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Die Erfindung betrifft ein umlaufendes
Getriebe mit wenigstens zwei umlaufenden Getriebegliedern, die reibend
ein Drehmoment übertragen können. Insbesondere
betrifft die Erfindung Getriebe mit zwei umlaufenden Getriebegliedern,
die jeweils zumindest eine Lauffläche für ein umlaufendes Koppelglied
aufweisen, welches die beiden umlaufenden Getriebeglieder koppelt.
Wenigstens eine der Laufflächen
der beiden umlaufenden Getriebegliedern weist hierbei vorzugsweise
wenigstens zwei Laufbahnen für
das Koppelglied mit unterschiedlichen Laufradien auf, so dass hierdurch
ein stufenlos bzw. nahe stufenlos einstellbares Getriebe realisiert
werden kann.
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Derartige Anordnungen sind beispielsweise aus
der
EP 0 878 641 A1 bekannt,
welche sich auf Kegelreibringgetriebe bezieht, bei welchen zwei
Kegel mit entgegengesetzten Kegelwinkeln derart umlaufend gelagert
sind, dass zwischen ihnen ein konstanter Abstand verbleibt, in welchem
als Koppelglied ein Ring einen der Kegel umgreifend umläuft. Es
hat sich jedoch herausgestellt, dass eine derartige Anordnung zu
einem verhältnismäßig großem Verschleiß bzw. nur
unzureichende Übertragungsleistungen
bzw., insbesondere bei größeren Beanspruchungen,
zu einer Zerstörung
des Getriebes führt.
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Es ist somit Aufgabe vorliegender
Erfindung, ein umlaufendes Getriebe mit wenigstens zwei umlaufenden
Getriebegliedern, die reibend ein Drehmoment übertragen können, mit einem besseren Übertragungsverhalten
bzw. mit einer höheren
Lebensdauer bereitzustellen.
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Als Lösung schlägt die Erfindung ein umlaufendes
Getriebe mit wenigstens zwei umlaufenden Getriebegliedern, die reibend
ein Drehmoment übertragen
können,
vor, bei welchem zwischen den Getriebegliedern zumindest während des
Betriebs ein Spalt vorgesehen.
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Durch einen derartigen, berührungslosen Betrieb
baut ein derartiges Getriebe äußerst verschleißarm, wobei
zur Kraft- bzw. Momentübertragung
ein geeigneter Wechselwirkungsmechanismus zwischen dem entsprechenden
Getriebegliedern und dem Koppelglied vorgesehen ist. Vorzugsweise
ist eine Kopplung über
ein Fluid bzw. eine Flüssigkeit vorgesehen,
welche in dem Spalt trotz eines Anpressdrucks verbleibt und die
notwendigen Kräfte bzw.
Momente überträgt. Anderseits
können
auch andere Wechselwirkungsmechanismen, wie beispielsweise elektrostatische
oder magnetische Anordnungen vorgesehen sein.
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Die Erfindung eignet sich insbesondere
für Kegelreibringgetriebe,
bei denen der Spalt bzw. die Flüssigkeit
zwischen jeweils den Kegeln und dem Reibring zumindest während des
Betriebes befindlich ist. Hierdurch kann auch der Ring ohne weiteres
für ein
gewünschtes Übersetzungsverhältnis positioniert werden.
Die Erfindung eignet sich allerdings auch für andere kontinuierlich einstellbare
Getriebe, bei denen Getriebeglieder reibend miteinander wechselwirken.
In vorliegendem Zusammenhang beschreibt der Begriff einer „reibenden
Wechselbeziehung" zwischen
Getriebegliedern jede Wechselbeziehung, bei welcher Drehmomente
von einem Getriebeglied auf das andere Getriebeglied übertragen
werden, ohne dass hierzu ein Formschluss zwischen diesen Getriebegliedern
vorliegt. In der Regel wird bei einer reibenden Wechselbeziehung
ein gewisser Schlupf, zumindest über
verhältnismäßig hohen
Grenzdrehmomenten, vorliegen, wobei ein derartiger Schlupf häufig zerstörungsfrei
auftritt und wobei in der Regel die entsprechenden Getriebe unterhalb
diesen Grenzdrehmomenten betrieben werden.
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Alternativ bzw. kumulativ zu dem
vorbeschriebenen Spalt kann als Flüssigkeit, mit welcher wenigstens
eines der umlaufenden Getriebeglieder und/oder ein Koppelglied,
wie ein Reibring, benetzt ist, eine Flüssigkeit, insbesondere ein
Silikonöl,
zur Anwendung kommen, die bzw. das Phenylgruppen aufweisende Methylsiloxane,
Dimethyldiphenylsiloxane und/oder Methylphenylsiloxane umfasst.
Insbesondere können
auch Dimethylpolysiloxane, die beispielsweise Phenyl-Alkylgruppen
oder Fluoralkylgruppen enthalten, zur Anwendung kommen. Hierbei können insbesondere
Dimethylsiloxygruppen darin mit Diphenylsiloxygruppen einzeln oder
als Siloxanblöcke
alternieren.
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Zwar sind derartige Flüssigkeiten
allgemein unter dem Oberbegriff „Silikonöle" bekannt, die auch – unspezifiziert – allgemein
in der
EP 0 878 641
A1 als Flüssigkeit
zum Benetzen der umlaufenden Getriebeglieder eines stufenlos einstellbaren
Getriebes offenbart sind. Silikonöle haben verhältnismäßig geringe
Schmiereigenschaften, was sich in praktischen Versuchen, insbesondere
im Zusammenspiel mit wälzenden
Koppelgliedern, wie Koppelwalzen oder Reibringen als Nachteilig
erwiesen hat, so dass davon ausgegangen wird, dass bei bekannten
Silikonölen
während
des Betriebs ein Flüssigkeitsfilm
reißt. Silikonöle zeichnen
sich jedoch durch eine hohe Temperaturbelastbarkeit ihrer Eigenschaften
im Vergleich zu anderen Flüssigkeiten
besonders aus.
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Die vorgeschlagenen, Phenylgruppen
aufweisende Methylsiloxane, Dimethyldiphenylsiloxane und/oder Methylphenylsiloxane
umfassenden Flüssigkeiten,
insbesondere wenn beispielsweise Diphenylsiloxanblöcke in Polymethylsiloxan
eingebaut sind, zeichnen sich im Vergleich zu anderen Flüssigkeiten
durch eine hohe Kompressibilität
aus, was vermutlich ein Aufreißen
des Films verhindert. So lassen sich Öle bereitstellen, die in ihrem
Temperatur/Viskositäts-
bzw. Temperatur/Kompressibilitäts-Verhalten ein für Getriebe
mit wälzenden
Koppelgliedern vorteilhaftes Verhalten aufweisen, wobei gefunden
werden konnte, dass für
derartige Anordnungen Flüssigkeiten
jedweder Art, deren Viskosität
bzw. Kompressibilität
sich mit einem temperaturabhängigen
Viskositätsgradient
bzw. Kompressibilitätsgradient ändert, der
zwischen den Viskositätsgradienten
bzw. Kompressibilitätsgradienten
von Mineralölen
und den Viskositätsgradienten
bzw. Kompressibilitätsgradienten von
Dimethylsiloxanen liegt, vorteilhaft für Getriebe ganz allgemein zur
Anwendung kommen können.
Mit diesen Eigenschaften kann eine Flüssigkeit bzw. ein Öl einerseits
das entsprechende Getriebe ausweichend schmieren, um nicht zu hohe
Betriebstemperaturen zu erreichen. Andererseits ist die Schmie rung nicht
so stark, dass eine ausreichende Kopplung zwischen Koppelglied und
dem entsprechenden Getriebeglied behindert wäre. Darüber hinaus bedingt das beschriebene
Kompressibilitätsfenster
eine ausreichende Stabilität
des die Bauteile umgebenden Fluidfilms auch unter Druck, ohne dass
ein gleichmäßiges Verteilen
der Flüssigkeit
behindert wäre.
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Insbesondere können Flüssigkeiten mit Phenylgruppen
aufweisenden Polydimethylsiloxanen, Polydimethyldiphenylsiloxanen
und/oder Polymethylphenylsiloxanen und/oder Alkylsubstituierten γ-Trifluorpropylsubstituierten
Polydimethylsiloxanen zur Anwendung kommen. Ebenso können „Silikone" Verwendung finden,
bei denen in den Polydimethylsiloxanen, die zur Anwendung kommen,
auch organische Substituenten, beispielsweise 10 bis 25 % Phenylgruppen
oder γ-Trifluorpropylgruppen
oder andere Alkylgruppen, als Substituenten enthalten sind.
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Darüber hinaus ist es kumulativ
bzw. alternativ besonders vorteilhaft, wenn die entsprechende Flüssigkeit
hinsichtlich ihrer Temperatur stabilisiert ist und sich möglichst
in ihren Eigenschaften weniger ändert,
als dieses bei Mineralölen
der Fall ist. Auf diese Weise kann eine lange Lebensdauer des Getriebes
gewährleistet
werden, da das entsprechende Fluid weniger degeneriert. Des Weiteren
verbleiben die physikalischen Eigenschaften des Fluids auch bei verschiedenen
Betriebszuständen,
wie beispielsweise unter Höchstlast
oder bei höchsten
Drehzahlen oder aber wie beispielsweise bei Startvorgängen im Winter,
möglichst
konstant.
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In Bezug auf die Phenylsiloxaneinheiten
in den Polydimethylsiloxanen, bzw. in Bezug auf Phenylsiloxaneinheiten
in Siloxanen allgemein, können diese
sowohl paarweise als auch blockweise eingesetzt werden, um die gewünschten
Ergebnisse zu erzielen. Die vorbeschriebene Kompressibilität andererseits
ist besonders im Zusammenspiel mit einem zwischen Koppelglied und
umlaufenden Getriebeglied verbleibenden Spalt, der mit der entsprechenden
Flüssigkeit
gefüllt
und auch bei hohen Drücken stabil
durch Flüssigkeit überbrückt wird.
Hierbei dient die Flüssigkeit
der Kraftübertragung,
so dass die hierin auftretenden Scherkräfte das Koppelglied und das entsprechende
Getriebeglied kraftschlüssig
verbinden können.
Die hohe Kompressibilität
gewährleistet andererseits,
dass diese Übertragung
auch bei hohen bzw. höheren
Drehmomenten möglich
ist, bei denen lediglich ein geringer Spalt ausreichend hohe Scherkräfte und
einen nicht reißenden
Flüssigkeitsfilm
realisieren kann, wobei der Spalt andererseits wiederum erst durch
hohe Anpresskräfte
sowie eine hohe Widerstandskraft der Flüssigkeit gegen derartige Anpresskräfte aufrecht
erhalten werden kann.
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Es versteht sich, dass vorgenannte Überlegungen
hinsichtlich des Spaltes und/oder der Flüssigkeit, sei es deren Temperaturstabilität, deren
Kompressibilität
bzw. deren Viskosität,
auch unabhängig von
den übrigen
Merkmalen des vorliegend erfindungsgemäßen Getriebes einzeln oder
gemeinsam für
ein stufenloses Getriebe, insbesondere für ein Getriebe mit zwei aufeinander
wälzenden
Getriebegliedern, vorteilhaft sind.
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Insbesondere bei an sich über einen
Reibschluss oder aber über
hydraulische, hydrostatische oder hydrodynamische, magnetische oder
sonstige berührungslose
Wechselwirkung bzw. sonstige formschlussfreie Wechselwirkungen gekoppelte
Getriebegliedern kann es vorteilhaft sein, wenn bei einem Getriebe,
welches zwei Laufbahnen eines Getriebegliedes für ein Koppelglied umfasst,
diese Laufbahnen mit unterschiedlichen Oberflächen versehen sind, um die
Wechselwirkung, wie beispielweise eine Flächenpressung oder ähnliches
in geeigneter Weise ausgestalten bzw. anpassen zu können. Hierbei
können
beispielsweise entlang wenigstens eines der umlaufenden Getriebeglieder
unterschiedlich breite Nuten oder Vorsprünge bzw. eine variierende Oberflächenstruktur
bzw. Oberflächenbehandlung
vorgesehen sein. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Flächenpressung
an unterschiedliche Radien des Getriebegliedes angepasst werden.
Es versteht sich, dass eine derartige Oberflächenvariation bei Laufbahnen
auf einem Getriebeglied auch unabhängig von den übrigen Merkmalen
des erfindungsgemäßen Getriebes
vorteilhaft ist.
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Für
eine von den Laufbahnen unabhängige Ausgestaltung
der Wechselwirkung kann auch die Oberfläche des Koppelgliedes strukturiert
sein. Insbesondere kann diese Oberfläche Nuten oder ähnliches
aufweisen, um beispielsweise bei einer hydraulischen Wechselwirkung
die Scher- und Kompressionskräfte
in geeigneter Weise zu beeinflussen. Darüber hinaus kann das Koppelglied
auch unterschiedliche Oberflächen
für verschiedene
Getriebeglieder, mit denen es in Kontakt steht, aufweisen.
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Um eine, insbesondere im Zusammenspiel mit
einer die Lauffläche
des Koppelgliedes bzw. die korrespondierende Lauffläche eines
entsprechenden Getriebegliedes benetzenden Flüssigkeit, gute Scherkraftverteilung
zu gewährleisten,
ohne dass der Flüssigkeitsfilm
abreißt,
kann das Koppelglied wenigstens eine Lauffläche mit einem von einer Gerade abweichenden
Querschnitt, vorzugsweise mit konvexem bzw. balligem Querschnitt,
aufweisen. Hierdurch kann auch bei hohen Anpresskräften ein
durchgehender Flüssigkeitsfilm,
der ausreichend Scherkräfte überträgt, gewährleistet
bleiben. Die Querschnittswahl wird hierbei vorzugsweise an die Flüssigkeit
angepasst. Kumulativ bzw. alternativ kann der Querschnitt für ein Koppelglied
geeignet von einer Gerade abweichen, welches lediglich einseitig
von einer Halteeinrichtung, insbesondere wie nachstehend beschrieben,
gehalten wird, da eine derartige einseitige Halteeinrichtung, obgleich
sie dem Koppelglied verhältnismäßig viele
Freiheiten belässt,
auch mit einen aufgrund der von einer Geraden abweichenden Lauffläche verhältnismäßig instabilen
Koppelglied selbst stabilisierend zusammen wirkt, so dass das Gesamtsystem,
insbesondere auch bei einem Laufbahnwechsel unter geringem Kraftaufwand
betrieben werden kann.
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Es versteht sich, dass eine derartige
Oberflächengestaltung
des Koppelgliedes bzw. der umlaufenden Getriebeglieder auch unabhängig von
den übrigen
Merkmalen des erfindungsgemäßen Getriebes
vorteilhaft zur Gestaltung der Wechselwirkung zwischen Getriebeglied
und Koppelglied genutzt werden kann.
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Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender
Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnung
erläutert,
in welcher beispielhaft Getriebe dargestellt sind. In der Zeichnung
zeigen:
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1 ein
erstes Getriebe im Schnitt entlang der Linie I-A-B-C-D-I in 2;
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2 das
Getriebe nach 1 in einer schematischen
Seitenansicht;
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3 eine
vergrößerte Darstellung
eines Abtriebskegels;
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4 eine
Aufsicht auf das Federelement einer Anpresseinrichtung des Getriebes
nach 1 oder 3;
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5 eine
schematische Darstellung eines weiteren möglichen Antriebsstranges;
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6 eine
schematische Darstellung eines Antriebsstranges mit koaxialem An-
und Abtrieb;
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7 eine
schematische Darstellung eines alternativen Antriebsstranges mit
koaxialem An- und Abtrieb, wobei ein Reibring in zwei Betriebsposition dargestellt
ist;
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8 die
Viskosität
in Abhängigkeit
von der Temperatur an beispielhaften Silikonölen;
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9a einen
schematischen Schnitt durch ein Koppelglied bzw. Reibring
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9b bis e verschieden Oberflächenausgestaltungen in Ausschnittsvergrößerungen
der Ausschnitte A nach 9a;
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10 die
Verstellbrücke
des Getriebes nach 1 in
schematischer Aufsicht;
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11 schematisch
eine Vorspannung der Verstellbrücke
nach 1 und 8;
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12 schematisch
einen Endanschlag für die
Halteeinrichtung nach 8 und 9; und
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13 eine
alternative Ausführungsform
zu der in 8 bis 10 dargestellten Halteeinrichtung.
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Das in 1 und 2 dargestellte Getriebe umfasst
im wesentlichen zwei Getriebestufen 1, 2, die wahlweise über ein
synchronisiertes Schaltgetriebe 3 in einen Antriebsstrang
geschaltet werden können.
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Hierbei weist die erste Getriebestufe 1 ein Kegelreibringgetriebe
mit zwei gegenläufig
angeordneten Kegeln 4, 5 auf, die derart angeordnet
sind, dass ein Spalt 6 zwischen den Kegeln 4, 5 verbleibt, in
welchem ein Reibring 7 den Kegel 5 umgreifend läuft. Damit
dieses Kegelreibgetriebe Drehmomente übertragen kann, umfasst der
Kegel 4 eine Anpresseinrichtung 8, welche die
beiden Kegel 4 und 5 zwischen Verspannlagern 9, 10 unter
Aufbringen einer variablen Anpresskraft verspannt.
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Wie insbesondere aus 1 und 3 ersichtlich,
weist der Kegel 4 einerseits eine Lauffläche 12 sowie
andererseits ein Verspannelement 11 auf, zwischen denen
die Anpresseinrichtung 8 wirksam ist, wobei die Anpresseinrichtung 8 das
Verspannelement 11 bezüglich
der Lauffläche 12 axial
verlagern kann, sodass sich das Verspannelement 11 einerseits
an dem Verspannlager 9 abstützt und andererseits die Lauffläche 12 gegen
den Reibring 7 drückt, wobei
diesem Druck durch den zweiten Kegel 4 und das komplementäre Verspannlager 10 begegnet wird.
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Im einzelnen umfasst die Anpresseinrichtung 8 zwei
Tellerfedern 13, 14 sowie zwei Anpresselemente 15, 16 und
zwei zwischen den Anpresselementen angeordnete Wälzelemente 17. Wie
unmittelbar aus 2 ersichtlich,
sind die Tellerfedern 13, 14 sowie die Anpresselemente 15, 16 hinsichtlich
der Anpresskraft in Reihe angeordnet, sodass dem Anpresselement 15 ein
gegenüber
dem Stand der Technik wesentlich größerer Bewegungsspielraum bei
einer Drehmomentsänderung
verbleibt, was zu einer genaueren und reproduzierbaren Einstellung
der Anpresskraft führt.
Darüber
hinaus weist die Tellerfeder 13 radiale Aussparungen 18, 19 auf,
welche in entsprechende Vorsprünge
der die Lauffläche 12 aufweisenden
Baugruppe bzw. des Anpresselements 15 eingreifen. Auf diese
Weise überträgt die Tellerfeder 13 Drehmoment
zwischen der die Lauffläche 12 aufweisenden
Baugruppe und dem Anpresselement 15, wodurch das Anpresselement 15 von
einer drehmomentbelasteten Gleitbewegung bezüglich der die Lauffläche 12 umfassenden
Baugruppe entlastet wird, was wiederum zu einer höheren Reproduzierbarkeit
der resultierenden drehmomentabhängigen Anpresskraft
führt.
Die Wälzkörper 17 laufen
bei diesem Ausführungsbeispiel
in Bahnen der jeweiligen Anpresselemente 15,
16,
die eine veränderliche
Tiefe aufweisen. Hierdurch kann ein drehmomentabhängiger Abstand
zwischen den Anpresselementen realisiert werden, wobei die Wälzkörper 17 für eine hohe Reproduzierbarkeit
der resultierenden Anpresskraft sorgen, wenn die Anpresselemente 15, 16 in
Umfangsrichtung durch ein Auftreten des Drehmoments verlagert werden.
Es versteht sich, dass die vorgenannten Merkmale unabhängig voneinander
vorteilhaft für
eine Reproduzierbarkeit der resultierenden Anpresskraft sorgen können.
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Darüber hinaus ist offensichtlich,
dass statt der Kugeln 17 auch andere Wälzkörper, wie beispielsweise Walzen
bzw. an einem Anpresselement fest stationär gelagerte Wälzkörper, Anwendung
finden können.
Des weiteren ist es denkbar, eine derartige Anpresseinrichtung auch
in dem antreibenden Kegel 5 vorzusehen.
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Statt der mechanischen Anordnung
kann jedoch in einer alternativen Ausführungsform auch ein motorisches
Stellglied für
die Anpresseinrichtung vorgesehen sein, welches, ebenso wie hydrodynamische
oder hydrostatische Axiallager, anhand gemessener Drehmoment angesteuert
wird, um eine drehmomentabhängige
Anpresskraft zu realisieren.
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Andererseits ist offensichtlich,
dass lediglich eine Verlagerung der Anpresselemente 15, 16 bzw. eine
in Umfangsrichtung auftretende Verlagerung des die Lauffläche 12 umfassenden
Bauteils und des Verspannelements 11 oder beispielsweise
eine Axialkraft auf die Verspannlager 9, 10 zur
Bestimmung des auftretenden Drehmoments genutzt werden kann.
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Das in 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel
umfasst darüber
hinaus bezüglich
des stufenlos einstellbaren Kegelreibringgetriebes 2 antriebsseitig
eine Anfahrkupplung, die als Trilokwandler realisiert ist. Hierbei
ist die das Kegelreibringgetriebe 1 umfassende Getriebestufe über das
Schaltgetriebe 3, bzw. ein Antriebszahnrad 35 und
ein synchronisiertes Zahnrad 34 unmittelbar mit dem Pumpenrad 21 des
Trilokwandlers 20 verbindbar, während ein Anfahren über das
Turbinenrad 22 des Trilokwandlers und über ein Differentialgetriebeteil 23 erfolgen
kann. Letzteres Differentialgetriebeteil 23 ist mit der
einen differentiellen Seite 24 mit dem Turbinenrad 22 starrverbunden,
während
die zweite differentielle Seite 25 aus Abtrieb dieser Getriebestufe genutzt
wird und über
ein Zahnrad 26 und mit dem Zahnrad 27 einer ein
Abtriebsritzel 33 umfassenden Hauptabtriebswelle 28 des
Gesamtgetriebes verbunden ist, wobei das Zahnrad 27 andererseits
mit dem Abtrieb 29 des Kegelreibringgetriebeteils 1 kämmt. Das
Abtriebsritzel 33 kann mit beispielsweise mit dem Hauptdifferential
eines Kraftfahrzeuges kämmen.
Das Differentialgetriebeteil 23 umfasst zwei Reibungskupplungen 30, 31,
die wahlweise den Haupteingang des Differentialgetriebeteils 23 an
dem Gehäuse 32 oder
am Ausgang 25 festlegen können. Hierdurch kann, wie unmittelbar
ersichtlich, die Drehrichtung des Abtriebs geändert werden, wodurch ohne
weiteres ein Vorwärts-
und ein Rückwärtsgang realisiert
werden können.
Bei geöffneten
Kupplungen 30, 31, läuft das Differential sowie
das Turbinenrad 22 frei mit, so dass das Kegelreibringgetriebe
trotz der Kopplung der Abtriebe genutzt werden kann.
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Diese Anordnung hat den Vorteil,
dass zum Anfahren bzw. im Rückwärtsgang
die Vorteile des Trilokwandlers 20 genutzt werden können. Darüber hinaus
sind durch das Differential 23 Vor- und Rückwärtsgang
auf äußerst kompakte
Weise realisiert. Andererseits kann durch die Schaltung 3 der
Nachteil des Trilokwandlers 20, durch Schlupf im Normalbetrieb
große
Leistungsverluste sowie eine Drehmomentüberhöhung zu bedingen, vermieden
werden, da durch die Schaltung 3 das Turbinenrad 22 kurzgeschlossen
und der Antrieb des Kegelreibringgetriebeteils 1 unmittelbar über das
Pumpenrad 21 erfolgt. Die abtriebsseitige Kopplung der
beiden Getriebestufen 1 und 2 ermöglicht es
darüber
hinaus, vor einem Schaltvorgang zwischen diesen beiden Getriebestufen 1 und 2 das
Kegelreibringgetriebeteil 1 derart hinsichtlich seiner Übersetzung
einzustellen, dass die beiden Getriebestufen 1 und 2 auch
eingangsseitig nahezu synchronisiert sind. Die restlich Synchronisation
kann durch das Schaltgetriebe 3 selbst vorgenommen werden,
wobei auch der Trilokwandler 20 unterstützend wirken kann.
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Auch der in 5 dargestellt Antriebsstrang umfasst
als stufenlos einstellbares Getriebeteil ein Kegelreibringgetriebe 40,
dem antriebsseitig ein Leistungsteiler 41 und abtriebsseitig
ein Leistungsteiler 42 zugeordnet ist. Hierbei ist über die
Leistungsteiler 41 und 42 ein erster Gang 43 dem
Kegelreibringgetriebe 40 parallel geschaltet, wobei diese
abtriebsseitig, wie bereits vorstehend beschrieben, synchronisiert
sind und über
Reibungskupplungen 44, 45 wahlweise in den Antriebsstrang
zwischen Antrieb 46 und Abtrieb 47 geschaltet
werden können.
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Das in 6 dargestellte
Ausführungsbeispiel
zeigt eine koaxiale Anordnung von An- und Abtrieb, die bei einem
stufenlosen Getriebe, insbesondere bei einem Kegelreibringgetriebe,
vorteilhaft einen beidseitigen koaxialen Abtrieb realisiert. Dieses führt einerseits
zu verhältnismäßig geringen
Gehäusebelastungen
und baut andererseits äußerst kompakt,
wobei vorzugsweise – und
insbesondere bei diesem Ausführungsbeispiel – eine Abtriebswelle 50 den
Antriebskegel 51 eines Kegelreibringgetriebes 52 durchstößt. Diese
Anordnung ist auch bei anderen stufenlosen Getriebearten insbesondere
im Zusammenspiel mit Elektromotoren vorteilhaft, wobei in letzterem
Fall die Abtriebswelle auch die Ankerwelle des Elektromotors durchstoßen kann.
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Insofern treibt ein nicht dargestellter
Motor über
einen Antrieb 53 bei diesem Ausführungsbeispiel den antreibenden
Kegel 51 an, welcher seinerseits über einen Reibring 54 auf
einen abtreibenden Kegel 55 wirkt. Dieser ist über ein
Ritzel 56 mit einem Abtriebsrad 57 wirkverbunden,
welches auf der Abtriebswelle 50 sitzt.
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Einen ähnlichen Aufbau weist das in 7 dargestellte Getriebe
auf, dessen Gehäuse 60 an
ein Gehäuse 61 eines
Elektromotors angesetzt ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
ist die Ankerwelle 53 hohl ausgebildet und wird von der
Abtriebswelle 50 durchstoßen. Das Abtriebsritzel 56 kämmt jedoch
mit einem Antriebsrad 58 eines Differentials 59,
welches seinerseits mit der zweigeteilten Antriebswelle 50 verbunden
ist. Da ohnehin ein Zahnrad an dieser Stelle vorgesehen sein muss,
baut diese Anordnung äußerst kompakt.
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Darüber hinaus weist diese Anordnung
ergänzend
zwischen Motor und stufenlosem Getriebe ein Planetengetriebe 62 zur
Drehmomentsreduktion auf, um das stufenlos einstellbare Getriebe
nicht zu überlasten.
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Wie den 1 bis 3, 6 und 7 entnehmbar, sind die dort dargestellten,
stufenlos einstellbaren Getriebe in Richtung ihrer Lager jeweils
durch Dichtungen 70 (lediglich exemplarisch beziffert)
abgedichtet. Hierdurch entsteht, wie bereits aus dem Stand der Technik
bekannt, ein separater Fluidraum, in welchem die Kegel sowie das
Koppelglied angeordnet sind. Bei vorliegenden Ausführungsbeispielen wird
als Fluid ein „Silikonöl" verwendet, bei welchem in
bevorzugter Weise etwa 10 bis 30 Mol % der Methylgruppen in Polydimethylsiloxan
durch Phenylgruppen ersetzt sind und dessen Viskosität bei 25 °C etwa 200
mm2/s beträgt. Andererseits könnte jedes anderes
Fluid Verwendung finden, welches hinsichtlich seiner Temperaturabhängigkeit
der physikalischen und chemischen Parameter gegenüber der Temperaturabhängigkeit
von Mineralölen
stabilisiert und/oder hinsichtlich des temperaturabhängigen Kompressionsgradienten
bzw. des temperaturabhängigen
Viskositätsgradienten
zwischen den Gradienten von Mineralölen und den Gradienten von
Silikonöl zu
finden ist.
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Die Temperaturabhängigkeit beispielhafter Fluide
bzw. vorbeschriebener Flüssigkeiten
ist in 8 in logarithmischer
Form exemplarisch dargestellt, wobei die weiße Linie 80 Mineralöle und die weiße Linie 81 Silikonöl repräsentiert.
Diese Fluide gewährleisten
unter Betriebsbedingungen, dass sich ein Spalt zwischen den Kegeln 4, 5; 51, 55 und
den Koppelgliedern 7; 54 bilden kann, der von
dem Fluid überbrückt wird.
Die Existenz dieses Spaltes lässt sich
beispielsweise bei metallischen Bauteilen durch elektrische Spannungsmessungen
nachweisen, wobei experimentell ermittelt wurde, dass dieser Spalt erst
nach einigen Umdrehungen, also wenn das Fluid verteilt ist, gebildet
wird, so dass die Kompressibilität und
die Viskosität
hinsichtlich der Spaltdimension geeignet gewählt werden sollte. Hierbei
sind die Verspann- bzw. Anpresseinrichtungen derart dimensioniert,
dass ein entsprechender Spalt bei Betriebsbedingungen aufrechterhalten
bleibt.
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Um bei unterschiedlichen Laufbahnen
und somit bei unterschiedlichen Radien der Kegel 4, 5; 51, 55 eine
gleichmäßige Flächenpressung
zu gewährleisten,
ist die Lauffläche 12 beider
Kegel axial unterschiedlich ausgestaltet. Bei vorliegenden Ausführungsbeispielen
ist dieses durch unterschiedlich breite Nuten (nicht dargestellt)
realisiert. Alternativ kann eine axial variierende Oberflächenrauheit
oder ähnliches
vorgesehen sein.
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Ebenso ist die Oberfläche des
Reibrings 7; 54 mit Nuten versehen, um die Scherkraft
der Flüssigkeit
in dem verbleibenden Spalten zwischen den Kegeln 4, 5; 51, 55 und
dem Reibring 7; 54 zu beeinflussen, wie exemplarisch
in 9 anhand eines Reibringes 71 dargestellt.
Der Reibring 71 weist zwei umlaufende Oberflächen 72, 73 auf,
die jeweils, wie anhand der Reibringe 7; 54 erläutert, mit
den Oberflächen
von Kegeln 4, 5; 51, 55 wechselwirken.
Die Oberflächen 72, 73 können hierbei
unterschiedliche Oberflächenausgestaltungen
aufweisen. Beispielsweise sind trapezförmige Stege 74 (vergl. 9) besonders vorteilhaft,
da diese sich besonders gut am übrigen
Material des Ringes 71 abstützen können. Ku mulativ bzw. alternativ
können
abgerundete Nuteinläufe
(vergl. 9b und 9c) vorgesehen sein, wodurch
Einkantungen in eine gegenüberliegende Oberfläche vermieden
werden können.
Auch scheinen derartige abgerundeten Nuteinläufe 75 für die Verteilung
des Ölfilms
bzw. der Flächenpressung
vorteilhaft. Ausgerundete Nutgründe
(76, vergl. 9b, 9c und 9d) hingegen können Kerbwirkungen unter Last
in den Nutgründen
vermeiden. Auch können
im wesentlichen quaderförmige
Stege 77 (vergl. 9c) vorgesehen
sein. Ebenso können,
wie in 9d und 9e dargestellt, die Stege 78 mit
runden Querschnittsaußenverläufen 79 zur
Anwendung kommen.
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Derartige Nuten können sowohl auf den Kegeln
als auch, je nach konkreter Ausführungsform, auf
den Reibringoberflächen
identisch bzw. unterschiedlich vorgesehen sein. Insbesondere kann
die Verteilung der Nuten bzw. Stege über eine Oberfläche, insbesondere
in axialer Richtung, variieren. Auf diese Weise lässt sich
beispielsweise die Flächenpressung
bzw. Flächenpressungsverteilung
auch entlang eines Kegels variieren bzw. geeignet einstellen und/oder
die Ölfilmdicke
anpassen. Insbesondere der Nutquerschnitt bestimmt hierbei wohl
die Abflussmenge des Öls
aus der Kontaktzone der jeweiligen Getriebeglieder.
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Darüber hinaus weist der Reibring
vorzugsweise einen Balligen Querschnitt auf, so dass trotz des Vorhandenseins
eines Spaltes über
eine Hertz'sche
Pressung eine möglichst
große
Kontaktfläche
realisiert werden kann.
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An sich wird der Reibring 7 bzw. 54 bei
vorliegenden Ausführungsbeispielen
in bekannter Weise durch einen Käfig 90 gehalten,
auf dem eine Verstellbrücke 91 läuft und
der drehbar um eine Achse 92 gelagert ist, wie in 10 dargestellt. Abweichend vom
Stand der Technik kann die Verstellbrücke 91 jedoch bei
einer Winkeländerung
des Käfigs 90 nicht frei
laufen sondern ist über
ein Stellglied 93 an einer drehbar am Gehäuse 32 gelagerten
Spindel 94 zwangsgeführt.
Hierbei ist zwischen dem Stellglied 93 und der Verstellbrücke 91 ein
ausreichendes Spiel vorgesehen, so dass eine Verlagerung des Stellglieds 93 zunächst zu
einer Änderung
der Winkellage des Käfigs 90 führt, worauf
der Ring 7, 54 entsprechend in seiner Drehachse
verlagert wird und dann der Bewegung des Stellgliedes 93 folgt.
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Da die Winkellage für ein Verstellen
des Rings 7, 54 unter Eigenantrieb kritisch ist,
ist bei diesem Ausführungsbeispiel
durch eine Feder 95 zwischen Gehäuse 32 und Käfig 90 eine
Vorspannung hinsichtlich der Winkellage des Käfigs 90 realisiert, so
dass das Spiel zwischen Verstellbrücke 91 und Stellglied 93 nicht
zu einer unbeabsichtigten Äderung der
Winkellage des Käfigs 90 führen kann,
wie in 11 schematisch
dargestellt.
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Darüber hinaus sind an dem Gehäuse 32 Endanschläge 96 (in 12 exemplarisch dargestellt) gegen
welche die Verstellbrücke 91 auflaufen
kann, wobei diese Endanschläge
derart angeordnet sind, dass sich der Ring 7, 54 hinsichtlich
seiner Drehachse parallel zu den Kegelachsen ausrichtet und somit nicht
mehr weiter wandert. Auf diese Weise kann einer Totalzerstörung des
Getriebes entgegen gewirkt werden, wenn die Positi oniereinrichtung
für den
Ring ausfällt.
An dieser Stelle können
auch Sensoren vorgesehen sein, die eine entsprechende Stellung der Verstellbrücke 91 zur
Anzeige bringen.
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Eine alternative Verstellmöglichkeit 97 zeigt 13, wobei diese Ausführungsvariante äußerst kostengünstig baut.
Bei dieser Ausführungsvariante ist
der Ring 7, 54 lediglich einseitig von einer Halteinrichtung 98 geführt. Diese
ist einlaufseitig vorgesehen, so dass in der gewählten Darstellung der Ring 7, 54 von
der Halteeinrichtung 98 ausgehend zunächst den Spalt zwischen den
Kegeln 4, 5; 51, 55 passiert und
dann den Kegel 5; 51 umlauft, bevor er die Halteeinrichtung 98 wieder
erreicht. Die Halteeinrichtung 98 ist an einer Spindel 99 gelagert
und umfasst den Ring mit ausreichendem Spiel, so dass dieser die Winkellage
seiner Drehachse aus der durch die Kegelachsen gebildeten Eben verlagern
kann, wodurch er eine Wanderbewegung durchführt und aus Eigenantrieb der
Bewegung der Halteeinrichtung 98 folgt. Alternativ zu dem
Spiel der Halteeinrichtung 98 kann diese mit einem rotatorischen
Freiheitsgrad in der Zeichenebene der 13 bezüglich der
als Spindel ausgestalteten Verstelleinrichtung 99 versehen
sein und den Ring im wesentlichen spielfrei führen.
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Ist der Ring 7, 54 derart
ausgestaltet, dass er ein Drehmoment senkrecht zu seiner Drehachse
aufweist, so kann auch eine lediglich einseitig an einer Anlage 100 den
Ring 7, 54 führende
Halteeinrichtung vorgesehen sein, die diesem Drehmoment entgegenwirkt
und – je
nach gewünschte
Verlagerung – sich von
dem Ring entfernt, so dass dieser eigenständig eine Drehbewegung seiner
Drehachse aus der durch die Kegelachsen ge bildeten Ebene vollführt und
anfängt
zu wandern, bis er die Führung
erreicht, die in wieder entsprechend ausrichtet, oder die Drehachse des
Rings verdreht, indem sie sich auf ihn zu bewegt, so dass dieser
von der Führung
wegwandert, bis diese ihm nicht weiter folgt und er wieder durch
sein eigenes Drehmoment seine Drehachse zurückschwenkt, bis er die Führung wieder
erreicht hat.
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Letztere Anordnung lässt dem
Ring 7, 54 besonders viel Spielraum, so dass dieser
sich sehr eigenständig
und selbststabilisierend bewegen kann, wodurch Reibungsverluste
minimiert werden können.