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Keilriemengetriebe für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf
ein Keilriemengetriebe mit einer Regelvorrichtung, die die Leistung einer Kraftmaschine
abtastet und die Drehmoment-und Drehzahländerung in eine Regelbewegung verwandelt.
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Bei Steuerungsvorrichtungen und insbesondere bei automatischenZentrifugalsteuerungsvorrichtungen
ist es bekannt, einen Gummikörper, der aus einer Platte mit einer ringförmigen zentrischen
Verdickung und mit einem abschließenden verstärkten Bund besteht, unter Einwirkung
der Zentrifugalkraft eine axiale Bewegung ausführen zu lassen. Dadurch wird eine
Steuerungsbewegung ausgelöst. Die Vorrichtung ist als Zentrifugalschalter geeignet.
Der Regler soll mit einer Schnappbewegung bei einer konstanten und vorherbestimmten
Drehzahl in Wirksamkeit treten.
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Ferner ist es bekannt bei einem Keilriemengetriebe zwischen der verschiebbaren
Scheibe und einem Gegenlager ein Bündel von zylindrischen Stäben mit balligen Enden
zylindrisch anzuordnen und von einem Gummiring verhältnismäßig geringer Wandstärke
gegen die Keilriemenscheibe und den Stützring drücken zu lassen. Der axiale Abstand
der beide Kegelscheibenhälften wird durch die Einwirkung des übertragenen Drehmomentes
und der Fliehkraft auf einen ringförmigen Gummikörper verändert.
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Die Zentrifugalkraft der elastischen Muffe steigt bei zunehmender
Drehzahl ungefähr mit der zweiten Potenz an. Somit übt das von der Muffe zusammengehaltene
Stabbündel mit zunehmender Drehzahl einen abnehmenden Druck auf die verschiebbare
Keilriemenscheibe aus. Um aber den ebenfalls durch die Zentrifugalkraft bei zunehmender
Drehzahl zunehmende Kraft erfordernden Reibungsschluß zwischen den Scheiben und
den auseinanderdrückenden Keilriemen aufrechtzuerhalten, müßte die Kraft, die die
Muffe auf das Stabbündel und damit die bewegliche Keilriemenscheibe ausübt, auch
mit der Drehzahl zunehmen.
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Ferner ist eine Keilriemenscheibensteuerung bekanntgeworden, bei der
ein ringförmiger Gummikörper unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft eine axiale
Bewegung ausführt und dadurch eine Steuerungsbewegung auslöst.
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Der Gummikörper kann die Aufgabe der Steuerung durch axiales Ausweichen
nur unvollkommen erfüllen, da sein Volumen einer Bewegung der verschiebbaren Scheibe
in axialer Richtung im Wege ist. Der Innendurchmesser des Gummikörpers beträgt ungefähr
nur ein Drittel von seinem Außendurchmesser. Ein solcher Gummikörper setzt infolgedessen
der Verformung in radialer Richtung durch die Zentrifugalkraft einen großen Widerstand
entgegen. Die Formänderung des Gummikörpers durch die Einwirkung der Zentrifugalkraft
ist nicht unmittelbar für die Verstellung der losen Scheibe maßgebend, sondern die
durch die Zentrifugalkraft ausgeübten Zugkräfte des Ringes, die ohne die Spannkraft
der Scheiben dem Riemen die Form eines Kreisringes geben würden. Ferner kann die
durch die Umdrehungszahl der treibenden Welle auf den Riemen ausgeübte Zugkraft
in bekannter Weise durch Fliehgewichte erzeugt sein, die die anderen zugehörigen
Scheiben zueinander in axialer Richtung verschiebt. Die Umdrehungszahl der treibenden
Welle erfolgt nur mittelbar, nämlich über fliegende Fliehgewichte oder den Keilriemen,
der als solcher der Zentrifugalkraft unterworfen ist, auf den Gummikörper.
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Es ist auch nicht mehr neu, auf verschiedene Faktoren ansprechende
Verstellvorrichtungen auf der Antriebswelle und auf der Abtriebswelle anzuordnen:
Die Erfindung geht aus von einem Keilriemengetriebe für Kraftfahrzeuge, bei dem
Keilriemen-Scheiben in Abhängigkeit von einer durch die Fliehkraft und durch das
Drehmoment beeinflußten, zwischen einer auf der Welle festen Scheibe und einer Keilriemenscheibe
auftretenden elastischen Formänderung gegeneinander verstellbar sind.
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Das Neue besteht darin, daß die elastische Formänderung an mindestens
zwei Gummikörpern auftritt: Auf diese Weise sind Zwischenräume zwischen den Gummikörpern
vorhanden. Die Zentrifugalkraft kann unmittelbar zur Verstellung der Keilriemenscheibenhälfte
einwirken, ohne daß sich die Gummikörper bei ihrer dazu notwendigen Verformung gegenseitig
hindern.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt.
In Abb. 1 überträgt eine Welle 1 von einem nicht dargestellten Motor das Drehmoment
über einen Keil 2 auf eine Scheibe 3: Gummikörper 4 sind einerseits mit der Scheibe
3,
andererseits mit einer Keilriemenscheibenhälfte 5 haftend verbunden.
Die Keilriemenscheibenhälfte 5 ist vierdrehbar und verschiebbar auf der Welle 1
auf einem Ansatz 6 einer Keilriemenscheibenhälfte 7 gelagert. In axialer Richtung
ist die Beweglichkeit der Keilriemenscheibenhälfte 5 durch einen Anschlag 8 und
einen Bund 9 an der Keilriemenscheibenhälfte 7 begrenzt. Die Keilriemenscheibenhälfte
7 ist vierdrehbar, aber nicht verschiebbar, beispielsweise begrenzt durch einen
Ring 10 und die Anschlagscheibe 8 auf der Welle 1 gehalten. Die Keilriemenscheibenhälften5
und 7 können miteinander durch Keilwellenprofile über den Ansatz 6 verbunden sein.
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Zwischen den Keilriemenscheibenhälften 5 und 7 und nicht dargestellten
Keilriemenabtriebsscheibenhälften läuft in bekannter Weise ein Keilriemen 11 und
überträgt beispielsweise von diesen die Motorleistung auf das oder die Antriebsräder
eines Kraftfahrzeugs.
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Wird nun von dem Motor unter Zwischenschaltung einer üblichen Kupplung
oder auch einer Fliehgewichtskupplung die Welle 1 in Umdrehung versetzt, so läuft
die Scheibe 3 zwangläufig mit der Welle 1 um. Die Keilriemenscheiben 5 und 7, die
über die Abtriebswelle die Leistung auf das Antriebsrad übertragen, bleiben in Drehrichtung
gesehen dabei hinter der Scheibe 3 zurück. Es treten Zugkräfte in dem Gummikörper
4 auf, die die Scheibe 5 mit erhöhter Kraft gegen die Anschlagscheibe 8 drücken.
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Infolge der inneren Lage des Keilriemens 11 an den Keilriemenscheiben
5 und 7 wird durch den Motor eine große Zugkraft auf den Keilriemen 11 und über
die Abtriebswelle auf das Hinterrad übertragen. Beginnt sich nun das Fahrzeug in
Bewegung zu setzen, so laufen die Keilriemenscheiben 5 und 7 und die Scheibe 3 schneller
um. In den Gummikörpern 4 wird dadurch die Zentrifugalkraft wirksam, und sie werden
in Richtung der Zentrifugalkraft verformt. So verringern die Gummikörper 4 zunächst
den Spalt zwischen sich und der Scheibe 3. Dabei wirkt auch eine Kraftkomponente
in axialer Richtung, die die bewegliche Keilriemenscheibe 5 nach rechts drückt.
Der Keilriemen 11 steigt zwangläufig zwischen den Scheiben 5 und 7 auf einen größeren
Durchmesser. Bei gleichem auf die Welle 1 übertragenem Drehmoment wie vorher werden
dadurch die Zugkräfte im Keilriemen 11 geringer. Dementsprechend wird zwischen der
Scheibe 3 und der Scheibe 5 auch die durch die Verformung der Gummikörper 4 bedingte
Verdrehung geringer. Die Keilriemenscheibenhälfte 5 verdreht sich also eine Kleinigkeit
in Drehrichtung zur Scheibe 3. Bei weiter fortschreitender Steigerung der Drehzahl
nehmen die Scheiben 5 und 7 die in Abb.2 dargestellte Stellung ein. Dabei erreicht
die Welle 1 ihre höchste Drehzahl, und infolgedessen erreichen die Gummikörper 4
ihre größte, von der Fliehkraft bewirkte Verformung. Ihre Verformung in Umfangsrichtung
ist dabei verhältnismäßig gering, da die Zugkraft im Riemen im Verhältnis zu der
Ausgangsstellung in Abb. 1 klein ist. Tritt nun beispielsweise durch Befahren einer
Steigung ohne Übergang ein erhöhter Fahrwiderstand bei den Antriebsrädern und damit
an der Antriebswelle auch eine vergrößerte Zugkraft auf, die abhängig von dem Massenträgheitsmoment
des nicht dargestellen Motors ist, so wird die Zugkraft im Keilriemen 11 größer
und damit auch die Kraft, die die Scheiben 5 und 7 auseinandertreibt. Die Energiereserve
aus der Massenträgheit des Motors ist aber gering. Die Zugkraft des Motors verringert
sich, und dadurch nimmt allmählich die Drehzahl ab, so daß auch die auf die Gummikörper
durch die Zentrifugalkraft wirkenden Kräfte kleiner werden. Die Gummikörper 4 sind
also bestrebt, in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren, und ziehen die Scheibe
5 zusätzlich in Richtung auf die Scheibe 3.
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Eine ähnliche Beeinflussung der Verstellung durch die Gummikörper
4 ist auch in anderen Fahrzuständen gegeben. Es ist beispielsweise möglich, die
Regelcharakteristik des Getriebes so auszulegen, daß ein Antriebsmotor, insbesondere
ein Zweitaktmotor, in den Teillastgebieten mit geringstem spezifischem Brennstoffverbrauch
läuft. Nur durch entsprechend schnelle Veränderung der Gashebelstellung wirkt das
größte Drehmoment des Motors und wird dabei die Keilriemenscheibenhälfte 5 in Richtung
auf die Scheiben 3 gezogen. Das hat den Vorteil, daß in dem Teillastbereich mit
an sich geringem Brennstoffverbrauch der Motor auch noch mit einer relativ großen
Übersetzung gefahren wird. Aus diesem Zustand kann jederzeit durch Betätigung des
Gashebels das volle Drehmoment und davon abhängig eine Untersetzung z. B. zum Beschleunigen
oder Bergsteigen gewählt werden.
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Diese Ausführung ist besonders einfach. Die Gummikörper vereinigen
in sich die Eigenschaften von Federn in axialer, radialer und Umfangsrichtung und
der sonst üblichen Fliehgewichte, ferner dämpfen sie den durch Schwingungen der
Scheiben 5 und 7 entstehenden Lärm. Durch die Zahl der Gummikörper 4, ihre Formgebung
in radialer und in Umfangsrichtung ist in weiten Grenzen eine Abstimmung der Größe
der Zentrifugalkraft und der Federkraft des Gummis in der Umfangsrichtung möglich.
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Abb.3 und 4 zeigen eine weitere Ausführungsmöglichkeit eines stufenlosen
automatischen Keilriemengetriebes.
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Eine Welle 12 wird von einem nicht dargestellten Motor über eine ebenfalls
nicht dargestellte Reibkupplung angetrieben. Ist die Welle 12 über die Kupplung
mit dem Motor verbunden - beispielsweise beim Anfahren - so wird ein großes Drehmoment
übertragen, und das Getriebe nimmt die in Abb.3 dargestellte Stellung ein. Wird
die Verbindung zwischen der Welle 12 und. dem Motor unterbrochen, so stellt sich
die in Abb. 4 dargestellte Lage des Getriebes infolge der Kraft der Gummikörper
21 und der Feder 19 ein.
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Nach der Abb. 3 wird das Drehmoment von der Welle 12 über einen Keil
13 auf eine Scheibe 14 übertragen. Die Scheibe 14 ist mit einer Keilriemenscheibe
15 durch elastische Gummielemente 21 verbunden. Die Keilriemenscheibenhälfte 15
und eine Keilriemenscheibenhälfte 16 übertragen in an sich bekannter Weise mittels
eines Keilriemens 17 das Drehmoment auf eine nicht dargestellte Abtriebswelle. Die
K.eilriemenscheibenhälfte 16 ist mit einem Ansatz 18 drehbar und verschiebbar auf
der Welle 12 gelagert und wird durch eine Feder 19 nach rechts gedrückt.
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Wird nun beim Anfahren oder einer anderen Belastung durch das Drehmoment
der Welle 12 die Scheibe 14 gegenüber der Keilriemenscheibenhälfte 15, die durch
den Fahrwiderstand über den Keilriemen 17 belastet ist, verdreht, so werden die
Stäbe 20 in die in Abb. 3 gezeichnete gerade Lage gebracht und damit eine innere
Stellung des Keilriemens 17 zwischen den Keilriemenscheibenhälften 15 und= 16 erzwungen.
Der Keilriemen 17 wird in die in Abb. 4 dargestellte Lage gebracht, wenn sich die
Zugkraft des Keilriemens 17 verringert und davon abhängig
auch die
Verdrehung der Gummikörper 21. Die Keilriemenscheibenhälften 15 und 16 nähern sich,
und die Stäbe 20 nehmen eine schräge Stellung ein. Die sich dabei entspannende Feder
19 sorgt sowohl für den Reibungsschluß zwischen den beiden Keilriemenscheibenhälften
15 und 16 als auch dafür, daß die Kniegelenkstäbe 20 nicht aus ihren Kugelpfannen
22 und 23 herausspringen. Beim Auskuppeln, d. h. bei Unterbrechen der Verbindung
zwischen dem Motor und der Welle 12 ist kein Drehmoment wirksam, so daß sich die
in Abb.4 gezeichnete Stellung in dem Getriebe einstellt. Wenn nun wieder durch Einkuppeln
ein Drehmoment auf die Welle 12 übertragen wird, wird durch Verformung der Gummikörper
21 eine der Abb. 3 entsprechende Stellung des Getriebes eingestellt. Es ist also
nicht notwendig, wie es im ersten Augenblick aussieht, daß bei dem Getriebe mit
einer Riemenstellung, die der größeren Übersetzung (Abb. 4) entspricht, angefahren
werden muß.
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Die in Abb.1 bis 4 dargestellten Drehmomenttaster sollen vorzugsweise
auf der Antriebswelle von Keilriemengetrieben angeordnet sein, also abhängig von
dem jeweiligen Drehmoment der Antriebsmaschine regeln, gleichgültig ob das Drehmoment
durch den Verbrennungsdruck oder bei plötzlich gesteigerter Kraftabnahme kurzzeitig
auch durch die Massenträgheit der Motorteile erzeugt wird.
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Eine Anbringung des Drehmomenttasters hinter der Abtriebswelle des
Keilriemengetriebes, also z. B. zwischen Keilriemen-Abtriebswelle und Ritzel zum
Antriebsrad eines Kraftfahrzeuges, ist ungünstig, weil die Regelkraft an der Abtriebswelle
jeweils noch um das Übersetzungsverhältnis des Keilriemengetriebes vergrößert wird.
Das Übersetzungsverhältnis des Keilriemengetriebes multipliziert infolgedessen als
Faktor die Regelkraft zur Verstellung der Übersetzung, und das Getriebe neigt so
zu den extremen Stellungen - dem größten oder dem kleinsten Gang -, während die
Zwischenstellungen nur durch zusätzliche komplizierte Regelelemente benutzbar werden.
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Abb. 5 zeigt eine Vorrichtung, von der ganz allgemein das Drehmoment
auf einer Antriebswelle einer Kraftmaschine durch ein Regelglied abgetastet und
in eine Regelbewegung verwandelt wird. Auf einer nicht dargestellten Antriebswelle
einer Kraftmaschine sitzt ein Flansch 24 fest aufgekeilt. Ein Flansch 25 hat auf
der Welle einen losen Sitz und ist durch Gummikörper 26 mit dem Flansch 24 verbunden.
Die Gummikörper können auf den Flansch 25 bzw. 24 aufvulkanisiert sein oder durch
seitliche Begrenzungswände (Abt). 6) gesichert sein. Wird vom Flansch 25 eine Leistung
abgenommen, dann stellen die Gummikörper eine Drehfeder dar, welche auf eine Steigerung
des Drehmomentes mit einem mehr oder weniger proportionalen Drehwinkel zwischen
den Flanschen 25 und 24 reagiert. Dieser Drehwinkel wird in eine axiale Verschiebung
einer Muffe 27 durch die Kniehebel 28 verwandelt. Mit einer derartigen Vorrichtung
hat man es auch in der Hand, eine mehr oder minder große Progression zwischen der
Muffenbewegung und dem Drehwinkel am Drehmomenttaster zu erzeugen, indem die Länge
und der Winkel des Drehhebels in der Nullstellung beliebig gewählt werden können.
Eine Progression in der Gummidrehfeder 26 kann beispielsweise durch den Kniehebel
28 aufgehoben, aber auch ebensogut verstärkt werden.
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In Abb. 6 sind die Gummikörper 34 mit Scheiben 35 und 36 haftend verbunden.
Die Scheibe 35 trägt Mitnehmerstifte37 und 38, die Scheibe 36Mitnehmerstifte 39
und 40. Die Scheiben 35 und 36 können zur austauschbaren Anbringung der in Abb.5
dargestellten Gummikörper dienen. Die Mitnehmerbolzen 37, 38, 39 und 40 sind in
entsprechende Bohrungen der Wellenansätze bzw. Scheiben befestigt. Es ist dadurch
eine leichte Austauschmöglichkeit der Gummikörper 34 für Reparaturzwecke gegeben.