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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein stufenlos steuerbares Getriebe.
Getriebe übertragen Kräfte in Form von Bewegung
und werden dabei auf eine benötigte Übersetzung
eingestellt, welche Kraft und Bewegung abgabeseitig in der benötigten
Kombination bereitstellt. Stufenlos steuerbare Getriebe sind in Form
von Reibgetrieben bekannt, bei denen die Kraftübertragung über
reibschlüssige Verbindungen erfolgt. Im Reibschluss werden
die eingabeseitig bereitgestellten Kräfte über
Reibkontakte im Getriebe weitergeleitet und der vorbeschriebenen Übersetzung
unterworfen. Die Erfindung betrifft Reibgetriebe, bei denen der
Reibschluss stufenlos in einem Übersetzungsbereich auf
vorgegebene Werte eingestellt werden kann.
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Aus
der
DE 29 42 902 A1 ist
ein Regelgetriebe mit stufenloser Übersetzung bekannt,
bei dem ein Reibschluss zwischen zwei Scheiben über einen Rollkörper
bereitgestellt wird. Mittels eines Microcomputers wird die Übersetzung
den jeweiligen Anforderungen von Nutzaufgaben angepasst. Nachteilig
ist bei diesem Getriebe, dass die einmal eingestellte Leistung allein
in Abhängigkeit der Getriebequalität ausgegeben
wird. Verschleiß und Beschädigungen werden in
der Übertragung direkt weitergereicht. Kommt es dabei zu
einer Kraftspitze, so wird die Haftreibung überschritten
und die Leistung bricht dabei ausgabeseitig komplett zusammen.
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Aus
der
DE 10 2006
044 543 A1 ist ein Verfahren zum Regeln der Verstellung
eines stufenlos verstellbaren Getriebes bekannt, bei dem über
ein Umschlingungsmittel miteinander verbundene Kegelscheibenpaare
mit größtmöglicher Spreizung innerhalb
zweier Extremwerte zueinander verstellbar sind. Hierbei erfolgt
innerhalb eines ersten Bereichs eine Vorsteuerung, deren ausgabeseitiges
Ergebnis mit einem Sollwert abgeglichen, in seiner Qualität
mathematisch bewertet und zur Erstellung eines Regelungsbefehls
verwendet wird. Der Regelungsbefehl wird über einen Regler
zur Einstellung innerhalb eines zweiten, weiteren Bereichs verwendet.
Anschließend werden erneut im Regelkreis Istwert und Sollwert
wie vorbeschrieben miteinander vergleichen und ggf. eine Nachregelung
vorgenommen, bis iterativ Ist- und Sollwert übereinstimmen.
Nachteilig ist, dass auch hier gerade im Bereich hoher Drehzahlen Istwert
und Sollwert gemittelte Werte sind, welche einen lokalen Verschleiß von
Kraftübertragern im Getriebe nicht zu kompensieren vermögen.
Weiterhin unterliegt die Qualität der ausgabeseitig bereitgestellten
Kraft/Bewegung einer Verzögerung in Abhängigkeit
Geschwindigkeit des elektrotechnisch/mathematischen Regelkreises.
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Aus
der
EP 1 104 360 B1 ist
ein elektronisches Regelungssystem für einen Fahrzeugmotor bekannt,
welches im Getriebe die Bandspannung von Transmissionsbändern
gemäß komplexer Regelalgorithmen an die Fahrbahnqualität
und momentane Leistungsanforderung anpassen kann.
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Aus
der
DE 10 2004
002 187 A1 ist ein Getriebe mit mehreren Differentialen
bekannt, bei dem über reibschlüssige Schaltelemente
die Übertragungsfähigkeit von Kupplungen in der
Lastverteilung der Differentiale abgebildet wird. Hierbei werden
die Schaltelemente in einem Bereich von 0 Drehmoment bis hin zu
kompletter Synchronität geregelt, um die Last auf die jeweiligen
Differentiale zu übertragen.
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Nachteilig
ist bei den Dokumenten nach dem Stand der Technik, dass Regelungseingriffe
stets in komplexer Wechselwirkung mit Steuermechanismen zunächst
das Bestimmen von neuen Betriebsparametern und nachfolgend das sprunghafte
Umschalten auf die neuen Betriebsparameter vorsehen. Solches Umschalten
ist zeitverzögert und extrem belastend und mit erhöhtem
Verschleiß und drohender, lokaler Beschädigung
der Reibkontaktflächen verbunden. Zudem ist die Qualität
der ausgabeseitig bereitgestellten Kraft/Bewegung von der Geschwindigkeit des
elektrotechnischen/mathematischen Regelkreises abhängig
und vermag gerade lokale Beschädigungen der Reibkontaktflächen
nicht mehr zu kompensieren. Der Anpassung der Leistung steht zudem die
widersprüchliche Bedingung gegenüber, dass eine
per Steuerung angeforderte Leistung mit konstanter Übersetzung
auszugeben ist, um eine abgabeseitig unterbrechungsfrei verwendbare,
durchgehende Übersetzung für einen dauerhaften
und langlebigen Betriebs sicherzustellen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein stufenlos regelbares Getriebe
sowie ein Verfahren zur Regelung anzubieten, welches die Nachteile des
Standes der Technik überwindet und bei konstanter Leistungsabgabe
eine exaktere, stufenlos einstellbare Übersetzung besserer
Qualität bereitstellt.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß den
unabhängigen Ansprüchen. Weitere Vorteile ergeben
sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden
Beschreibung. Es versteht sich, dass die nachfolgend erläuterten
Merkmalskombinationen nicht beschränkend zu sehen sind.
Ein erfindungsgemäßer Gegenstand wird im Rahmen
der Ansprüche auch unter Aufnahme einzelner oder abweichend
kombinierter, weiterer Merkmale der nachfolgend dargelegten Merkmalskombinationen
erhalten.
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Erfindungsgemäß verfügt
ein stufenlos regelbares Getriebe – umfassend mindestens
eine Welle mit mindestens einer Wellenscheibe und mindestens einen
zwischen Wellenscheibe und einer Gegenscheibe reibschlüssig
angeordneten Rollkörper – über mindestens
eine auf der Welle starr mitdrehend befestigte Ringscheibe, welche über
elastische Verbindungseinrichtungen mit der Wellenscheibe verbunden
ist. Mindestens ein Drehsensor ist synchron auf Wellenscheibe und
Ringscheibe angeordnet und in Wechselwirkung mit einer Position
einer schiefen Ebene, wobei die Position auf der schiefen Ebene
die Position des Rollkörpers unabhängig mitbestimmend
ausgebildet ist und wobei der Drehsensor einen Gangunterschied zwischen
Wellenscheibe und Ringscheibe als direkte Verschiebung der Position
entlang der schiefen Ebene abbildend ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß beinhaltet
ein Verfahren zur Regelung eines stufenlos regelbaren Getriebes – umfassend
mindestens eine Welle mit mindestens einer Wellenscheibe, eine Gegenscheibe
und mindestens einen zwischen Wellenscheibe und Gegenscheibe reibschlüssig
angeordneten Rollkörper – und weiterhin umfassend
mindestens eine auf der Welle starr mitdrehend befestigte Ringscheibe
mit elastischen Verbindungseinrichtungen mit der Wellenscheibe,
mindestens einen synchron auf Wellenscheibe und Ringscheibe angeordneten
Drehsensor – die Schritte a) Einstellen eines Übersetzungsverhältnisses über
bekannte Grobeinstellungs-Maßnahmen, b) Erfassen eines
Gangunterschieds jeder Wellenscheibe zu ihrer jeweiligen Ringscheibe
und c) synchrones Anpassen einer jeweiligen Rollkörper-Position
an den erfassten Gangunterschied.
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Weiterhin
umfasst die vorliegende Erfindung eine gattungsgemäße
Vorrichtung bei der der Rollkörper durch Ausschwenkung
seiner Rollkörperachse um den Kontaktpunkt des Rollkörpers
entlang einer Verbindungslinie zwischen den Scheibenmittelpunkten
der vorgenannten Verbindungslinie gleitend verschiebbar ausgebildet
ist. Mit der so konstruktiv ermöglichten Positionierung
des Rollkörpers durch Ausschwenken seiner Achse wird eine
Hauptsteuerung oder eine Anpassungssteuerung im Betrieb oder vorteilhaft
eine Notabschaltung ermöglicht, welche besonders einfach
und gleichzeitig verschleißarm ein Verfahren des Rollkörpers
auf eine neue Zielposition bereitstellt.
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Weiterhin
umfasst die vorliegende Erfindung eine gattungsgemäße
Vorrichtung, bei der Wellenscheibe und Gegenscheibe im Wesentlichen
im Bereich des Rollkörpers mit einer axilliaren Kompressionskraft
beaufschlagt werden; hierdurch wird der Reibkontakt besonders effektiv
und eine Kraftdurchleitung im Verlust minimiert.
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Vorteilhaft
erfolgen Erfassung und Anpassung mechanisch über die schiefe
Ebene, besonders vorteilhaft mit einer schiefen Ebene, die als koppelndes
Element zwischen einem mechanischem Drehsensor und Rollkörper
in Neigung und Länge einstellbar eine kalibrierende Feineinstellung
des Ausmaßes der Nachregelung erlaubt.
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Die
starr mitdrehend befestigte Ringscheibe ist als die Welle umschließende
Ringscheibe ausgebildet, welche die Drehbewegung der Welle direkt nachvollzieht.
Es versteht sich, dass dies einer Beweglichkeit senkrecht zur Drehbewegung
nicht im Wege stehen muss. Vorteilhaft wird eine besonders wirksame
Verbindung dieser Art durch formschlüssiges Profilieren
von Ringscheibe und Welle bereitgestellt. Dabei ist die Ringscheibe
entlang der profilierten Welle vorzugsweise beweglich, ohne dass
die mitdrehende Verbindung durch die Verschiebung beeinträchtigt
würde.
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Die
elastischen Verbindungseinrichtungen verbinden die Ringscheibe mit
der Wellenscheibe. Die Wellenscheibe ist im wesentlichen quer zur
Achse der Welle ausgerichtet auf dieser angeordnet. Dadurch wird
die Drehbewegung einer – beispielsweise horizontalen – Welle über
die Ringscheibe elastisch an die Wellenscheibe weitergegeben. Die
Wellenscheibe ist somit zwar starr in Bezug auf die räumliche – beispielsweise
vertikale – Ausrichtung ihrer Scheibenfläche zur
Achse der Welle angeordnet, kann aber gleichfalls längs
zur Welle gleitend verschoben werden. Die kraftschlüssige
Verbindung der Wellenscheibe mit der Welle erfolgt im Wesentlichen über die
elastischen Verbindungseinrichungen und die damit verbundene Ringscheibe.
Vorteilhaft sind die elastischen Verbindungseinrichtungen mit einem Anschlag
versehen, welcher ein maximales Spiel im Rahmen der elastischen
Verformung der Verbindungseinrichtung bereitstellt, besonders vorteilhaft ist
der Anschlag selbst wiederum einstellbar. Besonders bevorzugt sind
die elastischen Verbindungseinrichtungen in beiden Rotationsrichtungen
wirksam angeordnet und in Bezug auf die elastische Verformung mit
einer kontinuierlich ansteigenden Kraftkonstante ausgebildet. Besonders
vorteilhaft handelt es sich bei den elastischen Verbindungseinrichtungen um
Federn, bevorzugt asymmetrisch aufspiralisierte Federn mit ansteigender
Kraftkonstante und vorteilhaft quadratischem Querschnitt des Federdrahts, wodurch
eine druchgängige Auflage auf einem Anschlag bei Erreichen
des Maximalen Spiels mit kontinuierlich ansteigender Gegenkraft
bereitgestellt wird.
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Der
Drehsensor ist synchron auf Wellenscheibe und Ringscheibe angeordnet.
Synchron bezeichnet hierbei eine Anordnung, bei der gleichzeitig die
Drehung von Wellenscheibe sowie Ringscheibe jeweils detektiert wird.
Mithin erlaubt der Drehsensor die direkte Bestimmung eines Gangunterschieds
zwischen Ringscheibe und Wellenscheibe. Vorteilhaft wird der Gangunterschied
in einer Steuerbaugruppe als Signal ausgebildet, welches konstant
ausgegeben wird. Bevorzugt wird der Gangunterschied mechanisch durch
Verdrehung zweier reibschlüssig mitlaufenden Körper
zueinander – besonders bevorzugt als Verdrehung zweier
mitlaufenden Kegelstumpfsegmente mit reibschlüssig mitlaufenden
Außenflächen – abgebildet.
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Die
Wechselwirkung des Sensors mit einer Position einer schiefen Ebene
bezeichnet eine konstruktive, mechanische Umsetzung des Gangunterschieds
wie sie beispielsweise über kombinierte, mechanische Hebel
oder bevorzugt auf einer Keilfläche, einem Gewinde oder
einer Kehlfläche erfolgen kann, wobei die Position auf
der schiefen Ebene die Position des Rollkörpers mitbestimmt.
Besonders bevorzugt ist hierbei eine Schiefe Ebene in Form eines
Gewindes in Kombination mit 2 mitlaufenden Kegelstumpfsegmenten,
welche über ein Innen- und ein Außengewinde wechselseitig
mit der Schiefen Ebene in Form des zweiseitigen Gewindes auf einem
Zylinder, in Wechselwirkung stehen; besonders bevorzugt bringt diese
Ausführungsform bei Gangunterschied = 0 die Kegelstumpfsegmente
mit ihren Stirnflächen wechselseitig in Auflage, wodurch
diese Segmente selbstarretierend ausgebildet sind.
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Der
Rollkörper ist im Rahmen des Spiels von Ringscheibe und
Wellenscheibe mithin in seiner Position über die schiefe
Ebene steuerbar. Bevorzugt ist die schiefe Ebene in ihrer Steigung
einstellbar, wodurch das Ausmaß der Regelung an das Ausmaß der Abweichungen
auch bei beträchtlichem Verschleiß angepasst werden
kann.
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Durch
die direkte Verbindung von Sensor und schiefer Ebene wird ein Gangunterschied
zwischen Wellenscheibe und Ringscheibe sofort in eine Positionsverschiebung
des Rollkörpers übertragen.
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Bevorzugt
erfolgt die Positionsverschiebung über direkt mechanische
Einrichtungen, besonders bevorzugt über direkte, pneumatische
und/oder hydraulische Kraftübertragung und/oder Hebel.
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Bevorzugt
bei Getrieben mit mehreren Wellenscheiben und Gegenscheiben wird
so jede Wellenscheibe einzeln und separat einer konstruktiven Regulation
der Leistungsübertragung unterworfen. Vorteilhaft werden
die tribologischen Eigenschaften der Scheiben und des Rollkörpers
aufeinander abgestimmt. Besonders bevorzugt werden Faserverbundkörper
als Werkstoffe für die Scheiben verwendet. Hierbei kann
vorteilhaft über horizontal zur Scheibenfläche
ausgerichtete Fasern hoher Beständigkeit aus dem Bereich
der Keramik- oder Glasfasern ein Bereich besonders hoher Verschleißbeständigkeit
bereitgestellt werden; weiterhin kann über quervernetzte,
parallel zur Scheibenfläche ausgerichtete Fasern eine verbesserte
Festigkeit und Zähigkeit der Scheibe bei hohen Rotationskräften
erzielt werden; besonders bevorzugt wird ein Faserverbund mit beiden
vorbeschriebenen Ausrichtungen in Kombination mit einem vorteilhaften
Werkstoff wie beispielsweise Bronze oder Stahl mit bekanntermaßen
gutem Reibkoeffizienten zusammen mit einem metallischen Rollkörper
verwendet.
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Ungleichmäßigkeiten
in den Scheibenoberflächen oder Verschleißspuren
im Reibkontakt sowie ungenügender Reibkontakt bei Lastspitzen
werden mit der erfindungsgemäßen Bauweise doppelt
ausgeglichen: Zum einen wird durch die elastischen Verbindungseinrichtungen
eine gleichmäßigere und kontinuierliche Kraftübertragung
mit gedämpften Lastspitzen bewirkt, zum anderen stabilisiert
die zusätzlich vorgegebene, konstruktive Regulation die
Leistung und stellt eine stabilere, konstantere Leistung bereit,
die Verschleiß der Reibflächen durch direkte, konstruktiv
implementierte Anpassung zu kompensieren vermag.
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Vorteilhaft
weist die erfindungsgemäße Vorrichtung Einrichtungen
zur axiliaren Kraftbeaufschlagung längs zur Welle auf.
Durch eine Kraftbeaufschlagung mit einer Kompressionskraft auf die
Wellenscheiben und Gegenscheiben wird der Reibkontakt der Rollkörper
zwischen den Scheiben erhöht und gewährleistet
auch bei Lastwechseln eine verbessert stabile Kraftübertragung
bei insgesamt geringerem Energieverlust. Besonders bevorzugt erfolgt die
Kraftbeaufschlagung über außenseitig über
aufgelegte Rollkörper eingeleitete Kompressionskraft. Besonders
vorteilhaft werden die Kraft eintragenden Kompressions-Rollkörper
dabei parallel zu den direkt benachbarten Rollkörpern positioniert,
um eine besonders effektive, direkte Krafteinleitung bereitzustellen.
Bevorzugt erfolgt die Kraftbeaufschlagung in Abhängigkeit
der Lastanforderung, wodurch einheitliche Kraftverhältnisse
des Reibkontakts und gleichmäßige Kraftdurchleitung
bereitgestellt werden.
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Vorteilhaft
werden als Rollkörper solche mit Rotationsachse, besonders
bevorzugt als Walzen mit konvex ausgestalteter Außenfläche,
zwischen den Scheiben angeordnet. Die konvexe Außenfläche
garantiert einen im wesntlichen punktuellen Reibkontakt. Die quererstreckte
Rotationsachse ermöglicht eine mit leichter Kraft ausführbare
Neigung des Rollkörpers selbst während der Regulation,
wodurch Verschleißreibung zusätzlich verringert
werden kann.
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Bevorzugt
ist eine Verschiebung der Steuerungsposition der schiefen Ebene
mit einer Neigung einer Rotationsachse eines Rollkörpers
mit elastisch quererstrecktem Reibkontakt verknüpft. Wird
ein Rollkörper mit Rotationsachse leicht schräg
zu dem Reibkontakt angeordnet, so resultiert aus den entstehenden
Scherkräften ein Kraftvektor, welcher radial zum Achsmittelpunkt
der jeweiligen Scheibe ausgerichtet ist. Je nach Neigung weist dieser
Kraftvektor anteilig zum Achsmittelpunkt hin oder vom Achsmittelpunkt
weg und kann so die Rollkörperbewegung unterstützen,
besonders bevorzugt bewirken. In besonders bevorzugter, einfacher
Bauweise ist ein Reibschluss zwischen Rollkörper und einer
Scheibe deutlich stärker als der Reibschluss mit der gegenüberliegenden
Scheibe; hier ist der vorbeschriebene Kraftvektor an einer Seite
größer und kann mithin selbständig eine
Verschiebung des Rollkörpers bewirken.
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Eine
vorteilhafte Positionierung des Rollkörpers über
die Neigung seiner Rotationsachse erfolgt bevorzugt unter gleichzeitiger
Einwirkung eines Rückstellmechanismus, welcher in Abhängigkeit
der Positionschverschiebung des Rollkörpers eine entgegengesetzte
Neigung vornimmt, sodass die Auslenkung und Positionsverschiebung
mit einer Rückstellung der Rollkörperachse über
eine weitere schiefe Ebene einhergeht, wodurch der Rollkörper
im Ausmaß seiner Positionsverschiebung präzise
gesteuert wird. Besonders bevorzugt ist der Korrekturmechanismus
gleichfalls einstellbar, wodurch das Gesamtsystem in vorteilhaft
großem Bereich im Ausmaß der benötigten
Korrekturen eingestellt werden kann.
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Besonders
bevorzugt besteht ein axialer Rollkörper aus zwei reibschlüssig
miteinander kombinierten, parallel axialen Rollkörpern,
von denen jeweils einer eine der Scheiben reibschlüssig
kontaktiert. Ein dergestalt ausgebildeter Rollkörper zeigt
an beiden reibschlüssigen Scheiben-Kontakten parallele
Geometrie von Reibschluss, Rotationsrichtung der jeweiligen Scheibe
und Neigungswinkel, sodass hier vorteilhaft ohne zusätzliche
Reibung durch Neigung der Achse des Rollkörpers parallele
Kraftvektoren gleicher Richtung an beiden Scheiben erzeugt werden.
Ein solcher Rollkörper ermöglicht vorteilhaft
das Herbeiführen einer Positionsänderung des Rollkörpers
durch Achsneigung, ohne dass gegenläufige Kraftvektoren
an einer der Scheiben auftreten können. Mithin ist hier
eine Achsneigung mit zusätzlich verbesserter Reibung an
den Kontaktpunkten zu den Scheiben möglich.
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Bevorzugt
wird mindestens ein Reibschluss des Rollkörpers über
ein Schmiermittel – besonders bevorzugt auf die Materialart
der jeweiligen Scheibe angepasst – in seinen Eigenschaften
eingestellt. Besonders vorteilhaft kommt die vorbeschriebene, einfache
Bauweise in Spielzeugen sowie Getrieben mit elastischen Polymerscheiben
zum Einsatz; hier wird über ein Minimum an konstruktiven
und verfahrenstechnischen Maßnahmen eine preisgünstige
und kontinuierliche Leistungsabgabe bereitgestellt, wobei bei unsachgemäßer,
ausgabeseitiger Blockade die verringerte Haftreibung an einer der
Scheiben ein verschleißarmes Durchdrehen des Getriebes
bereitstellt.
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Bevorzugt
ist der Rollkörper mehrteilig ausgeführt. Die
Teile ergeben miteinander verspannt den Rollkörper, stellen
auf der Außenfläche über hochwertige
Materialien vorteilhafte, tribologische Eigenschaften und Härten
bereit, und bieten mit einem einfachen Kernmaterial stets eine sichere
und besonders preiswerte Befestigung.
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Bevorzugt
weist der Rollkörper in einer mehrteiligen Struktur Einrichtungen
zur Innenkühlung auf, insbesondere in Kombination mit Einrichtungen
zur Kontrolle der Scheibentemperaturen, wodurch eine verbesserte
Gleichmäßigkeit des Reibschlusses erzielt wird;
besonders bevorzugt wird ein mehrteiliger Rollkörper in
den Wärmeleitfähigkeiten und -kapazitäten
seiner Einzelkomponenten auf die thermischen Eigenschaften des Reibschlusses
abgestimmt ausgebildet. Ein in seiner Temperatur vorteilhaft kompensierend
ausgebildeter Reibschluss verringert zusätzlich temperaturbedingte
Ungleichmäßigkeiten der Kraftdurchleitung sowie
Verschleiß und erhöht Wirkungsgrad und Gleichmäßigkeit
der Leistungsabgabe.
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Bevorzugt
wird überschüssige Energie im Rahmen eines Lastwechsels über
ein kinematisches Energie-Rekuperations-System, welches auch unter der
Abkürzung KERS bekannt ist, gespeichert und bei Bedarf
wieder eingespeist.
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Vorteilhaft
findet die vorbeschriebene Erfindung in Küchengeräten
Anwendung, bei denen Misch- und Rotationsgeschwindigkeiten direkt
und zeitnah angepasst werden müssen, insbesondere bei Handmixern,
welche der Viskosität von Suppen, insbesondere Nachspeisen,
angepasst betrieben werden sollten.
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Vorteilhaft
findet die vorbeschriebene Erfindung in Bereichen Verwendung, bei
denen aufgabeseitig kontinuierlich schwankende Leistungen ausgabeseitig
mit direkt angepasster Übersetzung mit hohem Wirkungsgrad
weitergegeben werden; insbesondere Gezeitenkraftwerke erzeugen unter
Verwendung der Erfindung mit hohem Wirkungsgrad in einem ausgabeseitig
angeordneten Stromgenerator mit verschleißarmen, gleichmäßigen Übergängen zwischen
den impulsartig Energie eintragenden Wellen langlebig und effektiv
verwertbare Energie.
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Bevorzugt
findet die vorbeschriebene Erfindung bei Großturbinen wie
sie in Schiffen, Flugzeugen oder auch Generatoren anzutreffen sind,
Verwendung. Während des Hochfahrens einer Turbine vermag
der vorliegende Erfindung zum einen eine gleichmäßige
und wirksame Krafteinleitung mit deutlich weniger Verlust bereitzustellen
und erlaubt gleichzeitig die Kompensation von Eigenschwingungen,
welche bei Großturbinen einen nennenswerten Teil der Nutzenergie über
Vibrationen des Turbinengehäuses und der -anlage in Wärme
umwandeln; dies wird mit der Erfindung wirksam kompensiert und der
Wirkungsgrad kann zusätzlich erhöht werden. Insbesondere
Schiffe und Flugzeuge, bei denen die Schwingungen in das gesamte,
metallische Gerüst der Konstruktion übergreifen
können, sind mit der vorliegenden Erfindung verbessert
verwendbar. Besonders bevorzugt wird in solchen Großkonstruktionen
die Erfindung mit einer einkoppelbaren KERS-Einrichtung verwendet,
wodurch eine situationsspezifisch anpassbare Leistungsausgabe mit
paralleler Energierekuperation bei Nullast ermöglicht wird.
Besonders bevorzugt geht die vorbeschriebene Kombination von Maßnahmen
anteilig oder auch im Ganzen in die Konstruktion von adaptiven Waschmaschinen
ein; hier erlaubt die direkte Anpassung von Leistungsabgabe an Unwucht-
und Virbationslagen eine Verringerung des Stromverbrauchs und die
Energiezwischenspeicherung in einem KERS-System macht eine sparsamere,
gleichmäßigere Energieverteilung über
die verschiedenen Wasch-Schritte möglich. Besonders vorteilhaft
findet die vorliegende Erfindung im Bereich von physiotherapeutischen
Fitnesstrainern Verwendung, bei denen eine kontinuierliche Leistungsanforderung
mit möglichst gleichmäßigen Lastwechseln
eine schädliche Überbeanspruchung sowohl bei passiver
als auch bei aktiver Bewegung von Muskelgruppen vermeiden hilft.
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Weitere
Merkmale ergeben sich an Hand der veranschaulichenden Prinzipskizzen
und Ausführungsbeispielen.
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Es
zeigen
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1 Prinzipskizze
zur Positionsänderung durch Neigung einer Rollachse eines
Rollkörpers
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2 Prinzipskizze
zur vorteilhaften Positionsänderung durch Neigung einer
gemeinsamen Rollachse zweier reibschlüssig verbundenen
Rolleinheiten eines Rollkörpers
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3 vorteilhafte
Einbaulage von 2 Wellenscheiben mit 2 Ringscheiben und 2 Gegenscheiben
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4 vorteilhafte Rollkörperführung
eines scheibenförmigen Rollkörpers mit abgerundeten Kanten
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5 Einbaulage
eines vorteilhaften, mechanischen Drehsensors bei vorteilhafter,
mechanischer Grobeinstellung
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6 Einbaulage
gemäß 5 bei erfindungsgemäßer
Selbstregulation
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7 prinzipielles
Schnittbild von bevorzugter Kombination einer Rollkörperführung
mit einem mechanischen Drehsensor
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8 veranschaulichende
Einbaulage der regulierenden Einrichtungen eines Ausführungsbeispiels
räumlich aufgelöst in einzelne Elemente
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9 Seitenansicht
der räumlichen Anordnung von regulierenden Einrichtungen
und Scheiben eines Ausführungsbeispiels
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10 isometrische Ansicht eines Ausführungsbeispiels
mit bevorzugter, axialer Kraftbeaufschlagung und zusätzlich
eingesetzten Scheiben
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11 veranschaulichende
Drauf- und Seitenansichten eines Ausführungsbeispiels
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12 veranschaulichendes Flussdiagramm eines
bevorzugten, erfindungsgemäßen Verfahrens
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13 veranschaulicht
eine besonders raumsparende, vorteilhafte Anordnung von Wellenscheiben
und Gegenscheiben
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14 veranschaulicht
als Prinzipskizze ein kinteisches System zur Ernergiezwischenspeicherung
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In 1 ist
eine vorteilhafte Ausführungsform sowie ein vorteilhaftes
Steuerprinzip in isometrischer Sicht veranschaulicht, bei dem ein
scheibenförmiger Rollkörper im Reibkontakt mit
einer Scheibe steht. Ein scheibenförmiger Rollkörper
ist durch eine Rollkörperachse gekennzeichnet, zu welcher
die Lauffläche der Rollkörperscheibe parallel
ausgerichtet ist. Hierbei kann die Lauffläche auch konvex
ausgebildet sein, sodass ein Auflagepunkt parallel zur Rollkörperachse
bereitgestellt wird. Der scheibenförmige Rollkörper
ist reibschlüssig mit seiner Auflagefläche bzw.
seinem Auflagepunkt auf der Scheibe aufliegend angeordnet und durch
einen kreisförmig geschlossenen Pfeil dargestellt, welcher
gleichzeitig den Drehsinn des Rollkörpers anzeigt. Mithin
weist die veranschaulichte, horizontal ausgerichtete Rollkörperscheibe
linksläufigen Drehsinn auf und liegt auf einer rechtsdrehenden,
vertikal ausgerichteten Scheibe auf. Aus exakt rechtwinkeliger Ausrichtung der
Rollkörperscheibe zur Scheibenfläche und radial vom
Scheibenmittelpunkt wegweisender Rollkörperachse resultiert
eine zentrisch zur Scheibenachse verlaufende Umlaufbahn des Rollkörpers
auf der Scheibenoberfläche. Wird nun die Rollkörperachse am
Scheibenmittelpunktseitigen Ende um den Auflagepunkt schwenkend
ausgelenkt und die Rollkörperscheibe aus einer tangentialen
Ausrichtung in die punktiert angedeutete, schräg ansteigende
Ausrichtung überführt, bei der im Auflagepunkt
die Scheibe ihrem Drehsinn folgend mit einer von der Scheibenmitte
weg weisenden Ebene der ausgedrehten Rollkörperscheibe
interagiert, werden durch die kraftschlüssige Verbindung
der Beiden Köprer zusätzliche Scherkräfte
bewirkt; in der punktiert angedeuteten Position würde die
Rollkörperscheibe bei freier Beweglichkeit auf einer spiralförmig
zum Scheibenmittelpunkt hin verlaufenden Laufbahn nach oben eingezogen.
Umgekehrt würde bei der gestrichelt angedeuteten Ausrichtung,
bei der die Ebene der Rollkörperscheibe des Rollkörpers
in Drehrichtung der Scheibe betrachtet als zum Scheibenmittelpunkt
hin ansteigende Ebene ausgerichtet ist, die Rollkörperscheibe
auf einer Spiralbahn nach außen hin ausgelenkt werden.
Wird nun eine Bewegung der Rollkörperscheibe nur auf einer
Radial zum Scheibenmittelpunkt hin ausgerichteten Bahn ermöglicht
bewegt sich der Rollkörper bei der vorbeschriebenen Ausslenkung
entsprechend aufwärts oder abwärts. Wird dabei
zusätzlich die Bewegung des Rollkörpers entlang
der radial zur Scheibe angeordneten Geraden mit einer gegenläufigen,
regelbaren Neigung der Rollkörperachse um den Auflagepunkt
des Rollkörpers gekoppelt, so bedingt eine gesteuerte Neigung der
Rollkörperachse stets eine regelbare Verschiebung des Rollkörpers
in eine neue Auflageposition. Vorliegend sind die geregelten Positionen
als punktierter sowie gestrichelter Kreis wiedergegeben. Wie veranschaulicht
kann so eine Auflageposition näher zur Scheibenmitte (punktierter
Kreis) oder auch eine Auflageposition am Scheibenrand (gestrichelter Kreis)
gezielt angefahren werden. Je größer der Abstand
des Auflagepunktes zur Scheibenmitte, desto größer
ist bei konstanter Drehgeschwindigkeit die Umfanggeschwindigkeit
der Scheibe. Mithin können über die beiden neuen
Auflagepositionen kleinere oder größere Umfanggeschwindigkeiten
gezielt angefahren werden. Vorteilhaft wird in der veranschaulichten
Form dieses Prinzip zur direkten Anpassung einer Leistung an eine
voreingestellte Leistungsanforderung verwendet und konstruktiv bereitgestellt.
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2 veranschaulicht
eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sowie ein besonders
vorteilhaftes Verfahren, bei dem zwei reibschlüssig verbundene
Rolleinheiten eines Rollkörpers zwischen zwei Scheiben
wie vorbeschrieben eingesetzt werden. Durch die Umkehrung des Drehsinnes über
die beiden Rollkkörper ist die räumliche, relative
Anordnung von Scheibendrehsinn, Rollkörperachse und Rollkörperebene
punktsymmetrisch zum Kontaktpunkt der beiden Rollkörper.
Dies bewirkt parallel ausgerichtete Scherkraftvektoren an beiden
Auflagepunkten und eine besonders gleichmäßige
und reibungsarme Verschiebungen des Rollkörpers insgesamt.
Ein Gangunterschied zwischen einer Antriebsscheibe und einer Abtriebsscheibe
kann hier sehr verschleißarm durch direkte Ausrichtung
des Rollkörpers und kruzfristige Nachstellung der Scheibenpositionen
erreicht werden.
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3 veranschaulicht
eine vorteilhafte Einbaulage von 2 Wellenscheiben mit 2 Ringscheiben und
2 Gegenscheiben in einer in Einzelbauteile aufgelösten
Darstellung. Hierbei sind auf zwei parallel zueinander ausgerichteten
Achsen mit deckungsgleichem Längsprofil die Scheiben von
einer Seite zur anderen parallel zu den Achsen betrachtet angeordnet:
- – Eine Scheibe mit formschlüssig
zum Längsprofil ausgestalteter Nabe; auf eine erste Achse
aufgeschoben, wird diese Scheibe starr über das Längsprofil
kraft- und formschlüssig mitgedreht
- – ein Rollkörper mit zwei Rolleinheiten, welche über
einen gemeinsamen Kontaktpunkt eine Umkehrung des Drehsinns bereitstellen,
wie es in 2 bereits erläutert
wurde
- – zwei Federpaare, welche in die auf der gegenüberliegenden,
als Welle dienenden, Achse anzuordnende, nachfolgende Ringscheibe
einzusetzen sind
- – besagte Ringscheibe mit form- und kraftschlüssig
zu dem Längsprofil ausgestalteter Nabe, zwei radial einander
gegenüberliegenden Durchbrüchen für die
darin einzusetzenden Federn
- – eine Wellenscheibe mit einer auf dem Außenumfang
der Welle aufliegenden, glatt kreisförmig ausgebildeten
Nabe; die Wellenscheibe weist auf der zur Ringscheibe hin gerichteten
Seite eine die Ringscheibe außenseitig stabilisierend umfassende
ringförmige Erhebung und zwei mittig in die Durchbrüche
eingreifende Auskragungen auf; die Auskragungen sind über
die zwei Federn elastisch mit der Ringscheibe verbunden; die Rückseite
der Wellenscheibe ist durchgehend glatt ausgebildet
- – eine weitere, wie vorbeschrieben ausgebildete Wellenscheibe,
welche mit ihrer glatten Rückseite auf der Rückseite
der ersten Wellenscheibe aufliegend auf die Welle zu schieben ist;
vorteilhafter Weise wird der flächige Kontakt der beiden
Wellenscheiben durch Strukturierung, Aufrauung oder Schmierung entlang
der gemeinsamen Kontaktfläche in seinen Eigenschaften auf
die Betriebsbedingungen angepasst und so die Gleichmäßigkeit
der Leistung dergestalt verbundener Wellenscheiben erhöht;
- – eine wie vorbeschrieben ausgebildete Ringscheibe
mit wie vorbeschrieben ausgebildeten Federpaaren
- – ein wie vorbeschrieben ausgebildeter Rollkörper
- – und eine über den letztgenannten Rollkörper
mit der letzgenannten Ringscheibe reibschlüssig verbundene
Scheibe mit form- und kraftschlüssig zum Längsprofil
der gegenüber liegenden, ersten Achse ausgebildeter Nabe.
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In
der vorbeschriebenen Einbaulage ist mithin ein Wellenscheibenpaar über
Federn elastisch mit starr mitdrehenden Ringscheiben einer Welle
verbunden und stehen über Rollkörper mit jeweils
zwei Rolleinheiten im reibschlüssigen Kontakt mit zwei
auf einer ersten Achse aufgeschobenen Scheiben. Hierbei gleitet
das Wellenscheibenpaar zum einen gegeneinander über die
bevorzugt in ihren Eigenschaften eingestellten Rückseiten,
zum anderen auf den Ringscheiben im Rahmen der elastisch möglichen Verfahrwege
der Auskragungen innerhalb der Ringscheibendurchbrüche.
Hierbei wird bevorzugt der Reibkontakt zwischen Ringscheibe und
aufliegender Wellenscheibe gleichfalls in seinen Eigenschaften – beispielsweise über
die vorgenannten Maßnahmen – eingestellt.
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4 veranschaulicht eine vorteilhafte Rollkörperführung
am Beispiel eines scheibenförmigen Rollkörpers
mit abgerundeten Kanten in einem seitlichen Schnittbild (4a)
und mit einer isometrischen Darstellung (4b).
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Im
seitlichen Schnittbild 4a sind eine drehbare, ringförmige
Rollkörperachsenhalterung sowie eine gleitend-drehbare
Fixierung der Rollkörperachsenhalterung zwischen zwei Führungsholmen geschnitten
veranschaulicht. Die Rollkörperachsenhalterung ist über einen
seitlich hier horizontal angeordnet abgebildeten, längserstreckten
Hebel mit endständiger Anlenkmöglichkeit verstellbar,
wobei die Rollkörperachse um den Auflagepunkt des Rollkörpers
schwenkbar ist; der Auflagepunkt des Rollkörpers ist somit
zentrisch zur ringförmigen Rollkörperachsenhalterung
angeordnet. Zwei mögliche Ausrichtungen der Rollkörperachsenhalterung
sind als punktierte und gestrichelte Ausrichtungen des längserstreckten
Hebels veranschaulicht; gleichsinnig sind auch die Laufbahnen des
Rollkörpers auf einer reibschlüssig anliegenden
Scheibe als gepunktete sowie gestrichelte Linie angegeben. Die Rollkörperachshalterung
umfasst hier nicht hervorgehobene, über eine Rückstelleinrichtung
steuerbare Lager sowie frei drehbare Lager, wodurch eine mehrteilige
Rollkörperachshalterung ausgebildet ist, welche über
die Position des Rollkörpers entlang einer Verbindungslinie
zwischen den jeweiligen Scheiben rückstellbar und zwischen
den Holmen der Halterung gleitend frei beweglich angeordnet ist.
Wie die isometrische Sicht veranschaulicht (4b), wird
die ringförmige Rollkörperachsenhalterung bevorzugt über
zwei seitlich auskragende Randsegmente, welche einen ersten Führungsholm
seitlich umfassen, sowie zwei frei drehbare, teilumschlossene Walzen,
welche über ein Federpaar im Rollkontakt zur Rollkörperachsenhalterung
sowie zum gegenüberliegenden, zweiten Holm gehalten werden,
auf einer Führungsbahn entlang der verbindenden Geraden
zwischen den Mittelpunkten anliegender Scheiben gehalten. Eine Auslenkung der
Rollkörperachse kann über die hier veranschaulichte,
besonders einfache und robuste Halterung in der vorbeschriebenen
Weise erfolgen. Bevorzugt sind die beiden seitlich mit Federspannung
anliegenden Gleitwalzen in sich frei drehbar und ermöglichen mithin
eine uneingeschränkte, gleichmäßige Gleitbewegung
der anliegenden Rollkörperhalterung innerhalb des von den
beiden Holmen umschlossenen, vertikal erstreckten Zwischenraums.
Eine hier im Detail nicht veranschaulichte Rückstelleinrichtung
ist mehrteilig und koppelt selbständig die Ausrichtung der
Rollkörperdrehachse wechselwirkend mit der Position des
Rollkörpers entlang der Verbindungslinie zwischen den Scheibenmittelpunkten.
Dadurch wird vorteilhaft eine gezielte Positionierung gemäß den folgenden
Wechselwirkungen möglich: a) Ausdrehen der Rollkörperachse
b1) Verschieben des Rollkörpers durch die mit der Ausdrehung
bewirkten Scherkräfte und b2) gleichzeitiges Eindrehen
der Rollkörperachse über den Rückstellmechanismus.
Dergestalt wird die Endposition unter gleichzeitiger Rückstellung
der Rollkörperachse angefahren, was einen vorteilhaft verschleißarm
kontinuierlich abklingenden Scherkrafteinfluss bewirkt; zudem wird
so ein Übersteuern sicher vermieden da mit abklingendem Scherkrafteinfluss
die Verfahrgeschwindigkeit sowie -kraft gleichsinnig geringer wird
und der Rollkörper mit stetig abnehmender Geschwindigkeit
der Endposition angenähert wird. Für diese vorteilhafte
Rollkörperpositionierung ist der Rückstellmechanismus
mithin dergestalt ausgebildet, dass der Rückstellmechanismus
den Neigungswinkel der Rollkörperachse beeinflussend mit
der Rollkörperhalterung gekoppelt ist und gleichzeitig
die Rollkörperhalterung unabhängig vom Rückstellmechanismus
unter Ausdrehung der Rollkörperachse auf eine neue Rollkörperachsposition
eingestellt werden kann; die Koppelung zwischen Rückstellmechanismus
und Rollkörperachsposition ist mithin nicht wechselseitig
sondern wirkt nur einseitig, nämlich ausgehend vom Rückstellmechanismus unter
Mitbestimmung der Rollkörperachsposition.
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In 5 ist
die Einbaulage eines vorteilhaften, mechanischen Drehsensors bei
vorteilhafter, mechanischer Grobeinstellung veranschaulicht. Die Seitenansicht
zeigt in Draufsicht eine Welle mit Längsprofil, formschlüssig
aufgebrachter Ringscheibe und dahinter liegender Wellenscheibe,
welche über Auskragung und Federpaare elastisch mit der Ringscheibe
verbunden ist. Die hinter der Wellenscheibe abgebildete Gegenscheibe
ist hier ohne Funktion und dient allein zur räumlichen
Orientierung. Der hier veranschaulichte, auf der Wellenscheibe und
der Ringscheibe aufliegende Drehsensor ist als Kegelstumpfpaar ausgebildet.
Das Kegelstumpfpaar besteht aus zwei formschlüssig angeordneten Kegelstümpfen,
welche auf parallel nebeneinander angeordneten Laufflächen
von Ringscheibe und Wellenscheibe angeordnet sind; hierbei ist die
Ringscheibe wie vorbeschrieben stabilisierend in einer Auskragung
der Wellenscheibe seitlich umfasst und gleitend gelagert. Die seitliche
Umfassung bildet mit einem radial von der Welle weg abfallenden
Rand die Lauffläche der Wellenscheibe aus, während
die Ringscheibe mit einem gleichsinnig abgeschrägten Außenrand
eine schlüssig ansetzende Lauffläche bereitstellt.
Der Drehsensor ist schräg zu einer Verbindungslinie zwischen
den Scheibenmittelpunkten ausgerichtet und weist eine zylindrische
Fassung der beiden Kegelstumpfsegmente auf. Die Kegelstumpfsegmente
sind zentrisch zum gleichen Mittelpunkt angeordnet und bilden gemeinsam
eine durchgehende Kegelstumpffläche mit zwei Ringsegmenten;
ein jedes Ringsegment wird durch jeweils ein Kegelstumpfsegment
gebildet und beide Kegelstumpfsegmente laufen bei synchronem Lauf
von Ring- und Wellenscheibe mit gleicher Drehzahl. In der zylindrischen
Fassung sind zwei zentrisch ineinander angeordnete Hohlzylinder
der Kegelstumpfsegmente drehbar angeordnet. Hierbei ist zwischen
den Hohlzylindern ein mit einem Innen- und Außengewinde versehenes
Rohrsegment angeordnet. Das Rohrsegment ist über das Innen-
und Außengewinde mit den Hohlzylindern der Kegelstumpfsegmente
verbunden und kann zusammen mit den Kegelstumpfsegmenten als Baugruppe
frei in der zylindrischen Fassung gedreht werden. Hierbei ragt das
Rohrsegment über die zylindrische Fassung hinaus und ist
mit einem Hebelsystem gekoppelt; ein Gangunterschied zwischen den
Laufflächen bewirkt mithin über ein relatives
Verdrehen der Kegelstumpf-Hohlzylinder ein Aus- oder Einfahren des über
Innen- und Außengewinde angeschlossenen Rohrsegments. Diese
Bewegung wäre in der veranschaulichten Ausführungsform
auf einen horizontal ausgerichteten Steuerhebel mit Langloch übertragbar
und würde die Anpassung der Rollkörperposition
an den Gangunterschied ermöglichen. Vorliegend wird der
horizontal angeordnete Hebel für die Grobeinstellung fixiert,
sodass die per Doppelpfeil angedeuteten Beweglichkeiten allein über
eine Hauptsteuerung erfolgen können. Diese Hauptsteuerung
richtet den Rollkörper vorteilhaft durch Ausschwenken seiner
Rotationsachse in Wechselwirkung mit einem nicht veranschaulichten Rückstellmechanismus
neu aus, ohne dabei den Drehsensor zu verstellen. Ist die Hauptsteuerung
in ihrem Steuerungseingriff beendet werden die Hebelsysteme entsprechend
der nachfolgen beschriebenen Figur mit dem Drehsensor in Wechselwirkung gebracht,
um eine möglichst gleichmäßige Leistung bereitzustellen.
Die seitliche Ausrichtung des Drehsensors erlaubt vorteilhaft das
platzsparende Anordnen von mehreren Drehsensoren mit alternierender Ausrichtung
wie nachfolgend noch gezeigt werden wird. Der hier in einer vorbeschrieben
vorteilhaften Halterung gehalterte, vorteilhaft konvex profilierte, walzenförmige
Rollkörper dient zur Veranschaulichung; es versteht sich,
dass sowohl hier als auch in den anderen Veranschaulichungen stattdessen
auch vorteilhafte Rollkörper mit zwei Rolleinheiten oder von
anderem Aufbau oder anderer Geometrie Verwendung finden können.
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6 veranschaulicht
die Einbaulage gemäß 5 bei Selbstregulation;
die Doppelpfeile kennzeichnen die nun beweglich geschalteten Hebel und
das daraus resultierende Hebelsystem: Ein Gangunterschied der Laufflächen
von Ringscheibe und Wellenscheibe bewirkt über eine relative
Verdrehung der Hohlzylindersegmente der mitdrehend anliegenden Kegelstumpfsegmente
ein Aus- oder Einfahren des über Gewinde gekoppelten Hohlzylinders; der
Hohlzylinder verschiebt seinerseits den horizontal ausgerichteten
Hebel über einen in einem Langloch geführten Zapfen,
was über zwei Hebelarme der Hauptsteuerung eine Ausschwenkung
der Rotationsachse des Rollkörpers und nachfolgende Neupositionierung
des Rollkörpers unter Wechselwirkung mit einem Rückstellmechanismus
zur Folge hat. Es versteht sich, dass der in der Rollkörperhalterung
implementierte und hier nicht sichtbare Rückstellmechanismus
der Rotationsachse des Rollkörpers in einer ersten Kalibrierung
vorteilhaft auf die Steigung der durch die vorbeschriebenen Gewinde
ausgebildeten, schiefen Ebene exakt angepasst und abgestimmt wird,
um so ein möglichst gleichmäßiges Leistungsverhalten
sicherzustellen. Nachfolgend ist mithin über eine Auslenkung
der Rollkörperachse stets eine präzise, direkte
Neupositionierung und entsprechende Anpassung der Leistungsübertragung
sichergestellt.
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7 veranschaulicht
als prinzipielles Schnittbild eine bevorzugte Kombination einer
Rollkörperführung mit einem mechanischen Drehsensor. Der
Rollkörper ist hier zwischen zwei Holmen entlang einer
Verbindungslinie zwischen zwei Scheiben gleitend beweglich. Dabei
wird die Rollkörperhalterung gleitend und seitlich umfassend
auf einen Holm aufgelegt und auf der gegenüber liegenden
Seite über zwei frei drehbare, mit einer Feder gegeneinander verspannte
Rollen auf einem Gegenholm geführt. Hier veranschaulicht
ist, dass Holm und Gegenholm Bestandteil eines parallel zur Verbindungslinie
erstreckten Bauteils sind, welches gleitend die vertikal einander
gegenüber liegenden Achsen umschließt und neben
der Rollkörperführung auch eine Halterung für
den Drehsensor bereitstellt. Weiterhin ist der vorbeschriebene Aufbau
eines vorteilhaften, rein mechanischen Drehsensors in einer Schnittdarstellung im
Detail dargelegt. Die Gewinde sind als Spiralen veranschaulicht
und die platzsparende Anordnung von alternierend auf Laufflächen
aufliegenden Drehsensoren ist mit einer gestrichelten Darstellung
eines hinter dem ersten Scheibenpaar angeordneten, weiteren Drehsensors
dargelegt; besonders wirtschaftlich ist hierbei die dargestellte,
Ausführung der Halterungen und zugeörigen Bauteile:
Der vertikal angeordnete Hebel mit Langloch ist mit spiegelsymmetrisch
zur Verbindungslinie zwischen den Achsmittelpunkten angeordneten
Langlöchern versehen und die Halterung für die
Drehsensoren kann auch um 180° um die Vertikale gedreht
montiert werden, sodass mit nur einem Bauteil sowie nur einer Konstruktionsform
die alternierende Anordnung von Drehsensoren ermöglicht
wird. Der letztgenannte Vorteil wird insbesondere in 8 veranschaulicht:
Hier ist eine Einbaulage der regulierenden Einrichtungen eines Ausführungsbeispiels
räumlich in einzelne Elemente aufgelöst dargestellt.
Die Zylinderführung des Drehsensors wurde hier direkt als
mit einem in einem Langloch geführten Stift versehene Halterung
ausgebildet, welche einen auskragenden, endständigen Rand
des mit Innen- und Außengewinde versehenen Rohrsegments
drehbar umfasst. In dieser Figur ist der Rollkörper als
vorteilhafte Kombination von zwei konvex profilierten Rollkörpereinheiten
veranschaulicht.
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9 veranschaulicht
in Seitenansicht eine räumlichen Anordnung von regulierenden
Einrichtungen und Scheiben eines Ausführungsbeispiels;
zu oberst angeordnet ist eine leere Halterung, welche zwei einander
gegenüberliegende Achsen gleitend umschließt und
wie vorbeschrieben eine Gleitbahn für eine Rollkörperhalterung über
zwei Holme bereitstellt. Die eingezeichnete Rollkörperhalterung
und die per Spiralwindungen angedeutete Position eines Drehsensors
sind hier zunächst ohne Funktion und dienen zur Veranschaulichung
der Einbaulage. Rückseitig zur zu oberst liegenden Halterung
sind aufeinander abfolgend sichtbar eine Gegenscheibe, eine zweite
Halterung mit Rollkörperhalterung (teilweise sichtbar),
Rollkörper (verdeckt) und Drehsensor (teilweise sichtbar)
wobei der Drehsensor über einen in einem Langloch geführten
Zapfen mit der Steuermechanik verbunden ist (sichtbar), eine Ringscheibe (teilweise
sichtbar) und eine über Federpaare mit der Ringscheibe
elastisch verbundene Wellenscheibe (teilweise durch die vorgenannten
Elemente verdeckt).
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10 veranschaulicht in isometrischer Ansicht
an einem Ausführungsbeispiel eine bevorzugte, axiale Kraftbeaufschlagung;
hierbei zeigt 10a die räumliche Anordnung
von 4 Halterungen mit raumsparend schräg angeordneten Drehsensor-Befestigungseinrichtungen
in Kombination mit entsprechend angeordneten Ringscheiben mit Federpaaren, Rollkörperhalterungen
und Rollkörperführungen; die in 10a veranschaulichte Einbaulage gibt die Anordnung
der kraftübertragenden, per Drehsensor selbststeuernd regulierten
Baugruppen wieder. In der endständigen Handhabe der Hauptregulation
sind seitlich endständig die leeren Verbindungsstellen
für die außenseitig zu diesen Baugruppen einzusetzenden
Halterungen für Kompressionsrollkörper zu erkennen.
In 10b sind im Vergleich zusätzlich 4 Wellenscheiben,
3 Gegenscheiben, zwei zusätzliche, außenseitig
endständig angeordnete Halterungen und 2 mit der Hauptregulation
gekoppelte Kompressionsrollkörper abgebildet. Die Kompressionsrollkörper
sind in identischen Halterungen und Rollkörperbefestigungen
wie die zwischen den Scheiben angeordneten Rollkörper geführt,
der oberseitig zur vordersten Gegenscheibe angeordnete Kompressionsrollkörper
ist in isometrischer Ansicht voll sichtbar. Bevorzugt sind die Kompressionsrollkörper
in ihrer Form und in ihrem Material an ihre Funktion angepasst:
Rollkörper mit nur einer Rollkörpereinheit in Form
einer schwach konvex gewölbten Fläche stellen
eine vorteilhaft breite und direkt kraftschlüssig aufliegende
Kontaktfläche bereit; vorteilhaft mit geringem Reibungskoeffizienten
gegenüber dem Scheibenmaterial ausgebildet wird ein Kraftverlust durch
die Kompressionsrollkörper minimiert. In der veranschaulichten,
bevorzugten Einbauform werden die Kompressionsrollkörper über
die teilweise sichtbare, an den Hebeln der Hauptregulation unter
Spannung befestigte Feder mit einer Kraft parallel zur Ausrichtung
der Welle beaufschlagt. Die Hauptregulation führt hierbei
sowohl Kompressionsrollkörper als auch die zwischen den
Scheiben angeordneten Rollkörper auf deckungsgleiche Positionen;
hierdurch wird ein kontinuierlicher Kraftfluss im Bereich der im
Wesentlichen in Reihe angeordneten Rollkörper sichergestellt.
Vorteilhaft wird über Kompressionsrollkörper mit
breiter Kontaktfläche ein gleichmäßiger,
flächiger Kraftfluss erzielt, bei dem die selbststeuernde
Regulation der dazwischen liegenden Rollkörper innerhalb des
flächigen Kraftflusses stattfindet. Durch flächige Krafteinleitung
wird eine vorteilhafte Hauptsteuerung und nachfolgende Regulation
mit stabilem, in seiner Kraft konstantem Reibkontakt der kraftübertragenden
Rollkörper bereitgestellt.
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11 veranschaulicht
in Drauf- und Seitenansichten verschiedener Ausführungsbeispiele
verschiedene Baugruppen, welche aus einer kompletten Ausführungsform
herausgelöst zur besseren Übersichtlichkeit dargestellt
sind; in einer Draufsicht ist die Lage von Rollkörpern
und Scheiben veranschaulicht, aufweisend in spiegelsymmetrischer
Anordnung um eine zentrale Gegenscheibe in Abfolge: einen aus zwei
Rollkörpereinheiten gebildeten, reibschlüssig kontaktierten,
Kraft übertragenden Rollkörper mit anliegender
Wellenscheibe, welche über eine Ringscheibe mit einer Welle
verbunden ist, rückseitig zur Wellenscheibe gleitend anliegend
eine zweite Wellenscheibe, welche gleichfalls über eine
Ringscheibe mit der Welle verbunden ist und auf deren Außenfläche
wiederum ein aus zwei Rollkörpereinheiten gebildeter, reibschlüssig
kontaktierter, Kraft übertragender Rollkörper
aufliegt mit nachfolgend anliegender Gegenscheibe, wobei auf die
letztgenannte Gegenscheibe gegenüberliegend zum Rollkörper
ein einteiliger Kompressionsrollkörper aufgelegt ist, in
einer Seitenansicht ist das Übersetzungsverhältnis
als Funktion der relativen Scheibenradien bei einer Wellenscheiben-Gegenscheibe-Kombination
mit einteiligem Rollkörper veranschaulicht: eine zu vorderst
angeordnete Gegenscheibe steht über einen rückseitigen,
gestrichelt markierten, einteiligen Rollkörper im Reibkontakt
mit einer Wellenscheibe, welche über zwei Federpaare und
eine starr mitdrehende Ringscheibe elastisch auf einer Welle angeordnet
ist; durch den einteiligen, kraftübertragenden Rollkörper werden
beide Scheiben mit gleichem Drehsinn gedreht; die Übersetzung
ergibt sich aus dem Verhältnis der Umfangsstrecken der
beiden Scheiben = (U1/U2) im Kontaktpunkt des Rollkörpers
und entspricht bei symmetrisch angeordneten Scheiben mit gleich
großem Radius dem Verhältnis der Abstände
der Rollkörperposition zur jeweiligen, zugehörigen
Achse = (R1/R2); so wird bei einem Radienverhältnis von
R1 zu R2 = 1 zu 2 die zweite Scheibe ob ihrer doppelt so großen
Umfangstrecke nur noch die halbe Rotationsgeschwindigkeit aufweisen,
was einer Übersetzung von ½ = 0,5fache Rotationsgeschwindigkeit
entspricht; durch Verschiebung des Rollkörpers kann mithin
die Übersetzung auf einfach berechenbare Weise neu eingestellt
werden; es versteht sich, dass gerade über mehrteilige
Rollkörper zusätzlich die Kraftübertragung
mit einem weiteren Übersetzungsfaktor erfolgen kann, bevorzugt
mit einem einstellbaren Übersetzungsverhältnis,
wodurch eine vorteilhaft größere Bandbreite an
möglichen Übersetzungen bereitgestellt wird; in
einer weiteren Seitenansicht einer vorteilhaften Ausführungsform
ist die Führung eines einteiligen Rollkörpers
in einer Rollkörperhalterung entlang der Verbindungslinie
der Scheibenmittelpunkte in einer vorteilhaften Halterung herausgestellt.
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12 veranschaulicht in einem Flussdiagramm
ein bevorzugtes, erfindungsgemäßes Verfahren;
erfindungsgemäß erfolgt die selbststeuernde Regulation
wie in 12a veranschaulicht: nachdem in
einem Schritt a) ein Übersetzungsverhältnis – bevorzugt über
die vorbeschriebene Maßnahme der Auslenkung einer Rollkörperachse – eingestellt
worden ist, wird während des Betriebs in einem Schritt
b) ein erfasster Gangunterschied von Ringscheibe und zugehöriger
Wellenscheibe in eine direkte Anpassung c) der jeweiligen Rollkörperposition übersetzt und – bevorzugt über
die vorbeschriebene Maßnahme der Auslenkung der Rollkörperachse – direkt
in die ausgegebene Leistung eingekoppelt, ohne dass ein Abgleichen
und Auswerten von Soll- und Ist-Werten in einem Regelkreis mit Rückkopplung
notwendig wird; bevorzugt wird wie in 12b dargelegt
vor der ersten Inbetriebnahme – vorteilhaft unter Anpassen von
Federkraftkonstanten und Federlängen der vorbeschriebenen
Ringscheiben – eine Kalibrierung des Verfahrens durchgeführt,
in der vorteilhaft die Nullpunktslage der Rollkörperachse
auf beste Kraftübertragung bei geringster Reibung eingeregelt
und Toleranz und Ausmaß der Maßnahme c) auf die
Betriebsbedingungen eingestellt wird.
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13 veranschaulicht
eine besonders raumsparende, vorteilhafte Anordnung von Wellenscheiben
und Gegenscheiben. Durch die Anordnung von Scheiben in planetarer
Konstellation um eine zentrale Achse herum wird es möglich,
gleichzeitig verschiedenste Systeme je nach Bedarf mit Leistung der
zentralen Achse zu verbinden. So kann vorteilhaft raumsparend Leistung
zwischen Lichtmaschine, Antrieb, Steuergruppe sowie Kraftstoff-
und/oder Ölpumpen je nach Bedarf verteilt werden.
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14 veranschaulicht
als Prinzipskizze ein kinetisches System zur Ernergiezwischenspeicherung.
Bei Leistungsüberschuss wird das System mit einer Schwungmasse
des kinetischen Zwischenspeichers verbunden und die Leistung eingespeist; kommt
es zu einem Leistungsunterschuss können die Schwungräder
des Zwischenspeichers – bevorzugt sequentiell und der Anforderung
entsprechend – eingekoppelt werden, um die zwischengespeicherte Leistung
wieder einzuspeisen. So kann vorteilhaft Energie sparend Leistung
zwischen Lichtmaschine, Antrieb, Steuergruppe sowie Kraftstoff-
und/oder Ölpumpen je nach Bedarf verteilt und zwischengespeichert
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 2942902
A1 [0002]
- - DE 102006044543 A1 [0003]
- - EP 1104360 B1 [0004]
- - DE 102004002187 A1 [0005]