DE2827892A1

DE2827892A1 - Reibrad-drehmomentwandler mit einem reibradpaar sowie dessen verwendung

Info

Publication number: DE2827892A1
Application number: DE19782827892
Authority: DE
Inventors: Heinz Lampert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-06-29
Filing date: 1978-06-24
Publication date: 1979-01-18
Also published as: JPS5417464A; CH628124A5; FR2396216B1; US4210032A; IT7812681A0; GB2000560B; IT1161675B; GB2000560A; FR2396216A1; DE2827892C2

Description

Heinz Lampert Fuchsbühelstraße 50 9470 Buchs / Schweiz

Reibrad-Drehmomentwandler mit einem Reibradpaar sowie dessen Verwendung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Reibrad-Drehmomentwandler mit einem Reibradpaar, wovon mindestens das eine als Regelreibrad mit achsial variierendem Durchmesser ausgebildet ist sowie dessen Verwendung in Elektrofahrzeugen.

Im Gegensatz zur relativ weit verbreiteten Meinung, sind Elektrofahrzeuge bei starrer Untersetzungsanordnung nur in einem schmalen Belastungsbereich wirtschaftlich. Wenn auch elektronische Regelungen bis zu einem gewissen Grad eine Verbesserung der

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Wirtschaftlichkeit "bringen, so müssen doch die installierten Leistungen schon für geringe Steigfähigkeiten erheblich se is·, oder es müssen aber Stufengetriebe vorgesehen werden, da die Strömungswandler, insbesondere für kleine Leistungen, zu schlechte Wirkungsgrade aufweisen." Variatoren, welche als Drehmomentwandler arbeiten, wurden bisher vor allem als Hydrostaten gebaut, welche jedoch teuer sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Reibrad-Drehmomentwandler zu schaffen, v/elcher, ohne Elektronik, das Übersetzungsverhältnis entsprechend den momentanen Lastmoment einregelt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einem Reibrad-Drehmomentwandler der eingangs bezeichneten Art gemäß der Erfindung darin, daß die Rotationsachsen der beiden Reibräder sowohl für eine erste relative Verschwenkung der Reibräder in der Umfangssesehwindigkeitsrichtung an ihrem gemeinsamen Abrollbereich, wie auch für eine zweite, in einer Ebene durch die Regelradrotationsachse gelagert sind, und daß Rückst e 11-/Re ge lungsmitt el vorgesehen sind, welche einer ersten Verschwenkung der Reibräder mittels Gegenkräften entgegenwirken, und daß die Rückstell-/ Regelungsmittel richtungsbestimmende Mittel für die Gegenkräfte aufweisen, und so mit den Reibradachsen wirkverbunden sind, daß bei Erzeugung der Gegenkräfte eine zweite Verschwenkung der Reibräder bewirkt wird, wobei die richtungsbestimmenden Mittel die Gegenkräfte so richten, daß die zweite Verschwenkung mit der ersten Verschwenkung bezüglich einer Neutralposition im stationären Wandlerlauf die Richtung wechselt.

Bezüglich weiterer Merkmale des Reibrad-Drehmoment-

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Wandlers gemäß der Erfindung wird auf die Merkmale der Unteransprüche Bezug genommen. Diese und die Vorzüge des Reibrad-Drehmomentwandlers gemäß der Erfindung werden im folgenden anhand der in der Zeichnung schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Seitenansicht eines Reibrad-Drehmomentwandlers in ausgeregelter. Position,

Pig. 2, 3 und 4 eine vereinfachte Frontansicht, Seitenansicht und Aufsicht der Anordnung von Fig. 1 zur Erläuterung des RegeIvorganges,

Fig. 5 ein Signalflußdiagramm zur schematisierten Darstellung des Regelprozesses,

Fig. 6 a, b und c Darstellungen der Gegenkraft-/ Moment-Richtungen in Analogie zur Darstellung von Fig. 2,

Fig. 7 eine Schnitt-Darstellung entsprechend der Linie YII - YII von Fig. 1,

Fig. 8 eine Teilansicht der Anordnung von Fig. 1 mit . einem zusätzlichen Organ für externe Geschwind igkeits-Yorgabe,

Fig. 9 eine Teilansicht der Anordnung von Fig. 1 in einer anderen Ausführungsvariante,

Fig. 10 den qualitativen Verlauf des Radial-Schwenkwinkels β in Abhängigkeit vom Bealstungsmoment f SL |,

Fig. 11 den qualitativen Verlauf der Reibungskraft fF|, einer Gegenkraft |κ| in einer Anordnung ge-

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maß Pig. 1 "bei Antriebsstillsetzung Sowie cTen Verlauf der korrigierten Gegenkraft J Έ\ ,

Fig. 12 eine grundsätzliche Möglichkeit einer Zusatzanordnung zum Erhalt eines Gegenkraft-Verlaufes gemäß ! S I von Fig. 11 in einer Anordnung gemäß Fig. 1.

Anhand von Fig. 1 soll der grundsätzliche Aufbau des Reibrad-Drehmomentwandlers erläufert werden. Dabei wird vorläufig auf einige Besonderheiten nicht eingegangen, deren Zweckmäßigkeit erst nach der Erläuterung des generellen Regelprozesses offensichtlich wird.

Der Reibrad-Drehmomentwandler umfaßt ein erstes scheibenförmiges Reibrad 1, das drehbar auf einer Welle 3 gelagert ist. Ein Regelreibrad 5 dreht um eine Achse 7, welche ihrerseits um eine erste Achse 9 und eine zweite Achse 11 schwenkbar ist. Ohne vorerst auf die genaue gegenseitige Positionierung der Anordnung einzugehen, berührt das Regel-Reibrad 5 das scheibenförmige Reibrad 1 im Bereiche seiner Peripherie. TJm ein sauberes Abrollen der beiden Reibräder aufeinander zu gewährleisten, müssen ihre Umfangsgeschwindigkeiten im Berührungsbereich 13 möglichst betrags- und richtungsmäßig gleich sein. Die Schwenkachsen 9 und 11 für die Rotationsachse 7 des Regelreibrades 5 sind so angeordnet, daß das Reibrad 5 sowohl in Richtung des gemeinsamen Umfangsgeschwindigkeitsvektors wie auch in einer Ebene, welche die Rotationsachse 7 des Regel-Reibrades 5 umfaßt, schwenkbar ist. Die letzterwähnte Schwenkung bewirkt, daß der für die momentane Umfangsgeschwindigkeit des Regel-Reibrades 5 am Berührungsbereich 13 mit dem Reibrad 1 maßgebliche Radius r^ (t) verändert wird.

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In den weiteren Erläuterungen wird auf obengenannte Schwenkungen wie folgt Bezug genommen:

Schwenkungen in Richtung des Umfangsgeschwindigkeitsvektors werden als Tangentialsehwenkungen und Schwenkungen in der Ebene, welche die Rotationsachse 7 des Regel-Reibrades 5 umfassen, werden als radiale Schwenkungen bezeichnet.

Bezüglich der Lagerung an den Schwenkachsen 9 und symmetrisch zur Anordnung des Reibrades 5 ist dessen Rotationsachse 7 über eine Regelfahne 10 mit Federmitteln 14 verbunden. Diese Federmittel stabilisieren unter anderem die Rotationsachse 7 im ausgeregelten Zustand. Dabei nehmen sie in diesem stationären Zustand die durch Reibungskräfte im Reibrad-Berührungsbereich 13 hervorgerufenen Momente bezüglich der Schwenkachse 9 und allenfalls 11 auf. Diese Reibungskräfte setzen sich generell je nach der gegenseitigen Lage der Rotationsachsen 7 und der Welle 3 aus Roll-, Reibungs- und allenfalls Gleitreibungskräften zusammen.

Anhand der Fig. 2 bis 4 soll nun das grundsätzliche dynamische "Verhalten des mit seinen Grunde lerne nt en beschriebenen Reibrad-Drehmomentwandlers von Fig. 1 erläutert werden. Dabei wird vom ausgeregelten, stationären Zustand ausgegangen. Die beiden Reibräder 1 und 5 drehen entsprechend den angegebenen Richtungspfeilen mit den Winkelgeschwindigkeiten w. und Wc. Gemäß Fig. 1 sei dabei das Lastmoment M_T zu überwinden. Ist M₀ das von einem Antriebsorgan auf die Rotationsachse 7 wirkende Antriebsmoment, so muß im stationären Lauf gelten:

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Dabei "bezeichnen r,-(t) den veränderlichen^! gelradius, r^ den Radius des scheibenförmigen Reibrades 1 bis zur Mitte des Berührungsbereiches 13 mit dem Regel-Reibrad 5, und F die zur Übertragung des Drehmomentes erforderliche Reibungskraft am Berührungsbereich 13. Erfährt nun das .Lastmoment IL eine Veränderung, beispielsweise eine sprungartige, so ergibt sich für das Reibrad 1 entsprehend dem neuzugeführten Moment eine Veränderung des Dralls. Da das Trägheitsmoment des Reibrades 1 konstant bleibt, resultiert dies in einer Veränderung der Winkelgeschwindigkeit w.«. In Fig. 1 ist das neuzugeführte Moment ^M in Gegenrichtung zum Lastmoment eingeführt, was einer Verkleinerung der Belastung entspricht.

In den Fig. 2 bis 4 ist ein Bezugskoordinatensystem x, y, ζ eingeführt, wobei die x-Achse in die Schwenkachse 9 für Tangentialschwenkungen, die y-Achse in Richtung der Umfangsgeschwindigkeit im Berührungsbereich 13 und die z-Achse gegen das Reibrad 1 weist. Da in der speziellen Ausführung von Pig. 1 die Schwenkachse 11 mit der Schwenkachse 9 in einer Ebene liegt, wurde der Kreuzungspunkt 12 beider Schwenkachsen als Koordinatenursprung gewählt.

Durch die Verkleinerung des Lastmomentes um Δ Μ ergibt sich wegen der momentan auftretenden Umlaufs-Geschwindigkeitadifferenz zwischen Regel-Reibrad 5 und Reibrad 1 am Berührungspereich 13 und dementsprechend der Tendenz eines Überganges von Rollreibung zu Gleitreibung eine Reibkraft J, welche entsprechend Fig. 4 in der angegebenen Richtung auf das Reibrad 5 wirkt. Diese Kraft ist im allgemeinen Fall wenigstens mit einer Komponente in Richtung der Umfangsgeschwindigkeit des Reibrades 5 im Berührungabereioh 13 gerichtet und bewirkt somit ent-

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sprechend dem Abstand des Berührungsbereiches 13 von der Tangentialschwenkachse 9 auf letztere ein Drehmoment M^. Wird, wie dies in Pig. 2 dargestellt ist, ein Winkel f für den Winkel in Tangentialschwenkrichtung zwischen der Momentan-Position der Rotationsachse 7 und ihrer Ausgangslage, respektive der Winkel zwischen der Projektion der Rotationsachse 7 auf die yz-Ebene und die z-Achse bezeichnet, so ergibt sich wegen des Momentes M,, das in Fig. aus Übersichtlichkeitsgründen neben der x-Achse eingezeichnet ist, eine Schwenkung der Rotationsachse 7 um einen sich zeitlich verändernden Winkel y(t)» Durch diese Schwenkung der Rotationsachse 7 um die Achse 9 stellt sich eine entsprechende Schwenkung der Regelfahne 10 von Fig. 1 ein, wodurch die Federmittel 14, wie dies in den Fig. 2 und 4 schematisch dargestellt ist, auf das dem Regelrad 5 entgegengesetzte Ende der Achse 7 ein rücktreibendes Moment bewirken.

Durch die Tangentialverschwenkung y(t) erfährt auch die Radial-Verschwenkungsachse 11, wie dies in Fig. aufgezeigt ist, eine Schwenkung um ^ (t) in der yz-Ebene. Konnten im stationären, das heißt ausgeregelten Zustand, Kräfte in Richtung der Umfangsgeschwindigkeit im Berührungsbereich 13 kein Moment bezüglich der Radial-Yerschwenkungsachse 11 ausüben, da die Achse 11 bezüglich dieser Kräfte parallel lag, oder war ein im allgemeinen Fall auftretendes Moment bezüglich dieser Achse 11 ebenfalls durch die Federmittel mit entsprechender "Vorspannung kompensiert, so ergibt sich nun durch die Vergrößerung der Federkraft K und/oder durch die Lageveränderung der Achse 11, im speziellen Fall durch deren Verschwenkung um /(t), für letztere eine veränderte Momentsituation.

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Bekannterweise bewirkt eine Kraft bezüglich einer Achse ein Drehmoment, welches dem Produkt aus dem Abstand besagter Achse von der Wirkungslinie der Kraft und der Projektion dieser Kraft auf eine Ebene senkrecht zur Achse gebildet ist. Y/ie nun aus Fig. ersichtlich ist, bewirkt die mit der Tangentialauslenkung *f (t) steigende Federrückstellkraft K auf die Welle 11 ein Drehmoment M , welches so gerichtet ist, daß die Rotationsachse 7 vom Schleifrad 1 weggehoben wird, wodurch der für die Umfangsgeschwindigkeit des Regelrades 5 maßgebliche Radius r^ (t), entsprechend Pig. 1, vergrößert wird. Durch diese Vergrößerung des Radius r^ (t) wird die durch das extern zusätzlich angelegte Moment ~Z"M bewirkte Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz vom Regel-Reibrad und Reibrad 1, und damit die daraus resultierende ■Reibkraft F reduziert, wodurch das Moment M. ebenfalls reduziert und die Rotationsachse 7 in Richtung derjenigen Tangentialposition, welche sie zu Beginn des Regelvorganges innehatte, zurückgeschwenkt wird. Da auf die Schwenkachse 11, falls wie dies in den Fig. 2 bis 4 dargestellt ist, durch die Reibkraft F selber kein Moment ausgeübt wird, da diese Achse auch bei der Verschwenkung mit der Kraft F in einer Ebene liegt, wird die Radial-Schwenkposition entsprechend einem Winkel ß , der entsprechend Fig. 3 zwischen der Projektion der Rotationsachse 7 auf die xz-Ebene und der z-Achse auftritt, beim tangentialen Rückschwenkvorgang nicht verringert, sondern geht auch während dem genannten Rückschwenkvorgang so lange f£ 0 ist, asymptotisch gegen denjenigen Wert, bei dem der maßgebliche Radius Γ(-/ + \ sicherstellt, daß die dann ausgeregelte Umfangsgeschwindigkeit des Regel-Reibrades 5 im Berührungsbereich 13 der Umfangsgeschwindigkeit des Reibrades 1 entspricht.

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Anhand von !Pig· 5 wird nochmals das grundsätzliche Segelverhalten des Prozesses erläutert.

Das extern zugeführte Drehmoment Δ M bewirkt über die Dralländerung D respektive die Änderung der Winkelgeschwindigkeit ur ^ und den Radius r^ des Reibrades 1 bis zum Berührungsbereich 13 mit dem Regel-Reibrad 5 eine Veränderung dv^ der Umfangsgeschwindigkeit des Reibrades 1 in besagtem Bereich 13. Durch die so entstehende Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten des Reibrades 1 und des Regel-Reibrades 5, Δύ wird eine Reibkraft Ψ erzeugt, welche ein Moment M, auf die Tangential-Schwenkaehse 9 bewirkt und diese um den Tangential-Schwenkwinkel d y ausschwenkt, was wiederum über die Federmittel eine Rückstellkraft dK bewirkt. Entsprechend dem wirksamen Abstand r (Pig. 2) der Wirkungslinie der Kraft K bezüglich der Tangential-Schwenkaehse 9 bewirkt die Kraft dK auf die Tangential-Schwenkaehse 9 ein Rückstellmoment dl/L, welches dem Moment M. entgegenwirkt. Die Kraft dK bewirkt auf die Radial-Schwenkachse 11 ein Moment dl , welches eine Schwenkung der Rotationsachse 7 um d/3 in Radialrichtung des Reibrades 1 bewirkt. Die Umfangsgeschwindigkeit des Regel-Reibrades 5 ist gegeben durch seine V/inke!geschwindigkeit U^- und durch den radialen Schwenkwinkel A , welcher nun durch Rückführung der Änderung d/3 so verändert wird, daß der daraus resultierende wirksame Radius r,-/ α v und damit die Umfangsgeschwindigkeit Vc des Hegel-Reibrades 5 im Berührungsbereich 13 sich um den Betrag dv,- so lange ändert, bis die Umfangsgeschwindigkeiten der beiden Reibräder gleich sind, wodurch die Reibkraft Ψ minimal wird. Damit wird das Tangentialmoment M+, wie auch die Tangentialverschwenkung d ψ und damit die Federrückst ellkraft dK" minimal, im Extremfall Null. Der Regelvorgang ist somit abgeschlossen, indem das

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Regel-Reibrad 5 tangential wiederum in seiner Ausgangsposition liegt, jedoch radial so weit ausgeschwenkt ist, daß das optimal vorgesehene Abrollen der beiden Reibräder gewährleistet ist.

Bis anhin wurde der Fall besprochen, bei dem das lastmoment M-r um 41 verkleinert wird, was in der Tat eine Vergrößerung des wirksamen Regelradius **,-/.% respektive genauer T^, λ / + \\ entsprechend einer größeren Übersetzung respektive kleineren Untersetzung entspricht. Wirkt das zusätzlich zugeführte Moment A M in Richtung des Iastmomentes EL» so daß es dieses vergrößert, so kehrt bei Beibehaltung der

id ar Winkelgeschwindigkeitsrichtungen für yr* und #,- die Richtung der Kraft F. Dadurch wird die Rotationsachse 7 um einen Winkel -*^(t) geschwenkt, so daß auch die Federkraft K* grundsätzlich mit umgekehrtem Torzeichen dem durch die Kraft -F auf die Tangential-Schwenkachse 9 wirkenden Moment -M. entgegenwirkt. Wie aus Fig. 2 und detailliert aus Fig. 6 a jedoch sofort ersichtlich wird, wird eine Kraft -K" auf die entsprechend - jf (t) geschwenkte Achsial-Schwenkachse ein Moment ausführen, welches ebenfalls die Tendenz hat, die Rotationsachse 7 hochzuschwenken, das heißt den Winkel Δ zu vergrößern. Dies ist selbstverständlich nicht erwünscht, da der wirksame Radius ^c (+\ bei Vergrößerung des Lastmomentes verkleinert und nicht ebenfalls vergrößert werden soll. Es ist demzufolge von entscheidender Bedeutung, daß das Moment M, bezogen auf einen vorgegebenen Richtungsvektor Έ der Achee 11 mit dem Vorzeichenwechsel von y (t) das Vorzeichen nicht wechselt.

In |ig. 6 a ist in Analogie zu Fig. 2 für die Fälle - γ (t) das auf die Radialschwenkachse 11 wirkende Moment Sf eingetragen, wenn, die Federkraft T mit

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dem Vorzeichenwechsel von γ ebenfalls lediglich ihr Vorzeichen wechselt. Daraus ist ersichtlich, daß ohne weitere Vorkehrungen in der Tat das Moment M

bei einer Schwenkung entsprechend - γ der Schwenkachse 11 sein Vorzeichen wechselt und damit in beiden Fällen die Tendenz hat, die Rotationsachse in Richtung einer Vergrößerung des wirksamen Radius anzuheben.

In Fig. 6 b ist nun aufgeführt, wie die Kräfte"K* und K¹ für Tangentialschwenkungen entsprechend -j gerichtet sein müssen, damit im einen Fall, entsprechend Fig. 2 ein die Rotationsachse 7 anhebendes, und im anderen Fall ein absenkendes Moment M auf die Radial-Schwenkachse 11 wirkt. Daraus ist ersichtlich, daß dann für das Moment M kein Vorzeichenwechsel beim Vorzeichenwechsel von γ (t) erreicht wird, wenn die Projektion der jeweiligen Kraft K" respektive K' auf eine Ebene senkrecht zur Schwenkachse 11 mit dem Vorzeichen von / (t)· ebenfalls wechselt. Dabei muß jedoch sichergestellt bleiben, daß die jeweiligen Kräfte K und K¹ durch die Primärschwenkung, das heißt durch die Tangentialschwenkung y(t) um die Schwenkachse 9 erzeugt respektive vergrößert werden.

Nachdem der grundsätzliche Regelvorgang anhand der Fig. 2 bis 6 b erläutert worden ist, soll auf die spezifischen Anordnungen von Fig. 1 zurückgegangen werden.

Das Reibrad 1 ist über eine Anpreßvorrichtung 15 mit der Welle 3 verbunden. Die Anpreßvorrichtung 15 uäfaßt, wie dies herkömmlicherweise bekannt ist, eine Verkeilung 17 sowie eine Druckfeder 19, welche im Stillstand einen minimalen Anpreßdruck des Reibrades

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gegen das Regelrad 5 sicherstellt. Mit zunehmendem Drehmoment wird das Reibrad 1 zunehmend stark gegen das Regelrad 5 gepreßt.

Das Regelrad 5 ist als Kugelkalotte 21 ausgebildet. Seine Rotationsachse 7 ist im Zentrum der durch die Kugelkalotte 21 definierten Kugel an der Radialschwenkachse 11 schwenkbar gelagert, welche ihrerseits mit der Tangentialschwenkachse 9 schwenkbar ist. Die Tangentialschwenkachse 9 lieg"t mit der Welle 3 in einer Ebene und ist bezüglich dieser Welle senkrecht angeordnet. Die durch die Tangentialschwenkachse 9 und die RadialBchwenkachse 11 gebildete kardanisch^ Aufhängung für die Rotationsachse 7 liegt, in Richtung der Welle 3 des Reibrades gesehen, über dem Berührungsbereich 13 der beiden .Reibräder 1 und 5 im ausgeregelten, stationären Zustand.

Vorzugsweise ist ein Antriebsmotor 23 selbst an den Wellen 9 und 11 kardanisch gelagert, wobei die Gewichtsverteilung des Antriebsmotors 23 und der Kugelkalotte 21 so gewählt ist, daß die kardanische Aufhängung im Schwerpunkt dieser Anordnung angebracht ist. Damit wird erreicht, daß der Reibrad-Drehmomentwandler lageunabhängig funktioniert, indem die G-ewichte der Kugelkalqtte 21 und des Antriebsmotors 23 Schwenkungen um die Tangentialschwenkachse 9 und die Radialschwenkachse 11 nicht beeinflussen.

Die Regelfahne 10 ist auf einer Achse 25 drehbar und achsialverschieblich angeordnet. Dabei ist die Achse 25 so ausgerichtet, daß ihre Verlängerung den Berührungsbereich 13 der beiden Reibräder 1 und 5 schneidet. Sie liegt mit der Tangentialschwenkachse in einer Ebene und ist senkrecht zu ihr angeordnet. Das der Kugelkalotte 21 entgegengesetzte Ende der

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Rotationsachse 7» bezüglich der Aufhängung vorzugsweise symmetrisch, trägt ein Führungsrad 27, welches auf dieser Achse 7 drehbeweglich ist und auf Führungen 29 an der Regelfahne 10 geführt ist. Die Führungen 29 der Regelfahne 10 sind entsprechend Großkreisen der durch die Kugelkalotte 21 definierten Kugel geformt, so daß das Führungsrad 27 Sehwenkbewegungen der Rotationsachse 7 durch entsprechende Ausschwenkung der Regelfahne 10 folgen kann. Betrachtet man nämlich die Durchdringungspunkte der Schwenkachse durch die durch die Kugelkalotte 21 definierte Kugel, so wird die Fahne 10 eine Schwenkung um die Achse entsprechend der momentanen Breitenkoordinate des der Kugelkalotte 21 gegenüberliegenden Achsenendes der Achse 7 vornehmen, wobei die kreisförmige Ausgestaltung der Führung 29 auch zuläßt, daß das Führungsrad 27 der momentanen Längenposition folgt.

Der Lagerung der Regelfahne 10 an der Achse 25 gegenüberliegend, greift, wie dies auch aus Fig. 7 ersichtlich ist, ein Nocken 31 in die Fahne 10 ein, welcher exzentrisch an einer Kreisscheibe 33 angeordnet ist, welche ihrerseits auf eine Drehachse 35» parallel zur Tangentialsehwenkaehse 9, aufweist. Auf der Achse 35 ist eine Torsionsfeder 37.angeordnet, welche durch Drehung der Scheibe 33 gespannt wird. Wie aus Fig* 7 ersichtlich ist, welche vor allem im Zusammenhang mit den oben erläuterten Figuren 6 a und 6 b zu betrachten ist, ist der Uocken 31 in der ausgeregelten, das heißt stationären Position der Fahne 10 in Richtung der Umfangsgeschwindigkeit im Berührungsbereich 13 der beiden Reibräder, wie dies in Fig. 7 durch den Vektor ν angedeutet ist, versetzt. Dadurch wird erreicht, daß durch eine Tangentialschwenkung der Rotationsachse 7 um + y eine Kraft "in Analogie zu K* von Fig. 6 b

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auf die Rotationsachse 7 wirkt, welche "bezüglich der Radialschwenkachse 11 ein aufschwenkendes Moment bewirkt, wogegen eine Tangentialschwenkung um -f eine Kraft entsprechend K"^r hervorruft, welche auf die Radialschwenkaehse 11 ein niederschwenkendes Moment für die Rotationsachse 7 hervorruft. Über den Nocken 31 wirkt nämlich die Rückstellkraft der torsionsfeder 37 bezüglich der Achse 35 tangential auf die Fahne 10 und somit das Führungsrad 27, so daß die für das Moment bezüglich der Radialschwenkaehse 11 maßgebenden Komponenten der Kraft K" respektive K' für - γ umgekehrte Richtungen aufweisen.

Wird nun die Umlaufrichtung des Reibrad-Drehmomentwandlers invertiert, so versteht sich von selbst, daß die Wirkungen der durch ein zusätzliches Moment hervorgerufenen Reibkraft ¥ bezüglich Auf- oder-Abschwenkens der Rotationsachse 7 invertiert werden müssen.

In Fig. 6 c sind unter Beibehaltung der Winkeldefinitionen quantitativ die Riehtungen der Kräfte K* und K* eingezeichnet, welche bei Umkehrung des Umlaufsinns des Reibrad-Drehmomentwandlers realisiert werden müssen, um bezüglich der Radialschwenkachse 11 vorzeichenrichtige Momente W zu erhalten. Wird der Nocken 31 nun für den ausgeregelten Zustand, wie dies aus Fig. 1 und Fig. 7 ersichtlich ist, achsialaymmetrisch bezüglich einer zur Fahnenachse senkrechten Achse a angeordnet, so ergeben sich für Tangent ialschwenkungen - *f analog zur Darstellung von Fig» 6 ο gerichtete Kräfte K^r und K". Mithin muß bei der Umkehrung des Umlaufsinnes des Reibrad-Drehmomentwandlers der Nocken 31 bezüglich der Achse a, wie dies in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist, achsialeysaetrisch angeordnet werden. Dies ist

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ohne weiteres möglich, da die Fahne 10 achsial verschieblich auf der Achse 25 angeordnet ist.

Gemäß Fig. 1 ist die Torsionsfeder 14 an einem Ende fest montiert, so daß der Wandler Lastmomentänderungen ausregelt.

Gemäß Fig. 8 kann aber das nicht mit der Achse 35 verbundene Torsionsfederende an einem Hebel oder Pedal 45, welches bezüglich einer Achse 46 schwenkbar gelagert ist, befestigt sein. Dadurch kann, extern, eine Tangentialschwenkung und ein entsprechendes Aufschwenken oder Niederschwenken der Achse 7 bewirkt werden. Damit wird der maßgebliche Radius r^ (t) extern verändert, so daß die Hebelbetätigung bewirkt, daß eine Erhöhung oder Erniedrigung der lastseitigen Winkelgeschwindigkeit W1 eintritt. Der radiale Schwenkbereich der Achse 7 ergibt den Variationsbereich der lastseitigen Winkelgeschwindigkeit W1.

In Fig. 9 ist eine bevorzugte Ausführungsvariante der in Zusammenhang mit Fig. 1 als scheibenförmig beschriebenen Übertragung der Fahnenbewegung 10 auf die Torsionsfeder I4 dargestellt. Um ohne jegliche Umstellarbeiten ohne weiteres die Regelfahne 10 für Umkehrung 'der Umlaufrichtung des Drehmomentwandlers zu ermöglichen, wird anstelle der Scheibe 33 an der Achse 35 fahnenseitig eine U-profilförmige Führungsschiene 47 angeordnet. Dadurch ist es möglich, zur Richtungsumkehr des Wandlerbetriebes einfach die Regelfahne 10 achsial zu verschieben.

Wird der Antrieb des Reibrades, beispielsweise der Motor 23 stillgesetzt, so ergibt sich eine Vorzeichenumkehr des Lastmomentes. In Fig. 10 ist der

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qualitative Verlauf des Radialscliwenkwinkels β über dem Lastmoment abgetragen. Dabei stellt sich für jeden Wert des Lastmomentes Ej- ein Tangential-Schwenkwinkel f , nach der Sinregelung, von wenigstens nahezu NuIl ein. Herrscht ein momentanes Lastmoment My₀, so stellt sich ein zugeordneter Winkel A _n ein. Durch Vergrößerung des Lastmomentes My stellt sich ein Radialwinkel β -e ß~ ein, und umgekehrt bei Verkleinerung von LL- ein Winkel β >βn· Dabei hat die Veränderung des maßgeblichen Radius rp-(t) das gleiche Vorzeichen, wie diejenige von β . Wird, wie dies beim Stillsetzen des Antriebes der Fall ist, das Lastmoment negativ, so wird, ohne Gegenmaßnahmen, β und damit r^Ct) rasch ansteigen.

Andererseits sollte aber die Achse 7 des Regelrades beim Stillsetzen des Antriebes in eine möglichst für das Wiederanfahren optimale Position gestellt werden, welche bei möglichst kleinem /i respektive r,-(t) erreicht ist. Es kann nämlich gezeigt werden, daß dann aucüidas größte Moment auf die Radialschwenkachse 11 wirken wird, womit die Achse 7 beim Anfahren dann rasch die der Momentsituation entsprechende Radialausschwenkung einnehmen würde.

Zur Erläuterung der dazu notwendigen Maßnahmen ist in Fig. 11 der qualitative Verlauf der Reibungskraft F in Funktion der Zeit beim Stillsetzen des Antriebsmotors dargestellt. Ausgehend vom ausgeregelten Zustand mit minimaler Reibkraft F", springt diese auf einen negativen Y/ert im Moment des Stillsetzens, sofern sie dann, wenn das Lastmoment vergrößert wird, als positiv definiert ist. Beim Auslauf ab dem Stillsetzmoment t_Q sinkt sie gegen Null.

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Im gleichen Diagramm ist die sich nach den "bisher "beschriebenen Vorkehrungen einstellende. Federrüekstellkraft K gestrichelt aufgetragen, die grundsätzlich spiegelbildlich zur Reibungskraft F verläuft.

Wird nun eine zusätzliche Kraft vorgesehen, welche sobald die Federkraft K einen gewissen Betrag unterschreitet, diese überkompensiert und somit die Resultierende auf die Hadialschwenkachse 11 bevor der •/sandier zum absoluten Stillstand gelangt ist, ein β verkleinerndes Moment wirkt, so wird erreicht, daß die Achse 7 des Reibrades 5 in der für das Anfahren optimalen Position zu liegen kommt. Damit muß die resultierende Kraft S\ welche ebenfalls im Diagramm von Fig. "11 aufgetragen ist, den dort gezeigten Verlauf quantitativ aufzeigen. Dies wird so realisiert, daß entsprechend Pig. 12 eine zusätzliche Feder 50 so mit der Welle 35verbunden wird, daß sie in Richtung der Schwenkwirkung eines zunehmenden Lastmomentes +^M-r wirkt. Dabei muß die Feder 50 so schwach bemessen sein, daß sie den normalen Regelbetrieb in beide Riehtungen kaum beeinflußt und lediglich bei einer nur noch geringen Tangentialverschwenkung ψ Einfluß gewinnt. Da sie an und für sich die Gegenkraft bei Lastmomentvergrößerungen unterstützt, ist ihre Auswirkung für diesen Fall unmaßgeblich.

In Fig. 1 sind an den Führungen 29 für das Führungsrad 27 quer aus der Fahnenebene 27 vorspringende Laschen 39 und, 43 vorgesehen. Einerseits begrenzen diese Laschen praktisch als Anschläge wirkend, den mittels des Hebels 46 von Fig. 8 einstellbaren Sefcundärwinkel-G-eschwindigkeitsbereich. Um diesen Bereich variieren zu können^ ist es daher vorteilhaft, mindestens eine dieser als Begrenzung wirkenden

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Laschen, wie dies in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist, verschieblich auszugestalten. Im weiteren bewirken diese Laschen, daß in den "beiden Extremalpositionen bezüglich des radialen Schwenkwinkels der Achse 7 immer auch eine minimale Tangentialverschwenkung eingestellt wird, wodurch verhindert wird, daß das Reibrad 21 eine bezüglich Abnutzung ungünstige Position einnimmt. Solche Positionen wären die, wenn die Achse 7 praktisch auf den Berührungsbereich 13 zu liegen kommt, oder aber der Winkel A so groß wird, daß das Reibrad 21 mit seiner Kante 4-1 auf dem Reibrad 1 aufzuliegen kommt.

Im Leerlauf läuft der Motor mit geringster Untersetzung, das heißt mit Γ|./χ\ = Max. Bei Stillstand sichert eine Feder 19 zusammen mit einer Zugfeder 44, welche radial auf die Drehachse 7 wirkt, den benötigten minimalen Anpreßdruck.

Obwohl in Fig. 1 eine äußerst kompakte lageunabhängig funktionierende und sehr reaktionsrasche Regieranordnung vorgestellt ist, ist es ohne weiteres möglich, die Rotationsachse 7 von einem abgelegenen Antriebsmotor her anzutreiben und anstelle der kardanischen Motoraufhängung ein G-leichganggelenk vorzusehen und dabei das Gewicht der Kugelkalotte 21 duroh ein Gegengewicht zu kompensieren. Aus den Betrachtungen zu Fig. 5 und $ a bis c ist auch ersichtlich, daß die in Fig. 1 ideal günstig angeordneten Sehwenkachsen 9 und 11 räumlich anders angeordnet werden können. Es ist außerdem ohne weiteres möglich, den Berührungsbereich der beiden Reibräder so zu wählen, daß das Regel-Reibrad 5 das Reibrad 1 an seiner äußertn Peripherie, das heißt an seinem Umfangsring berührt. Auch als Anpreßaystemelaeaen sich, ohne weiteres andere herköma-

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liehe Systeme verwenden.

Im weiteren kann es sich als günstig erweisen, vor allem dann, wenn der ganze Wandler großen Beschleunigungen ausgesetzt ist, Schwingungsdämpfer vorzusehen, welche stoßartige Beschleunigungen aufnehmen.

Durch die vorliegende Erfindung wird somit ein reaktionsschneller Drehmomentwandler auf Reibrad-"basis, ohne Elektronik umsteuerbar, vorgeschlagen, welcher in der Fertigung äußerst preisgünstig ist und lageunabhängig angeordnet werden kann.

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Claims

He in ζ Lamp e rΐ Fuchsbühelstraße 50 9470 Buchs / Schweiz Patentansprüche

1.yAeibrad-Drehmomentwandler mit einem Reibradpaar, wovon mindestens das eine als Regelreibrad mit achsial variierendem Durchmesser ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachsen der beiden Reibräder sowohl für eine erste relative Verschwenkung der Reibräder in der Umfangsgeschwindigkeitsrichtung an ihrem gemeinsamen Abrollbereieh, wie auch für eine zweite, in einer Ebene durch die Regelradrotationsachse gelagert sind, und daß Rückstell-/ Regelungsmittel vorgesehen sind, welche einer ersten Verschwenkung der Reibräder mittels Gegenkräften entgegenwirken, und daß die Rückstell-/ Regelungsmittel richtungsbestimmende Mittel für die Gegenkräfte aufweisen, und so mit den Reib-

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radaehsen wirkrerbunden sind, daß bei der Gegenkräfte eine aweite Verschwen'-nmr der Reibräder bewirke wird, wobei die ric:i_tun?;sbestimmenden Mittel die Gegenkräfte so richten, daß die zweite Verschwenkung mit der ersten Verschwenkung bezüglich einer ifeutralnosition im stationären Vandlerlauf die dichtung wechselt.

2. Eeibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelreibrad (5) als Kugelkalotte (21) ausgebildet ist.

3. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse (7) des Regelreibrades (5) für die Verschwenkungen im Mittelpunkt (12) der durch die Kugelkalotte (21) definierten Kugel gelagert ist.

4. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse (7) des Regelreibrades (5) kardanisch gelagert ist.

5. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht als Regelreibrad ausgebildete Reibrad (1) kreisscheibenförmig ist.

6. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibräder so angeordnet sind, daß ihr Abrollbereich (13) im Peripheriebereich der Scheibenfläche des scheibenförmigen Reibrades (1) oder an dessen Umfangsflache zu liegen kommt.

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7. lleibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch!, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse (7) des Hegelreibrades (5) um zwei Schwenkachseη (9, 11) schwenkbar ^eIar.ert ist.

8. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwenkachoen (9? 11) senkrecht aufe inand e r an^eο rdne t s ind.

9. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, £_aß die beiden Schv/enkachsen (9» 11) in einer Ebene angeordnet sind.

10. Reibrad-Drehmomentwandler nach -den Ansprüchen und 9? dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse (7) des Regelreibrades durch den Kreuzpunkt (12)· der beiden .'Jcliwenkachsen (9» 11) verläuft.

11. Reibrad-Drehmomentwandler nach den Ansprüchen

5 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreuzpunkt (12) "bezüglich der Reibradscheibenfläche senkrecht über dem Abrollbereich der beiden Reibräder (1, 5) liegt.

12. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse (7) des Regelreibrades (5) im Schwerpunkt der Regelreibradanordnung (21, 23, 7, 27) für die VerSchwenkungen gelagert ist.

13. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antriebsmotor (23) für das Regel-Reibrad (5) vor-

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gesehen, ist, und daß die Antriebsmotor-Rotationsachse die Regelradachse (7) ist.

14. Reibrad-Drehmomentwandler nach den Ansprüchen 12 und 13.

15. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (7) des als Regelrad ausgebildeten Reibrades (5) an einer dem Regelrad entgegengesetzten Partie, vorzugsweise am Achsenende, mit den Rückstell-/Regelungsmitteln (10, 27, 31) wirkverbunden ist.

16. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstell-/Regelungsmittel Federmittel (I4) umfassen.

17. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Federmittel (14) durch die erste Verschiebung (ψ) mit einer Richtungskomponente quer zu dieser Verschiebung beansprucht werden.

18. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Federnd.ttel lorsionsfedern (14) umfassen.

19. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Partie der Regelradachse (7) in Übertragungsmitteln. (10) geführt ist, wobei die Übertragungsmittel (10) zur Schwenkung entsprechend der ersten Verschwenkung Cf) der Achse (7) gelagert sind, und wobei die Partie in den Führungsmitteln (29) für

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Bewegungen entsprechend der zweiten Verschwenkung (/3) beweglich gelagert ist.

20. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsmittel eine um eine Achse (25) schwenkbar gelagerte Panne (10) umfassen.

21. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß an der Partie mindestens eine Rolle (27) angeordnet ist, welche an den vornehmlich in Fahnenrichtung quer zur Fahnenachse (25) angeordneten Führungsmitteln (29) verschiebbar ist.

22. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß an der Partie mindestens eine mit dieser Achse koachsiale Rolle (27) vorgesehen ist.

23. Reibrad-Drehmomentwandler nach den Ansprüchen 16

und 20, dadurch „-g—e--k ennzeichnet, daß die Fahne (10) mit den Federmitteln wirkverbunden ist.

24. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahne (10) mit ihrem ihrer Achse (25) entgegengesetzten Ende über Verbindungsmittel (31, 33) auf Torsionsfedermittel (14) wirkt.

25. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel einen Stift (31) umfassen, der einerseits an der Fahne (10) und andererseits an der Peripherie einer auf die Torsionsfedermxttel (14)

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wirkenden, drehbar gelagerten Drehvorrichtung (33), wenigstens nahezu parallel zur Drehachse (35) angeordnet ist.

26. Reibrad-Drehmomentwandler nach den Ansprüchen 10 und 20, dadurch ge-kennzeic fane t , daß die Verlängerung der Fahnenachse (25) im Kreuzpunkt (12) durchläuft.

27. Reibrad-Drehmomentwandler nach den Ansprüchen 3 und 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen (29) entlang der Fahne (10) bogensegmentförmig mit Kreisbogen entsprechend konzentrischen Kreisen mit Bezug auf den Mittelpunkt (12) ausgebildet sind.

28. Reibrad-Drehmomentwandler nach den Ansprüchen 11 und 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahnenqchse (25) bezüglich der Reibradscheibenfläche senkrecht über dem Abrollbereich (13) beider Reibräder (1, 5) steht.

29· Reibrad-Drehmomentwandler nach den Ansprüchen 25 und 28, d'adurch gekennzeichnet, daß die Drehachse der Drehvorrichtung (33) senkrecht aber verschoben bezüglich der Fahnenaohse angeordnet ist, und daß der Stift so angeordnet ist, daß seine Achse im stationären Zustand des Wandlers die Fahnenachse (25) mindestens naieau senkrecht schneidet.

30. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (31) in Richtung der Fahnenachse (25) in eine obere oder untere Position bezüglich der Drehachse (35) schiebbar ist.

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31. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß zum Wechsel der Position des Stiftes (31) mit Bezug auf die !Drehachse (35) die Fahne (10) achsial verschieblich ausgebildet ist.

32. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen (29) an ihren Enden quer aus der Fahnenebene vorspringende Führungsenden (39» 4-3) aufweisen, um zu verhindern, daß das Regelrad eine verschleißintensive Position einnimmt.

33· Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Lastmoment empfindliche Anpreßorgane (17) für die Reibräder vorgesehen sind.

34. Heibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Federmittel (19, 43) vorgesehen sind, um bei Stillsetzung des Wandlers den zum Anfahren vorerst benötigten Minimalauflagedruck der Reibräder (1, 5) zu gewährleisten.

35. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antriebsmotor über ein G-Ieichganggelenk mit der Regelradantriebsachse (7) verbunden ist.

36. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Federmittel (14) durch ein Spannorgan (46) extern wahlweise spannbar sind.

37. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 16, d a -

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durch gekennzeichnet, daß die Federmittel (50) so angeordnet sind, daß sich bei Stillsetzung des Wandlers ein minimaler Abstand von Regelradachse (7) und Abrollbereich (13) einstellt.

38. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 32, da durch gekennzeichnet, daß mindestens ein Führungsende (39_? 4-3) in Richtung der Führungen (29) verschiebbar und fixierbar angeordnet ist.

39. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schwingungsdämpfer vorgesehen sind.

■40. Reibrad-Drehmomentwandler nach Anspruch 25, d a durch gekennzeichnet, daß der Stift fest an der Fahne (10) und in der Drehvorrichtung (38) verschieblich geführt, angeordnet ist.

4-1 · Verwendung des Reibrad-Drehmomentwand le rs nach einem der Ansprüche 1 bis 40 für Fahrzeuge.

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