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Beschreibung
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Umlenkscheibe von veränderbarem wirksamem Durchmesser, insbesondere
für stufenlos regelbare Getriebe Bei stufenlos regelbaren Getrieben mit Umlenkscheiben
von veränderbarem wirksamem Durchmesser ist eine Umlenkscheibe an einer ereifisnden
Welle und eine Umlenkscheibe an einer getriebenen Welle angeordnet und eine endlose
Schleife, beispielsweise eine Antriebskette oder ein Antriebsriemen, wird um die
beiden Umlenkscheiben herum angetrieben. Das Übersetzungsverhältnis wird durch Verändern
der wirksamen Durchmesser der Umlenkscheiben verändert.
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Eine bekannte Ausführungsform einer Umlenkscheibe von veränderbarem
wirksamem Durchmesser für ein derartiges Getriebe hat eine Welle, an der ein Umlenkscheibenteil
befestigt ist, während ein anderes Umlenkscheibenteil an der Welle verschiebbar
ist. Die Umlenkscheibenteile weisen sich gegenüberliegende Flächen auf, welche sich
zur Welle hin einander nähern und die so ausgebildet sind, daß der Riemen oder die
Kette an ihnen angreifen kann. Durch Verkleinern des Abstandes zwischen den Umlenkscheibenteilen
wird der wirksame Durchmesser der Umlenkscheibe vergrößert, da dadurch der Riemen
oder die Kette von der Welle weg radial nach außen bewegt wird, während durch Vergrößern
des Abstandes zwischen den Umlenkscheibenteilen
der wirksame Durchmesser
der Umlenkscheibe verkleinert wird, so daß sich die Kette oder der Riemen der Welle
nähern kann.
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Das verschiebbare Umlenkscheibenteil trägt einen Zylinder, der die
Welle umgibt und in dem ein an der Welle befestigter Kolben verschiebbar ist. Eine
Feder spannt normalerweise das verschiebbare Umlenkscheibenteil in Richtung des
feststehenden Umlenkscheibenteils vor und hat somit das Bestreben, den wirksamen
Durchmesser der Umlenkscheibe zu vergrößern, jedoch neigt die Wirkung der Feder
dazu, von der Spannung des Riemens oder der Kette überwunden zu werden. Die Wirkung
der Feder kann dadurch ergänzt werden, daß Fluid, normalerweise eine Flüssigkeit,
unter Druck in den Zylinder eingeleitet wird, um Relativbewegung zwischen dem Kolben
und dem Zylinder hervorzurufen, mit dem Ziel, die Umlenkscheibenteile in einer angestrebten
Stellung zu halten. In der Praxis steuert der Fluiddruck den Zwischenabstand der
Umlenkscheibenteile, und durch Verändern des Druckes werden der wirksame Durchmesser
der Umlenkscheibe und dadurch das Übersetzungsverhältnis gesteuert.
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Für den Einbau derartiger Umlenkscheiben steht häufig nur beschränkter
Raum zur Verfügung, insbesondere bei Verwendung in stufenlos regelbaren Getrieben
für Kraftfahrzeuge. Somit kann es sein, daß die wirksame Querschnittsfläche des
vom verschiebbaren Umlenkscheibenteil getragenen Zylinders begrenzt ist, was zu
Schwierigkeiten führen kann, wenn bei einer Hochleistungs-Umlenkscheibe der Kolben
mit einer beträchtlichen Kraft beaufschlagt werden muß, was unannehmbar hohe Hydraulikdrücke
erfordert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Umlenkscheibe von veränderbarem
wirksamem Durchmesser und ein mit einer solchen Umlenkscheibe ausgestattetes Getriebe
mit stufenlos regelbarem Übersetzungsverhältnis zu schaffen, die zur Erzielung einer
gegebenen Betätigungskraft die Anwendung eines niedrigeren Hydraulikdruckes als
bisher zulassen.
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Bei einer Umlenkscheibe von veränderbarem wirksamem Durchmesser, insbesondere
für stufenlos regelbare Getriebe, bei der zwei Umlenkscheibenteile sich gegenüberliegende,
aufeinander zu strebende Flächen haben und zum Verändern des wirksamen Durchmessers
der Umlenkscheibe relativ zueinander verstellbar sind, wobei im Betrieb der Umlenkscheibe
Bewegung der beiden Umlenkscheibenteile voneinander weg, hervorgerufen durch Spannung
in einem Riemen oder einer Kette, der bzw.
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die um die Umlenkscheibe herum angetrieben wird, durch eine mit einem
Umlenkscheibenteil verbundene Kolbenvorrichtung steuerbar ist, die in einer mit
dem anderen Umlenkscheibenteil verbundenen Zylindervorrichtung arbeitet, weist gemäß
einem Merkmal der Erfindung die Zylindervorrichtung wenigstens zwei Zylinder auf,
und die Kolbenvorrichtung hat wenigstens zwei Kolben, von denen jeder in einem verschiedenen
Zylinder arbeitet, wobei eine Steuervorrichtung vorhanden ist, um unter Druck stehendes
Fluid in Arbeitsräume in den Zylindern einzuleiten, um im Bestreben, die Umlenkscheibenteile
aufeinander zu zu bewegen, auf die Kolben gleichzeitig einzuwirken.
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Da die Kraft, welche das Bestreben hat, gegen die Spannung des Riemens
oder der Kette die Umlenkscheibenteile zusammenzuhalten, durch die Wirkung des Fluiddruckes
auf zwei oder mehrere Kolben hervorgerufen wird, ergibt sich, daß zur Erzielung
einer gegebenen Kraft ein niedrigerer Hydraulikdruck angewendet werden kann, als
wenn nur ein einziger Kolben und Zylinder verwendet werden würde. Dies ist von Vorteil
dort, wo die Umlenkscheibe in einem Hochleistungs-Getriebe verwendet ist und wo
eine beträchtliche Kraft erforderlich ist, um die Wirkung der Spannung im Riemen
oder in der Kette zu überwinden, die das Bestreben hat, die Umlenkscheibenteile
auseinanderzudrängen. Andererseits kann, wenn bei der Umlenkscheibe nach der Erfindung
der gleiche Druck angewendet wird wie bei der herkömmlichen Umlenkscheibe, gegen
die Spannung der Kette oder des Riemens eine größere Kraft ausgeübt werden als bei
einer Umlenkscheibe herkömmlicher Bauart.
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Wenigstens einer, vorzugsweise Jeder der Zylinder weist eine Entlastungskwmiier
auf, die sich auf der dem Arbeitsraum des Zylinders abgewandten Seite des Kolbens
im Zylinder befindet.
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Im Betrieb der Umlenkscheibe tritt durch Lecken etwas Druckfluid aus
dem Arbeitsraum im Zylinder in die darin befindliche Entlastungskammer über; wenn
das Fluid eine Flüssigkeit ist, kann dieses Lecken zu einem nützlichen Zweck verwendet
werden.
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So kann die oder jede Entlastungskammer in die Atmosphäre über einen
Kanal entlastet sein, der so angeordnet ist, daß sich im Betrieb der Umlenkscheibe
ein Flüssigkeitsvolumen in der Entlastungskammer aufbauen kann, so daß der von der
Flüssigkeit in der Entlastungskammer infolge Zentrifugalwirkung ausgeübte Druck
denjenigen Anteil des Druckes im Arbeitsraum des Zylinders ausgleicht oder teilweise
ausgleicht, der durch Zentrifugalwirkung hervorgerufen ist. Damit sich die beiden
durch Zentrifugalwirkung hervorgerufenen Drücke an jeder Seite eines Kolbens vollständig
ausgleichen können, kann sich die Entlastungsöffnung der oder jeder Entlastungskammer
an, in radialer Richtung auf die Drehachse der Umlenkscheibe bezogen, derselben
Stelle befinden wie die Leitung, die das unter Druck stehende Fluid dem oder jedem
Arbeitsraum zuführt.
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Jedoch kann teilweises Ausgleichen der durch Zentrifugalwirkung hervorgerufenen
Drücke an jeder Seite des Kolbens erreicht werden, wenn die Entlastungsöffnung der
oder jeder Entlastungskammer zwischen der Zylinderwand, an der der Kolben angreift,
und der radialen Stellung der Leitung angeordnet ist, die das Fluid dem oder jedem
Arbeitsraum zuführt.
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Wenn mehr als eine derartige Entlastungskammer vorhanden sind, können
Entlastungsöffnungen miteinander verbunden sein.
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Bei einer anderen Anordnung kann die oder jede Entlastungskammer direkt
durch die Zylinderwand hindurch in die Atmosphäre entlastet sein, 8o daß sich im
Betrieb der Umlenkscheibe kein Hydraulikfluid in der Kammer ansammelt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind alle Zylinder in einem
einzigen Rohr ausgebildet, das durch eine Trennwand oder durch Trennwände unterteilt
ist, um die Arbeitsräume und die Entlastungskammern zu bilden.
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Die Erfindung umfaßt auch ein stufenlos regelbares Getriebe mit wenigstens
einer Umlenkscheibe der oben beschriebenen Ausführungsform, um die herum ein endloses
Band antreibbar ist, das auch um eine weitere Umlenkscheibe von veränderbarem wirksamem
Durchmesser herum antreibbar ist. Die an zweiter Stelle genannte Umlenkscheibe kann
in gleicher Weise wie die an erster Stelle genannte Umlenkscheibe ausgebildet sein.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mehrerer
Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen
Schnitt durch eine Umlenkscheibe von veränderbarem wirksamem Durchmesser, die eine
erste Ausführungsform der Erfindung darstellt und als Teil eines stufenlos regelbaren
Getriebes gezeichnet ist, und Fig. 2 einen Fig. 1 ähnlichen Schnitt durch eine zweite
Ausführungsform der Erfindung.
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Das stufenlos regelbare Getriebe gemäß Fig. 1 weist zwei Umlenkscheiben
10 und 11 von veränderbarem wirksamem Durchmesser auf. Die Umlenkscheiben 10 und
11 sind durch eine endlose Kette 12 miteinander verbunden, die beispelsweise die
in der D-PS 1 302 795 beschriebene Ausführungsform haben kann. Das Übersetzungsverhältnis
ist durch Verändern des wirksamen Durchmessers der Umlenkscheiben 10 und 11 veränderbar.
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Die Umlenkscheibe 10 ist vom bekannten Typ und hat ein an einer Welle
14 befestigtes Umlenkscheibenteil 13 und ein Umlenkscheibenteil 15, das an der Welle
14 verschiebbar ist und an dem ein Zylinder 16 ausgebildet ist. Die Umlenkscheibenteile
13
und 15 weisen sich gegenüberliegende Flächen 13a und 15a auf, welche sich zur Welle
14 hin einander nähern. Mit der Welle 14 ist ein Kolben 17 drehfest verbunden und
liegt mit einem Dichtglied 18 an der Innenwand des Zylinders 16 verschiebbar an.
Zwischen dem Kolben 17 und dem Zylinder 16 befindet sich ein Arbeitsraum 19, in
den Hydraulikfluid über eine Leitung 20 einleitbar ist. Eine nicht gezeichnete Feder
spannt normalerweise das Umlenkscheibenteil 15 nach rechts vor, um die Flächen 13a
und 15a an der Kette 12 stets in Anlage zu halten. Der Arbeitsraum 19 kann mit Hydraulikdruck
beaufschlagt werden, um die Kraft zu verstärken, die das Umlenkscheibenteil 15 nach
rechts drängt, um der Kraft entgegenzuwirken oder sie zu überwinden, die durch die
Spannung der Kette 12 hervorgerufen wird, welche im Betrieb das Bestreben hat, die
Umlenkscheibenteile 13 und 15 auseinanderzudrängen, und um somit den wirksamen Durchmesser
der Umlenkscheibe 10 einzustellen.
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Die Umlenkscheibe 11 ist vom verbesserten Typ nach der Erfindung und
hat efne Welle 21, an der ein Umlenkscheibenteil 22 befestigt ist. Ein Umlenkscheibenteil
in Gestalt eines an seinem linken Ende 24 geschlossenen Zylinderrohres 23 ist an
der Welle 21 mittels einer Hülse 25 angeordnet, die eine Innenpaßfedernut 26 aufweist,
welche eine von der Welle 21 getragene Paßfeder 27 aufnimmt. Das Zylinderrohr 23
ist somit in Längsrichtung der Welle 21 verstellbar, mit dieser jedoch drehfest
verbunden. Zwischen dem Zylinderrohr 23 und der Welle 21 ist ein flüssigkeitsdichtes
Dicht glied 28 angeordnet. Das Umlenkscheibenteil 22 und das als Umlenkscheibenteil
wirkende Zylinderrohr 23 weisen sich gegenüberliegende Flächen 22a und 23a auf,
welche sich zur Welle 21 hin einander nähern und an denen die Kette 12 anliegt.
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Das Innere des Zylinderrohres 23 ist durch eine Trennwand 28' in-
zwei Teile unterteilt. Die Trennwand 28' ist gegen Bewegung nach links im Zylinderrohr
23 durch einen Federring 29 gesichert. im Zylinderrohr 23 ist zwischen der Trennwand
28' und dem Ende 24 ein Kolben 30 verschiebbar.
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Der Kolben 30 ist einstückig bzw. fest mit einer Hülse 31 verbunden,
die einen Innensteg 32 hat, welcher die Welle 21 eng umschließt, und gegen Bewegung
nach rechts an der Welle 21 durch einen Federring 33 gesichert ist. Der Kolben 30
weist an seinem Außenumfang ein Dichtglied 34 auf und unterteilt den linken Abschnitt
des Zylinderrohres 23 in einen Arbeitsraum 35 und eine Entlastungskammer 36.
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An der Hülse 31 ist ein zweiter Kolben 37 angeordnet, der mit einem
Dichtglied 38 gegen die Innenfläche des Zylinderrohres 23 abdichtet und gegen Bewegung
nach rechts an der Hülse 31 durch einen Federring 39 gesichert ist. Im Zylinderrohr
23 ist eine zweite Trennwand 40 angeordnet, bei der Bewegung nach rechts relativ
zum Zylinderrohr 23 durch einen Federring 41 verhindert ist. Die Trennwände 28'
und 40 sind gegen die Hülse 31 mit Dichtgliedern 42 und 43 abgedichtet. Der Kolben
37 unterteilt den rechten Abschnitt des Zylinderrohres 23 in einen Arbeitsraum 44
und eine Entlastungskammer 45.
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Unter Druck stehendes hydraulisches Betätigungsfluid läßt sich in
die Arbeitsräume 35 und 44 durch eine zentrale Bohrung 46 in der Welle 21 zuführen,
die mit einer Querbohrung 47 in Verbindung steht. Die Enden der Querbohrung 47 führen
über einen kreisringförmigen Kanal 47a zwischen der Außenfläche der Hülse 25 und
der Innenfläche der Hülse 31 direkt zum Arbeitsraum 35. Der Arbeitsraum 44 erhält
Druckfluid über Bohrungen 48 in der Hülse 31.
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Die Entlastungskammern 36 und 45 sind mit einer Entlastungsöffnung
49 über Kanäle 50 und 51 verbunden. Die Entlastungsöffnung 49 fluchtet mit der Bohrung
46 und ist gleichachsig mit der Welle 21 angeordnet.
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Bei arbeitendem Getriebe wirkt die Spannung in der Kette 12 auf die
Flächen 22a und 23a und hat das Bestreben, das Umlenkscheibenteil 22 und das als
Umlenkscheibenteil wirkende Zylinderrohr 23 auseinanderzudrängen und somit den wirksamen
Durchmesser der Umlenkscheibe 11 zu verringern. Um die
Umlenkscheibe
11 auf einem gewünschten wirksamen Durchmesser zu halten, oder um den wirksamen
Durchmesser zu vergrößern, wird Hydraulikfluid unter Druck zur Bohrung 46 geleitet
und strömt durch die Querbohrung 47 und den Kanal 47a in den Arbeitsraum 35 und
durch die Bohrungen 48 in den Arbeitsraum 44. Der Hydraulikfluiddruck hat somit
das Bestreben, die Volumina der Arbeitsräume 35 und 44 zu vergrößern und damit das
Zylinderrohr 23 relativ zur Welle 21 nach zinks zu bewegen, wobei der Kolben 30
durch den Federring 39 daran gehindert wird, sich relativ zur Welle 21 nach rechts
zu bewegen. Daraus ergibt sich, daß die Kraft, die das Bestreben hat, das Umlenkscheibenteil
22 und das als Umlenkscheibenteil wirkende Zylinderrohr 23 aufeinander zu zu bewegen,
das Produkt ist aus dem Fluiddruck und der Gesamtfläche der Endfläche 24a des Zylinderrohres
23 und der Endfläche der Trennwand 28 , wodurch die oben angegebenen Vorteile erzielt
werden.
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Im Betrieb dreht sich das Zylinderrohr 23 mit einer hohen Geschwindigkeit,
und in jedem der Arbeitsräume 35 und 44 besteht, hervorgerufen durch Zentrifugalkraft,
eine Druckkomponente. An einem Diagramm 52, das den Anstieg dieses Druckes angibt,
läßt sich ablesen, daß der Druck p von der Achse o der Welle 21 zur Innenfläche
des Zylinderrohres 23 an einem Radius r hin zunimmt. Bei der Ausführungsform gemäß
Fig. 1 entwickelt sich in den Entlastungskammern 36 und 45 ein ähnlicher, durch
Zentrifugalwirkung hervorgerufener Druck.
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Dies rührt daher, daß an den Dichtgliedern 34 und 38 eine gewisse
Undichtigkeit besteht und daß sich die Entlastungskammern 36 und 45 und die Kanäle
50 und 51 zur Entlastungsöffnung 49 allmählich mit Hydraulikfluid füllen; während
der schnellen Drehung der Umlenkscheibe 11 entwickelt das Fluid in den Entlastungskammern
36 und 45 und den Kanälen 50 und 51 im Bereich der Dichtglieder 34 und 38 an den
rechten Stirnflächen der Kolben 30 und 37 eine durch Zentrifugalwirkung hervorgerufene
Druckkraft von gleichem Betrag und entgegengesetzter Richtung zur Druckkraftkomponente,
die in den Arbeitsräumen 35 und 44 an den linken Stirnflächen der Kolben 30 und
37 besteht und, anders als der Hydraulikdruck,
auf die Zentrifugalkraft
zurückgeht. Der wirksame Durchmesser der Umlenkscheibe 11 wird daher in Abhängigkeit
allein vom aufgetragenen Hydraulikdruck eingestellt, der durch die Zentrifugalkomponente
nicht moduliert wird.
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In Fig. 2 sind Bauteile, die mit Bauteilen der Ausführungsform gemäß
Fig. 1 gleich sind, mit denselben, mit dem Präfix 1 versehenen Bezugszeichen bezeichnet.
Zwischen den Ausführungsformen gemäß Fig. 2 und 1 besteht eine Anzahl von Unterschieden.
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Erstens ist die Trennwand 40 (Fig. 1) bei der Ausführungsform gemäß
Fig. 2 weggelassen, so daß keine Entlastungskammer 45 besteht. Daher wird die Zentrifugaldruckkomponente
an der rechten Stirnfläche des Kolbens 137 nicht ausgeglichen.
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Zweitens dient zur Entlastung der Entlastungskammer 136 in die Atmosphäre
ein Kanal 60, der zwischen der Drehachse der Welle 121 und der Innenfläche des Zylinderrohres
123 angeordnet ist.
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Daraus folgt, daß, obwohl sich in der Entlastungskammer 136 infolge
von Zentrifugalwirkung etwas Druck aufbaut, der Druck niedriger ist als bei der
Ausführungsform gemäß Fig. 1, da der Kanal 60 an einer Stelle ins Freie mündet,
die im Abstand von der Drehachse der Welle 121 liegt.
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Statt über den Kanal 60 kann die Entlastungskammer 136, wie angedeutet,
über eine Bohrung 61 in der Wand des Zylinderrohres 123 direkt an die Atmosphäre
angeschlossen sein; in diesem Falle entwickelt sich in der Entlastungskammer 136
während des Betriebes kein durch Zentrifugalwirkung hervorgerufener Druck.
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Obwohl nicht gezeichnet, ist in der Entlastungskammer 44 oder 144
normalerweise eine doppelte Tellerfeder angeordnet, die das Bestreben hat, das Zylinderrohr
23 oder 123 nach links vorzuspannen, um, bevor Hydraulikdruck zur Verfügung steht,
eine anfängliche Anlage an der Kette 12 oder 112 herbeizuführen.
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Die Erfindung schafft also eine verbesserte Ausführungsform
einer
Umlenkscheibe von veränderbarem wirksamem Durchmesser und weiterhin ein stufenlos
regelbares Getriebe, in dem eine derartige-Umlenkscheibe verwendet ist. Bei einem
solchen Getriebe können beide Umlenkscheiben gemäß der Erfindung ausgebildet sein.
Außerdem hat ein solches Getriebe eine Vorrichtung, die die Zufuhr des Druckfluides
in die Arbeitsräume 35 und 44 bzw. 135 und 144 nach Bedarf steuert, um das Übersetzungsverhältnis
zu ändern.
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Außerdem kann dafür gesorgt sein, daß sich in den Entlastungskammern
36, 136 und/oder 45, wenn diese vorhanden ist, ein Ausgleichsdruck aufbaut, um die
Zentrifugalkomponenten des Druckes in den Arbeitsräumen 35 und 44 bzw. 135 und 144
auszugleichen.
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/Ansprüche