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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Traktionsgetriebe, umfassend
- – eine erste und eine zweite Reibscheibe, die koaxial zueinander und axial voneinander beabstandet angeordnet und relativ zueinander um eine gemeinsame Scheibenachse rotierbar gelagert ist, sowie
- – einen Satz zwischen den Reibscheiben kraftschlüssig kontaktierter Reibroller, die rotierbar um jeweils eine Rollerachse gelagert sind, die mittels eines in Bezug auf die Scheibenachse axial verschieblichen Schwenklagers parallel zur Scheibenachse um eine senkrecht zu dieser ausgerichtete Schwenkachse schwenkbar und relativ zu den Reibscheiben um die Scheibenachse rotierbar ist,
wobei die einander zugewandten, jeweils um die Scheibenachse rotationssymmetrischen Reibflächen der Reibscheiben derart konkav geformt sind, dass sich in jeder Schwenkstellung der Rollerachsen - – die beiden Mantellinien der zwei Kontaktstellen jedes Reibrollers mit den Reibscheiben,
- – die jeweils zugeordnete Rollerachse und
- – die Scheibenachse
in einem gemeinsamen Schnittpunkt schneiden.
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Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Traktionsgetriebes.
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Stand der Technik
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Gattungsgemäße Traktionsgetriebe sind bekannt aus der
WO 2009/146748 A1 .
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Die grundsätzliche Form eines Traktionsgetriebes mit zwei um eine gemeinsame Scheibenachse rotierbaren Reibscheiben, zwischen deren einander gegenüberliegenden, konkaven Reibflächen Reibroller kraftschlüssig eingespannt sind, ist seit langem bekannt. Durch Variation des Rollerwinkels lassen sich dabei stufenlos unterschiedliche Übersetzungen zwischen den Reibscheiben realisieren. Im Fall herkömmlicher Toroidgetriebe sind die konkaven Reibflächen der Reibscheiben kalottenförmig ausgebildet.
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Dies führt jedoch zu einer Bohrbewegung an der Kontaktstelle zwischen Roller und Reibfläche, d.h. zu einer rotativen Bewegungskomponente um die Kontaktnormale. Diese Bewegungskomponente, die keinen Beitrag zur Momentenübertragung leistet, reduziert aufgrund der damit verbundenen Bohrreibung den Wirkungsgrad des Getriebes. Es ist daher wünschenswert, die Bohrbewegung nach Möglichkeit zu unterbinden und zwar in sämtlichen Schwenkstellungen der Roller, d.h. für sämtliche realisierbaren Übersetzungen.
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Dem Fachmann ist eine Bedingung bekannt, bei deren Realisierung die Bohrbewegung verschwindet. Dies ist der Fall, wenn sich die Rollerachse, die Scheibenachse und die Mantellinie der Kontaktstelle zwischen Roller und Reibfläche in einem Punkt schneiden. Unter der Mantellinie der Kontaktstelle versteht man die zur kontaktnormalen Senkrechte in der von der Rollerachse und der Scheibenachse aufgespannten Schnittebene.
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Diese Bedingung ist beim Toroidgetriebe in Volltororid-Bauform in keiner Verschwenkstellung realisiert. Beim Toroidgetriebe in Halbtoroid-Bauform kann die Bedingung in zwei ausgewählten Verschwenkstellungen erfüllt sein, außerhalb von diesen jedoch nicht.
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Die oben genannte, gattungsgemäße Druckschrift schlägt als Reibflächenform die sogenannte Huygens-Traktrix vor. Die Traktrix-Kurve hat die Eigenschaft, dass für jede Tangente deren Abstand zwischen dem Berührungspunkt und dem Schnittpunkt mit der Koordinatenachse gleich lang ist. Dieser Zusammenhang wird bei dem bekannten Traktionsgetriebe dadurch ausgenutzt, dass die Schwenklager der Roller derart gestaltet sind, dass die senkrecht zur Scheibenachse ausgerichtete Schwenkachse, um welche die Rollerachsen mittels der Schwenklager schwenkbar sind, auf Höhe der Scheibenachse liegen, d.h. diese schneiden. Diese Anordnung führt in Verbindung mit der Formgebung der Reibflächen als Rotationsflächen der Traktrix-Kurve um die Scheibenachsen dazu, dass die oben erläuterte Schnittbedingung, die zum Verschwinden der Bohrbewegung führt, in jeder Verschwenkstellung der Roller, d.h. bei jeder Übersetzungseinstellung des Traktionsgetriebes, eingehalten wird. Die Verstellung des Übersetzungsgrades erfolgt durch eine Axialverschiebung der Schwenklager der Roller, der selbstverständlich wenigstens eine der Reibscheiben zu folgen hat (oder umgekehrt).
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Obgleich das bekannte Traktrix-Traktionsgetriebe bohrreibungsfrei arbeitet, weist es mehrere Nachteile auf. Zum einen ist der nutzbare Schwenkbereich der Reibroller stark beschränkt. Insbesondere ist die Traktrix-Form nur bis zu einem Tangentenwinkel, d.h. dem Winkel zwischen Mantellinie und Scheibenachse, von bis ca. 80° sinnvoll. Danach sind die lokalen Krümmungen der Traktrix-Kurve zu klein, um für eine sinnvolle Paarung mit typischen Krümmungen der Reibroller im Kontaktbereich eingesetzt werden zu können. Man geht allgemein davon aus, dass die lokale Reibflächenkrümmung mindestens das 1,5-fache der Reibrollerkrümmung betragen sollte. Als ein weiterer Nachteil hat sich erwiesen, dass über weite Übersetzungsbereiche ein großer axialer Stellweg des Schwenklagers zur Übersetzungsvariation erforderlich ist. Dies macht einen großen Abstand der Reibscheiben und einen entsprechend großen Reibrollerdurchmesser erforderlich, was im Hinblick auf den axialen Bauraum ungünstig ist. Zudem ergeben sich große Axialkräfte auf den Reibroller, da beim Traktrix-Getriebe geometriebedingt der Kontaktwinkel, d.h. der Winkel zwischen Rollerachse und Kontaktnormalen, klein ist. Entsprechend aufwendiger muss die Rolleraufhängung gestaltet sein, was insbesondere noch dadurch verstärkt wird, dass aufgrund der Schwenklageranordnung nur wenige Roller Platz zwischen den Reibscheiben eines Scheibenpaares finden.
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Aufgabenstellung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Traktionsgetriebe derart weiterzubilden, dass ohne Verlust der Bohrreibungsfreiheit eine vereinfachte Rolleraufhängung sowie eine axiale Bauraumreduzierung realisiert werden können.
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Darlegung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Schwenkachsen radial beabstandet von den Scheibenachsen angeordnet sind.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Unter konstruktiven Aspekten besteht die Erfindung darin, die Schwenklager nach radial außen zu versetzen. Anders als beim Traktrix-Getriebe schneiden sich Schwenkachsen und Scheibenachse daher nicht, sondern verlaufen windschief, wenngleich senkrecht zueinander. Dadurch wird der geringe zur Verfügung stehende Raum in unmittelbarer radialer Nachbarschaft der Scheibenachse entlastet und die Schwenklager können in größerem Abstand von der Scheibenachse auf einer längeren Umfangslinie positioniert werden, was den Einsatz einer größeren Anzahl von Reibrollern ermöglicht. Hierdurch verringert sich die auf den einzelnen Reibroller wirkenden Kräfte, sodass seine Aufhängung weniger stark ausgelegt werden muss. Zudem ist es möglich, wenngleich nicht zwingend erforderlich, den Schwenkpunkt der Rollerachse in den Bereich zwischen die gewölbten Reibflächen zu verlegen, sodass über einen größeren Schwenkbereich günstigere Winkelverhältnisse an den Kontaktstellen gegeben sind. Gleichzeitig kann der Durchmesser der Reibroller reduziert und die Reibscheiben eines Scheibenpaares näher aneinandergerückt werden. Hierdurch wird axialer Bauraum eingespart.
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Der Fachmann wird erkennen, dass diese Vorteile einschließlich der geforderten Bohrreibungsfreiheit nicht unter Beibehaltung der Traktrix-Form der Reibflächen realisierbar sind. Es bedarf daher einer Anpassung der Reibflächenform an die erfindungsgemäße Geometrie des Getriebes.
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Allerdings ist es nicht möglich, hier einen allgemeingültigen, geschlossenen mathematischen Ausdruck für die Flächenform anzugeben. Der Fachmann wird sich daher bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Traktionsgetriebes die erforderliche Reibflächenform unter Berücksichtigung der konkreten geometrischen Parameter des herzustellenden Getriebes herleiten müssen. Dies ist mit den Methoden der analytischen Geometrie möglich. Verkürzt dargestellt, wird das herzustellende Traktionsgetriebe mit allen geometrischen Parametern mit Ausnahme der Reibflächenform virtuell simuliert. Aufgrund der Rotationssymmetrie der Reibscheiben genügt es dabei, ein zweidimensionales Model in der von der Scheibenachse und einer Rollerachse aufgespannten Ebene zu erzeugen. Sodann wird der Roller im Model um die Schwenkachse verschwenkt, wobei in jeder Schwenkstellung diejenige lokale Krümmung der zu ermittelnden Reibfläche berechnet wird, die notwendig wäre, um in der aktuellen Verschwenkstellung die oben erläuterte Schnittbedingung zur Bohrreibungsfreiheit einzuhalten. Diese Berechnung ist besonders einfach, wenn, wie bevorzugt vorgesehen, jeder Reibroller in seinem Kontaktbereich dieselbe, konstante Krümmung aufweist. Grundsätzlich möglich ist die Berechnung jedoch auch, wenn die Krümmung des Reibroller-Kontaktbereichs lokal variiert. Es resultiert eine Folge von Lokalkrümmungen als Funktion der Verschwenkstellung des Rollers, was in eine Folge von Lokalkrümmungen als Funktion des Scheibenradius umrechenbar ist. Mit anderen Worten erhält der Fachmann eine Mehrzahl von Stützpunkten, jeweils bestehend aus dem Tupel von Lokalkrümmung und Scheibenradius, aus der er nach bekannten mathematischen Methoden, insbesondere durch Interpolation zwischen den Stützpunkten, eine kontinuierliche Kurve berechnen kann. Die zu ermittelnde, rotationssymmetrische Reibflächenform entspricht dann der Rotationsfläche dieser Kurve um die Scheibenachse. Diese Angabe eines Verfahrens zur Ermittlung einer Reibflächenform für ein erfindungsgemäßes Traktionsgetriebe ist rein beispielhaft zu verstehen. Der Fachmann wird auch auf anderen Wegen zu der gewünschten Flächenform gelangen können.
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Unter Zugrundelegung des oben skizzierten Ansatzes umfasst ein besonders bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Traktionsgetriebes daher die folgenden Schritte:
- a) Erstellen eines virtuellen, 2-dimensionalen Modells des herzustellenden Traktionsgetriebes in einer von der Scheibenachse und einer Rollerachse aufgespannten Schnittebene unter Auslassung der ihrer Form nach zu bestimmenden Reibflächen,
- b) Bestimmen der Reibflächenform der Reibscheiben des herzustellenden Traktionsgetriebes durch
b1) schrittweises Verschwenken der modellierten Rollerachse zu einer Mehrzahl von Verschwenkstellungs-Stützpunkten,
b2) an jedem Verschwenkstellungs-Stützpunkt: Berechnen derjenigen lokalen Krümmungen der ihrer Form nach zu bestimmenden Reibflächen, die bei der aktuell eingestellten Verschwenkstellung an den zwei Kontaktstellen des modellierten Reibrollers mit den ihrer Form nach zu bestimmenden Reibflächen erforderlich ist, damit sich
– die beiden Mantellinien der zwei Kontaktstellen,
– die jeweils zugeordnete, modellierte Rollerachse und
– die modellierte Scheibenachse in einem gemeinsamen Schnittpunkt schneiden,
b3) Zusammensetzen von Schnittkurven der ihrer Form nach zu bestimmenden Reibflächen aus den berechneten lokalen Krümmungen wobei die lokalen Krümmungen zwischen den Verschwenkungs-Stützpunkten interpoliert werden,
b4) Berechnen 3-dimensionaler Reibflächenformen als Rotationsflächen der zusammengesetzten Schnittkurven um die Scheibenachse,
- c) reales Herstellen und Montieren der Einzelteile des modellierten Traktionsgetriebes unter Verwendung der berechneten Reibflächenformen als Formen der Reibflächen der realen Reibscheiben.
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Unter konstruktiven Aspekten lässt sich das erfindungsgemäße Traktionsgetriebe auf unterschiedliche Weisen realisieren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schwenklager im radial äußeren Bereich eines zur Scheibenachse koaxialen, sich von radial innen nach radial außen erstreckenden Rollerträgers angeordnet sind. Der Begriff „radial“ bezieht sich dabei auf die Scheibenachse. Der Rollerträger kann beispielsweise als eine im Bereich der Scheibenachse gelagerte oder fixierte Trägerscheibe sein.
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Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die Schwenklager im radial inneren Randbereich eines zur Scheibenachse koaxialen, sich von radial außen nach radial innen erstreckenden Rollerträgers angeordnet sind. Bei dieser Variante könnte der Scheibenträger als Trägerring ausgebildet sein, der an einem Getriebegehäuse gelagert oder fixiert ist, welches das erfindungsgemäße Getriebe umgibt. Nachfolgend soll jedoch im Wesentlichen auf die erstgenannte Variante eingegangen werden, ohne dass die Erfindung auf diese Ausführungsform beschränkt wäre.
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Das erfindungsgemäße Traktionsgetriebe kann grundsätzlich sowohl für den Zweiwellenbetrieb als auch für den Dreiwellenbetrieb ausgelegt werden. Beim Dreiwellenbetrieb sind beide Reibscheiben sowie der Rollerträger drehbar gegenüber einer Basis, insbesondere gegenüber einem Gehäuse, gelagert. Beim Zweiwellenbetrieb ist eines der genannten Elemente drehfest zur Basis. Bevorzugt handelt es sich dabei um eine der Reibscheiben. Der Rollerträger ist in diesem Fall drehfest auf einer zur Scheibenachse koaxialen, relativ zu einem Getriebegehäuse rotierbaren Rollerträgerwelle fixiert.
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Um die für die Schwenklager erforderliche Axialverschieblichkeit zu realisieren, sind, ausgehend von der vorgenannten Ausführungsform, zwei Varianten denkbar. Zum einen kann – bevorzugt – vorgesehen sein, dass die Rollerträgerwelle relativ zu dem Getriebegehäuse axial verschieblich gelagert ist. Alternativ könnte auch der Rollerträger axial verschieblich auf der Rollerträgerwelle gelagert sein.
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Bei der hier erläuterten Variante des Zweiwellenbetriebs mit rotierbarem Rollerträger ist für die Anordnung der Reibscheiben bevorzugt vorgesehen, dass die erste Reibscheibe drehfest auf einer relativ zum Getriebegehäuse rotierbar gelagerten Reibscheibenwelle fixiert ist und die zweite Reibscheibe als eine im Getriebegehäuse drehfest und axial verschieblich gelagerte Anpressscheibe ausgebildet ist. Zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses ist bei dieser Ausführungsform vorgesehen, den Rollerträger axial zu verschieben, wobei sich der Schwenkwinkel der Reibroller ändert, sodass ein anderes Übersetzungsverhältnis realisiert wird. Die axial verschiebliche Anpressscheibe folgt dieser Verschiebung entsprechend. Beispielsweise kann die Anpressscheibe durch Federn und/oder einen hydrostatischen Anpresszylinder in Richtung auf die erste Reibscheibe vorgespannt sein. Zur Axialverschiebung des Rollerträgers kann dieser auf einer axial verschieblich gelagerten hohlen und mit einem Innengewinde ausgestatteten Rollerträgerwelle fixiert sein, die einen axial festen Gewindebolzen koaxial umgreift, welcher über ein Überlagerungsgetriebe mit der Rollerträgerwelle gekoppelt ist. Im Normalfall rotieren Gewindebolzen und Rollerträgerwelle drehzahlgleich. Im Schaltfall wird über das Überlagerungsgetriebe temporär eine Differenzdrehzahl erzeugt, wodurch die Rollerträgerwelle und mit ihr der Rollerträger nach Art eines Schneckentriebs eine Axialbewegung erfährt.
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Bei anderen Varianten des Zweiwellenbetriebs sind beide Reibscheiben rotierbar gegenüber dem Getriebegehäuse gelagert, wohingegen der Rollerträger gegenüber dem Gehäuse drehfest angeordnet ist. Auch bei dieser Variante bedarf es einer axialen Verschieblichkeit des Rollerträgers, die, auf zwei unterschiedliche Weisen realisierbar ist. Bei einer ersten Variante ist vorgesehen, dass der Rollerträger drehfest und axial verschieblich auf einer drehfest am Getriebegehäuse fixierten Rollträgerführung gelagert ist. Alternativ dazu kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Rollerträger dreh- und axialfest auf einer drehfest und axial verschieblich an dem Getriebegehäuse fixierten Rollerträgerführung fixiert ist. Im ersten Fall wird also der Rollerträger relativ zu seiner Führung axial verschoben. Im zweiten Fall wird der Rollerträger mit samt seiner Führung axial verschoben.
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Beim Dreiwellenbetrieb, bei dem beide Reibscheiben und der Rollerträger relativ zum Getriebegehäuse rotierbar sein müssen, ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Reibscheibe drehfest auf einer relativ zum Getriebegehäuse rotierbar gelagerten, ersten Reibscheibenwelle fixiert ist und die zweite Reibscheibe drehfest auf einer relativ zum Getriebegehäuse rotierbar gelagerten, zweiten Reibscheibenwelle fixiert ist. Für den Rollerträger sind sämtliche im Kontext des Zweiwellengetriebes beschriebenen Varianten, die seine Rotierbarkeit gegenüber dem Getriebegehäuse gewährleisten, möglich.
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Wie eingangs erläutert, ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Aufhängung der Reibroller konstruktiv besonders einfach ausgestaltet werden kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist diesbezüglich vorgesehen, dass jeder Reibroller einen Achsbolzen und einen rotierbar auf diesem gelagerten Reibkörper aufweist, wobei der Achsbolzen einerseits über das zugeordnete Schwenklager an dem Rollerträger angelenkt ist und andererseits eine verbreiterte Endkappe aufweist, gegenüber welcher der Reibkörper axial gelagert ist. Die Endkappe stützt nach (bezogen auf die Scheibenachse) radial außen gerichtete Kräfte auf den Reibkörper ab. Die nach axial innen gerichteten Kräfte werden über den Kontaktbereich des Reibkörpers von den Reibflächen der Reibscheiben abgestützt, dies jedoch erfindungsgemäß ohne Bohrreibungsverluste.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1: eine schematische Darstellung der Symmetrieverhältnisse im erfindungsgemäßen Traktionsgetriebe,
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2: die Darstellung von 1 in drei unterschiedlichen Übersetzungs-Einstellungen,
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3: ein Ausschnitt des erfindungsgemäßen Traktionsgetriebes in einer konstruktiven Ausführungsform,
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4: eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts des Traktionsgetriebes von 3,
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5: die Ausschnittsdarstellung von 3 in drei unterschiedlichen Übersetzungs-Einstellungen und
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6: eine Querschnittdarstellung durch eine Antriebsanordnung mit erfindungsgemäßem Traktionsgetriebe in einer bevorzugten Ausführungsform.
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Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Elemente hin.
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1 verdeutlicht in stark schematisierter Darstellung die Symmetrieverhältnisse in einem erfindungsgemäßen Traktionsgetriebe. Die einzelnen Elemente sind hinsichtlich ihrer für die Funktionsweise des Getriebes relevanten Aspekte in idealisierter Strichdarstellung gezeigt. Sofern nichts anderes angegeben ist, beziehen sich achsenbezogene Beschreibungen wie „radial“ oder „axial“ jeweils auf die Scheibenachse 10. Rotationssymmetrisch um die Scheibenachse 10 sind eine erste Reibscheibe 12, von der im Wesentlichen lediglich die konkave Reibfläche 121 dargestellt ist, und eine zweite Reibscheibe 14, von der im Wesentlichen nur die konkave Reibfläche 141 dargestellt ist, ausgebildet. Weiter ist rotationssymmetrisch um die Scheibenachse 10 ein Rollerträger 16 ausgebildet. Die genannten Elemente, d.h. die erste Reibscheibe 12, die zweite Reibscheibe 14 und der Rollerträger 16 sind relativ zueinander um die Scheibenachse 10 drehbar angeordnet. Ob eines und ggf. welches der genannten Elemente drehfest mit einem äußeren, in 1 nicht dargestellten Getriebegehäuse verbunden ist, ist für die hiesige Erläuterung der Symmetrieverhältnisse ohne Belang.
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An seinem radial äußeren Ende trägt der Rollerträger 16 ein Schwenklager 18, der einen Reibroller 20 trägt. Der Reibroller 20 umfasst einen Achsbolzen 201 und einen um diesen rotierbaren Reibkörper 204. Der Achsbolzen 201 ist mittels des Schwenklagers 18 am Rollerträger 16 angelenkt, sodass der Reibroller 20 parallel zur Scheibenachse 10, d.h. um eine senkrecht zur Darstellungsebene verlaufende Schwenkachse, schwenkbar ist. Der Reibkörper 204 ist um die durch den Achsbolzen 201 definierte Rollerachse 24 drehbar. An seinem äußeren Rand ist der Reibkörper 204 mit einer Krümmung versehen, wie in 1 durch die punktierten Kreislinien 26 um den Krümmungsmittelpunkt 28 dargestellt ist. Mit seinem derart gekrümmten äußeren Rand kontaktiert der Reibroller 20 die Reibflächen 121, 141 an den jeweils zugeordneten Kontaktstellen 301, 302.
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An den Kontaktstellen 301, 302 lassen sich Kontaktnormalen 321, 322 als diejenigen Geraden definieren, die senkrecht auf der nicht eingezeichneten Kontaktebene stehen. Die Schnittlinie zwischen dieser Kontaktebene und der von der Scheibenachse 10 und der Rollerachse 24 aufgespannten Ebene ist in 1 jeweils als sogenannte Mantellinie 341, 342 eingezeichnet.
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Die Form der konkaven Reibflächen 121, 141 ist so gewählt, dass sich die Mantellinien 341, 342 mit der Scheibenachse 10 und der Rollerachse 24 im gemeinsamen Schnittpunkt 36 treffen. Dies ist die Bedingung für Bohrreibungsfreiheit an den Kontaktstellen 301, 302. Sie ist bei dem erfindungsgemäßen Traktionsgetriebe in jeder Verschwenkstellung des Reibrollers 20 gegeben. Dies ist insbesondere in 2 verdeutlicht, die in ihren Teilfiguren a–c unterschiedliche Verschwenkstellungen und damit unterschiedliche Übersetzungs-Einstellungen des erfindungsgemäßen Traktionsgetriebes darstellt. Bei der in 2 gewählten Ausführungsform bzw. Darstellung ist die erste Reibscheibe 12 axial fixiert. Zur Änderung der Übersetzungs-Einstellung bedarf es einer koordinierten Axialverschiebung des Rollerträgers 16 und der zweiten Reibscheibe 14 derart, dass stets der kraftschlüssige Kontakt des Reibrollers 20 an den Reibflächen 121, 141 in den (wandernden) Kontaktstellen 301, 302 gewährleistet ist. Man erkennt, dass im Rahmen der Übersetzungs-Verstellung der Schnittpunkt 36 von Mantellinien 341, 342, Scheibenachse 10 und Rollerachse 24 auf der Scheibenachse 10 axial wandert, wobei jedoch die Schnittbedingungen als Voraussetzung für Bohrreibungsfreiheit erhalten bleiben.
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Wie im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert, kann die hierfür geeignete Form der konkaven Reibflächen 121, 141 dadurch gefunden werden, dass der Reibroller 20 in einem virtuellen Modell, ähnlich wie in 2 dargestellt, schrittweise in unterschiedliche Verschwenkstellungen verschwenkt wird und dass für jede Verschwenkstellung die lokale Krümmung der Reibflächen 121, 141 berechnet wird, die zur Erfüllung der erläuterten Schnittbedingung führt. Zusammensetzen der so berechneten Kurvenabschnitte und Interpolation zwischen den explizit berechneten Stützstellen führt zu der korrekten Reibflächenform. Der Fachmann wird erkennen, dass eine derartige Berechnung in der Ebene, wie in 2 dargestellt, hinreichend ist. Die dreidimensionale Form der Reibfläche ergibt sich als Rotationsfläche der berechneten Krümmungskurve um die Scheibenachse 10.
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3 stellt eine Schnittdarstellung durch eine konstruktive Ausführungsform dar, wobei die repräsentativen Liniendarstellung der 1 und 2 zu Illustrationszwecken der Abbildung von 3 überlagert ist. Von Bedeutung ist hier insbesondere die vorteilhafte Ausführungsform der Reibroller-Aufhängung. Das Schwenklager 18 wird von einer Gabel 181 des Rollerträgers 16 gebildet, die von einem Lagerbolzen 182 durchsetzt ist. Der Lagerbolzen 182 durchsetzt eine korrespondierende Querbohrung im Achsabschnitt 202 des Achsbolzens 201, der an seinem freien Ende mit einer verbreiterten Endkappe 203 bewehrt ist. Der Reibkörper 204 des Reibrollers 20 ist um den Achsabschnitt 202 drehbar gelagert und zwar mit einem Radiallager 206. Ein zusätzliches Axiallager 207 lagert den Reibkörper 204 gegen die Unterseite der Endkappe 201. Diese stützt somit die Axialkräfte (bezogen auf die Rollerachse) ab, welche sich durch die Anpressung des Reibkörpers 204 an die Reibflächen 121, 141 ergeben.
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In 4 ist eine schematische Darstellung der Reibscheiben 12, 14 mit mehreren auf einem Rollerträger 16 gelagerten Reibrollern 20 gezeigt.
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5 zeigt in ihren Teilfiguren a bis c das Getriebe von 3 in drei unterschiedlichen Verschwenkstellungen und damit Übersetzungs-Einstellungen, bezüglich derer auf die Erläuterungen zu 2 verwiesen werden kann.
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6 zeigt eine Antriebsanordnung 1000, in der das erfindungsgemäße Traktionsgetriebe in Form zweier spiegelsymmetrisch angeordneter Getriebeeinheiten Anwendung findet. In einem Gehäuse 1002 ist eine elektrische Maschine 1010 angeordnet, deren Stator 1012 gehäusefest fixiert ist und deren Rotor 1014 innerhalb des Stators 1012 auf einer rotierbar im Gehäuse 1002 gelagerten Rotorwelle 1016 fixiert ist. Beidseitig der elektrischen Maschine 1010 ist jeweils eine erfindungsgemäße Getriebeanordnung in spiegelsymmetrischem Aufbau vorgesehen. Die Rotorwelle 1016 dient dabei zugleich als Reibscheibenwelle, auf welcher die erste Reibscheibe 12 jeder Getriebeeinheit dreh- und axialfest fixiert ist. Die erste Reibscheibe 12 dient somit als Eingangselement jeder der beiden erfindungsgemäßen Traktionsgetriebeeinheiten.
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Der ersten Reibscheibe 12 gegenüber liegt jeweils eine zweite Reibscheibe 14, die drehfest und axial verschieblich im Gehäuse 1002 gelagert ist. Die zweite Reibscheibe 14 ist jeweils mittels eines hydrostatischen Anpresszylinders 1020 in Richtung auf die erste Reibscheibe 12 vorgespannt.
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Zwischen der ersten Reibscheibe 12 und der zweiten Reibscheibe 14 ist ein Rollerträger 16 mit einer Mehrzahl von Reibrollern 20 angeordnet. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird hinsichtlich der Wechselwirkung zwischen Reibscheiben 12, 14 und Reibroller 20 auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Der Rollerträger 16 ist auf einer drehbar im Gehäuse, insbesondere koaxial innerhalb der Rotorwelle/Reibscheibenwelle 1016, gelagerten Rollerträgerwelle 1030 fixiert. Die Rollerträgerwelle 1030 ist aus zwei drehfest miteinander verbunden aber relativ zueinander sowie im Gehäuse 1002 axial verschiebbaren Längsabschnitten ausgebildet, von denen jeder den Rollerträger 16 einer Getriebeeinheit trägt. Die Rollerträgerwelle 1030 ist bei der dargestellten Ausführungsform als Hohlwelle mit einem Innengewinde in jedem Längsabschnitt ausgebildet, in welchem ein gemeinsamer Gewindebolzen 1032 sitzt. Die Rollerträgerwelle 1030 und der Gewindebolzen 1032 sind über ein Überlagerungsgetriebe 1034 miteinander gekoppelt.
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Ein von der elektrischen Maschine 1010 erzeugtes Drehmoment wird über die Rotorwelle/Reibscheibenwelle 1016 auf die erste Reibscheibe 12 übertragen und über die Reibroller 20 je nach deren Winkelstellung auf die Rollerträgerwelle 1030 übersetzt. Die Rollerträgerwelle 1030 dient somit als gemeinsames Ausgangselement der beiden erfindungsgemäßen Getriebeeinheiten und ist ausgangsseitig mit einem Differenzial 1040 verbunden, welches das Moment auf die beiden Räder einer angetriebenen Achse verteilt.
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Zur Veränderung der Übersetzungseinstellung wird mittels eines Stellmotors 1036 über das Überlagerungsgetriebe 1034 temporär eine Differenzdrehzahl zwischen der Rollerträgerwelle 1030 und dem Gewindebolzen 1032 erzeugt. Hierdurch kommt es zu einander entgegengesetzten Axialverschiebungen der Rollerträger 16 der beiden spiegelsymmetrisch aufgebauten Getriebeeinheiten und damit zu einer gleichgerichteten Veränderung der Übersetzungsverhältnisse in den beiden Getriebeeinheiten durch Verkippung der jeweiligen Roller, wie oben bereits ausführlich erläutert.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Scheibenachse
- 12
- erste Reibscheibe
- 121
- Reibfläche von 12
- 14
- zweite Reibscheibe
- 141
- Reibfläche von 14
- 16
- Rollerträger
- 18
- Schwenklager
- 181
- Gabel
- 182
- Lagerbolzen
- 20
- Reibroller
- 201
- Achsbolzen
- 202
- Achsabschnitt von 201
- 203
- Endkappe von 201
- 204
- Reibkörper
- 206
- Radiallager
- 207
- Axiallager
- 24
- Rollerachse
- 26
- Krümmungskreis
- 28
- Krümmungsmittelpunkt
- 301
- erste Kontaktstelle
- 302
- zweite Kontaktstelle
- 321
- erste Kontaktnormale
- 322
- zweite Kontaktnormale
- 341
- erste Mantellinie
- 342
- zweite Mantellinie
- 36
- Schnittpunkt
- 1000
- Antriebsanordnung
- 1002
- Gehäuse
- 1010
- elektrische Maschine
- 1012
- Stator von 1010
- 1014
- Rotor von 1010
- 1016
- Rotorwelle / Reibscheibenwelle
- 1020
- hydrostatischer Anpresszylinder
- 1030
- Rollerträgerwelle
- 1032
- Gewindebolzen
- 1034
- Überlagerungsgetriebe
- 1036
- Stellmotor
- 1040
- Differenzial
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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