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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Automatikgetriebe und insbesondere ein stufenloses Getriebe mit Eingangsverzweigung.
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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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In vielen CVTs wird das Drehmoment der Kraftmaschine von der Scheibe auf den Riemen über Reibung durch Klemmen des Riemens zwischen den Scheiben übertragen. Die erforderliche Klemmkraft ist daher eine Funktion des durch den Riemen übertragenen Betrages an Drehmoment, wobei höhere Niveaus an Drehmoment der Kraftmaschine höhere Niveaus an Klemmkraft an dem Riemen erfordern, um Durchrutschen zu verhindern. Allgemeiner ausgedrückt, je höher die erforderliche Klemmkraft ist, desto mehr Verschleiß gibt es an dem Riemen und desto weniger effizient ist das System. Dementsprechend besteht ein Bedarf für verbesserte CVT-Konstruktionen, die die erforderlichen Klemmkräfte an dem Riemen verringern, um den Wirkungsgrad des CVT zu verbessern.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist ein stufenloses Getriebe mit verzweigtem Eingang oder mit zwei Modi für ein Kraftfahrzeug vorgesehen. Das stufenlose Getriebe umfasst ein Eingangselement, ein Ausgangselement, eine stufenlos verstellbare Einheit, die mit dem Eingangselement verbunden ist, einen Getriebekasten, der mit der stufenlos verstellbaren Einheit und mit dem Ausgangselement verbunden ist, und eine Eingangsverzweigungskupplung, die zum selektiven Verbinden des Eingangselements mit dem Getriebekasten während hoher Gangdrehzahlen zwischen dem Eingangselement und dem Getriebekasten eingebunden ist.
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Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung ist die Eingangsverzweigungskupplung des stufenlosen Getriebes während niedriger Gangdrehzahlen nicht eingerückt.
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Gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung ist ein erster Zahnradsatz mit dem Eingangselement gekoppelt und ein zweiter Zahnradsatz ist mit dem ersten Zahnradsatz und mit dem Getriebekasten gekoppelt.
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Gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung ist die Eingangsverzweigungskupplung zum selektiven Koppeln des ersten Zahnradsatzes mit dem Eingangselement zwischen dem Eingangselement und dem ersten Zahnradsatz angeordnet.
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Gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung ist die Eingangsverzweigungskupplung zum selektiven Koppeln des ersten Zahnradsatzes mit dem zweiten Zahnradsatz zwischen dem ersten Zahnradsatz und dem zweiten Zahnradsatz angeordnet.
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Gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung ist die Eingangsverzweigungskupplung zum selektiven Koppeln des zweiten Zahnradsatzes mit dem Getriebekasten zwischen dem zweiten Zahnradsatz und dem Getriebekasten angeordnet.
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Gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst der Getriebekasten einen ersten Planetenradsatz, der mit einem zweiten Planetenradsatz verbunden ist.
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Gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst der erste Planetenradsatz ein erstes Element, ein zweites Element und ein drittes Element, und der zweite Planetenradsatz umfasst ein erstes Element und ein zweites Element, wobei das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes mit einer ersten Bremse verbunden ist, das erste Element des ersten Planetenradsatzes mit der Eingangsverzweigungskupplung zur Aufnahme von Drehmoment davon verbunden ist, wenn die Eingangsverzweigungskupplung eingerückt ist, und mit einer zweiten Bremse verbunden ist, das erste Element des zweiten Planetenradsatzes mit der stufenlos verstellbaren Einheit verbunden ist, und die zweiten Elemente des ersten und zweiten Planetenradsatzes mit dem Ausgangselement verbunden sind.
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Gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung sind die ersten Elemente Sonnenräder, die zweiten Elemente sind Planetenträgerelemente, und das dritte Element ist ein Hohlrad.
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Gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung 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, wobei das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mit einer ersten Bremse verbunden ist, das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes mit der Eingangsverzweigungskupplung zur Aufnahme von Drehmoment davon verbunden ist, wenn die Eingangsverzweigungskupplung eingerückt ist, das erste Element des ersten Planetenradsatzes und mit einer zweiten Bremse verbunden ist, das erste Element des zweiten Planetenradsatzes mit der stufenlos verstellbaren Einheit verbunden ist, und die zweiten Elemente des ersten und zweiten Planetenradsatzes mit dem Ausgangselement verbunden sind.
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Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung sind die ersten Elemente Sonnenräder, die zweiten Elemente sind Planetenträgerelemente, und die dritten Elemente sind Hohlräder.
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Gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst die stufenlos verstellbare Einheit einen endlosen Riemen, der zwischen zwei angeordnet 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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2A ist ein schematisches Hebeldiagramm eines beispielhaften Getriebes gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
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2B ist ein schematisches Hebeldiagramm eines anderen beispielhaften Getriebes gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
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2C ist ein schematisches Hebeldiagramm eines anderen beispielhaften Getriebes gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
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3 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Getriebes gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
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4A ist ein schematisches Hebeldiagramm eines beispielhaften Getriebes gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
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4B ist ein schematisches Hebeldiagramm eines anderen beispielhaften Getriebes gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
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4C ist ein schematisches Hebeldiagramm eines anderen beispielhaften Getriebes gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung; und
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5 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Getriebes gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
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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 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 der Getriebeeingangswelle 20 und der Getriebeausgangswelle 22 befinden sich eine Drehmomentverzweigungseinrichtung 23, eine Scheibenbaugruppe 24 und ein Getriebekasten oder eine Planetenrad-Baugruppe 26, 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 funktional mit der Kraftmaschine 12 durch die Starteinrichtung 15 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 Drehmomentverzweigungseinrichtung 23 und mit der Scheibenbaugruppe 24 verbunden. Die Drehmomentverzweigungseinrichtung 23 ist selektiv mit dem Getriebekasten 26 verbunden, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Die Drehmomentverzweigungseinrichtung 23 verzweigt das Eingangsdrehmoment von der Kraftmaschine 12 selektiv auf den Getriebekasten 26, wodurch das Drehmoment durch die Scheibenbaugruppe 24 verringert wird.
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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 der Getriebeeingangswelle 20 verbunden und kann einstückig mit der Getriebeeingangswelle 20 gebildet sein. Die erste Halbscheibe 30A ist axial relativ zu der zweiten Halbscheibe 30B durch ein hydraulisches Steuerungssystem (nicht gezeigt) oder anderes Betätigungssystem bewegbar. Es ist festzustellen, dass die Halbscheiben 30A und 30B axial vertauscht sein 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 36, die 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 und nicht V-förmige Riemen umfassen, 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 32B 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 eine Übertragungswelle oder ein Übertragungselement 34. Der Getriebekasten 26 umfasst eines von mehreren Planetenradsatzgetrieben oder Planetenradsatzanordnungen, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Der Getriebekasten 26 gibt Drehmoment von der Scheibenbaugruppe 26 und der Drehmomentverzweigungseinrichtung 23 an die Getriebeausgangswelle 22 und dann an die Achsantriebseinheit 28 aus.
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Nun den
2A–C zugewandt, sind verschiedene Ausgestaltungen der Drehmomentverzweigungseinrichtung
23 und des Getriebekastens
26 in Hebeldiagrammformat gezeigt. 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 sein. 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 ein erstes Zahnrad 40 und ein zweites Zahnrad 42. Das erste Zahnrad 40 ist durch einen ersten Knoten 40A, einen zweiten Knoten 40B und einen dritten Knoten 40C dargestellt. Das zweite Zahnrad 42 ist durch einen ersten Knoten 42A, einen zweiten Knoten 42B und einen dritten Knoten 42C dargestellt. Der erste Knoten 40A des ersten Zahnrads 40 ist mit einem Drehmomentübertragungsmechanismus oder einer Eingangsverzweigungskupplung 44 gekoppelt. Die Eingangsverzweigungskupplung 44 verbindet den ersten Knoten 40A des ersten Zahnrads 40 mit dem Getriebekasten 26. Der zweite Knoten 40B des ersten Zahnrads 40 ist mit dem ersten Knoten 42A des zweiten Zahnrads 42 verbunden, wodurch kämmende Zahnräder dargestellt sind. Der dritte Knoten 40C des ersten Zahnrads 40 ist an Masse festgelegt, was eine Änderung der Drehrichtung des ersten Zahnrads 40 darstellt. Der zweite Knoten 42B des zweiten Zahnrads 42 ist mit der Getriebeeingangswelle 20 gekoppelt. Der dritte Knoten 42C des zweiten Zahnrads 42 ist an Masse festgelegt, was eine Änderung der Drehrichtung des zweiten Zahnrads 42 darstellt. Die Zahnräder 40 und 42 können koplanar oder teilweise axial voneinander versetzt sein. In einer anderen Ausführungsform sind die Zahnräder 40 und 42 durch eine Kette ersetzt, die von der Getriebeeingangswelle 20 bis zu dem Drehmomentübertragungsmechanismus 44 eingebunden ist.
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Der Getriebekasten 26 umfasst einen ersten Planetenradsatz 50 und einen zweiten Planetenradsatz 52. Der erste und zweite Planetenradsatz 50 und 52 sind durch ein Vierknotenhebeldiagramm dargestellt. Der erste Planetenradsatz 50 weist drei Knoten auf: einen ersten Knoten 50A, einen zweiten Knoten 50B und einen dritten Knoten 50C. Der zweite Planetenradsatz 52 weist drei Knoten auf: einen ersten Knoten 52A, einen zweiten Knoten 52B und einen dritten Knoten 52C.
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Das Übertragungselement 34 ist ständig mit dem ersten Knoten 52A des zweiten Planetenradsatzes 52 gekoppelt. Das Getriebeausgangselement 22 ist mit dem zweiten Knoten 50B des ersten Planetenradsatzes 50 und mit dem zweiten Knoten 52B des zweiten Planetenradsatzes 52 gekoppelt. Die Eingangsverzweigungskupplung 44 verbindet den ersten Knoten 40A des ersten Zahnrads 40 selektiv mit dem ersten Knoten 50A des ersten Planetenradsatzes 50. Eine erste Bremse 54 verbindet den dritten Knoten 52C des zweiten Planetenradsatzes 52 und den dritten Knoten 50C des ersten Planetenradsatzes 50 selektiv mit einem feststehenden Bauteil oder Getriebegehäuse 16. Eine zweite Bremse 56 verbindet den ersten Knoten 50A des ersten Planetenradsatzes 50 selektiv mit dem feststehenden Bauteil oder dem Getriebegehäuse 16.
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Unter Bezugnahme auf 2B ist eine alternative Eingangsverzweigungseinrichtungs-Anordnung 23B gezeigt. Die Eingangsverzweigungseinrichtung 23B ist ähnlich wie die in 2A gezeigte, und daher sind gleiche Komponenten durch gleiche Bezugszeichen angegeben. Jedoch ist in 2B die Eingangsverzweigungskupplung 44 umgestellt und verbindet den zweiten Knoten 42B des zweiten Zahnrads 42 selektiv mit der Getriebeeingangswelle 20. Somit ist der erste Knoten 40A des Zahnrads 40 direkt mit dem ersten Knoten 50A des ersten Planetenradsatzes 50 verbunden.
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Unter Bezugnahme auf 2C ist eine alternative Eingangsverzweigungseinrichtungs-Anordnung 23C gezeigt. Die Eingangsverzweigungseinrichtung 23C ist ähnlich wie die in 2A gezeigte und daher sind gleiche Komponenten durch gleiche Bezugszeichen angegeben. Jedoch ist in 2C die Eingangsverzweigungskupplung 44 umgestellt und verbindet den zweiten Knoten 40B des Zahnrads 40 selektiv mit dem ersten Knoten 42A des Zahnrads 42. Somit ist der erste Knoten 40A des Zahnrads 40 direkt mit dem ersten Knoten 50A des ersten Planetenradsatzes 50 verbunden.
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Nun 3 zugewandt, stellt ein Prinzipdiagramm ein schematisches Layout einer Ausführungsform des Getriebes 14 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. In 3 wird die Nummerierung aus dem Hebeldiagramm aus den 2A–C übernommen. Die Kupplungen und Kopplungseinrichtungen sind entsprechend dargestellt, wohingegen die Knoten der Planetenradsätze nun als Komponenten von Planetenradsätzen, wie Sonnenräder, Hohlräder, Planetenräder und Planetenradträger, erscheinen.
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Zum Beispiel ist die Getriebeeingangswelle 20 mit einem ersten Zahnrad 42B des zweiten Zahnradsatzes 42 verbunden. Das erste Zahnrad 42B ist in Kämmung mit einem Übertragungszahnrad 62 und einem zweiten Zahnrad 42A des zweiten Zahnradsatzes 42. Das Übertragungszahnrad 62 ist direkt oder über eine Zwischenwelle oder ein Zwischenelement 64 mit der Scheibenbaugruppe 24 gekoppelt. Die Eingangsverzweigungskupplung 44 verbindet das Zahnrad 42A des zweiten Zahnradsatzes 40 über eine Zwischenwelle oder ein Zwischenelement 65 selektiv mit dem ersten Zahnradsatz 40. Die Zwischenwelle oder das Zwischenelement 65 ist mit einem Zahnrad 40B des ersten Zahnradsatzes 40 verbunden. Das Zahnrad 40B ist in Kämmung mit einem Zahnrad 40A des ersten Zahnradsatzes 40. Das Zahnrad 40A ist mit einer ersten Verbindungswelle oder einem ersten Verbindungselement 66 kerbverzahnt oder auf andere Weise in Kämmung.
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Der Planetenradsatz 50 umfasst ein Sonnenradelement 50A und ein Trägerelement 50B. Das Hohlradelement 50C ist optional und nicht gezeigt. Das Planetenträgerelement 50B lagert drehbar einen Satz Planetenräder 50D (von denen nur eines gezeigt ist). Die Planetenräder 50D sind jeweils ausgestaltet, um mit dem Sonnenradelement 50A zu kämmen. Das Sonnenradelement 50A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 60 verbunden. Das Sonnenradelement 52A ist zur gemeinsamen Rotation mit der ersten Welle oder dem ersten Verbindungselement 66 verbunden. Das Planetenträgerelement 50B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 68 und der Getriebeausgangswelle 22 verbunden. Alternativ kann das Planetenträgerelement 50B einstückig mit dem Planetenträger 52B des Planetenradsatzes 52 gebildet sein, wodurch ein gemeinsamer Planetenträger gebildet ist.
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Der Planetenradsatz 52 umfasst ein Sonnenradelement 52A, ein Planetenträgerelement 52B und ein Hohlradelement 52C. Das Planetenträgerelement 52B lagert einen Satz Planetenräder 52D (von denen nur eines gezeigt ist) und 52E (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar. Die Planetenräder 50D sind jeweils ausgestaltet, um mit dem Sonnenradelement 52A und den Planetenrädern 52E zu kämmen, während die Planetenräder 52E jeweils mit dem Hohlradelement 52C kämmen. Das Sonnenradelement 52A ist zur gemeinsamen Rotation mit dem Übertragungselement 34 verbunden. Das Planetenträgerelement 52B ist zur gemeinsamen Rotation mit der Getriebeausgangswelle 22 und der zweiten Welle oder dem zweiten Element 68 verbunden. Das Hohlradelement 52C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 70 verbunden.
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Die Drehmomentübertragungsmechanismen oder Bremsen 54, 56 sorgen für eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Gehäuses. Die Drehmomentübertragungsmechanismen sind Mechanismen vom Reib-, Klauen- oder Synchroneinrichtungstyp oder dergl. Zum Beispiel ist die erste Bremse 54 selektiv einrückbar, um die dritte Welle oder das dritte Verbindungselement 70 mit dem Getriebegehäuse 16 zu verbinden und somit eine Relativdrehung des Elements 70 und daher des Hohlradelements 52C einzuschränken. Die zweite Bremse 56 ist selektiv einrückbar, um die erste Welle oder das erste Verbindungselement 66 mit dem Getriebegehäuse 16 zu verbinden und somit eine Relativdrehung des Elements 66 und daher des Sonnenradelements 50A einzuschränken.
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Während Zuständen niedriger Gänge oder einem ersten Satz von Drehzahlverhältnissen zwischen dem Getriebeeingangselement 20 und dem Getriebeausgangselement 22, zum Beispiel Gangzuständen, die bei den niedrigsten Gangdrehzahlen verwendet werden, die Stufenübersetzungsverhältnissen, wie etwa Rückwärts, erstes, zweites, drittes, viertes usw. entsprechen, ist die Eingangsverzweigungskupplung 44 nicht eingerückt. Daher folgt das Drehmoment von der Kraftmaschine 12 einem Weg durch die Scheibenbaugruppe 24 und durch den Getriebekasten 26. Die Einrückung der Bremse 54 liefert ein Rückwärtsübersetzungsverhältnis, während die Einrückung der Bremse 56 Vorwärtsübersetzungsverhältnisse in den Zuständen niedriger Gänge bereitstellt. Während Zuständen hoher Gänge oder eines zweiten Satzes von Drehzahlverhältnissen zwischen dem Getriebeeingangselement 20 und dem Getriebeausgangselement 22, zum Beispiel Gangzuständen, die bei den höchsten Drehzahlen verwendet werden, die Stufenübersetzungsverhältnissen, wie etwa fünftes, sechstes, siebtes usw. entsprechen, ist die Eingangsverzweigungskupplung 44 eingerückt. Der Zustand hoher Gänge kann alternativ als ein Bereich von Drehzahlen definiert sein, der der Kraftmaschine 12 die minimale Hebelübersetzung über die Endantriebseinheit 28 oder Räder des Kraftfahrzeugs verleiht. Daher folgt Drehmoment von der Kraftmaschine 12 zwei verzweigten Wegen: einem durch die Scheibenbaugruppe 24 zu dem Getriebekasten 26 und einem anderen durch die Eingangsverzweigungskupplung 44 direkt zu dem Sonnenrad 50A des Getriebekastens 26. Eine Einrückung der Eingangsverzweigungskupplung 44 verringert das Drehmoment durch die Scheibenbaugruppe 24 um annähernd 45% auf annähernd 65%, wodurch der an dem Riemen 36 erforderliche Druck verringert wird und daher der Wirkungsgrad des Antriebsstrangs 12 während eines Zustands hoher Gänge verbessert wird.
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Nun 4A zugewandt, ist ein alternatives Getriebe 14' gezeigt. Das Getriebe 14' umfasst viele der gleichen Komponenten wie das in den 2A–C, 3 gezeigte Getriebe 14, und daher sind ähnliche Komponenten mit ähnlichen Bezugszeichen angegeben. Jedoch stellt in Getriebe 14' der Drehmomentweg mit Eingangsverzweigung eine Verbindung von der Drehmomentverzweigungseinrichtung 23 mit dem dritten Knoten 50C des ersten Planetenradsatzes 50 und dem dritten Knoten 52C des zweiten Planetenradsatzes 52 her. Somit verbindet die Eingangsverzweigungskupplung 44 den ersten Knoten 40A des Zahnrads 40 selektiv mit dem dritten Knoten 50C des ersten Planetenradsatzes 50 und dem dritten Knoten 52C des zweiten Planetenradsatzes 52.
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Unter Bezugnahme auf 4B ist die alternative Eingangsverzweigungseinrichtungs-Anordnung 23B in der Anordnung von Getriebe 14' gezeigt. Die Eingangsverzweigungskupplung 44 ist umgestellt und verbindet den zweiten Knoten 42B des zweiten Zahnrads 42 selektiv mit der Getriebeeingangswelle 20. Somit ist der erste Knoten 40A des Zahnrads 40 direkt mit dem dritten Knoten 50C des ersten Planetenradsatzes 50 und dem dritten Knoten 52C des zweiten Planetenradsatzes 52 verbunden.
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Unter Bezugnahme auf 4C ist die alternative Eingangsverzweigungseinrichtungs-Anordnung 23C in der Anordnung von Getriebe 14' gezeigt. Die Eingangsverzweigungskupplung 44 ist umgestellt und verbindet den zweiten Knoten 40B des Zahnrads 40 selektiv mit dem ersten Knoten 42A des Zahnrads 42. Somit ist der erste Knoten 40A des Zahnrads 40 direkt mit dem dritten Knoten 50C des ersten Planetenradsatzes 50 und dem dritten Knoten 52C des zweiten Planetenradsatzes 52 verbunden.
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Nun 5 zugewandt, stellt ein Prinzipdiagramm ein schematisches Layout einer Ausführungsform des Getriebes 14' gemäß der vorliegenden Erfindung dar. In 3 wird die Nummerierung aus dem Hebeldiagramm aus den 4A–C übernommen. Die Kupplungen und Kopplungseinrichtungen sind entsprechend dargestellt, wohingegen die Knoten der Planetenradsätze nun als Komponenten von Planetenradsätzen, wie Sonnenräder, Hohlräder, Planetenräder und Planetenradträger, erscheinen.
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Zum Beispiel ist die Getriebeeingangswelle 20 mit einem ersten Zahnrad 42B des zweiten Zahnradsatzes 42 verbunden. Das erste Zahnrad 42B ist in Kämmung mit einem Übertragungszahnrad 62 und einem zweiten Zahnrad 42A des zweiten Zahnradsatzes 42. Das Übertragungszahnrad 62 ist entweder direkt oder über eine Zwischenwelle oder ein Zwischenelement 64 mit der Scheibenbaugruppe 24 gekoppelt. Die Eingangsverzweigungskupplung 44 verbindet das Zahnrad 42A des zweiten Zahnradsatzes 40 über eine Zwischenwelle oder ein Zwischenelement 65 selektiv mit dem ersten Zahnradsatz 40. Die Zwischenwelle oder das Zwischenelement 65 ist mit einem Zahnrad 40B des ersten Zahnradsatzes 40 verbunden. Das Zahnrad 40B ist in Kämmung mit einem Zahnrad 40A des ersten Zahnradsatzes 40.
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Die Zahnradsätze 50 und 52 umfassen ein gemeinsames Planetenträgerelement 50B/52B, ein Hohlradelement 50C, ein Sonnenradelement 50A und ein Sonnenradelement 52A. Das Hohlradelement 52C ist optional oder kann als einstückig mit dem Zahnrad 40A des ersten Zahnradsatzes 40 gebildet angesehen werden. Das gemeinsame Planetenträgerelement 50B/52B lagert einen Satz Planetenräder 50D (von denen nur eines gezeigt ist) und 52D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar. Die Planetenräder 50D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenradelement 50A als auch dem Hohlradelement 50C zu kämmen. Die Planetenräder 50D sind lange Ritzel, die jeweils ausgestaltet sind, um sowohl mit den Ritzeln 50D als auch dem Sonnenradelement 52A und dem Zahnrad 40A des ersten Zahnradsatzes 40 zu kämmen. Das Sonnenradelement 50A ist zu gemeinsamen Rotationen mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 66 verbunden. Das Sonnenradelement 52A ist zur gemeinsamen Rotation mit dem Übertragungselement 34 verbunden. Das gemeinsame Planetenträgerelement 50B/52B ist zur gemeinsamen Rotation mit der Getriebeausgangswelle 22 verbunden. Das Hohlradelement 50C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer Welle oder einem Verbindungselement 70 verbunden.
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Die Drehmomentübertragungsmechanismen oder Bremsen 54, 56 sorgen für eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Gehäuses. Die Drehmomentübertragungsmechanismen sind Mechanismen vom Reib-, Klauen- oder Synchroneinrichtungstyp oder dergl. Zum Beispiel ist die erste Bremse 54 selektiv einrückbar, um die Welle oder das Verbindungselement 70 mit dem Getriebegehäuse 16 zu verbinden und somit eine Relativdrehung des Elements 70 und daher des Hohlradelements 50C einzuschränken. Die zweite Bremse 56 ist selektiv einrückbar, um die erste Welle oder das erste Verbindungselement 66 mit dem Getriebegehäuse 16 zu verbinden und somit eine Relativdrehung des Elements 66 und daher des Sonnenradelements 50A einzuschränken.
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Während Zuständen niedriger Gänge, zum Beispiel Gangzuständen, die bei den niedrigsten Gangdrehzahlen verwendet werden, die Stufenübersetzungsverhältnissen, wie etwa rückwärts, erstes, zweites, drittes, viertes usw. entsprechen, ist die Eingangsverzweigungskupplung 44 nicht eingerückt. Daher folgt das Drehmoment von der Kraftmaschine 12 einem Weg durch die Scheibenbaugruppe 24 und durch das Sonnenrad 52A des Getriebekastens 26. Die Einrückung der Bremse 54 liefert ein Rückwärtsübersetzungsverhältnis, während die Einrückung der Bremse 56 Vorwärtsübersetzungsverhältnisse in den Zuständen niedriger Gänge. Während Zuständen hoher Gänge, zum Beispiel Gangzuständen, die bei den höchsten Drehzahlen verwendet werden, die Stufenübersetzungsverhältnissen, wie etwa fünftes, sechstes, siebtes usw. entsprechen, ist die Eingangsverzweigungskupplung 44 eingerückt. Der Zustand hoher Gänge kann ferner als ein Bereich von Drehzahlen definiert sein, der der Kraftmaschine 12 die minimale Hebelübersetzung über die Endantriebseinheit 28 oder Räder des Kraftfahrzeugs verleiht. Daher folgt Drehmoment von der Kraftmaschine 12 zwei verzweigten Wegen – einem durch die Scheibenbaugruppe 24 zu dem Sonnenrad 52A des Getriebekastens 26 und einem anderen durch die Eingangsverzweigungskupplung 44 direkt zu Ritzeln 52D des Getriebekastens 26 (d. h. durch ein Hohlrad des Getriebekastens 26). Eine Einrückung der Eingangsverzweigungskupplung 44 verringert das Drehmoment durch die Scheibenbaugruppe 24 um annähernd 45% auf annähernd 65%, wodurch der an dem Riemen 36 erforderliche Druck verringert wird und daher der Wirkungsgrad des Antriebsstrangs 12 während eines Zustands hoher Gänge verbessert wird.
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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” von Benford und Leising [0036]
