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Stufenlos verstellbares Keilriemenwechselgetriebe Die Erfindung betrifft
ein stufenlos verstellbares Keilriemenwechselgetriebe.
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Derartige Getriebe haben zwei auf parallelen Wellen angeordnete Kegelscheibenpaare,
von denen mindestens ein Kegelscheibenpaar eine axial verschiebbare Kegelscheibenhälfte
aufweist. Das übersetzungsverhältnis des Getriebes wird durch die Stellung dieser
Kegelscheibenhälfte bestimmt, deren Verstellung vielfach mit hydraulischen Mitteln
erfolgt. Die Einstellung kann auch selbsttätig in Abhängigkeit von irgendwelchen
physikalischen Größen geschehen.
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Es ist ferner bekannt, die verschiebbare Kegelscheibenhälfte eines
Keilriemenwechseigetriebes als Stellglied in einem Regelkreis zu benutzen, indem
z. B. das Obersetzungsverhältnis zwischen zwei Wellen laufend derart eingestellt
wird, daß sich trotz schwankender Drehzahl der Antriebswelle für die Nebenwelle
eine konstante Drehzahl ergibt.
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Es ist für ein Keilriemenwechselgetriebe bereits vorgeschlagen worden,
die axial verschiebbare Kegelscheibenhälfte durch hydraulische Mittel sowohl von
der Drehzahl als auch von der Leistungseinstellung eines Motors abhängig zu steuern.
Bei dem vorgeschlagenen Getriebe wird die Stellung der verschiebbaren Kegelscheibenhälfte
und damit das Cbertragungsverhältnis durch den Flüssigkeitsdruck auf einen Kolben
bestimmt, der unter dem Gegendruck einer Feder steht. Es sind jedoch keine Mittel
vorgesehen, durch die das Ergebnis der Steuerung, nämlich das sich einstellende
Übersetzungsverhältnis, in die Steueranordnung zurückwirkt.
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Die Erfindung geht von einem Keilriemenwechselgetriebe mit zwei auf
parallelen Wellen angeordneten Kegelscheibenpaaren aus, deren axial verschiebbare
Kegelscheibenhälften einem in Abhängigkeit von der Drehzahl der treibenden Welle
veränderbaren hydraulischen Druck ausgesetzt werden. Es ist die Aufgabe der Erfindung,
eine dauernde Rückwirk ing von der tatsächlichen Stellung der verschiebbaren Kegelscheibenhälfte
auf den auf dieses Stellglied ausgeübten hydraulischen Druck vorzusehen, um dadurch
die Steuerbewegungen zu dämpfen und damit den Steuervorgang zu beruhigen.
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Nach der Erfindung wird dies durch eine Kombination der folgenden
technischen Mittel erreicht: Ein außerhalb der Getriebewellen angeordnetes Kolbenventil,
dessen Kolben durch ein Hebelgestänge von der Leistungssteuerung des Motors beeinflußt
wird, ist hydraulisch mit einem den hydraulischen Druck an der axial verschiebbaren
Kegelscheibenhälfte der -treibenden Welle steuernden Doppelkolbenventil verbunden,
das außerdem mit einem von der Drehzahl der treibenden Welle gesteuerten Druckwandler
in Verbindung, steht und dessen einer Kolben mit einem der axial yerschiebbaren
Keggelscheibenhälfte anliegenden Abtastglied, starr gekoppelt ist, wobei die Abtastglieder
zusammen mit dem Kolben nach Art einer Rückkopplung den auf die Scheibenhälfte ausgeübten
Druck in Abhängigkeit von der axialen SteRung der Scheibenhälfte regeln. Durch die
Abtastung der momentanen Stellung der verschiebbaren Kegelscheibenhälfte wirkt das
Ergebnis der leistung- und drehzahlabhängigen übersetzungssteuerung auf die Steuerung
zurück und führt zu einer wesentlichen Beruhigung des Steuervorganges, indem die
Pendelbewegungen der Kegelscheibenhälfte um die Sollwerte vermindert werden.
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Unter Druckwandler ist im Sinne der Erfindung eine Einrichtung zu
verstehen, durch die eine Drehbewegung in einen entsprechenden Steuerdruck umgewandelt
wird, z. B. ein Fliehkraftkolbenventil oder eine drehzahlabhängige Druckpumpe.
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An zwei Ausführungsbeispielen soll die Erfindung unter Bezugnahme
auf die Figuren erläutert werden: Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung
schematisch eine bevorzugte Anwendungsform einer Steuervorrichtung für ein Keilriemenwechselgetriebe
ZD nach der Erfindung; Fig. 2 steHt einen Querschnitt durch ein Kolbenventil der
Anordnung nach Fig. 1 dar;
Fig. 3 ist die perspektivische
Darstellung, teilweise im Querschnitt, eines Fliehkraftkolbenventils der Anordnung
nach Fig. 1;
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine Ventilkombination der
Steuervorrichtung nach Fig. 1;
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung
einer teilweise im Querschnitt dar- e stellten Abwandlun- der Anordnung nach Fig.
1.
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Gemäß Fig. 1, die eine bevorzugte Anwendungsform der erfindungsgemäßen
Steuervorrichtung für das übersetzungsverhältnis eines besonders für Kraftfahrzeuge
geeigneten Keilriemenwechselgetriebes darstellt, trägt eine Antriebswelle
10 ein Kegelscheibenpaar 11, bestehend aus einer mit der Welle
10 fest verbundenen Scheibenhälfte 12 und einer drehfest auf der Welle
10 axial verschiebbaren Scheibenhälfte 13.
Ein Treibriemen 14 stellt
die Triebverbindung von dem treibenden Kegelscheibenpaar 11 zum getriebenen
Kegelscheibenpaar 15 her, das aus den Kegelscheibenhälften 16, 17
besteht. Die Scheibenhälfte 16
ist fest und die Scheibenhälfte 17 drehfest
und axial verschiebbar auf derAbtriebswelle 18 angeordnet. Die axial verschiebbare
Scheibenhälfte 17 wird in geeigneter Weise gegen den Riemen 14 gedrückt.
Das getriebene Kegelscheibenpaar 15 steht über die Welle 18
z. B. mit
den Rädern eines Kraftwagens in Antriebsverbindun-Der Motor, mit dem die treibende
Welle 10 verbunden ist, weist eine übliche Leistungssteuerung auf, wie z.
B. die herkömmliche Drosselklappe eines Verbrennungsmotors. Die Leistungssteuerung
wirkt über ein Hebelgestänge. bestehend aus einer Stange 19
und einem doppelarmigen
Hebel 20, der bei 21 drehbar gelagert ist, auf eine Kolbenstange 22, die mittels
des Bolzens 23 an den Hebel 20 angelenkt ist. In einem Gehäuse 24 befindet
sich ein Kolbenventil 25,
dessen Aufbau nachfolgend an Hand der Fig. 2 beschrieben
werden soll.
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Die Kolbenstange22 trägt einen Kolben26, der innerhalb eines ortsfesten
zylindrischen Gehäuses 27
verschiebbar ist. Die Stellung des Kolbens
26 im Gehäuse 27 wird durch die Leistungseinstellung über das Hebelgestänge
19, 20 und die Kolbenstange 22 bestimmt. In dem zylindrischen Gehäuse
27 sind ferner ein zweiter Kolben 28 und eine Schraubenfeder
30
angeordnet. Auf den Kolben 28 wirkt einerseits die durch die Feder
30 übertragene Kraft des Kolbens 26
und andererseits ein durch die
Flüssigkeitsleitung 31
in den zylindrischen Raum 32 zwischen dem Kolben
28 und der rechten Gehäusewand 27 des Ventils 25
übertragener
Druck, der durch ein Fliehkraftkolbenventil 33 gesteuert wird. Dieses Miehkraftkolbenventil
dient als Druckwandler zur Umwandlung einer Drehbewegung in einen Steuerdruck.
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An die öffnungen. 34, 36, 38 im Gehäuse 27 sind
je eine Flüssigkeitsleitung 37, 35, 39 angeschlossen. Durch die Leitung
37 kann Flüssigkeit mit einem Druck von etwa 28 at zugeführt werden.
In der Leitun- 35 herrscht nur ein Druck von etwa 14 at. In der neutralen
Stellung, wie sie Fig. zeigt, deckt der Ventilkolben 28 die Öffnungen 34
und 36 ab, und gibt die öffnung 38 der seine ringförmige Nut
29 g
Druckleitung 39 frei.
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Durch eine mit der treibenden Welle 10 fest verbundene Scheibe41,
einen Treibriemen41' und eine zweite Scheibe 42 wird die Welle 43 des Fliehkraftkolbenventils
33 mit einer der Drehzahl der Welle 10
proportionalen Drehzahl
-angetrieben. Die Fig. 3 zeigt Einzelheiten des Fliehkraftkolbenim
ventils 33. Die Welle 43 ist in der ortsfesten Büchse 44 drehbar gelagert.
In eine Ringnut 45 der Büchse C
44 mündet ein zweiter Zweig der Druckleitung
37.
C
In eine zweite Ringnut 46 der Büchse 44 mündet die Flüssigkeitsdruckleitung
31, deren anderes Ent:-,e in das Kolbenventil 25 mündet (s. Fig. 2).
Der rotierende Teil 47 des Ventils 33 besteht aus einem zentralen Block-teil
48, einem zylindrischen Ventilteil 49, eineni zylindrischen Gegengewicht
50, einem zylindrischen axialen Teil 51 und der zylindrischen Welle
43. Die mit der Welle 43 fluchtende Welle 52 dient zur Lagerung des Fliehkraftkolbenventils
33. In Fig. 1 ist das Gehäuse 53 erkennbar, das den zentralen
Blockteil 48, den zylindrischen Ventilteil 49 und das zylindrische Gegengewicht
50 des Ventils 33 umgibt.
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Der zylindrische Verrtilteil 49 des Ventils 33 ist mit einer
zylindrischen Bohrung 54 versehen, die einer, zylindrischen Ventilkolben
55 enthält. Der Kolben 55
ist mit einer Ringnut 56, einer zentralen
BohrLjpg 57
und einer transversalen Bohrung 58 zwischen der Ringnut
56 und der Bohrung 57 versehen. Der Hub des Kolbens 55 wird'durch
zwei Anschlä-e 59 begrenzt. Mit 60 und 61 sind zwei in die
Venfilbohrung 54 mündende Bohrungen bezeichnet. EinFlüssiggl-eitskanal
62 stellt eine Verbindung zwischen der Ringnut 45 in der festen Büchse 44
und der Ventilbohrung 54 des Ventilteiles 49 her. Ein zweiter Kanal 63 verbindet
die Ringnut 46 in der Büchse 44 mit der Ventilbohrung 54 des Ventilteiles 49. Ein
Dichtungsring 65
unter einerVerschlußkappe 64 dichtet den rotierenden Körper
47 flüssigkeitsdicht gegen die feste Büchse 44 ab.
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Das übersetzungsverhältnis zwischen dem treibenden Kegelscheibenpaar
11 und dem getriebenen Kegelscheibenpaar 15 wird durch die Stellung
der axial verschiebbaren Kegelscheibenhälfte 13 bestimmt, deren Stellung
von dem über den beweglichen Flansch 66 und über die Leitung 80 zugeführten
Druck abhängt.
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Die axial verschiebbare Kegelscheibenhälfte 13
trägt einen Ansatz
67, dessen flache Oberfläc'-,#-# 68
senkrecht zur treibenden Welle
10 verläuft. Ein Druckgestänge 69 drückt mit einer Rolle
70 gegen die Oberfläche 68 des Ansatzes 67. Das Druckgestänge
69 ist fest mit einem Kolben 71 eines Steuerverrtils 72
verbunden,
das des näheren in der Fig. 4 dargestellt ist. Der verschiebbare Kolben
71 des Steuerventils 72
ist mit einer Ringnut 73 und an seiner
rechten Stimfläche mit einer Auskragung 74 versehen. Der Ventilkolben
71 befindet sich in einem zylindrischen Gehäuse 75, das mit der Kolbenstange
76 eines Kolbens 77 im Zylinder des Ventils 40 verbunden ist. Rechts
vom Ventilkolben 71 ist eine Schraubenfeder 78 im Gehäuse
75 untergebracht.
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Fig. 4 zeigt den Ventilkolben 71 in seiner neutralen Stellung.
In dieser _Stellung gibt die Ringnut 73 die Mündung einer Steuerleitung
80 frei und deckt die Mündungen der Leitungen 37 und 79 ab.
Durch die Leitung 37 kann Flüssigkeit mit einem Druck von etwa
28 at zugeführt werden. In der Leitung 79
herrscht ein Druck von nur
etwa 1,4 at. Die Steuerleitung 80 ist mittels einer Dichtung 81 mit
einem Flansch 66 der axial verschiebbaren Kegelscheibenhälfte 13 verbunden.
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Der Kolben 77 des Ventils 40 ist innerhalb des zylindrischen
Gehäuses 82 verschiebbar, welches fest an dem ortsfesten Teil 83 verankert
ist. Zwei ringförmige
Anschläge 84 bestimmen den maximalen Hub
des Kolbens 77. Eine Ringdichtung 85 zwischen der Kolbenstange
76 und dem Zylindergehäuse 82
dichtet das letztere flüssigkeitsdicht
ab. Die Leitunc 37 mündet in das linke und die Flüssigkeitsleitung
39
in das rechte Ende des Gehäuses 82.
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Die Steuerung des Obersetzungsverhältnisses geht bei der Anordnung
nach Fig. 1 bis 4 in der folgenden Weise vor sich: Bei einer bestimmten Belastung
und einer bestimmten Motorenleistung stellt sich ein bestimmtes übersetzungsverhältnis
ein, wie es durch die Stellung der axial verschiebbaren Kegelscheibenhälfte
13 festgelegt ist. Die Steuerungsteile nehmen dabei die in den Fig. 2 bis
4 dargestellten neutralen Stellungen ein. Wenn die Leistung und Geschwindigkeit
des Fahrzeuges erhöht werden sollen, so wird die Kolbenstange 22 über das Hebelgestänge
19, 20 nach rechts bewegt. Die Kolbenstange 22 drückt dann den Kolben
26 -des Kolbenventils 25 nach rechts (s. Fil-. 2). Dieser Druck wird
über die Schraubenfeder 30 auf den Kolben 21: übertragen und drängt diesen
gegen den Flüssigkcitbdruck im Raum 32 ebenfalls nach rechts. Dabei legt
der Kolben 28 die öffnung 36 frei und ermöglicht das Entweichen von
Flüssigkeit aus der Ringnut 29 durch die Leitung 35.
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Die Flüssigkeitsabflußleitung 35 ist dann über die Ringnut
29 und über die Leitung 39 mit dem rechts vom Kolben 77 befindlichen
Raum des Ventils 40 verbunden (s. Fig. 4). Das hat zur Folge. daß der Kolben
77 durch den größeren Druck von links nach rechts _gedrückt wird. Da das
Gehäuse 75 des Ventils 72 starr mit der Kolbenstange 76 deb
Kolbens 77 verbunden ist, wird das Gehäuse 75 ebenfalls nach rechts
gedrückt. Durch diese Verlagerung des Gehäuses 75
nach rechts wird die Ringnut
73 im Kolben 71 mit der Niederdruckleitung 79 verbunden, was
eine Ver--.-ninderung des Flüssigkeitsdruckes ii, der Lcitung 80
und damit
einen verminderten Druck- auf die axial verschiebbare Kegelscheibenhälfte
13 zur Folge hat. Dadurch bewirkt der durch die Spannung des Riemens 14 auf
die Kegelscheibenhälfte 13 ausgeübte Druck, daß diese nach rechts verschoben
und das üb,ersetzungsverhältnis zwischen dem treibenden Kegelscheibenpaar
11 und dem getriebenen Kegelscheibenpaar 15 vermindert wird. Die flache
Oberfläche 68 des Ansatzes 67 drückt nach rechts gegen die Rolle
70 des Druckgestänges 69 und damit auch den Ventilkolben
71 gegen die Kraft der Schraubenfeder 78 auf den Kolben
71, bis dieser - die Öffnung der Leitung 79 wieder schließt, wodurch
ein weiterer Rückgang des Flüssigkeitsdruckes gegen die axial verschiebbare Kegelscheibenhälfte
13 verhindert wird.
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Die Verminderung des übersetzungsverhältnisses zwischen dem treibenden
und dem getriebenen Kegelscheibenpaar 11 bzw. 15 setzt die Belastung
des Motors herab. Diese Belastungsverminderung bewirkt bei der vorgenommenen Leistungserhöhung
eine erhöhte Geschwindigkeit des Fahrzeuges. Diese größere Geschwindigkeit wird
über die Elemente 10, 41, 41', 42 und 43 auf den rotierenden Teil 47 des
Fliehkraftkolbenventils 33 übertragen, dessen Funktion jetzt beschrieben
werden soll.
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Das Fliehkraftkolbenventil 33 (s. Fig. 3) erzeugt in
der Leitung 31 einen Flüssigkeitsdruck, der im großen und ganzen proportional
der Umfangsgeschwindigkeit der teibenden Welle 10 ist. Durch die Flüssigkeitszufuhrleitung
37 wird ein Druck von etiva 78 at der ringförmigen Nut 45 in der ortsfesten
Büchse 44 zugeführt. Sowie -die Welle 43 in Drehung versetzt ist, steht der Kanal
62 ständig über die Ringnut 45 mit der Druckzufuhrleitung 37 in Verbindung.
Ebenso steht dann der Kanal 63 über die Ringnut 46 ständig mit der Leitung
31 in Verbindung.
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Wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Teile 43, 47 so hoch ist, daß
die Zentrifugalkraft auf den Fliehkraftkolben 55 in dem Ventilteil 49 gleich
ist dem Flüssigkeitsdruck in dem Raum zwischen dem Kolben 55 und der Verschlußkappe
64 - dieser Druck herrscht auch in dem Kanal 63, in der Ringnut 46
und in der Leitung 31 -, wird der Fliehkraftkolben 55 in seiner
in Fig. 3 dargestellten neutralen Stellung gehalten, wobei die Mündung des
Kanals 62 durch den Kolben 55 abgedeckt ist. Unter dieser Bedingung
bleibt der Steuerdruck konstant auf einem Wert, der durch die Rotationsgeschwindigkeit
des Teiles 47 des Fliehkraftkolbenventils 33 bestimmt wird.
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Wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Teiles 47 -Lpigt" wird die Zentrifugalkraft
auf den Fliehkraftkolben 55 erhöht; dieser verlagert sich von der Rotationsachse
nach außen und legt mit seiner Ringnut 56
die Mündung des Kanals
62 frei. Die Druckflüssigkeit kann über die Ringnut 56, die transversale
Bohrung 58 und die zentrale Bohrung 57 den Druck im zylindrischen
Raum zwischen dem Kolben 55 und der Verschlußkappe 64 so weit erhöhen, bis
dieser Druck der erhöhten Zentrifugalkraft entspricht, die den Kolben
55 nach außen zu drücken sucht. Der Kolben 55
nimmt dann wieder die
in Fig. 3 gezeigte neutrale Lage ein. Der erhöhte Druck im Raum zwischen
Kolben 55 und Verschlußkappe 64, der dem Druck in der Leitung 31 entspricht,
wird so lange aufrechterhalten, wie die Rotationsgeschwindigkeit des Teiles 47 !konstant
bleibt.
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Nimmt die Rotationsgeschwindigkeit des Teiles 47 ab, so läßt die Zentrifugalkraft
auf den Fliehkraftkolben 55 nach, und die größere Kraft des Flüssigkehsdruckes
im Raum zwischen dem Kolben 55 und der Verschlußkappe 64 drückt den Kolben
55 nach innen und stellt die Verbindung zwischen der öffnung 61 und
der Ringnut 56 im Kolben 55 her. Die Flüssigkeit im Raum zwischen
dem Kolben 55 und der Verschlußkappe 64 kann dann durch die zentrale Bohrung
57, die transversale Bohrung 58, die Ringnut 56 und die Bohrung
61 so lange entweichen, bis der Flüssigkeitsdruck im Raum zwischen dem Kolben
55 und der Verschlußkappe 64 auf einen Wert herabgesetzt ist, der der reduzierten
Zentrifugalkraft auf den Kolben 55 entspricht, und der Kolben 55 wieder
in seine in Fig. 3 dargestellte Ausgangsstellung zurückgeht. Somit wird der
Flüssigkeitsdruck im Raum zwischen dem Kolben 55 und der Verschlußkappe 64
entsprechend der verminderten Rotationsgeschwindigkeit des Teiles 47 reduziert.
Die Anschläge 59 begrenzen den Hub des Kolbens 55. Die Bohrung
60
soll eine Kompressionswirkung 54 in dern der Rotationsachse des Fliehkraftkolbenventils
33 zugewandten Teil der Ventilbohrung 60 vermeiden.
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Der erhöhte Flüssigkeitsdruck im zylindrischen Raum 32 rechts
vom Ventilauslaßkolben 28, der vom Fliehkraftkolbenventil 33 infolge
der erhöhten Geschwindigkeit des Fahrzeuges erzeugt wird, drückt den Kolben
28 aus seiner in Fig. 2 dargestellten neutralen Stellung nach links, legt
die öffnung 34 frei und läßt Druckflüssigkeit aus der Leitung 37 über die
Ringnut 29 und die Leitung 39 in den Raum rechts
vom
Kolben 77 des Doppelkolbenventils 40 gelangen. Damit wird der Flüssigkeitsdruck
rechts vom Kolben 77 erhöht und der Kolben 77 nach links gedrückt.
Da das Gehäuse 75 des Ventils 72 durch die Kolbenstange
76 fest mit dem Kolben 77 verbunden ist, wird auch das Gehäuse
75 nach links gedrückt. Die Verlagerung des Gehäuses 75 nach links
verbindet die Hochdruckleitung 37 mit der Ringnut 73 im Kolben
71, wobei der durch die Leitung 37, die Ringnut 73,
die Leitung
80 zum Flansch 66 übertragene Flüssigkeitsdruck erhöht wird.
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Der erhöhte Flüssigkeitsdruck auf die axial verschiebbare Kegelscheibenhälfte
13 drückt diese nach links, wodurch das Übersetzungsverhältnis zwischen dem
treibenden und dem getriebenen Kegelscheibenpaar 11 bzw. 15 erhöht
wird. Die Feder 78 im Ventil 72 drückt den Kolben 71, das Druckgestänge
69 und die Rolle 70 gegen die flache Oberfläche 68 des Ansatzes
67 und bewirkt, daß der Kolben 71 die Bewe-Cung der Kegelscheibenhälfte
13 nach links mitmacht. Diese Bewegung der Kegelscheibenhälfte
13 und des Kolbens 71 hält so lange an, bis der Kolben 71 seine
in Fig. 4 dargestellte neutrale Stellung erreicht, damit die Druckzufuhr durch die
Leitung 37 unterbricht und so jeden weiteren Anstieg des Druckes auf die
Kegelscheibenhälfte 13 verhindert. Mit der Vergrößerung des Übersetzungsverhältnisses
nimmt die auf das Fahrzeug ausgeübte Belastung zu, wodurch die Fahrzeuggeschwindigkeit
und damit auch die Umlaufgeschwindigkeit des Ventilteiles 47 verringert wird. Dadurch
wird der Steuerdruck im zylindrischen Raum 32 vermindert, und der Kolben
28 und das Kolbenventil 25 verlagern sich nach rechts in ihre in Fig.
2 dargestellten neutralen Stellungen, wobei die Öffnung 34 geschlossen wird. Das
Wechselgetriebe erreicht dadurch einen Gleichgewichtszustand, mit dem ein bestimmtes
übersetzungsverhältnis für die augenblick-]ich gegebene Kombination von Leistungseinstellung
und Belastung des Motors erreicht ist.
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Wenn jetzt die Belastung wieder abnehmen sollte, würde dadurch die
Drehzahl des Motors und das Cbersetzungsverhältnis zwischen dem treibenden und dem
getriebenen Kegelscheibenpaar 11 bzw. 15 erhöht, wie dies oben im
Zusammenhang mit der Übertragung erhöhter Umlaufgeschwindigkeit auf das Teil 47
des Fliehkraftkolbenventils 33 bereits beschrieben wurde.
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Sobald die Leistung und Drehzahl des Motors z. B. durch Betätigung
einer Drosselklappe vermindert wird, drückt das Hebelgestänge 19, 20 die
Kolbenstange 22 und damit auch den Kolben 26 des Ventils 25 nach links
(s. Fig. 2) und vermindert den Druck auf die Schraubenfeder 30. Dadurch wird
auch der Kolben 28 infolge des auf seine rechte Stirnfläche wirkenden, durch
Leitung 31 übertragenen Druckes nach links geschoben und gibt die öffnung
34 frei. Auf diese Weise gelangt Druckflüssigkeit von der Leitung 37 über
die LeitunC 39 in den Raum rechts vom Kolben 77 des Ventils 40 (s.
Fig. 4). Dadurch wird der Kolben 77 durch den auf seiner linken Seite herrschenden
Überdruck nach rechts gedrückt und nimmt über die Kolbenstange 76 das Gehäuse
75 des Ventils 72 mit. Durch diese Verlagerung des Gehäuses
75
wird die Hochdruckleitung 37 über die Ringnut 73 im Ventilkolben
71 mit der Leitung 80 und dem Flansch 66 verbunden.
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Der erhöhte Flüssigkeitsdruck auf die axial versdhiebbare Kegelscheibenhälfte
13 drückt diese nach links, wodurch das Übersetzungsverhältnis zwischen dem
treibenden und dem getriebenen Kegelscheibenpaar 11 bzw. 13 erhöht
wird. Die Feder 78 im Ventil 72 drückt den Kolben 71 und damit
die Stange 69 mit der Rolle 70 gegen den Ansatz 67, wodurch
der Kolben 71 ebenfalls nach links gedrückt wird. Die Bewegung der Kegelscheibenhälfte
13 und des Kolbens 71
hält an, bis der Kolben 71 seine in Fig.
4 gezeigte Gleichgewichtsstellung erreicht und die Druckzufuhr durch die Leitung
37 unterbricht.
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Die zustande gekommene Steigerung des übersetzungsverhältnisses erhöht
die Belastung des Motors. Diese Belastungssteigerung und die vorgenommene Leistungsherabsetzung
bedingen eine Verminderung der Motordrehzahl, die über die Elemente 10, 41,
41', 42 und 43 auf den Teil 47 des Fliehkraftkolbenventils 33 übertragen
wird, mit der Folge einer Verminderung des Druckes in der Leitung 31 und
in dem Zylinderraum 32 im Ventil 25
(s. Fig. 2).
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Der reduzierte Flüssigkeitsdruck im Raum 32 läßt den Kolben
28 rechts in die in Fig. 2 dargestellte neutrale Lage gelangen. Hierdurch
wird die öffnung 36
frei, und die Flüssigkeit im zylindrischen Raum zur Rechten
des Kolbens 77 im Ventil 40 (s. Fig. 4) kann durch die Leitung
39, die Ringnut 29 und durch die Flüssigkeitsabflußleitung
35 abfließen. Der verminderte Flüssigkeitsdruck zur Rechten des Kolbens
77
des Ventils 40 hat zur Folge, daß der größere Druck links vom Kolben
77 diesen nach rechts drückL, wobei wieder durch die Stange 76 das
Gehäuse 75 des Ventils 72 ebenfalls nach rechts gedrückt wi,-"i. Dadurch
wird die Ringnut 73 im Kolben 72 und damit auch die Leitung
80 mit der Flüssi,-1,zeits#.,1-,flljt'.)leitung 79 verbunden, wodurch
der Druck auf die Kegelscheibenhälfte 13 vermindert wird.
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Auf Grund dieser Verminderunc, des Flüssie, eitsdruckes auf die Kegelscheibenhälfte
13 wird diese ,edurch die Spannung des Riemens 14 nach rechts g
drückt,
wodurch das übersetzungsverhältnis zwischen den Kegelscheibenpaaren 11 und
15 herabgesetzt wird. Die Kegelscheibenhälfte 13 drückt wiederum
g gen die Rolle 70 der Stange 69 und damit den Kolge ben
71 gegen den Druck der Schraubenfeder 78 nach rechts, bis der Kolben
71 die öffnung zur Flüssigkeitsabflußleitung 79 schließt und jede
weitere Verminderung des Flüssigkeitsdruckes auf die Kegelscheibenhälfte
13 verhindert. Mit abnehmendem Übersetzun 'gsverhältnis vermindert sich die
Belastung des Motors, und seine Drehzahl und die des Teiles 47 im Fliehkraftkolbenventil
33 erhöht sich. Dadurch wird der Steuerdruck im Raum 32 des Ventils
25 erhöht, und der Kolben 28 wandert nach links in seine in Fig. 2 dargestellte
neutrale Lage, wobei er die öffnung 36
schließt und jeden weiteren Rückgang
des Flüssigkeitsdruckes zur Rechten des Kolbens 77 im Ventil 40 unterbindet.
Damit hat das Steuersystern einen Gleichgewichtszustand erreicht, in welchem ein
bestimmtes übersetzun 'gsverhältnis für die augenblicklich herrschende Kombination
von Leistungseinstellung des Mittels und Belastung des Motors geschaffen worden
ist.
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Wenn jetzt die Belastung wieder zunehmen sollte, würde dadurch die
Drehzahl des Motors und das übersetzungsverhältnis vermindert, wie dies oben im
Zusammenhang mit der Übertragung verminderter Umlaufgeschwindigkeit auf den Teil
47 des Fliehkraftkolbenventils 33 bereits beschrieben ist.
Die
Fig. 5 zeigt eine Abwandlung des in Fig. 1
dargestellten Keilriemenwechselgetriebes,
deren Teile 10 bis 18 mit den gleichbezifferten Teilen der Anordnung
nach Fig. 1 übereinstimmen und daher nicht nochmals beschrieben zu werden
brauchen.
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Ein Drosselklappenpedal 86 ist über einen Hebel 87 mit
der Leistungssteuerung einer Verbrennungskraftmaschine sowie mit der Kolbenstange
22a eines Ventils 25 a verbunden. Das Ventil 25 a enthält einen zylindrischen
Kolben 26a, der innerhalb eines ortsfesten zylindrischen Gehäuses 27a Aschiebbar
ist. Die Stellung des Kolbens 26 a im Gehäuse 27 a wird durch die
Leistungseinstellung über den Hebel 87 und die Kolbenstange 22a bestimmt.
Ebenfalls verschiebbar angebracht im Gehäuse 27a ist ein zylindrischer Kolben
28 a, der mit einer transversalen Bohrung 89
versehen ist, welche eine
Ringnut 29c mit einer axialen Bohrung 88 verbindet. Zwischen den Kolben
26 a und 28 a befindet sich eine Schraubenfeder 30
a.
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Die Fig. 5 zeigt den Ventilkolben 27a in seiner Gleichgewichtsstellung.
In dieser Stellung verschließt der Kolben 27 a eine öffnung 34
a, an die eine Flüssigkeitsabflußleitung 35 a angeschlossen
ist, und eine öffnung36a, die mit einer Druckzufuhrleitung37a verbunden ist. Die
Leitungen35a und 37a entsprechen den Leitungen 35 und 37 der Anordnung
nach Fig. 1 bis 4. In der in Fig. 5 gezeigten neutralen Stellung gibt
die Ringnut 29a die öffnung 38a im Gehäuse 27a frei, an welche ein Ende der Druckleitung
39a angeschlossen ist, dessen anderes Ende mit dem Zylinder eines Ventils 40 verbunden
ist. Der Flüssigkeitsdruck in der Leitung 39 a wird durch die Ringnut
29 a, die transversale Bohrung 89 a und die axiale Bohrung
88 in den zylindrischen Raum 32 a
zwischen dem rechten Ende
des Gehäuses 27 a und dem Ventilkolben 28 a weitergegeben. Dieser
Druck ist bestrebt, den Ventilkolben 28 a gegen die Xraft der Feder 30a nach
links zu drücken. Wenn die beiden auf den Kolben 28 a entgegengesetzt wirkenden
Kräfte gleich stark sind, wird der Ventilkolben 28 a
in seiner Gleichgewichtsstellung
gehalten.
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Ein Stimrad 90, das fest mit der axial verschiebbaren Kegelscheibenhälfte
13 verbunden ist, wird mit einem Reibrad 91 in Eingriff gebracht.
Das Reibrad 91 ist fest mit einer Welle 92 verbunden und treibt eine
als Druckwandler dienende Pumpe 93. Die Pumpe 93 erhält aus einem
geeigneten Reservoir über die Leitung 94 Flüssigkeit zugeführt und pumpt diese mit
einem ihrer Rotationsgeschwindigkeit proportionalen Druck durch eine Abflußleitung
95, die gegebenenfalls in das genannte Reservoir einmünden kann und eine
Verengung 96 aufweist. Der von der Drehzahl der Pumpe 93 abhängige
Flüssigkeitsdruck in der Abflußleitung 95 wird dem rechten Teil des Ventils
40 zugeführt.
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Die Ventile 40 und 72 sowie die Teile 66 bis
70,
80 und 81 stimmen mit den gleich bezifferten Teilen der
Anordnung nach Fig. 1 bis 4 überein und brauchen daher nicht nochmals beschrieben
zu werden.
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Die Steuervorrichtung für das Keilriemenwechselgetriebe nach Fig.
5 arbeitet wie folgt: Bei einer bestimmten Belastung und einer bestimmten
Leistungseinstellung stellt sich ein bestimmtes Obersetzungsverhältnis ein. Sobald
das Drosselklappenpedal 86 nach rechts gedrückt ist, werden die Leistung
und die Drehzahl des Motors erhöht. Gleichzeitig werden die Kolbenstange 22 a und
der Kolben 26a des Ventils 25a und über die Schraubenfeder 30 a auch
der Kolben 28 a nach rechts gegen den Flüssigkeitsdruck im Raum
32 a Zedrückt. Dadurch wird die Öffnung 36 a freigelegt, und Druckflüssigkeit
aus der Leitung 37 a gelangt über die Kanäle 89, 88 in den Raum
32 a des Ventilgehäuses 27 a. Der Flüssigkeitsdruck wächst, bis er
dem erhöhten Druck der Feder 30 a auf dem Ventilkolben 28 a
gleich ist, und drückt den Kolben 28a dann nach links in seine Gleichgewichtsstellung
zurück, in der der Kolben 28 a
die öffnung 36a wieder schließt und
eine weitere Zunahme des Flüssigkeitsdruckes verhindert.
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Der erhöhte Flüssigkeitsdruck im Raum 32 ' a wird über die
Leitung 39 a auch in den linken Raum des Gehäuses 82 und auf den Kolben
77 des Ventils 40 übertragen. Der erhöhte Flüssigkeitsdruck links des Kolbens
7-7 zwingt diesen und über die Kolbenstange 76 auch das Gehäuse
75 des Ventils 72 nach rechts. Dadurch wird die Ringnut
73 im Kolben 71 mit der Flüssigkeitsabflußleitung 79 verbunden
mit der Folge, daß der Flüssigkeitsdrück gegen die Kegelscheibenhälfte
13 vermindert wird, wodurch diese unter dem Druck des Riemens 14 nach rechts
bewegt und das
übersetzungsverhältnis herabgesetzt wird.
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Als Reaktion hierauf schließt der Kolben 71 in der bereits
mehrfach beschriebenen Weise wieder die Öffnung der Leitung 79.
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Das verringerte Übersetzungsverhältnis vermindert die Belastung und
damit die Drehzahl des Motors. Über die treibende Welle 10, das Sti:mrad
90, das Reibrad 91 und die Welle 92 wird die Umlaufgeschwindigkeit
der Pumpe 93 erhöht, wodurch diese über die Leitung 95 den Druck gegen
die rechte Stimfläche des Kolbens 77 im Ventil 40 erhöht. Dadurch bewegen,
sich die Kolben 77 des Ventils 40 und das Gehäuse 75 des Ventils
72 nach links, wobei die Druckleitung 37 a mit der Leitung
80 verbunden und darauf ein erhöhterFlüssigkeitsdruck gegen dieKegelscheibenhälfte
13 ausgeübt wird, der eine Erhöhung des übersetzungsverhältnisses zur Folge
hat. Die Feder 78 im Ventil 72 verschiebt- dann die Teile
71, 69,
70, 68 und 71 gegen die Kegelscheibenhälfte
13 nach links. Diese Bewegung dauert so lange, bis der Kolben 71 wieder
seine Gleichgewichtsstellung erreicht und dadurch die Flüssigkeitsdruckzufuhr aus
der Leitung 73 a unterbrochen ist. Damit hat die Steuervorrichtung und das
Wechselgetriebe einen Gleich-, gewichtszustand erreicht, mit dem ein bestimmtes
übersetzungsverhältnis für die augenblicklich gegebene Kombination von LeistungseinsteRung
und Belastung des Motors erreicht wird.
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Wenn jetzt die Belastun 'g wieder abnehmen sollte, würden dadurch
die Drehzahl des Motors und das Übersetzungsverhältnis erhöht, wie dies oben im
Zusammenhang mit der erhöhten Umlaufzahl der Pumpe 93 beschrieben wurde.
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Sobald sich die Leistungseinstellung und damit die Drehzahl des Motors
durch Zurücknehmen des Drosselklappenpedals 86 vermindert, verlagern sich
die Teile 22a, 26a, 30a und 28a nach links. Die Rückstellung des Pedals86 kann durch
eine äußere Feder unterstützt oder allein durch den Druck im Ventil25a bewerkstelligt
werden. Der Flüssigkeitsdruck im Raum 32a des Ventils 25a drückt den Kolben
28 a aus der in Fig. 5 gezeigten neutralen Stellung nach links,
legt die öffnung 34 a frei und ermöglicht es der Flüssigkeit, vom zylindrischen
Raum 32a durch die Kanäle88, 89, 29a in die Abflußleitung 35a zu strömen.
Der Flüssigkeitsdruck vermindert
sich, bis er dem durch die Verlagerung
des Kolbens 26 a nach links verminderten Druck der Feder
30 a
auf dem Ventilkolben 28 a gleich ist. Der Kolben
28 a
wird nach rechts in seine Gleichgewichtsstellung zurückgedrängt,
in der er die öffnung 34a schließt und eine weitere Verminderung des Flüssigkeitsdruckes
verhindert.
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Der v_-rminderte Flüssigkeitsdruck im Raum 32 a
wird
über die Kanäle 88, 89 und 29 a und über die Leitung 39
a in den Raum links vom Ventilkolben 77
des Ventils 40 übertragen.
Dieser verminderte Flüssigkeitsdruck links vom Kolben 77 drückt diesen und
das Gehäuse 75 des Ventils 72 nach links. Dabei wird die Druckleitung
37 a über die Ringaut 73 des Ventilkolbens 71 mit der
Steuerleitung 80 verbunden, wodurch in der bereits mehrfach geschilderten
Weise eine Erhöhung des übersetzungsverhältnisses bewirkt wird. Als Reaktion hierauf
geht der Kolben 71 wieder in seine Gleichgewichtsstellung zurück, schließt
die Druckzufuhr von der Leitung 37a und verhindert eine weitere Erhöhung des Flüssigkeitsdruckes
gegen die Kegelscheibenhälfte 13.
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Die Steigerung des übersetzungsverhältnisses erhöht die Belastung
des Motors. Diese Erhöhung der Belastung und die verminderte Leistungseinstellung
haben eine VermiAderung der Drehzahl des Motors zur Folge, die -über die Teile
10, 11, 90, 91 und 92
auf die Pumpe 93 übertragen wird. Infolge
der verringerten Pumpen(trehiahl wird der Druck auf die rechte Stimfläche des Kolbens
77 im Ventil 40 vermindert, wodurch eine Verschiebung dieses Kolbens und
des Gehäuses 75 des Ventils 72 nach rechts erfolgt. Dadurch wird die
Leitung 80 mit der Abflußleitung 79 verbunden, und der hydraulische
Druck auf die Kegelscheibenhälfte 13 wird vermindert, was eine Verminderung
das übersetzungsverhältnisses zur Folge hat. Dabei wird über die Elemente
67, 70, 69
ein Druck auf den Ventilkolben 71 nach rechts gegen die
Kraft der Schraubenfeder 78 ausgeübt, bis der Kolben 71 die öffnung
der Abflußleitung 79 schließt und einenweiteren Rückgang des Flüssigkeitsdruckes
auf die axial verschiebbare Kegelscheibenhälfte 13
verhindert. Damit haben
die Steuervorrichtung und das Wechselgetriebe einen Gleichgewichtszustand eingenommen,
mit dem ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis für die augenblicklich gegebene Kombination
von Leistungseinstellung und Belastung des Motors erreicht ist. Wenn jetzt die Belastung
wieder zunehmen sollte, würde dadurch die Drehzahl des Motors und das übersetzungsverhältnis
herabgesetzt werden, wie dies oben im Zusammenhang mit der verminderten Drehzahl
der Pumpe 93 beschrieben wurde. Wie es für Servosysteme typisch ist, kann
bis zu einem gewissen Grad ein überregeln und Nachhinken bei der Steuerung des Übersetzungsverhältnisses
eintreten. Die beschriebenen Steuerungsvorgänge gehen jedoch sehr schnell vonstatten,
und die von den beweglichen Kolben zur Gleichgewichtsherstellung in den Ventilen
zurückgelegten Wege sind sehr klein. Wie es bei den meisten Servosystemen der Fall
ist, bewegt sich das beschriebene System um einen Gleichgewichtszustand, und jedwede
Ab-
weichung von diesem Gleichgewichtszustand wird sofort ausgeglichen, so
daß man dieses System für alle praktischen Zweckr, so betrachten kann, als befände
es sich ständig in einem Gleichgewichtszustand.
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Das Fliehkraftkolbenventil 33 nach den Fig. 1
und
3 übt die gleiche Funktion aus wie die Kombination von Pumpe 93 und
Düse 96 nach Fig. 5, nämlich einen Flüssigkeitsdruck zu schaffen,
der mit der Drehzahl des Motors und der dem treibenden Kegelscheibenpaar
11 zunimmt. Die Kombination von Pumpe 93 und Verengung 96 könnte
daher das Fliehkraftkolbenventil 33 in der Anordnung nach Fi g. 1
ersetzen,
und umgekehrt. Beide Steuerelemente sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Äquivalente,
da die Erfindung auf dem Prinzip ausgeglichener Flüssigkeitsdrücke beruht. Es ist
daher wichtig zu vermerken, daß der Flüssigkeitsdruck als Funktion der Rotationsgeschwindigkeit
in den beiden Steuerelementen nicht identisch sein muß. Auch andere Vorrichtungen,
die die Eigenschaft besitzen, einen mit der Rotationsgeschwindigkeit ansteigenden
Flüssigkeitsdruck zu erzeugen, sind daher Äquivalente der offenbaren Steuerelemente.