DE10028708A1 - Verfahren zum Bestimmen von Schlupf zwischen zwei durch reibschlüssige Anlage aneinander in Bewegung übertragenden Bauteilen - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen von Schlupf zwischen zwei durch reibschlüssige Anlage aneinander eine Bewegung übertragenden Bauteils, wobei der Reibschluß durch Veränderung einer zwischen den Bauteilen wirksamen Anpreßkraft veränderbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß ein der bei der Bewegungsübertragung zwischen den Bauteilen entstehenden Reibleistung entsprechender Wert in Abhängigkeit wenigstens von der Anpreßkraft thermisch gemessen wird und ein Anstieg der Reibleistung bei abnehmender Anpreßkraft als Schlupf gewertet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Schlupf zwischen zwei durch reibschlüssige Anlage aneinander eine Bewegung übertragenden Bauteile gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Fig. 3 zeigt ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, wie es beispielsweise aus der DE 195 44 644 A1 bekannt ist.

Auf einer Antriebswelle 2 ist ein erstes Kegelscheibenpaar mit Kegelscheiben 4, 6 angeordnet, wobei die Kegelscheibe 6 einteilig mit der Welle 2 ausgebildet ist und die Kegelscheibe 4 über eine Axialverzahnung drehfest, jedoch axial verschiebbar mit der Welle 2 verbunden ist. Auf einer weiteren, zur Welle 2 parallel angeordneten Welle 8 ist ein weiteres Kegelscheibenpaar mit Kegelscheiben 10 und 12 angeordnet, wobei die Kegelscheibe 10 einteilig mit der Welle 8 ausgebildet ist und die Kegelscheibe 12 über eine Axialverzahnung 14 drehfest, jedoch axial verschiebbar mit der Welle verbunden ist.

Die beiden Kegelscheibenpaare 4, 6 und 10, 12 werden von einem Umschlingungsmittel 14 umschlungen, dessen Glieder in Reibeingriff mit den Kegelflächen der Kegelscheiben kommen.

Zur Übersetzungsverstellung ist der Abstand zwischen den Kegelscheiben 4, 6 und 10, 12 gegensinnig verstellbar. Dazu wird die jeweils verstellbare Kegelscheibe aus jeweils zwei Druckkammern mit Druck beaufschlagt, wobei eine innere Druckkammer 18 dazu dient, den Anpreßdruck zwischen dem Umschlingungsmittel 14 und dem Kegelscheibenpaar auf einem von Betriebsparametern abhängigen Vordruck einstellt, der beispielsweise drehmo­ mentabhängig sein kann. Zur Druckentlastung ist in der Druckkammer 18 oder in einer weiteren Druckkammer 22 eine Feder 20 angeordnet. Zur Verstellung des Abstandes zwischen den Kegelscheiben 10 und 12 dient vorzugsweise die weitere Druckkammer 22.

Zur Druckversorgung der Druckkammern ist eine Hydraulikmittelpumpe 24 vorgesehen, die den mit Anpreßdruck beaufschlagten Druckkammern 18 über Steuerventile 26 steuerbaren Druck zuführt und den Verstellkammern 22 über Steuerventile 28 Druck zuführt.

In den Raum zwischen den Kegelscheiben wird zum Beispiel über in den Wellen ausgebildete Öffnungen 30 oder in anderer geeigneter Weise Hydraulikmittel eingeleitet, das zur Kühlung der Reibflächen und zur Schmierung dient. Das überlaufende Hydraulikmittel wird in einem Trichter 32 eingefangen, der in einen Rücklaufbehälter 34 führt, aus dem die Hydraulikpumpe 24 das Hydraulikmittel ansaugt.

Die Druckkammer 18 beider Kegelscheibenpaare können ebenso wie die Verstellkammern 22 beider Kegelscheibenpaare über jeweils ein gemeinsames Steuerventil angesteuert werden.

Die Funktion und der Aufbau des geschilderten Kegelscheibenumschlingungsgetriebes sind an sich bekannt, so daß sie nicht im einzelnen erläutert werden.

Ein Problem, das sich bei solchen Kegelscheibenumschlingungsgetrieben besteht, liegt darin, daß der Anpreßdruck zwischen den Reibflächen der Kegelscheibe und dem Umschlingungsmittel nicht unnötig groß sein sollte, da dies einerseits unnötig hohen Energieverbrauch der Pumpe 24 bedeutet und andererseits zu unnötig hoher Beanspruchung des Kegelscheiben­ umschlingungsgetriebes insgesamt führt. Wenn der Anpreßdruck zu niedrig ist, besteht die Gefahr, daß das Umschlingungsmittel an den Kegelscheiben rutscht, was zu deutlich erhöhtem Verschleiß führt. Die Messung des Schlupfes ist pro­ blematisch, wenn nicht die Geschwindigkeit des Umschlingungsmittels selbst, die wirksamen Radien der Kegelscheibenpaare und deren Drehzahl gemessen werden. Die Drehzahlen der Kegelscheibenpaare sind kein sicheres Maß zur Ermittlung von Schlupf. Da der Schlupf nur verhältnismäßig ungenau meßbar ist, ein Schlupfzustand aber für die Dauerhaltbarkeit des Getriebes gefährlich ist, wird im allgemeinen mit einem bestimmten Reserveanpreßdruck gefahren, d. h. mit an sich zu hohem Anpreßdruck.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bestimmen des Schlupfes zwischen dem Umschlingungsmittel und den Reibscheibenpaaren zu schaffen, das bei einfacher Durchführbarkeit zu aussagekräftigen Ergebnissen führt.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß dem Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Reibverlustleistung, die zwischen dem Umschlingungsmittel und den Reibflächen der Kegelscheiben auftritt, weitgehend unabhängig vom jeweils übertragenen Drehmoment verhältnismäßig gering ist, solange kein Schlupf vorhanden ist. Sobald bei sinkender Anpreßkraft Schlupf auftritt, nimmt die Reibverlustleistung plötzlich rasch zu, so daß, wenn die Reibverlustleistung oder eine Größe, die dieser entspricht, gemessen wird, das Auftreten von Schlupf sicher erkannt wird.

Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen und Durchführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens gerichtet.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für alle Anwendungen, bei denen über Reibschluß Bewegung übertragen wird, wie Toroidgetriebe, ganz allgemein CVT-Getriebe oder sonstige Übertragungssysteme.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung für das Getriebe der Fig. 3,

Fig. 2 eine Kurve zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3 das bereits erläuterte Kegelscheibenumschlingungsgetriebe und

Fig. 4 ein Diagramm.

Gemäß Fig. 1 sind die Ausgänge eines mit einem Mikroprozessor und zugehörigen Speichereinrichtungen versehenen Steuergerätes 36 mit dem oder den Steuerventilen 26 zur Steuerung des Anpreßdrucks und mit dem oder den Steuerventilen 28 zur Steuerung des Verstelldrucks verbunden. Ein Durchflußmeßgerät 38, das in der Saugleitung 40 der Pumpe 24 (Fig. 3) angeordnet ist, ist mit einem Eingang des Steuergerätes 36 verbunden. Ein Temperaturfühler 42 in dem Trichter (Fig. 3) ist mit einem weiteren Eingang des Steuergerätes 36 verbunden, dessen andere Eingänge in an sich bekannter Weise mit Sensoren verbunden sind, aus denen Signale zur Steuerung der Übersetzung und des Anpreßdrucks hergeleitet werden.

Solange das Getriebe schlupffrei läuft, bleibt das in den Trichter 32 rücklaufende Hydraulikmittel verhältnismäßig kühl. Wenn infolge ungenügenden Anpreßdrucks Schlupf auftritt, tritt an den Reibflächen der Kegelscheiben eine verhältnismäßig hohe Reibverlustleistung auf, die sich in einer Erwärmung des in den Trichter 32 rückströmenden Hydraulikmittels bemerkbar macht, die von dem Temperaturfühler 42 erfaßt wird. Statt des in den Trichter rückströmenden Öls kann auch anderes Öl aufs anderen Betätigungsbereichen des Getriebes bezüglich der Temperatur überwacht werden. Statt des Trichters kann auch ein anderes Element bei einem weiteren Ausführungsbeispiel verwendet werden.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Meßkurve. Mit p_a ist der über das Steuerventil 26 gesteuerte Anpreßdruck in der Druckkammer 18 bezeichnet. T bezeichnet die Temperatur. Wenn der Anpreßdruck p_a von einem für schlupffreien Betrieb ausreichenden Druck abgesenkt wird, tritt bei einem Druck p_as eine plötzliche Temperaturerhöhung am Temperaturfühler 42 auf, was bestehenden Schlupf anzeigt. Der Anpreßdruck p_a kann vom Steuergerät 36 nunmehr auf einem Wert gehalten werden, der gemäß Fig. 2 etwas rechts von p_as liegt, d. h. bei dem schlupffreier Betrieb gewährleistet ist.

Vom Steuergerät 36 gesteuert kann die geschilderte Druckabsenkung routinemäßig bei unterschiedlichen an der Antriebswelle 2 wirkenden Drehmomenten, die aus Betriebsparametern des nicht dargestellten Antriebsmotors bekannt sind, und Drehzahlen gemäß Fig. 2 jeweils durchgeführt werden, so daß der Druck p_as, unterhalb dessen Schlupf einsetzt, in Abhän­ gigkeit vom Drehmoment und/oder der Drehzahl und/oder der Getriebeübersetzung in einem Kennfeld gespeichert werden kann und mittels des Steuergeräts 36 das Steuerventil 26 zweckentsprechend derart angesteuert werden kann, daß schlupffreier Betrieb vorherrscht aber kein unnötig hoher An­ preßdruck vorhanden ist. Es versteht sich, daß die Kenntnis des "Schlupf­ druckes" p_as auch dazu verwendet werden kann, in bestimmten Betriebszuständen schlupfenden Betrieb herzustellen, wenn dies erwünscht ist.

Die beiden Kegelscheibenpaare können getrennt voneinander auf schlupfenden Betrieb überprüft bzw. mit dem anhand Fig. 2 geschilderten Verfahren durch gezieltes Absenken und Erhöhen des Anpreßdruckes eingemessen und anschließend entsprechend angesteuert werden, wenn das von den Kegelscheibenpaaren rücklaufende Öl getrennt aufgefangen und gemessen wird.

Es versteht sich, daß das beschriebene Meßverfahren in vielfältiger Weise abgeändert werden kann. Beispielsweise kann der Durchfluß des das oder die Kegelscheibenpaare kühlenden Hydraulikmittels mit Hilfe eines oder mehrere Durchflußmeßgeräte 38 gemessen werden. Mit Hilfe weiterer Temperaturfühler kann die Vorlauftemperatur des Hydraulikmittels stromoberhalb des jeweiligen Kegelscheibenpaares gemessen werden, so daß aus der Temperaturdifferenz zwischen dem in das Kegelscheibenpaar einströmenden Hydraulikmittels und der Temperatur des rücklaufenden Hydraulikmittels, der Durchflußgeschwindig­ keit und der spezifischen Wärme des Hydraulikmittels absolut auf die Reibleistung geschlossen werden kann.

Alternativ kann mittels berührungslos arbeitender Temperatursensoren, beispielsweise mittels Strahlungstemperatursensoren, die Temperatur der Reibflächen unmittelbar bestimmt werden, wobei sich diese Temperaturen in ähnlicher Weise ändern wie in Fig. 2 dargestellt.

Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß es völlig unabhängig vom Verschleißzustand des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes oder dem Zustand des Hydraulikmittels einsetzbar ist, da der bei einsetzendem Schlupf auftretende Temperatursprung das Verfahren in gewisser Weise selbst eicht.

Es versteht sich, daß das Verfahren auch bei Kegelscheibenumschlingungsgetrieben angewendet werden kann, deren Kegelscheiben über je nur eine Druckkammer oder elektrisch oder mechanisch gegen das Umschlingungsmittel gepreßt werden.

Die Fig. 4 zeigt ein Diagramm, in welchem die Temperatur T und der Anpreß­ druck P der Kegelscheiben als Funktion der Zeit t dargestellt sind. Zum Zeit­ punkt t₁ wird ein Verfahren zur Ermittlung der Schlupfgrenze gestartet und der Anpreßdruck wird reduziert. Dadurch stellt sich Schlupf ein und die Temperatur steigt an. Anschließend wird der Anpreßdruck P wieder erhöht und die Tempe­ ratur T pendelt sich auf einem höheren Niveau wieder ein.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvor­ schläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmalskombination zu beanspruchen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkma­ lskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Tech­ nik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, be­ hält die Anmelderin sich vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.

Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu ver­ stehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elemen­ ten oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims (8)

1. Verfahren zum Bestimmen von Schlupf zwischen zwei durch reibschlüssige Anlage aneinander eine Bewegung übertragenden Bauteils, wobei der Reibschluß durch Veränderung einer zwischen den Bauteilen wirksamen Anpreßkraft veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein der bei der Bewegungsübertragung zwischen den Bauteilen entstehenden Reibleistung entsprechender Wert in Abhängigkeit von der Anpreßkraft gemessen wird und ein Anstieg der Reibleistung bei abnehmender An­ preßkraft als Schlupf gewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei zumindest annähernd konstanten Bedingungen, beispielsweise bezüglich übertragener Kraft, Geschwindigkeit oder Übersetzung oder einer Kombination daraus, durch Veränderung der Anpreßkraft die Schlupfgrenze bestimmt wird und die Anpreßkraft anschließend derart eingestellt wird, daß kein Schlupf vorliegt oder ein vorbestimmter Schlupfgrenzwert nicht überschritten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur wenigstens eines der Bauteile gemessen wird.

4. Verfahren Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur eines strömenden Fluids zur Schmierung und/oder Kühlung wenigstens eines der Bauteile stromabwärts des Bauteils gemessen wird.

5. Verfahren nach Anspuch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem strömenden Fluid bei seiner Strömung längs des wenigstens einen Bauteils aufgenommene Wärmeleistung gemessen wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Bewegungsübertragung des Getriebes mit veränderbarem Übersetzungsverhältnis erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegungsübertragende Bauteile ein Kegelscheibenpaar und das Umschlingungsmittel ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe sind.

8. Verfahren nach Anspruch 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verändern des Anpreßdruckes zwischen den Kegelscheiben bei unterschiedlichen Drehzahlen und/oder Drehmomenten und/oder Übersetzungen und/oder Temperaturen ein Kennfeld aufgenommen wird, welches die für definierten Schlupf erforderlichen Anpreßkräfte in Abhängigkeit von der Drehzahl und/oder dem Drehmoment und/oder der Übersetzung und/oder der Temperatur darstellt, und der Anpreßdruck zwischen den Kegelscheiben entsprechend diesem Kennfeld eingestellt wird.