschränken. Die zweite Bremse 60 ist selektiv einrückbar, um die dritte Welle oder das dritte Verbindungselement 206 mit dem Getriebegehäuse 16 zu verbinden und somit eine Relativdrehung des Elements 206 und daher des Trägerelements 50B und des Hohlrads 52C einzuschränken.
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Unter besonderer Bezugnahme auf 5 ist ein Getriebe 300 veranschaulicht, das eine alternative Anordnung des Getriebekastens 26 aufweist. Das Getriebe 300 umfasst den Planetenradsatz 50, der radial mit dem Planetenradsatz 52 gestapelt ist. Radial gestapelt bedeutet hierin, dass die Planetenradsätze 50 und 52 ein gemeinsames Element 301 (das der Kombination aus Hohlrad 50C und Sonnenrad 52A in den 3–4 entspricht) gemeinsam nutzen und Planetenräder 50D, 52D aufweisen, die durch ein gemeinsam genutztes Trägerelement 303 (das der Kombination aus Planetenträger 50B und Planetenträger 52B in den 3–4 entspricht) gelagert sind. Das gemeinsame Element 301 und das gemeinsame Planetenträgerelement 303 umfassen zwei feste Verbindungen zwischen dem ersten und zweiten Planetenradsatz 50 und 52. Das gemeinsame Element 301 ist ein Zahnrad, das Zahnradzähne an einer Innenfläche und Zahnradzähne an einer Außenfläche des Zahnrads aufweist. Daher stellt unter Bezugnahme auf den Hebel 40 von 2 in dem Getriebe 300 der Knoten 40A das gemeinsame Element 301 dar, Knoten 40B stellt das gemeinsame Planetenträgerelement 303 dar, Knoten 40C stellt das Hohlradelement 52C dar, und Knoten 40D stellt das Sonnenradelement 50A dar.
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Das Sonnenradelement 50A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 302 verbunden. Das gemeinsame Planetenträgerelement 303 ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 304 und der Ausgangswelle oder dem Ausgangselement 22 verbunden. Das gemeinsame Element 301 ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 306 verbunden. Das Hohlradelement 52C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Welle oder einem vierten Verbindungselement 308 verbunden.
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Darüber hinaus sind Drehmomentübertragungsmechanismen, die Kupplungen 54 und 56 und Bremsen 58 und 60 umfassen, vorgesehen, um für eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Gehäuses zu sorgen. Die Drehmomentübertragungsmechanismen sind Mechanismen vom Reib-, Klauen- oder Synchroneinrichtungstyp oder dergl. Zum Beispiel ist die erste Kupplung 54 selektiv einrückbar, um die zweite Übertragungswelle 34 mit der ersten Welle oder dem ersten Verbindungselement 302 und dem Sonnenrad 50A zu verbinden. Die zweite Kupplung 56 ist selektiv einrückbar, um die zweite Übertragungswelle 34 mit der dritten Welle oder dem dritten Verbindungselement 306 und dem gemeinsamen Element 301 zu verbinden. Die erste Bremse 58 ist selektiv einrückbar, um die erste Welle oder das erste Verbindungselement 302 mit dem Getriebegehäuse 16 zu verbinden und somit eine Relativdrehung des Elements 302 und daher des Sonnenrads 50A einzuschränken. Die zweite Bremse 60 ist selektiv einrückbar, um die vierte Welle oder das vierte Verbindungselement 308 mit dem Getriebegehäuse 16 zu verbinden und somit eine Relativdrehung des Elements 308 und daher des Hohlrads 52C einzuschränken.
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Unter besonderer Bezugnahme auf 6 ist ein Getriebe 400 veranschaulicht, das eine alternative Anordnung des Getriebekastens 26 aufweist. Das Getriebe 400 umfasst einen Planetenradsatz 50' und einen Planetenradsatz 52'. Der Planetenradsatz 50' umfasst ein Sonnenradelement 50A und ein Hohlradelement 50C. Der Planetenradsatz 52' umfasst ein Sonnenradelement 52A. Die Planetenradsätze 50' und 52' weisen eine kombiniertes Planetenträgerelement 401 auf, das einen ersten Satz Planetenräder 50D (von denen nur eines gezeigt ist) und einen zweiten Satz Planetenräder 50E (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert, der dem ersten Planetenradsatz 50' zugeordnet ist und einen Satz Planetenräder 52D (von denen nur eines gezeigt ist), das dem zweiten Planetenradsatz 52' zugeordnet ist, drehbar lagert. Die Planetenräder 50D sind jeweils ausgestaltet, um mit sowohl dem Hohlradelement 50C als auch den Planetenrädern 50E zu kämmen. Die Planetenräder 50E sind jeweils ausgestaltet, um mit sowohl den Planetenrädern 50D als auch dem Sonnenrad 50A zu kämmen. Die Planetenräder 52D sind jeweils ausgestaltet, um mit dem Sonnenrad 52A zu kämmen. Unter Bezugnahme auf den Hebel 40 in 2 stellt in dem Getriebe 400 der Knoten 40A das Sonnenradelement 52A dar, Knoten 40B stellt das gemeinsame Trägerelement 401 dar, Knoten 40C stellt das Hohlradelement 50C dar, und Knoten 40D stellt das Sonnenradelement 50A dar.
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Das Sonnenradelement 50A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 402 verbunden. Das gemeinsame Planetenträgerelement 401 ist zur gemeinsamen Rotation mit der Ausgangswelle oder dem Ausgangselement 22 verbunden. Das Hohlradelement 50C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 404 verbunden. Das Sonnenradelement 52A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 406 verbunden.
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Darüber hinaus sind Drehmomentübertragungsmechanismen, die Kupplungen 54 und 56 und Bremsen 58 und 60 umfassen, vorgesehen, um für eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Gehäuses zu sorgen. Die Drehmomentübertragungsmechanismen sind Mechanismen vom Reib-, Klauen- oder Synchroneinrichtungstyp oder dergl. Zum Beispiel ist die erste Kupplung 54 selektiv einrückbar, um die zweite Übertragungswelle 34 mit der ersten Welle oder dem ersten Verbindungselement 402 und dem Sonnenrad 50A zu verbinden. Die zweite Kupplung 56 ist selektiv einrückbar, um die zweite Übertragungswelle 34 mit der dritten Welle oder dem dritten Verbindungselement 406 und dem Sonnenrad 52A zu verbinden. Die erste Bremse 58 ist selektiv einrückbar, um die erste Welle oder das erste Verbindungselement 402 mit dem Getriebegehäuse 16 zu verbinden und somit eine Relativdrehung des Elements 402 und daher des Sonnenrads 50A einzuschränken. Die zweite Bremse 60 ist selektiv einrückbar, um die zweite Welle oder das zweite Verbindungselement 404 mit dem Getriebegehäuse 16 zu verbinden und somit eine Relativdrehung des Elements 404 und daher des Hohlrads 50C einzuschränken.
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Nun unter Bezugnahme auf 7 ist eine Wahrheitstabelle gezeigt, die ein Beispiel eines Einrückungszustandes von verschiedenen Drehmomentübertragungsbauteilen darstellt, um mehrere Vorwärtsdrehzahl- oder Vorwärtsübersetzungsverhältnisse und zumindest ein Rückwärtsdrehzahl- oder Rückwärtsübersetzungsverhältnis der in den 1–6 veranschaulichten Getriebe zu erzeugen. Der Einrückungszustand der Drehmomentübertragungsbauteile oder Drehmomentübertragungsmechanismen (Kupplungen 54 und 56 und Bremsen 58 und 60) ist durch Vorhandensein eines ”X” in dem passenden Kasten in der Tabelle von 7 angegeben. Zum Beispiel wird ein Rückwärtsübersetzungsverhältnis erzeugt, indem die zweite Bremse 60 und die erste Kupplung 54 eingerückt werden. Natürlich kann durch die Getriebe der vorliegenden Erfindung einen unendliche Zahl von Übersetzungsverhältnissen über Verstellung der Scheibenbaugruppe 24, wie es oben beschrieben ist, und die Auswahl von zumindest zweien der Drehmomentübertragungsbauteile oder Drehmomentübertragungsmechanismen erzeugt werden, wie es in 7 gezeigt ist. Unter Verwendung der oben beschriebenen Ausgestaltungen ist das Getriebe 14 in der Lage, ein Gesamtübersetzungsverhältnis von annähernd 14 unter Verwendung eines Scheibensatzes mit einem Gesamtübersetzungsverhältnis von 4 zu erreichen. Das Getriebe 14 stellt auch drei unterschiedliche Betriebsmodi bereit.
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Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und Abwandlungen, die nicht vom Kern der Erfindung abweichen, sollen im Umfang der Erfindung liegen. Derartige Abwandlungen sind nicht als ein Abgehen vom Gedanken und Umfang der Erfindung anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- SAE Paper 810102 ”The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis” [0035]
