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GEBIET
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Die Erfindung betrifft allgemein ein Mehrganggetriebe, das mehrere Planetenradsätze und mehrere Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist, und genauer ein Getriebe, das acht Gänge, vier Planetenradsätze und fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist.
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HINTERGRUND
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Ein typisches Mehrganggetriebe benutzt eine Kombination aus Reibkupplungen, Planetenradanordnungen und festen Verbindungen, um mehrere Übersetzungsverhältnisse zu erreichen. Die Anzahl und physikalische Anordnung der Planetenradsätze im Allgemeinen werden durch den Bauraum, die Kosten und die gewünschten Drehzahlverhältnisse oder Gänge vorgeschrieben.
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Beispielsweise beschreibt die
DE 10 2005 002 337 A1 ein Achtganggetriebe mit vier Planetenradsätzen und fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen, die in Kombinationen von Dreien einrückbar sind, um acht Gänge zu schalten.
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Obgleich gegenwärtige Getriebe ihren beabsichtigten Zweck erfüllen, ist der Bedarf nach neuen und verbesserten Getriebekonfigurationen, die ein verbessertes Leistungsvermögen, insbesondere aus Standpunkten des Wirkungsgrades, des Ansprechvermögens und des ruhigen Betriebes, sowie einen verbesserten Bauraum, primär reduzierte Größe und reduziertes Gewicht, zeigen, im Wesentlichen konstant. Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes, kosteneffektives und kompaktes Achtganggetriebe zu schaffen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese Aufgabe wird mit einem Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Weitere Ziele, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen deutlich werden, in denen gleiche Bezugszeichen auf das gleiche Bauteil, Element oder Merkmal verweisen.
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ZEICHNUNGEN
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Darstellungszwecken.
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1 ist ein Hebeldiagramm einer Ausführungsform eines Achtganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Achtganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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3 ist eine Schalttabelle, die den Einrückungszustand der verschiedenen Drehmomentübertragungselemente in jedem der verfügbaren Vorwärts- und Rückwärtsgänge oder -übersetzungsverhältnisse des in den 1 und 2 veranschaulichten Getriebes darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die 1 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Achtganggetriebes 10 in einem Hebeldiagrammformat. Ein Hebeldiagramm ist eine schematische Darstellung der Bauteile einer mechanischen Einrichtung, wie eines Automatikgetriebes. Jeder einzelne Hebel stellt einen Planetenradsatz dar, wobei die drei grundlegenden mechanischen Bauteile des Planetenradsatzes jeweils durch einen Knoten dargestellt sind. Daher enthält ein einzelner Hebel drei Knoten: einen für das Sonnenrad, einen für den Planetenradträger und einen für das Hohlrad. Die relative Länge zwischen den Knoten jedes Hebels kann dazu verwendet werden, jeweils das Hohlrad/Sonnenrad-Verhältnis des jeweiligen 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 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.
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Das Getriebe 10 umfasst eine Antriebswelle oder ein Antriebselement 12, einen ersten Planetenradsatz 14 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 14A, einem zweiten Knoten 14B und einem dritten Knoten 14C, einen zweiten Planetenradsatz 16 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 16A, einem zweiten Knoten 16B und einem dritten Knoten 16C, einen dritten Planetenradsatz 18 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 18A, einem zweiten Knoten 18B und einem dritten Knoten 18C, einen vierten Planetenradsatz 20 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 20A, einem zweiten Knoten 20B und einem dritten Knoten 20C und eine Abtriebswelle oder ein Abtriebselement 22.
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Der Antrieb 12 ist mit dem zweiten Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 gekoppelt. Der Abtrieb 22 ist mit dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der erste Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der dritte Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Der dritte Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 ist mit dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der erste Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 ist mit dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt.
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Eine erste Kupplung 26 verbindet den ersten Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 und den ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16. Eine zweite Kupplung 28 verbindet den zweiten Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit dem dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16. Eine dritte Kupplung 30 verbindet den zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18. Eine erste Bremse 32 verbindet den ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20 selektiv mit einem feststehenden Element, beispielweise einem Getriebegehäuse 40. Eine zweite Bremse 34 verbindet den dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 selektiv mit einem feststehenden Element, beispielsweise dem Getriebegehäuse 40.
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Die 2 stellt ein schematisches Layout der Ausführungsform des Achtganggetriebes 10 gemäß der vorliegenden Erfindung als Stick-Diagramm dar. In 2 wird die Nummerierung aus dem Hebeldiagramm von 1 übernommen. Die Kupplungen, Bremsen und Kopplungen sind entsprechend dargestellt, wohingegen die Knoten der Planetenradsätze nun als Bauteile von Planetenradsätzen, wie Sonnenräder, Hohlräder, Planetenräder und Planetenradträger, erscheinen.
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Die Planetenradsätze 14, 16, 18 und 20 sind zwischen das Antriebselement 12 und das Abtriebselement 22 geschaltet und in einem Getriebegehäuse 40 angeordnet. Das Gehäuse 40 ist in 2 schematisch gezeigt, und die vorliegende Erfindung zieht natürlich in Betracht, dass das Getriebegehäuse 40 eine andere Form aufweisen kann, um sich an die besondere Fahrzeuganwendung anzupassen. Darüber hinaus weist das Getriebegehäuse 40 eine vordere Wand 25 und eine hintere Wand 27 auf. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Planetenradsatz 16 benachbart zu der vorderen Wand 25 angeordnet, der Planetenradsatz 20 ist benachbart zu der hinteren Wand 27 angeordnet und die Planetenradsätze 14 und 18 sind zwischen den Planetenradsätzen 16 und 20 angeordnet. Genauer ist der Planetenradsatz 14 benachbart zu dem Planetenradsatz 20 angeordnet, und der Planetenradsatz 18 ist zwischen dem Planetenradsatz 14 und dem Planetenradsatz 16 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die vordere Wand 25 des Getriebes 10 als die Wand des Getriebegehäuses 40 definiert, die das Antriebselement 12 lagert oder benachbart zu diesem liegt, und die hintere Wand 27 des Getriebes 10 ist die Wand des Getriebegehäuses 40, die das Abtriebselement 14 lagert oder benachbart zu diesem liegt.
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Der erste Planetenradsatz 14 umfasst ein Sonnenrad 14C, einen Planetenradträger 14B, der einen Satz Planetenräder 14D drehbar lagert, und ein Hohlrad 14A. Die Planetenräder 14D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 14C als auch dem Hohlrad 14A zu kämmen. Das Sonnenrad 14C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 42 verbunden. Der Planetenradträger 14B ist zur gemeinsamen Rotation mit dem Antriebselement 12 verbunden. Das Hohlrad 14A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 44 verbunden.
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Der zweite Planetenradsatz 16 umfasst ein Sonnenrad 16A, einen Planetenträger 16B, der einen Satz kämmende Planetenräder 16D drehbar lagert, und ein Hohlrad 16C. Die Planetenräder 16D sind konfiguriert, um mit dem Sonnenrad 16A und dem Hohlrad 16C zu kämmen. Das Sonnenrad 16A ist zur gemeinsamen Rotation mit dem zweiten Verbindungselement 44 und mit einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 46 verbunden. Der Planetenträger 16B ist zur gemeinsamen Rotation mit der vierten Welle oder dem vierten Verbindungselement 48 verbunden. Das Hohlrad 16A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer fünften Welle oder einem fünften Verbindungselement 50 verbunden.
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Der dritte Planetenradsatz 18 umfasst ein Sonnenrad 18C, einen Planetenträger 18B, der einen Satz Planetenräder 18D drehbar lagert, und ein Hohlrad 18A. Die Planetenräder 18D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 18C als auch dem Hohlrad 18A zu kämmen. Das Sonnenrad 18C ist zur gemeinsamen Rotation mit dem fünften Verbindungselement 50 verbunden. Der Planetenträger 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer sechsten Welle oder einem sechsten Verbindungselement 52 und mit dem Abtriebselement 22 verbunden. Das Hohlrad 18A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer siebten Welle oder einem siebten Verbindungselement 54 verbunden.
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Der vierte Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenrad 20C, einen Planetenträger 20B, der einen Satz Planetenräder 20D drehbar lagert, und ein Hohlrad 20A. Die Planetenräder 20D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 20C als auch dem Hohlrad 20A zu kämmen. Das Sonnenrad 20C ist zur gemeinsamen Rotation mit dem ersten Verbindungselement 42 verbunden. Der Planetenträger 20B ist zur gemeinsamen Rotation mit dem siebten Verbindungselement 54 verbunden. Das Hohlrad 20A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer achten Welle oder einem achten Verbindungselement 56 verbunden.
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Die Antriebswelle oder das Antriebselement 12 ist bevorzugt ständig mit einer Maschine (die nicht gezeigt ist) oder mit einem Turbinenrad eines Drehmomentwandlers (das bzw. der nicht gezeigt ist) verbunden. Die Abtriebswelle oder das Abtriebselement 22 ist bevorzugt ständig mit einer Achsantriebseinheit oder einem Verteilergetriebe (das nicht gezeigt ist) verbunden.
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Die Drehmomentübertragungsmechanismen oder Kupplungen 26, 28, 30 und die Bremsen 32, 34 erlauben eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Getriebegehäuses 40. Wie es in 2 gezeigt ist, sind die erste Kupplung 26 und die zweite Kupplung 28 zwischen dem zweiten und dritten Planetenradsatz 16 und 18 angeordnet. Die dritte Kupplung 30 ist zwischen der vorderen Wand 25 und dem zweiten Planetenradsatz 16 angeordnet. Die erste und zweite Bremse 32 und 34 sind radial außerhalb des ersten und vierten Planetenradsatzes 14 und 20 angeordnet. Die erste Kupplung 26 ist selektiv einrückbar, um das dritte Verbindungselement mit dem fünften Verbindungselement 50 zu verbinden. Die zweite Kupplung 28 ist selektiv einrückbar, um das Antriebselement 12 mit dem fünften Verbindungselement 50 zu verbinden. Die dritte Kupplung 30 ist selektiv einrückbar, um das vierte Verbindungselement 48 mit dem sechsten Verbindungselement 52 zu verbinden. Die erste Bremse 32 ist selektiv einrückbar, um das achte Verbindungselement 56 mit dem Getriebegehäuse 40 zu verbinden und somit eine Rotation des Hohlrads 20A relativ zu dem Getriebegehäuse 40 zu beschränken. Die zweite Bremse 34 ist selektiv einrückbar, um das erste Verbindungselement 42 mit dem Getriebegehäuse 40 zu verbinden und somit eine Rotation des Sonnenrads 20C und des Sonnenrads 14C relativ zu dem Getriebegehäuse 40 zu beschränken.
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Nun wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 die Arbeitsweise der Ausführungsform des Achtganggetriebes 10 beschrieben. Es ist festzustellen, dass das Getriebe 10 in der Lage ist, Drehmoment von der Antriebswelle oder dem Antriebselement 12 auf die Abtriebswelle oder das Abtriebselement 22 in zumindest acht Vorwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnissen und zumindest einem Rückwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnis zu übertragen. Jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnis wird durch Einrückung von drei der Drehmomentübertragungsmechanismen (d. h. erste Kupplung 26, zweite Kupplung 28, dritte Kupplung 30, erste Bremse 32 und zweite Bremse 34) erzielt, wie es nachstehend erläutert wird. 3 ist eine Schalttabelle, die die verschiedenen Kombinationen von Drehmomentübertragungsmechanismen oder -elementen darstellt, die aktiviert oder eingerückt werden, um die verschiedenen Gangzustände zu erreichen. Tatsächliche numerische Übersetzungsverhältnisse und Übersetzungsverhältnisstufen der verschiedenen Gangzustände sind ebenfalls dargestellt, obwohl festzustellen ist, dass diese Zahlenwerte nur beispielhaft sind, und dass sie über beträchtliche Bereiche eingestellt werden können, um sich verschiedenen Anwendungen und Betriebskriterien des Getriebes 10 anzupassen. Ein Beispiel der Übersetzungsverhältnisse, die unter Verwendung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhalten werden können, ist in 3 ebenfalls gezeigt. Natürlich sind andere Übersetzungsverhältnisse abhängig von dem gewählten Zahnraddurchmesser, der gewählten Zahnradzähnezahl und der gewählten Zahnradkonfiguration erreichbar.
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Um den Rückwärtsgang herzustellen, werden die erste Bremse 32, die zweite Bremse 34 und die dritte Kupplung 30 eingerückt oder aktiviert. Die erste Bremse 32 verbindet das achte Verbindungselement 56 mit dem Getriebegehäuse 40, um eine Rotation des Hohlrads 20A relativ zu dem Getriebegehäuse 40 zu beschränken. Die zweite Bremse 34 verbindet das erste Verbindungselement 42 mit dem Getriebegehäuse 40, um eine Rotation des Sonnenrads 20C und des Sonnenrads 14C relativ zu dem Getriebegehäuse 40 zu beschränken. Die dritte Kupplung 30 verbindet das vierte Verbindungselement 48 mit dem sechsten Verbindungselement 52. Gleichermaßen werden die acht Vorwärtsgänge durch unterschiedliche Kombinationen einer Kupplungs- und Bremseneinrückung erreicht, wie es in 3 gezeigt ist.
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Es ist festzustellen, dass die vorstehende Erläuterung der Arbeitsweise und der Gangzustände des Achtganggetriebes 10 zuallererst von der Annahme ausgeht, dass alle in einem gegebenen Gangzustand nicht speziell genannten Kupplungen und Bremsen inaktiv oder ausgerückt sind, und zweitens während Gangschaltvorgängen, d. h. Wechseln des Gangzustands, zwischen zumindest benachbarten Gangzuständen, eine in beiden Gangzuständen eingerückte oder aktivierte Kupplung oder Bremse eingerückt oder aktiviert bleiben wird.
