DE4414763A1 - Riemenscheibe mit veränderlichem effektivem Durchmesser für eine Leistungsübertragung mit veränderlicher Drehzahl - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung

Das Gebiet der Erfindung betrifft die Übertragung von Lei­ stung mit Hilfe von mit Riemen angetriebenen Riemenscheiben und insbesondere Riemenscheiben mit veränderlicher Dreh­ zahl, deren effektiver Riemenscheibendurchmesser unbegrenzt veränderlich ist.

Eine Vielzahl von Riemenscheiben mit veränderlicher Dreh­ zahl wurden bisher entwickelt mit einer Vielzahl von Mecha­ nismen zum Ändern der effektiven Durchmesser der Riemen­ scheiben. Das US-Patent Nr. 2,013,268 offenbart eine frühe Riemenscheibe mit verschachtelten Antriebsscheiben, die durch Federn an beiden Seiten der Antriebsscheiben zusam­ mengedrückt werden. Die Antriebsscheiben sind verschiebbar an einer Hülse verkeilt, die ihrerseits an einer Welle mon­ tiert ist.

Das US-Patent Nr. 2,120,383 offenbart eine frühe Riemen­ scheibe, bei der die Antriebsscheiben an der Welle doppelt verkeilt sind. Die Keile wirken auch als ein Teil der Betä­ tigungsvorrichtung zusammen mit einem Paar radialer Hebel­ arme, um die Antriebsscheiben auseinander zu bewegen. Das US-Patent Nr. 2,107,483 offenbart eine frühe Riemenscheibe, bei der die Antriebsscheiben fast vollständig verschachtelt sind und auf überlappende Hülsen durch Preßfassung befe­ stigt sind. Die Hülsen sind ihrerseits auf der Welle axial verschiebbar. Das US-Patent Nr. 2,152,207 offenbart eine Riemenscheibe, bei der die Antriebsscheiben fast vollstän­ dig verschachtelt sind und durch Federn an jeder Seite zu­ sammengedrückt werden. Alle der obigen Riemenscheiben mit veränderlichem Durchmesser sind selbstbetätigend in dem Sinne, daß eine Riemenspannung an der Riemenscheibe der axialen Federkraft entgegenwirkt und verursacht, daß sich die Antriebsscheiben trennen, wodurch der effektive Riemen­ scheibendurchmesser verringert wird.

Das US-Patent Nr. 2,210,300 offenbart eine frühe Anwendung der Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl bei einer Ma­ schine, bei der eine mechanische externe Betätigungsvor­ richtung verursacht, daß eine verschachtelte Antriebs­ scheibe axial relativ zu der anderen Antriebsscheibe bewegt wird, wodurch der effektive Riemenscheibendurchmesser ver­ ändert wird. Das etwas neuere US-Patent Nr. 4,398,899 of­ fenbart eine mechanisch betätigte verschachtelte Riemen­ scheibe, bei der eine Riemenscheibennabe verschachtelte Fortsätze der Blätter oder Mitnehmer beider Riemenscheiben- Antriebsscheiben aufweist. Die verschachtelten Fortsätze sind jedoch von der Welle durch einen festen Abschnitt der Antriebsscheibennabe radial beabstandet, und die Fortsätze einer Antriebsscheibe gleiten relativ zu den Fortsätzen der anderen Antriebsscheibe auf der Nabe.

Die oben diskutierten Riemenscheiben mit veränderlichem ef­ fektiven Durchmesser bestehen im allgemeinen aus einer re­ lativ schweren Konstruktion für Zwecke der industriellen Leistungsübertragung mit der Ausnahme des letzten Patents, welches sich auf Anwendungen mit sehr geringer Last rich­ tet, wie z. B. die Leistungsübertragung für einen selbstan­ getriebenen Rasenmäher, hinter dem man hergeht. Keiner der obigen Lösungsansätze ist für Automobilanwendungen beson­ ders geeignet, bei denen eine sehr lange Lebensdauer der Riemenscheibe und des Riemens sowie kostengünstige Herstel­ lung und Zusammenbau sehr wichtige Gesichtspunkte sind. Aus Gründen der Treibstoffersparnis und ausgedehnter Lebens­ dauer wäre es wünschenswert, Lichtmaschinen, Servolenkungs­ pumpen und Kühleranlagekompressoren bei im wesentlichen konstanter Drehzahl unabhängig von der Motordrehzahl zu be­ treiben. Daher würde sich eine geeignete Riemenscheibe mit veränderlichem effektivem Durchmesser für Anwendungen bei Automobilmotoren einer weiten Verbreitung erfreuen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die neuen Riemenscheiben mit veränderlichem effektiven Durchmesser weisen auf Naben montierte, verschachtelt in­ einandergreifende Antriebsscheiben auf, die ihrerseits mit Kugeln in Keilnuten oder Längsnuten in Eingriff sind. Eine einzige Schraubenfeder innerhalb des Riemenscheibenaufbaus drückt die Naben auseinander, um dadurch den effektiven Riemenscheibendurchmesser zu erhöhen. In einem der bevor­ zugten Ausführungsbeispiele sind alle Riemenscheibenteile mit Ausnahme der Feder und der Kugeln mit einfachen Blech­ stanzteilen geformt. Ein permanenter Zusammenbau erfordert nur ein Schweißen in Umfangsrichtung oder eine mechanische Befestigung um jeden peripheren Ring und innerhalb jeder Nabe nach dem Zusammenbau der Teile. Somit ist die gesamte Riemenscheibe im automatischen Zusammenbau aus sehr kosten­ günstigen Teilen sehr kostengünstig. Bei einer mechanischen Befestigung kann der periphere Ring aus maßgeschneiderten Kunststoffen als eine Alternativlösung gefertigt werden.

In dem anderen Ausführungsbeispiel können die Antriebs­ scheiben auch aus Blech gestanzt sein, doch eignen sich die Naben, obwohl sie gestanzt werden können, besser zum Schmieden oder Druckgießen und maschineller Endbearbeitung für Anwendungen mit relativ hoher Last. In diesem Ausfüh­ rungsbeispiel sind die verschachtelten Mitnehmer der An­ triebsscheiben für einen permanenten Zusammenbau einzeln an die Naben geschweißt. In beiden Versionen der Riemenscheibe können die Keilnuten oder Längsnuten für die Kugeln in einer Hülle oder Laufbuchse ausgebildet sein, die ihrer­ seits intern ausgebildet ist für einen Zusammenbau auf einer Standardkeilwelle. Ein Fliehkraftregler ist ebenfalls dargestellt, der an der Riemenscheibe befestigt ist, um den effektiven Riemenscheibendurchmesser automatisch mit der Drehzahl einzustellen.

In beiden Versionen der Riemenscheibe sind die einzelnen Teile und der gesamte Entwurf um die mittlere Riemenschei­ benebene senkrecht zu der Achse der Riemenscheibe symme­ trisch. Somit ist das Paar von Riemenscheiben-Antriebs­ scheiben identisch, und ebenso die Riemenscheibennaben und die Riemenscheibenendkappen. Die benötigte Werkzeugbestückung wird drastisch verringert, und der Zusammenbau wird im Vergleich mit vorhergehenden verschachtelten Riemenschei­ benkonfigurationen stark vereinfacht.

Die interne Schraubendruckfeder sorgt für eine kompakte Konstruktion, welche die Riemenscheiben-Antriebsscheiben auf den maximalen Radius belastet, wodurch Spannung in dem Riemen erzeugt wird. Die gewünschten Riemenspannungsbeträge durch den gesamten Betriebsbereich der Riemenscheiben kön­ nen eingestellt werden durch Verändern der Charakteristiken der ausgewählten Feder wie der Federkonstante, der freien Länge und der zusammengedrückten Länge.

Die Grundkonstruktion der Nabe gestattet es der Riemen­ scheibe, auf einer Welle selbstzentrierend zu sein, wobei Kugeln und Naben die Riemenscheibe axial entlang der Welle frei schwimmend beweglich lassen, während ein Drehmoment übertragen wird. Eine Selbstzentrierung minimiert die Feh­ lausrichtung und verbessert somit die Riemenlebensdauer. Eine Antriebsscheibe kann jedoch in axialer Position fi­ xiert sein, wobei die andere Antriebsscheibe relativ zu der ersten Antriebsscheibe "schwimmt".

Durch die verschachtelte Speichen- oder Mitnehmerkonstruk­ tion der Antriebsscheiben ist die Riemenscheibe beachtlich leichter als eine herkömmliche einstellbare Riemenscheibe. Darüber hinaus sorgt die äußere, in Umfangsrichtung verlau­ fende, die Mitnehmer verbindende Felge für Steifigkeit und strukturelle Festigkeit. Radiale Rippen können den Mitneh­ mern zugeführt werden, um eine erhöhte Steifigkeit zu er­ zielen.

Die abwechselnden Mitnehmer sorgen für einen erhöhten Halt des Riemens, wodurch Rutschen verringert wird. Bei der Her­ stellung der Antriebsscheiben sowohl durch Stanzen oder an­ derweitig sollten die Mitnehmer an den Kanten ausreichend abgerundet werden, um ein Durchreiben des Riemens zu ver­ meiden. Versuche haben jedoch gezeigt, daß die Lebensdauer der Riemen mit sauber fertigbearbeiteten Antriebsscheiben kein Grund zur Besorgnis ist.

Mit der verschachtelten Mitnehmerkonstruktion der Riemen­ scheibe ist der Drehzahlverhältnisbereich der Riemenscheibe nur durch den gewünschten Außendurchmesser der Riemen­ scheibe begrenzt. Darüber hinaus kann, falls sie mit einer zweiten ähnlichen Riemenscheibe kombiniert wird (Antriebs­ riemenscheibe und angetriebene Riemenscheibe) die Drehzahl der angetriebenen Riemenscheibe über einen Antriebsriemen­ scheiben-Drehzahlbereich von mehreren 1000 Umdrehungen pro Minute konstant gehalten werden. Diese spezielle Anwendung eignet sich für Anwendungen im Automobilbereich, bei denen die Motorkurbelwellendrehzahl in einem Bereich von 800 bis 6000 Umdrehungen pro Minute liegen kann und es erwünscht ist, die Lichtmaschine oder den Klimaanlagekompressor bei einer optimalen konstanten Rotationsgeschwindigkeit zu be­ treiben.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Perspektivansicht der Version eines gekrüm­ mten Mitnehmers der neuen Riemenscheibe;

Fig. 2 ist eine Perspektivansicht der alternativen Version des geradlinigem Mitnehmers der neuen Riemenscheibe;

Fig. 3 ist eine zerlegte Querschnittsansicht der Riemen­ scheibe mit gekrümmtem Mitnehmer;

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht der Riemenscheibe mit gekrümmtem Mitnehmer in der Position großen effekti­ ven Durchmessers;

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht der Riemenscheibe mit gekrümmtem Mitnehmer in der Position kleinen effek­ tiven Durchmessers;

Fig. 6 ist eine zerlegte Querschnittsansicht der Riemen­ scheibe mit geradlinigem Mitnehmer;

Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht der Riemenscheibe mit geradlinigem Mitnehmer in der Position großen effek­ tiven Durchmessers;

Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht der Riemenscheibe mit geradlinigem Mitnehmer in der Position kleinen ef­ fektiven Durchmessers;

Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht der in Fig. 7 gezeigten alternativen Riemenscheibenversion, jedoch mit einer Keilnuthülle;

Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht der in Fig. 8 gezeig­ ten alternativen Riemenscheibenversion, jedoch mit der Keilnuthülle;

Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht der Riemenscheibe mit geradlinigem Mitnehmer mit einem angebrachten Dreh­ zahlregler;

Fig. 12 ist eine Perspektivansicht einer Riemenscheibe mit gekrümmtem Mitnehmer mit einem alternativen befe­ stigten Drehzahlregler; und

Fig. 13 ist eine teilweise aufgebrochene Perspektivansicht einer Riemenscheibe mit gekrümmtem Mitnehmer mit einem zweiten alternativen angebrachten Fliehkraft­ regler.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Die allgemein mit 10 bezeichnete Riemenscheibe in Fig. 1 umfaßt ein Paar Riemenscheiben-Antriebsscheiben 12 und 14 jeweils mit verschachtelten Speichen oder Mitnehmern 16 und 18. Die Speichen oder Mitnehmer 18 der Antriebsscheibe 14 erstrecken sich einstückig zu einer Nabe 22, wie gezeigt, wobei die Ansicht der entsprechenden Nabe 20 der Antriebs­ scheibe 12 in Fig. 1 verborgen ist. Der gesamte Riemen­ scheibenaufbau ist auf einer Laufbuchse 28 und einer Welle 29 montiert. Aus Gründen der Klarheit ist eine Schraubenfe­ der 32, die sich unter den Naben 20 und 22 erstreckt in Fig. 1 teilweise gezeigt.

In den Fig. 3, 4 und 5 ist die Riemenscheibe 10 von Fig. 1 im Detail zerlegt und zusammengebaut gezeigt. In den Figu­ ren sind die gegenüberliegenden Antriebsscheiben 12 und 14 identisch und um 15 relativ zueinander um die Laufbuchse 28 und die Achse der Welle 29 verdreht. Genauso sind die einander gegenüberliegenden Naben 20 und 22 identisch und durch Löcher 38 gelocht. Innerhalb der Naben 20 und 22 be­ finden sich zwischengelagerte, in Umfangsrichtung verlau­ fende Längsnutröhren 31, die innerhalb der Nabennuten 36 komplementär zu einer Vielzahl von Laufbuchsennuten 30 aus­ gebildet sind. Um Kugellängsnuten zu bilden, sind Kugeln 34 in die Nuten 30 und 36 eingepaßt. Endkappen oder Ringe 24 oder 26 sind an den Längsnutröhren 31 angeschweißt oder an­ derweitig befestigt, um die Kugeln 34 in dem Aufbau festzu­ halten. Die Endkappen 24 und 26 sind ihrerseits in die Na­ ben 20 und 22 jeweils um die Löcher 38 eingeschweißt oder anderweitig befestigt. Somit ist jede Kugellängsnut inner­ halb einer Nabe positioniert, und die Schraubenfeder 32 paßt über die Längsnutröhren 31 innerhalb der Naben 20 und 22, um die Naben auseinanderzudrücken.

Durch Zentrieren der Laufbuchse 28 zuerst mit den Kugelnu­ ten 30 innerhalb der Antriebsscheiben 12 und 14 kann die Riemenscheibe 10 auf der Laufbuchse 28 von beiden Enden in der Teilesequenz wie in Fig. 3 gezeigt zusammengebaut wer­ den, um den in Fig. 4 und 5 gezeigten Aufbau zu erzeugen. Als ein letzter Schritt wird ein peripherer Ring oder eine Felge 40 an die Spitzen der Mitnehmer 18 geschweißt, und der periphere Ring oder die Felge 42 wird an die Spitzen der Mitnehmer 16 geschweißt oder anderweitig befestigt. Die Bauteile können auf der Laufbuchse 28 vorab zusammengebaut werden und zu einem Kunden geschickt werden. Der Kunde kann dann den Riemenscheibenaufbau auf der Welle 29 des Kundens installieren. Als eine Alternative können die peripheren Ringe 40 und 42 aus einem maßgeschneiderten Kunststoff ge­ bildet werden, wie z. B. einem faserverstärkten durch Wärme aushärtenden Harz. Mit den maßgeschneiderten Kunststoffrin­ gen 40 und 42 verwendet man eine mechanische Befestigung der Mitnehmer 16 und 18. Eine mechanische Befestigung kann Nieten mit bündigen Köpfen oder eine Ring- oder Mitnehmer­ konfiguration aufweisen, die beim Zusammenbau zusammen­ schnappt.

In Fig. 4 ist die zusammengebaute Riemenscheibe 10 gezeigt, wobei die Schraubenfeder 32 expandiert ist und die Naben 20 und 22 relativ weit auseinander sind. Bei expandierter Fe­ der 32 sind die Peripherien der Antriebsscheibe 12 und 14 relativ nah beisammen, und der effektive Durchmesser des Riemens 44 an der Riemenscheibe 10 ist relativ groß. Die Verschachtelung bzw. das Ineinandergreifen der Mitnehmer 16 und 18 ist auch bei einem verhältnismäßig großen Durchmes­ ser vorhanden, wie bei 48 gezeigt.

Durch Zusammendrücken der Naben 20 und 22 und der Feder 32 schrumpft der Durchmesser des Riemens 44 an der Riemen­ scheibe 10 auf den in Fig. 5 gezeigten Minimalwert. Die Mitnehmer sind bei einem relativ kleinen Durchmesser ver­ schachtelt, wie bei 50 gezeigt. In der gezeigten Form be­ stimmt die an die Riemenscheibe 10 angelegte Riemenspannung den effektiven Riemenscheibendurchmesser, indem sie der Streckkraft der Schraubenfeder 33 "das Gleichgewicht hält". Die Konfiguration ist außerordentlich stabil, wobei die An­ triebsscheiben, Mitnehmer und Felgen zusammengeschweißt sind, die Naben mit den Mitnehmern einstückig sind und die Endkappen und Längsnutröhren innerhalb der Naben einge­ schweißt sind. Somit kann relativ dünnes Blech verwendet werden, und einfache oder progressive Prägeplatten bzw. Stanzplatten können verwendet werden, um die einstückigen Mitnehmer und Naben, Felgen, Endkappen und Längsnutröhren auszubilden.

Die Kugellängsnuten können durch Standardkeilnuten ersetzt werden, wobei es zu einer geringfügigen Erhöhung des Rei­ bungswiderstands auf Änderungen des effektiven Riemenschei­ bendurchmessers kommt. Wie oben ist die Riemenscheibe selbstzentrierend, wobei beide Antriebsscheiben beweglich sind. Als eine potentiell kostengünstigere Alternative kön­ nen auf der Riemenscheibe durch den Riemen vereinte gegen­ überliegende Antriebsscheiben als nicht beweglich auf den Laufbuchsen ausgestaltet werden, und man kann den Riemen bei Änderungen des Drehzahlverhältnisses sich axial ver­ schieben lassen.

Eine balgenförmige Haube kann über der Schraubenfeder 32 eingefügt werden oder mit der Feder einstückig gegossen werden, um zu verhindern, daß Abrieb bzw. Fremdkörper der Feder in den Weg kommen oder in die Kugellängsnuten im Mit­ telpunkt der Riemenscheibe eindringen. Balgenförmige Hauben können auch an den Enden der Naben oder Endkappen hinzuge­ fügt werden.

Fig. 2 zeigt eine allgemein mit 110 bezeichnete Riemen­ scheibe, die auch aus Blechstanzteilen hergestellt werden kann, die jedoch für schwere Querschnitte und hohe Bela­ stung eher angepaßt ist. Diese Riemenscheibe behält die Vorteile der Symmetrie zwischen den Antriebsscheiben 112 und 114, den Naben 120 (nicht gezeigt) und 122 an den End­ kappen 124 (nicht gezeigt) und 126 bei. In diesem Ausfüh­ rungsbeispiel haben die Antriebsscheiben 112 und 114 mit einstückigen Speichen oder Mitnehmern 116 und 118 jeweils eine im wesentlichen konische Form. Die Mitnehmer 116 und 118 sind an den Naben 120 und 122 unter einem Abstand von den Endkappen 124 und 126 befestigt. Die Naben 120 und 122 sind jeweils mit einer Vielzahl axial paralleler Fortsätze 140 ausgebildet, die jeweils ihrerseits mit einem sich ra­ dial erstreckenden Flanschabschnitt 142 gebildet sind, wie es am besten in der zerlegten Ansicht in Fig. 6 gezeigt ist. Jeder der Flanschabschnitte 142 entspricht einem Mit­ nehmer 116 oder 118 und ist nach dem Zusammenbau daran be­ festigt.

Wie in Fig. 6 gezeigt, umgibt die schraubenförmige Druck­ streckfeder 132 die Welle 128 und ist innerhalb der Viel­ zahl von Fortsätzen 140 eingeschlossen. Die Kugelnuten 130 sind in der Welle 128 wie oben ausgebildet, doch sind die Nabennuten 136 in den dicken Enden der Naben 120 und 122 ausgebildet. Wie oben, müssen die Kugelnuten 130 oder die Nabennuten 136 dem 15-Versatz der verschachtelten An­ triebsscheiben 112 und 114 angepaßt sein. Wie gezeigt, er­ strecken sich die Nabennuten 136 in die relativ dicken End­ kappen 124 und 126. Somit sind nicht nur die Mitnehmer 116 und 118 verschachtelt, sondern auch die Fortsätze 140 und Flanschabschnitte 142. Insbesondere und wie am besten in Fig. 7 und 8 gezeigt, sind die Mitnehmer 116 und 118 nur während den Einstellungen größeren effektiven Durchmessers der Riemenscheibe 110 verschachtelt.

In Fig. 7 ist die zusammengebaute Riemenscheibe 110 ge­ zeigt, wobei die Schraubenfeder 132 gestreckt ist und die Naben 120 und 122 zu den Grenzen der Kugelnuten 130 der Welle ausgedehnt sind. Somit bleiben die Flansche 142 der Naben 120 und 122 verschachtelt, und die Mitnehmer 116 und 118 sind verschachtelt, wie bei 148 gezeigt. Mit gestreck­ ter Feder 132 sind die Peripherien der Antriebsscheibe 112 und 114 relativ nahe beieinander und der effektive Riemen­ durchmesser der Riemenscheibe 10 relativ groß. Die Mitneh­ mer können an die einzelnen Flanschabschnitte 142 bei 144 angeschweißt werden oder anderweitig zusammengefügt werden.

Durch Zusammendrücken der Naben 120 und 122 und der Feder 132 schrumpft der effektive Riemendurchmesser der Riemen­ scheibe 110 auf das in Fig. 8 dargestellte Minimum. Die parallelen Fortsätze 140 sind vollkommen verschachtelt und die Mitnehmer 116 und 118 sind beabstandet wie gezeigt. Wie oben bestimmt die an die Riemenscheibe 110 angelegte Rie­ menspannung den effektiven Riemenscheibendurchmesser, indem sie der Ausdehnungskraft der Schraubenfeder 132 "das Gleichgewicht hält". In Fig. 7 und 8 sind die Endkappen 124 und 126 jeweils an die Naben 120 und 122 bei 146 ange­ schweißt oder anderweitig befestigt. Wie man leicht sieht, kann die Konfiguration für die Stabilität aus relativ dicken Abschnitten gefertigt werden. In jedem der Ausführungs­ beispiele der Riemenscheibe 10 oder 110 können die Mitneh­ mer weiterhin versteift werden, indem man radiale Rippen hinzufügt oder an ihnen ausbildet.

In Fig. 9 und 10 ist die Riemenscheibe 110 von Fig. 2 an einer Hülle 228 mit den darin ausgebildeten Kugelnuten 230 montiert. Wie gezeigt, ist die Riemenscheibe 110 von dem maximalen Durchmesser in Fig. 9 zu dem minimalen Durchmes­ ser in Fig. 10 einstellbar. Die Hülle 228 ist ihrerseits an einer Welle 229 mit einem herkömmlichen Keil 231 in einer Keilnut 233 montiert. Die Hülle 228 beinhaltet eine ange­ paßte Keilnut 235, wodurch die Kombination einen fahrenden Eingriff zwischen der Welle und der Hülle 228 bildet. Die Abwandlung der Hülle 228 von Fig. 9 und 10 ist auch auf die Riemenscheibe 10 von Fig. 1 anwendbar.

In Fig. 11 ist die Riemenscheibe 110 von Fig. 2 abgewandelt 310 gezeigt für eine Kombination mit einem allgemein mit 311 bezeichneten Fliehkraftregler. In dem Ausführungsbei­ spiel ist die linke Endkappe 324 an der Nabe 320 durch me­ chanische Befestigungsvorrichtungen 346 befestigt. Eine Schraubenfeder 332 drückt die Naben 320 und 322 auseinan­ der. Die rechte Endkappe ist jedoch durch einen relativ großen hohlen Kegel 326 ersetzt, der an der Nabe 322 mit mechanischen Befestigungseinrichtungen 347 befestigt ist. Wie gezeigt, umgibt der Kegel 326 die Welle 328 und rotiert mit der Riemenscheibe 310 und der Welle.

Die Antriebsscheiben 312 und 314 sind im wesentlichen wie oben, doch beinhaltet die Antriebsscheibe 312 Befestigungs­ einrichtungen 313, die eine geöffnete zentrierte Scheibe 315 daran befestigen. An der Scheibe 315 sind drei Paare von Blöcken 317 befestigt, die ihrerseits befestigte Wellen 319 halten. Die Blöcke 317 und Wellen 319 können zusammen und an die Scheibe 315 geschweißt werden, oder es werden mechanische Befestigungseinrichtungen verwendet. An jede Welle 319 zwischen jedem Paar von Blöcken 317 ist ein Arm 321 rotierbar befestigt, der seinerseits eine an dem Arm rotierbar befestigte Walze 323 hat. Federn 325 drücken die Arme 321 nach innen und die Walzen 323 in Kontakt mit dem Kegel 326. Die Arme 321 sind um den Kegel 326 gleichmäßig beabstandet, damit ein ausgeglichener Kontakt mit dem Kegel 326 und ein vollständig ausgeglichener Riemenscheibe-Flieh­ kraftregler-Aufbau zustandekommt.

Die Schraubenfeder 332 und Torsionsfeder 325, das Gewicht von jedem Arm 321 und der Walze 323 werden ausgewählt, um zu bewirken, daß der Fliehkraftregler auf die folgende Art und Weise um die geplante Drehzahl der Riemenscheibe 310 herum arbeitet. Wie in Fig. 11 gezeigt, ist der Riemen­ durchmesser bei einem Maximum, und die Anordnung rotiert mit ausreichender Drehzahl, daß die Walzen 323 geringfügig von dem Kegel 326 abgehoben sind. In dem Fall, daß die Ro­ tationsdrehzahl abnimmt, nimmt die Zentrifugalkraft auf die Arme 321 ab, und die Federn 325 zwingen die Walzen 321 in Kontakt mit dem Kegel 326. Mit abnehmender Drehzahl bewegen sich der Kegel 326 und die Scheibe 315 aufeinander zu, wo­ durch eine Kompression der Schraubenfeder 332 und ein ab­ nehmender Riemendurchmesser der Riemenscheibe verursacht wird. Bei einer angetriebenen Riemenscheibe nimmt das Dreh­ zahlverhältnis zu einer Antriebsriemenscheibe ab, und die relative Drehzahl der angetriebenen Riemenscheibe nimmt zu. Daher neigt der Fliegkraftregler dazu, die Riemenscheibe 310 auf einer konstanten Drehzahl zu halten.

In Fig. 12 ist eine alternative Form des allgemein mit 411 bezeichneten, an der Riemenscheibe von Fig. 1 befestigten Fliehkraftreglers gezeigt. Die Mitnehmer 418 der Riemen­ scheibe sind durch Punktschweißung oder anderweitig an dem weiten peripheren Ring 415 an der Außenseite einer Seite der Riemenscheibe dauerhaft befestigt. Die Mitnehmer 416 und 418 erstrecken sich einstückig von den äußeren Naben, wie in Fig. 3 gezeigt. Ein Ring 442 kann ein enger Ring wie bei 42 in Fig. 3 sein.

Zwei Paare Platten 426 sind an den peripheren Ring 414 an­ geschweißt oder anderweitig befestigt, wobei jede Platte einen gekrümmten Schlitz 425 hat, der eine Nockenbahn bil­ det. Jedes Paar Platten 426 und Schlitze 425 beinhaltet ein in den Schlitzen bewegliches Fluggewicht 423. Von der End­ kappe 424 erstrecken sich radial ein Paar radialer Stangen 421, die mit radialen Schlitzen 419 ausgebildet sind, wobei sich die Fluggewichte 423 durch sie hindurch erstrecken. Die Endkappe 424 ist an der Nabe 420 mechanisch befestigt. Dieser spezielle Fliehkraftregler wirkt als eine Betäti­ gungsvorrichtung optimaler Drehzahl auf eine Antriebswelle 428 ein. Eine selbstspannende Riemenscheibe, wie in Fig. 1 oder 2 oben gezeigt, wird durch den Riemen angetrieben. Wenn die Drehzahl der Antriebswelle 428 zunimmt, bewegen sich die Fluggewichte 423 radial in den Schlitzen 419 und 425 nach außen, wodurch bewirkt wird, daß die Fluggewichte voneinander weggleiten und der effektive Riemenscheiben­ durchmesser abnimmt.

Fig. 13 zeigt eine weitere Abwandlung des Fliehkraftreglers oder der Betätigungsvorrichtung optimaler Drehzahl von Fig. 12. Die Antriebsscheiben und Mitnehmer 416 und 418 und die Naben 420 und 422 bleiben wie in Fig. 12. Die abgewandelte Endkappe 424 hält die radialen Stangen 421 mit Schlitzen 419 und darin befindlichen Fluggewichten 423. Die periphe­ ren Ringe 415′ an der Außenseite der Riemenscheibe erstrecken sich nicht radial so tief nach innen wie der Ring 415 in Fig. 12, da die Plattenpaare durch ein Paar leicht ge­ krümmter Schalen 426′ ersetzt werden, die an einen der pe­ ripheren Ringe 415′ angeschweißt oder anderweitig dauerhaft befestigt sind. Die Schalen 426′ sind durch einen Schlitz 425 getrennt, durch welchen sich die radialen Stangen 421 wie gezeigt erstrecken können. Die runden Enden der Flugge­ wichte 423 sind mit den inneren Oberflächen der gekrümmten Schalen 426′ neben dem Schlitz 425′ in Eingriff.

Wenn die Drehzahl der Eingangswelle 428 zunimmt, rollen so­ mit die Fluggewichte 423 beim Betrieb in den Schlitzen 419 radial nach außen. Der Eingriff der Fluggewichte mit den Schalen 426′ bewirkt, daß sich die Antriebsscheiben an ih­ rer Peripherie trennen und sich der effektive Durchmesser der Riemenscheibe verringert.

Um auf Fig. 12 und 13 zurückzukommen, wird durch das Profil oder die Krümmung der Schlitze 425 oder die Krümmung der Schale 426′ neben dem Schlitz 425′ das Antriebsverhältnis oder Drehzahlverhältnis der Riemenscheibe/Riemen-Kombina­ tion bestimmt. Diese Krümmungen sind eine Funktion der Kraft der Schraubenfeder 432 (voreingestellter Kompres­ sionsabstand und Federkonstante), der Masse der Flugge­ wichte, des äußeren Antriebsscheibendurchmessers, des zwi­ schen den Antriebsscheiben eingeschlossenen Winkels (V-Rie­ menwinkel) und der gesamten Kompressionsdistanz bzw. dem Druckabstand der Naben. Jeder dieser Parameter kann zu einer ersten Näherung durch mathematische Berechnung bestä­ tigt werden und geometrisch kombiniert werden, um eine er­ ste Annährung für die Krümmung bereitzustellen. Die Krüm­ mung kann daraufhin weiter geglättet werden durch zusätzli­ che mathematische Annährung und Testen eines Prototyps einer Kombination einer Betätigungseinrichtung optimaler Drehzahl und einer Riemenscheibe.

Beim Auswählen der Schraubenfeder 432 für die Riemenscheibe der Betätigungseinrichtung optimaler Drehzahl sollte man darauf achten, eine voreingestellte Kompression und Feder­ konstante auszuwählen, die dann die maximale Kompression und Federkonstante der begleitenden Schraubenfeder der selbstspannenden Riemenscheibe ausgleichen. Somit kann durch richtiges Auswählen der Schraubenfedern das maximale Antriebsverhältnis einer Kombination aus Riemenscheibenpaar und Riemen erzielt werden (größter effektiver Durchmesser der Riemenscheibe der Betätigungseinrichtung optimaler Drehzahl und kleinster effektiver Durchmesser der selbst­ spannenden Riemenscheibe), und zwar bei niedriger Eingabe­ drehzahl an der Eingabewelle. Wenn die Eingabedrehzahl zu­ nimmt, neigt die Zentrifugalwirkung der Fluggewichte in den Schlitzen (sie wirken gegen die Schlitze 425 in der Platte 426 oder der Krümmung 425′ der Schale 426′) dazu, die Feder in der Nabe der Riemenscheibe der Betätigungseinrichtung optimaler Drehzahl zusammenzudrücken, wodurch ihr effekti­ ver Durchmesser verringert wird. Die selbstspannende Rie­ menscheibe übernimmt die Schlaffheit, indem sie ihren ef­ fektiven Durchmesser erhöht, und das gesamte Antriebsver­ hältnis der Kombination des Riemenscheibenpaars und des Riemens wird verringert.

Claims (20)

1. Riemenscheibe (10) mit veränderlichem effektivem Durch­ messer, welche ein Paar gegenüberliegender Naben (20, 22) und ein Paar gegenüberliegender Antriebsscheiben (12, 14) aufweist, die zum Eingriff mit einem Riemen ausgelegt sind, wobei die Antriebsscheiben (12, 14) jeweils eine Vielzahl von speichenartigen Mitnehmern (16, 18) aufweisen, die sich allgemein nach außen in Richtung der Riemenscheibenperiphe­ rie erstrecken und jede Antriebsscheibe (12, 14) einen ge­ sonderten peripheren Ring (40, 42) beinhaltet, wobei jeder Ring an den Spitzen der Mitnehmer (16, 18) der entsprechen­ den Antriebsscheibe befestigt ist und die Mitnehmer jeder Antriebsscheibe einstückig mit der entsprechenden Nabe (20, 22) gebildet sind, wobei die Mitnehmer (16, 18) der An­ triebsscheiben (12, 14) während zumindest eines Teils des Bereichs effektiver Durchmesser der Riemenscheibe (10) in­ einandergreifend verschachtelt sind.

2. Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Antriebsscheibe (12) und einstückige Nabe (20) mit der anderen Antriebsscheibe (14) und Nabe (22) im wesentli­ chen identisch ist.

3. Riemenscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (20, 22) und die Mitnehmer (16, 18) jeder An­ triebsscheibe (12, 14) als ein Stanzteil aus einem einzigen Stück gebildet sind.

4. Riemenscheibe nach Anspruch 1 einschließlich einer Feder (32) innerhalb der Nabe (20, 22), welche die Naben ausein­ anderdrückt.

5. Riemenscheibe nach Anspruch 1 einschließlich einer Lauf­ buchse (28), die sich axial durch die Naben (20, 22) er­ streckt, und zumindest einer Längsnut (30), die zumindest eine Nabe (20, 22) mit der Laufbuchse (28) verbindet, wobei es die Längsnut (30) zumindest einer Nabe (20) gestattet, sich auf der Laufbuchse (28) relativ zu der anderen Nabe (22) axial zu bewegen.

6. Riemenscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt der Längsnut (30) in der Laufbuchse (28) gebildet ist und einschließlich einer zwischengelagerten in Umfangsrichtung verlaufenden Röhre innerhalb einer Nabe (20), wobei der komplementäre Abschnitt (31) der Längsnut (30) in der in Umfangsrichtung verlaufenden Röhre gebildet ist.

7. Riemenscheibe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsnut (30) eine Kugellängsnut aufweist.

8. Riemenscheibe nach Anspruch 1 einschließlich eines Fliehkraftreglers (311), der an der Riemenscheibe (10) be­ festigt ist und ausgelegt ist, um eine relative axiale Be­ wegung zwischen den Antriebsscheiben (12, 14) und der Fe­ dereinrichtung (32) auf der Riemenscheibe zu erzwingen, die so ausgelegt ist, daß eine axiale Bewegung der Antriebs­ scheiben (12, 14) entgegengesetzt zu dem Fliehkraftregler (311) erzwungen wird.

9. Riemenscheibe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftregler (311) zumindest ein Fluggewicht (423), eine Einrichtung (425, 426) zum Erzwingen, daß sich das Fluggewicht (423) im wesentlichen radial bewegt, und an eine Riemenscheibe (12, 14) befestigte und sich mit dem Fluggewicht (423) in Eingriff befindliche Einrichtungen be­ inhaltet, wobei eine radiale Bewegung des Fluggewichts (423) veranlaßt, daß sich die Antriebsscheibe (12) axial relativ zu der anderen Antriebsscheibe (14) bewegt.

10. Riemenscheibe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (425, 426), mit der ein Zwang auf die Bewegung des Fluggewichts (423) ausgeübt wird, einen radia­ len Schlitz (419) aufweist und daß die Einrichtung in Ein­ griff mit dem Fluggewicht (423) zumindest eine gekrümmte Nockenbahn (425) aufweist.

11. Riemenscheibe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (425, 426) mit der ein Zwang auf die Bewegung des Fluggewichts (423) ausgeübt wird, einen radia­ len Schlitz (419) aufweist und daß die Einrichtung in Ein­ griff mit dem Fluggewicht (423) zumindest eine gekrümmte Schale (426′) aufweist.

12. Riemenscheibe mit veränderlichem effektiven Durchmes­ ser, welche ein Paar gegenüberliegender Naben (420, 422) und ein Paar gegenüberliegender Antriebsscheiben aufweist, die zum Eingriff mit einem Riemen ausgelegt sind, wobei die Antriebsscheiben jeweils einen gesonderten peripheren Ring (415) und eine Vielzahl von speichenartigen Mitnehmern (416, 418) aufweisen, wobei sich die Mitnehmer im allgemei­ nen nach außen zu dem peripheren Ring (415) erstrecken und an dem peripheren Ring (415) befestigt sind und die Mitneh­ mer der Antriebsscheiben während zumindest einem Abschnitt des Bereichs der effektiven Durchmesser der Riemenscheibe (10) verschachtelt ineinandergreifen.

13. Riemenscheibe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsscheiben im wesentlichen identisch sind.

14. Riemenscheibe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsscheibenmitnehmer (416, 418) teilweise ge­ krümmt sind und sich einstückig von im wesentlichen zylin­ drischen Naben (420, 422) erstrecken.

15. Riemenscheibe nach Anspruch 10 einschließlich einer Fe­ dereinrichtung (432) innerhalb der Naben (420, 422), um eine Bewegung einer Nabe (420) relativ zu der anderen Nabe (422) zu erzwingen.

16. Riemenscheibe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede Nabe (420, 422) eine Vielzahl von Fortsätzen (140) parallel zu der Riemenscheibenachse und an der Vielzahl von Mitnehmern (416, 418) an der entsprechenden Antriebsscheibe befestigt beinhaltet und wobei eine Federeinrichtung (432) innerhalb der Vielzahl von Fortsätzen (140) eine Bewegung einer Nabe (420) relativ zu der anderen Nabe (422) er­ zwingt.

17. Riemenscheibe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede Nabe (420, 422) mit einer Einrichtung für einen fahrenden Eingriff gebildet ist und einschließlich einer Laufbuchse (28), die extern für einen fahrenden Eingriff mit den Naben (420, 422) ausgebildet ist und intern für einen fahrenden Eingriff mit einer darin befindlichen Welle ausgebildet ist, wobei die Laufbuchse (28) im wesentlichen innerhalb der Naben (420, 422) angeordnet ist.

18. Riemenscheibe nach Anspruch 12 einschließlich einer Fe­ dereinrichtung (432), um eine Bewegung einer Nabe (420) re­ lativ zu der anderen Nabe (422) zu erzwingen, und einem an den Riemenscheibe (10) befestigtem Fliehkraftregler (311), wobei der Fliehkraftregler (311) ausgelegt ist, um eine re­ lative axiale Bewegung zwischen den Antriebsscheiben entge­ gengesetzt zu der relativen Bewegung der durch die Feder (432) beaufschlagten Naben (420, 422) zu erzwingen.

19. Riemenscheibe mit veränderlichem effektivem Durchmes­ ser, welche ein Paar gegenüberliegender Naben (420, 422) und ein Paar gegenüberliegender Antriebsscheiben aufweist,
wobei die Antriebsscheiben für einen Eingriff mit einem Riemen ausgelegt sind und jede Antriebsscheibe eine Viel­ zahl von Mitnehmern (416, 418) beinhaltet, die sich allge­ mein nach innen auf die Riemenscheibenachse hinzu erstrecken und die Mitnehmer jeder Antriebsscheibe während zumin­ dest einem Abschnitt des Bereichs der effektiven Durchmes­ ser der Riemenscheibe verschachtelt sind,
wobei jede Nabe (420, 422) eine Vielzahl von Fortsätzen (140) parallel zu der Riemenscheibenachse und an der Vielzahl von Mitnehmern (416, 418) an der entsprechenden Antriebsscheibe befestigt, und
eine Federeinrichtung (432) innerhalb der Fortsätze (140) zum Erzwingen einer Bewegung einer Nabe (420) relativ zu der anderen Nabe (422) beinhaltet,
wobei die gegenüberliegenden Naben (420, 422) im wesentli­ chen identisch sind und die gegenüberliegenden Antriebs­ scheiben im wesentlichen identisch sind, um eine um eine mittlere Ebene senkrecht zu der Riemenscheibenachse symme­ trische Riemenscheibe (10) zu bilden.

20. Riemenscheibe nach Anspruch 19 einschließlich einem an der Riemenscheibe befestigten Fliehkraftregler (311), wobei der Fliegkraftregler (311) ausgelegt ist, um eine relative axiale Bewegung zwischen den Antriebsscheiben entgegenge­ setzt zu der relativen Bewegung der durch die Federeinrich­ tung (432) beaufschlagten Naben (420, 422) zu erzwingen.