DE102012221907B4 - Method and device for transmitting mechanical energy - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Übertragen mechanischer Energie von einer Energiequelle (M) an einen Energieempfänger (V), mit: einem beweglichen Energiezwischenspeicherelement (120); einem ersten Übertragungselement (122), das wirksam ist, um ein erstes bewegliches Element (100) der Energiequelle (M) mit dem Energiezwischenspeicherelement (120) zu koppeln; einem zweiten Übertragungselement (124), das wirksam ist, um ein zweites bewegliches Element (102) des Energieempfängers (V) mit dem Energiezwischenspeicherelement (120) zu koppeln; und einer Steuerung (126), die wirksam ist, um das erste Übertragungselement (122) und das zweite Übertragungselement (124) anzusteuern, um eine abwechselnde Kopplung des ersten oder zweiten beweglichen Elements (100, 102) mit dem Energiezwischenspeicherelement (120) zu bewirken, wobei die Steuerung (126) eine Kopplung bewirkt, wenn die Geschwindigkeiten des Energiezwischenspeicherelements (120) und des ersten bzw. zweiten beweglichen Elements (100, 102) im Wesentlichen gleich sind, wobei das erste bewegliche Element (100) und das zweite bewegliche Element (102) jeweils drehbeweglich angeordnete Elemente umfassen, bei der das bewegliche Energiezwischenspeicherelement (120) ein drehbewegliches Schwingungselement umfasst, und bei der die Steuerung (126) wirksam ist, um das erste und das zweite Übertragungselement (122, 124) anzusteuern, um das erste bzw. zweite drehbewegliche Element (100, 102) und das drehbewegliche Schwingungselement (120) zu koppeln, wenn deren Winkelgeschwindigkeiten im Wesentlichen gleich sind.Apparatus for transferring mechanical energy from an energy source (M) to a power receiver (V), comprising: a movable energy buffer element (120); a first transmission element (122) operable to couple a first movable element (100) of the power source (M) to the energy buffer element (120); a second transmission element (124) operable to couple a second movable element (102) of the energy receiver (V) to the energy buffer element (120); and a controller (126) operable to drive the first transmission element (122) and the second transmission element (124) to effect an alternate coupling of the first or second movable element (100, 102) to the energy buffer element (120) wherein the controller (126) provides a coupling when the velocities of the energy buffer element (120) and the first and second movable elements (100, 102) are substantially equal, wherein the first movable element (100) and the second movable element (102) each comprise rotatably arranged elements, wherein the movable energy buffer element (120) comprises a rotatable vibration element, and wherein the controller (126) is operative to drive the first and second transmission elements (122, 124) about the first one or second rotatable element (100, 102) and the rotatable vibration element (120) to couple, if their Winkelgeschwindigkei are substantially the same.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Übertragung mechanischer Energie von einer Energiequelle an einen Energieempfänger unter Verwendung eines Getriebes, um eine erwünschte Anpassung einer Eingangsdrehzahl, beispielsweise eines Elektromotors oder eines Verbrennungsmotors, an eine erwünschte Ausgangsdrehzahl, beispielsweise für ein Werkzeug oder für eine Antriebswelle eines Kraftfahrzeugs, bereitzustellen.The present invention relates to the field of transmitting mechanical energy from a power source to a power receiver using a transmission to achieve a desired adaptation of an input speed, such as an electric motor or an internal combustion engine, to a desired output speed, such as for a tool or drive shaft of a motor vehicle to provide.

Nachfolgend sei ein typisches Kraftfahrzeug angenommen, dessen chemische Energie, die innerhalb des Kraftstoffs enthalten ist, in eine Bewegung in dem Motor umgeformt wird, so dass der Motor als Quelle der mechanischen Energie angesehen werden kann. Diese Energie wird an den Rädern des Kraftfahrzeugs verbraucht, so dass diese als Energieempfänger oder Energieverbraucher angesehen werden können. Die Quelle und der Verbraucher werden beispielsweise über ein Getriebe miteinander verbunden, woraus sich verschiedene Probleme ergeben. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Übertragung mechanischer Energie von einer Quelle an einen Verbraucher, wobei in 1 das Bezugszeichen 100 schematisch die Quelle bezeichnet, beispielsweise eine Ausgangswelle eines Motors eines Kraftfahrzeugs. Mit 102 ist schematisch der Verbraucher 102 bezeichnet, beispielsweise die Antriebswelle oder die Räder eines Kraftfahrzeugs. Zwischen der Quelle 100 und dem Verbraucher 102 ist, wie ebenfalls schematisch dargestellt ist, ein Getriebe 104 vorgesehen, um die durch die Quelle 100 bereitgestellte Energie an den Verbraucher 102 zu übertragen, wie dies durch die schematisch gezeigte Verbindung 106 verdeutlich ist. Bei der in 1 dargestellten Anordnung ergeben sich, wie oben erwähnt, verschiedene Probleme, indem zunächst ein Erfordernis besteht, die hochfrequente Drehung der Ausgangswelle des Motors an die variablen Drehgeschwindigkeiten der Räder anzupassen. Die meisten Motoren arbeiten nur in einem schmalen Parameterbereich effizient, wie beispielsweise im Bereich einer bestimmen Drehzahl pro Minute oder im Bereich einer bestimmten Ausgangsleistung. Dies bedeutet, dass die Reduktion oder das Übersetzungsverhältnis zwischen der Quelle 100 und dem Verbraucher 102 variabel sein muss. Ferner umfassen Getriebe herkömmlicherweise einen Leerlauf, bei dem keine Energieübertragung erfolgt, und einen Rückwärtsgang, der ein Übersetzungsverhältnis mit umgekehrtem Vorzeichen aufweist.Hereinafter, assume a typical automobile whose chemical energy contained within the fuel is transformed into movement in the engine, so that the engine can be regarded as a source of mechanical energy. This energy is consumed at the wheels of the motor vehicle so that they can be regarded as energy receivers or energy consumers. The source and the consumer, for example, connected via a gear, resulting in various problems. 1 shows a schematic representation of an arrangement for transmitting mechanical energy from a source to a consumer, wherein in 1 the reference number 100 schematically denotes the source, for example, an output shaft of an engine of a motor vehicle. With 102 is schematically the consumer 102 denotes, for example, the drive shaft or the wheels of a motor vehicle. Between the source 100 and the consumer 102 is, as also shown schematically, a transmission 104 provided by the source 100 provided energy to the consumer 102 to transfer, as by the connection schematically shown 106 is clear. At the in 1 As mentioned above, various problems arise as a result of the first need to adapt the high-frequency rotation of the output shaft of the motor to the variable rotational speeds of the wheels. Most motors operate efficiently only in a narrow range of parameters, such as in the range of a certain speed per minute or in the range of a certain output power. This means that the reduction or the gear ratio between the source 100 and the consumer 102 must be variable. Further, transmissions conventionally include idling in which no power transmission occurs and a reverse gear having a reverse gear ratio.

Anhand der 1 wurde schematisch die Kraftübertragung innerhalb eines herkömmlichen Kraftfahrzeugs erläutert. Zusätzlich zu herkömmlichen Kraftfahrzeugen existieren auch sogenannte hybride Kraftfahrzeuge, bei denen das Getriebe mehrere Funktionen aufweisen muss. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Getriebes innerhalb eines hybriden Kraftfahrzeugs. Die Quelle 100, beispielsweise der Motor des Kraftfahrzeugs, ist über das Getriebe 104 mit den Rädern 102 verbunden. Zusätzlich zur Quelle 100 und zum Verbraucher 102 umfassen solche hybriden Fahrzeuge einen Akkumulator 108, der überschüssige Energie speichert, beispielsweise dann, wenn das Kraftfahrzeug sich im Leerlauf befindet oder abgebremst wird, und der die gespeicherte Kraft freigibt, um den Motor während einer Beschleunigung zu unterstützen. In 2 ist das Speichern überflüssiger Energie beim Leerlauf des Fahrzeugs durch den Pfeil 110 angedeutet, gemäß dem durch den Motor 100 während des Leerlaufs bereitgestellte Energie in den Akkumulator 108 eingespeist wird, die zu diesen Zeitpunkt nicht für den Antrieb der Räder 102 benötigt wird. Durch den Pfeil 112 ist die von den Rädern 102 bereitgestellte Energie, die beim Bremsen erzeugt wird, verdeutlicht, die ebenfalls in den Akkumulator 108 eingespeist wird. Der Pfeil 114 verdeutlicht die Funktionalität des Akkumulators 108 beim Unterstützen des Motors 100, und zeigt an, dass beispielsweise beim Beschleunigen zusätzliche Energie aus dem Akkumulator 108 an den Verbraucher 102 (z. B. über einen weiteren Antrieb) bereitgestellt wird, so dass der Motor 100 beispielsweise beim Beschleunigen 106 unterstützt wird.Based on 1 has been explained schematically the power transmission within a conventional motor vehicle. In addition to conventional motor vehicles, there are also so-called hybrid motor vehicles, in which the transmission must have several functions. 2 shows a schematic representation of a transmission within a hybrid motor vehicle. The source 100 For example, the engine of the motor vehicle, is about the transmission 104 with the wheels 102 connected. In addition to the source 100 and to the consumer 102 Such hybrid vehicles include an accumulator 108 that stores excess energy, such as when the motor vehicle is idling or decelerating, and releases the stored power to assist the engine during acceleration. In 2 is the storage of superfluous energy when idling the vehicle by the arrow 110 indicated, according to that by the engine 100 Energy provided during idling into the accumulator 108 is fed at that time not for driving the wheels 102 is needed. By the arrow 112 is the one of the wheels 102 provided energy, which is generated during braking, clarifies, which also in the accumulator 108 is fed. The arrow 114 clarifies the functionality of the accumulator 108 while supporting the engine 100 , and indicates that, for example, when accelerating extra energy from the accumulator 108 to the consumer 102 (eg, via another drive) is provided, so that the engine 100 for example when accelerating 106 is supported.

Auch bei herkömmlichen Fahrzeugen kann es wünschenswert sein, die Richtung des Energieflusses, die in 1 durch den Pfeil 106 angezeigt ist, umzukehren, um die durch das Bremsen erzeugte Energie zwischenzuspeichern. Bei Hybridfahrzeugen ist es erforderlich, die Richtungen und Stärken der unterschiedlichen, aber ggf. gleichzeitig auftretenden Energieflüsse 106, 110, 112, 114 sorgfältig auszugleichen.Even with conventional vehicles, it may be desirable to change the direction of energy flow in 1 through the arrow 106 is displayed to reverse in order to buffer the energy generated by the braking. In hybrid vehicles, it is necessary, the directions and strengths of the different, but possibly simultaneously occurring energy flows 106 . 110 . 112 . 114 to balance carefully.

Die typische Lösung für Fahrzeuge besteht darin, ein Getriebe 104 vorzusehen (siehe 1 und 2), mit dem die Quelle 100 und der Verbraucher 102 mechanisch fest verbunden sind, beispielsweise über Zahnräder. Obwohl dieser Ansatz relativ einfach ist, hat ein solches Getriebe ein nicht optimales Übertragungsverhältnis für die meisten Geschwindigkeiten, so dass ein zusätzlicher Mechanismus erforderlich ist, um die Verbindung zum Umschalten auf unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse wahlweise zu unterbrechen, z. B. eine Kupplung.The typical solution for vehicles is a gearbox 104 to be provided (see 1 and 2 ) with which the source 100 and the consumer 102 mechanically firmly connected, for example via gears. Although this approach is relatively simple, such a transmission has a non-optimal transmission ratio for most speeds, so an additional mechanism is required to selectively interrupt the connection for shifting to different gear ratios, e.g. B. a clutch.

Ein weiterer Ansatz, der in hybriden Fahrzeugen verwendet wird, besteht darin, ein elektrisches Getriebe vorzusehen, welches eine direkte mechanische Verbindung zwischen dem Motor und den Rädern verhindert. Die Komponenten, um die elektrischen Leistungsflüsse beliebig zu manipulieren, sind ohne Weiteres verfügbar, und die Akkumulatortechnologie entwickelt sich sehr schnell, jedoch führen die mehrfachen Umwandlungen zwischen mechanischer, elektrischer und chemischer Energie dazu, dass ein solches elektrisches Getriebe keine ausreichende Effizient aufweist.Another approach used in hybrid vehicles is to provide an electrical transmission which prevents a direct mechanical connection between the engine and the wheels. The components to arbitrarily manipulate the electric power flows are readily available, and the accumulator technology is developing very rapidly, but the multiple conversions result mechanical, electrical and chemical energy to ensure that such an electrical transmission does not have sufficient efficiency.

Im Stand der Technik ist ferner bekannt, Schwungräder zur Energiezwischenspeicherung einzusetzen. Der Fortschritt in der Schwungradtechnologie ermöglicht es, ein rein mechanisches Hybridfahrzeug vorzusehen, bei dem keine Notwendigkeit einer Energieumwandlung mehr besteht. Die kritische Komponente ist wiederum ein Getriebe mit mehreren Eingangs/Ausgangs-Wellen, die zur Erzeugung eines effektiven Übersetzungsverhältnisses paarweise verbunden bzw. getrennt werden müssen, um so eine kontinuierliche Einstellung des Übersetzungsverhältnisses sicherzustellen.In the prior art is also known to use flywheels for energy buffering. The advances in flywheel technology make it possible to provide a purely mechanical hybrid vehicle that eliminates the need for energy conversion. Again, the critical component is a transmission having multiple input / output shafts which must be paired to produce an effective gear ratio so as to ensure continuous transmission ratio adjustment.

Eine bekannte Vorrichtung, die das Übersetzungsverhältnis zwischen einer Welle einer Energiequelle und einer Welle eines Energieverbrauchers kontinuierlich einstellen kann, ist als stufenloses Getriebe (CVT = Continously Variable Transmission) bekannt. Verschiedene Hersteller von Kraftfahrzeugen verwenden bereits stufenlose Getriebe, beispielsweise solche mit Riemenantrieben mit veränderlichem Durchmesser oder mit einer Torus-Form. Diese und andere Typen von stufenlosen Getrieben basieren auf einer dynamischen Reibung, und durch einen entsprechenden Entwurf wird die gesamte Motorleistung mittels Reibung an einen oder wenige Kontaktpunkte zwischen den zwei Elementen übertragen. Dies erfordert es, spezielle Materialien zu verwenden, und fordert ferner eine sehr genaue Herstellung. Weniger häufig verwendete Vorrichtungen, wie beispielsweise ein Rast-CVT (Ratcheting CVT) verwenden eine statische Reibung, die geringere Energieverluste bewirkt. Solche Vorrichtungen arbeiten jedoch in Zyklen, welche zu einer Vibration führen, da bei jedem Zyklus der Rastmechanismus über eine feste Verbindung mit der Quelle bzw. mit dem Verbraucher Eingriff nimmt bzw. der Eingriff mit diesen Elementen unterbrochen wird, um so im Mittel ein erwünschtes Übertragungsverhältnis der Wellendrehungen der Quelle und des Verbrauchers zu erhalten.A known device which can continuously adjust the transmission ratio between a shaft of a power source and a shaft of an energy consumer is known as continuously variable transmission (CVT). Various motor vehicle manufacturers already use continuously variable transmissions, for example those with variable diameter belt drives or with a torus shape. These and other types of continuously variable transmissions are based on dynamic friction, and by design, all engine power is transferred by friction to one or a few points of contact between the two elements. This requires special materials to be used, and further requires very accurate manufacture. Less commonly used devices, such as a ratcheting CVT, use static friction that results in lower energy losses. However, such devices operate in cycles which result in vibration, as at each cycle the detent mechanism engages, or interrupts engagement with these elements, via a fixed connection to the source or the load, thus averaging a desired transmission ratio the shaft rotations of the source and the consumer.

Ein weiterer Nachteil der oben beschriebenen Elemente besteht darin, dass diese lediglich in der Lage sind, eine einzelne Quelle mit einem einzelnen Verbraucher zu verbinden, so dass der Leerlauf und der Rückwärtsgang als getrennte Mechanismen hinzugefügt werden müssen.Another disadvantage of the elements described above is that they are only able to connect a single source to a single load, so that the idle and the reverse must be added as separate mechanisms.

Die US 4 928 553 A beschreibt ein Schwungrad-Energiespeichersystem mit einem Paar variabler Trägheitsschwungräder für die Energiespeicherung und -übertragung. Eingangskupplungen ermöglichen die Kupplung der Schwungräder mit einer Eingangswelle, und Ausgangskupplungen ermöglichen die Kupplung der Schwungräder mit einer Abtriebswelle. Die Kupplungen werden geschaltet, wenn die Geschwindigkeiten der zu verbindenden Elemente gleich sind, um Schlupf zu vermeiden.The US 4,928,553 A describes a flywheel energy storage system having a pair of variable inertial flywheels for energy storage and transmission. Input clutches allow the coupling of the flywheels with an input shaft, and output clutches allow the coupling of the flywheels with an output shaft. The clutches are switched when the speeds of the elements to be connected are the same to prevent slippage.

Die DE 694 06 698 T2 beschreibt eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung kinetischer Energie mit einer Hauptwelle, die mit der Ausgangswelle einer Antriebseinrichtung verbunden ist, einer fest an der Hauptwelle befestigte Hauptplatte, einem an der Hauptwelle zur Rotation relativ zur Hauptwelle angeordneten ersten drehbaren Körper, einem an der Hauptwelle zur Drehung relativ zur Hauptwelle angeordneten Schwungrad, einer ersten Kupplung zum An- und Abkuppeln von Hauptplatte und erstem drehbaren Körper, und einer Energiespeichereinrichtung, die zwischen dem drehbaren Körper und dem Schwungrad zur vorübergehenden Speicherung eines Teils der gesamten Rotationsenergie der Hauptwelle und der mit der Hauptwelle funktionell zusammenwirkenden Komponenten in Form von elastischer Energie und Übertragung der gesamten Rotationsenergie an das Schwungrad, und zur vorübergehenden Speicherung eines Teils der gesamten Rotationsenergie des Schwungrades in elastischer Energie und Übertragung der Rotationsenergie des Schwungrades auf die Hauptwelle angeordnet ist.The DE 694 06 698 T2 describes a kinetic energy recovery apparatus having a main shaft connected to the output shaft of a drive means, a main plate fixedly secured to the main shaft, a first rotatable body disposed on the main shaft for rotation relative to the main shaft, one for rotation relative to the main shaft Main shaft arranged flywheel, a first clutch for coupling and uncoupling of the main plate and the first rotatable body, and an energy storage device, between the rotatable body and the flywheel for temporarily storing a portion of the total rotational energy of the main shaft and the main shaft functionally cooperating components in Form of elastic energy and transfer of all the rotational energy to the flywheel, and for temporarily storing part of the total rotational energy of the flywheel in elastic energy and transmission of the rotational energy of the momentum Rades is arranged on the main shaft.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Übertragung mechanischer Energie von einer Energiequelle an einen Energieempfänger bereitzustellen, der eine hohe Variabilität aufweist und eine hohe Effizienz.Based on this prior art, the present invention seeks to provide an improved apparatus and method for transmitting mechanical energy from a power source to a power receiver having high variability and high efficiency.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, durch ein Verfahren gemäß Anspruch 7 sowie durch ein Computerprogramm gemäß Anspruch 8 gelöst.This object is achieved by a device according to claim 1, by a method according to claim 7 and by a computer program according to claim 8.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Übertragen mechanischer Energie von einer Energiequelle an einen Energieempfänger, mit einem beweglichen Energiezwischenspeicherelement, einem ersten Übertragungselement, das wirksam ist, um ein erstes bewegliches Element der Energiequelle mit dem Energiezwischenspeicherelement zu koppeln, einem zweiten Übertragungselement, das wirksam ist, um ein zweites bewegliches Element des Energieempfängers mit dem Energiezwischenspeicherelement zu koppeln, und einer Steuerung, die wirksam ist, um das erste Übertragungselement und das zweite Übertragungselement anzusteuern, um eine abwechselnde Kopplung des ersten oder zweiten beweglichen Elements mit dem Energiezwischenspeicherelement zu bewirken, wobei die Steuerung eine Kopplung bewirkt, wenn die Geschwindigkeiten des Energiezwischenspeicherelements und des ersten bzw. zweiten beweglichen Elements im Wesentlichen gleich sind. Das erste bewegliche Element und das zweite bewegliche Element umfassen jeweils drehbeweglich angeordnete Elemente, das bewegliche Energiezwischenspeicherelement umfasst ein drehbewegliches Schwingungselement, und die Steuerung ist wirksam, um das erste und das zweite Übertragungselement anzusteuern, um das erste bzw. zweite drehbewegliche Element und das drehbewegliche Schwingungselement zu koppeln, wenn deren Winkelgeschwindigkeiten im Wesentlichen gleich sind.The present invention provides an apparatus for transferring mechanical energy from a power source to a power receiver having a movable energy buffer element, a first transfer element operable to couple a first movable element of the power source to the energy buffer element, a second transfer element that is operative for coupling a second movable element of the power receiver to the energy buffer element, and a controller operative to drive the first transmission element and the second transmission element to effect alternate coupling of the first or second movable elements to the energy buffer element; Control causes a coupling when the speeds of the intermediate energy storage element and the first and second movable element are substantially equal. The first movable element and the second movable element each comprise rotatably arranged elements, the movable energy buffer element comprises a rotatable vibration element, and the control is operative to drive the first and second transmission elements around the first and second rotatable elements and the rotatable vibration element, respectively when their angular velocities are substantially the same.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung einen weiteren Energieempfänger, der ein weiteres bewegliches Element, und ein weiteres Übertragungselement zum Koppeln des weiteren beweglichen Elements mit dem Energiezwischenspeicherelement, wobei die Steuerung wirksam ist, um das weitere Übertragungselement anzusteuern, um das weitere bewegliche Element mit dem Energiezwischenspeicherelement zu koppeln, wenn die Geschwindigkeiten des weiteren beweglichen Elements und des Energiezwischenspeicherelements im Wesentlichen gleich sind.According to one embodiment, the device comprises a further energy receiver comprising a further movable element, and a further transmission element for coupling the further movable element with the energy buffer element, wherein the control is operative to control the further transmission element to the further movable element with the energy buffer element when the velocities of the further movable element and the energy buffer element are substantially equal.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt ein Laden des Energiezwischenspeicherelements auf einen vorbestimmten Energiezustand, wenn das erste bewegliche Element und das Energiezwischenspeicherelement durch das erste Übertragungselement gekoppelt sind, wobei die Steuerung wirksam ist, um das erste Übertragungselement anzusteuern, um das erste bewegliche Element und das Energiezwischenspeicherelement zu entkoppeln, wenn das Energiezwischenspeicherelement den vorbestimmten Energiezustand erreicht hat, das zweite Übertragungselement anzusteuern, um das zweite bewegliche Element und das Energiezwischenspeicherelement zu koppeln, wenn die Geschwindigkeiten des zweiten beweglichen Elements und des Energiezwischenspeicherelements im Wesentlichen gleich sind, um das zweite Übertragungselement anzusteuern, um das zweite bewegliche Element und das Energiezwischenspeicherelement zu entkoppeln, wenn der Energiezustand des Energiezwischenspeicherelements um einen vorbestimmten Betrag abgefallen ist, und um das erste Übertragungselement anzusteuern, um das erste bewegliche Element und das Energiezwischenspeicherelement zu koppeln, wenn die Geschwindigkeiten des ersten beweglichen Elements und des Energiezwischenspeicherelements im Wesentlichen gleich sind.According to an embodiment, charging of the energy buffer element to a predetermined energy state occurs when the first movable element and the energy buffer element are coupled by the first transmission element, the controller being operative to drive the first transmission element to decouple the first movable element and the energy buffer element when the energy buffer element has reached the predetermined power state to drive the second transmission element to couple the second movable element and the energy buffer element when the velocities of the second movable element and the energy buffer element are substantially equal to drive the second transmission element to the second one to decouple mobile element and the energy buffer element when the energy state of the energy buffer element dropped by a predetermined amount n, and to drive the first transmission element to couple the first movable element and the energy buffer element when the velocities of the first movable element and the energy buffer element are substantially equal.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerung während eines Schwingzyklus des drehbeweglichen Schwingelements wirksam, um das erste Übertragungselement ansprechend auf das Erreichen eines vorbestimmten Drehwinkels des Schwingelements anzusteuern, um das erste drehbewegliche Element und das Schwingungselement zu entkoppeln, das zweite Übertragungselement ansprechend auf eine wesentliche Übereinstimmung der Winkelgeschwindigkeiten des zweiten drehbeweglichen Elements und des Schwingungselements anzusteuern, um das zweite drehbewegliche Element und das Schwingungselement zu koppeln, das zweite Übertragungselement ansprechend auf das Erreichen eines weiteren Drehwinkels des Schwingungselements anzusteuern, um das zweite drehbewegliche Element und das Schwingungselement zu entkoppeln, und das erste Übertragungselement ansprechend auf eine wesentliche Übereinstimmung der Winkelgeschwindigkeiten des ersten drehbeweglichen Elements und des Schwingungselements anzusteuern, um das erste drehbewegliche Element und das Schwingungselement zu koppeln.According to an embodiment, during a swing cycle of the rotary vibrating member, the controller is operative to drive the first transmitting member in response to reaching a predetermined rotational angle of the vibrating member to decouple the first rotatable member and the vibrating member, the second transmitting member in response to a substantial coincidence of the angular velocities of the second rotatable member and the vibration member to couple the second rotatable member and the vibration member, to drive the second transmission member in response to the reaching of another rotation angle of the vibration member to decouple the second rotatable member and the vibration member, and the first transmission element in response to drive to a substantial agreement of the angular velocities of the first rotatable member and the vibration member to the first rotatable element and the vibration element to couple.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfassen das erste bewegliche Element und das zweite bewegliche Element jeweils eine Welle, das Energiezwischenspeicherelement umfasst einen mechanischen Oszillator, der eine drehbar gelagerte Massenscheibe und eine mit der Massenscheibe verbundene Torsionsfeder umfasst, und das erste Übertragungselement und das zweite Übertragungselement umfassen jeweils eine Kupplung.According to an embodiment, the first movable element and the second movable element each comprise a shaft, the energy buffer element comprises a mechanical oscillator comprising a rotatably mounted mass disk and a torsion spring connected to the mass disk, and the first transmission element and the second transmission element each comprise a coupling ,

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfassen die Wellen unterschiedliche Durchmesser.According to one embodiment, the waves comprise different diameters.

Die vorliegende Erfindung schafft ein zum Übertragen mechanischer Energie von einer Energiequelle an einen Energieempfänger, durch abwechselndes Koppeln eines ersten beweglichen Elements der Energiequelle und eines zweiten beweglichen Elements des Energieempfängers mit einem beweglichen Energiezwischenspeicherelement, wobei das erste bzw. zweite bewegliche Element mit dem Energiezwischenspeicherelement gekoppelt wird, wenn die Geschwindigkeiten des Energiezwischenspeicherelements und des ersten bzw. zweiten beweglichen Elements im Wesentlichen gleich sind. Das Energiezwischenspeicherelement umfasst ein drehbewegliches Schwingungselement, und das Verfahren umfasst ein Drehen des Schwingungselements durch das erste bewegliche Element zum Laden des Energiezustands des Schwingungselements auf einen vorbestimmten Energiezustand, ein Entkoppeln des ersten beweglichen Elements und des Schwingungselements ansprechend auf das Erreichen des vorbestimmten Energiezustands, ein Koppeln des zweiten beweglichen Elements und des Schwingungselements ansprechend auf eine wesentliche Übereinstimmung der Winkelgeschwindigkeiten des zweiten beweglichen Elements und des Schwingungselements, ein Entkoppeln des zweiten beweglichen Elements und des Schwingungselements ansprechend auf einen vorbestimmten Energieabfall des Schwingungselements, und ein Koppeln des ersten beweglichen Elements und des Schwingungselements ansprechend auf eine wesentliche Übereinstimmung der Winkelgeschwindigkeiten des ersten beweglichen Elements und des Schwingungselements.The present invention provides for transmitting mechanical energy from a power source to a power receiver by alternately coupling a first movable element of the power source and a second movable element of the power receiver to a movable energy buffer element, the first and second movable elements, respectively, being coupled to the energy buffer element when the velocities of the intermediate energy storage element and the first and second movable elements are substantially equal. The energy buffer element comprises a rotatable vibration element, and the method comprises rotating the vibration element by the first movable element to charge the energy state of the vibration element to a predetermined energy state, decoupling the first movable element and the vibration element in response to reaching the predetermined energy state, coupling the second movable member and the vibration member in response to a substantially matching the angular velocities of the second movable member and the vibration member, decoupling the second movable member and the vibration member in response to a predetermined energy drop of the vibration member, and coupling the first movable member and the vibration member in response to a substantial correspondence of the angular velocities of the first movable member and the vibration element.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.The present invention provides a computer program with a program code for carrying out the method according to the invention when the program runs on a computer.

Erfindungsgemäß wird somit ein Ansatz gelehrt, bei dem eine Verbindung einer Energiequelle und eines Energieempfängers bzw. Energieverbrauchers nicht durch eine feste Verbindung erfolgt, sondern die Energie wird zwischen den zwei Einheiten in kleinen Teilen oder Abschnitten über ein Zwischenelement, welches Energie zwischenspeichern kann, übertragen.Thus, according to the invention, an approach is taught in which a connection of a power source and an energy receiver is not made by a fixed connection, but the energy is transmitted between the two units in small parts or sections via an intermediate element which can latch energy.

Der erfindungsgemäße Ansatz ist vorteilhaft, da er eine hohe Variabilität aufweist, insbesondere da sowohl positive, negative oder keine effektiven Übersetzungsverhältnisse mit der gleichen Einheit erreichbar sind, durch einfaches Änderung des Ansteueralgorithmus.The inventive approach is advantageous because it has a high variability, especially since both positive, negative or no effective ratios can be achieved with the same unit, by simply changing the Ansteueralgorithmus.

Ein weiterer Vorteil besteht in der hohen Effizienz des erfindungsgemäßen Ansatzes. Bei der Ausgestaltung des Energiespeicherelements als Schwungrad mit Feder, ist beispielsweise das Federmaterial und deren Entwurf wichtig, wobei sich unnötige Reibungsverluste durch ein korrektes Aktivieren der Kupplungen zum rechten Zeitpunkt vermeiden lassen und damit eine Hauptquelle von Reibungsverlusten verhindert wird.Another advantage is the high efficiency of the approach according to the invention. In the design of the energy storage element as a flywheel with spring, for example, the spring material and its design is important, with unnecessary friction losses can be avoided by a correct activation of the couplings at the right time and thus a major source of friction losses is prevented.

Bei Fahrzeugen ermöglicht die Tatsache, dass keine direkte Verbindung zwischen den Rädern und dem Motor erforderlich ist, die Verwendung von nicht-standardmäßigen Motoren, beispielsweise Motoren, die keine konstante Wellendrehzahl bereitstellen oder Motoren, die eine zyklische Bewegung der Ausgangswelle bereitstellen.In vehicles, the fact that no direct connection between the wheels and the engine is required allows the use of non-standard motors, for example, motors that do not provide constant shaft speed or motors that provide cyclic movement of the output shaft.

Gemäß Ausführungsbeispielen ist vorgesehen, dass die Übertragungselemente durch Kupplungen ausgeführt sind. Anstelle der Kupplungen können jedoch auch andere Elemente verwendet werden, die eine schaltbare Verbindung zwischen den Elementen der Quelle/des Empfängers und dem Getriebe ermöglichen, z. B. geeignete hydraulische Verbindungselemente.According to embodiments it is provided that the transmission elements are designed by couplings. Instead of the couplings, however, other elements can be used which allow a switchable connection between the elements of the source / the receiver and the transmission, for. B. suitable hydraulic fasteners.

Anstelle der oben beschriebenen Ausgestaltung des Schwingelements als Schwungrad können auch andere Zwischenspeicherelemente realisiert werden, ebenso können die angesprochenen Wellen durch andere mechanische Schnittstellen realisiert sein. Die Elemente können gemäß Ausführungsbeispielen durch mechanische Elemente realisiert sein und gemäß weiteren Ausführungsbeispielen durch entsprechende äquivalente hydraulische Elemente.Instead of the above-described embodiment of the vibrating element as a flywheel and other intermediate storage elements can be realized, as well as the aforementioned waves can be realized by other mechanical interfaces. The elements can be realized according to embodiments by mechanical elements and according to further embodiments by corresponding equivalent hydraulic elements.

Gemäß Ausführungsbeispielen findet die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren Einsatz im Zusammenhang mit herkömmlichen oder hybriden Kraftfahrzeugen, die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern kann auf eine Vielzahl von Vorrichtungen angewendet werden, die ähnliche Prinzipien im Hinblick auf die Übertragung mechanischer Energie an einen Energieempfänger verwenden. Grundsätzlich können Getriebe, die entsprechend den erfindungsgemäßen Ansätzen realisiert sind, herkömmliche Getriebe oder stufenlose Getriebe in jedem traditionellen Bereich ersetzen, wie beispielsweise bei Windturbinen, industriellen mechanischen Antrieben, schwungradbasierten Energiespeichern in Kraftwerken und Ähnliches. Ebenso kann der erfindungsgemäße Ansatz Anwendung finden in Mikro- oder Nanomechanismen, bei denen die Einfachheit des erfindungsgemäßen Ansatzes es ermöglicht, diesen beispielsweise bei Miniaturaktuatoren oder bei sich drehenden Elementen einzusetzen.According to embodiments, the apparatus and method according to the invention find use in connection with conventional or hybrid motor vehicles, but the invention is not limited thereto, but can be applied to a variety of devices which have similar principles with respect to the transmission of mechanical energy to a power receiver use. Basically, transmissions realized in accordance with the inventive approaches can replace conventional transmissions or continuously variable transmissions in any traditional field, such as wind turbines, industrial mechanical drives, flywheel-based energy storage in power plants, and the like. Likewise, the approach according to the invention can find application in micro- or nanomechanisms in which the simplicity of the approach according to the invention makes it possible to use it, for example, in miniature actuators or in rotating elements.

Gemäß Ausführungsbeispielen wird somit ein Ansatz geschaffen, bei dem eine Vorrichtung zyklisch Energie über ein Zwischenelement überträgt, wobei die Variabilität durch eine zeitliche Interaktion der Eingangs/Ausgangsschnittstellen mit diesem Zwischenelement realisiert wird, wobei die freie Bewegung des Zwischenelements zwar im Wesentlichen nicht-linear sein wird, aber konservativ, d. h. ohne Energieverlusten, wobei Schaltverluste während der Schaltphase entsprechend der erfindungsgemäßen Vorgehensweise durch den entsprechenden Wechselwirkungsschaltmechanismus/Algorithmus minimiert werden.According to embodiments, an approach is thus provided in which a device cyclically transfers energy via an intermediate element, wherein the variability is realized by a temporal interaction of the input / output interfaces with this intermediate element, wherein the free movement of the intermediate element will be substantially non-linear but conservative, d. H. without energy losses, wherein switching losses during the switching phase according to the procedure according to the invention are minimized by the corresponding interaction switching mechanism / algorithm.

Nachfolgend werden anhand der beiliegenden Zeichnungen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigen:Hereinafter, embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Übertragung mechanischer Energie von einer Quelle an einen Verbraucher; 1 a schematic representation of an arrangement for transmitting mechanical energy from a source to a consumer;

2 eine schematische Darstellung eines Getriebes innerhalb eines hybriden Kraftfahrzeugs; 2 a schematic representation of a transmission within a hybrid motor vehicle;

3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; 3 a schematic representation of the device according to the invention according to an embodiment of the invention;

4 eine schematische Darstellung einer Implementierung der anhand der 3 beschriebenen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und 4 a schematic representation of an implementation of the basis of the 3 described device according to an embodiment of the invention; and

5 eine Darstellung zur Erläuterung des Betriebs der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 3 oder 4. 5 a representation for explaining the operation of the device according to the invention 3 or 4 ,

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden gleiche oder gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die bereits anhand der 1 und 2 beschriebenen Elemente, die sich in den weiteren Figuren wiederfinden, werden ebenfalls mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und auf eine erneute Beschreibung dieser Elemente wird verzichtet.In the following description of preferred embodiments of the present invention, the same or equivalent elements are given the same reference numerals. The already on the basis of 1 and 2 described elements that are found in the other figures are also provided with the same reference numerals, and a re-description of these elements will be omitted.

3 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 3 zeigt als Quelle eine Eingangswelle 100, beispielsweise eine durch einen Motor eines Fahrzeugs angetriebene Welle. Ferner ist als Verbraucher bzw. Energieempfänger 102 eine Ausgangswelle, beispielsweise eine Antriebswelle zum Antrieb von Rädern eines Kraftfahrzeugs, gezeigt. Zwischen der Eingangswelle 100 und der Ausgangswelle 102 ist ein Energiezwischenspeicherelement 120 angeordnet, welches gemäß Ausführungsbeispielen einen mechanischen Oszillator umfasst, der in die in 3 gezeigten Richtungen drehbar gelagert ist. In 3 ist ferner die Drehrichtung der Eingangs/Ausgangswellen 100, 102 dargestellt. Zwischen der Eingangswelle 100 und dem mechanischen Oszillator 120 ist eine erste Kupplung 122 angeordnet, und zwischen der Ausgangswelle 102 und dem mechanischen Oszillator 120 ist eine zweite Kupplung 124 angeordnet. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Steuerung 126, die, wie durch die Pfeile zu den Kupplungen 122 und 124 gezeigt ist, Steuersignale an diese Kupplungen 122 und 124 ausgibt, um diese Kupplungen zu aktivieren oder zu deaktivieren. Wird die Kupplung 122 aktiviert, so wird eine Verbindung zwischen der Eingangswelle 100 und dem mechanischen Oszillator 120 hergestellt, wird die Kupplung 122 deaktiviert, wird die entsprechende Verbindung unterbrochen. Entsprechend wird bei Aktivierung der Kupplung 124 eine Verbindung zwischen dem mechanischen Oszillator 120 und der Ausgangswelle 102 hergestellt, die bei Deaktivierung der Kupplung 124 wieder unterbrochen wird. Die Ansteuerung der Kupplungen 122, 124 erfolgt gemäß einem Algorithmus, der später noch näher beschrieben wird, der jedoch auf einer Mehrzahl von Eingangswerten basiert, die durch entsprechende Sensoren an die Steuerung 126 bereitgestellt werden. Genauer gesagt ist der Eingangswelle 100 ein Sensor 128 zugeordnet, dem mechanischen Oszillator 120 ist ein Sensor 130 zugeordnet, und der Ausgangswelle 102 ist ein Sensor 134 zugeordnet. Die Sensoren 128 bis 134 erfassen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Winkelgeschwindigkeiten der sich drehenden Elemente 100, 102 und 120 und geben diese an die Steuerung 126 aus, die unter anderem basierend auf diesen Eingangssignalen eine Ansteuerung der Kupplungen 122, 124 bewirkt. 3 shows a schematic representation of the device according to the invention according to an embodiment of the invention. 3 shows as source an input shaft 100 For example, a driven by an engine of a vehicle shaft. Furthermore, as a consumer or energy receiver 102 an output shaft, for example a drive shaft for driving wheels of a motor vehicle, shown. Between the input shaft 100 and the output shaft 102 is a power cache element 120 arranged, which according to embodiments comprises a mechanical oscillator, which in the in 3 is shown rotatably mounted directions. In 3 is also the direction of rotation of the input / output shafts 100 . 102 shown. Between the input shaft 100 and the mechanical oscillator 120 is a first clutch 122 arranged, and between the output shaft 102 and the mechanical oscillator 120 is a second clutch 124 arranged. The device further comprises a controller 126 that, as by the arrows to the clutches 122 and 124 is shown, control signals to these couplings 122 and 124 to enable or disable these clutches. Will the clutch 122 activated, so will a connection between the input shaft 100 and the mechanical oscillator 120 made, the clutch is 122 deactivated, the corresponding connection is interrupted. Accordingly, when activating the clutch 124 a connection between the mechanical oscillator 120 and the output shaft 102 made when disabling the clutch 124 is interrupted again. The activation of the couplings 122 . 124 is carried out in accordance with an algorithm which will be described in more detail later, but which is based on a plurality of input values sent by appropriate sensors to the controller 126 to be provided. More specifically, the input shaft 100 a sensor 128 assigned, the mechanical oscillator 120 is a sensor 130 assigned, and the output shaft 102 is a sensor 134 assigned. The sensors 128 to 134 capture in the illustrated embodiment, the angular velocities of the rotating elements 100 . 102 and 120 and give them to the controller 126 from, among other things, based on these input signals, a control of the clutches 122 . 124 causes.

Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Ausgangswelle 102 vorgesehen, deren Umfang gleich dem Umfang der Eingangswelle 100 sein kann, wobei jedoch auch vorgesehen sein kann, den Umfang größer oder kleiner zu gestalten, abhängig vom erwünschten Übersetzungsverhältnis. Sollen verschiedene Übersetzungsverhältnisse bereitgestellt werden, kann ferner vorgesehen sein, eine oder mehrere weitere Ausgangswellen 102' vorzusehen, wie durch die gestrichelten Elementen in 3 dargestellt ist. Die weitere Ausgangswelle 102' kann über eine weitere Kupplung 124' mit dem mechanischen Oszillator 120 verbunden werden, wobei die Kupplung 124' entsprechende Steuersignale von der Steuerung 126 enthält, die zusätzlich Sensorsignale von dem Sensor 134' empfängt.At the in 3 shown embodiment is an output shaft 102 provided, whose circumference equal to the circumference of the input shaft 100 however, it may also be provided to make the circumference larger or smaller, depending on the desired transmission ratio. If different transmission ratios are to be provided, provision may also be made for one or more further output shafts 102 ' provide as indicated by the dashed elements in FIG 3 is shown. The further output shaft 102 ' can have another clutch 124 ' with the mechanical oscillator 120 be connected, the clutch 124 ' corresponding control signals from the controller 126 contains, in addition, sensor signals from the sensor 134 ' receives.

Alternativ oder zusätzlich zur Bereitstellung mehrerer Ausgangswellen kann auch vorgesehen sein, eine Ausgangswelle so auszugestalten, dass diese verschiedene Durchmesser aufweist und verschiebbar angeordnet ist, so dass ein Abschnitt der Ausgangswelle, der einen erwünschten Durchmesser aufweist, über die Kupplung 124 mit dem mechanischen Oszillator 120 in Eingriff gebracht werden kann, um hierdurch ein erwünschtes Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswelle 100 und der Ausgangswelle 102 herbeizuführen.Alternatively or in addition to providing a plurality of output shafts may also be provided to design an output shaft so that it has different diameters and is slidably disposed, so that a portion of the output shaft having a desired diameter, via the coupling 124 with the mechanical oscillator 120 can be brought to thereby a desired transmission ratio between the input shaft 100 and the output shaft 102 bring about.

Die anhand der 3 gezeigte Anordnung offenbart somit keine feste Verbindung zwischen der Eingangswelle 100 und der Ausgangswelle 102, vielmehr wird die Energie zwischen den zwei Wellen 100, 102 über das Zwischenelement 120 in kleinen Teilen oder Abschnitten übertragen, wie dies nachfolgend näher erläutert wird, so dass die in 3 gezeigte Anordnung auch als PST-Anordnung bezeichnet werden kann (PST = Power Sharing Transmission). Hinsichtlich der Anzahl von Energiequellen und Energieverbrauchern existiert keine Einschränkung, so dass zusätzlich zur Eingangswelle 100, die in 3 gezeigt ist, eine weitere Eingangswelle vorgesehen sein kann, die dann über eine weitere Kupplung, ähnlich wie die Kupplung 124' mit dem Element 120 verbindbar ist. Ferner wird durch die in 3 gezeigte Anordnung eine Energieübertragung in jede Richtung ermöglicht. Die in 3 gezeigte Anordnung kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass die Übertragungselemente 122, 124 als Kupplungen zwischen den Wellen 100, 102 und dem mechanischen Oszillator 120 ausgestaltet sind, und die Sensoren 128 bis 134 messen beispielsweise die Winkelgeschwindigkeiten der Wellen 100 und 102 sowie die Winkelgeschwindigkeit und den Drehwinkel des Oszillators 120.The basis of the 3 Thus, the arrangement shown does not disclose a firm connection between the input shaft 100 and the output shaft 102 Rather, the energy between the two waves 100 . 102 over the intermediate element 120 transmitted in small parts or sections, as will be explained in more detail below, so that the in 3 arrangement shown can also be referred to as PST arrangement (PST = Power Sharing Transmission). With respect to the number of power sources and energy consumers, there is no limitation such that in addition to the input shaft 100 , in the 3 As shown, another input shaft may be provided, which then has a further clutch, similar to the clutch 124 ' with the element 120 is connectable. Further, by the in 3 arrangement shown allows energy transfer in each direction. In the 3 For example, the arrangement shown can be configured such that the transmission elements 122 . 124 as couplings between the shafts 100 . 102 and the mechanical oscillator 120 are configured, and the sensors 128 to 134 measure, for example, the angular velocities of the waves 100 and 102 as well as the angular velocity and the angle of rotation of the oscillator 120 ,

4 zeigt eine schematische Darstellung einer Implementierung der anhand der 3 beschriebenen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die anhand der 3 gezeigten Elemente mit den entsprechenden Bezugszeichen versehen. Wie in 4 gezeigt ist, ist ein Motor M vorgesehen, der die Eingangswelle 100 antreibt, beispielsweise der Motor eines Kraftfahrzeugs. Das Zwischenelement 120 ist ein mechanischer Oszillator, der beispielsweise als massive Scheibe oder Schwungrad realisiert ist, die auf einer festen Welle rotieren kann, und die mit einem Gehäuse 136 durch eine Torsionsfeder verbunden ist. Alternative kann die Schwungscheibe über eine Drehstabfeder 138 drehbar gelagert sein. Die Übertragungselemente 122, 124 sind vorgesehen, um die wahlweise Verbindung zwischen den Eingangs/Ausgangswellen 100, 102 und dem Oszillator 120 herzustellen, wobei die Übertragungselemente vorzugsweise schnelle Kupplungen sind. Sind alle Kupplungen deaktiviert, so schwingt der Oszillator 120 ohne Beschränkung, also frei um seine Achse. Die vom Motor M an die Ausgangswelle 102 übertragene mechanische Energie wird, wie schematisch dargestellt ist, einem Verbraucher V bereitgestellt. 4 shows a schematic representation of an implementation of the basis of the 3 described device according to an embodiment of the invention. At the in 4 Embodiment shown are based on the 3 shown elements provided with the corresponding reference numerals. As in 4 is shown, a motor M is provided, which the input shaft 100 drives, for example, the engine of a motor vehicle. The intermediate element 120 is a mechanical oscillator, for example, realized as a massive disc or flywheel, which can rotate on a fixed shaft, and with a housing 136 is connected by a torsion spring. Alternatively, the flywheel can be via a torsion bar 138 be rotatably mounted. The transmission elements 122 . 124 are provided to selectively connect between the input / output shafts 100 . 102 and the oscillator 120 manufacture, wherein the transmission elements are preferably quick couplings. If all couplings are deactivated, the oscillator oscillates 120 without restriction, so free around its axis. The from the engine M to the output shaft 102 transmitted mechanical energy is, as shown schematically, a consumer V provided.

Die Kupplungen werden durch die Steuerung 126, ein geeignetes elektronisches Steuergerät, betrieben, derart, dass diese basierend auf den Sensormessungen hinsichtlich der Positionen und der Geschwindigkeiten der anhand der 3 und 4 gezeigten Elemente 100, 102, 120 aktiviert/deaktiviert werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der durch die Steuerung 126 realisierte Algorithmus die Kupplungen 122, 124 nur dann aktiviert, wenn die relative Geschwindigkeit des Oszillators 120 und der entsprechenden Welle 100 oder 102 Null oder sehr nahe an Null ist, abhängig von der Rechenleistung und der Sensorempfindlichkeit, so dass eine Reibung zwischen den Wellen 100/102 und dem Element 120 zum Zeitpunkt der Aktivierung der Kupplung 122 bzw. 124 stets statisch ist, und die Energieverluste aufgrund von Reibung minimiert werden können. Dies ermöglicht es, gemäß Ausführungsbeispielen die Kupplungen mit einer beliebig großen Reibfläche auszugestalten, was es ermöglicht, einfachere Materialien zur Realisierung der Kupplungen zu verwenden, wodurch das Erfordernis teurer Reibmaterialien zur Realisierung der Kupplungen vermieden wird.The clutches are controlled by the controller 126 , a suitable electronic control unit, operated such that these based on the sensor measurements with respect to the positions and the speeds of the basis of 3 and 4 shown elements 100 . 102 . 120 be activated / deactivated. According to the invention, it is provided by the controller 126 realized algorithm the clutches 122 . 124 only activated when the relative speed of the oscillator 120 and the corresponding wave 100 or 102 Zero or very close to zero, depending on the computing power and the sensor sensitivity, allowing a friction between the waves 100 / 102 and the element 120 at the time of activation of the clutch 122 respectively. 124 is always static, and energy losses due to friction can be minimized. This makes it possible, according to embodiments, to design the clutches with an arbitrarily large friction surface, which makes it possible to use simpler materials for the realization of the clutches, whereby the requirement of expensive friction materials for the realization of the clutches is avoided.

Nachfolgend wird anhand der 5 der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 3 oder 4 näher erläutert. 5 zeigt im linken Teil eine Darstellung des Rotationswinkels des Oszillators α und dessen Winkelgeschwindigkeit ω als Funktion der Zeit, wobei im rechten Teil der Figur ein schwarzer Punkt eine aktivierte Kupplung darstellt.The following is based on the 5 the operation of the device according to the invention according to 3 or 4 explained in more detail. 5 shows in the left part of a representation of the rotation angle of the oscillator α and its angular velocity ω as a function of time, wherein in the right part of the figure, a black dot represents an activated clutch.

Für die 5 sei die einfache Zwei-Wellen-Version gemäß 3 bzw. gemäß 4 angenommen, die als normales Stufenlosgetriebe wirksam ist, d. h. die die Energie von der Eingangswelle 100 an die Ausgangswelle 102 überträgt. Der Einfachheit halber sei angenommen, dass der Motor und die Räder masselos sind, so dass sich die Drehgeschwindigkeiten der Wellen während eines Zyklus nicht ändern. Ferner sei angenommen, dass die Drehgeschwindigkeit der Eingangswelle 100 positiv ist, wohingegen die Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle 102 negativ ist und einen größeren Absolutwert aufweist als die Geschwindigkeit der Eingangswelle. Diese Annahmen dienen lediglich zu einer Vereinfachung der Beschreibung, ein Fachmann wird erkennen, dass diese Einschränkungen bei anderen Szenarien ohne weiteres berücksichtigt werden können.For the 5 be the simple two-wave version according to 3 or according to 4 assumed that is effective as a normal continuously variable transmission, that is, the energy from the input shaft 100 to the output shaft 102 transfers. For the sake of simplicity, assume that the motor and the wheels are massless so that the rotational speeds of the shafts do not change during one cycle. Further assume that the rotational speed of the input shaft 100 is positive, whereas the rotational speed of the output shaft 102 is negative and has a greater absolute value than the speed of the input shaft. These assumptions are merely to simplify the description, one skilled in the art will recognize that these limitations may be readily taken into account in other scenarios.

Wie oben erwähnt, arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel in Zyklen, wobei in jedem Zyklus die Zustände gemäß den Phasen I bis V durchlaufen werden, wie sie anhand der 5 dargestellt ist. Unter der Annahme, dass die Wellengeschwindigkeiten und die Steuerungseingänge konstant bleiben, wie dies im Zusammenhang mit der 5 angenommen wird, wiederholen sich die Zyklen identisch. Die Zeitabhängigkeit des Oszillator-Drehwinkels und der Oszillator-Winkelgeschwindigkeit während eines einzelnen Zyklus sind schematisch in 5 (siehe die Diagramme auf der linken Seite) dargestellt. Anhand 5 werden nachfolgend die oben genannten Phasen I bis V während eines Zyklus näher beschrieben.As mentioned above, the device according to the invention operates according to an embodiment in cycles, wherein in each cycle the states according to the phases I to V are traversed, as they are based on the 5 is shown. Assuming that the shaft speeds and the control inputs remain constant, as related to the 5 is assumed, the cycles are repeated identically. The time dependence of the oscillator rotation angle and the oscillator angular velocity during a single cycle are schematically shown in FIG 5 (see the diagrams on the left). Based 5 The above-mentioned phases I to V during one cycle will be described in more detail below.

Phase I: Der Zyklus beginnt bei einem Zeitpunkt t0, zu dem der Oszillator-Rotationswinkel den Nullpunkt durchläuft. Der Oszillator ist in dieser Situation über die Kupplung mit der Quelle 100 verbunden, wie in der rechten Seite der 1 durch den schwarzen Punkt dargestellt ist. Mit ansteigendem Rotationswinkel akkumuliert die Feder, mit der der Oszillator an dem Gehäuse befestigt sein kann, mehr und mehr Energie, bis zu einem Zeitpunkt t1, zu dem die gesamte Oszillatorenergie, die Summe der kinetischen und potenziellen Energien, einen Wert erreicht, der entweder dem maximal durch die Konstruktion und die verwendeten Materialien zugelassenem Wert entspricht, oder der durch die Steuerungseinheit auf einen vorbestimmten Wert eingestellt ist.Phase I: The cycle begins at a time t 0 at which the oscillator rotation angle passes through the zero point. The oscillator is in this situation via the coupling with the source 100 connected, as in the right side of the 1 represented by the black dot. With increasing angle of rotation accumulates the pen with which the oscillator can be attached to the housing, more and more energy, until at a time t 1, to reach the entire oscillator energy, the sum of kinetic and potential energy, a value which is either corresponds to the maximum allowed by the construction and the materials used value, or is set by the control unit to a predetermined value.

Phase II: Zum Zeitpunkt t1, zu dem die Oszillatorenergie ihren vorbestimmten Wert, z. B. den Maximalwert, erreicht hat, wird die Kupplung 122 gelöst bzw. deaktiviert, so dass der Oszillator bis zum Zeitpunkt t2 frei schwingt. Ausgehend vom Zeitpunkt t1 nimmt nach der Deaktivierung der Kupplung 122 die Winkelgeschwindigkeit ab, bis diese 0 erreicht. In diesem Zeitpunkt weist der Rotationswinkel α einen maximalen Wert auf. Ab dem Nulldurchgang der Winkelgeschwindigkeit (zwischen den Verlauf zwischen t1 bis t2) dreht die Schwungscheibe in eine entgegengesetzte Richtung, verglichen zur Richtung, die zum Erreichen der erwünschten Energie vorgegeben war, wobei die Winkelgeschwindigkeit bis zum Zeitpunkt t2 zunimmt, wie dies aus 5 ersichtlich ist. Für die vorliegende Betrachtung sei angenommen, dass die Energieverluste während einer einzelnen Schwingungsperiode vernachlässigbar sind, und dass die aktuelle Winkelgeschwindigkeit mit einer ausreichend guten Genauigkeit und ausreichend oft gemessen werden kann. Während dieser Phase sind sowohl die Quelle 100 als auch der Verbraucher 102 vom Oszillator 120 getrennt, so dass keine Energieübertragung stattfindet.Phase II: At time t 1 , at which the oscillator energy reaches its predetermined value, e.g. B. has reached the maximum value, the clutch 122 dissolved or deactivated, so that the oscillator oscillates freely until time t 2 . Starting from the time t 1 takes after the deactivation of the clutch 122 the angular velocity until it reaches 0 At this time, the rotation angle α has a maximum value. From the zero crossing of the angular velocity (between the course between t 1 to t 2 ), the flywheel rotates in an opposite direction compared to the direction predetermined for achieving the desired energy, the angular velocity increasing until time t 2 , as shown 5 is apparent. For the present consideration, it is assumed that the energy losses during a single oscillation period are negligible, and that the actual angular velocity can be measured with a sufficiently good accuracy and sufficiently often. During this phase are both the source 100 as well as the consumer 102 from the oscillator 120 separated, so that no energy transfer takes place.

Phase III: Zum Zeitpunkt t2 gleicht sich die Winkelgeschwindigkeit des Oszillators 120 an die Winkelgeschwindigkeit der Ausgangswelle 102 des Verbrauchers an, und die Kupplung 124 wird aktiviert, so dass der Oszillator beginnt, die Ausgangswelle 102 in deren Bewegungsrichtung zu treiben, so dass die im Oszillator gespeicherte Energie freigegeben wird. Während der Phase III sei angenommen, dass die Winkelgeschwindigkeit im Wesentlichen konstant bleibt.Phase III: At time t 2 , the angular velocity of the oscillator is the same 120 to the angular velocity of the output shaft 102 of the consumer, and the clutch 124 is activated so that the oscillator starts, the output shaft 102 to drive in the direction of movement, so that the energy stored in the oscillator is released. During phase III, it is assumed that the angular velocity remains substantially constant.

Phase IV: Mit zunehmender Drehung des Oszillatorelements 120, während der Bewegung der Welle 102, erreicht das Oszillatorelement zum Zeitpunkt t3 eine Position, bei der ein überwiegender Teil der gespeicherten Energie bereits abgegeben wurde, so dass die im Element 120 verbleibende Energie auf einen vorbestimmten Wert abgesunken ist. Bei dem anhand der 5 gezeigten Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erkannt, dass der Rotationswinkel des Elements 120 auf 0 absinkt. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird zu diesem Zeitpunkt t3 die Kupplung 124 gelöst, und der jetzt freilaufende Oszillator 120 schwingt frei mit einer niedrigen Amplitude aufgrund der noch vorhandenen Restwinkelgeschwindigkeit bis zum Zeitpunkt t4. Wie aus dem Zeitverlauf zwischen t3 und t4 zu entnehmen ist, nimmt die Winkelgeschwindigkeit ab, und eine Drehrichtung des Oszillators wird zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 umgekehrt, und im Zeitpunkt des Nulldurchgangs der Geschwindigkeit hat der Drehwinkel α ein Minimum.Phase IV: With increasing rotation of the oscillator element 120 , during the movement of the shaft 102 At time t 3 , the oscillator element reaches a position at which a major part of the stored energy has already been delivered, so that the element in the element 120 remaining energy has dropped to a predetermined value. In the case of the 5 shown embodiment, this is recognized by the fact that the angle of rotation of the element 120 drops to 0. According to the embodiment shown, at this time t 3, the clutch 124 solved, and the now free-running oscillator 120 oscillates freely with a low amplitude due to the remaining residual angular velocity until the time t 4 . As can be seen from the time course between t 3 and t 4 , the angular velocity decreases, and a rotational direction of the oscillator is reversed between the times t 3 and t 4 , and at the time zero crossing of the speed of the rotation angle α has a minimum.

Phase V: Nachdem angenommen wurde, dass die Geschwindigkeit der Ausgangswelle 102 größer ist als die der Eingangswelle 100, existiert ein Zeitpunkt, zu dem die frei schwingende Bewegung des Oszillators 120 zu einer Oszillatorgeschwindigkeit führt, die gleich der Winkelgeschwindigkeit der Eingangswelle 100 ist, und in 5 ist dies der Zeitpunkt t4. Zu diesem Zeitpunkt wird die Kupplung 122 erneut aktiviert, so dass der Oszillator 120 nunmehr durch die Eingangswelle 100 getrieben wird, und der Rotationswinkel zum Zeitpunkt t5 den Nullpunkt wieder erreicht. Zu diesem Zeitpunkt tritt das System erneut in die Phase I ein.Phase V: After it was assumed that the speed of the output shaft 102 larger than that of the input shaft 100 , there is a time when the oscillating motion of the oscillator 120 leads to an oscillator speed equal to the angular velocity of the input shaft 100 is, and in 5 this is the time t 4 . At this time, the clutch will 122 reactivated, leaving the oscillator 120 now through the input shaft 100 is driven, and the rotation angle at time t 5 reaches the zero point again. At this time, the system enters phase I again.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel während der Phase V durch den Oszillator Energie an die Quelle abgegeben wird, wobei jedoch festzuhalten ist, dass diese Energie niedriger ist als diejenige, die von der Quelle während der darauffolgenden Phase I entnommen wird.It should be noted that according to the embodiment shown, energy is supplied to the source during phase V by the oscillator, it being understood that this energy is lower than that taken from the source during the subsequent phase I. ,

Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung hat der Steuerblock bzw. die Steuerung 126 keinerlei Freiheit dahin gehend, wann die Kupplungen 122, 124 zu aktivieren sind, da dies gemäß der vorliegenden Erfindung dann eintritt, wenn die relativen Geschwindigkeiten der Elemente zueinander im Wesentlichen Null sind (z. B. innerhalb eines vorbestimmten Bereichs um Null sind) bzw. die Geschwindigkeiten einander angleichen (z. B. eine vorbestimmten Abstand unterschreiten), wie dies oben beschrieben wurde. Hinsichtlich der Deaktivierung der Kupplungen können jedoch anstelle der oben genannten Kriterien auch andere Kriterien eingesetzt werden. Hieraus ergibt sich die Variabilität bei dem anhand der vorliegenden Erfindung beschriebenen Getriebe. Wenn z. B. die maximale Amplitude in der Phase II größer ist als die Amplitude, die während der Phase IV gewählt wird, dann fließt Energie von der Quelle zu dem Verbraucher, ansonsten fließt die Energie in die entgegengesetzte Richtung.According to embodiments of the invention, the control block or the controller 126 no freedom as to when the clutches 122 . 124 to be activated, since according to the present invention, this occurs when the relative speeds of the elements to one another are substantially zero (eg within a predetermined range around zero) and the velocities are equal to each other (eg, a predetermined one Distance below), as described above. With regard to the deactivation of the couplings, however, other criteria can be used instead of the above-mentioned criteria. This results in the variability in the transmission described by the present invention. If z. For example, if the maximum amplitude in phase II is greater than the amplitude chosen during phase IV, then energy will flow from the source to the load, otherwise the energy will flow in the opposite direction.

Anstelle eines Übersetzungsverhältnisses kann das erfindungsgemäße Getriebe auch durch andere Einheiten charakterisiert werden, beispielsweise durch die Energiemenge, die während eines einzelnen Zyklus oder während der Dauer eines Zyklus übertragen wird. Diese Mengen sind variabel, innerhalb der Begrenzungen, die durch die minimale und die maximale Amplitude des frei schwingenden Oszillators 120 festgelegt sind. Die minimale Amplitude hängt von den tatsächlichen Wellengeschwindigkeiten ab, wobei die in dem Oszillator nach der Freigabe durch den Verbraucher verbleibende Energie ausreichend sein muss, um eine ausreichende Drehung des Oszillators zu ermöglichen, so dass dieser eine Winkelgeschwindigkeit annimmt, die der der Eingangswelle entspricht, so dass eine Kopplung ohne Reibung möglich ist. Die maximal erreichbare Amplitude hängt hierbei gemäß Ausführungsbeispielen von den verwendeten Materialien ab, beispielsweise von der Deformationsgrenze einer eingesetzten Feder.Instead of a gear ratio, the transmission according to the invention may also be characterized by other units, for example by the amount of energy transmitted during a single cycle or during the duration of a cycle. These quantities are variable, within the limits imposed by the minimum and maximum amplitude of the free oscillating oscillator 120 are fixed. The minimum amplitude depends on the actual shaft speeds, and the energy remaining in the oscillator after release by the consumer must be sufficient to allow sufficient rotation of the oscillator to assume an angular velocity equal to that of the input shaft that a coupling without friction is possible. The maximum achievable amplitude depends here according to embodiments of the materials used, for example, from the deformation limit of an inserted spring.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele umfassen eine Eingangswelle, ein Oszillationselement sowie eine Ausgangswelle. Wie bereits anhand der 3 beschrieben wurde, lässt sich der erfindungsgemäße Ansatz auch auf mehrere Ausgangswellen erweitern. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann auch vorgesehen sein, mehrere Oszillatoren mit gleichen oder unterschiedlichen Parametern zu betreiben, um so Vibrationen, die durch die verschiedenen Zyklen hervorgerufen wurden, zu minimieren.The embodiments described above include an input shaft, an oscillation element and an output shaft. As already on the basis of 3 has been described, the inventive approach can be extended to several output shafts. According to others Embodiments may also be provided to operate multiple oscillators with the same or different parameters so as to minimize vibrations caused by the various cycles.

Obwohl oben Rotationselemente beschrieben wurden, wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf solche Ausführungsbeispiele beschränkt ist, vielmehr lässt sich der erfindungsgemäße Ansatz auch ohne Weiteres auf eine lineare Bewegung, z. B. in linearen Motoren, anwenden. In diesem Fall bewegt sich der Oszillator linear und anstelle der Eingangs- und Ausgangswellen sind entlang des Oszillators sich kollinear bewegende Oberflächen der Eingangs- und Ausgangselemente vorgesehen.Although rotational elements have been described above, it is to be understood that the present invention is not limited to such embodiments, but rather the approach of the invention may be readily limited to a linear movement, e.g. In linear motors. In this case, the oscillator moves linearly and, instead of the input and output waves, collinear moving surfaces of the input and output elements are provided along the oscillator.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.Although some aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.

Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-Ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.Depending on particular implementation requirements, embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software. The implementation may be performed using a digital storage medium, such as a floppy disk, a DVD, a Blu-Ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or FLASH memory, a hard disk, or other magnetic disk or optical memory are stored on the electronically readable control signals that can cooperate with a programmable computer system or cooperate such that the respective method is performed. Therefore, the digital storage medium can be computer readable. Thus, some embodiments according to the invention include a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system such that one of the methods described herein is performed.

Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.In general, embodiments of the present invention may be implemented as a computer program product having a program code, wherein the program code is operable to perform one of the methods when the computer program product runs on a computer. The program code can also be stored, for example, on a machine-readable carrier.

Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.Other embodiments include the computer program for performing any of the methods described herein, wherein the computer program is stored on a machine-readable medium.

Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.In other words, an embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer. A further embodiment of the inventive method is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program is recorded for carrying out one of the methods described herein.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.A further embodiment of the method according to the invention is thus a data stream or a sequence of signals, which represent the computer program for performing one of the methods described herein. The data stream or the sequence of signals may be configured, for example, to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.Another embodiment includes a processing device, such as a computer or a programmable logic device, that is configured or adapted to perform one of the methods described herein.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.Another embodiment includes a computer on which the computer program is installed to perform one of the methods described herein.

Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.In some embodiments, a programmable logic device (eg, a field programmable gate array, an FPGA) may be used to perform some or all of the functionality of the methods described herein. In some embodiments, a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform one of the methods described herein. In general, in some embodiments, the methods are performed by any hardware device. This may be a universal hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the process, such as an ASIC.

Claims (8)

Vorrichtung zum Übertragen mechanischer Energie von einer Energiequelle (M) an einen Energieempfänger (V), mit: einem beweglichen Energiezwischenspeicherelement (120); einem ersten Übertragungselement (122), das wirksam ist, um ein erstes bewegliches Element (100) der Energiequelle (M) mit dem Energiezwischenspeicherelement (120) zu koppeln; einem zweiten Übertragungselement (124), das wirksam ist, um ein zweites bewegliches Element (102) des Energieempfängers (V) mit dem Energiezwischenspeicherelement (120) zu koppeln; und einer Steuerung (126), die wirksam ist, um das erste Übertragungselement (122) und das zweite Übertragungselement (124) anzusteuern, um eine abwechselnde Kopplung des ersten oder zweiten beweglichen Elements (100, 102) mit dem Energiezwischenspeicherelement (120) zu bewirken, wobei die Steuerung (126) eine Kopplung bewirkt, wenn die Geschwindigkeiten des Energiezwischenspeicherelements (120) und des ersten bzw. zweiten beweglichen Elements (100, 102) im Wesentlichen gleich sind, wobei das erste bewegliche Element (100) und das zweite bewegliche Element (102) jeweils drehbeweglich angeordnete Elemente umfassen, bei der das bewegliche Energiezwischenspeicherelement (120) ein drehbewegliches Schwingungselement umfasst, und bei der die Steuerung (126) wirksam ist, um das erste und das zweite Übertragungselement (122, 124) anzusteuern, um das erste bzw. zweite drehbewegliche Element (100, 102) und das drehbewegliche Schwingungselement (120) zu koppeln, wenn deren Winkelgeschwindigkeiten im Wesentlichen gleich sind.Device for transferring mechanical energy from a power source (M) to a power receiver (V), comprising: a movable energy buffer element ( 120 ); a first transmission element ( 122 ), which is effective to move a first movable element ( 100 ) of the energy source (M) with the energy buffer element ( 120 ) to couple; a second transmission element ( 124 ) which is effective to provide a second movable element ( 102 ) of the energy receiver (V) with the energy buffer element ( 120 ) to couple; and a controller ( 126 ), which is effective to the first transmission element ( 122 ) and the second transmission element ( 124 ) to alternately couple the first or second movable element ( 100 . 102 ) with the energy buffer element ( 120 ), the controller ( 126 ) causes a coupling when the velocities of the energy buffer element ( 120 ) and the first and second movable elements ( 100 . 102 ) are substantially the same, the first movable element ( 100 ) and the second movable element ( 102 ) each comprise rotatably arranged elements, wherein the movable energy buffer element ( 120 ) comprises a rotatable vibration element, and in which the control ( 126 ) is effective to the first and the second transmission element ( 122 . 124 ) to drive the first and second rotatable elements ( 100 . 102 ) and the rotatable vibration element ( 120 ) when their angular velocities are substantially equal. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit: einem weiteren Energieempfänger, der ein weiteres bewegliches Element (102') umfasst, und einem weiteren Übertragungselement (124') zum Koppeln des weiteren beweglichen Elements (102') mit dem drehbeweglichen Schwingungselement (120), wobei die Steuerung (126) wirksam ist, um das weitere Übertragungselement (124') anzusteuern, um das weitere bewegliche Element (102') mit dem drehbeweglichen Schwingungselement (120) zu koppeln, wenn die Geschwindigkeiten des weiteren beweglichen Elements (102') und des drehbeweglichen Schwingungselements (120) im Wesentlichen gleich sind.Device according to claim 1, comprising: a further energy receiver comprising a further movable element ( 102 ' ), and a further transmission element ( 124 ' ) for coupling the further movable element ( 102 ' ) with the rotatable vibration element ( 120 ), whereby the controller ( 126 ) is effective to the further transmission element ( 124 ' ) to control the further movable element ( 102 ' ) with the rotatable vibration element ( 120 ) when the velocities of the further movable element ( 102 ' ) and the rotatable vibration element ( 120 ) are substantially the same. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der ein Laden des drehbeweglichen Schwingungselements (120) auf einen vorbestimmten Energiezustand erfolgt, wenn das erste bewegliche Element (100) und das drehbewegliche Schwingungselement (120) durch das erste Übertragungselement (122) gekoppelt sind, wobei die Steuerung (126) wirksam ist, um das erste Übertragungselement (122) anzusteuern, um das erste bewegliche Element (100) und das drehbewegliche Schwingungselement (120) zu entkoppeln, wenn das drehbewegliche Schwingungselement (120) den vorbestimmten Energiezustand erreicht hat, das zweite Übertragungselement (124) anzusteuern, um das zweite bewegliche Element (102) und das drehbewegliche Schwingungselement (120) zu koppeln, wenn die Geschwindigkeiten des zweiten beweglichen Elements (102) und des drehbeweglichen Schwingungselements (120) im Wesentlichen gleich sind, das zweite Übertragungselement (124) anzusteuern, um das zweite bewegliche Element (102) und das drehbewegliche Schwingungselement (120) zu entkoppeln, wenn der Energiezustand des drehbeweglichen Schwingungselements (120) um einen vorbestimmten Betrag abgefallen ist, und das erste Übertragungselement (122) anzusteuern, um das erste bewegliche Element (100) und das drehbewegliche Schwingungselement (120) zu koppeln, wenn die Geschwindigkeiten des ersten beweglichen Elements (100) und des drehbeweglichen Schwingungselements (120) im Wesentlichen gleich sind.Device according to Claim 1 or 2, in which loading of the rotatable vibration element ( 120 ) takes place to a predetermined energy state when the first movable element ( 100 ) and the rotatable vibration element ( 120 ) by the first transmission element ( 122 ), the controller ( 126 ) is effective to the first transmission element ( 122 ) to control the first movable element ( 100 ) and the rotatable vibration element ( 120 ), when the rotatable vibration element ( 120 ) has reached the predetermined energy state, the second transmission element ( 124 ) to drive the second movable element ( 102 ) and the rotatable vibration element ( 120 ) when the velocities of the second movable element ( 102 ) and the rotatable vibration element ( 120 ) are substantially the same, the second transmission element ( 124 ) to drive the second movable element ( 102 ) and the rotatable vibration element ( 120 ) to decouple when the energy state of the rotatable vibration element ( 120 ) has fallen by a predetermined amount, and the first transmission element ( 122 ) to control the first movable element ( 100 ) and the rotatable vibration element ( 120 ) when the velocities of the first moving element ( 100 ) and the rotatable vibration element ( 120 ) are substantially the same. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Steuerung (126) während eines Schwingzyklus des drehbeweglichen Schwingungselements (120) wirksam ist, um das erste Übertragungselement (122) ansprechend auf das Erreichen eines vorbestimmten Drehwinkels des drehbeweglichen Schwingungselements (120) anzusteuern, um das erste drehbewegliche Element (100) und das drehbewegliche Schwingungselement (120) zu entkoppeln, das zweite Übertragungselement (124) ansprechend auf eine wesentliche Übereinstimmung der Winkelgeschwindigkeiten des zweiten drehbeweglichen Elements (102) und des drehbeweglichen Schwingungselements (120) anzusteuern, um das zweite drehbewegliche Element (102) und das drehbewegliche Schwingungselement (120) zu koppeln, das zweite Übertragungselement (124) ansprechend auf das Erreichen eines weiteren Drehwinkels des drehbeweglichen Schwingungselements (120) anzusteuern, um das zweite drehbewegliche Element (102) und das drehbewegliche Schwingungselement (120) zu entkoppeln, und das erste Übertragungselement (122) ansprechend auf eine wesentliche Übereinstimmung der Winkelgeschwindigkeiten des ersten drehbeweglichen Elements (100) und des drehbeweglichen Schwingungselements (120) anzusteuern, um das erste drehbewegliche Element (100) und das drehbewegliche Schwingungselement (120) zu koppeln. Device according to one of claims 1 to 3, in which the controller ( 126 ) during a swing cycle of the rotatable vibratory element ( 120 ) is effective to the first transmission element ( 122 ) in response to the attainment of a predetermined angle of rotation of the rotatable vibration element ( 120 ) to drive the first rotatable element ( 100 ) and the rotatable vibration element ( 120 ), the second transmission element ( 124 ) in response to a substantial agreement of the angular velocities of the second rotatable element ( 102 ) and the rotatable vibration element ( 120 ) to drive the second rotatable element ( 102 ) and the rotatable vibration element ( 120 ), the second transmission element ( 124 ) in response to the attainment of a further angle of rotation of the rotatable vibration element ( 120 ) to drive the second rotatable element ( 102 ) and the rotatable vibration element ( 120 ), and the first transmission element ( 122 ) in response to a substantial agreement of the angular velocities of the first rotatable member ( 100 ) and the rotatable vibration element ( 120 ) to drive the first rotatable element ( 100 ) and the rotatable vibration element ( 120 ) to couple. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das erste bewegliche Element (100) und das zweite bewegliche Element (102) jeweils eine Welle umfassen, das Energiezwischenspeicherelement (120) einen mechanischen Oszillator umfasst, der eine drehbar gelagerte Massenscheibe und eine mit der Massenscheibe verbundene Torsionsfeder (138) umfasst, und das erste Übertragungselement (122) und das zweite Übertragungselement (124) jeweils eine Kupplung umfassen.Device according to one of claims 1 to 4, wherein the first movable element ( 100 ) and the second movable element ( 102 ) each comprise a wave, the energy buffer element ( 120 ) comprises a mechanical oscillator comprising a rotatably mounted mass disk and a torsion spring ( 138 ), and the first transmission element ( 122 ) and the second transmission element ( 124 ) each comprise a clutch. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Wellen (100, 102) unterschiedliche Durchmesser umfassen.Device according to Claim 5, in which the shafts ( 100 . 102 ) comprise different diameters. Verfahren zum Übertragen mechanischer Energie von einer Energiequelle (M) an einen Energieempfänger (V), durch abwechselndes Koppeln eines ersten beweglichen Elements (100) der Energiequelle (M) und eines zweiten beweglichen Elements (102) des Energieempfängers (V) mit einem beweglichen Energiezwischenspeicherelement (120), wobei das erste bzw. zweite bewegliche Element (100, 102) mit dem Energiezwischenspeicherelement (120) gekoppelt wird, wenn die Geschwindigkeiten des Energiezwischenspeicherelements (120) und des ersten bzw. zweiten beweglichen Elements (100, 102) im Wesentlichen gleich sind, wobei das Energiezwischenspeicherelement (120) ein drehbewegliches Schwingungselement umfasst, und wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Drehen des drehbeweglichen Schwingungselements (120) durch das erste bewegliche Element (100) zum Laden des Energiezustands des drehbeweglichen Schwingungselements (120) auf einen vorbestimmten Energiezustand, Entkoppeln des ersten beweglichen Elements (100) und des drehbeweglichen Schwingungselements (120) ansprechend auf das Erreichen des vorbestimmten Energiezustands, Koppeln des zweiten beweglichen Elements (102) und des drehbeweglichen Schwingungselements (120) ansprechend auf eine wesentliche Übereinstimmung der Winkelgeschwindigkeiten des zweiten beweglichen Elements (102) und des drehbeweglichen Schwingungselements (120), Entkoppeln des zweiten beweglichen Elements (102) und des drehbeweglichen Schwingungselements (120) ansprechend auf einen vorbestimmten Energieabfall des drehbeweglichen Schwingungselements (120), und Koppeln des ersten beweglichen Elements (100) und des drehbeweglichen Schwingungselements (120) ansprechend auf eine wesentliche Übereinstimmung der Winkelgeschwindigkeiten des ersten beweglichen Elements (100) und des drehbeweglichen Schwingungselements (120).Method for transmitting mechanical energy from an energy source (M) to a power receiver (V) by alternately coupling a first movable element ( 100 ) of the energy source (M) and a second movable element ( 102 ) of the energy receiver (V) with a movable energy buffer element ( 120 ), wherein the first and second movable element ( 100 . 102 ) with the energy buffer element ( 120 ) when the velocities of the intermediate energy storage element ( 120 ) and the first and second movable elements ( 100 . 102 ) are substantially the same, the energy buffer element ( 120 ) comprises a rotatable vibratory element, and wherein the method comprises the steps of: rotating the rotatable vibratory element (FIG. 120 ) by the first movable element ( 100 ) for charging the energy state of the rotatable vibration element ( 120 ) to a predetermined energy state, decoupling the first movable element ( 100 ) and the rotatable vibration element ( 120 ) in response to the reaching of the predetermined energy state, coupling the second movable element ( 102 ) and the rotatable vibration element ( 120 ) in response to a substantial agreement of the angular velocities of the second movable element ( 102 ) and the rotatable vibration element ( 120 ), Decoupling the second movable element ( 102 ) and the rotatable vibration element ( 120 ) in response to a predetermined energy drop of the rotatable vibratory element ( 120 ), and coupling the first movable element ( 100 ) and the rotatable vibration element ( 120 ) in response to a substantial agreement of the angular velocities of the first movable element ( 100 ) and the rotatable vibration element ( 120 ). Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.Computer program with a program code for carrying out the method according to claim 7, when the program runs on a computer.
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DE69406698T2 (en) * 1993-03-16 1998-03-26 Sony Corp Kinetic energy storage device

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