DE3830165A1

DE3830165A1 - Riemenscheibe mit veraenderlicher drehzahl

Info

Publication number: DE3830165A1
Application number: DE3830165A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Takano
Original assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Priority date: 1987-09-05
Filing date: 1988-09-05
Publication date: 1989-03-16
Also published as: KR930001575B1; KR890005424A; CA1300405C; US4902265A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Riemenscheibe für ein Lastschaltgetriebe bzw. zur Kraftübertragung, insbesondere mit veränderlicher Drehzahl.

Bei einer Form herkömmlicher Riemenscheiben mit veränderlicher Drehzahl wird eine bewegliche Riemenantriebsscheibenhälfte mittels einer Feder zu einer feststehenden bzw. stationären Antriebsscheibenhälfte hin gedrückt. Wenn ein Keilriemen in der Riemenscheibennut aufgenommen ist, die durch die gegenüberliegenden Flächen der Antriebsscheibenhälften begrenzt ist, z. B. durch Zunahme der im Riemen vorgesehenen Spannkraft radial nach innen gedrückt wird, überwindet der Riemen die Vorspannkraft der Feder. Hierbei wird zugelassen, daß sich die bewegliche Antriebsscheibe von der feststehenden Antriebsscheibe fort bewegt und sich der effektive Durchmesser der Riemenscheibe dadurch verkleinert, wodurch die Drehzahl der vom Riemen angetriebenen Riemenscheibe automatisch geändert wird.

Es ist des weiteren bekannt, eine Einrichtung zur axialen Bewegung der beweglichen Antriebsscheibenhälfte in Abhängigkeit von der Drehzahl der Riemenscheibe vorzusehen. Bei einer derartigen Anordnung wird eine kraftbeaufschlagende Einrichtung verwendet, die eine veränderliche Erstreckung parallel zur Wellenachse proportional zur darauf wirkenden Zentrifugalkraft als Folge der Drehzahl der Riemenscheibe aufweist. Wie in der am 29. Juni 1987 angemeldeten US-Patentanmeldung Nr. 0 67 691 von Takano et al. beschrieben ist, umfaßt die kraftbeaufschlagende Einrichtung eine Anzahl kleiner kugelförmiger Elemente und eine Feder, die eine Änderung der relativen Rotationsposition der Flächen zur Änderung der Anordnung der kraftbeaufschlagenden Einrichtung in bezug auf eine relative Bewegung zwischen der ersten und der zweiten Antriebsscheibe winkelmäßig um die Rotationsachse vorsehen.

In bezug auf die obigen Riemenscheiben ist ein Problem festgestellt worden. Der Riemen neigt insbesondere dazu, mit im Riemen erzeugter Spannung in die Riemenscheibe zu fallen. Wenn beispielsweise eine solche Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl dazu verwendet wird, Zusatzeinheiten eines Kraftfahrzeuges anzutreiben, ist es bei Maschinenlaufdrehzahlen von 2000 U/min oder weniger erwünscht, das Drehzahlverhältnis zwischen Antriebsriemenscheibe und Abtriebsriemenscheibe mit 1,1 oder etwas größer auszuwählen. Das auf der Seite der Antriebsriemenscheibe erzeugte Drehmoment ist jedoch im allgemeinen im Bereich zwischen der Leerlaufdrehzahl und 2000 U/min hoch, nimmt jedoch bei Drehzahlen oberhalb von 2000 U/min plötzlich ab. Dies hat zur Folge, daß der Riemen aufgrund der Riemenspannung in die den Riemen aufnehmende Nut der antriebsseitigen Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl fällt, was eine Verlangsamung bewirkt. Dies führt dazu, daß die für die abtriebsseitige Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl benötigte Drehzahl zu klein ist.

Zur Behebung derartiger Probleme ist beispielsweise vorgeschlagen worden, den Druck der Feder zu erhöhen. Dies führt jedoch dazu, daß es wiederum erforderlich ist, größere Zentrifugaldrücke zur Überwindung des vergrößerten Federdruckes zu erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese und weitere bei herkömmlichen Riemenscheiben mit veränderlicher Drehzahl auftretenden Probleme zu lösen. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Riemenscheibe mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 7 oder 11 gelöst. Vorteilhafte Weitergestaltungen dieser Riemenscheibe sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist eine verbesserte Riemenscheibenanordnung mit veränderlicher Drehzahl vorgesehen, die eine Drehmomentmitnehmereinrichtung enthält. Die Verwendung einer Drehmomentmitnehmereinrichtung führt zu glatteren Drehzahländerungen.

Allgemein umfaßt die erfindungsgemäße Anordnung eine Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl, enthaltend eine erste Antriebsscheibenhälfte, eine Einrichtung zur festen Anbringung der ersten Antriebsscheibenhälfte an einer Drehwelle, mit der eine Drehachse festgelegt ist, eine zweite Antriebsscheibenhälfte und eine Einrichtung zur koaxialen beweglichen Anbringung der zweiten Antriebsscheibenhälfte an der Welle benachbart der ersten Antriebsscheibenhälfte, um dazwischen eine Riemenaufnahmenut festzulegen. Es sind Vorspanneinrichtungen zur Vorspannung der zweiten Antriebsscheibenhälfte axial in bezug auf die Welle vorgesehen, um die Breite der Riemenaufnahmenut zu ändern. Eine Drehmomenteinrichtung drückt die zweite Antriebsscheibenhälfte in derselben Richtung, wie sie durch die Vorspanneinrichtung gedrückt wird, wenn das Drehmoment einer betriebsmäßig mit der Riemenscheibenanordnung verbundenen Last vergrößert wird. Eine kraftbeaufschlagende Einrichtung liefert eine Zentrifugalkraft, um die zweite Antriebsscheibenhälfte in einer Richtung umgekehrt zu der Richtung zu drücken bzw. zu treiben, in der die zweite Antriebsscheibenhälfte durch die Vorspanneinrichtung vorgespannt wird.

Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt die kraftbeaufschlagende Einrichtung eine Anzahl kleiner kugelförmiger Elemente.

Für eine vereinfachte gleichmäßige Verteilung der kraftbeaufschlagenden Einrichtung während des Antriebsvorgangs der Riemenscheibe kann eine Schmiereinrichtung vorgesehen sein, um die Reibung zwischen den entsprechenden Elementen herabzusetzen.

Beim veranschaulichten Ausführungsbeispiel umfaßt die Drehmomenteinrichtung einen Nockenaufnahmeeinschnitt auf einer Verlängerung ausgehend von einer inneren radialen Hülse der zweiten Antriebsscheibenhälfte. Eine eine im Einschnitt aufgenommene Mitnehmer- bzw. Nockeneinrichtung enthaltende koaxiale Nockenplatte drückt die Drehmomentnockeneinrichtung in Eingriff mit dem Einschnitt, um Druck in der Richtung gleich bzw. ähnlich derjenigen zu erzeugen, wie er durch die Vorspanneinrichtung geliefert wird. Der Abstand zwischen der zweiten und der ersten Antriebsscheibenhälfte ändert sich somit und bildet denselben zusammengesetzten Druck derart, daß er ansprechend auf die Drehzahl und das Drehmoment automatisch selbsteinstellbar ist, die durch den kombinierten Druck gegeben sind, der durch die Vorspanneinrichtung und die Drehmomenteinrichtung vorgesehen ist, die durch die kraftbeaufschlagende Einrichtung entgegengesetzt bzw. gegenläufig ist.

Die erfindungsgemäße Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl ist außerordentlich einfach und wirtschaftlich aufgebaut und stellt zugleich die oben erörterten außerordentlich erwünschten Merkmale zur Verfügung.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung weiter hervor. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine seitliche Teilschnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl, bei der die Keilnutbreite minimal ist,

Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1, bei der die Keilnutbreite maximal ist,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Drehmomentnockeneinrichtung der Riemenscheibe von Fig. 1,

Fig. 4 eine Vorderansicht einer Drehmomentnockenplatte der Drehmomentnockeneinrichtung von Fig. 1,

Fig. 5 eine Seitenansicht der Drehmomentnockenplatte von Fig. 4,

Fig. 6 eine Seitenansicht einer zweiten Antriebsscheibenhälfte, enthaltend eine Drehmomentnockenaufnahmenut,

Fig. 7 eine seitliche Teilschnittansicht einer Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der die Keilnutbreite minimal ist,

Fig. 8 eine Ansicht ähnlich Fig. 7, bei der die Keilnutbreite maximal ist,

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer Drehmomentnockeneinrichtung der Riemenscheibe von Fig. 7,

Fig. 10 ein Diagramm, das den Druck für jedes Element auf der antriebsseitigen Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl veranschaulicht,

Fig. 11 ein Diagramm, das den Druck für die abtriebsseitige Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl zeigt, und

Fig. 12 eine seitliche Teilschnittansicht einer erfindungsgemäßen abtriebsseitigen Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl.

Bei einem ersten veranschaulichenden Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Fig. 1 und 2 der Zeichnung dargestellt ist, umfaßt eine antriebsseitige Riemenscheibe 20 mit veränderlicher Drehzahl eine erste Antriebsscheibenhälfte 21 und eine zweite Antriebsscheibenhälfte 22, die jeweils gegenüberliegende Seiten 23 und 24 besitzen, die eine dazwischenliegende Riemenaufnahmekeilnut 25 begrenzen.

Die erste Antriebsscheibenhälfte 21 umfaßt eine feststehende bzw. ortsfeste Antriebsscheibenhälfte, die einer Kraftantriebswelle 26 mittels einer Hülse 27 fest zugeordnet bzw. mit dieser verbunden ist. Die Hülse 27 ist mittels eines in einer Keilnut 29 in der Welle 26 aufgenommenen Keils 28 an der Welle 26 verriegelt. Die Hülse 27 enthält eine sich radial nach außen erstreckende ringförmige Stirnwand 30, die zu einer koaxialen Zylinderwand 31 mit einem ringförmigen nach außen weisenden Flansch 32 gerichtet ist. Die Hülse 27, Stirnwand 30 und Zylinderwand 31 begrenzen eine zwischenliegende Zylindernut 33. Eine Anzahl von Bolzen bzw. Schrauben 34 erstreckt sich durch den ringförmigen Flansch 32, wobei die Bolzen in die erste Antriebsscheibenhälfte 21 eingeschraubt sind, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt ist.

Die zweite Antriebsscheibenhälfte 22 umfaßt eine bewegliche Antriebsscheibenhälfte, die sich diagonal nach außen von einer inneren Zylinderhülse 35 erstreckt. Die Hülse 35 ist in bezug auf die Hülse 27 koaxial und besitzt ein dazwischenliegendes Zylinderhülsenlager 36. Die Hülse 35 enthält drei konkave Nockenaufnahmeabschnitte oder Einschnitte 37, die etwa 120° voneinander radial mit Abstand angeordnet sind. Jeder Einschnitt 37 enthält mittels eines Schneidrückens oder Bereichs 40 verbundene Seitenwände 38 und 39. Die Seitenwände 38 und 39 sind in einem Winkel R in bezug aufeinander orientiert.

Wie auch in Fig. 4 und 5 dargestellt ist, enthält eine Nockenplatte 41 eine Zylinderhülse 42 mit einem Durchmesser ähnlich demjenigen der Hülse 35. Die Hülse 42 ist mit einer nach innen gebogenen bzw. weisenden Wand 43 verbunden. Die Nockenplattenhülse 42 enthält drei Nockeneinrichtungen 44, die radial mit Abstand etwa von 120° angeordnet sind. Jede Nockeneinrichtung 44 enthält parallele Seitenwände 45, die zu entgegengesetzten, sich diagonal erstreckenden Wänden 46 umgebogen sind, die mittels eines Schneidrücken- oder Schneidfasenabschnittes (Bereichs) 47 verbunden sind. Der durch die Seitenwände 46 gebildete Winkel ist der Winkel R ähnlich bzw. gleich wie bei den Einschnitten 37. Der Bereich 47 ist von einer Abmessung kleiner als der Einschnittsbereich 40.

Eine Anzahl von Bolzen 48 befestigt die Nockenplatte 41 an der Hülse 27, wobei sich die Nockeneinrichtungen 44 axial nach innen erstrecken. Insbesondere ist jede der drei Nockeneinrichtungen 44 in einem der Einschnitte 37 aufgenommen. Die Einschnitte 37 und die Nockeneinrichtungen 44 legen zusammen eine Drehmomentnockeneinrichtung 75 fest.

Ein ringförmiger Anschlag oder Ausdrücker 49 ist mittels der Bolzen 48 an der Hülse 27 fest angebracht und somit gegen Rotation und axiale Bewegung relativ zur Welle 26 befestigt und fixiert. Der Anschlag 49 enthält einen radial äußeren, sich in Längsrichtung erstreckenden Zylinderabschnitt 50 und einen nach außen weisenden distalen Flansch 51.

Die zweite Antriebsscheibenhälfte 22 enthält ebenfalls eine radial äußere Zylinderwand 52. Eine ringförmige Verschlußwand 53 ist mittels einer Anzahl von Bolzen 54 fest an der Zylinderwand 52 angebracht. Ein Zwischenraum oder eine Kammer 55 ist zwischen einer axial nach außen weisenden Fläche 56 des Flansches 51 und einer axial nach innen weisenden Fläche 57 der Verschlußwand 53 gebildet.

Eine zentrifugalkraftbeaufschlagende Einrichtung in der Form einer Anzahl kleiner abgerundeter Elemente 58 ist im Zwischenraum 55 vorgesehen, die somit von der Anschlagwand 50, dem distalen Flansch 51, der Zylinderwand 52 und der Verschlußwand 53 wirksam umschlossen sind.

Die zweite Antriebsscheibenhälfte 22 ist mittels einer sich konzentrisch zur Achse der Welle 26 erstreckenden Schraubenfeder 59 zur ersten Antriebsscheibenhälfte 21 vorgespannt.

Erfindungsgemäß ist eine Einrichtung zur Herabsetzung von Reibung zwischen den abgerundeten Elementen 58 vorgesehen. Wie veranschaulicht ist, kann ein Schmierfluid in den Zwischenräumen vorgesehen sein, in denen die Feder 59 und die abgerundeten Elemente 58 angeordnet sind, und mittels nicht gezeigter O-Ringe gegen Lecken aus diesen Zwischenräumen gehalten bzw. gesichert sein, wie wohlbekannt ist.

Die kraftbeaufschlagenden Einrichtungen sind in der Zeichnung als Einrichtungen veranschaulicht, die abgerundete oder kugelförmige Elemente 58 mit relativ kleinem Durchmesser umfassen. Die veranschaulichten Elemente können einen Durchmesser im Bereich von 1 bis 6 mm und vorzugsweise im Bereich von 2 bis 4 mm aufweisen.

Erfindungsgemäß können die kraftbeaufschlagenden Einrichtungen aus Einzelteilen bestehend bzw. partikelförmig sein, wie z. B. Pulver oder dergleichen. Die kraftbeaufschlagenden Elemente 58 können aus gewöhnlichem Stahl, Kupfer, rostfreiem Stahl, Wolfram etc. gebildet sein. Die Elemente können z. B. mit einem Kunstharz, in Harz eingebettetem Metallpulver oder einer anderen die Reibung herabsetzenden Einrichtung, beschichtet sein. Es kann ein beliebiges geeignetes fluides Schmiermittel verwendet werden, um die Reibung zwischen den Elementen 58 herabzusetzen, wie oben erörtert wurde.

Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weisen die Elemente 58 eine regelmäßige Kugelform auf. Von der echten Kugelform abweichende Elemente können verwendet werden. Es hat sich herausgestellt, daß diese Brückenbildung und Gleichmäßigkeit der Verteilung weiter herabsetzen.

Erfindungsgemäß können sämtliche Elemente 58 dieselbe Größe und Form aufweisen, ebenso unterschiedliche Formen und Größen.

Während die Menge der kraftbeaufschlagenden Elemente 58 wie gewünscht sein kann, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die Menge eines derartigen Materials auf etwa 90% des Volumens des Zwischenraums 55 bei der kleinsten Konfiguration zu begrenzen, z. B. bei der in Fig. 1 veranschaulichten Konfiguration.

Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, ist die Konfiguration des Zwischenraums 55 bei der Anordnung mit minimalem Volumen im wesentlichen dreieckförmig und im wesentlichen trapezförmig, wenn eine Vergrößerung des Zwischenraums zwischen der zweiten Antriebsscheibenhälfte 22 und der ersten Antriebsscheibenhälfte 21 herbeigeführt wird. Wie in Fig. 1 und 2 veranschaulicht ist, sind die gegenüberliegenden Flächen 56 und 57, die die axialen entgegengesetzten Enden des Zwischenraums 55 festlegen, in gleicher Weise entgegengesetzt im Winkel zur Welle 26 der Riemenscheibe 20 geneigt.

Bei der in Fig. 1 veranschaulichten Riemenscheibe 20 mit veränderlicher Drehzahl ist somit die Keilnutbreite zwischen der ersten und zweiten Riemenscheibenhälfte 21 und 22 beim Minimum. Dies ist der Fall, wenn die Repulsions- bzw. Rückstoßkraft der Druckfeder 59 den Zentrifugaldruck übersteigt.

Fig. 2 hingegen veranschaulicht den Fall, bei dem bei hohen Drehzahlen der aus der Zentrifugalkraft heraus erzeugte Druck, bewirkt durch die Elemente 58, den Druck der Druckfeder 59 überwindet, so daß eine Bewegung der zweiten Antriebsscheibenhälfte 22 nach außen und axial von der ersten Antriebsscheibenhälfte 21 fort erfolgt, wie in Fig. 2 veranschaulicht ist.

Bei Betrieb befindet sich die Nutbreite bei niedrigen Drehzahlen beim Minimum, wie in Fig. 1 veranschaulicht ist. Insbesondere überwinden der Druck der Feder 59 und jeder beliebige von der Drehmomentnockeneinrichtung 75 erzeugte Nominaldruck zusammen den Zentrifugaldruck, der durch die kleinen abgerundeten Elemente 58 erzeugt wird. Dies ergibt sich, da bei kleinen Drehzahlen eine niedrige Zentrifugalkraft vorliegt. Mit zunehmender Drehzahl nimmt der von den Zentrifugalkräften herrührende Druck gegen den von der Feder 59 und der Drehmomentnockeneinrichtung 75 erzeugten kombinierten Druck zu derart, daß sich die zweite Antriebsscheibenhälfte 22 axial nach außen bewegt, d. h. von der ersten Antriebsscheibenhälfte 21 fort, wie in Fig. 2 veranschaulicht ist.

Wenn irgendwelche plötzliche Drehzahl- oder Drehmomentänderungen offensichtlich sind, treten die Drehmomentnockeneinrichtungen 44 mit den Wänden der zugeordneten Einschnitte 37 in Eingriff (vgl. Fig. 3), um eine relative Rotation und somit eine Bewegung in axialer Richtung zwischen der zweiten Antriebsscheibenhälfte 22 und der ersten Antriebsscheibenhälfte 21 hervorzurufen. Somit wird jegliches Brückenbildungsphänomen der zentrifugalkraftbeaufschlagenden Einrichtung unterdrückt, um glattere Drehzahländerungen vorzusehen. Mit anderen Worten, es ist möglich, das Riemengeschwindigkeitsverhältnis zwischen den Antriebs- und Abtriebsriemenscheiben unter idealeren Bedingungen automatisch einzustellen.

Erfindungsgemäß sind weitere Anordnungen vorgesehen, z. B. wie die in Fig. 7 bis 9 gezeigte, in denen eine Riemenscheibe 100 mit veränderlicher Drehzahl gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht ist.

Bei diesem alternativen veranschaulichenden Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dargestellt, daß die antriebsseitige Riemenscheibe 100 mit veränderlicher Drehzahl eine erste Antriebsscheibenhälfte 121 und eine zweite Antriebsscheibenhälfte 122 umfaßt, die jeweils gegenüberliegende Seiten 123 und 124 aufweisen, die dazwischen eine riemenaufnehmende Keilnut 125 begrenzen.

Die erste Antriebsscheibenhälfte 121 umfaßt eine feststehende Antriebsscheibenhälfte, die einer Kraftantriebswelle 126 mittels einer Hülse 127 fest zugeordnet ist. Die Hülse 127 ist mittels eines in einer Keilnut 129 aufgenommenen Keils 128 mit der Welle 126 verriegelt. Die Hülse 127 enthält eine sich radial nach außen erstreckende ringförmige Stirnwand 130, die zu einer koaxialen Zylinderwand 131 mit einem ringförmigen nach außen weisenden Flansch 132 gebogen bzw. gewandt ist. Die Hülse 127, Stirnwand 130 und Zylinderwand 131 begrenzen einen dazwischenliegenden zylindrischen Raum 133. Eine Anzahl von Bolzen 134 erstreckt sich durch den ringförmigen Flansch 132 und ist in die erste Antriebsscheibenhälfte 121 eingeschraubt, wie in Fig. 7 und 8 dargestellt ist.

Die zweite Antriebsscheibenhälfte 122 umfaßt eine bewegliche Antriebsscheibenhälfte, die sich diagonal nach außen von einer inneren Zylinderhülse 135 ausgehend erstreckt. Die Hülse 135 ist koaxial in bezug auf die Hülse 127 und weist ein zylindrisches Hülsenlager 136 dazwischen auf.

Ein Anschlag oder Ausrücker 137 mit einer ringförmigen Verschlußwand 138, die mit einer Zylinderhülse 139 verbindet, ist fest an der Hülse 135 mittels Bolzen 155 befestigt. Der Anschlag 137 ist im Raum 133 aufgenommen. Zwischen einer in axialer Richtung nach außen weisenden Fläche 141 der Wand 130 und einer in axialer Richtung nach innen weisenden Fläche 142 der Verschlußwand 138 ist eine Kammer 40 gebildet.

Im Raum 140, der somit wirksam durch die Hülse 127, die Stirnwand 130, die Wand 131 und die Verschlußwand 138 eingeschlossen ist, ist eine zentrifugalkraftbeaufschlagende Einrichtung ähnlich der oben erörterten vorgesehen, die in der Form einer Anzahl kleiner abgerundeter Elemente 143 vorliegen kann.

Die Hülse 139 enthält drei konkave Nockenaufnahmeabschnitte oder -einschnitte 144, die radial mit Abstand von etwa 120° voneinander angeordnet sind. Jeder Einschnitt 144 enthält diagonale verbundene Seitenwände 145 und 146. Die Seitenwände 145 und 146 sind bezug aufeinander mit einem Winkel R orientiert.

Eine Nockenplatte 147 enthält eine Zylinderhülse 148 mit einem Durchmesser gleich oder ähnlich demjenigen der Hülse 139. Die Hülse 147 ist mit einer nach innen gerichteten ringförmigen Wand 149 verbunden. Die Nockenplattenhülse 148 enthält drei Nockeneinrichtungen 150, die radial mit Abstand von etwa 120° angeordnet sind. Jede Nockeneinrichtung 150 enthält verbundene, entgegengesetzte, sich diagonal erstreckende Seitenwände 151 und 152. Der durch die Seitenwände 151 und 152 gebildete Winkel ist der Winkel R ähnlich wie bei den Einschnitten 144.

Eine Anzahl von Bolzen 153 befestigt die Nockenplatte 147 an der Hülse 127, wobei sich die Nockeneinrichtungen 150 axial nach innen erstrecken. Insbesondere ist jede der drei Nockeneinrichtungen 150 in einem der Einschnitte 144 aufgenommen.

Die Verschlußwand 138 und somit die zweite Antriebsscheibenhälfte 122 ist gegen die erste Antriebsscheibenhälfte 121 mittels entsprechender erster und zweiter Schraubenfedern 154 und 155 vorgespannt, die sich konzentrisch zur Achse der Welle 126, jeweils zwischen der ersten Antriebsscheibenhälfte 121 bzw. der ringförmigen Wand 149 und der Verschlußwand 138 erstrecken.

Die Riemenscheibe 100 ist auf ähnliche Weise wie die Riemenscheibe 20 wirksam, was oben erörtert wurde.

Die Erfindung umfaßt verschiedene weitere Anordnungen, wie sie z. B. in der bereits eingangs beschriebenen US-Patentanmeldung Nr. 0 67 691 offenbart sind und die hier nicht erneut beschrieben werden.

In bezug auf die Antriebsriemenscheibe 20 oder 100 ist der Druck Q mittels der folgenden Formel definiert:

wobei
Qp Federdruck bei maximaler Ganghöhe DIA der Riemenscheibe
K Federkonstante
Tq in beweglichen Riemenscheibenelementen erzeugtes Drehmoment (bei Drehmomentnockenabschnitt)
P scheinbares spezifisches Gewicht des zentrifugalkraftbeaufschlagenden Elementes
W Winkelbeschleunigung der Riemenscheibe
R₀ unterer DIA-Wert der Zentrifugalkammer/2
R₁ oberer DIA-Wert der Zentrifugalkammer/2
Kt Drehmomentnockenverhältnis

Es sei angenommen, daß die Werte für die veränderlichen Größen Qp, K, P, W, R₀ und R₁ bekannt sind. Dann wird beobachtet, daß mit zunehmendem Wert von Tq die Größe Q im richtigen Verhältnis zunimmt. In gleicher Weise nimmt die Größe Q mit abnehmendem Wert von Tq im richtigen Verhältnis ab.

Die Funktion bzw. Arbeitsweise einer derartigen Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl wird für die Verwendung mit dem Antrieb von Zusatzeinheiten bei einem Kraftfahrzeug beschrieben.

Bei einer beispielhaften Anwendung wird die erfindungsgemäße Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl auf der Maschinenseite eines Kraftfahrzeuges als Antriebsriemenscheibe verwendet, wobei auf der Abtriebsseite eine Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl vom gut bekannten Federtyp angeordnet ist. Ein herkömmlicher Keilriemen überträgt Kräfte zwischen den beiden Riemenscheiben und es ist eine herkömmliche Anordnung zum Antrieb einer einzigen oder einer Anzahl von Einheiten ausgehend von der Abtriebswelle zu den Zusatzeinheiten, z. B. einer Wechselstromlichtmaschine, einer Servopumpe, einer Luftkompressorpumpe, einer Wasserpumpe, einem Auflager, vorgesehen. Es ist besonders vorteilhaft, einen Drehzahlbereich beizubehalten, um die Funktion bzw. Leistung und den wirtschaftlichen Kraftstoffverbrauch beizubehalten. In untenstehender Tabelle 1 ist eine charakteristische Beziehung zwischen der Maschinendrehzahl und dem maximalen Drehmoment dargestellt, das in der Maschine durch die Zusatzeinheiten erzeugt wird, wenn beispielsweise eine Servopumpe und Luftkompressorpumpe durch die oben beschriebenen Anordnung angetrieben werden.

Laufdrehzahl der Antriebswelle (U/min)
Drehmoment der Antriebswelle (kg-m)
1000
4,9
2000	4,8
3000	2,9
4000	1,7
5000	1,2
6000	1,1

Außerdem ist das in jeder beliebigen von derartigen Zusatzeinheiten erzeugte Drehmoment vom Betriebszustand des Kraftfahrzeuges und weiteren externen Bedingungen, wie wohl bekannt, abhängig.

Um eine Reduktion des Drehmomentverlustes herbeizuführen, was der Hauptgrund zur Verwendung der erfindungsgemäßen Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl ist, wird empfohlen, das Drehzahländerungsverhältnis abhängig von dem in der Zusatzeinheit erzeugten Drehmoment auszuwählen, wie untenstehend erörtert wird. Wenn nämlich das Drehmoment groß ist, wird eine große Arbeitskapazität der Zusatzeinheit benötigt. Basierend auf der oben gezeigten Formel ist der in der Antriebsriemenscheibe erzeugte Druck Q (die Kraft, damit die zweite Antriebsscheibenhälfte 22 den Riemen B von der Seite her zusammendrückt):

Q = (Federdruck auf Antriebsseite)+(Drehmomentnockendruck)-(Zentrifugaldruck)

wobei der Federdruck auf der Antriebsseite

= Qp+K · x

Drehmomentnockendruck = Kt · Tq.

Währenddessen sei angenommen, daß der Druck der Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl auf der Folge(glied)seite Q ist. Dann ist,

Q′ = (Federdruck auf Folge(glied)seite)

Es wird nun auf Fig. 10 Bezug genommen. Das Diagramm veranschaulicht den Federdruck für jedes Element auf der Antriebsseite. Der kombinierte Druck ist jedoch ein resultierender Druck durch Einstellen des Federdrucks und Drehmomentnockendrucks auf eine Plus(+)-Komponente, während der Zentrifugaldruck auf eine Minus(-)-Komponente eingestellt wird. Wenn das Drehmoment in der Zusatzeinheit auf Vollast ist, ist der oben beschriebene kombinierte Druck überdies wie mittels der gestrichelten Linie A gezeigt, während er bei Nullast einer Wellenlinie B entspricht. Außerdem sind in der Figur der Federdruck C, der Zentrifugaldruck D (negative Komponente), der Drehmomentnockendruck E und der Drehmomentnockendruck F bei keiner Last dargestellt.

Es wird nun auf Fig. 11 Bezug genommen, ein Diagramm, das den Druck der Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl veranschaulicht.

Die oben beschriebenen Prinzipien können auch bei einer auf der Abtriebsseite verwendeten Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl angewendet werden. Wie in Fig. 12 veranschaulicht ist, ist auf der Abtriebsseite eine Riemenscheibe 200 mit veränderlicher Drehzahl verwendet. Die Riemenscheibe 200 mit veränderlicher Drehzahl ist im allgemeinen ähnlich vom Aufbau her wie die in Fig. 1 veranschaulichte Riemenscheibe 20 mit veränderlicher Drehzahl, außer daß eine Feder 201 eine zweite oder bewegliche Antriebsscheibenhälfte 202 von einer ersten oder feststehenden Antriebsscheibenhälfte 203 fort vorspannt. Somit wird die Nutenbreite 205 der Riemenscheibe durch die Zentrifugalkraft ansprechend auf eine Zunahme der Drehzahl einer Last herabgesetzt. In dieser Lage ist die Drehmomentnockeneinrichtung 206 in einer solchen Anordnung vorgesehen, daß sie die durch die Feder 201 in einer Richtung zur Verbreiterung der Nutenbreite der Riemenscheibe vorgesehene Kraft unterstützt.

Die Erfindung läßt sich wie folgt zusammenfassen: Um einen glatteren Übergang bei Drehzahländerungen vorzusehen, wird eine Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl vorgeschlagen, die eine bewegliche Antriebsscheibenhälfte und eine feststehende Antriebsscheibenhälfte aufweist und mit einer Drehmomentnockeneinrichtung versehen ist. Eine Feder spannt die zweite Antriebsscheibenhälfte axial zur ersten Antriebsscheibenhälfte vor, um die Breite einer Riemenaufnahmenut zu ändern. Die Drehmomentnockeneinrichtung drückt die zweite Antriebsscheibenhälfte in derselben Richtung wie die Feder, wenn das Drehmoment einer betriebsmäßig mit der Riemenanordnung verbundenen Last zunimmt. Eine Zentrifugaldruckanordnung preßt die zweite Antriebsscheibenhälfte in eine Richtung umgekehrt zu der Richtung, die durch die Vorspanneinrichtung bewirkt wird, ansprechend auf die Drehzahl der Riemenscheibe.

Claims

1. Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl, umfassend

- eine erste Antriebsscheibenhälfte (21; 121),
- eine Einrichtung (27; 127) zur festen Anbringung der ersten Antriebsscheibenhälfte an einer drehbaren Welle (26; 126), die eine Rotationsachse festlegt,
- eine zweite Antriebsscheibenhälfte (22; 122),
- eine Einrichtung (35; 135) zur koaxialen beweglichen Anbringung der zweiten Antriebsscheibenhälfte an der Welle benachbart der ersten Antriebsscheibenhälfte, um eine dazwischenliegende Riemenaufnahmenut (25; 125) zu begrenzen,
- eine Vorspanneinrichtung (59; 154, 155) zum Vorspannen der zweiten Antriebsscheibenhälfte axial in bezug auf die Welle, um die Breite der Riemenaufnahmenut zu ändern,
- eine Drehmomenteinrichtung (75; 140) zum Bewegen der zweiten Antriebsscheibenhälfte (22; 122) axial zur Welle (26; 126) mit der Kraft der Vorspanneinrichtung (59; 154, 155), wenn das Drehmoment einer betriebsmäßig mit der Riemenscheibe (20; 100) verbundenen Last zunimmt, und
- eine Vortreibeinrichtung (58) zum Treiben der zweiten Antriebsscheibenhälfte axial zur Welle gegen die Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung mit einer Kraft proportional zur Drehzahl der Welle, um die Breite der Riemenaufnahmenut zu ändern,
- wobei die Vortreibeinrichtung eine mit der zweiten Antriebsscheibenhälfte bewegliche Einrichtung (58) aufweist, die eine bewegliche Fläche festlegt,
- wobei die fest der Welle (26; 126) zugeordnete Einrichtung (27; 127) eine ortsfeste Fläche (30) festlegt,
- wobei sich die kraftbeaufschlagende Einrichtung (58) zwischen der beweglichen Fläche und der festen Fläche erstreckt und eine veränderliche Ausdehnung parallel zur Wellenachse, proportional zu der darauf wirkenden Zentrifugalkraft infolge der Drehzahl der Welle aufweist.

2. Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (59; 154, 155) zum Vorspannen der zweiten Antriebsscheibenhälfte (22; 122) eine Einrichtung zum Vorspannen der zweiten Antriebsscheibenhälfte zur ersten Antriebsscheibenhälfte (21; 121) hin umfaßt, um die Breite der Riemenaufnahmenut (25; 125) zu verringern, und daß die Einrichtung (58) zum Vortreiben der zweiten Antriebsscheibenhälfte axial in bezug auf die Welle eine Einrichtung zum Vortreiben der zweiten Antriebsscheibenhälfte von der ersten Antriebsscheibenhälfte fort umfaßt, um die Breite der Riemenaufnahmenut zu vergrößern.

3. Riemenscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftbeaufschlagende Einrichtung (58) eine Anzahl kleiner diskreter Elemente umfaßt.

4. Riemenscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftbeaufschlagende Einrichtung (58) eine Anzahl kleiner sphärischer Elemente mit einer die Reibung herabsetzenden Beschichtung umfaßt.

5. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomenteinrichtung (75; 140) eine Nockeneinrichtung (41; 147) umfaßt, um eine drehmäßige und axiale Repositionierung der zweiten Antriebsscheibenhälfte (22; 122) auf der Welle (26; 126) vorzusehen.

6. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomenteinrichtung (75; 140) eine an der Welle (26; 126) befestigte Nockenplatte (41; 147) umfaßt und eine Nockeneinrichtung (44; 150) aufweist, die mit einem in der zweiten Antriebsscheibenhälfte (22; 122) vorgesehenen Einschnitt (37) in Eingriff tritt.

7. Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl, umfassend

- eine feststehende Riemenantriebsscheibenhälfte (21; 121), die fest an einer Welle (26; 126) angebracht ist,
- eine bewegliche Riemenantriebsscheibenhälfte (22; 122), die für eine rotationsmäßige und axiale Bewegung an der Welle benachbart der feststehenden Riemenantriebsscheibenhälfte angebracht ist und mit dieser eine Riemenaufnahmenut (25; 125) begrenzt,
- eine Drehmomenteinrichtung (75; 140) zum Bewegen der zweiten Antriebsscheibenhälfte axial in bezug auf die Welle, wenn das Drehmoment einer betriebsmäßig mit der Riemenscheibe (20; 100) verbundenen Last zunimmt,
- eine fest an der Welle (26; 126) angebrachte Wandeinrichtung (53), wobei die Wandeinrichtung und die bewegbare Riemenantriebsscheibenhälfte (22; 122) eine zwischenliegende Kammer (55; 140) begrenzen,
- kleine Kugeln (58) in der Kammer und
- eine Einrichtung zum Bewirken, daß die Antriebsscheibenhälften Verteilkräfte auf die Kugeln geben, als Ergebnis einer Drehbewegung der beweglichen Antriebsscheibenhälfte auf der Welle.

8. Riemenscheibe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Übergeben von Verteilkräften mittels der Antriebsscheibenhälften eine Federeinrichtung (59; 154, 155) umfaßt, die radial innerhalb der Kammer (55; 140) angeordnet ist.

9. Riemenscheibe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (55; 140) eine koaxial zur Welle (26; 126) angeordnete ringförmige Kammer umfaßt.

10. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bewirken der Übergabe von Verteilkräften mittels der Antriebsscheibenhälften eine Schraubenfeder (59; 154, 155) koaxial zur Welle (26; 126) umfaßt, deren entgegengesetzten Enden jeweils an der feststehenden und beweglichen Riemenantriebsscheibenhälfte (21; 22) befestigt sind.

11. Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl, umfassend

- eine erste Antriebsscheibenhälfte (21; 121),
- eine Einrichtung (27; 127) zur festen Anbringung der ersten Antriebsscheibenhälfte an einer drehbaren Welle (26; 126), die eine Rotationsachse festlegt,
- eine zweite Antriebsscheibenhälfte (22; 122),
- eine Einrichtung (35; 135) zur koaxial beweglichen Anbringung der zweiten Antriebsscheibenhälfte an der Welle benachbart der ersten Antriebsscheibenhälfte, um eine dazwischenliegende Riemenaufnahmenut (25; 125) zu begrenzen,
- eine Vorspanneinrichtung (59; 154, 155) zum Vorspannen der zweiten Antriebsscheibenhälfte axial zur Welle, um die Breite der Riemenaufnahmenut zu ändern, und
- eine Drehmomenteinrichtung (75; 140) zum Bewegen der zweiten Antriebsscheibenhälfte axial zur Welle mit der Kraft der Vorspanneinrichtung, wenn das Drehmoment einer betriebsmäßig mit der Riemenscheibe (20; 100) verbundenen Last zunimmt,
- eine Vortreibeinrichtung (58) zum Treiben der zweiten Antriebsscheibenhälfte axial zur Welle gegen die Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung mit einer Kraft proportional zur Drehzahl der Welle, um die Breite der Riemenaufnahmenut zu ändern,
- wobei die Vortreibeinrichtung eine mit der zweiten Antriebsscheibenhälfte bewegliche Einrichtung umfaßt, die eine bewegliche Fläche festlegt,
- wobei die der Welle fest zugeordnete Einrichtung eine feste Fläche festlegt und mit der beweglichen Fläche einen Raum (55) mit veränderlichem Volumen festlegt, und
- eine Anzahl von harten Fluidobjekten (58), die in dem Raum (55; 140) zwischen der beweglichen Fläche und der ortsfesten Fläche angeordnet sind und eine veränderliche Erstreckung parallel zur Wellenachse proportional zur darauf wirkenden Zentrifugalkraft infolge der Drehzahl der Welle aufweisen.

12. Riemenscheibe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die harten Fluidobjekte (58) im wesentlichen 90% des Raums (55; 140) mit veränderlichem Volumen einnehmen, wenn der Raum das minimale Volumen umgrenzt.

13. Riemenscheibe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum einen ringförmigen Raum (23) mit einem dreieckförmigen Querschnitt bei minimalem Volumen aufweist.

14. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die harten Fluidobjekte (58) in Form ähnlich sind.

15. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die harten Fluidobjekte (58) unterschiedliche Formen aufweisen.

16. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schmiermittel zum Schmieren der harten Fluidobjekte (58) vorgesehen ist.

17. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die harten Fluidobjekte (58) aus Metall gebildet sind.

18. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum einen ringförmigen Raum (23) mit einem trapezförmigen Querschnitt aufweist, wenn das Volumen größer als das minimale ist.

19. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die den Raum festlegenden Flächen ebene Flächen umfassen.

20. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die harten Fluidobjekte (58) kugelförmig sind und einen Durchmesser im Bereich von etwa 1 bis 6 mm aufweisen.

21. Riemenscheibe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die harten Fluidobjekte kugelförmig sind und einen Durchmesser im Bereich von etwa 2 bis 4 mm aufweisen.

22. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die harten Fluidobjekte mit einer Beschichtung versehen sind, um Reibung dazwischen herabzusetzen.

23. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (59; 154, 155) zum Vorspannen der zweiten Antriebsscheibenhälfte eine Einrichtung zum Vorspannen der zweiten Antriebsscheibenhälfte (22; 122) zur ersten Antriebsscheibenhälfte (21; 121) zur Herabsetzung der Breite der Riemenaufnahmenut (25; 125) aufweist und daß die Einrichtung (75; 140) zum Treiben der zweiten Antriebsscheibenhälfte axial zur Welle eine Einrichtung zum Treiben der zweiten Antriebsscheibenhälfte fort von der ersten Antriebsscheibenhälfte umfaßt, um die Breite der Riemenaufnahmenut zu vergrößern.