DE2019207A1

DE2019207A1 - Riemenscheibe mit veraenderlichem Durchmesser

Info

Publication number: DE2019207A1
Application number: DE19702019207
Authority: DE
Inventors: Jean Boissin
Original assignee: Transmissions S A Soc Ind De
Current assignee: Transmissions S A Soc Ind De
Priority date: 1969-04-21
Filing date: 1970-04-21
Publication date: 1971-02-25
Also published as: FR2040932A5; GB1306994A; ES378826A1; DE2019207B2; CH518468A; DE2019207C3; BE749286A; NL7005731A

Description

PATENTANWÄLTE

. H. LEINWEBER dipl-ing. H. ZIMMERMANN

8 München2,Rosental7, 2.Ain_g.

Tei.-Adr. Utapat MOndiMi Telefon (UII)MIfIf

den 21. April 1970

Unser Zeichen

Z/Erb/Kg

SOCIETE INDUSTRIELLE DE TRANSMISSIONS, Sog. An., Levallois-Perret (Frankreich)

Riemenscheibe mit veränderlichem Durchmesser

Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibe mit veränderlichem Durchmesser für Keilriementriebe mit veränderlicher übersetzung.

Derartige Riemenscheiben bestehen im allgemeinen aus zwei Kegelscheiben, von denen eine auf einer Nabe so befestigt ist, dass sie sich gegen diese nicht verdrehen oder verschieben kann, und die andere axial auf dieser Nabe verschiebbar ist, jedoch über Keilwellennuten oder einen längskeil mit dieser zur Übertragung von Drehbewegungen fest verbunden ist. In den meisten Fällen wird die axial verschiebbare Regelscheibe gegen die feststehende Kegelscheibe durch eine die Nabe umgebende Schraubenfeder angedrückt, so dass der Riemen zwischen den beiden Kegelscheiben seitlich festgeklemmt wird. .

Der Drehantrieb der beweglichen Kegelscheibe über einen verschiebbaren Keil oder Keilwellennuten besitzt den Nachteil, dass hierzu schwierige und kostspielige Bearbeitungsgänge erforderlich sind, und dass dadurch die Verteilung der Gleitbelastung auf den Lagerflächen der Nabe und der Kegelscheibe

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unterbrochen wird. Infolge des zum Verschieben der beweglichen Kegelscheibe erforderlichen Spiels und der Vibrationen, die sich bei Betrieb unweigerlich ergeben, kann es sehr schnell zu einer Korrosion der Kontaktflächen kommen, die eine Blockierung aer Kegelscheibe auf der Nabe zur Folge haben kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Übersetzungsverhältnis nicht häufig geändert wird und die bewegliche Kegelscheibe somit in axialer Richtung eine verhältnismassig feste Stellung einnimmt.

Es wurde bereits versucht, die Herstellung derartiger Keilriemenscheiben dadurch zu vereinfachen, dass der Gleitkeil ader die Keilwellennuten zwischen der beweglichen Kegelscheibe und der Nabe weggelassen werden, so dass diese rein zylindrische Auflageflächen erhalten. In diesem Fall wird die bewegliche Kegelscheibe entweder über die Rückholfeder in Drehung versetzt, deren Enden hierbei an der Nabe und an der Kegelscheibe befestigt sind und die dabei auch auf Drehung beansprucht wird, oder durch andere Einrichtungen, beispielsweise zur Achse parallele verschiebbare Daumen oder Stangen, obwohl derartige Einrichtungen ebenso kompliziert und schwierig herzustellen sind wie die Verbindungen mit Hilfe von Keilen oder Keilwellennuten. In allen Fällen muss jedoch zwischen Nabe und beweglicher Kegelscheibe ein Spiel bestehen, damit deren Verschiebung möglich ist; die Gefahr der Korrosion der zylindrischen Auflageflächen im Betrieb wird hierbei kaum verringert.

Ziel der Erfindung ist es, die Herstellung derartiger Riemenscheiben zu vereinfachen, indem die Gleitkeile oder die KeilweHennuten zwischen Nabe und beweglicher Kegelscheibe weggelassen werden, und das Auftreten von Korrosion an den Kontaktflächen auszuschalten. Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemässe Riemenscheibe dadurch gekennzeichnet, dass die die verschiebbare Kegelscheibe andrückende und in Drehung versetzende Feder mit einem Reibtrieb versehen ist, der eine geringe, Korrosion der Auflageflächen der Nabe und der Kegelscheibe ausschaltende Drehbewegung der verschiebbaren Kegelscheibe gegenüber der Nabe gestattet.

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Der Vorteil eines derartigen Reibtriebs besteht ferner uarin, aass die damit erreichte Koppelung weicher ist als bei einem positiven Antrieb, indem beim Anlaufen ein gewisser Schlupf zwischen der beweglichen Kegelscheibe und der Nabe möglich ist. Die Riemenscheibe wirkt somit bei Überschreiten eines bestimmten Wertes αes Drehmoments als Drehmomentbegrenzer. Dies kann erfincungsgeaäss noch besser dadurch erreicht werden, aass die Riemenscheibe zwei axial verschiebbare Kegelscheiben besitzt, die jeweils über einen -.Reibtrieb'mit der Nabe drehfest verbunden sind.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von vier Ausführungsbeispielen, die auf der beiliegenden Zeichnung dargestellt sind.

Auf dieser Zeichnung zeigen die Fig. 1 bis 4 jeweils einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Riemenscheibe, γ

Die auf der Zeichnung dargestellten Riemenscheiben können als Antriebsscheiben oder als Abtriebsscheiben benutzt werden; der Einfachheit halber wird jedoch vor allem der Fall einer Antriebsseheibe betrachtet, wobei angenommen wird, dass die Vorrichtung zur Steuerung der Drehzahländerung auf der entsprechenden, nicht dargestellten Abtriebsscheibe vorgesehen ist,

Die auf Fig. 1 dargestellte Riemenscheibe besteht aus einer Nabe 1, die auf der Antriebswelle 2, beispielsweise mit Hilfe eines Keils 3 bekannter Ausführung, so befestigt ist, dass sie sich auf dieser Antriebswelle nicht verdrehen oder verschieben kann und somit mit dieser eine starre Einheit bildet, in der keine inneren Vibrationen auftreten können. Die Nabe 1 kann auch zusammen mit der Antriebswelle 2 aus einem Körper hergestellt sein. Diese Nabe 1 trägt eine Kegelscheibe 4, die gegenüber dieser Nabe 1 nicht verschiebbar oder verdrehbar ist, und eine Kegelscheibe 5, die einfach auf der glatten zylindrischen Aüssenseite 1-j der Nabe J gelagert und somit auf dieser frei drehbar und axial verschiebbar

ist. ■ ■■. ' '■ - - :■.■■■ - " ^:

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An der beweglichen Kegelscheibe 5 ist eine zylindrische Muffe 5-j vorgesehen, so dass man eine ausreichend grosse, auf der zylindrischen Aussenseite 1-| der Nabe aufliegende Fläche erhält. Zwischen beiden Kegelscheiben 4 und 5 besteht eine Nut, in welcher der die Bewegung übertragende Keilriemen 6 sitzt, dessen Laufradius auf bekannte Weise den Abstand zwischen den beiden KegeIscheiben bestimmt. An dem der feststehenden Kegelscheibe 4 entgegengesetzten Ende der Nabe ist eine Stützkappe 7 vorgesehen, an deren Boden eine Reibungsscheibe 8 aus geeignetem Material sitzt. Auf der Muffe 5-j der beweglichen Kegelscheibe 5 sitzt eine ähnliche, zu dieser Muffe konzentrische Reibungsscheibe 9. Zwischen diesen beiden Reibungsscheiben ist eine zur Nabe konzentrisch angeordnete schraubenförmige Kompressionsfeder/vorgesehen, die eine Reibungsscheibe an den Boden der drehfest mit der Nabe verbundenen Stützkappe 7 und die andere Reibungsscheibe an die ebene Aussenflache der beweglichen Kegelscheibe 5 andrückt. Bei einer derartigen Riemenscheibe wird die Drehbewegung der Antriebswelle 2 direkt auf die Nabe 1 und auf die feststehende Kegelscheibe 5 übertragen. Von der feststehenden Kegelscheibe wird diese Bewegung auf den Keilriemen 6 übertragen, der seitlich zwischen dieser feststehenden Kegelscheibe und der beweglichen Kegelscheibe 5 durch die Feder 10 festgeklemmt ist. Von den Reibungsscheiben 8 und 9 wird die Drehbewegung ausserdem auch auf die bewegliche Kegelscheibe 5 übertragen, jedoch nur bis zu der von diesen Reibungsscheiben übertragbaren Kraft, die von der Art der Kontaktflächen zwischen diesen Reibungsscheiben und ihrer an der Kegelscheibe bzw. an der Kappe anliegenden Flächen abhängt. Die beiden Reibungsscheiben können aus demselben Werkstoff bestehen und dieselbe Kontaktfläche besitzen. Bei Betrieb verteilt sich das von der Antriebswelle auf üen Keilriemen 6 zu übertragende Drehmoment etwa zur Hälfte auf jede Kegelscheibe 4 und 5. Durch den Reibfee-trieb wird jedoch erreicht, dass zwischen der Nabe 1 und der beweglichen Kegelscheibe 5 entweder ein leichter und kontinuierlicher Schlupf oder ein gelegentlicher Schlupf oder Drehschwankungen entstehen, welche

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die Korrosion der in gegenseitigem Kontakt befindlichen Flächen dieser Teile ausschalten. Dies ist selbst dann der Fall, wenn die Stellung der beweglichen Kegelscheibe 5 in axialer Richtung verhältnismässig feststehend ist, d.h. wenn die eine Verschiebung der Kegelscheibe erzeugenden Geschwindigkeitsänderungen selten sind. Ferner kann das beim Anlauf auf die bewegliche Kegelscheibe 5 übertragene Antriebsmoment das von den Reibungsscheiben 8 und 9 übertragbare Moment überschreiten, so dass man einen starken Schlupf der beweglichen Kegelscheibe erhält. Dadurch wird eine Korrosion vermieden, die zwischen den Auflageflächen der Nabe 1 unäder Kegelscheibe 5 auftreten könnte, und es wird erreicht, dass die Riemenscheibe wie eine allmählich anlaufende Kupplung wirkt. '

Dieser Schlupf geht anschliessend zurück und ist bei Normalbetrieb sehr gering und ändert in keiner Weise die Merkmale der Übertragung. Durch entsprechende Wahl der Abmessungen und der Formen bleibt dieser Schlupf kleiner als der Betriebsschlupf der Keilriemen oder des Elektromotors, Die Nabe 1 und die Muffe der Kegelscheibe 5 verhalten sich hierbei wie ein glattes Gleitlager unter geringer Drehgeschwindigkeit. Die Kontaktflächen sind also lediglich diesem Umstand anzupassen. Um dies auf wirtschaftliche Weise zu erreichen, können hierzu eine gewisse Anzahl an Werkstoffen und Behändlungsweieen benutzt werden. Beispielsweise kann die Nabe 1 aus Stahl und die Kegelscheibe 5 aus eloxiertem Aluminium bestehen. Der Schlupf der beweglichen kegelscheibe 5 gegeniber der Nabe 1 kann auf folgende Weise erreicht werden:

1. Das für die Reibungsscheiben 8 und 9 benutzte Reibungsmaterial wird so gewählt, dass sein statischer Reibungsko-

. effizient der Grenze der Haftung bei dem zu übertragenden Nennmoment entspricht.

2. Wenn der Sicherheitskoeffizient nicht ausreichend hoch ist und die Relativgeschwindigkeiten gering sind, kann es durch Vibrationen zu einer den Herstellern von Reibungswerk-

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stoffen bekannten Erscheinung, dem Zittern bzw. Rattern, kommen. Hierbei wird ständig von dem statischen Reibungskoeffizienten auf den dynamischen Reibungskoeffizienten und umgekehrt, d.h. vom statischen Zustand auf den dynamischen Zustand, übergegangen. Da hierbei die Frequenz sehr hoch ist und die Vibrationen sehr schwach sind, sind die Amplituden des Schlupfes sehr gering.

Die Vibrationen sind selbst bei einer gut ausgewuchteten Riemenscheibe unvermeidbar und rühren von dem Kippmoment der beweglichen Kegelscheibe her, das durch die Reaktion des Riemens erzeugt wird, der das Gleitspiel bei jedem Wechsel aufholt. Es kann somit ein Schlupfbereich definiert werden, der dem Verhältnis des statischen Reibungskoeffizienten zu dem dynamischen Reibungskoeffizienten, multipliziert mit einem von den Vibrationen und Drehmomentunrege lmässigkeiten abhängenden Koeffizienten K, entspricht. Der Schlupfbereich ist um so grosser, je stärker sich die dynamischen und statischen Reibungskoeffizienten voneinander unterscheiden. Trotzdem müssen die Werte des gegenseitigen Schlupfes gering gehalten werden, unkontrollierbar zu bleiben, d.h. müssen in der Praxis weniger als 1 $> betragen.

Da das Drehmoment auf die bewegliche Kegelscheibe über die Feder 10 übertragen wird, wird diese auf Drehung beansprucht, wobei der Verdrehungswinkel von dem zu übertragenden Moment abhängt. Durch Unregelmässigkeiten des Drehmoments kommt es zu Schwankungen in der Verdrehung der Federung, die bewirken, dass das Verdrehungsmoment zeitweise das von dem Reibungswerkstoff übertragbare statische Moment überschreitet. Es kommt dadurch zu einem Schlupf; anschliessend kehrt das von der Federung gelieferte Moment auf einen Wert zurück, der kleiner als das von den Reibungsscheiben übertragbare dynamische Moment ist, so dass die Federung wieder in Ruhestellung gelangt. Die Schwankungen der Verdrehungen bewirken also eine Verstärkung des ScblupfbereiGhs. Dieser

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Schlupfbereich kann somit im gesamten Betriebdbereich auftreten.

auch im Fall von geringen Drehmomenten bleibt diese Anordnung dann von Bedeutung, wenn der Betrieb ein häufiges Anlaufen oder häufige Geschv.indigkeitsänäerungen mit sich bringt.

Fig. I zeigt eine andere Ausiührungsf oriu der erfindungsgeiijässen Riemenscheibe., die zwei bewegliche Kege!scheiben 5A und 5B besitzt, die auf einer axial feststehenden uno eine zylindrische, glatte Aussenflache aufweisenden Nabe 1 frei drehbar und verschiebbar sind. Jede Kegelscheibe unterliegt der Einwirkung einer Rückholfeder uno wird von der Nabe über einen Reibtrieb angetrieben, uer ähnlich wie bei der Kegelscheibe 5 der auf Fig. 1 dargestellten Riemenscheibe aus zwei Reibungsscheiben 8, 9 besteht. Diese Anordnung ist vorzugsweise vollständig symmetrisch, so dass man bei beiden Kegelscheiben beim Anlaufen und bei Betrieb gleichzeitig einen Schlupf erhält. Diese Anordnung hat beim Anlaufen den Vorteil, dass der Schlupf zwischen den Kegelscheiben und dem Keilriemen verringert wird und zwischen die Reibungsflächen und zwischen die zylindrischen Auflageflächen der Nabe und der Kegelscheiben übertragen wird, so dass der Anlauf weicher ist und eine Korrosion der Kontaktflächen stärker ausgeschaltet wird.

Fig. 3 zeigt eine gegenüber der auf Fig. 1 dargestellten Riemenscheibe'abgewandelte Ausführungsforiu, bei welcher keine Reibscheiben vorgesehen sind. Hierbei liegt die Feder 10 an den konischen Flächen 8-j und 9-j der Kegelscheibe 5 und der Stützkappe 7 an. Zu diesem Zweck sind die äussersten Windungen der Feder 10 vorsugs-ieise zu kreisförmigen Ringen abgerichtet, die gleichmässig am gesamten Umfang dieser konischen Flächen anliegen.

Bei einer derartigen Riemenscheibe wird die Drehbewegung qer Antriebswelle 2 direkt auf die Nabe 1 und die feststehende Kegelscheibe 4 übertragen. Von der feststehenden Kegelscheibe wird diese Bewegung auf den Keilriemen 6 übertragen, der-seitlich zwi-

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sehen dieser Kegelscheibe 4 und der beweglichen Kegelscheibe 5 durch die Rückholfeder 10 festgeklemmt wird. Die Drehbewegung der Nabe wird ferner auf die bewegliche Kegelscheibe 5 über die Stützkappe 7 und die Feder 10 übertragen, jedoch nur innerhalb der Kraft,die tangential durch Reibung zwischen den Kontaktflächen der Feder 10 und den konischen Flächen 8-j und 9-j der Stützkappe und der Kegelscheibe übertragen werden kann. Der Wert dieser tangentialen Kraft kann je nach dem zu übertragenden Drehmoment durch entsprechende Wahl des Winkels der konischen Flächen 8-j und 9-j und des Reibungskoeffizienten der miteinander in Berührung stehenden Werkstoffe bestimmt werden. Durch Änderung des Winkels dieser konischen Flächen und durch entsprechende Wahl der miteinander in Berührung stehenden Werkstoffe kann also die tangentiale Höchstkraft, die von der Feder 10 schlupffrei übertragen werden kann, eingestellt werden, ohne dass die Kompressionsfestigkeit der Feder selbst und damit die von dieser Feder auf die Kegelscheibe 5 und den Keilriemen 6 ausgeübte axiale Kraft geändert werden muss. Aufgrund der auf die konischen Flächen 8-j und 9-j einwirkenden Klemmkraft der Feder kann diese tangentiale Kraft unter Verwendung einer Einrichtung geringen Durchmessers verhältnismässig hoch sein.

Der oben jjgphriebene Reibtrieb kann insbesondere zur Ancerung des Wertes/über die Feder 10 übertragbaren tangentialen Kraft abgewandelt werden. Beispielsweise können die konischen Flächen 8-j und 9i und/oder die entsprechenden Kontaktflächen der Feder 10 mit Belägen aus Reibungswerkstoff versehen, werden. Ferner können die äussersten Windungen der Feder 10 so bearbeitet werden, dass sie den konischen Flächen 8^ und 9-| entsprechende konische Kontaktflächen erhalten. Ein Ende der Feder 10 kann an der Kegelscheibe 5 oder an der Stützkappe 7 oder auch an der Nabe 1 befestigt werden, so dass der Reibringsantrieb nur zwischen dem anderen Ende der Feder und der Kegelscheibe bzw. der Stützkappe auftritt. Anstelle einer einzigen konischen Fläche 8-j oder 9i an der Stützkappe bzw. der Kegelscheibe kann auf einöm von

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diesen beiden Bauteilen oder auf beiden eine Nut mit konischen Flanken vorgesehen sein, an denen die äueserste Windung der Feder 10 anliegt. Eine derartige Ausführungsform ist auf Fig. 4 im Fall einer Riemenscheibe der oben beschridenen Ausführung dargestellt.

Diese Riemenscheibe besitzt zwei bewegliche Kegelscheiben , 5A und 5B, die frei drehbar und verschiebbar auf einer Nabe 1 } mit zylindrischer, glatter Aussenflache montiert sind. Jede Kegelscheibe wird von der Nabe über einen Reibtrieb angetrieben, der in diesem Fall aus zwei konzentrischen Schraubenfedern 10 be- '* steht, deren kreisförmig abgerichtete äussere Windungen in an der Stützkappe 7 und der Kegelscheibe 5 vorgesehene Nuten 8-und 9 eingreifen/Diese Nuten besitzen konische Flanken 8^ und 9-j, an ι welchen die äusseren Windungen der Federn 10 anliegen. Es wird j vorzugsweise eine vollständig symmetrische Anordnung gewählt, so dass der Schlupf beim Anlauf und beim Betrieb gleichzeitig an beit* den Kegelscheiben auftritt. Diese Anordnung besitzt den Vorteil, !■ dass beim Anlauf der Schlupf zwischen den Kegelscheiben und dem Keilriemen verringert wird und zwischen die Reibungsflächen und ' die Auflageflächen übertragen wird, so dass der Anlauf weicher ist und die Korrosion der Kontaktflächen besser vermieden wird. ;

Die anhand von Fig. 3 genannten Abwandlungen sind auch auf I die auf Fig. 4 dargestellte Riemenscheibe anwendbar. Ferner kann in beiden Fällen anstelle der Schraubenfeder bzw. Schraubenfedern' 10 ein anderes elastisches, beispielsweise aus Gummi bestehendes \ Organ vorgesehen sein.

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Claims

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Patentansprüche :

π .jRiemenscheibe mit veränderlichem Durchmesser für Keilriementriebe, bestehend aus mindestens einer axial auf einer Nabe oder Trägerwelle verschiebbaren Kegelscheibe und einem sich an der Nabe abstützenden elastischen Organ, beispielsweise einer Feder, die die verschiebbare Kegelscheibe axial gegen die andere Kegelscheibe drückt und die Drehbewegung der Nabe auf die verschiebbare Kegelscheibe überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die die verschiebbare Kegelscheibe (5) andrückende und in Drehung versetzende Feder (10) mit einem Eeibtrieb (8, 9) versehen ist, der eine geringe, Korrosion der Auflageflächen der Nabe und der Kegelscheibe ausschaltende Drehbewegung der verschiebbaren Kegelscheibe gegenüber der Nabe (1) gestattet.
2. Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibtrieb aus zwei jeweils an die bewegliche Kegelscheibe (5) bzw. an die Nabe (1) angedrückten Reibscheiben (8, 9) besteht, zwischen die die Feder (10) eingesetzt ist, welche die beiden Reibscheiben auseinanderdrückt und an die bewegliche Kegelscheibe (5) bzw. an die Nabe (1) anpresst.
3. Riemenscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Nabe (1) bzw. an die bewegliche Kegelscheibe (5) angedrückten Reibscheiben (8, 9) dieselbe Reibungsfläche aufweisen.
4. Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ende der Feder (10) an der verschiebbaren Kegelscheibe (5) oder an der Nabe (t) an einer konischen Fläche (8i und 9-j) anliegt, was die Übertragung eines hohen Antriebsmoments mit Hilfe einer Einrichtung geringer Abmessungen gestattet.
5· Riemenscheibe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (10) eine Schraubenfeder ist, deren an der entsprechenden konischen Fläche anliegendes Ende zur Bildung eines kreisförmigen Ringes abgerichtet ist.

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6. Riemenscheibe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, aass ein Ende der Feder (10) an einer konischen Fläche (9-j)der verschiebbaren Kegelscheibe (5)· und das andere Ende an einer konischen Fläche (ö-j) einer an aer Habe befestigten Stützkappe (7) anliegt.
7. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch geKennaeichnet, aass die Enden aer Feder (10) in konische Flanken (ö-j, ^i) aufweisende Nuten aer Kegelscheibe (5) und der Stütz-Ka.'pe (7) eingreifen.
ö. Riemenscheibe nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zwei konzentrisch angeordnete Scbraubenfedern (10), die jeweils an entsprechenden konischen Flächen (8-|_t 9-j) der Kegelscheibe (5) und/ oaer der Nabe (1) anliegen.
9. Riemenscheibe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, aass zwischen die Reibflächen der Feder (10) una der Kegelscheibe (5) una/oäer der Nabe (1) ein Reibungswerkstoff eingesetzt ist.
10. Riemenscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, geKennceichnet durch zwei axial bewegliche Kegelccheiben (5A, 5B), die jeweils über einen Reibtrieb (8, 9) zur Übertragung von Drehbewegungen alt aer Nabe '(V) verbunden sind.

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