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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Riemenscheibe für ein stufenlos einstellbares
Getriebe entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Getriebe
der oben genannten Art sind bekannt, die im wesentlichen eine Antriebswelle
und eine mit der Antriebswelle verbindbare Antriebsriemenscheibe
umfassen, die zwei Riemenscheibenhälften aufweist, welche zur
Einstellung des Wickeldurchmessers eines Keilriemens eine V-Nut
veränderlicher
Größe bilden.
Zur Veränderung
der Größe der Nut
ist eine der Riemenscheibenhälften
bezüglich
der anderen mittels einer mechanischen Fliehkraftsteuervorrichtung
oder mittels eines elektronisch gesteuerten Stellantriebs axial
beweglich.
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Getriebe
der oben genannten Art umfassen ferner eine Abtriebsriemenscheibe,
die über
den Keilriemen mit der Antriebsriemenscheibe verbunden und normalerweise
reaktiv ist, d.h. von zwei Riemenscheibenhälften gebildet ist, die durch
eine Feder axial aufeinander zu belastet sind, um den wirksamen Durchmesser
umgekehrt zu demjenigen der Antriebsriemenscheibe automatisch anzupassen.
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Bei
einer bekannten Lösung
sind die beiden Riemenscheibenhälften
der Abtriebsriemenscheibe zusätzlich
zur Feder mittels einer drehmomentabhängigen Axialschub-Kompensationsvorrichtung
miteinander verbunden, um bei Beschleunigung des Getriebes eine
zusätzliche
Axiallastkomponente zu erzeugen. Die Kompensationsvorrichtung ist
von einer mit einer der Riemenscheibenhälften einstückig ausgeführten Nockenführung und
von einem Kurvenabtaster gebildet, der innerhalb der Führung läuft und
einstückig
mit der anderen Riemenscheibenhälfte
ausgebildet ist, und die Führung
ist von einem Schlitz gebildet, der bezüglich der Achse der Riemenscheibenhälften so
geneigt ist, daß an
dem Kurvenabtaster als Reaktion auf ein auf die Riemenscheibe wirkendes
Antriebsmoment eine Axiallastkomponente erzeugt wird und damit der
von den Riemenscheibenhälften
auf die Seiten des Riemens ausgeübte
Kompressionsdruck erhöht
wird.
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Auf
diese Weise kann beim Start ein hoher Axialschub erzielt werden,
während
die Last auf die Feder und damit der bei Bedingungen mit niedrigem Dreh moment
von der Feder erzeugte Axialschub relativ gering gehalten wird,
wodurch der Wirkungsgrad des Getriebes erhöht und der Verschleiß des Riemens
verringert wird.
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Wenn
ein Bremsmoment vorhanden ist, funktionieren bekannte Axialschub-Kompensationsvorrichtungen
jedoch in entgegengesetzter Weise, d.h. sie erzeugen einen Axialschub
entgegen der Last der Feder, wodurch bei einer Verlangsamung das Änderungsverhalten
bezüglich
des Geschwindigkeitsverhältnisses
beeinträchtigt
wird, und der Riemen wird nicht richtig freigegeben, wodurch die Wirksamkeit,
mit der das Bremsmoment des Motors beim Verlangsamen bzw. Bremsen übertragen
wird, verringert wird.
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Aus
der JP-A-10 110797 ist ein Beispiel für eine Riemenscheibe für ein stufenlos
einstellbares Getriebe mit den oben beschriebenen Nachteilen bekannt.
Eine derartige Riemenscheibe weist insbesondere eine Axialschub-Kompensationsvorrichtung
auf, die von einem Schlitz, der von einer der Riemenscheibenhälften getragen
ist, sowie von einem Kurvenabtaster gebildet ist, der von der anderen
Riemenscheibenhälfte
getragen ist und in den Schlitz eingreift. Der Schlitz weist einen
geneigten Abschnitt auf, an dem der Kurvenabtaster im Vorwärtsantriebsmodus
als Reaktion sowohl auf ein Antriebsmoment als auch auf ein Bremsmoment
angreift. Bei dieser Anordnung wird die Riemenkompression als Reaktion
auf ein Antriebsmoment wirksam erhöht, doch als Reaktion auf ein
Bremsmoment wird die Riemenkompression gelöst.
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Aus
der US-B-6413178 und dem nächstkommenden
Stand der Technik, der US-A-2002/0065156, sind Riemenscheiben für ein stufenlos
einstellbares Getriebe bekannt, das zur Optimierung des bei unterschiedlichen
Betriebszuständen
von den Riemenscheibenhälften
auf die Seiten des Riemens ausgeübten
Axialschubs mit einer Axialschub-Kompensationsvorrichtung versehen
ist.
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Die
darin offenbarten Riemenscheiben sind jedoch aufwendig und kostspielig
in der Herstellung.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Riemenscheibe
für ein
stufenlos einstellbares Getriebe zu schaffen, welche die oben beschriebenen
Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.
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Erfindungsgemäß ist eine
in Anspruch 1 beanspruchte Riemenscheibe geschaffen.
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Beispielhaft
wird eine bevorzugte, nicht einschränkende Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben;
darin zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines Getriebes mit einer erfindungsgemäßen Riemenscheibe;
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2 einen
Axialschnitt der Riemenscheibe, deren obere und untere Hälfte zwei
Betriebszustände zeigen;
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3 einen
Axialschnitt der Riemenscheibe, wobei der Übersichtlichkeit halber Teile
entfernt wurden;
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4 bis 9 schematische
Zeichnungen, in denen unterschiedliche Betriebszustände einer Axialschub-Kompensationsvorrichtung
veranschaulicht sind, die Teil der Riemenscheibe aus 2 ist.
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Mit
dem Bezugszeichen 1 ist in 1 als Ganzes
ein mechanisch gesteuertes, einstellbares Automatikgetriebe für ein Fahrzeug,
z.B. ein Motorroller oder ein Kleinstwagen, bezeichnet.
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Das
Getriebe 1 umfaßt
eine Antriebswelle 2 der Achse A, eine Abtriebswelle 3 der
zur Achse A parallelen Achse B, eine Antriebsbaugruppe 5,
die an der Antriebswelle 2 befestigt ist und eine Antriebsriemenscheibe 6 aufweist,
die über
eine nicht gezeigte Reibungskupplung mit der Antriebswelle 2 verbindbar
ist, sowie eine an der Abtriebswelle 3 angebrachte Abtriebsriemenscheibe 7.
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Die
Riemenscheiben 6 und 7 sind jeweils von zwei Riemenscheibenhälften 6a, 6b bzw. 7a, 7b gebildet,
die jeweilige Nuten 8 und 9 veränderlicher Größe für einen
Keilriemen C bilden.
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Die
Antriebswelle 2 ist starr mit einem Schwungrad 10 verbunden,
das seinerseits an einer Antriebswelle 11 eines teilweise
gezeigten Motors 12 des Fahrzeugs befestigt ist.
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Eine
Fliehkraftsteuervorrichtung 13, die nicht dargestellt ist,
da sie nicht Teil der vorliegenden Erfindung bildet, verbindet die
Riemenscheibe 6 mit der Antriebswelle 2 und verändert die
Größe der Nut 8 in Abhängigkeit
von der Drehzahl der Antriebswelle 2.
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Die
Riemenscheibe 7 ist eine reaktive Riemenscheibe: Die Riemenscheibenhälften 7a, 7b sind auf
bekannte Weise durch eine Feder 14 axial aufeinander zu
belastet, damit der wirksame Durchmesser entgegengesetzt zu demjenigen
der Riemenscheibe 6 automatisch angepaßt wird.
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Mit
Bezug auf die 2 und 3 ist die Riemenscheibenhälfte 7b insbesondere
einstückig mit
einer rohrförmigen
Nabe 15 ausgeführt,
die über einen
Keil 16 an der Abtriebswelle 3 angebracht ist, ist
axial an der Welle 3 befestigt, ist daher starr mit der
Abtriebswelle 3 verbunden und ist deshalb im folgenden
als „feste
Riemenscheibenhälfte" bezeichnet.
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Die
Riemenscheibenhälfte 7a ist
starr mit einer gleitend an der Nabe 15 angebrachten rohrförmigen Hülse 17 verbunden,
beispielsweise auf diese gerammt, und ist daher im folgenden als
die „bewegliche
Riemenscheibenhälfte" bezeichnet.
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Die
Hülse 17 und
die Nabe 17 sind über
eine Axialschub-Kompensationsvorrichtung 20 miteinander
verbunden, die im wesentlichen einen oder mehrere in der Hülse 17 gebildete
Schlitze 21, z.B. drei jeweils um 120° beabstandete Schlitze, sowie
eine entsprechende Anzahl von Kurvenabtastern umfaßt, die von
in geeigneter Weise konvexen Rollen 22 gebildet sind, welche
von Stiften 23 getragen sind, die sich radial von der Nabe 15 erstrecken
und in jeweilige Schlitze 21 eingreifen. Die Schlitze 21 (4 bis 9)
sind im wesentlichen dreieckig und sind axial von einer im wesentlichen
geraden, von der festen Riemenscheibenhälfte 7b abgewandten
Grundseite 24 und umfangsmäßig von zwei gekrümmten Seiten 25, 26 begrenzt.
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Die
Grundseite 24 bildet einen axialen Anschlag für die jeweilige
Rolle 22, wenn sich die Riemenscheibenhälften 7a, 7b in
dem Zustand befinden, in dem sie am weitesten einander angenähert sind und
der dem maximalen wirksamen Durchmesser der Riemenscheibe 7 entspricht
(Motor im Leerlauf).
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Die
Seiten 25, 26, die jeden Schlitz 21 in
der Bewegungsrichtung bzw. der der Bewegung entgegengesetzten Richtung
definieren, sind über
jeweilige Biegungen 27, 28 mit der Grundseite 24 verbunden
und konvergieren auf der der Grundseite 24 gegenüberliegenden
Seite unter Bildung eines im wesentlichen axialen Abschnitts 29 des
Schlitzes 21, der seinerseits in einer Biegung 30 endet,
die einen axialen Anschlag für
die jeweilige Rolle 22 bildet, wenn sich die Riemenscheibenhälften 7a, 7b in
dem maximal voneinander getrennten Zustand befinden, der dem kleinsten
wirksamen Durchmesser der Riemenscheibe 7 entspricht.
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Jede
Seite 26 umfaßt
angrenzend an die Grundseite 24 einen im wesentlichen um
45° geneigten
Abschnitt 31 sowie eine Zwischenkrümmung 32, die den
Abschnitt 31 mit dem im wesentlichen axialen Abschnitt 29 des
Schlitzes verbindet. Jede Seite 25 hat ein gleichförmigeres
Profil, mit einer Neigung, die derjenigen des Abschnitts 31 der
Seite 26 entgegengesetzt ist und unter Bildung einer nach
innen konvexen Krümmung
des Schlitzes 21 allmählich
abnimmt.
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Die
Feder 14 ist außen
mit der Nabe 15 und der Hülse 17 koaxial und
ist axial zwischen einer Halteplatte 33, die an dem zur
festen Riemenscheibenhälfte 7b entgegengesetzten
Ende 19 der Nabe 15 angebracht ist, und der beweglichen
Riemenscheibenhälfte 7a zusammengedrückt, bzw.
genauer gesagt, einem napfförmigen
Element 34, welches an der Hülse 17 angebracht
ist und axial mit der beweglichen Riemenscheibenhälfte 7a zusammenwirkt,
um die Schlitze 21 zu schützen und Schmutz oder Fremdkörper fernzuhalten.
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Die
Riemenscheibe 7 funktioniert wie folgt.
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Wenn
sich der Motor im Leerlauf befindet, läuft die Getriebebaugruppe 5 im
Leerlauf auf der Antriebswelle 2. Wenn sich die Drehzahl
der Antriebswelle 2 erhöht
und einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, verbindet die
Fliehkraftsteuervorrichtung 13 auf herkömmliche Weise die Riemenscheibe 6 mit
der Antriebswelle 2. Neben Drehzahländerungen der Antriebswelle 2 verändert die
Steuervorrichtung 13 die Größe der Nut 8 der Riemenscheibe 6 auf
bekannte Weise, insbesondere verringert sie sie bei ansteigender
Drehzahl und erhöht
sie bei sich verringernder Drehzahl.
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Mittels
der Feder 14, die die Riemenscheibenhälften 7a, 7b aufeinander
zu belastet, paßt
die reaktive Riemenscheibe 7 ihren wirksamen Durchmesser
entgegengesetzt zu demjenigen der Riemenscheibe 6 an.
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Genauer
gesagt wird bei ansteigendem wirksamen Durchmesser der Riemenscheibe 6 durch
die sich ergebende Erhöhung
der Zugkraft auf den Riemen C die Wirkung der Feder 14 überwunden
und die bewegliche Riemenscheibenhälfte 7a von der festen Riemenscheibenhälfte 7b wegbewegt,
wie in der oberen und der unteren Hälfte von 2 gezeigt. Umgekehrt
läßt dann,
wenn sich der wirksame Durchmesser der Riemenscheibe 6 verringert,
auch die Riemenspannung nach, und die Feder 14 bewegt die
bewegliche Riemenscheibenhälfte 7a zur
festen Riemenscheibenhälfte 7b hin.
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Erfindungsgemäß kommt
zum elastischen Schub der Feder 14 noch die Wirkung der
Axialschub-Kompensationsvorrichtung 20 hinzu, die einen zusätzlichen
Schub ausübt,
sowohl bei der Beschleunigung als auch bei der Verlangsamung, wie
weiter unten ausgeführt
ist.
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Die
Seiten 25 und 26 jedes Schlitzes 21 bilden
durch eine Wechselwirkung mit der Rolle 22 beim Verzögern und
Beschleunigen jeweilige Verzögerungs-
und Beschleunigungsnocken.
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Bei
der Beschleunigung und der Verzögerung
bewirkt nämlich
das Antriebsmoment bzw. das Bremsmoment, daß die Riemenscheibenhälften 7a und 7b zueinander
winkelmäßig gleiten.
Genauer gesagt hat die bewegliche Riemenscheibenhälfte 7a bei Vorliegen
eines Antriebsmoments die Neigung, der festen Riemenscheibenhälfte 7b,
die einstückig
an die Abtriebswelle 3 angeformt und daher der Trägheit der
angetriebenen Massen unterworfen ist, „vorzueilen", wohingegen bei
der Verzögerung,
bei der das Fahrzeug über
den Motor „herrscht", die bewegliche Riemenscheibenhälfte 7a vom
Motor gebremst wird und bezüglich
der festen Riemenscheibenhälfte
eher „nacheilt". Die Rollen 22 wirken
somit beim Beschleunigen mit den Seiten 26 zusammen, die
auf der der Drehrichtung entgegengesetzten Seite jeweilige Schlitze 21 bilden,
und beim Verzögern
mit den Seiten 25 zusammen, die auf der Drehrichtungsseite
jeweilige Schlitze 21 bilden.
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Die
Wirkung der Relativdrehung zwischen den Riemenscheibenhälften ist
von dem Maß des Drehmoments
abhängig,
so daß bei
einem gegebenen Profil der Seiten 25, 26 die Axialschub-Kompensationsvorrichtung 20 einen
Axialschub erzeugt, der vom Drehmoment abhängt und insbesondere mit diesem
ansteigt.
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In
den 4 bis 9 sind schematisch die verschiedenen
Betriebszustände
der Vorrichtung 20 gezeigt, die mit Bezug auf einen Schlitz 21 und
die zugehörige
Rolle 22 dargestellt und beschrieben sind.
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Bei
Leerlaufdrehzahl sind die Riemenscheibenhälften 7a, 7b in
dem Zustand, in dem sie am weitesten einander angenähert sind,
so daß die
Rolle 22 an der Grundseite 24 des Schlitzes 21 anliegt.
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Bei
Vorliegen eines Beschleunigungsmoments bewegt sich die Rolle 22 aus
den oben genannten Gründen
in Anlage mit der Seite 26 (4) und ist
daher im wesentlichen an der Biegung 28 positioniert.
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Mit
zunehmender Drehzahl der Antriebswelle 2 werden die Riemenscheibenhälften 7a, 7b durch die
Zugkraft auf den Riemen und entgegen dem vereinten Schub der Feder 14 und
der Vorrichtung 20 axial voneinander getrennt. Wie in 5 gezeigt,
erzeugt die Berührung
zwischen der Rolle 22 und dem geneigten Abschnitt 31 der
Seite 26 nämlich
eine Resultante F, die in eine tangentiale Komponente FR und eine
axiale Komponente FA aufteilbar ist, die das Greifen der beweglichen
Riemenscheibenhälfte 7a axial
zum Riemen C unterstützt
und so die Erhöhung des übertragbaren
Drehmoments fördert.
Es ist darauf hinzuweisen, daß die
Komponente FA längs
des Abschnitts 31, der dem Bereich des Motors mit dem maximalen
Drehmoment entspricht, hoch ist, und während die Rolle 22 über die
Krümmung 32 in
den Abschnitt 29 des Schlitzes 21 rollt, auf Null
geht, d.h. bei Bedingungen mit maximaler Drehzahl (6), bei
denen weniger Drehmoment übertragen
wird und die Wirkung der Feder 14 daher ausreicht, um zu
verhindern, daß der
Riemen rutscht.
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Bei
der Verlangsamung berührt
aus den oben genannten Gründen
die Rolle 22 die Seite 25 des Schlitzes (7),
so daß noch
immer eine axiale Komponente FA erzeugt wird und zum Schub der Feder 14 hinzukommt,
um die Riemenscheibenhälfte 7a axial
zum Riemen C zu greifen. Bei Leerlaufdrehzahl (8),
wenn das Fahrzeug steht, befindet sich die Rolle 22 an
der Biegung 27 und berührt
die Grundseite 24 des Schlitzes 21.
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Beim
nächsten
Start (9) bewirkt das Antriebsmoment, daß die Riemenscheibenhälften 7a, 7b zueinander
winkelmäßig gleiten,
so daß die
Rolle 22 auf die Seite 26 hinüberbewegt wird, d.h. in den gleichen
Zustand, wie er mit Bezug auf 4 beschrieben
worden ist.
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Die
Vorteile des erfindungsgemäßen Getriebes 1 werden
aus der vorangehenden Beschreibung deutlich.
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Erstens
erzeugt die Axialschub-Kompensationsvorrichtung 20 auch
bei der Verlangsamung einen zusätzlichen
axialen Schub auf die bewegliche Riemenscheibenhälfte 7a, wodurch die
Wirksamkeit des Bremsmoments des Motors beim Verlangsamen und Bremsen
erhöht
wird.
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Zweitens
ist der von der Vorrichtung 20 beim Beschleunigen erzeugte
Teil des Axialschubs beim Start am höchsten, wenn das Antriebsmoment
des Motors am höchsten
ist, wodurch die Wirksamkeit des Getriebes in diesem Stadium erhöht wird.
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Es
ist klar, daß an
dem hierin beschriebenen Getriebe 1 Änderungen vorgenommen werden
können,
ohne jedoch vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.
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Insbesondere
kann die Axialschub-Kompensationsvorrichtung 20 an der
Antriebsriemenscheibe 6 verwendet werden.
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Auch
hinsichtlich der Anzahl, der Anordnung und der Form der Schlitze 21 und
der Kurvenabtaster 22 können Änderungen
vorgenommen werden.