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TECHNISCHES
SACHGEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Reibschlussvorrichtung,
die zur bevorzugten Steuerung einer Übertragungskraft mittels Reibschluss
geeignet ist, und auf ein dafür
benötigtes Reibschlusssteuerverfahren.
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STAND DER
TECHNIK
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Reibschlussvorrichtungen,
die eine Reibungskraft zur Kraftübertragung
verwenden, sind in unterschiedlichen Arten von Gerätschaften
bekannt und kommen dort zum Einsatz. Betrachtet man z. B. ein Kraftfahrzeug,
so ist die in einem Automatikgetriebe montierte Kupplung ein Beispiel
für eine
Reibschlussvorrichtung. Eine an einem Rad angebaute Reibungsbremse
kann ebenfalls als Reibschlussvorrichtung angesehen werden.
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Herkömmlicherweise
bedarf es zur gewünschten
Steuerung einer Übertragungskraft
einer Reibschlussvorrichtung einer mechanisch hydraulischen Steuermechanismus,
um eine auf die Reibungsfläche
ausgeübte
Druckkraft (Presskraft) zu variieren.
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Dennoch
ergäben
sich, wenn eine derartige Übertragungskraft
einer Reibschlussvorrichtung durch irgendwelche anderen Mittel als
die mechanische Steuerung gesteuert werden könnte, zahlreiche mögliche Vorteile,
einschließlich
der Vereinfachung einer derartigen Vorrichtung.
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In
Bezugnahme hierzu wird in der japanischen Patentanmeldung Offenlegungsnummer
Hei 8-135688 eine Technik offengelegt, die eine elektrisch viskose
Flüssigkeit
verwendet.
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Die
Viskosität
einer elektrisch viskosen Flüssigkeit
verändert
sich, wenn unterschiedlich hohe elektrische Spannungen an die Flüssigkeit
angelegt werden, sodass eine Übertragungskraft
mittels Spannungsregelung variiert werden kann. Dennoch kann durch
die bloße
Variation einer Übertragungskraft mittels
der Variation der Viskosität
lediglich eine geringe Übertragungskraft
erzeugt werden. Zusätzlich wird
durch die Flüssigkeitsfüllung der
Baueinheit ein hoher Bewegungswiderstand verursacht.
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Als
weitere Bezugnahme wird in der japanischen Patentanmeldung Offenlegungsnummer
Hei 10-26150 eine elektrisch gesteuerte Bewegungsübertragungsvorrichtung
offengelegt, in der ein Antriebskörper und ein angetriebener
Körper
einander gegenüberliegend
und durch einen Zwischenraum getrennt angeordnet sind, wobei in
diesem Zwischenraum ein elektrisch leitendes Fasergefüge eingebracht
ist. Wird im Zwischenraum der Körper
eine elektrische Spannung angelegt, so bewirkt dies aufgrund elektrostatischer
Anziehung ein Aufstellen der Fasern im Fasergefüge, wodurch eine Scherspannung
zwischen den gegenüberliegenden
Flächen
der jeweiligen Körper
erzeugt wird. Mittels dieser Scherkraft kann eine Übertragungskraft
erreicht werden, die über
die Regelung einer angelegten elektrischen Spannung geregelt werden
kann.
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Ähnliche
Techniken werden auch in den japanischen Patentanmeldungen mit den
Offenlegungsnummern Hei 9-53663 und Hei 10-96435 offengelegt.
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Die
oben erwähnten
technischen Ausführungsarten
können
dennoch nur eine geringe Übertragungskraft
innerhalb eines begrenzten Bereiches erzeugen, da dort im wesentlichen
eine Übertragungskraft
durch die elektrostatische Anziehung von Fasern erreicht wird und
das Anlegen einer elektrischen Spannung lediglich sehr geringe elektrostatische
Anziehung bewirkt. Eine Anordnung, bei der der Zwischenraum zwischen antreibendem
und angetriebenem Körper
mit elektrisch viskoser Flüssigkeit
gefüllt
ist, kann ebenfalls nur eine geringe Übertragungskraft erzeugen.
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Wie
oben ausgeführt,
wird eine herkömmliche
Steuerung der Antriebskraft vorwiegend durch den Einsatz einer mechanisch
hydraulischen Steuervorrichtung erreicht. Obwohl Techniken zum Regeln der
Viskosität
von Flüssigkeiten
oder der elektrostatischen Anziehung mittels Anlegen einer Spannung verfügbar sind,
ist hier, da der mechanische Reibschluss unterbrochen ist, lediglich
eine geringe Übertragungskraft
erreichbar.
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In
JP-6288418 wird ein Verfahren zur Regelung der Reibungskraft zwischen
Maschinenelementen, die elektrisch isoliert sind und sich unter
Reibungsbedingungen relativ zueinander bewegen (z. B. ein Lager),
offengelegt. Dabei wird an diese Maschinenelemente eine Wechselspannung
angelegt. Zwischen den Maschinenelementen befindet sich eine dielektrische
anisotrope kristalline Flüssigkeit, um
die mechanischen Kontaktoberflächen
der Maschinenelemente zu schmieren. Diese Flüssigkeit besitzt die Eigenschaft,
die Reibungscharakteristik zwischen den Maschinenelementen in Abhängigkeit von
der Frequenz der elektrischen Wechselspannung zu verändern. Auf
diese Weise wird die Reibungskraft zwischen den Maschinenelementen durch
Variation der Frequenz der angelegten Wechselspannung geregelt.
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Vor
diesem Hintergrund soll mit der vorliegenden Erfindung die Problemstellung
gelöst
werden, eine Reibschlussvorrichtung, die zur Bereitstellung einer Übertragungskraft
in einer gewünschten Größenordnung
imstande ist, sowie ein alternatives Steuerverfahren, das eine genaue
Steuerung der Übertragungskraft
ermöglicht,
zur Verfügung
zu stellen.
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Vor
diesem Hintergrund ist es also Gegenstand der vorliegenden Erfindung,
eine vorteilhafte Reibschlussvorrich tung zur Verfügung zu
stellen, die die Bereitstellung einer gewünschten Übertragungskraft ermöglicht.
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OFFENLEGUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
Problemstellung wird durch die Reibschlussvorrichtung gemäß Anspruch
1 und das Reibschlusssteuerverfahren gemäß Anspruch 9 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
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Eine
Reibschlussvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vielzahl
von Reibschlusselementen zum gegenseitigen Reibschluss; eine Druckkrafterzeugungsvorrichtung
zur Erzeugung einer Druckkraft, die die Vielzahl von Reibschlusselementen
in Reibschluss bringt; und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines
elektrischen Feldes, um ein elektrisches Feld in einem Raum zwischen
der Vielzahl von Reibschlusselementen, mit dem Ziel einer Änderung
der Reibungskoeffizienten der Reibungsflächen, zu erzeugen. Dabei werden
die Reibungsflächen
der Vielzahl von Reibschlusselementen durch ein Schmiermittel geschmiert,
das ein polarisiertes Additiv enthält, welches unter Einfluss
des elektrischen Feldes in eine Reibungsfläche absorbiert wird, und der
Reibungskoeffizient der Reibungsfläche variiert aufgrund der Absorption
des Additivs. Eine Übertragungskraft
ergibt sich aus einer Druckkraft und einem Reibungskoeffizienten
einer Reibungsfläche. Auf
Grund dessen ist es möglich,
eine Übertragungskraft
der Reibschlussvorrichtung mittels Erzeugung eines elektrischen
Feldes zu steuern.
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Vorzugsweise
ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, die die Stärke des
elektrischen Feldes, das von der Vorrichtung zur Erzeugung des elektrischen Feldes
erzeugt wird, steuert. Ein Reibungskoeffizient einer Reibungsfläche erhöht oder
vermindert sich entsprechend der Stärke des elektrischen Feldes, wodurch
eine Übertragungskraft
variiert.
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Vorzugsweise
weist auch mindestens eins der Reibschlusselemente ein isoliertes
Reibelement auf, sodass sich eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite über dieses
Reibelement in gegenseitigem Kontakt befinden. Dies ermöglicht die
rasche Erzeugung eines gewünschten
elektrischen Feldes. Der Energieverbrauch wird vorteilhaft vermindert.
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Eine
Reibschlussvorrichtung kann beispielsweise eine Kupplungs- oder
eine Bremsvorrichtung sein.
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Eine
Reibschlussvorrichtung kann eine Druckkraftsteuervorrichtung zur
Erhöhung
oder Verminderung einer Druckkraft einschließen.
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Gemäß eines
Reibschlusssteuerverfahrens der vorliegenden Erfindung wird eine Übertragungskraft
zwischen einer Vielzahl von Reibschlusselementen, durch Erzeugung
eines elektrischen Feldes in den Räumen zwischen der Vielzahl
von Reibschlusselementen, die in gegenseitigem Reibungskontakt stehen,
gesteuert. Dabei werden die Reibungsflächen der Vielzahl von Reibschlusselementen
durch ein Schmiermittel geschmiert, das ein polarisiertes Additiv
enthält,
und die Reibungskoeffizienten der Reibungsflächen werden anhand einer Menge
an, in den Reibungsflächen
absorbierten, Partikeln des Schmiermittels geändert, was wiederum durch die
Erzeugung eines elektrischen Feldes in einem Raum zwischen der Vielzahl
von Reibschlusselementen gesteuert wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung der Struktur einer Reibschlussvorrichtung
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
ein Schema zur Veranschaulichung einer Ein-Scheiben-Kupplungsvorrichtung, die die vorliegende
Erfindung beinhaltet;
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3 ist
ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen einer
angelegten Spannung und einem Reibungskoeffizienten einer Reibungsfläche;
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4 ist
ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen einer
angelegten Spannung und einem Reibungskoeffizienten einer Reibungsfläche; und
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5 ist
ein Schema zur Veranschaulichung einer Mehr-Scheiben-Kupplungsvorrichtung, die die vorliegende
Erfindung beinhaltet;
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BESTE ART
DER AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Es
folgt die Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen.
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1 ist
ein Blockdiagramm, welches einen strukturellen Aufbau einer Reibschlussvorrichtung der
vorliegenden Erfindung konzeptionell veranschaulicht. Die Reibschlusselemente
(1a), (1b) sind derart angeordnet, dass gegenseitiger
Reibschluss möglich
ist. Eine Druckkrafterzeugungsvorrichtung (3) erzeugt eine
Druckkraft, um die Reibschlusselemente (1a), (1b)
in gegenseitigen Reibschluss zu bringen. Eine Schmiereinrichtung
(5) schmiert die Reibungsflächen der Reibschlusselemente
(1a), (1b). Eine Vorrichtung zur Erzeugung eines
elektrischen Feldes (7) erzeugt ein elektrisches Feld in
einem Raum zwischen den Reibschlusselementen (1a), (1b).
Ein erzeugtes elektrisches Feld verursacht eine Variation eines
Reibungskoeffizienten der Reibungsfläche, wobei eine Übertragungskraft
geändert wird.
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Eine
Steuervorrichtung (9) steuert die Druckkrafterzeugungsvorrichtung
(3) und die Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen
Feldes (7). Genaugenommen steuert die Steuervorrichtung
(9) die Druckkrafterzeugungsvorrichtung (3) dahingehend, dass
diese eine Druckkraft erzeugt, genauso, wie sie auch die Stärke eines
elektrischen Feldes steuert, das von der Vorrichtung zur Erzeugung
eines elektrischen Feldes (7) erzeugt wird. Noch spezifischer steuert
die Steuervorrichtung (9) vorzugsweise die an die Reibschlusselemente
(1a), (1b) anzulegende elektrische Spannung. Da
der Reibungskoeffizient entsprechend der Stärke des angelegten elektrischen
Feldes variiert, kann so eine Übertragungskraft
in einer gewünschten
Größenordnung
erhalten werden.
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Mit
Bezugnahme zu 2 wird die vorliegende Erfindung
in einer Ein-Scheiben-Kupplungsvorrichtung (10) angewandt.
In dieser Vorrichtung sind eine Antriebswelle (12) und
eine Abtriebswelle (14) entlang der gleichen Achse axial
ausgerichtet. Diese Wellen (12), (14) werden mittels
eines Isolierbauteils gelagert und mit anderen Wellen mittels eines
Isolierbauteils verbunden.
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Die
Antriebsscheibe (16) umfasst eine an der Antriebswelle
(12) befestigte Kernplatte (18) und ein an der
Kernhalteplatte (18) befestigtes Reibelement (20).
Das Reibelement (20) ist aus einem isolierenden Material,
wie z. B. einem papierartigen Material, gefertigt. Währenddessen
besitzt die Abtriebswelle (14) eine an ihr befestigte Abtriebsscheibe
(Gegenscheibe) (22). Die Scheiben (16), (22)
entsprechen den Reibschlusselementen der vorliegenden Erfindung.
Die einander entgegengesetzten Flächen des Reibelements (20)
und der Antriebsscheibe (22), die als Rei bungsflächen dienen,
sind mit einem festgelegten Zwischenraum angeordnet.
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Beide
Scheiben (16), (22) werden in gegenseitigen Reibungskontakt
gebracht, indem sie mittels einer Druckkraft Fc aneinandergepresst
werden, die von einer nicht eingezeichneten Druckkrafterzeugungseinrichtung
beigebracht wird. Eine Druckkrafterzeugungsvorrichtung kann beispielsweise
eine bekannte hydraulischer Vorrichtung für den Einsatz in einem Automatikgetriebe
eines Kraftfahrzeugs oder ähnliches
sein. Ein solcher hydraulischer Mechanismus kann mit einer Funktion
für eine
gewünschte
Regelung der Druckkraft ausgestattet sein oder nicht.
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Die
Reibungsflächen
der Scheiben (16), (22) werden mittels einem nicht
gezeigten Schmiermechanismus geschmiert. So kann z. B. ein die Scheiben
(16), (22) umgebendes Gehäuse bereitgestellt sein, wobei
Schmieröl
derart in das Gehäuse
eingefüllt
ist, dass die Scheiben (16), (22) im Schmieröl gebadet
werden.
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Es
sollte angemerkt werden, dass die Reibscheiben nicht notwendigerweise
in ihrer Gesamtheit im Schmieröl
gebadet werden. Als Alternative ist auch eine Minimallösung vorteilhaft,
bei der die Reibungsfläche
ausreichend geschmiert wird und zugleich der Bewegungswiderstand
unterdrückt
werden kann.
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Vorzugsweise
enthält
das Schmieröl
polarisiertes Material. Vorzugsweise ist mindestens ein organisches
Additiv (anti-abrasives Mittel, waschaktiver Dispersantzusatz, etc.),
ein aus leitfähigen
Partikeln bestehender Stoff (Kohlenstoffpartikel, etc.) und ein
aus Partikeln bestehendes Induktionspolymer (Poly-Anilin, Poly-a-Aminosäure, etc.)
im Trägeröl gelöst. Trägeröl kann Öl aus Kohlenwasserstoffverbindungen
sein, wie z. B. pflanzliches oder tierisches Öl und Mineralöl, Silikonöl, andere
synthetische Flüssigkeiten,
kristalline Flüssigkeit,
Lösungsmittel,
etc..
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In
erneuter Bezugnahme zu 2 ist die Antriebswelle (12)
mit einer ersten an Masse liegender Elektrode (24) versehen,
während
die Abtriebswelle mit einer zweiten Elektrode (26) versehen
ist, die mit einer Vorrichtung zum Anlegen einer elektrischen Spannung
(28) verbunden ist.
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Die
Vorrichtung zum Anlegen einer elektrischen Spannung (28)
ist eine Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes der vorliegenden
Erfindung. Die Vorrichtung zum Anlegen einer elektrischen Spannung
(28) umfasst eine Stromquelle und einen Abschnitt zur Spannungsumformung,
und erzeugt unter Kontrolle des Steuergerätes (30) zwischen
den Elektroden (24), (26) eine gewünschte elektrische
Spannung Vc. Da die Elektroden mittels des Reibelements (20)
gegeneinander isoliert sind, wird an der Reibungsfläche ein
der angelegten Spannung Vc entsprechendes elektrisches Feld erzeugt.
Die von der Druckkraft Fc aneinandergepressten Reibungsflächen sind
den Randbedingungen einer Schmierung unterworfen. Wird nun an den
Reibungsflächen
ein elektrisches Feld erzeugt, nehmen deren Reibungskoeffizienten
mc einen Wert an, der mit der Stärke
des erzeugten elektrischen Feldes in Einklang steht. Die Übertragungskraft
zwischen der Antriebs- und Abtriebsachse wird durch den Reibungskoeffizienten
mc bestimmt.
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Hier
ist das Schwanken des Reibungskoeffizienten mc aufgrund der Erzeugung
eines elektrischen Feldes am wahrscheinlichsten, weil sich die wirksamen
stofflichen Eigenschaften der, in eine Reibungsgrenzfläche absorbierten,
Additive bzw. gelösten
Partikel im Schmieröl
unter Einfluss eines starken elektrischen Feldes verändern und,
als Folge einer mengenmäßigen Änderung
der in die Reibungsgrenzfläche
absorbierten Additive bzw. Partikel, sich die Grenzflächen reibungskraft
zwischen den Reibungsflächen
entsprechend erhöht
oder vermindert.
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In
Bezugnahme auf 3 und 4 hängt die
Erhöhung
oder Verminderung eines Reibungskoeffizienten aufgrund Anlegen eines
elektrischen Feldes von den verwendeten Schmierölen oder Additiven ab. Im Graphen
dieser Zeichnungen gibt die Abszisse eine Schlupfgeschwindigkeit
an, während
die Ordinate einen Reibungskoeffizienten ausweist. Diese Graphen
zeigen die Reibungskoeffizienten in Verbindung mit einer Ausführungsform,
bei der sich die Scheibe in ihrer Gesamtheit im Schmierölbad befindet.
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In
spezieller Bezugnahme zu 3 besteht hier das verwendete
Schmieröl
aus Silikonöl,
das einen darin gelösten
aus Kohlenstoffpartikeln bestehenden Stoff enthält. Verglichen mit einem Fall,
bei dem kein elektrisches Feld anliegt, vermindert sich der Reibungskoeffizient,
wenn ein elektrisches Feld angelegt wird. Dies kann als Folge der
Absorption der Kohlenstoffpartikel in der Reibungsfläche erklärt werden.
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Bezug
nehmend auf 4 handelt es sich jetzt beim
verwendeten Schmieröl
um Mineralöl,
das darin gelöste
polymere oder organische Additive enthält. Wie gezeigt, erhöht sich
ein Reibungskoeffizient unter Einfluss eines elektrischen Feldes.
Dies kann als Folge der Absorption der polymeren oder organischen
Additive in der Reibungsfläche
erklärt
werden.
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Wie
oben ausgeführt,
wird bei der Umsetzung der vorliegenden Erfindung in die Praxis
vorzugsweise Schmieröl
verwendet, das Additive enthält.
Da die gegenwärtig
in vielen Gerätschaften
eingesetzten Schmieröle
oftmals Additive enthalten, wird eine positive Nutzbarmachung dieser
Eigenschaften der Additive bevorzugt.
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Unter
Heranziehung der oben beschriebenen Eigenschaften steuert die Steuervorrichtung
(30) eine Übertragungskraft
zwischen der Antriebs- und der Abtriebsachse. Das Steuergerät (30)
bestimmt, basierend auf Eingangssignalen von beliebigen Sensoren
(32), eine elektrische Spannung Vc, die sich in einer gewünschten Übertragungskraft
ausdrücken wird.
In einem exemplarischen Anwendungsfall der vorliegenden Erfindung
auf ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs messen die Sensoren
(32) eine Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Beschleunigungsbeginn,
eine Schalthebelbetätigung,
eine Öltemperatur,
etc.. Eine wie oben bestimmte elektrische Spannung Vc wird an die
Elektrode (26) angelegt und ein der angelegten Spannung
Vc entsprechendes elektrisches Feld wird infolgedessen erzeugt.
Als Resultat können
ein gewünschter
Reibungskoeffizient und eine gewünschte Übertragungskraft
erzielt werden.
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Mit
der folgenden Bezugnahme zu 5 findet
die vorliegende Erfindung Anwendung auf eine Mehr-Scheiben-Kupplungsvorrichtung
(40). Die Kupplungsvorrichtung (40) besitzt eine
Struktur, die derjenigen einer innerhalb eines herkömmlichen
Automatikgetriebes verwendeten Kupplungsvorrichtung identisch ist.
Während
die Kupplungsvorrichtung (10) gemäß 2 ein Paar
Reibschlusselemente besitzt, beinhaltet die Kupplungsvorrichtung
(40) gemäß 5 eine
Vielzahl von abwechselnd angeordneten Kupplungsscheiben oder eine
Vielzahl von Paaren mehrteiliger Reibelemente. Im Folgenden werden sich
wiederholende Beschreibungen nicht erneut ausgeführt.
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Eine
Antriebswelle (42) und eine Abtriebswelle (44)
sind entlang der gleichen Achse axial ausgerichtet. Ein Antriebsscheibensockel
(46) und ein Abtriebsscheibensockel (48) sind
in dieser Reihenfolge an der Antriebswelle (42) und an
der Abtriebswelle (44) befestigt, wobei sie elektrisch
isoliert sind. An einem Nutenabschnitt (48a) des aus Eisen
bestehenden Abtriebsscheibensockels (48) sind eine Vielzahl von
Kernplatten (50) parallel befestigt. An beiden Seiten der
Kernplatte (50) sind Reibelemente (52) angebracht.
Gleichzeitig sind an einem Nutabschnitt (46a) des Antriebsscheibensockels
(46) eine Vielzahl von Gegengliedern (54) parallel
befestigt. Die Gegenglieder (54) und die Kernplatten (50)
sind abwechselnd angeordnet.
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Der
Antriebsscheibensockel (46) ist mit einem axial beweglichen
Kolben (56) versehen. Bei getrennter Kupplung wird der
Kolben (56) durch die Wirkung einer Rückstellfeder (58)
auf den Kolben (56) an einen Referenzpunkt gebracht. Andererseits
wird der Kolben (56) bei Verbindung der Kupplung durch
die Wirkung des Öldrucks,
der einer an der Rückseite
befindlichen Ölkammer
zugeführt
wird, in Richtung der Abtriebswelle (44) gedrückt. Als
Resultat wird das Reibelement (52) an das Gegenglied (54)
gepresst, wobei sich die Kupplung im Eingriff befindet.
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Der
Antriebsscheibensockel (46) besitzt eine an Masse liegende
Elektrode (60), während
der Abtriebsscheibensockel (48) eine mit einer Vorrichtung zum
Anlegen einer elektrischen Spannung (64) verbundene Elektrode
(62) besitzt. Wie bereits oben ausgeführt, steuert die Steuervorrichtung
(66), basierend auf Eingangssignalen von beliebigen Sensoren (68),
die Vorrichtung zum Anlegen einer elektrischen Spannung (64),
sodass eine Spannung Vc an die Elektrode (62) angelegt
wird. Mit dieser Anordnung kann eine mit der Spannung Vc in Einklang
stehende Übertragungskraft
erzielt werden.
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Es
sollte angemerkt werden, dass, obwohl die vorliegende Erfindung
im Beispiel der obigen Ausführungsform
auf eine Kupplungsvorrichtung angewandt wird, diese vorliegende
Erfindung auch auf andere Ausführungsarten
einer Reibschlussvorrichtung anwendbar ist. Die vorliegende Erfindung
ist z. B. verwendbar für
Bremsanlagen und für
Vorrichtungen zur Bewegungsbegrenzung, wie z. B. Differentiale und
Drehmo ment-Übertragungskupplungen. Wenn
die vorliegende Erfindung auf eine Bremse angewandt wird, kann ein
Reibschlusselement der Ausgangsseite vorzugsweise feststehend ausgeführt sein.
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Außerdem ist
die Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht auf Kraftfahrzeuge
beschränkt. Die
Erfindung kann beispielsweise auch auf aus mehreren Einheiten bestehende
Apparaturen für
industrielle Maschinen angewandt werden.
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Obgleich
im obigen Beispiel flache Scheibenflächen mittels Koppelung in gegenseitigen
Kontakt gebracht werden, ist die vorliegende Erfindung ebenfalls
auf andere Ausführungsarten
von Koppelungsvorrichtungen anwendbar. Zum Beispiel kann die vorliegende
Erfindung in ähnlicher
Weise auf eine Koppelungsvorrichtung angewandt werden, die zwei koaxial
angeordnete zylindrische Flächen
(zylindrische Außenrundfläche und
zylindrische Innenrundfläche)
besitzt.
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Obwohl
eine Druckkraft für
einen Reibschluss mittels hydraulischem Druck erhalten wird, sind
andere Ausführungsarten
von Druckkrafterzeugungsvorrichtungen im Rahmen der vorliegenden
Erfindung ebenfalls eingeschlossen. Im besonderen kann zur Druckkrafterzeugung
eine Feder verwendet werden.
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Eine
Druckkrafterzeugungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann
einen beliebigen Aufbau aufweisen, der sich letzten Endes zur Erzeugung einer
Kraft zum Aneinanderpressen der Reibungsflächen eignet. Das bedeutet,
dass jegliche Anordnung, die eine Druckkraft als Folge jeglicher
anderer Funktionen, wie z. B. einer Dehnung, einer Ausbreitung, einer
Kontraktion, und jeglicher anderer Betätigungsarten, erzeugt, ebenfalls
in einer Druckkrafterzeugungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung
enthalten ist.
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Wie
oben ausgeführt,
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine neue Reibschlusseinheit zur Verfügung gestellt, die zur gewünschten
Erhöhung oder
Verminderung eines Reibungskoeffizienten der Reibungsflächen der
Scheiben, wenn diese geschmiert sind und sich im gegenseitigen Eingriff
befinden, mittels Anlegen eines elektrischen Feldes in einem Raum
zwischen diesen Scheiben, geeignet ist.
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Die
vorliegende Erfindung kann nützliche Vorteile,
wie die folgenden, hervorbringen:
- (1) Eine Übertragungskraft
bei einer Kraftübertragung
mittels Reibschluss, zwischen einer Scheibe auf der Seite des Reibelements
und ihrer Gegenscheibe, kann ohne eine mechanische Änderung der
Reibungskraft in gewünschter
Weise verändert
werden. Solange eine konstante mechanische Kraft bezogen wird, kann
eine Übertragungskraft
auf elektrischem Wege frei angepasst werden.
- (2) Da ein Reibungskoeffizient zwischen den Reibungsflächen in
der vorliegenden Erfindung direkt gesteuert wird, entfallen die
in Verbindung mit hydraulischer Steuerung auftretenden Regelschwingungen.
Zusätzlich wird
durch die direkte Steuerung eines Reibungskoeffizienten ein schnelles
Ansprechen der Übertragungskraftsteuerung
erreicht und eine Übertragungskraft
kann verzögerungsfrei
geändert
werden. In Heranziehung dieser Eigenschaft kann eine Schwankung
der Übertragungskraft
infolge hydraulischer Regelschwingungen etc., unterdrückt werden.
Dies bedeutet, dass diese Schwankung, durch Ermitteln der Schwankung
einer Übertragungskraft
und Erhöhung
bzw. Verminderung des Reibungskoeffizienten im Sinne eines Schwankungsausgleichs,
unterdrückt
werden kann.
- (3.1) Eine einfacher hydraulische Mechanismus, der eine konstante
Kraft überträgt, ist
zur Verwendung ausreichend. Dies erlaubt das Weglassen eines hydraulischen
Steuerventils, was den Hydraulikkreis vereinfacht.
- (3.2) Eine Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung kann vorzugsweise auch in Verbindung mit einer hydraulischen
Steuervorrichtung bestehen. Das bedeutet, dass eine Druckkraftsteuervorrichtung
für eine
Reibschlussvorrichtung bereitgestellt werden kann. Dies ermöglicht die
Feinregelung einer Übertragungskraft über einen
sehr weiten Bereich. Vorzugsweise wird eine Vielzahl von Übertragungskraftbereichsschritten
festgelegt. Die Übertragungskraftbereiche
werden über die
Steuerung einer hydraulischen Kraft mittels hydraulischem Druck
geschaltet. Die Steuerung einer Übertragungskraft
innerhalb des Bereiches kann mittels Anlegen und Steuerung eines
elektrischen Feldes erreicht werden.
- (4) Mindestens eines der Reibschlusselemente kann mit einem
elektrisch isolierten Reibelement ausgestattet sein. Dabei weist
das Reibelement eine Reibungsfläche
auf. Beim Anlegen eines elektrischen Feldes über das Reibelement wird sehr
wenig Energie verbraucht.
- (5) Als Schmieröl
können
Getriebeöl,
wie z. B. universelles ATF etc., Motorenöl und verschiedene andere Flüssigkeiten
verwendet werden. Dies erlaubt eine kostengünstige Realisierung der vorliegenden
Erfindung.
- (6) Durch Anlegen eines elektrischen Feldes kann ein hoher Reibungskoeffizient
erzielt werden. Dies ermöglicht
eine Erhöhung
einer Übertragungskraft
aufgrund mechanischer Reibungskraft und eine dementsprechende Größenreduktion
einer Reibschlussvorrichtung. Beispielsweise können die Anzahl der Scheiben
einer Mehr-Scheiben-Kupplungsvorrichtung in 5 und die
axiale Länge
dieser Vorrichtung verringert werden. Dies ermöglicht eine Einheit mit einem
leichteren Gewicht und einer kompakten Bauweise.
- (7) Durch Anlegen eines elektrischen Feldes kann ein höherer Reibungskoeffizient
erzielt werden. Da eine Übertragungskraft
in Abhängigkeit
eines Produkts aus einem Reibungskoeffizienten und einer Druckkraft
bestimmt wird, kann eine Druckkraft angesichts einer Erhöhung eines
Reibungskoeffizienten vermindert werden. Dies erlaubt eine Verminderung
des Anpralls zu Beginn des Kupplungsvorgangs.
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Die
feinere Regelung einer angelegten Spannung ermöglicht eine Unterdrückung des
Aufeinanderprallens, das infolge einer abrupten Koppelung zwischen
den Kupplungselementen entsteht.
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Während eines
Zeitraums vom Start bis zur Beendigung des Koppelungsvorgangs (effektiv
nur ein sehr kurzer Zeitraum) kann ein Reibungskoeffizient schwanken,
was einen Koppelungsschlag verursachen kann. Um diesem Problem zu
begegnen, wird ein elektrisches Feld dahingehend gesteuert, dass die
bei der Koppelung verursachte Schwankung des Reibungskoeffizienten
unterdrückt
wird. Zum Beispiel wird vorzugsweise eine Übertragungskraft unter Zuhilfenahme
eines geeigneten Sensors bestimmt, und eine angelegte Spannung wird
derart geregelt (Regelung etc.), dass eine Schwankung der Übertragungskraft
unterdrückt
werden kann. Dies ermöglicht die
sanfte Erhöhung
einer Übertragungskraft,
wodurch Kupplungsschläge
unterdrückt
werden können.
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Durch
eine sich verändernde
Kombination zwischen einem Reibwerkstoff und einer zweckabhängigen Flüssigkeit
können
eine Verminderung eines Reibungskoeffizienten, wie in 3 gezeigt,
und eine Erhöhung
eines Reibungskoeffizienten, wie in 4 gezeigt,
mittels Anlegen eines elektrischen Feldes geregelt werden. Dies
bedeutet, dass eine Übertragungskraft
prompt zur Erzeugung einer gewünschten Übertragungskraft
geregelt werden kann.
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Wie
oben ausgeführt,
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Reibungskoeffizient einer Reibungsfläche mittels
Anlegen eines elektrischen Feldes variiert, wobei eine Übertragungskraft
gesteuert wird. Dies ermöglicht
eine Vereinfachung einer Reibschlussvorrichtung und eine Schwankungsunterdrückung.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Wie
oben ausgeführt,
ist eine Reibschlussvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
beispielsweise anwendbar auf eine Kupplungsvorrichtung, eine Bremsvorrichtung,
und andere Arten von Koppelungsvorrichtungen und Kraftübertragungsvorrichtungen.