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Fliehkraftgeregeltes Riemengetriebe
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Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Riemengetriebe zur Übertragung
des von einem Antriebs aggregat erzeugten Drehmoments mit mindestens einer treibenden
und einer getriebenen Riemenscheibe, die über eins Treibriemen miteinander verbunden
sind, wobei die Riemenscheiben aus je 2 Riemenscheibenhälften bestehen von denen
jeweils eine der Riemenscheibenhälften auf der jeweils zugehörigen Welle axial verschiebbar
angeordnet sind, von denen bei einer Riemenscheibe die axial verschiebbare Riemenscheibenhälfte
mit Hilfe einer Feder gegen die andere,feststehende Riemenscheibenhälfte gedrückt
wird, während bei der anderen Riemenscheibe der Abstand zwischen den Riemenscheibehälften
mit Hilfe von Fliehgewichten veränderbar ist.
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Bei derartigen bekannten Riemengetrieben ist die Fliehkraftregelung
stets an der treibenden Riemenscheibe, d.h. niotorseitig, angeordnet. Die Riemenscheiben
sind dabei in je zwei Riemenscheibenhälften geteilt, wobei jeweils eine Hälfte fest
mit der Antriebswelle bzw. mit der Abtriebswelle verbunden ist, während die anderen
Hälften axial verschiebbar auf den jeweiligen Wellen angeordnet sind. Die getriebene,
axial verschiebbare Riemenscheibenhälfte wird mit Hilfe einer Druckfeder axial in
Richtung der festen Riemenscheibenhälfte gedrückt; der Treibriemen wird dadurch
stets gespannt und es entsteht ein Reibschluß zwischen den Riemenflanken des Treibriemens
und den Riemenscheiben.
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Die Regeleinrichtung ist bei dieser Ausführungsform der Antriebswelle
zugeordnet, die beispielsweise die Fortsetzung der Kurbelwelle eines als Antriebsaggregat
dienenden Verbrennungsmotors sein kann. Die Regelung erfolgt durch Fliehgewichte,
die die axial verschiebbare Scheibenhälfte ab einer bestimmten Drehzahl n11 gegen
die feststehende Riemenscheibenhälfte verschieben. Auf die Riemenflanken des Treibriemens
wirkt dadurch ein Moment welches den Triebriemen in der treibenden Riemenscheibe
nach radial außen verlagert. Der Radius des tragenden Teils der treibenden Riemenscheibe
wird dadurch vergrößert und gleichzeitig der Treibriemen stärker gespannt.
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Durch diese Spannung wird der Treibriemen an der getriebenen Riemenscheibe
gegen den Druck der Druckfeder nach radial innen verlagert, wodurch der Radius des
tragenden Teils der getriebenen Riemenscheibe verkleinert wird. Auf diese Weise
wird eine Veränderung des Übersetzungsverhältnisses bewirkt.
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Vor Beginn der Riemenscheiben-Verstellung hat das Riemengetriebe die
maximale Getriebeübersetzung max Mit zunehmender Antriebsdrehzahl wirddie treibende
Riemenscheibe von den nach außen treibenden Fliehgewichten immer stärker zusammengedrückt,
wodurch der Treibriemen verstärkt nach radial außen verlagert wird. Im gleichen
Maße wie die treibende Riemenscheibe zusammengedrückt wird, wird die getriebene
Riemenscheibe von dem sich nach radial innen verlagernden Treibriemen auseinandergedrückt.
Während dieses Regelvorganges sind die Fliehkraft der Fliehgewichte an der treibenden
Riemenscheibe und die Federkraft der Druckfeder an der getriebenen Riemenscheibe
im Gleichgewicht. Ab einer bestimmten Drehzahl n12 ist der Verstellweg der beiden
Riemenscheiben ausgeschöpft und eine minimale Getriebeübersetzung imin erreicht.
Diese Regelungsmethode ist unbefriedigend, weil der antreibende Verbrennungsmotor
im Bereich der Drehzahl n11 bis zur Drehzahl n12 nicht seine maximale Leistung abgibt.
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Regeltechnisch liegt bei diesem oben beschriebenen Regelvorgang ein
Proportionalregler vor. Der Proportionalbereich
ist dabei von n11
bis n12 definiert. Bei Riemengetrieben mit einem größeren Umsetzungasprung imax:
min muß auch der Proportionalbereich n12 - n11 größer gewählt werden; dies hat über
einen größeren Arbeitsbereich eine größere Abweichung von der Nenndrehzahl aN zur
Folge.
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Eine Verkleinerung des Proportionalbereiches ist mit den bekannten
konstruktiven Mitteln nur bedingt möglich, da eine größere Verstärkung (V) V = max
min n12 -n11 zu einem instabilen Regelverhalten führen würde.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Pliehkraftregelung
für ein Riemengetriebe zu schaffen, bei dem das Antriebsaggregat über den gesamten
Regelbereich von max bis imin stets mit Nenndrehzahl nN betrieben werden kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Fliehgewichte der getriebenen
Riemenscheibe zugeordnet sind und die treibende Riemenscheibe mit einer Druckfeder
und die getriebene Riemenscheibe mit einer Druckfeder versehen ist, wobei die der
getriebenen Riemenscheibe zugeordneten Fliehgewichte dem Druck der Druckfeder entgegenwirkend
angeordnet sind. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß der Proportionalbereich
nicht durch die Drehzahl der antreibenden Welle, sondern durch die Drehzahl der
abtreibenden Welle betimmt wird. Je größer dabei der Übersetzungssprung imax : imin
gewählt wird, desto größer wird auch der Proportionalbereich n22 An21.
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Als eine konstruktive Ausgestaltung dazu ist es vorgesehen, daß die
axial beweglichen Riemenscheibenhälften beider Riemenscheiben von Druckfedern gegen
die feststehenden Riemenscheibenhälften gedrückt werden, deren Federkraft in Abhängigkeit
von
dem Antriebsaggregat so gewählt ist, daß die Ubertragung des
Drehmoments des Antriebsaggregats bei jeder Übersetzung des Riemengetriebes gewilrleistet
ist. Durch diese Maßnahmen wird eine Regeleinrichtung zur Verfügung gestellt, die
nun an der getriebenen Riemenscheibe angeordnet ist und deren Fliehkräfte der Feder
an der getriebenen Scheibe entgegenwirken. Im Regelbereich herrscht über dem Treibriemen
ein Kräftegleichgewicht zwischen der Federkraft an der treibenden Riemenscheibe
und der Federkraft an der getriebenen Riemenscheibe, abzüglich der axial wirkenden
Komponente der Fliehkräfte.
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Durch eine entsprechende Dimensionierung der Il'ederkennlinien und
der axial wirkenden Fliehgewichtsgeometrie kann jede beliebige Regelkurve von imaX
nach imin eingestellt werden.
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Dadurch ist es auch möglich, die Regelkurve als eine Gerade auszulegen,
so daß sich von einer Drehzahl n21 der angetriebenen Riemenscheibe bis zu einer
Drehzahl n22 an der treibenden Riemenscheibe stets die Nenndrehzahl nN ergibt. Es
ist somit möglich, über den gesamten Proportionalbereich von n21 bis n22 an der
treibenden Riemenscheibe mit Nenndrehzahl nN zu fahren; dadurch können die höchsten
Fahrleistungen erreicht werden.
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Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und wird
nachfolgend näher beschrieben; es zeigt: Fig. 1 die schematische Darstellung eines
herkömmlichen Riemengetriebes mit fliehkraftgeregelter treibender Riemenscheibe;
Fig. 2 die schematische Darstellung eines Riemengetriebes mit erfindungsgemäß fliehkraftgeregelter
getriebenen Riemenscheibe; Fig. 3 die graphische Darstellung der mit den in den
Fig.
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1 und 2 dargestellten Riemengetrieben erzielbaren Regelkurven.
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Das in der Fig.1 dargestellte herkömmliche Riemengetriebe 10 beteht
im wesentlichen aus einer treibenden Riemenscheibe 12 und einer getriebenen Riemenscheibe
13 zwischen denen ein in sich geschlossener im Querschnitt trapezförmiger Treibriemen
14 zur Kraftübertragung angeordnet ist. Die treibende Riemenscheibe 12 wird durch
ein Antriebsaggregat 11 angetrieben, welches hier beispielhaft als ein Verbrennungsmotor
dargestellt ist. Die Kurbelwelle des Antriebsaggregates 11 stellt dabeizugleich
die antreibende Welle 15 für die treibende Riemenscheibe 12 dar. Mit Hilfe des Treibriemens
14 wird das von dem Antriebsaggregat 11 kommende Moment über die treibende Riemenscheibe
12 auf die getriebene Riemenscheibe 13 und damit auf die abtreibende Welle 16 übertragen.
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Die treibende Riemenscheibe 12 ist in eine feststehende Riemenscheibe
17 und eine auf der antreibenden Welle 15 axial verschiebbare Riemenscheibenhälfte
19 unterteilt. Der axial verschiebbaren Riemenscheibenhälfte 19 sind an ihrer axial
äußeren Seite Fliehgewichte 23 und eine Konusscheibe 25 zugeordnet.
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Die Fliehgewichte 23 sind zwischen der Konusscheibe 25 und der verschiebbaren
Riemenscheibenhälfte 19 radial verschiebbar angeordnet. Die Verjüngung der Konusscheibe
25 und der axial verschiebbaren Riemenscheibenhälfte 19 ist dabei nach radial außen
gerichtet, so daß die Fliehgewichte, wenn sie mit zunehmen der Umdrehungsgeschwindigkeit
nach radial außen getrieben werden und sich dabei an der feststehenden Konusscheibe
25 abstützen, die Riemenscheibenhälfte 19 axial gegen die feststehende Riemenscheibenhalfte
17 verschieben.
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Die getriebene Riemenscheibe 13 ist ebenfalls geteilt und zwar in
eine feststehende Riemenscheibenhälfte 18 und eine axial verschiebbare Riemenscheibenhälfte
20. Die axial verschiebbare Riemenscheibenhälfte 20 wird von dem Druck einer Druckfeder
21 beaufschlagt und axial gegen die feststehende Riemenscheibenhälfte 18 gehalten.
Die Druckfeder 21 stützt sich dabei an einem fest mit der abtreibenden Welle 16
verbundenen Anschlag 26 ab.
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Mit zunehmender Umdrehungsgeschwindigkeit der treibenden Riemenscheibe
12 werden die ihr zugeordneten Fliehgewichte nach radial außen verlagert, wodurch
die Riemenscheibenhälfte 19 gegen die feststehende Riemenscheibenhälfte 17 axial
verschoben und die Scheibennut 27 der treibenden Riemenscheibe 12 kleiner wird.
Durch seinen trapezförmigen Querschnitt wird der Treibriemen 14 entlang seinen Riemenflanken
24 bei kleiner werdenden Scheibennut 27 nach radial außen verlagert. In gleichem
Naße wie der Treibriemen 14 an der treibenden Riemenscheibe 12 nach radial außen
verlagert wird zieht er sich an der getriebenen Riemenscheibe 13 tiefer in deren
Scheibennut 28 ein. Dabei verschiebt er die verschiebbare Riemenscheibenhälfte 20
axial gegen den Druck der Druckfeder 21. Bei Verringerung der Antriebsdrehzahl des
Antriebsaggregates 11 drückt die Druckfeder 21 die ihr zugeordnete verschiebbare
Riemenscheibenhälfte 20 wieder gegen die ihr zugeordnete feststehende Riemenscheibenhälfte
18 und der Treibriemen 14 wird an der getriebenen Riemenscheibe 13 wieder nach radial
außen und an der treibenden Riemenscheibe 12 nach radial innen verschoben. Durch
diese Verschiebung des Angriffspunktes des Treibriemens 14 wird ein stufenloser
Wechsel des Übersetzungsverhältnisses zwischen der antreibenden Welle 15 und der
abtreibenden Welle 16 erreicht.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausführung gem. der Fig. 2 ist die Fliehkraftregelung
mit Hilfe der Fliehgewichte 23 auf die abtreibende Welle 16 verlagert worden. Auch
hier besteht das Riemengetriebe 10 aus einer treibenden Riemenscheibe 12 und einer
getriebenen Riemenscheibe 13 die jeweils in eine feststehende Riemenscheibenhälfte
17 und 19 bzw. 18 und 20 geteilt sind und zwischen denen ein Treibriemen 14 mit
Riemenflanken 24 läuft. Im Gegensatz zu der in der Fig. 1 dargestellten herkömmlichen
Ausführung ist hierbei jedoch die reagierende Riemenscheibe nicht die getriebene
Riemenscheibe sondern die treibende Riemenscheibe 12. Diese reagierende, treibende
Riemenscheibe 12 ist gleich in ihrem Aufbau und in ihrer Wirkungsweise wie tieRieiacheibe
Riemenscheibe 13 nach der Ausführung gem. der
Die nach der Erfindung
agierende, getriebene Riemenscheibe 13 weist eine feststehende Riemenscheibenhälfte
18 auf gegen die eine axial verschiebbare Riemenscheibenhätfte 20 mittels einer
Druckfeder 22 gehalten wird. Die Druckfeder 22 ist an einem Anschlag 30 abgestützt,
der fest mit der abtreibenden Welle 16 verbunden istund einen Absatz 31 aufweist,
der zumindest teilweise etwa parallel zu der Druckfeder 22 verläuft. An den Absatz
31 ist eine Konusscheibe 29 angeformt, die etwa parallel zu der Schräge der verschiebbaren
Riemenscheibenhälfte 20 verläuft. An ihrem radial äußeren Umfang.ist die axial verschiebbare
Riemenscheibenhälfte 20 mit einem rundum laufenden zylinderförmigen Träger 32 versehen,
an den sich eine nach radial innen, auf die abtreibende Welle 16 konisch verCrößernde
Fliehgewicht-Laufbahn 33 anschließt. Zwischen der Außenseite der Konusscheibe 29
und der Innenseite der Fliehgewicht-Laufbahn 33 sind Fliehgewichte 23 angeordnet.
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Mit zunehmender Umdrehungsgeschwindigkeit der treibenden Riemenscheibe
12 vergrößert sich auch bei dieser Ausführungsform die Umdrehungsgeschwindigkeit
der getriebenen Riemenscheibe 13. Die der getriebenen Riemenscheibe 13 zugeordneten
Bliehgewichte 23 werden mit zunehmender Umdrehungsgeschwindigkeit nach radial außen
verlagert. Dabei stützen sie sich an der feststehenden Konusscheibe 29 ab und gleiten
auf der Fliehgewicht-Laufbahn 33 nach radial außen. Durch die Schräge der Konusscheibe
29 verlagern sie sich gleichzeitig axial von der feststehenden Riemenscheibenhälfte
18 weg. Dabei ziehen sie die axial verschiebbare Riemenscheibenhälfte 20 über den
Träger 32 mit sich mit. Die Scheibennut 28 der getriebenen Riemenscheibe 23 wird
dadurch vergrößert, so daß der Treibriemen 14 entlang seinen Riemenflanken 24 nach
radial innen auf die abtriebende Welle 16 zugleiten kann. In gleichem Maße wie der
Treibriemen 14 dabei an der getriebenen Riemenscheibe 13 nach radial innen verlagert
wird gleitet er an der treibenden Riemenscheibe 12 nach radial außen, da hier die
axial verschiebbare Remenscheibe 19 durch die Druckfeder 21 konstant gegen die fest-
stehende
Riemenscheibe 17 gedrückt und dadurch die Scheibennut 27 verkleinert wird. Durch
diese Maßnahme wird ein stufenloser Übergang der Übersetzung erreicht wobei die
Drehzahl nN des Antriebsaggregates 11 konstant bleibt.
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In dem in der Fig. 3 gezeigten Diagramm wird deutlich, wie die herkömmliche
Regelkurve 34 in dem Regelbereich zwischen der maximalen Übersetzung imax und der
minimalen Ubersetzung imin zu einer idealen Regelkurve 35 verlagert wird. Wie die
Leistungskurve 36 des Antriebsaggregats 11 zeigt, liegt die ideale Regel-35 im gesamten
Regelbereich konstant in dem Punkt 37 der maximalen Motorleistung. Der Proportionalbereich
38 zwischen der, der maximalen Übersetzung imaX zugeordneten Drehzahl n11 und der
, der minimalen tbersetzung imin zugeordneten Drehzahl n12 wird gemäß der idealen
Regelkurve 35 auf die Nenndrehzahl nN reduziert. Auf diese Weise ist eine stets
ausreichend große Leistungsabgabe gewährleistet, so daß das Antriebsaggregat 11
jeweils nur so hoch beansprucht werden braucht, wie es der Fahrbetrieb erfordert.
Ein solches Antriebsaggregat 11 kann dadurch schonend und verschleißmindernd betrieben
werden, wodnrch seine Lebensdauer wirksam erhöht wird.
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Bezugszeichenliste 10 Riemengetriebe 11 Antriebsaggregat 12 treibende
Riemenscheibe 13 getriebene Riemenscheibe 14 Treibriemen 15 antreibende Welle 16
abtreibende Welle 17 feststehende Riemenscheibenhälfte, treibend 18 feststehende
Riemenscheibenhälfte, getrieben 19 verschiebbare Riemenscheibenhälfte, treibend
20 verschiebbare Riemenscheibenhälfte, getrieben 21 Druckfeder 22 Fliehgewichtbeaufschlagte
Druckfeder 23 Fliehgewichte 24 Riemenflanken 25 Konusscheibe 26 Anschlag 27 Scheibennut
28 Scheibennut 29 Konusscheibe 30 Anschlag 31 Absatz 32 Träger 33 Fliehgewicht-Laufbahn
34 herkömmliche Regelkurve 35 ideale Regelkurve 36 Leistungskurve 37 maximale Motorleistung