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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Traktionsgetriebe mit einem ersten und einem zweiten Teilgetriebe, die spiegelsymmetrisch zueinander aufgebaut und axial benachbart in einem Gehäuse angeordnet sind, jeweils umfassend
- - eine axial innere, erste Reibscheibe und eine axial äußere, zweite Reibscheibe, die koaxial angeordnet und relativ zueinander um eine Getriebe-Zentralachse rotierbar sind, sowie
- - einen Satz zwischen den Reibscheiben kraftschlüssig kontaktierter Reibroller, die rotierbar um jeweils eine Rollerachse gelagert sind, wobei die Rollerachsen an einem axial bewegbaren, sternförmigen Steg radial von der Getriebe-Zentralachse beabstandet schwenkgelagert sind,
wobei
- - die ersten Reibscheiben mittels wenigstens einer ersten axial entkoppelten Drehfixierung drehmomentübertragend mit einer gemeinsamen ersten Welle gekoppelt sind,
- - die zweiten Reibscheiben drehmomentübertragend mit einer gemeinsamen, relativ zur ersten Welle koaxialen, zweiten Welle gekoppelt sind,
- - der axiale Abstand zwischen dem dem ersten Teilgetriebe zugeordneten, ersten Steg und dem dem zweiten Teilgetriebe zugeordneten, zweiten Steg mittels einer Abstands-Stelleinrichtung variierbar ist und
- - funktional zwischen den Reibscheiben eines Paares von mit derselben gemeinsamen Welle gekoppelten Reibscheiben eine Abstandsänderungen der Stege momentendifferenzabhängig ausgleichende, erste Wälzkörper/Rampen-Kupplung angeordnet ist.
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Stand der Technik
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Die Druckschrift offenbart ein im Inneren des Rotors einer elektrischen Maschine angeordnetes Traktionsgetriebe, welches aus zwei einander axial benachbart angeordneten Teilgetrieben besteht. Die Teilgetriebe sind im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander aufgebaut und umfassen jeweils eine Antriebsscheibe, eine Abtriebsscheibe und einen Satz reibschlüssig zwischen diesen Reibscheiben angeordneter Reibroller. Die Reibroller sind auf einem sternförmigen Steg gelagert, der axial verschieblich und im Wesentlichen drehfest zum Gehäuse angeordnet ist. Insbesondere kann der Abstand der Stege der beiden Teilgetriebe zur Übersetzungseinstellung variiert werden. Dies erfolgt mittels einer Gewindekopplung beider Stege, sodass zu einer Abstandverstellung eine Relativrotation der beiden Stege erforderlich ist. Abgesehen von dieser Verstellrotation führt der Steg bei Betrieb jedoch keine Rotationen relativ zum Gehäuse aus. In diesem Sinne ist die obige Angabe eines „im Wesentlichen“ zum Gehäuse drehfesten Steges zu verstehen.
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Die auf den einander zugewandten Seiten der Teilgetriebe angeordneten, d.h. mit Blick auf die Gesamtanordnung die axial innen liegenden Antriebsscheiben sind axial verschieblich und drehmomentübertragend mit dem Rotor der elektrischen Maschine gekoppelt. Hierzu trägt die erste Antriebsscheibe eine Außenverzahnung, die in eine korrespondierende Innenverzahnung des Rotors eingreift, sodass eine Gleitverzahnung resultiert, die eine axial entkoppelte Drehfixierung der ersten Antriebsscheibe am Rotor darstellt. Die zweite Antriebsscheibe ist mit der ersten Antriebsscheibe über eine Wälzkörper/Rampen-Kupplung gekoppelt, sodass ein zwischen den Antriebsscheiben auftretendes Differenzmoment zu einer Abstandsvariation der Antriebsscheiben führt. Die auf den einander abgewandten Seiten der Teilgetriebe angeordneten, d.h. mit Blick auf die Gesamtanordnung die axial außen liegenden Antriebsscheiben sind dreh- und axial fest mit einer zweiten Welle verbunden, die koaxial zur ersten Welle und radial innerhalb der Reibscheiben liegt. Ein von der elektrischen Maschine aufgebrachtes Drehmoment wird also über die Antriebsscheiben symmetrisch in die beiden Teilgetriebe eingebracht. Dort mittels der Roller mit einer der Kippstellung der Reibroller entsprechenden Übersetzung auf die Abtriebsscheiben und von diesen auf die zweite Welle übertragen. Eine gleichmäßige Anpresskraft in beiden Teilgetrieben wird dabei durch die Wälzkörper/Rampen-Kupplung zwischen den Antriebsscheiben gewährleistet. Diese dient auch dem Stellwegausgleich bei einer Verstellung der Übersetzung.
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Zur Übersetzungsverstellung wird der Abstand der Stege verändert, was mit einer transienten Änderung der Anpresskraft verbunden ist, die wiederum eine kompensierende Verschiebung der Antriebsscheiben mittels der Wälzkörper/Rampen-Kupplung hervorruft und eine Verkippung der Reibroller bewirkt.
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Als nachteilig hat sich erwiesen, dass die als Rampe ausgebildete Nut der Wälzkörper/Rampen-Kupplung sehr tief ausgebildet sein muss. Insbesondere muss sie die Axialbewegungen der beiden Teilgetriebe aufzunehmen in der Lage sein. Entsprechend groß müssen auch die Wälzkörper gestaltet sein, was bei der typischen Ausgestaltung der Wälzkörper als Kugeln zu einem erheblichen radialen Bauraum bei gleichzeitig geringer Anzahl von Wälzkörpern, d.h. zu einer geringen Laufruhe und einem nicht optimal direkten Ansprechen beim Verstellvorgang und somit zu der Gefahr eines temporären Schlupfes in den Teilgetrieben führt.
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Aufgabenstellung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Traktionsgetriebe derart weiterzubilden, dass bei reduziertem Radialbauraum eine größere Schlupfsicherheit resultiert.
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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 funktional zwischen den Reibscheiben besagten Paares von mit derselben gemeinsamen Welle gekoppelten Reibscheiben und zusätzlich zu der ersten Wälzkörper/Rampen-Kupplung eine Abstandsänderungen der Stege momentendifferenzabhängig ausgleichende, zweite Wälzkörper/Rampen-Kupplung angeordnet ist.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Der Kern der Erfindung besteht darin, die Ausgleichsbewegungen der beiden Teilgetriebe beim Verstellvorgang auf zwei Wälzkörper/Rampen-Kupplungen, von denen je eine je einem der Teilgetriebe zugeordnet ist, aufzuteilen. Hierdurch reduziert sich der Hub, den jede einzelne Wälzkörper/Rampen-Kupplung kompensieren muss. Folglich halbiert sich die Tiefe der entsprechenden, als Rampen wirkenden Nuten. Hieraus ergibt sich wiederum, dass ein deutlich reduzierter Durchmesser der Wälzkörper erforderlich ist. Dies führt bei Kugeln unmittelbar zu einem reduzierten radialen Bauraum. Des Weiteren lassen sich aufgrund des reduzierten Wälzkörperdurchmessers deutlich mehr Wälzkörper über den Umfang der Wälzkörper/Rampen-Kupplung verteilen, sodass sich insgesamt eine verbesserte Laufruhe und ein direkteres Ansprechen beim Verstellvorgang einstelle. Dies führt dann zu einer größeren Schlupfsicherheit der Reibroller gegenüber den Reibscheiben. Insgesamt ergibt sich also eine deutlich verbesserte Leistung des Traktionsgetriebes.
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Zur konkreten Ausgestaltung, insbesondere zur Verteilung der beiden Wälzkörper/Rampen-Kupplungen sind unterschiedliche Ausprägungen denkbar. Bei einer ersten bevorzugten Variante ist vorgesehen, dass die beiden Wälzkörper/Rampen-Kupplungen funktional und axial zwischen den beiden ersten Reibscheiben angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die beiden Wälzkörper/Rampen-Kupplungen zwischen den Teilgetrieben angeordnet. Typischerweise werden bei dieser Anordnung also die Axialbewegungen der Antriebsscheiben kompensiert.
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Es ist üblich, den Verstellmechanismus von Traktionsgetrieben antagonistisch zu gestalten. D.h. der eigentlichen Verstellkraft wird eine Federvorspannung entgegen gestellt, sodass das Getriebe bidirektional direkt anspricht. Bei einer Weiterbildung der oben genannten, ersten bevorzugten Variante ist vorgesehen, dass die beiden Wälzkörper/Rampen-Kupplungen mittels einer axial zwischen ihnen angeordneten Vorspannfeder federvorgespannt sind. Da bekanntlich über eine axial wirkende Vorspannfeder Drehmomente nur schlecht übertragbar sind, wird eine solche Variante günstigerweise derart ausgeführt, dass beidseitig zwischen der Vorspannfeder und den ersten Reibscheiben je eine axial entkoppelte Drehfixierung zur ersten Welle angeordnet ist. Die drehmomentübertragende Verbindung zur ersten Welle erfolgt also gesondert für jede der beiden Wälzkörper/Rampen-Kupplungen bzw. für jede der ersten Reibscheiben. Die durch die zentral angeordnete Vorspannfeder entstehende Lücke in der Drehmomentübertragung kann auf diese Weise überbrückt werden.
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Alternativ kann jedoch vorgesehen sein, dass der Federvorspannmechanismus nicht auf die ersten, sondern auf die zweiten Reibscheiben wirkt. Mit anderen Worten ist hierbei vorgesehen, dass die beiden zweiten Reibscheiben mittels wenigstens einer ersten Vorspannfeder gegeneinander vorgespannt sind. Diese erste Vorspannfeder kann axial außerhalb der Teilgetriebe liegen. Dem Fachmann wird klar sein, dass es zur Erzielung der oben erläuterten, antagonistischen Ansteuerung des Getriebes nicht darauf ankommt, dass die Antagonisten unmittelbar am selben Element, d.h. an derselben Reibscheibe ansetzen; vielmehr muss lediglich ein insgesamt auf die Teilgetriebe wirkender, antagonistischer Mechanismus realisiert sein. Um nicht etwa durch Reibungsverluste oder ähnliches, die sich auf unterschiedlich langen Kraftübertragungswegen zwischen der Vorspannfeder und den beiden zweiten Reibscheiben unterschiedlich auswirken, zu einer ggf. ungleichmäßigen Wirkung auf die beiden Teilgetriebe zu gelangen, sind günstigerweise die beiden zweiten Reibscheiben mittels zweier Vorspannfedern, nämlich mittels einer ersten Vorspannfeder und einer zweiten Vorspannfeder, die auf entgegengesetzten Seiten axial außerhalb der beiden zweiten Reibscheiben angeordnet sind, gegeneinander federvorgespannt. Jeder Wälzkörper/Rampen-Kupplung ist also eine eigene Vorspannfeder zugeordnet und im Wesentlichen symmetrisch zum jeweils zugeordneten Teilgetriebe angeordnet.
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Auch bei axial außen positionierter/n Vorspannfeder(n) stellt sich die oben bereits angesprochene Problematik der Momentenübertragung über eine axial wirkende Vorspannfeder. Betroffen ist hier allerdings die Momentenübertragung zwischen den bzw. einer der zweiten Reibscheiben und der zweiten Welle. Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass zwischen jeder Vorspannfeder und der ihr axial nächst benachbarten zweiten Reibscheibe eine axial entkoppelte Drehfixierung zur zweiten Welle angeordnet ist. Mit anderen Worten wird also jede axial außerhalb eines Teilgetriebes angeordnete Vorspannfeder mittels einer zugeordneten, axial entkoppelten Drehfixierung überbrückt.
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Die Momentenübertragung zwischen den ersten Reibscheiben und der ersten Welle kann bei all solchen Ausgestaltungen, bei denen axial zwischen den ersten Reibscheiben keine Vorspannfeder angeordnet ist, dadurch erfolgen, dass die erste axial entkoppelte Drehfixierung zur ersten Welle zwischen den beiden Wälzkörper/Rampen-Kupplungen angeordnet ist.
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Als alternative, zweite bevorzugte Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die beiden Wälzkörper/Rampen-Kupplungen funktional zwischen und axial beidseitig außerhalb der beiden zweiten Reibscheiben angeordnet sind. Statt axial innerhalb, wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der ersten Variante, sind die Wälzkörper/Rampen-Kupplungen hier außerhalb der Teilgetriebe angeordnet. Sie wirken damit auf die jeweils zweiten Reibscheiben.
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Die Vorspannfeder ist bei dieser Ausführungsform bevorzugt funktional und axial zwischen den beiden ersten Reibscheiben angeordnet. Mit anderen Worten ist hier vorgesehen, dass die beiden ersten Reibscheiben mittels einer axial zwischen ihnen angeordneten Vorspannfeder gegeneinander vorgespannt sind. Um dennoch eine unbeeinträchtigte Momentenübertragung zwischen den ersten Reibscheiben und der ersten Welle zu erzielen, ist bei einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung bevorzugt vorgesehen, dass beidseitig zwischen der Vorspannfeder und den ersten Reibscheiben je eine axial entkoppelte Drehfixierung zur ersten Welle angeordnet ist. Jede der beiden ersten Reibscheiben hat also eine eigene momentenübertragende Anbindung an die erste Welle, sodass in Bezug auf die Drehmomente eine Überbrückung der zentralen Vorspannfeder vorliegt.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Traktionsgetriebes,
- 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Traktionsgetriebes,
- 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Traktionsgetriebes sowie
- 4 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Traktionsgetriebes.
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Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche oder analoge Elemente hin.
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1 zeigt in stark schematisierter Darstellung eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Traktionsgetriebes 10. Das Traktionsgetriebe 10 setzt sich im Wesentlichen zusammen aus einem ersten Teilgetriebe 100 und einem zweiten Teilgetriebe 200, die koaxial und einander axial benachbart angeordnet sind. Jedes der Teilgetriebe 100, 200 umfasst eine erste Reibscheibe 110, 210, die bei der dargestellten Ausführungsform als Antriebsscheiben wirken. Weiter umfasst jedes Teilgetriebe 100, 200 eine zweite Reibscheibe 120, 220, die bei der gezeigten Ausführungsform als Abtriebsscheiben dienen. In jedem Teilgetriebe 100, 200 ist in reibschlüssigem Kontakt zu den An- und Abtriebsscheiben 110, 210 bzw. 120, 220 ein Satz Reibroller 130, 230 angeordnet. Die Reibroller sind jeweils auf einem Steg 310, 320 einer gemeinsamen Steganordnung 300 gelagert, wobei die einzelnen Stege 310, 320 mittels eines nicht dargestellten Mechanismus axial zueinander verstellbar sind.
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Ein über eine Eingangswelle 1 eingetragenes Drehmoment wird bei der dargestellten Ausführungsform über zwei axial entkoppelte Drehfixierungen, die insbesondere als Gleitverzahnungen ausgebildet sein können, eingeleitet. Dabei wird ein Teil des Drehmomentes über die Gleitverzahnung 21 und eine erste Wälzkörper/Rampen-Kupplung 31 auf die Antriebsscheibe 110 des ersten Teilgetriebes 100 übertragen. Ein weiterer Teil des Drehmomentes wird über die zusätzliche Gleitverzahnung 21' und eine zweite Wälzkörper/Rampen-Kupplung 32 auf die Antriebsscheibe 210 des zweiten Teilgetriebes übertragen. Eine Übertragung dieses Antriebsmomentes auf die jeweiligen Abtriebsscheiben 120, 220 erfolgt mittels der Reibroller 130, 230, die ihrerseits drehfest mit einer Abtriebswelle 2 verbunden sind. Die dabei realisierte Übersetzung ist abhängig von der Winkelstellung der Reibroller 130, 230.
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Zur Verstellung der Übersetzung wird mittels eines nicht dargestellten Mechanismus der Abstand zwischen den Stegen 310, 320 verändert. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform sind die Abtriebsscheiben 120, 220 relativ zueinander sowie relativ zu einem nicht dargestellten Gehäuse axial fixiert. Eine mit der Abstandsveränderung der Stege 310, 320 verbundene Änderung der Momentenübertragung führt zu einer Relativverdrehung innerhalb der Wälzkörper/Rampen-Kupplungen 31, 32, die zu einer kompensierenden Axialverstellung der Antriebsscheiben 110, 210 führt. Jede der Wälzkörper/Rampen-Kupplungen 31, 32 muss dabei lediglich den Kompensationsweg der ihr unmittelbar zugeordneten Antriebsscheibe 110, 210 aufnehmen. Um eine besonders direkte Reaktion der Wälzkörper/Rampen-Kupplungen 31, 32 zu gewährleisten, ist zwischen ihnen eine sie gegeneinander vorspannende Vorspannfeder 40 angeordnet. Diese Vorspannfeder 40 stört die Momentenkopplung der beiden Wälzkörper/Rampen-Kupplungen 31, 32 weshalb bei der gezeigten Ausführungsform vorgesehen ist, dass das Eingangs-Drehmoment, wie eingangs erläutert, über zwei axial entkoppelte Drehfixierungen 21, 21' eingeleitet wird, die auf unterschiedlichen Seiten der Vorspannfeder 40 angeordnet sind.
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Die Ausführungsform von 2 unterscheidet sich von derjenigen von 1 im Wesentlichen durch die Position der Vorspannfeder 40. Diese ist hier nicht zwischen den beiden Teilgetrieben 100, 200, sondern axial außerhalb des zweiten Teilgetriebes 200 angeordnet. Entsprechend ist die Momentenkopplung zwischen den Wälzkörper/Rampen-Kupplungen 31, 32 nicht gestört, sodass die Einleitung des Eingangs-Drehmomentes von der Eingangswelle über eine einzige axial entkoppelte Drehfixierung 21, die zwischen den Wälzkörper/Rampen-Kupplungen 31, 32 ansetzt, hinreicht.
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Die Problematik der unzureichenden Momentenübertragung über die Vorspannfeder 40 verlagert sich bei der gezeigten Ausführungsform also nach axial außerhalb des zweiten Teilgetriebes 200. Zur Momentenübertragung ist daher eine axial entkoppelte Drehfixierung 22 zwischen der Abtriebsscheibe 220 des zweiten Teilgetriebes 200 und der Ausgangswelle 2 vorgesehen.
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Im Übrigen kann auf die Erläuterungen zu 1 verwiesen werden.
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3 zeigt eine der Ausführungsform von 2 ähnliche Ausführungsform, bei der jedoch zwei Vorspannfedern 41, 42, jeweils axial außerhalb der Teilgetriebe 100, 200 vorgesehen sind. Diese konstruktiv und im Hinblick auf den axialen Bauraum aufwändigere Variante hat den Vorteil der vollkommeneren Symmetrie des Traktionsgetriebes 10, sodass keine beispielsweise reibungsbedingten Funktionsunterschiede zwischen den einzelnen Teilgetrieben 100, 200 auftreten können. Selbstverständlich muss, wie in 3 dargestellt, jede der Vorspannfedern 41, 42 mit einer eigenen axial entkoppelten Drehfixierung 22, 22' zur Ausgangswelle 2 hin in Bezug auf die Drehmomentübertragung überbrückt werden.
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4 zeigt eine Ausführungsform, bei der im Vergleich zu 3 die Positionen der Wälzkörper/Rampen-Kupplungen 31, 32 und der Vorspannfedern 41, 42 bzw. 40 vertauscht sind. Hier sind die Wälzkörper/Rampen-Kupplungen 31, 32 axial außerhalb der Teilgetriebe 100, 200 angeordnet. Die Vorspannfeder 40 ist, wie bei der Ausführungsform von 1, zentral zwischen den Antriebsscheiben 110, 210 positioniert. Dies führt, wie bereits im Kontext von 1 erläutert, zu der Notwendigkeit, das Eingangs-Drehmoment von der Eingangswelle 1 über zwei axial entkoppelte Drehfixierungen 21, 21', die auf unterschiedlichen Seiten der Vorspannfeder 40 angeordnet sind, auf die Antriebsscheiben 110, 210 einzuleiten.
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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. Insbesondere sind Ein- und Ausgangswelle funktional austauschbar. Ebenso wird der Fachmann erkennen, dass symmetrische Vertauschungen einzelner Elemente an der grundsätzlichen Funktion des erfindungsgemäßen Traktionsgetriebes nichts ändern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Welle / Antriebswelle
- 2
- zweite Welle
- 10
- Traktionsgetriebe
- 21
- axial entkoppelte Drehfixierung/Gleitverzahnung mit erster Welle
- 21'
- zusätzliche axial entkoppelte Drehfixierung/Gleitverzahnung mit erster Welle
- 22
- axial entkoppelte Drehfixierung/Gleitverzahnung mit zweiter Welle
- 22'
- zusätzliche axial entkoppelte Drehfixierung/Gleitverzahnung mit zweiter Welle
- 31
- erste Wälzkörper/Rampen-Kupplung
- 32
- zweite Wälzkörper/Rampen-Kupplung
- 40
- Vorspannfeder
- 41
- erste Vorspannfeder
- 42
- zweite Vorspannfeder
- 100
- erstes Teilgetriebe
- 110
- erste Reibscheibe / Antriebsscheibe von 100
- 120
- zweite Reibscheibe / Abtriebsscheibe von 100
- 130
- Reibroller von 100
- 200
- zweites Teilgetriebe
- 210
- erste Reibscheibe / Antriebsscheibe von 200
- 220
- zweite Reibscheibe / Abtriebsscheibe von 200
- 230
- Reibroller von 200
- 300
- Steganordnung
- 310
- erster Steg
- 320
- zweiter Steg
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016223922 A1 [0002]
