JP4849486B2 - 多段変速機 - Google Patents

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Description

本発明は、特許請求の範囲の請求項1の上位概念に従う、遊星構造の多段変速機、特には自動車用自動変速機、に関するものである。
自動変速機、特に自動車用のものは、従来技術による遊星歯車セットを有しており、それは、例えばクラッチおよびブレーキなどの摩擦エレメントないしシフトエレメントによって切り替えられ、そして通常、スリップ作用にさらされ選択的にロックアップクラッチが設けられる発進エレメント、例えば流体トルクコンバーターまたは流体クラッチなど、と結合されている。
この種の多段自動変速機は、例えばDE10213820A1から明らかになる。その変速機は、基本的に、相互に同軸に配置されている駆動軸と出力軸、合計3組の遊星歯車セット、そして6つの摩擦シフトエレメント、を有している。駆動軸の回転数を出力軸に伝達するために、この変速機は、2つの出力経路を有している。遊星歯車セットの2組は、当該変速機の切換え可能なメインギヤセットを、2キャリヤー4軸遊星歯車の形態で形成する。具体的には、例えば、いわゆるラビニヨ式遊星歯車セットまたはシンプソン式遊星歯車セットとして形成する。メインギヤセットの出力エレメントは、変速機の出力軸と結合している。3組の遊星歯車セットの残りの1組は、単純なシングルの遊星歯車セットとして形成されていて、切換え不能な前方取付けギヤセットを形成する。これは、駆動軸と固定結合しており、出力側で2つの回転数を発生し、その回転数は駆動軸の回転数の他にメインギヤセットの様々な入力エレメントに伝達可能である。クラッチおよびブレーキとして形成されている6つの摩擦シフトエレメントのそれぞれ2つを選択的に係合(Sperren)することにより、合計で前進8段がレンジシフトなしに切換えできる。また、あるギヤをそのすぐ上またはすぐ下のギヤに切り換える場合、そのつど、前に係合していたシフトエレメントの1つだけが開放され、そして、前に開放されていたシフトエレメントの1つだけが締結される、と言う具合に切り換えができる。
1組の前方取付けセットと、2キャリヤー4軸遊星ギヤの形態で相互に結合された2組の遊星歯車セットから構成される1組のメインギヤセットと、を備えた、軸方向に比較的コンパクトな構造の多段自動変速機は、例えばUS5,429,557から知られている。いわゆる前輪駆動車への組込みに非常に適しているこの変速機の実施形態では、変速機の駆動軸および出力軸は、互いに車軸並行に配置されており、カウンターシャフト構造の前方取付けセットは、2つの平歯車段で、オーバードライブ特性を有する一定のギヤ比を形成し、そしてメインギヤセットの両遊星歯車セットは、相互に内部に径方向に組み込まれ、変速機の駆動軸に軸並行に配置されている。ただし、ここでは、合計で5つの摩擦シフトエレメントを使用しているが、レンジシフトなしに切り換えできるのは前進6段のみである。
さらに、本件出願人によるDE19949507A1から、多段変速機が知られている。当該変速機では、駆動軸に切換え不能な2つの前方取付け遊星歯車セットが設けられており、当該歯車セットは出力側で2つの回転数を発生し、当該回転数は駆動軸の回転数以外に、選択的に、出力軸に作用するシフト可能な多数エレメントのメインギヤセットの様々な入力エレメントに、使用されるシフトエレメントを選択的に係合することによって、切り換え可能である。ここでは、あるギヤからそれぞれそのすぐ上または下のギヤへ切り換えるために、まさにちょうど作動した2つのシフトエレメントのうち、それぞれ1つのシフトエレメントだけが係合または開放される必要がある。このメインギヤセットは、これまた2キャリヤー4軸遊星ギヤセットとして形成されており、その2組の遊星歯車セットは、2つのエレメントを介して相互に堅く結合されている。この場合、5つのシフトエレメントを使用して、前進7段がレンジシフトなしに切換えできる。6つのシフトエレメントの使用では、前進9段または10段でさえもシフト可能である。4組すべての遊星歯車セットは、相互に同軸であり、駆動軸に対して同軸に配置されている。
本件出願人によるDE10115983A1では、前方取付けセットと結合している駆動軸と、後方取付けセットと結合している出力軸と、最大7つのシフトエレメントと、を備えた多段変速機が説明されており、それらエレメントを選択的に切換えることによって、少なくとも前進8段がレンジシフトなしに切換えできる。前方取付けセットは、1組の切換え可能、あるいは切換え不能な遊星歯車セットから、または、最大2組の切換不能な相互に結合した遊星歯車セットから、形成されている。後方取付けセットは、2組の切換え可能な後置遊星歯車セットを備えた2キャリヤー4軸変速機として形成されており、4本のフリーな軸を有する。この2キャリヤー4軸変速機の第1のフリーな軸は、第1シフトエレメントと結合しており、第2のフリーな軸は、第2及び第3シフトエレメントと結合しており、第3のフリーな軸は、第4及び第5シフトエレメントと結合しており、そして第4のフリーな軸は、出力軸と結合している。全部で6つのシフトエレメントを有する多段変速機用に、本発明に従って、後方取付けセットの第3のフリーな軸または第1のフリーな軸が、さらに第6シフトエレメントと結合すること、が提案される。全部で7つのシフトエレメントを有する多段変速機用に、本発明に従って、第3のフリーな軸がさらに第6シフトエレメントと結合し、第1のフリーな軸がさらに第7シフトエレメントと結合すること、が提案される。ここでもまた、変速機のすべての遊星歯車セットは、互いに同軸に配置されている。
その他の多数の多段変速機は、例えば本件出願人のDE10115995A1からも知られている。それらの場合、シフト可能で、相互に結合され、互いに同軸に配置された4組の遊星歯車セットと、摩擦係合する6つまたは7つのシフトエレメントと、が設けられており、それらの選択的係合により、変速機の駆動軸の回転数が、前進9段または11段、後進は少なくとも1段の切換えができるように、変速機の出力軸へ伝達可能である。ギヤスキームに応じて、どの段においても、2つまたは3つのシフトエレメントが係合されており、あるギヤをそれぞれすぐ上またはすぐ下のギヤに切換える際、レンジシフトを回避するために、それぞれ係合されたシフトエレメントの1つだけが開放され、それ以前に係合されていなかった1つのシフトエレメントが係合される。
本発明の課題は、合計4組の遊星歯車セットを使用して、必要とされるシフトエレメントの数が可能な限り少なくされた、少なくとも前進8段と少なくとも後進1段とを備えた、冒頭で述べた方式の多段変速機を提供することである。このとき、すべての前進段は、順次切換え方式の場合、レンジシフトなしに切換えができる。すなわち、ある前進ギヤをそのすぐ上またはすぐ下の前進ギヤに切り換える場合、それぞれ、以前に係合されていた1つのシフトエレメントのみが開放され、それ以前に開放されていなかった1つのシフトエレメントが係合される。さらに、この変速機は、比較的調和の取れた変速比で全体に大きな広がりを持ち、主走行ギヤでは、有利な効率−つまり、スリップ損失や噛合い損失が比較的少ない−を有する。この変速機は、特に駆動と出力とが同軸でない応用に適しており、それに従って、この変速機の軸方向の長さは出来る限り短くなる。
この本課題は、本発明に従って、特許請求の範囲の請求項1の特徴を有する多段変速機によって解決される。その他の有利な実施の形態や展開が、下位請求項から明らかになる。
それによると、駆動軸、出力軸、4組の遊星歯車セット、少なくとも8本の回転可能軸、及び、5つのシフトエレメント−2つのブレーキと3つのクラッチ−を有し、それらの選択的係合が駆動軸と出力軸との間に異なるギヤ比を生じ、その結果、前進8段、後進1段が実現可能であるという、遊星構造の、本発明に従う多段変速機が提案される。
この際、第4遊星歯車セットのキャリヤーと駆動軸とは、回転しないように相互に結合されて、変速機の第1の回転可能軸を形成している。第3遊星歯車セットのキャリヤーと出力軸とは、相互に結合されて、変速機の第2の回転可能軸を形成している。このとき、第3遊星歯車セットの当該キャリヤーと出力軸との間には、平歯車駆動部またはチェーン駆動部とディファレンシャル装置とが、動的に介在されていてよい。第1遊星歯車セットの太陽歯車と第4遊星歯車セットの太陽歯車とは、回転しないように相互に結合されて、変速機の第3の回転可能軸を形成している。第1遊星歯車セットの内歯歯車は、変速機の第4の回転可能軸を形成している。第2遊星歯車セットの内歯歯車と第3遊星歯車セットの太陽歯車とは、回転しないように相互に結合されて、変速機の第5の回転可能軸を形成している。第1遊星歯車セットのキャリヤーと第3遊星歯車セットの内歯歯車とは、回転しないように相互に結合されて、変速機の第6の回転可能軸を形成している。第2遊星歯車セットの太陽歯車と第4遊星歯車セットの内歯歯車とは、回転しないように相互に結合されて、変速機の第7の回転可能軸を形成している。第2遊星歯車セットのキャリヤーは、変速機の第8回転可能軸を形成している。
5つのシフトエレメントの、遊星歯車セットの異なるエレメントへの結合と変速機の駆動軸への結合とに関して、第1シフトエレメントは、パワーフローにおいて、第3軸と変速機のハウジングとの間に配置されていること、第2シフトエレメントは、パワーフローにおいて、第4軸と変速機のハウジングとの間に配置されていること、そして第3シフトエレメントは、パワーフローにおいて、第5軸と第1軸との間に配置されていること、が考慮される。さらに、本発明に従って、第4シフトエレメントは、パワーフローにおいて、第8軸と第2軸との間か、あるいは第8軸と第6軸との間に配置されている。第5シフトエレメントは、本発明に従って、第2遊星歯車セットをインターロックするために考慮されており、そのために、パワーフローにおいて、第7軸と第5軸との間か、あるいは第7軸と第8軸との間か、または第5軸と第8軸との間に配置されている。変速機の様々な軸へのシフトエレメントのこのような様々な動的結合によって、本発明に従い、動的な構成部品の結合に関して、ギヤファミリーの全体が明らかになる。
前進第1段は第1、第2、第3シフトエレメントの係合によって、前進第2段は第1、第2、第5シフトエレメントの係合によって、前進第3段は第2、第3、第5シフトエレメントの係合によって、前進第4段は第2、第4、第5シフトエレメントの係合によって、前進第5段は第2、第3、第4シフトエレメントの係合によって、前進第6段は第3、第4、第5シフトエレメントの係合によって、前進第7段は第1、第3、第4シフトエレメントの係合によって、そして前進第8段は第1、第4、第5シフトエレメントの係合によって生じる。後進段は第1、第2、第4シフトエレメントの係合によって生じる。
これらの歯車セットスキームは、本件出願人による未公開の独国特許出願DE102005002337.1の主題である。独国特許出願DE102005002337.1の記載内容は、明らかに、本発明の一部でもある。
本発明によれば、変速機のハウジング内での4組の遊星歯車セットの空間的配置に関して、第2及び第4遊星歯車セットが、軸方向に見て、ある平面内で径方向に上下に配置されている、ないし、径方向に互いの中に組み込まれている、ということが考慮されている。このとき、第4遊星歯車セットは、第2遊星歯車セットの内側中央に配置されており、(径方向内側の)第4遊星歯車セットの内歯歯車は、(径方向外側の)第2遊星歯車セットの太陽歯車を、同時に形成している。さらに、本発明によると、この2組の、径方向に互いの中に組み込まれている遊星歯車セットが、空間的に見て、軸方向に他の2組の遊星歯車セットの間に配置される、ということが考慮される。
4組のすべての遊星歯車セットは、好ましくは、いわゆるマイナス遊星歯車セットとして形成されており、そのそれぞれの遊星歯車は、それぞれの遊星歯車セットの太陽歯車及び内歯歯車と噛合っている。歯車セットエレメント、シフトエレメント、駆動軸および出力軸の、本発明に従う動的結合に応じて、有利なギヤステップが、個々の遊星歯車セットのステーショナリーギヤ比の特別な組み合わせの場合に、初めて生じる。まず、現行のケースにおいて、第2遊星歯車セットのステーショナリーギヤ比が数字的に十分小さく、同時に、第4遊星歯車セットのステーショナリーギヤ比が数字的に十分大きいということによって、本発明に従う、第2及び第4遊星歯車セットの径方向の組込みに対する前提条件が、与えられる。すなわち、マイナス1.6という第2遊星歯車セットのステーショナリーギヤ比は、(径方向外側の)第2遊星歯車セットの遊星歯車が高すぎる回転数で回転するということなく、比較的大きな径を有する太陽歯車を可能にする。マイナス2.0という第4遊星歯車セットのステーショナリーギヤ比は、(径方向内側の)第4遊星歯車セットの太陽歯車が、要求されたトルクを伝達できるために、直径について小さくなりすぎることなく、比較的小さな直径を有する内歯歯車を可能にする。(径方向内側の)第4遊星歯車セットの内歯歯車が(径方向外側の)第2遊星歯車セットの太陽歯車と直接結合されていることによって、この内歯歯車とこの太陽歯車をも一つのコンポーネントに一体化され得る。それによって、第2及び第4遊星歯車セットから形成されるこの歯車セットグループの径方向の取付けスペースが、さらに減少される。
径方向に互いに内部に組み込まれている2つの遊星歯車セットの軸受け(支持)は、構造上比較的簡単に実現され得る。例えば、歯車セットアセンブリーの径方向に内側の第4遊星歯車セットのキャリヤーは、変速機の駆動軸ないしは第1軸を介して、径方向に変速機ハウジング上に、ないしは、径方向に変速機ハウジング固定のハブ上に、あるいは、径方向に変速機の第3軸に、軸受け(支持)され得る。歯車セットアセンブリーの径方向に外側の第2遊星歯車セットのキャリヤーは、例えば、径方向に変速機の第3軸に軸受け(支持)され得る。
4組の遊星歯車セットの、本発明に従う配置と内部組込みとの関連で、わずか5つのシフトエレメントを使用することによって、4組の個々のギヤを形成する遊星歯車セットを備えた8段自動変速機にとって、軸方向の長さが極めて短い変速機の実現が達成される。4組の遊星歯車セットの必要な長さは、この場合、軸方向に並行に配置された3組の単一(Einzel)遊星歯車セットの必要長さより長くない。その限りでは、本発明に従うこの自動変速機は、駆動エンジンが進行方向を横切るように取り付けられ駆動軸および出力軸が車軸に並行な車両に組み込むには、非常に良く適している。
本発明に従う多段変速機のこの実施の形態により、特に乗用車において、調和の取れた変速比で全体に大きな広がりを持つ好適なギヤ比が生じる。これによって、優れた乗り心地と有意な燃費低減が達成される。
さらに、本発明に従う多段変速機で、シフトエレメント数が少ない−ブレーキ2、クラッチ3−ことにより、製造費が比較的少なくて済む。有利な態様では、本発明に従う多段変速機で、流体式コンバーター、外部発進クラッチ、または、その他の適切な外部発進エレメントで発進を実施することが可能である。また、変速機に内蔵された発進エレメントで発進プロセスを可能にすることも考えられ得る。好ましくは、このためには、2個のブレーキのうち、前進1段と2段及び後進段で作動される1個のブレーキが、適している。
さらに、本発明に従う多段変速機では、一つには、各ギヤでそれぞれ2個のシフトエレメントだけが係合しないので、スリップ損失が少ないために、もう一つには、単純に構成されたシングル(Einzel)遊星歯車セット内での噛合い損失が少ないために、すべてのギヤで高い効率が生じている。
さらに、本発明に従う多段変速機は、異なるパワートレインの実施形態への適合が、パワーフローの方向に於いても空間的な観点に於いても、可能とされる、というように設計される。例えば、特別な構造上の処置なしで、変速機の駆動部と出力部とを選択的に互いに軸平行あるいは同軸に配置すること、が可能である。
4組の遊星歯車セットの相互に対する本発明に従う空間的配置との関連において、第1及び第2シフトエレメントを、空間的に見て、第1遊星歯車セットの近傍領域に配置することは、目的に適っている。好ましくは、第2シフトエレメントは、空間的に見て、第1遊星歯車セットの径方向上方の領域に配置され、第1シフトエレメントは、径方向に互いに内部に組み込まれた歯車セットグループとは反対側で、軸方向に第1遊星歯車セットに隣接した領域に配置される。
4組の遊星歯車セットの相互に対する本発明に従う空間的配置との関連において、第3及び第4シフトエレメントを、空間的に見て、軸方向に第3遊星歯車セットと径方向に互いに内部に組み込まれた歯車セットグループとの間の領域に配置することは、目的に適っている。第4シフトエレメントは、空間的に見て、選択的に、軸方向に第3遊星歯車セットと径方向に互いに内部に組み込まれた歯車セットグループとの間の領域に、あるいは、軸方向に、径方向に互いに内部に組み込まれた歯車セットグループと第1遊星歯車セットとの間の領域に、あるいは、径方向に互いに内部に組み込まれた歯車セットグループの径方向上方の領域に、配置され得る。
以下、本発明を図面に基づいて例示的に詳しく説明する。同一部品またはそれに匹敵する部品は、ここでは、同一参照記号が付記されている。
図1は、本発明に従う多段変速機の第1の実施の形態の概略図である。
図2は、本発明に従う多段変速機の第2の実施の形態の概略図である。
図3は、本発明に従う多段変速機の第3の実施の形態の概略図である。
図4は、本発明に従う多段変速機の第4の実施の形態の概略図である。
図5は、本発明に従う多段変速機の第5の実施の形態の概略図である。
図6は、本発明に従う多段変速機の第6の実施の形態の概略図である。
図7は、図1乃至図6に従う多段変速機用の例示的なシフト表である。
図8は、図1に従う多段変速機用の構成部品の配置の例示的な第1の変種(態様)である。
図9は、図1に従う多段変速機用の構成部品の配置の例示的な第2の変種(態様)である。
図10は、図1に従う多段変速機用の構成部品の配置の例示的な第3の変種(態様)である。
図11は、例示的な詳細構造図である。
図1には、本発明に従う多段変速機の第1の実施の形態が示されている。この変速機は、駆動軸AN、出力軸AB、4組の遊星歯車セットRS1、RS2、RS3、RS4および5つのシフトエレメントA、B、C、D、Eを擁し、これらはすべて変速機のハウジングGGの中に配置されている。4組すべての遊星歯車セットRS1、RS2、RS3、RS4は、マイナス遊星歯車セットとして形成されている。1組のマイナス遊星歯車セットは、周知のように、複数の遊星歯車を有し、それらはこの遊星歯車セットの太陽歯車及び内歯歯車と噛合っている。この4組の遊星歯車セットRS1、RS2、RS3、RS4の内歯歯車は、HO1、HO2、HO3、HO4で示され、太陽歯車はSO1、SO2、SO3、SO4で、遊星歯車はPL1、PL2、PL3、PL4で、当該遊星歯車が回転可能に支持されているキャリヤーはST1、ST2、ST3、ST4で、示されている。シフトエレメントA及びBは、ブレーキとして形成されており、図示された実施の形態では、両者は、摩擦係合で切換え可能なディスクブレーキとして形成されている。もちろん、他の形態では、摩擦係合で切換え可能なバンドブレーキとして、あるいは、例えば、噛み合い係合で切換え可能な爪ブレーキまたは円錐ブレーキとして、形成されてもよい。シフトエレメントC、D及びEは、クラッチとして形成されており、図示された実施の形態では、すべて、摩擦係合で切換え可能なディスククラッチとして形成されている。もちろん、他の形態では、例えば、噛み合い係合で切換え可能な爪クラッチまたは円錐クラッチとして形成されてもよい。
このAからEまでの5つのシフトエレメントを使用して、前進8段と少なくとも後進1段の選択的切換えが実現できる。本発明に従う多段変速機は、全部で少なくとも8本の回転可能な軸を有しており、それらは1から8で示されている。
遊星歯車セットRS1、RS2、RS3、RS4の4組の個々のエレメントの、相互のそして駆動軸AN及び出力軸ABへの動的結合に関して、図1に従う多段変速機の場合、次のように考慮されている。すなわち、第4遊星歯車セットRS4のキャリヤーST4と駆動軸ANとは、回転しないよう相互に結合されて、前記変速機の第1軸を形成している。第3遊星歯車セットRS3のキャリヤーST3と出力軸ABとは、相互結合されて、前記変速機の第2軸を形成しており、そのとき、このキャリヤーST3と出力軸ABとの間には、チェーン駆動(部)としてまたは平歯車駆動(部)として形成された出力段ABTRとディファレンシャルDIFFとが動的に介在(Zwischengeschaltet)されている。第1遊星歯車セットRS1の太陽歯車SO1と第4遊星歯車セットRS4の太陽歯車SO4とは、回転しないように相互に結合されて、前記変速機の第3軸を形成している。第1遊星歯車セットRS1の内歯歯車HO1は、前記変速機の第4軸を形成している。第2遊星歯車セットRS2の内歯歯車HO2と第3遊星歯車セットRS3の太陽歯車SO3とは、回転しないように相互に結合されて、前記変速機の第5軸を形成している。第1遊星歯車セットRS1のキャリヤーST1と第3遊星歯車セットRS3の内歯歯車HO3とは、回転しないように相互に結合されて、前記変速機の第6軸を形成している。第2遊星歯車セットRS2の太陽歯車SO2と第4遊星歯車セットRS4の内歯歯車HO4とは、回転しないように相互に結合されて、前記変速機の第7軸を形成している。第2遊星歯車セットRS2のキャリヤーST2は、前記変速機の第8軸を形成している。
AからEまでの5つのシフトエレメントの、変速機の1から8までの前記軸への結合に関して、図1に従う多段変速機の場合、以下が考慮されている。すなわち、第1シフトエレメントAは、パワーフローの中で、第3軸3とギヤハウジングGGとの間に配置されている。第2シフトエレメントBは、パワーフローの中で、第4軸4とギヤハウジングGGとの間に配置されている。第3シフトエレメントCは、パワーフローの中で、第5軸5と第1軸1との間に配置されている。第4シフトエレメントDは、パワーフローの中で、第8軸8と第2軸2との間に配置されている。最後に、第5シフトエレメントEは、パワーフローの中で、第7軸7と第5軸5との間に配置されている。第5シフトエレメントEが係合している場合、第2遊星歯車セットRS2は、それ自身インターロックしている。つまり、第2遊星歯車セットRS2の太陽歯車SO2と内歯歯車HO2とが同じ回転数で回転している。
図1に示された実施の形態では、第3遊星歯車セットRS3は、前記変速機の、その変速機の駆動部に向いた側に配置されており、そして第1遊星歯車セットRS1は、前記変速機の、その変速機の駆動部の反対側に配置されており、そのとき、前記変速機の駆動軸ANと出力軸ABとは、例示的に互いに車軸並行に配置されている。第2及び第4遊星歯車セットRS2、RS4は、軸方向に見て、ある平面内で、第4遊星歯車セットRS4が第2遊星歯車セットRS2の内側中央に配置されるように、径方向に上下に配置されている、ないしは、径方向に相互に組み込まれている。このとき、径方向内側の遊星歯車セットRS4の内歯歯車HO4は、同時に、径方向外側の遊星歯車セットRS2の太陽歯車SO2を形成している。この2つの、径方向に相互に組み込まれている遊星歯車セットRS2、RS4を含む歯車セットグループは、空間的に見て、軸方向に他の2つの遊星歯車セットRS3、RS1の間の領域に配置されている。
駆動軸ANおよび出力軸ABの車軸並行な配置との関連で必要な出力段ABTR(チェーン駆動または平歯車駆動の構成)は、図示された例では、駆動部付近に配置されており、ここでは例示的に、空間的に見て、第3遊星歯車セットRS3の、径方向に相互に組み込まれている2つの遊星歯車セットRS2、RS4を含む歯車セットグループとは逆の側に、軸方向に隣接している。図示された実施の形態では、この出力段ABTRは、さらに空間的に見て、前記遊星歯車セットRS3と駆動軸ANに結合されたトルクコンバータとの間に配置されている。このとき、このトルクコンバータは、さらに、図1では簡略化のために詳しくは示されていない前記変速機の駆動エンジンと結合されている。それに対応して、第3遊星歯車セットRS3は、前記変速機の駆動軸ANないし軸1によってのみ、軸方向に中央を貫かれる。これに対し、他の第1遊星歯車セットRS1及びRS4は、前記変速機のどの軸によっても、軸方向に中央を貫かれない。もちろん、前記変速機の他の実施の形態では、前記変速機の駆動エンジンが前記変速機の一方側に配置され、その側に第1遊星歯車セットRS1も配置されることが、考慮され得る。ただし、この場合、出力段ABTRは、前記変速機の、駆動部とは反対側に配置され、第1及び第4遊星歯車セットRS1、RS4が駆動軸ANないし軸1によって軸方向に中央を貫かれ、第3遊星歯車セットRS3は、どの軸によっても軸方向に中心を貫かれない。
図1から明らかなように、両ブレーキA、Bは、空間的に見て、第1遊星歯車セットRS1の近傍領域に配置されている。図示された実施の形態では、ブレーキB−特にブレーキBのディスクパック−は、この場合、空間的に見て、少なくとも部分的に第1遊星歯車セットRS1の径方向上方に配置されている。ブレーキAは、空間的に見て、第1遊星歯車セットRS1の一方側に配置され、その側は、第2及び第4遊星歯車セットRS2、RS4の反対側であり、また、第1遊星歯車セットRS1に隣接配置されている。ブレーキAのディスクパックは、例えば、ブレーキBのディスクパックよりも小さい直径に配置されている。図1とは異なって、とりわけ、ブレーキBはバンドブレーキとしても形成され得る。図1では簡略化のために詳しく示されていない、両ブレーキA、Bのそれぞれのディスクパックを作動させるための両ブレーキA、Bのサーボ装置は、例えば、構造上簡単な態様で、ギヤハウジングGG内ないしギヤハウジングGGの第1遊星歯車セットRS1に隣接するハウジング壁内に内蔵され得る。
図1でさらに明らかなように、クラッチC及びEは、空間的に見て、軸方向に第3遊星歯車セットRS3と径方向に互いに内部に組み込まれている2つの遊星歯車セットRS2、RS4との間の領域に配置されている。図示された実施の形態では、クラッチC、Eは、径方向に見て、本質的に上下に重なるように配置されている。このとき、クラッチEのディスクパックは、クラッチCのディスクパックよりも大きい直径に配置されている。さらに、クラッチEのディスクパックは、本質的にクラッチCのディスクパックの径方向上方に配置されている。このことは、両クラッチC、Eに共通のディスクキャリヤーの構造上の形態を容易にする。図示された実施の形態では、この共通のディスクキャリヤーは、好ましくはクラッチCのディスクパックのスチールディスクを収容するための、アウターディスクキャリヤーとして、及び、好ましくはクラッチEのディスクパックのスチールディスクを収容するための、インナーディスクキャリヤーとして、形成されている。これに対応して、軸7は、好ましくはクラッチEのディスクパックのライニングディスクを収容するための、アウターディスクキャリヤーとして形成された部分を有している。そして、これに対応して、軸1は、好ましくはクラッチCのディスクパックのライニングディスクを収容するための、インナーディスクキャリヤーとして形成された部分を有している。図1では簡略化のために詳しく示されていない、クラッチCのディスクパックを作動させるためのクラッチCのサーボ装置は、例えば、構造上簡単な態様で、クラッチCのインナーディスクキャリヤーに軸方向に移動可能に支持され得て、これにより、常に駆動軸の回転数で回転し得る。これに対応して、クラッチCのサーボ装置が動的圧力調整装置を有することが、有用である。同様に図1では簡略化のために詳しく示されていない、クラッチEのディスクパックを作動させるためのクラッチEのサーボ装置は、例えば、構造上簡単な態様で、クラッチEのアウターディスクキャリヤーに軸方向に移動可能に支持され得て、これにより、常に軸7の回転数で回転し得る。これに対応して、クラッチEのサーボ装置が動的圧力調整装置を有することが、有用である。クラッチC、Eのサーボ装置に対する圧力材供給および潤滑材供給は、構造上簡単な態様で、対応する穴ないし導路を介して、駆動軸ANから行われる。
図1でさらに明らかなように、クラッチDのディスクパックは、空間的に見て、軸方向に第3遊星歯車セットRS3と径方向に互いに内部に組み込まれている2個の遊星歯車セットRS2、RS4との間に配置されており、第3遊星歯車セットRS3に隣接している。図1では簡略化のために詳しく示されていない、クラッチDのディスクパックを作動させるためのクラッチDのサーボ装置は、例えば、構造上簡単な態様で、クラッチDのアウターディスクキャリヤーに軸方向に移動可能に支持され得て、これにより、常に軸8の回転数で回転し得る。これに対応して、クラッチDのサーボ装置が動的圧力調整装置を有することが、有用である。空間的に見て、クラッチDのサーボ装置は、それが属するディスクパックに、直接隣接して配置されている。また、空間的に見て、クラッチDのサーボ装置は、少なくとも大部分が、径方向に互いに内部に組み込まれている2個の遊星歯車セットRS2、RS4の第1遊星歯車セットRS1に向いた側に、配置されている。この場合、クラッチDのディスクパックが締結(結合)の際に軸方向に第3遊星歯車セットRS3に向けて移動される時、クラッチDのディスクパックに作用するこのサーボ装置の操作エレメントは、第2遊星歯車セットRS2を、軸方向及び径方向に覆い、あるいは、クラッチDのディスクパックが締結(結合)の際に軸方向に第4遊星歯車セットRS4に向けて移動される時、クラッチDのディスクパックに作用するこのサーボ装置の操作エレメントは、軸8を、軸方向及び径方向に覆う。クラッチDのサーボ装置に対する圧力材供給および潤滑材供給は、構造上簡単な態様で、対応する穴ないし導路を介して、軸3から行われる。
図1に表示された3つのクラッチC、D、Eの例示的空間配置から、
・第1軸1が部分的に第5軸5内の中央を延びて、そして部分的に第7軸7内の中央を延びていること、
・第5軸5が部分的に第8軸8内の中央を延びていること、
・第8軸8が第6軸6内の中央を延びていること、
・第5軸5がクラッチC、Eを軸方向および径方向に完全に包囲していること、
・第6軸6が第2遊星歯車セットRS2ならびに3つのクラッチC、D、Eを軸方向および径方向に完全に覆っていること、
・第8軸8が第2及び第4遊星歯車セットRS2、RS4ならびにクラッチC、Eを軸方向および径方向に完全に覆っていること、
がわかる。
この際、軸8ないし第2遊星歯車セットRS2のキャリヤーST2は、例えば、太陽軸として形成された変速機の軸3に回転可能に支持される。また、軸6ないし第1遊星歯車セットRS1のキャリヤーST1も、例えば、当該太陽軸3に回転可能に支持される。さらに、図1に示された実施の形態では、軸5ないし第3遊星歯車セットRS3のキャリヤーST3が、駆動軸ANないし軸1に回転可能に支持される。別の態様では、もちろん、それらはギヤハウジングGGないしギヤハウジング固定ハブに回転可能に直接軸支され得る。さらに、軸2に結合されて(駆動される)出力段ABTRの平歯車またはスプロケットが、例えば、ギヤハウジングGGないしギヤハウジング固定ハブに回転可能に軸支されている。
変速機の別の実施の形態では、図1の説明とは異なって、クラッチDのディスクパック及びサーボ装置が、例えば、空間的に見て、軸方向に第1遊星歯車セットRS1と径方向に互いに内部に組み込まれている2個の遊星歯車セットRS2、RS4との間の領域に配置されている。そして、軸8は、もはや第2及び第4遊星歯車セットRS2、RS4ならびにクラッチC、Eを軸方向および径方向に完全に覆わない。しかし、軸2が覆う。
変速機のさらに別の実施の形態では、例えば、クラッチDのディスクパックが、空間的に見て、少なくとも部分的に第2遊星歯車セットRS2の径方向上方に配置される、ということも考慮され得る。これはしかし、変速機の比較的大きな径方向の構造空間が利用できることが必要である。変速機のさらに別の実施の形態では、例えば、クラッチDのディスクパックが、空間的に見て、少なくとも部分的にクラッチEのディスクパックの径方向上方に配置される、ということも考慮され得る。
図2には、本発明による多段変速機の第2の実施の形態が示されている。これは、図1に基づいて完全に記述された本発明による多段変速機の第1の実施の形態の、歯車セットコンセプト及び空間的部品配置に基づいている。図1と唯一異なる点は、クラッチEの第2遊星歯車セットRS2への動的結合である。図1と異なって、クラッチEは、パワーフローにおいて、変速機の軸5と軸8との間に配置されている。図2に従って、互いに結合された中央歯車SO3及びHO2が、クラッチEによって、第2遊星歯車セットRS2のキャリヤーST2と結合可能である。この際、第2遊星歯車セットRS2は、クラッチEの締結時に、図1に示すように、ブロックとして回転する。
図3には、本発明による多段変速機の第3の実施の形態が示されている。これは、図1に基づいて完全に記述された本発明による多段変速機の第1の実施の形態の、歯車セットコンセプト及び空間的部品配置に基づいている。図1と唯一異なる点は、クラッチEの第2遊星歯車セットRS2への動的結合である。図1及び図2と異なって、クラッチEは、パワーフローにおいて、変速機の軸7と軸8との間に配置されている。図3に従って、互いに結合された中央歯車HO4及びSO2が、クラッチEによって、第2遊星歯車セットRS2のキャリヤーST2と結合可能である。この際、第2遊星歯車セットRS2は、クラッチEの締結時に、図1及び図2に示すように、ブロックとして回転する。
図4には、本発明による多段変速機の第4の実施の形態が示されている。これも、同様に、図1に基づいて完全に記述された本発明による多段変速機の第1の実施の形態の、歯車セットコンセプト及び空間的部品配置に基づいている。図1と唯一異なる点は、クラッチDの動的結合である。図1と異なって、クラッチDは、パワーフローにおいて、変速機の軸8と軸6との間に配置されている。図3に従って、第1遊星歯車セットRS1のキャリヤーST1と結合された第3遊星歯車セットRS3の内歯歯車HO3が、クラッチEによって、第2遊星歯車セットRS2のキャリヤーST2と結合可能である。図4に従って、変速機の出力軸ABは、常に、一つの歯車セットエレメントだけと結合ないし作用結合されるが、一つのシフトエレメントによって1以上の別の歯車セットエレメントと結合されない。
図1から変更されたクラッチDのこの動的結合に応じて、図1から変更されたクラッチDの遊星歯車セットに対する相対的なギヤハウジングGG内の有用な空間配置が理解できる。図4に示された実施の形態では、クラッチDは、例えば、軸方向に第1遊星歯車セットRS1と径方向に互いに内部に組み込まれている2個の遊星歯車セットRS2、RS4との間の領域に配置されている。この際、クラッチDのディスクパックは、例えば、空間的に見て、少なくとも部分的に第2遊星歯車セットRS2の内歯歯車HO2の径方向上方に配置され得る。図4では簡略化のために詳しく示されていない、ディスクパックを作動させるためのクラッチDのサーボ装置は、例えば、構造上簡単な態様で、ここではアウターディスクキャリヤーとして形成された軸6の一部分に、軸方向に移動可能に支持され得る。それは、第1遊星歯車セットRS1のキャリヤーST1の近くに配置され、軸3上に回転可能に軸支される。この場合、クラッチDのサーボ装置は、常に軸6の回転数で回転し、合目的的に動的圧力調整装置を有する。必要な圧力材供給および潤滑材供給は、構造上簡単な態様で、対応する穴ないし導路を介して、軸3から行われ得る。
図5には、本発明による多段変速機の第5の実施の形態が示されている。これは、図4に基づいて前述された本発明による多段変速機の第4の実施の形態の、歯車セットコンセプト及び空間的部品配置に基づいている。図4と唯一異なる点は、クラッチEの第2遊星歯車セットRS2への動的結合である。図2のように、クラッチEは、パワーフローにおいて、変速機の軸5と軸8との間に配置されている。図5に従って、互いに結合された中央歯車SO3及びHO2が、クラッチEによって、第2遊星歯車セットRS2のキャリヤーST2と結合可能である。この際、第2遊星歯車セットRS2は、クラッチEの締結時に、図4(及び図1乃至図3)に示すように、ブロックとして回転する。
原理的には、図5に示された本発明の第5の実施の形態の変速機は、図2及び図4の歯車セットスキーム及び部品配置の組み合わせに関している。
最後に、図6には、本発明による多段変速機の第6の実施の形態が示されている。これも、図4に基づいて前述された本発明による多段変速機の第4の実施の形態の、歯車セットコンセプト及び空間的部品配置に基づいている。図4と唯一異なる点は、やはり、クラッチEの第2遊星歯車セットRS2への動的結合である。図3のように、クラッチEは、パワーフローにおいて、変速機の軸7と軸8との間に配置されている。図6に従って、互いに結合された中央歯車HO4及びSO2が、クラッチEによって、第2遊星歯車セットRS2のキャリヤーST2と結合可能である。この際、第2遊星歯車セットRS2は、クラッチEの締結時に、図4(及び図1乃至図3ならびに図5)に示すように、ブロックとして回転する。
原理的には、図6に示された本発明の第6の実施の形態の変速機は、図3及び図4の歯車セットスキーム及び部品配置の組み合わせに関している。
図7は、図1乃至図6に示された本発明に従う多段変速機の全てに好適な、例示的なシフト表を示している。どのギヤ段でも、3つのシフトエレメントが係合されており、2つのシフトエレメントが開放されている。このシフト表から、シフトロジックの他に、個々のギヤ段のそれぞれのギヤ比iの例示的な値と、そこから決定されるべきギヤ間ステップφとが、読み取れる。記載されたギヤ比iは、マイナス2.10、マイナス1.60、マイナス3.70、マイナス2.00という4組の遊星歯車セットRS1、RS2、RS3、RS4の(代表的な)ステーショナリーギヤ比から、生じている。まず、現存のケースでは、第2遊星歯車セットRS2のステーショナリーギヤ比(Standuebersetzung)が数字的に十分小さく、同時に、第4遊星歯車セットRS4のステーショナリーギヤ比が数字的に十分大きいということによって、本発明に従う第2及び第4遊星歯車セットの径方向の組込みに対する前提条件が与えられる。すなわち、マイナス1.6という遊星歯車セットRS2のステーショナリーギヤ比は、遊星歯車セットRS2の遊星歯車PL2が高過ぎる回転数で回転するということなく、比較的大きな直径を有する太陽歯車SO2を可能にする。また、マイナス2.0という遊星歯車セットRS4のステーショナリーギヤ比は、遊星歯車セットRS4の太陽歯車SO4が、要求されるトルクを伝達できるように、直径において小さくなりすぎるということなく、比較的小さな直径を有する内歯歯車HO4を可能にする。
さらに、前記シフト表から、シーケンシャルシフト法の場合、シフトロジックで隣り合う2つのギヤ段が2つのシフトエレメントを共通に使用することにより、グループシフト(レンジシフト)が避けられる、ということがわかる。第6段は、好ましくは、ダイレクトギヤとして形成される。
前進第1段は、ブレーキA、BそしてクラッチCの係合によって生じる。前進第2段は、ブレーキA、BそしてクラッチEの係合によって生じる。前進第3段は、ブレーキBそしてクラッチC、Eの係合によって生じる。前進第4段は、ブレーキBそしてクラッチD、Eの係合によって生じる。前進第5段は、ブレーキBそしてクラッチC、Dの係合によって生じる。前進第6段は、クラッチC、D、Eの係合によって生じる。前進第7段は、ブレーキAそしてクラッチC、Dの係合によって生じる。前進第8段は、ブレーキAそしてクラッチD、Eの係合によって生じる。さらに、シフト表から明らかなように、後進段は、ブレーキA、BそしてクラッチDの係合によって生じる。
本発明に従えば、車両の発進は前記変速機に内蔵されたあるシフトエレメントによって可能である。この場合、前進第1段でも後進段でも必要とされるシフトエレメントが、特に適している。すなわち、ここでは、好ましくは、ブレーキAまたはブレーキBである。有利な態様では、これら2つのブレーキA、Bは、前進第2段でも必要とされる。ブレーキBが変速機に内蔵された発進エレメントとして使用されると、それによって、最初の前進1〜5段と後進段で発進が可能である。シフト表からわかるように、前進方向への発進のためには、クラッチCも利用され得る。また、後進方向への発進のためには、クラッチDもギヤ内蔵の発進エレメントとして利用され得る。
本発明に従う多段変速機の図1乃至図6に示された実施の形態の、変速機内のシフトエレメントの空間的配置は、原則として任意であってよく、ギヤハウジングGGの寸法と外部形状によってのみ制限される。それに従って、図8に、図1の多段変速機の部品配置の例示的な第1の変種(態様)が、説明される。歯車セットエレメント、シフトエレメント及び軸の相互のすべての動的結合は、図1から変更されずに引き継がれている。
図1に対する本質的な変更は、クラッチDの空間的配置とクラッチEの構造上の形態に関している。図8でわかるように、クラッチDは、空間的に見て、径方向に互いに内部に組み込まれた2つの遊星歯車セットRS2及びRS4で構成される歯車セットグループの、第1遊星歯車セットRS1に向いた側に配置されている。この際、クラッチDのディスクパックは、軸方向に当該歯車セットグループの(径方向外側の)遊星歯車セットRS2のキャリヤーST2に隣接している。図示された例では、ブレーキDのインナーディスクキャリヤーが、当該キャリヤーST2と結合されており、軸3に回転可能に支持されており、好ましくはクラッチDのディスクパックのライニングディスクを収容している。これに対応して、クラッチDのアウターディスクキャリヤーが、軸2を介して、第3遊星歯車セットRS3のキャリヤーST3及び出力段ABTRと結合されており、軸2は、遊星歯車セットRS2ないしは両遊星歯車セットRS2、RS4を含む歯車セットグループならびに両クラッチC、Eを軸方向及び径方向に覆っている。図8では簡略化のために詳しく示されていない、クラッチDのディスクパックを作動させるためのサーボ装置は、合目的的に、前記インナーディスクキャリヤーに軸方向に移動可能に支持されており、常に軸8ないしキャリヤーST2の回転数で回転する。これに対応して、当該サーボ装置の圧力室への圧力材の供給と、この回転する圧力室の回転圧を補整するために設けられている当該サーボ装置の圧力調整室への潤滑材の供給とは、構造上簡単な態様で、対応する穴ないし導路を介して、ギヤハウジング固定ハブ及び軸3から行われる。
更に図1から変更された構造上の詳細は、第1遊星歯車セットRS1のキャリヤーST1ないし軸6の軸受けに関している。図8で明らかなように、このキャリヤーST1ないし軸6は、第2遊星歯車セットのキャリヤーST2ないし軸8に回転可能に支持されており、もはや直接軸3には支持されていない。
図8で更に明らかなように、軸7は、クラッチEのディスクパックのライニングディスクを収容するためのインナーディスクキャリヤーとして形成された一部分を有している。これに対応して、軸5は、クラッチEのディスクパックのスチールディスクを収容するためのアウターディスクキャリヤーとして形成された一部分を有している。この際、クラッチEのディスクパックは、軸方向に見て、少なくとも大部分がクラッチCのディスクパックの近くに配置されていて、図示された例では、クラッチCのディスクパックよりも大径に配置され、クラッチCのディスクパックよりも第2遊星歯車セットRS2の近くに配置されている。
更に図1から変更された構造上の詳細は、第3遊星歯車セットRS3の太陽歯車SO3ないし軸5の軸受けに関している。太陽歯車SO3ないし軸5が、駆動軸ANないし軸1に回転可能に軸支され、これによって間接的に駆動軸ANを介してギヤハウジングGGに軸支されている図1と異なって、図8に従うと、太陽歯車SO3ないし軸5は、ギヤハウジング固定ハブに回転可能に直接軸支される。別の実施の形態では、たとえば、太陽歯車SO3が、第3遊星歯車セットRS3のキャリヤーST3と結合された出力段ABTRの平歯車またはスプロケットに回転可能に軸支されること、も考慮され得る。
図9は、図1に従う多段変速機の部品配置の例示的な第2の変種(態様)を示している。歯車セットエレメント、シフトエレメント及び軸の相互のすべての動的結合は、図1から変更されずに引き継がれている。図9に示された実施の形態では、変速機の駆動軸ANと出力軸ABとが、互いに同軸に配置されている。軸方向に見て、ギヤハウジング内の遊星歯車セットの空間的順序は、図1から変更されていない。図1と異なって、変速機の駆動部は、ギヤハウジングGGの一方側に配置されており、当該側には、第1遊星歯車セットRS1及び両ブレーキA、Bも配置されている。これに対応して、変速機の出力部は、ギヤハウジングGGの一方側(他方側)に存在しており、当該側には、第3遊星歯車セットRS3が配置されている。
例えば、両ブレーキA,Bは、軸方向に互いに隣接して配置されている。この場合、両ブレーキA、Bのディスクパックは、少なくとも同様の直径に配置される。例えば、ブレーキAのインナーディスクキャリヤーと太陽軸3とは、ギヤハウジング固定ハブに回転可能に直接支持される。もちろん、図9では空間的に見て第1遊星歯車セットRS1の径方向上方に配置されたブレーキBのディスクパックは、変速機の別の実施の形態では、図9から離れて、軸方向に第2遊星歯車セットRS2の方向に移動して配置され得て、その結果、ブレーキAのディスクパックが、空間的に見て、第1遊星歯車セットRS1の径方向上方に配置される。
図9で更に明らかなように、両クラッチC、Eと少なくともクラッチDのディスクパックとは、空間的に見て、軸方向に、第3遊星歯車セットRS3と径方向に互いに内部に組み込まれた両遊星歯車セットRS2、RS4によって形成された歯車セットグループとの間の領域に、配置されている。図示された実施の形態では、クラッチC、Dのディスクパックが、本質的に径方向に上下に配置されている。クラッチEは、第2遊星歯車セットRS2に隣接して配置されている。両クラッチC、Dは、第3遊星歯車セットRS3に隣接して配置されている。この際、クラッチDのディスクパックは、第3遊星歯車セットRS3に対して、その内歯歯車HO3の領域で、軸方向に隣接配置されており、クラッチCのディスクパックは、第3遊星歯車セットRS3に対して、その太陽歯車SO3の領域で、軸方向に隣接配置されている。
軸7の一部は、クラッチEのアウターディスクキャリヤーとして形成されており、好ましくはクラッチEのディスクパックのライニングディスクを収容している。これに対応して、軸5の一部は、クラッチEのインナーディスクキャリヤーとして形成されており、好ましくはクラッチEのディスクパックのスチールディスクを収容している。駆動部と出力部との同軸の配置に対応して、軸5は、駆動軸ANないし軸1にも、出力軸ABないし軸2にも、回転可能に支持されている。この際、その軸受け部は、空間的に見て、径方向に第3遊星歯車セットRS3の太陽歯車SO3の下方の領域に存在している。この軸受け部の領域で、太陽歯車SO3の近くに、軸5の一部が存在している。それは、クラッチCのインナーディスクキャリヤーとして形成され、好ましくはクラッチCのディスクパックのスチールディスクを収容している。これに対応して、軸1の円筒形状の一部分が、クラッチCのアウターディスクキャリヤーを形成し、好ましくはクラッチCのディスクパックのライニングディスクを収容している。
図9から離れて、変速機の別の実施の形態では、例えば、クラッチCが、第3遊星歯車セットRS3の、歯車セットグループRS2/RS4とは逆の側、に配置される、ということも考慮され得る。
図9で更に明らかなように、第3遊星歯車セットRS3のキャリヤーST3の領域で、軸2の一部がクラッチDのインナーディスクキャリヤーとして形成され、好ましくはクラッチDのディスクパックのスチールディスクを収容している。キャリヤーST2とクラッチDのインナーディスクキャリヤーとは、共通の部材として一体化されてもよい。これに対応して、軸8の一部がクラッチDのアウターディスクキャリヤーとして形成され、好ましくはクラッチDのディスクパックのライニングディスクを収容している。第2遊星歯車セットRS2の、クラッチDのディスクパックとは反対の側で、このキャリヤーST2と結合された軸8は、図1のように、軸方向及び径方向に完全にクラッチEを覆っている。
5つの摩擦シフトエレメントA乃至Eのサーボ装置の可能性のある形態のために図1でなされた記載内容は、原理的に、当該シフトエレメントA乃至Eの図9に示された空間的配置にも引き継がれ得る。図9に示された3つのクラッチC、D、Dのディスクパックの形態及び配置に対応して、クラッチCのサーボ装置がクラッチCのアウターディスクキャリヤーのシリンダールーム内に配置されること、それに属するディスクパックが締結時に軸方向に第3遊星歯車セットRS3に向けて移動されること、クラッチEのサーボ装置がクラッチEのアウターディスクキャリヤーのシリンダールーム内ないし軸7のシリンダールーム内に配置されること、及び、それに属するディスクパックが締結時に軸方向に第3遊星歯車セットRS3に向けて移動されること、が有用である。さらに、図9に示された実施の形態では、クラッチDのサーボ装置が、本質的に、軸方向に、第1遊星歯車セットRS1と径方向に互いに内部に組み込まれた両遊星歯車セットRS2、RS4との間に配置されており、操作エレメントを有している、ということが有用である。それは、軸8を軸方向及び径方向に包囲し、クラッチDのディスクパックを締結時に軸方向に第2遊星歯車セットRS2に向けて移動させる。
続いて、図10は、図1に従う多段変速機の部品配置の例示的な第3の変種(態様)を示している。歯車セットエレメント、シフトエレメント及び軸の相互のすべての動的結合は、図1から変更されずに引き継がれている。図1から離れて、クラッチCは、第3遊星歯車セットRS3の、歯車セットグループRS2/RS4とは逆の側、に配置されており、空間的に見て変速機の駆動部に向いた側、に配置されている。図10に示された実施の形態では、クラッチCのアウターディスクキャリヤーが、変速機の軸1の一部を形成し、駆動軸ANと結合されている。これに対応して、クラッチCのインナーディスクキャリヤーが、変速機の軸5の一部を形成している。図10では簡略化のために詳しく示されていないクラッチCのサーボ装置は、構造上簡単な態様でクラッチCのアウターディスクキャリヤーに軸方向に移動可能に支持され得て、対応する穴ないし導路を介して、駆動軸ANから圧力材および潤滑材が供給され得て、それに属するディスクパックをクラッチCの締結時に軸方向に第3遊星歯車セットRS3に向けて移動させる。
図10で更に明らかなように、少なくとも、第3遊星歯車セットRS3のキャリヤーST3と結合された出力段ABTRの平歯車またはスプロケットは、軸方向に、第3遊星歯車セットRS3とクラッチCとの間に配置されている。これによって、クラッチCのインナーディスクキャリヤーと結合された軸5の一部が、出力段ABTRを軸方向に中央で貫いている。この場合、軸5は、軸1ないし駆動軸ANに回転可能に支持されている。第3遊星歯車セットRS3のキャリヤーST3と結合された出力段ABTRの平歯車またはスプロケットの軸受けに関しては、図10では、例示的に、以下のことが考慮されている。すなわち、空間的に見てクラッチCと前述の被駆動の出力段ABTRの平歯車またはスプロケットとの間に、ギヤハウジングGGと堅く結合されたハウジング壁GWが、少なくとも大部分、径方向に広がるように配置されて、それが部分的に前述の被駆動の出力段ABTRの平歯車またはスプロケットのための軸受プレートとして形成されている。
図11は、例示的な詳細設計図であり、第2及び第4遊星歯車セットRS2、RS4で構成されるギヤセットグループに関係している。前にすでに説明したように、この2つの遊星歯車セットRS2、RS4は、本発明に従って径方向に互いに内部に組み込まれており、その際、第4遊星歯車セットRS4は、少なくとも基本的に(大体のところ)、第2遊星歯車セットRS2内の中央に配置されている。このとき、径方向外側の遊星歯車セットRS2の太陽歯車SO2は、径方向内側の遊星歯車セットRS4の内歯歯車HO4と結合されている。図10に示された詳細設計図では、当該太陽歯車SO2と当該内歯歯車HO4とが、一体に形成されている。これによって、上記ギヤセットグループに必要な径方向の取付けスペースが、最小に削減され得る。
太陽歯車SO2と内歯歯車HO4との別の設計上の実施の形態では、図10と異なり、例えば音響上の(ノイズの)理由から、太陽歯車SO2と内歯歯車HO4とがそれぞれ個別のコンポーネントとして形成されて互いに結合される、ということも考慮され得る。その場合、これらの結合は、固定して回転しないように、あるいは、規定の程度に弾性回転するように、形成され得る。そして、ノイズを回避した切離のために、例えばエラストマ製の中間層が、径方向に太陽歯車SO2と内歯歯車HO4との間に配置され得る。
もちろん、図9及び図10に記載された部品配置の変種(バリエーション)は、図1に従う歯車セットコンセプトの使用に限定されない。当業者は、これらの変種を、必要に応じて、発明上の付加がなくとも、意味があるように、例えば図2乃至図6に示されているような、他の本発明による歯車セットコンセプトに転用するであろう。
本発明に従う変速機ファミリーの、以前に表示ないし説明されたすべての実施の形態に対して、さらに以下のことが当てはまる。
本発明に従えば、同じギヤスキームの場合であっても、個々の遊星歯車セットのステーショナリーギヤ比に応じて、異なるギヤステップが生じる。その結果、特注設計ないし車両固有の変形が可能になる。
さらに、多段変速機の任意の適切な箇所に、例えば軸とハウジングとの間に、または、場合によって2本の軸を結合するために、追加のフリーホイールを設けることが可能である。
さらなる有利な実施の形態で、駆動軸ANは、クラッチエレメントによって、駆動エンジンから必要に応じて分離され得る。その場合、クラッチエレメントとして、流体コンバーター、流体クラッチ、乾式発進クラッチ、湿式発進クラッチ、磁粉クラッチまたは遠心力クラッチが採用できる。また、この種の発進エレメントを、パワーフローの方向において、変速機の背後に配置することも可能である。ただし、この場合、駆動軸ANは、常時駆動エンジンのクランクシャフトと結合される。さらに、本発明に従う多段変速機は、駆動エンジンと変速機との間のねじれ振動ダンパーの配置を可能にする。
本発明のさらなる明示されていない実施の形態では、いずれかの軸に、好ましくは駆動軸ANか出力軸ABに、耐磨耗ブレーキ、例えば油圧式または電動式のリターダーかそれと類似のもの、が配置され得る。これは特に商用車への採用に重要な意味がある。さらに補助ユニットの駆動のために、いずれかの軸に、好ましくは駆動軸ANまたは出力軸ABに、動力取出し装置(Nebenabtrieb)が設けられ得る。
採用されたシフトエレメントは、負荷切換え可能なクラッチまたはブレーキとして形成され得る。特には、力による(非かみ合いの:kraftschluessig)係合のクラッチまたはブレーキ、例えばディスククラッチ、バンドブレーキおよび/またはコーン(円錐)クラッチが、使用され得る。さらに、シフトエレメントとして、かみ合い係合のブレーキおよび/またはクラッチ、例えば同期装置または爪クラッチ、が採用され得る。特に、ブレーキBには、変速機の全長を短くするバンドブレーキの使用が考えられる。何故なら、このブレーキBは、変速機のシフトロジックに応じて、ニュートラルポジションからの後進段の投入の際に限り、そして前進第5段へのシフトダウンの際に限り、接続される必要があるからである。
ここに紹介された多段変速機のさらなる利点は、どの軸にも追加的に電動機が発電機及び/または補助的駆動装置として取り付けできる、ということにある。
当然のことながら、いかなる構造上の形態も、特に遊星歯車セットおよびシフトエレメントのそれ自体ならびに相互のいかなる空間的配置も、技術的に有意である限り、たとえそれら形態が図面や前記説明の中で明確に示されていなくとも、請求項の中に記載されているような変速機の機能に影響を与えずに、提示されている請求項の保護範囲に含まれる。
本発明に従う多段変速機の第1の実施の形態の概略図である。 本発明に従う多段変速機の第2の実施の形態の概略図である。 本発明に従う多段変速機の第3の実施の形態の概略図である。 本発明に従う多段変速機の第4の実施の形態の概略図である。 本発明に従う多段変速機の第5の実施の形態の概略図である。 本発明に従う多段変速機の第6の実施の形態の概略図である。 図1乃至図6に従う多段変速機用の例示的なシフト表である。 図1に従う多段変速機用の構成部品の配置の例示的な第1の変種である。 図1に従う多段変速機用の構成部品の配置の例示的な第2の変種である。 図1に従う多段変速機用の構成部品の配置の例示的な第3の変種である。 例示的な詳細構造図である。

Claims (37)

  1. 遊星構造の多段変速機であって、駆動軸(AN)、出力軸(AB)、4組の遊星歯車セット(RS1、RS2、RS3、RS4)、少なくとも8本の回転可能軸(1、2、3、4、5、6、7、8)ならびに5つのシフトエレメント(A、B、C、D、E)を有し、それらの選択的係合が駆動軸(AN)と出力軸(AB)との間に異なるギヤ比を生じ、その結果、前進8段及び少なくとも後進1段が実現可能であり、そのとき
    ・第4遊星歯車セット(RS4)のキャリヤー(ST4)と駆動軸(AN)とは、回転しないように相互に結合されて、第1軸(1)を形成しており、
    ・第3遊星歯車セット(RS3)のキャリヤー(ST3)と出力軸(AB)とは、相互に結合されて、第2軸を形成しており、
    ・第1遊星歯車セット(RS1)の太陽歯車(SO1)と第4遊星歯車セット(RS4)の太陽歯車(SO4)とは、回転しないように相互に結合されて、第3軸(3)を形成しており、
    ・第1遊星歯車セット(RS1)の内歯歯車(HO1)は、第4軸(4)を形成しており、
    ・第2遊星歯車セット(RS2)の内歯歯車(HO2)と第3遊星歯車セット(RS3)の太陽歯車(SO3)とは、回転しないように相互に結合されて、第5軸(5)を形成しており、
    ・第1遊星歯車セット(RS1)のキャリヤー(ST1)と第3遊星歯車セット(RS3)の内歯歯車(HO3)とは、回転しないように相互に結合されて、第6軸(6)を形成しており、
    ・第2遊星歯車セット(RS2)の太陽歯車(SO2)と第4遊星歯車セット(RS4)の内歯歯車(HO4)とは、回転しないように相互に結合されて、第7軸(7)を形成しており、
    ・第2遊星歯車セット(RS2)のキャリヤー(ST2)は、第8軸(8)を形成しており、
    ・第1シフトエレメント(A)は、パワーフローの中で、第3軸(3)と変速機のハウジング(GG)との間に配置されており、
    ・第2シフトエレメント(B)は、パワーフローの中で、第4軸(4)と変速機のハウジング(GG)との間に配置されており、
    ・第3シフトエレメント(C)は、パワーフローの中で、第5軸(5)と第1軸(1)との間に配置されており、
    ・第4シフトエレメント(D)は、パワーフローの中で、第8軸(8)と第2軸(2)との間、または、第8軸(8)と第6軸(6)との間、のいずれかに配置されており、
    ・第5シフトエレメント(E)は、パワーフローの中で、第7軸(7)と第5軸(5)との間、第7軸(7)と第8軸(8)との間、あるいは、第5軸(5)と第8軸(8)との間、のいずれかに配置されており、
    ・第2及び第4遊星歯車セット(RS2、RS4)は、軸方向に見て、ある平面内に径方向に上下に配置されており、
    ・第4遊星歯車セット(RS4)は、第2遊星歯車セット(RS2)の内側中央に配置されており、
    ・第2及び第4遊星歯車セット(RS2、RS4)は、空間的に見て、軸方向に第1および第3遊星歯車セット(RS1、RS3)の間の領域に配置されている
    ことを特徴とする多段変速機。
  2. 第4遊星歯車セット(RS4)の内歯歯車(HO4)は、同時に、第2遊星歯車セット(RS2)の太陽歯車(SO2)を形成しており、すなわち、第4遊星歯車セット(RS4)の内歯歯車(HO4)と第2遊星歯車セット(RS2)の太陽歯車(SO2)とは、共通のコンポーネントとして一体に形成されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の多段変速機。
  3. 第4遊星歯車セット(RS4)の内歯歯車(HO4)と第2遊星歯車セット(RS2)の太陽歯車(SO2)とは、それぞれ、別個のコンポーネントとして形成されて、相互に結合されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の多段変速機。
  4. 第4遊星歯車セット(RS4)の内歯歯車(HO4)と第2遊星歯車セット(RS2)の太陽歯車(SO2)とは、回転しないように相互に結合されている
    ことを特徴とする請求項3に記載の多段変速機。
  5. 第4遊星歯車セット(RS4)の内歯歯車(HO4)と第2遊星歯車セット(RS2)の太陽歯車(SO2)とは、弾性回転するように相互に結合されている
    ことを特徴とする請求項3に記載の多段変速機。
  6. 第4遊星歯車セット(RS4)のキャリヤー(ST4)は、駆動軸(AN)ないし変速機の第1軸(1)を介して、径方向にギヤハウジング(GG)ないしギャハウジング固定のハブに、あるいは、径方向に変速機の第3軸(3)に、支持されている
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の多段変速機。
  7. 第2遊星歯車セット(RS2)のキャリヤー(ST2)は、径方向に変速機の第3軸(3)の上方に支持されている
    ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の多段変速機。
  8. ・前進第1段は、第1、第2及び第3シフトエレメント(A、B、C)の係合によって、・前進第2段は、第1、第2及び第5シフトエレメント(A、B、E)の係合によって、・前進第3段は、第2、第3及び第5シフトエレメント(B、C、E)の係合によって、・前進第4段は、第2、第4及び第5シフトエレメント(B、D、E)の係合によって、・前進第5段は、第2、第3及び第4シフトエレメント(B、C、D)の係合によって、・前進第6段は、第3、第4及び第5シフトエレメント(C、D、E)の係合によって、・前進第7段は、第1、第3及び第4シフトエレメント(A、C、D)の係合によって、・前進第8段は、第1、第4及び第5シフトエレメント(A、D、E)の係合によって、生じ、
    後進段は、第1、第2及び第4シフトエレメント(A、B、D)の係合によって生じることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の多段変速機。
  9. 4組すべての遊星歯車セット(RS1、RS2、RS3、RS4)は、マイナス遊星歯車セットとして形成されている
    ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の多段変速機。
  10. 第1、第3及び第4遊星歯車セット(RS1、RS3、RS4)は、それぞれ、最高でも変速機の1本の軸によって、軸方向に中央を貫かれる[図1〜図6、図8〜図10]
    ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の多段変速機。
  11. 駆動軸(AN)と出力軸(AB)とは、互いに同軸ではなく、特には互いに軸並行に、または、角度を付けられて配置されている[図1〜図6、図8、図10]
    ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の多段変速機。
  12. 駆動軸(AN)ないし変速機の第1軸(1)は、第3遊星歯車セット(RS3)を、軸方向に中央で貫いている[図1〜図6、図8〜図10]
    ことを特徴とする請求項10または11に記載の多段変速機。
  13. 駆動軸(AN)と出力軸(AB)とは、互いに同軸に配置されている[図9]
    ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の多段変速機。
  14. 第1及び第2シフトエレメント(A、B)は、空間的に見て、第1遊星歯車セット(RS1)の領域に配置されている[図1〜図6、図8〜図10]
    ことを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の多段変速機。
  15. 第2シフトエレメント(B)は、空間的に見て、少なくとも部分的に、第1遊星歯車セット(RS1)の径方向上方に配置されている[図1〜図6、図8〜図10]
    ことを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載の多段変速機。
  16. 第1シフトエレメント(A)は、空間的に見て、第1遊星歯車セット(RS1)の、第2及び第4遊星歯車セット(RS2、RS4)とは反対の側に、配置されている[図1〜図6、図8〜図10]
    ことを特徴とする請求項1乃至15のいずれかに記載の多段変速機。
  17. 第1シフトエレメント(A)は、空間的に見て、第1遊星歯車セット(RS1)の、第2及び第4遊星歯車セット(RS2、RS4)とは反対の側に、配置されており、当該第1遊星歯車セット(RS1)に隣接している[図1〜図6、図8〜図10]
    ことを特徴とする請求項16に記載の多段変速機。
  18. 第1シフトエレメント(A)のディスクパックは、第2シフトエレメント(B)のディスクパックよりも、より小さい直径に配置されている[図1〜図6、図8〜図10]
    ことを特徴とする請求項1乃至17のいずれかに記載の多段変速機。
  19. 第3及び第5シフトエレメント(C、E)は、空間的に見て、軸方向に第3遊星歯車セット(RS3)と第2及び第4遊星歯車セット(RS2、RS4)との間の領域に配置されている[図1〜図6、図8、図9]
    ことを特徴とする請求項1乃至18のいずれかに記載の多段変速機。
  20. 第3及び第5シフトエレメント(C、E)は、径方向に見て、本質的に上下に配置されており、
    第5シフトエレメント(E)のディスクパックは、第3シフトエレメント(C)のディスクパックよりも、より大きい直径に配置されている[図1〜図6、図8]
    ことを特徴とする請求項1乃至19のいずれかに記載の多段変速機。
  21. 第3及び第5シフトエレメント(C、E)は、空間的に見て、本質的に軸方向に隣接して配置されている[図9]
    ことを特徴とする請求項1乃至19のいずれかに記載の多段変速機。
  22. 第3シフトエレメント(C)は、空間的に見て、第3遊星歯車セット(RS3)の、第2及び第4遊星歯車セット(RS2、RS4)とは反対の側に、配置されている[図10]
    ことを特徴とする請求項1乃至18のいずれかに記載の多段変速機。
  23. 当該変速機は、パワーフローの中で第3遊星歯車セット(RS3)のキャリヤー(ST3)と出力軸(AB)との間に配置され平歯車駆動部またはチェーン駆動部として形成された出力段(ABTR)、を有しており、
    第3遊星歯車セット(RS3)のキャリヤー(ST3)に結合された平歯車またはスプロケットは、空間的に見て、軸方向に第3シフトエレメント(C)と第3遊星歯車セット(RS3)との間に配置されている[図10]
    ことを特徴とする請求項22に記載の多段変速機。
  24. 出力段(ABTR)の、第3遊星歯車セット(RS3)のキャリヤー(ST3)に結合された平歯車またはスプロケットは、ギャハウジング固定のハウジング壁(GW)に回転可能に支持されており、
    当該ハウジング壁(GW)は、軸方向に、第3シフトエレメント(C)と、出力段(ABTR)の第3遊星歯車セット(RS3)のキャリヤー(ST3)に結合された平歯車またはスプロケットと、の間に、配置されている[図10]
    ことを特徴とする請求項23に記載の多段変速機。
  25. 第4シフトエレメント(D)のディスクパックは、空間的に見て、軸方向に第3遊星歯車セット(RS3)と第2及び第4遊星歯車セット(RS2、RS4)との間に配置されている[図1〜図3、図9、図10]
    ことを特徴とする請求項1乃至24のいずれかに記載の多段変速機。
  26. 第4シフトエレメント(D)のディスクパックは、空間的に見て、軸方向に第3遊星歯車セット(RS3)と第2及び第4遊星歯車セット(RS2、RS4)との間に配置されており、当該第3遊星歯車セット(RS3)に隣接している[図1〜図3、図9、図10]
    ことを特徴とする請求項25に記載の多段変速機。
  27. 第4シフトエレメント(D)のディスクパックは、空間的に見て、軸方向に第1遊星歯車セット(RS1)と第2及び第4遊星歯車セット(RS2、RS4)との間の領域に配置されている[図4〜図6、図8]
    ことを特徴とする請求項1乃至24のいずれかに記載の多段変速機。
  28. 第4シフトエレメント(D)のディスクパックは、空間的に見て、少なくとも部分的に第2遊星歯車セット(RS2)の径方向上方に配置されている
    ことを特徴とする請求項1乃至24のいずれかに記載の多段変速機。
  29. 第4シフトエレメント(D)のディスクパックは、空間的に見て、少なくとも部分的に第3シフトエレメント(C)のディスクパックの径方向上方に配置されている[図9]
    ことを特徴とする請求項1乃至20及び25乃至26のいずれかに記載の多段変速機。
  30. 第4及び第5シフトエレメント(D、E)は、空間的に見て、本質的に軸方向に隣接して配置されている[図9]
    ことを特徴とする請求項1乃至20、25、26及び29のいずれかに記載の多段変速機。
  31. 第4シフトエレメント(D)のディスクパックは、空間的に見て、少なくとも部分的に第5シフトエレメント(E)のディスクパックの径方向上方に配置されている
    ことを特徴とする請求項1乃至20、25、26及び29のいずれかに記載の多段変速機。
  32. ・第1軸(1)は、部分的に第5軸(5)の内側中央を、そして部分的に第7軸(7)の内側中央を延びており、
    ・第5軸(5)は、部分的に第8軸(8)の内側中央を延びており、
    ・第8軸(8)は、第6軸(6)の内側中央を延びており、
    ・第5軸(5)は、第3及び第5シフトエレメント(C、E)を、軸方向および径方向に完全に包囲し、
    ・第6軸(6)は、第2及び第4遊星歯車セット(RS2、RS4)ならびに第4及び第5シフトエレメント(D、E)を、軸方向および径方向に完全に覆っている[図1〜図6、図8〜図10]
    ことを特徴とする請求項1乃至31のいずれかに記載の多段変速機。
  33. 第6軸(6)は、第3シフトエレメント(C)を、軸方向および径方向に完全に覆っている[図1〜図6、図8、図9]
    ことを特徴とする請求項1乃至32のいずれかに記載の多段変速機。
  34. 第8軸(8)は、第2及び第4遊星歯車セット(RS2、RS4)ならびに第5シフトエレメント(E)を、軸方向および径方向に完全に覆っている[図1〜図3、図9、図10]
    ことを特徴とする請求項1乃至33のいずれかに記載の多段変速機。
  35. 第8軸(8)は、第3シフトエレメント(C)を、軸方向および径方向に完全に覆っている[図1〜図3]
    ことを特徴とする請求項1乃至34のいずれかに記載の多段変速機。
  36. 第2軸(2)は、第2及び第4遊星歯車セット(RS2、RS4)ならびに第3及び第5シフトエレメント(C、E)を、軸方向および径方向に完全に覆っている[図8]
    ことを特徴とする請求項1乃至35のいずれかに記載の多段変速機。
  37. 自動車の発進は、変速機内部のシフトエレメントを用いて行われ、
    駆動軸(AN)は、駆動エンジンのクランクシャフトと常に回転しないよう、または、弾性回転するよう、結合されており、
    前進及び後進方向への自動車の発進は、同一の変速機内部の第1または第2シフトエレメント(A、B)を用いて行われる
    ことを特徴とする請求項1乃至36のいずれかに記載の多段変速機。
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