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Die Erfindung betrifft einerseits
ein Verfahren zum Betrieb eines Reibgetriebes und andererseits ein
Reibgetriebe selbst.
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Insbesondere betrifft die Erfindung
das Gebiet der Kegelreibringgetriebe, wie es beispielsweise aus
der
EP 0 878 641 A1 bzw.
aus der
EP 0 980 993 A2 bekannt
ist. Hierbei werden zwei achsparallele Kegelreibrader derart gelagert,
dass zwischen diesen ein konstanter Spalt verbleibt, in welchem
ein mit beiden Kegelreibrädern
in Kontakt stehender Reibring eines der Kegelreibräder umgreifend
verlagerbar ist. Auf diese Weise kann ein stufenlos einstellbares Getriebe
bereitgestellt werden.
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Darüber hinaus betrifft die Endung
jedoch auch alle anderen Reibgetriebe, bei welchen wenigstens ein
Eingangsglied und wenigstens ein Ausgangsglied reibend miteinander
wechselwirken. In vorliegendem Zusammenhang umfasst der Begriff „reibend" jede nicht formschlüssige Wechselwirkung zwischen
zwei umlaufenden Getriebegliedern, wobei vorzugsweise bei zu hohen
Drehmomenten ein zerstörungsfreier
Schlupf zwischen den beiden Getriebegliedern auftreten kann. Insbesondere
umfasst dieser Begriff auch eine Wechselwirkung, die durch hydrostatische
bzw. hydrodynamische bzw. elektrostatische, elektrodynamische oder
magnetische Kräfte
zwischen den beiden Getriebegliedern wirkt. Vorliegende Erfindung
umfasst somit insbesondere auch Reibgetriebe, bei welchen zwischen
den eigentlichen mechanischen Getriebegliedern ein mit einem Fluid, wie
beispielsweise einem Gas oder einer Flüssigkeit, gefüllter Spalt
verbleibt und die Geschwindigkeiten, die Spaltbreiten, die Drücke und ähnliches
derart dimensioniert sind, dass dieses Fluid beispielsweise durch
Scherkräfte
eine Wechselwirkung zwischen den beiden Getriebegliedern bedingt.
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Insofern betrifft vorliegende Erfindung
auch Reibgetriebe, bei welchen zwischen den beiden Getriebegliedern
ein die Wechselwirkung vermittelndes Medium bzw. mehrere derartiger
Medien, wie Fluide oder aber ein weiteres Getriebeglied, vorgesehen sind.
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Bei all diesen Anordnungen wird die
Wechselwirkung zwischen den beiden Getriebegliedern zu einem verhältnismäßig großen Teil
von den Kräften beherrscht,
die auf die jeweilige wechselwirkende Fläche der Getriebeglieder wirken.
Wie beispielsweise aus der
EP
0 878 641 A1 bzw. aus der
EP 0 980 993 A2 bekannt, können hierzu
die beiden Getriebeglieder in geeigneter Weise verspannt sein, was
beispielsweise durch geeignete Lager gewährleistet werden kann. Des
Weiteren können,
wie einzelne Ausführungsbeispiele
in diesen Druckschriften darstellen, Anpresseinrichtungen vorgesehen
sein, die über
eine bestimmte Grundlast hinausgehend variable Anpresskräfte in Abhängigkeit
vom Ausgangsdrehmoment bereitstellen, so dass bei hohen Ausgangsdrehmomenten
auch hohe Anpresskräfte
erzeugt werden können,
wodurch das übertragbare
Drehmoment des Reibgetriebes entsprechend er höht werden kann. Derartige Anordnungen
führen
jedoch zu verhältnismäßig hohen
Verlusten bei derartigen Reibgetrieben, wodurch deren Wirtschaftlichkeit
in Frage gestellt wird.
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Es ist daher Aufgabe vorliegender
Erfindung, die Wirtschaftlichkeit beim Betrieb eines Reibringgetriebes
zu erhöhen.
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Als Lösung schlägt die Erfindung ein Verfahren
zum Betrieb eines Reibgetriebes mit wenigstens einem Eingangsglied
und wenigstens einem Ausgangsglied, die mittels einer Anpresseinrichtung
gegeneinander gepresst werden, vor, welches sich dadurch auszeichnet,
dass die Anpresseinrichtung mit einer Betriebszustand-Anpresskraft-Kennlinie
betrieben wird, die zwischen einem Ruhezustand des Reibgetriebes
und einem ersten Betriebszustand eine andere mittlere Steigung als
zwischen dein ersten Betriebszustand und einem zweiten Betriebszustand
hat. Ebenso schlägt
die Erfindung ein Reibgetriebe mit wenigstens zwei Betriebszuständen vor, bei
welchem wenigstens ein Eingangsglied und wenigstens ein Ausgangsglied
mittels wenigstens einer Anpresseinrichtung mit einer in Abhängigkeit
von dem jeweiligen Betriebszustand variierenden Anpresskraft gegeneinander
gepresst werden und welches sich durch eine Anpresseinrichtung mit
der bereits vorstehend beschriebenen Betriebszustand-Anpresskraft-Kennlinie
auszeichnet.
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Wie bereits einleitend erläutert, brauchen Eingangsglied
und Ausgangsglied nicht unmittelbar verbunden sein, vielmehr ist
es auch denkbar, das mittelnde Getriebeglieder bzw. die Reibverbindung mittelnde
Maßnahmen,
wie zusätzliche
Fluide oder weitere Wechselwirkungsmechanismen, vorhanden sein können. Wegen
der in einem Getriebe herrschenden Kräftegleichgewichte können Eingangsglied
und Ausgangsglied auch vertauscht werden. Da jedoch häufig derartige
Getriebe in einem komplexen Antriebsstrang zu finden sind, wird
diese Differenzierung in der Regel beibehalten werden müssen. Es versteht
sich im Übrigen,
dass ein Gegeneinanderpressen der beiden Getriebeglieder auch durch
versetzt gerichtete Freiheitsgrade dieser Getriebeglieder erfolgen
kann, solange wenigstens eine Komponente der beim Ver- bzw. Anpressen
genutzten Freiheitsgrade in geeigneter Weise auf die wechselwirkende
Oberfläche
eines entsprechenden Getriebegliedes gerichtet ist.
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Erfindungsgemäße Reibringgetriebe können in
verschiedenen Betriebszuständen
sowie unter Berücksichtigung
unterschiedlicher Betriebszustandsarten betrieben werden. Derartige
Betriebszustandsarten können
beispielsweise Eingangs- bzw. Ausgangsdrehmomente, Drehzahlen, Kräfte bzw.
Kraftverhältnisse,
Drücke
oder auch Temperaturen, Zeiten oder ähnliches sowie hierzu proportionale
Messgrößen sein.
Während
des Betriebs eines derartigen Reibgetriebes werden die jeweiligen
Betriebszustandsarten in verschiedensten Betriebszuständen genutzt,
wobei – je
nach konkreter Ausführungsform bzw.
Umsetzung – einige
Betriebszustandsarten von nur untergeordneter Bedeutung sind oder
aber zu anderen, leicht messbaren Betriebszustandsarten proportional
sind.
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Eine derartige erfindungsgemäße Verfahrensführung lässt sich
insbesondere mit einem, als zweite Lösung vorgeschlagenen, gattungsgemäßen Reibge triebe
realisieren, bei welchem die Anpresseinrichtung wenigstens zwei
Anpresseinheiten umfasst. Durch eine derartige, mindestens zwei
Komponenten umfassende Anpresseinrichtung kann die Betriebszustand-Anpresskraft-Kennlinie mit verhältnismäßig einfachen
Mitteln an gewünschte
Erfordernisse angepasst werden. Dieses gilt insbesondere für die verschiedenen
mittleren Steigungen der Betriebszustand-Anpresskraft-Kennlinie,
wie sie vorstehend beschrieben wurden. Diesbezüglich beschreibt der Begriff „mittlere
Steigung" zwischen
zwei Betriebszuständen
bzw. zwischen einem Betriebszustand und einem Ruhezustand einen
Wert, der durch eine gemittelte Steigung bzw. durch eine gemittelte
Gerade der ersten Ableitung in dem entsprechenden Intervall der
Betriebszustand-Anpresskraft-Kennlinie ermittelt ist. Durch die
Steigungsänderung
besteht die Möglichkeit,
die Betriebszustand-Anpresskraft-Kennlinie zumindest in zweierlei
Hinsicht bezüglich
der Notwendigkeiten im Antrieb zu optimieren. So kann zwischen den
beiden Betriebszuständen
für möglichst optimale
Verhältnisse
bezüglich
der Antriebskraft in Abhängigkeit
des jeweiligen konkreten Betriebszustands gesorgt werden, so dass
die Anpresskraft in Bezug auf den momentanen Betriebszustand möglichst
optimal gewählt
ist. Hierdurch können
bei optimaler Leistung des Reibgetriebes Verluste minimiert werden.
Die Anpassung der Kennlinie zwischen ersten Betriebszustand und
Ruhezustand ermöglicht hingegen
einen direkten Übergang
zwischen diesen beiden Zuständen,
wodurch Grundlasten und somit Grundverluste darüber hinausgehend minimiert
werden können.
Es versteht sich hierbei, dass diese Maßnahme nicht zwingend allein
zu einem optimalen Ergebnis führen
muss, wobei dieses – je nach
vorliegenden Randbedingungen – bereits
der Fall sein kann. Der Fachmann erhält jedoch durch vorliegende Erfindung
eine Möglichkeit,
die Leistungsfähigkeit derartiger
Reibgetriebe zu verbessern. Er wird hierbei gegebenenfalls einen
Kompromiss zwischen weiteren, leistungssteigernden Maßnahmen
und – gegebenenfalls – höheren Kosten
eingehen.
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Insbesondere ist es vorteilhaft,
wenn die beiden Anpresseinheiten als Bestandteil der Anpresseinrichtung
unterschiedliche Betriebszustand-Anpresskraft-Kennlinien
aufweisen. Durch Kombination der beiden Kennlinien kann die Gesamtkennlinie
der Anpresseinrichtung übersichtlich
und in nachvollziehbarer Weise entsprechend angepasst werden.
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Vorzugsweise können die beiden Anpresseinheiten
im ersten Betriebszustand jeweils einen ersten Beitrag zur Anpresskraft
erbringen und im zweiten Betriebszustand jeweils einen zweiten Beitrag
zur Anpresskraft erbringen, wobei die Differenz zwischen ersten
und zweiten Beitrag der ersten Anpresseinrichtung von der Differenz
zwischen ersten und zweiten Beitrag der zweiten Anpresseinrichtung abweicht.
Auf diese Weise wird ein System bereitgestellt, bei welchem die
jeweiligen Anpresseinheiten in den jeweiligen Betriebszuständen einen
unterschiedlichen Beitrag zur gesamten Anpresskraft der Anpresseinrichtung
leisten, wodurch die Kennlinie der gesamten Anpresseinrichtung auf
konstruktiv einfache Weise beeinflusst werden kann.
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Die beiden Anpresseinheiten können hierbei, unabhängig von
den übrigen
Merkmalen vorliegender Erfindung, bezüglich der Betriebszustandsermitt lung
und/oder Anpresskraft parallel oder in Reihe wirkend ausgebildet
sein. Hierdurch sowie durch geeignete Übersetzungsverhältnisse
bei einer entsprechenden Kopplung kann die Gesamtkennlinie der Anpresseinrichtung
ohne Weiteres an die bestehenden Erfordernisse angepasst werden.
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Zwar ist es durch geeignete Kurvenbahnen oder ähnliche
Maßnahmen
möglich,
eine Betriebszustand-Anpresskraft-Kennlinie für eine derartige Anpresseinrichtung
in verhältnismäßig weiten
Grenzen anzupassen. Dieses hat jedoch in der Regel den Nachteil,
dass externe Einflüsse,
wie Toleranzen, Spiel, thermische Expansion oder ähnliches,
eine Verlagerung auf der Kennlinie bewirken, so dass diese Kennlinie
nicht mehr korrekt in Abhängigkeit
von dem entsprechenden Betriebszustand durchlaufen wird. Insbesondere
in diesen Fällen
ist daher nicht mehr gewährleistet,
dass eine Betriebszustandsänderung
auch die gewünschte Änderung
der Anpresskraft bedingt. Aus diesem Grunde wird vorliegend – auch unabhängig von
den übrigen
Merkmalen vorliegender Erfindung – vorgeschlagen, dass wenigstens eine
Anpresseinheit, vorzugsweise beide oder alle Anpresseinheiten, eine
Betriebszustand-Anpresskraft-Kennlinie
mit einer im Wesentlichen konstanten Steigung aufweisen. Eine derartige
Anordnung ist verhältnismäßig unempfindlich
gegen Toleranzprobleme bzw. die vorgenannten Störungen, da bei jeder Anpresseinheit,
die entsprechend ausgelegt ist, eine externe Störung insofern keine Relevanz
aufweist, als dass eine Änderung
des Betriebszustandes wegen der konstanten Steigung der jeweiligen
Kennlinie unabhängig
von derartigen Störungen
die gleiche Änderung
der entsprechend Anpresskraft bedingt. Insofern ist eine derartige
Lösung
insbesondere dann von Vorteil, wenn Reib getriebe mit Anpresseinrichtungen,
deren Gesamtkennlinie von einer Geraden abweicht, Verwendung finden.
In diesem Zusammenhang versteht es sich, dass der Begriff „im Wesentlichen
konstante Steigung" auf
die ansonsten im System ohnehin vorhandenen Toleranzen sowie auf
die übrigen
Genauigkeitsanforderungen in dem Gesamtantriebsstrang zu sehen ist,
so dass diesbezüglich der
Begriff der „Konstanz" einer Steigung nicht
enger als dieses die Gesamtgenauigkeit bzw. Gesamttoleranz des Systems
erfordert, anzusetzen ist.
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Vorzugsweise sind die Anpresseinheiten
miteinander gekoppelt, wobei die Kopplung mechanisch bzw. hydrodynamisch
oder hydrostatisch ausgebildet sein kann. Dieses gilt insbesondere
auch für
den Fall, dass die Anpresseinheiten getrennt jeweils an einem Getriebeglied
vorgesehen sind. Insbesondere bei einer eingangsseitig vorgesehenen
Anpresseinrichtung bzw. Anpresseinheit besteht die Möglichkeit, eine
Eingangslast zu berücksichtigen,
wobei dieses insbesondere dadurch geschehen kann, dass bei Teillasten
die Anpresskraft reduziert wird, wodurch die Gesamtverluste des
Reibringgetriebes reduziert werden können, so dass eine derartige,
antriebsseitig vorgesehene Anpresseinrichtung bzw. Anpresseinheit
auch unabhängig
von den übrigen
Merkmalen vorliegender Erfindung vorteilhaft ist.
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Durch die Kopplung der eingangsseitigen Anpresseinheit
mit einer ausgangsseitigen Anpresseinheit wird es darüber hinaus
möglich,
bei optimalen Volllastverhalten die Anpresskraft unter Teillast
zu reduzieren, so dass die Gesamtverluste minimiert werden können.
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Als Betriebszustandsart können verschiedene
Parameter des jeweiligen Reibgetriebes genutzt werden. Dieses können insbesondere
ein Eingangsdrehmoment, ein Ausgangsdrehmoment, die Gesamtlast,
auftretende Kräfte
oder andere bereits vorstehend erwähnte Parameter sein.
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Besonders vorteilhaft ist die Überprüfung des
Ausgangs- und/oder des Eingangsdrehmomentes sowie – gegebenenfalls – der Gesamtlast,
da hieraus unmittelbar Informationen über die an der Reibverbindung
der beiden Getriebeglieder auftretenden bzw. benötigten Kräfte gewonnen werden können.
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Dementsprechend ist es vorteilhaft,
wenn für den
Vergleich der mittleren Steigung zwischen Ruhezustand und ersten
Betriebszustand bzw. ersten Betriebszustand und zweiten Betriebszustand
der erste Betriebszustand das niedrigste, unter Volllast erwartete
Drehmoment und der zweite Betriebszustand das höchste, unter Volllast erwartete
Drehmoment ist. Dementsprechend kann für eine geeignete Dimensionierung
der Kennlinie die notwendige Anpresskraft für das niedrigste, unter Volllast
erwartete Drehmoment und für
das höchste,
unter Volllast erwartete Drehmoment ermittelt werden, so dass die entsprechende
Kennlinie unmittelbar als Gerade zwischen diesen beiden Punkten
ausgebildet werden kann.
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Der Vorteil einer Geraden als Kennlinie
wurde bereits vorstehend detailliert erläutert. Ebenso kann zwischen
Ruhezustand bzw. der minimal erforderlichen Anpresskraft, damit
das Getriebe anfahrsicher nicht schlupft und/oder nicht klappert,
und der notwendigen Anpresskraft beim niedrigsten unter Volllast
erwarteten Drehmoment eine Gerade gelegt werden, so dass auch hier
die Toleranzunempfindlichkeit bei der Verwendung von Kennlinien
mit konstanter Steigung genutzt werden kann. Diese Kennlinienwahl
hat den großen
Vorteil, dass eine Grundlast auf das zwingend notwendige Minimum
beschränkt ist,
so dass auch diesbezüglich
der Wirkungsgrad eines derartigen Reibgetriebes optimiert ist.
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Es kann vorteilhaft sein, dass die
beiden Anpresseinheiten hinsichtlich ihrer jeweiligen Anpresskraft,
bzw. hinsichtlich ihres Beitrags zur Gesamtanpresskraft der Anpresseinrichtung
durch verschiedene Betriebszustandsarten variiert werden. So kann diesbezüglich eine
Anpresseinheit beispielsweise hinsichtlich des Eingangsdrehmoments
bzw. der Gesamtlast und eine Anpresseinheit hinsichtlich des Ausgangsdrelunoments
in ihrer Anpresskraft variiert werden. Auf diese Weise kann das
Gesamtverhalten des Reibgetriebes in einer großen Bandbreite an die gegebenen
Erfordernisse angepasst werden, so dass es insbesondere hinsichtlich
seines Wirkungsgrades optimiert werden kann.
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Weitere Vorteile, Eigenschaften und
Ziele vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung
anliegender Zeichnung erläutert. In
der Zeichnung zeigen:
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1 ein
erstes erfindungsgemäßes Reibgetriebe
in schematischer Schnittdarstellung;
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1A einen
schematischen Ausschnitt aus 1;
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2 eine
schematische Darstellung der Wirkungsweise der Anpresseinrichtung
aus den 1 und 1A;
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3 die
Kennlinie der inneren Kugeleinheit der Anordnung nach 1 und 1A;
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4 die
Kennlinie der äußeren Kugeleinheit
der Anordnung nach 1 und 1A;
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5 die
Kennlinie der gesamten Anpresseinheit der Anordnung nach 1 und 1A;
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6 eine
alternative Kennlinie der inneren Kugeleinheit der Anordnung nach 1 und 1A;
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7 eine
an die Kennlinie nach 6 angepasste
Kennlinie der äußeren Kugeleinheit
der Anordnung nach 1 und 1A;
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8 die
Kennlinie der gesamten Anpresseinheit unter Berücksichtigung der Kennlinien
nach 6 und 7 der Anordnung nach 1 und 1A;
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9 eine
mögliche
Kennlinie einer Anpresseinrichtung;
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10 eine
weitere mögliche
Kennlinie einer Anpresseinrichtung;
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11 eine
besonders vorteillhafte Kennlinienausgestaltung;
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12 ein
zweites erfindungsgemäßes Reibgetriebe
in schematischer Schnittdarstellung;
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13 die
Kennlinie der Eingangsanpresseinheit der Anordnung nach 12;
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14 die
Kennlinie der Ausgangsanpresseinheit der Anordnung nach 12;
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15 die
Kennlinie der gesamten Anpresseinheit der Anordnung nach 12;
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16 ein
drittes erfindungsgemäßes Reibgetriebe
in schematischer Schnittdarstellung;
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17 ein
viertes erfindungsgemäßes Reibgetriebe
in schematischer Schnittdarstellung;
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18 die
Kennlinie der Eingangsanpresseinheit der Anordnungen nach 16 und 17;
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19 die
Kennlinie der Ausgangsanpresseinheit der Anordnungen nach 16 und 17 und
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20 die
Kennlinie der gesamten Anpresseinrichtung der Anordnungen nach 16 und 17.
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Das in 1 bis 8 dargestellte und einschließlich seiner
Kennlinien erläuterte
Reibgetriebe weist einen Eingangskegel 1 und einen Ausgangskegel
2 auf,
die über
einen verstellbaren Reibring 3 miteinander wechselwirken.
Hierbei ist der Eingangskegel 1 mit einer Antriebswelle 4 und
der Ausgangskegel 2 mit einer Abtriebswelle 5 wirkverbunden.
Die Kegel 1, 2 sind bei diesem Ausführungsbeispiel
in radialer Richtung durch Zylinderrollenlager 6 (lediglich in 1 schematisch dargestellt)
gelagert. Darüber hinaus
sind die Kegel 1, 2 in axialer Richtung bei diesem
Ausführungsbeispiel
durch Axial-Zylinderrollenlager 7 gegeneinander verspannt,
so dass die notwendigen Anpresskräfte aufgebracht werden können, damit
Drehmoment über
den Reibring 3 von dem Eingangskegel auf den Ausgangskegel 2 und umgekehrt übertragen
werden kann.
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Zur Verspannung bzw. zum Erzeugen
der notwendigen Anpresskräfte
ist darüber
hinaus zwischen der Abtriebswelle 5 und dein Ausgangskegel 2 eine
Anpresseinrichtung 8 vorgesehen, während bei diesem Ausfuhrungsbeispiel
die Eingangswelle 4 unmittelbar mit dem Eingangskegel 1 verbunden
ist. Die Anpresseinrichtung 8 ist in der Lage, den axialen
Abstand zwischen dem Ausgangskegel 2 und dem Axial-Zylinderrollenlager 7 an
der Abtriebswelle 5 zu variieren bzw. – in verspannten Zustand – bedingt
durch eine Federanordnung 9 entsprechend variierende Anpresskräfte zu erzeugen.
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Es versteht sich, dass statt der
Lager 6 und 7 auch andere Lageranordnungen, wie
Axial-Schrägkugellager,
Axial-Pendelrollenlager, Axial-Rillenkugellager,
Kegelrollenlager oder ähnliche
Lager bzw. Lagerarten miteinander kombiniert werden können, um
die Kegel 1, 2 einerseits radial und andererseits ausreichend
axial verspannt zu lagern. Ebenso können bei spielsweise hydrodynamische
oder hydrostatische Lager zur Anwendung kommen.
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Im Betrieb kann der Reibring in an
dieser Stelle nicht näher
erläuterter,
aber bekannter Art und Weise verstellt und auf diese Weise das Übersetzungsverhältnis des
Getriebes gewählt
werden. Es versteht sich, dass im Betrieb die Gesamtanordnung insbesondere
unterschiedlichen Drehmomenten unterliegt. Da es sich bei der Wirkverbindung
zwischen den beiden Kegeln 1, 2 um eine Reibverbindung
handelt, sind vorzugsweise die Anpresskräfte derart zu wählen, damit
ein beherrschbarer Schlupf an dem Reibring 3 auftritt.
Andererseits würden
unnötig
hohe Anpresskräfte
zu einer verhältnismäßig starken Grundlast
führen,
die wiederum dem Wirkungsgrad des Reibgetriebes beeinträchtigen
würde.
Aus diesem Grunde ist bei vorliegenden Ausführungsbeispiel eine drehmomentabhängige Anpresskraftregelung
gewählt,
wobei jedoch die Anpresskraft jedoch auch von anderen Betriebszuständen abhängig gewählt werden
kann. Wie unmittelbar aus 1 und 1A ersichtlich, wird für die Anpresskraftregelung
das Ausgangsdrehmoment als Stellgröße gewählt, wobei auch andere Betriebszustandsarten,
wie beispielsweise die Gesamtlast oder das Eingangsdrehmoment diesbezüglich genutzt
werden können,
wie anhand der nachfolgend erläuterten
Ausführungsbeispiele
verdeutlicht werden wird.
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Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel
umfasst die Anpresseinrichtung 8 zwei hinsichtlich ihrer Drehmomentmessung
parallel und hinsichtlich ihrer Anpresskraftwirkung in Reihe geschaltete
Anpresseinheiten 10 und 11, die jeweils durch
innere Kugeln 12 bzw. äußere Kugeln 13 (siehe 1A) repräsentiert werden. Die Kugeln 12, 13 laufen
jeweils in Kugelbahnen, die in kegel- bzw. wellenseitigen Anpressplatten 14, 15 und 16 vorgesehen
sind. Hierbei sind bei diesem Ausführungsbeispiel die wellenseitigen
Anpressplatten 14 und 15 drehfest bezüglich der Abtriebswelle 5 angeordnet,
während
die kegelseitige Anpressplatte 16 drehfest bezüglich des
Abtriebskegels 2 angeordnet ist. Andererseits sind die
Anpressplatten 14, 15, 16 über entsprechende
Gleitlager 17, 18, 19 axial verlagerbar
an diesen jeweiligen Baugruppen gelagert.
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Während
somit ein Drehmoment von dein Abtriebskegel 2 über das
Lager 19 auf die Anpressplatte 16, von dort über die
Kugeln 12, 13 sowie über die Anpressplatte 15 und
das Lager 18 auf die Anpressplatte 14 und von
der Anpressplatte 14 über
das Lager 17 auf die Abtriebswelle 5 übertragen
wird, können
sich die Anpressplatten 14, 15, 16 axial
gegen die Federkraft der Federanordnungen 9 und gegen ein
Anpresslager 20, welches über ein Axial-Zylinderrollenlager 21 und
eine Lagerplatte 22 an dein Abtriebskegel 2 abgestützt ist,
verlagern und auf diese Weise in Abhängigkeit von den Kurvenbahnen eine
drehmomentabhängige
Anpresskraft erzeugen. Diesbezüglich
zeigen 1 und 1A im oberen Randbereich
der Anpresseinrichtung 8 die Anordnung bei niedrigem Drehmoment,
während
der untere Bereich die Anordnung bei hohem Drehmoment darstellt,
wobei im unteren Bereich erkennbar ist, dass die Anpressplatte 16 bei
höheren
Drehmomenten an einer Schulter 23 des Abtriebskegels 2 anliegt,
so dass auf diese Weise die Kenn linie der Gesamtanordnung ohne Weiteres
drehmomentabhängig
beeinflusst werden kann.
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Hierbei zeigt 2 schematisch in flächiger Form das Zusammenspiel
der beiden Anpresseinheiten 10 und 11, wobei für Baugruppen,
die den Baugruppen aus 1 und 1A gleichwirkend sind, auch identische
Bezugsziffern vergeben sind. Wie unmittelbar ersichtlich laufen
die Kugeln 12, 13 in ausgestalteten Kugelbahnen
mit verschiedenen Neigungen ß und
y. Es können – ggf. – auch komplexere
Bahnen zur Anwendung kommen, wobei insbesondere lineare Bahnen aus
Gründen
der Zuverlässigkeit,
beispielsweise gegen Spiel oder thermische Effekte, vorteilhaft
sind. Bei gegebener Verlagerung bzw. bei gegebenen Drehmoment, wie
dieses beispielsweise im unteren Teil der 2 anhand eines Verstellweges V gegenüber der
Anordnung des oberen Teils der 2 dargestellt
ist, bedingen diese Kugelbahnen jeweils einen Hub H1 bzw. H2, woraus
ein Gesamthub G resultiert. Durch den Anschlag wird der Hub H1 begrenzt,
so dass der Gesamthub G nicht linear vom Verstellweg V abhängt.
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Die Kugelbahnen können beispielsweise derart
ausgestaltet werden, dass die in 3 und 4 dargestellten Kennlinien
resultieren. Wegen der drehmomentbezogenen Parallelschaltung folgt
hieraus die in 5 dargestellte
Kennlinie, wobei wegen der Parallelschaltung hinsichtlich des Drehmoments die
Momente addiert und wegen der Reihenschaltung hinsichtlich der axialen
Anpresskraft die Anpresskraft bei beiden Anpresseinheiten identisch
ist.
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Mit erreichen der Schulter 23 trägt lediglich die äußere Anpresseinheit 11 mit
ihrer Kennlinie zur Gesamtkennlinie bei.
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Eine andere Kennlinienausgestaltung
zeigen 6 bis 8, wobei durch die negative
Steigung bei der inneren Anpresseinheit eine besonders wünschenswerte
Gesamtkennlinie (8)
resultiert.
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Wie unmittelbar aus den 3 bis 8 ersichtlich, weisen bei vorliegenden
Ausführungsbeispielen die
Anpresseinheiten eine Betriebszustand-Anpresskraft-Kennlinie bzw.
eine Drehmoment-Anpresskraft-Kennlinie mit einer im Wesentlichen
konstanten Steigung auf. Durch die Verwendung zweier Anpresseinheiten
lässt sich
trotz dieser im Wesentlichen konstanten Steigungen eine an die jeweiligen Erfordernisse
angepasste Kennlinie realisieren. Dieses ist unter anderem dadurch
möglich,
dass die beiden Anpresseinheiten 10, 11 bei einem
ersten Drehmoment jeweils einen ersten Beitrag zur Anpresskraft
erbringen und bei einem zweiten Drehmoment jeweils einen zweiten
Beitrag zur Anpresskraft erbringen, wobei die Differenz zwischen
ersten und zweiten Beitrag der ersten Anpresseinrichtung von der Differenz
zwischen ersten und zweiten Beitrag der zweiten Anpresseinrichtung 11 abweicht.
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In der Regel werden Reibgetriebe
in einem bestimmten Betriebsintervall bezüglich verschiedener Betriebszustandsarten
betrieben. Hinsichtlich der Anpresskraft ergibt sich hierbei in
der Regel die Anforderung, dass am unteren Ende dieses Intervalls eine
bestimmte erste Anpresskraft und am oberen Ende dieses Intervalls
eine höhere
Anpresskraft vorliegen soll. Um hinsichtlich eventueller Toleranzen keine
Probleme zu bekommen, kann es vorteilhaft sein, im Betriebsintervall
eine konstante Steigung der Betriebszustand-Anpresskraft-Kennlinie zwischen diesen
beiden Punkten vorzusehen. Unter diesen Voraussetzungen kann mit
einer lediglich eine Anpresseinheit uinfassenden Anpresseinrichtung
beispielsweise die in 9 dargestellte
Kennlinie umgesetzt werden, auch wenn das Betriebsintervall lediglich zwischen
50 Nm und 350 Nm liegt. Dieses hat jedoch zur Folge, dass in dein
System eine erhebliche Grundlast verbleibt, welche den Wirkungsgrad
nennenswert reduziert. Diesem lässt
sich beispielsweise dadurch begegnen, dass die Kurvenbahn eine veränderliche
Steigung erhält,
wie dieses in 10 dargestellt
ist. Hierbei weist die Kennlinie vorzugsweise im Betriebsbereich
zwischen 50 Nm und 350 Nm eine im Wesentliche konstante Steigung
und fällt
unterhalb des Betriebsbereiches auf eine Anpresskraft in der Nähe von 0
N, insbesondere unter 1 N, im Ruhezustand (0 Nm) ab. Auf diese Weise
wird die Grundlast im Gesamtsystem erheblich reduziert, wodurch
der Gesamtwirkungsgrad gesteigert werden kann. Eine veränderliche
Steigung der Kurvenbahn bei einer Anpresseinheit birgt jedoch Toleranzprobleme
in sich, was vorliegende Erfindung durch Verwendung wenigstens zweier
Anpresseinheiten, wie bereits vorstehend beschrieben.
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Vorzugsweise schlägt die Erfindung vor, dass,
wie insbesondere in 10 und 11 dargestellt, die Betriebszustand-Anpresskraft-Kennlinie
in einem Betriebsbereich (vergl. 50 Nm bis 350 Nm in 10 bzw. 11) eine geringere
mittlere Steigung aufweist, als unterhalb dieses Betriebsbereiches.
Hierdurch lässt
sich die Grundlast des Gesamtsystems erniedrigen, wodurch der Wirkungsgrad
steigt. Andererseits sind auch Anordnungen denkbar, die eine Kennlinie ähnlich der
in 5 dargestellten Kennlinie
mit einem Betriebsbereich zwischen 100 Nm und 350 Nm wünschenswert
erscheinen lassen. Auch eine derartige Kennlinie lässt sich
insbesondere durch zwei Anpresseinheiten bei geringer Toleranzempfindlichkeit realisieren.
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Um darüber hinaus Verluste in dem
Gesamtsystem zu minimieren, kann es vorteilhaft sein, die Anpresskraft
in Abhängigkeit
von einem zweiten Betriebszustand, insbesondere beispielsweise von
der Gesamtlast bzw. von einem Eingangsdrehmoment, zu reduzieren,
wie dieses beispielsweise in 11 dargestellt
ist. Auf diese Weise lässt
sich der Wirkungsgrad des Gesamtsystems weiter erhöhen.
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Letzteres kann beispielsweise durch
die in 12 dargestellte
Anordnung gewährleistet
werden. Diese Anordnung entspricht im Wesentlichen der in den 1 und 1A dargestellten Anordnung, wobei die
Kegel bei dieser Anordnung, abgesehen von einer Lagerung durch die
Zylinderrollenlager 6, in axialer Richtung durch Schrägkugellager 24 gelagert sind.
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Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
ist die Anpresseinrichtung durch zwei Anpresseinheiten 25, 26 gebildet.
Abweichend von der Ausgestaltung bei der Anordnung nach den 1 und 1A ist jedoch eine Anpresseinheit 25 am
Ausgangskegel 2 und die andere Anpresseinheit 26 am
Eingangskegel 1 angeordnet. Auf diese Weise kann die gesamte
Anpresseinrichtung sowohl das Eingangsmoment als auch das Ausgangsmoment
unmittelbar ermitteln und in eine Anpresskraft überführen. Die Anpresseinheiten 25, 26 weisen
die 13 und 14 dargestellten Kennlinien
auf. Hieraus resultiert die in
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15 dargestellte
Kennlinie, die im Wesentlichen der Kennlinie der Ausgangsanpresseinheit 25 entspricht,
jedoch bei niedrigen Momenten lastabhängig in eine Horizontale übergeht.
Die Steigung der Kennlinie der Ausgangsanpresseinheit 25 ist
dabei derart gewählt,
dass diese Kennlinie die ideale Volllastkennlinie im Betriebsintervall
schneidet, so dass bei hohen Ausgangsmomenten eine ausreichend hohe
Anpresskraft resultiert. Die Gesamtanordnung ist darüber hinaus
derart ausgelegt, dass bei Volllast auch im unteren Drehzahlbereich
die ideale Volllastkennlinie nicht unterschritten wird. Bei Teillasten
kann die ideale Volllastkennlinie lastabhängig unterschritten werden,
so dass hierdurch die Gesamtlast im System weiter reduziert wird,
obwohl ansich im Volllastbetrieb zu hohe Anpresskräfte bereitgestellt
werden. Durch Wahl der Steigung der Kennlinie für die Ausgangsanpresseinheit 25 kann
deren Schnittpunkt mit der idealen Volllastkennlinie verschoben
werden, um auf diese Weise die Gesamtverluste zu minimieren. Wie
unmittelbar aus 15 ersichtlich,
kann die Steigung der Kennlinie der Ausgangsanpresseinheit 25 nicht
gleich der Steigung der idealen Volllastkennlinie im Betriebsbereich
gewählt werden,
da dann die Effekte durch die zweite Anpresseinheit 26 nicht
zum Tragen kommen.
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Letzteres ist andererseits bei einer
Kopplung der beiden Anpresseinheiten 25 und 26 möglich, wie dieses
anhand der 16 und 17 beispielhaft dargestellt
ist. Auch diese Anordnungen entsprechen im Wesentlichen den Anordnungen
nach 1 und 1A bzw. 12, wobei
identisch wirkende Baugruppen auch identisch bezeichnet sind.
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Auch bei diesen Ausführungsformen
sind die Anpresseinheiten 25, 26 jeweils in verschiedenen Getriebegliedern
des Reibgetriebes angeordnet, wie dieses bereits bei der Ausführungsform
nach 12 der Fall ist.
Hierbei umfassen die Anpresseinheiten 25, 26 jeweils
Kugelanordnungen 27, 28, die sich jeweils auf
Anpressplatten 29, 30 der Eingangswelle 4 bzw.
der Ausgangswelle 5 abstützen. Andererseits stützen sich
die Kugeln 28 an einer Anpressplatte 31 ab, die
axial verlagerbar aber drehfest bezüglich des Eingangskegels 1 vorgesehen
ist. Diese Anpressplatte dient gleichzeitig als Kolben für eine hydraulische
Rückkopplung 32 mit
einem Kolben 33, der seinerseits mit der Anpressplatte 30 verbunden
ist. Bei der ausgangsseitigen Anpresseinheit 25 ist eine
weitere Anpressplatte nicht vorgesehen, da die Kugeln 27 im Übrigen unmittelbar
an dem Abtriebskegel 2 angeordnet sind, wobei diesbezüglich auch
eine separate Anpressplatte zur Aufnahme der entsprechenden Kurvenbahnen
vorgesehen sein kann.
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Die hydraulische Rückkopplung 32 ist über Durchführungen 34, 35 in
das Innere der Kegel 1, 2 geleitet, wobei statt
einer derartigen hydraulischen Rückkopplung 32 auch
ein mechanisches System 35 entsprechend der Anordnung nach 17 vorgesehen sein kann,
welches mit entsprechenden Platten 36, 37 der
Anpresseinheiten 25, 26 wechselwirkt.
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Eine derartige Kopplung ermöglicht es,
die Ausgangsanpresseinheit 25 in ihrer Kennlinie exakt mit
der Steigung der Idealkennlinie im Betriebsbereich (siehe beispielsweise 11) zu wählen. Durch die Eingangsanpresseinheit 26 wird
diese Kennlinie dann auf die gewünschte
Höhe angehoben.
Bei niedrigen Lasten erfolgt dementsprechend eine lastabhängige Absenkung,
so dass die Gesamtanordnung der Idealkennlinie nach 11 im Wesentlich erfolgt, wie dieses
aus 20 ersichtlich ist.