Stufenlos veränderliches Keilriemengetriebe Die Erfindung betrifft ein stufenlos veränderliches Keilriemengetriebe zur Leistungsübertragung unter Kon- stanthaltung der eingestellten Abtr'ebsdrehzahl, mit einem im Querschnitt asymmetrischen Keilriemen und entsprechend geformten Riemenscheiben.
Stufenlos veränderliche Getriebe mit asymmetri schen Keilriemen sind an sich bekannt, und man arbei tet hierbei mit Zweischeibenregelung mit festem Achs abstand und mit zwangläufiger Kegelscheibenverstellung. Stufenlos einstellbare Getriebe mit symmetrischen Keil riemen, sogenannte Normkeilriemen mit Zwei- und Vierscheibenverstellung, die mit festem wie auch varia blem Achsabstand arbeiten, haben sich bisher bewährt, ihre Konstruktion lässt aber nur einen sehr kleinen Regelbereich zu.
Nur mit fingerartig ineinander ver schiebbaren Kegelscheiben ist bei diesen Getrieben ein grösserer Regelbereich erzielbar, wobei man jedoch eine Leistungsübertragungsminderung in Kauf nehmen russ aufgrund der wellenförmigen Lage des Riemens in den Fingerscheiben. Um mit Keilriemen ebenfalls stufenlos mit grossem Regelbereich regeln zu können, hat man den sogernannten Breitkeilriemen geschaffen.
Der Leistungsübertragung mit derartigen Breitkeil riemen, die symmetrische Querschnitte haben, sind Grenzen gesetzt durch ihr Schlupfverhalten und durch ihre Erwärmung, die sich in noch stärkerem Masse als bei Normkeilriemen ergibt, da relativ grosse Quer schnittsbereiche gar nicht an der übertragung beteiligt sind, diese Riementeile aber einer beträchtlichen Walk arbeit unterliegen, welche zu vorschneller Erwärmung führt. Ausserdem biegen sich diese Breitkeilriemen im Profil durch, wobei sich teilweise die Riemenflanken von den Scheiben abheben, womit ebenfalls einer grö sseren Leistungsübertragung Grenzen gesetzt sind.
Zweck der Erfindung ist es, obige Nachteile zu vermeiden und ein stufenlos veränderliches Keilriemen- getriebe zu schaffen, mit dem spezifisch höhere Lei stungen bei gutem Wirkungsgrad unter Konstanthaltung der eingestellten Abtriebsdrehzahl bei im Vergleich zu bekannten Getrieben gleich hoher Lebensdauer über tragen werden .können.
Das erfindungsgemässe stufenlos veränderliche Keil riemengetriebe zur Leistungsübertragung unter Kon- stanthaltung der eingestellten Abtriebsdrehzahl, mit einem im Querschnitt asymmetrischen Keilriemen und entsprechend geformten Riemenscheiben, ist gekenn zeichnet durch einen asymmetrischen Keilriemen mit einen mindestens angenähert geraden und einer ange nähert unter 19 geneigten Flanke mit mindestens einer Cordeinlage mindestens in der neutralen Zone bei einem Höhen-Breiten-Verhältnis von angenähert 1 : 1 bis 1 : 5;
eine lastabhängige axiale Vorspannungseinrichtung am Antriebsriemenscheibensatz mit einer an einer kegeligen Riemenscheibe angeordneten, am freien Ende eine Kurve aufweisenden Nabe, mit mindestens einer mit einer mindestens angenähert planen Riemenscheibe ge koppelten Rolle, die im Wege der Nabenkurve liegt, und mit einer über der Nabe angeordneten Feder, wobei die Riemenscheiben aus selbstaushärtendem, verschleiss festem und gut wärmeleitendem Material bestehen.
Die Riemenscheiben bestehen vorzugsweise aus einer selbstaushärtenden, verschleissfesten und gut wärme leitenden Aluminiumlegierung mit Zn-, Si-, Mg-, Cu- und Fe-Bestandteilen.
Der Keilriemen kann als gezahnter Keilriemen aus gebildet sein. Entsprechend einer vorteilhaften Aus- führungsform ist die kegelige Riemenscheibe ballig aus gestaltet.
Mit diesem vorliegenden Getriebe ist bei Beachtung aller Faktoren, die zur Verminderung der Erwärmung des Keilriemens dienen, eine erhebliche Leistungsstei gerung erreichbar. Bekanntlich sind den herkömmlichen Keilriemengetrieben, gleich welcher Bauart, Leistungs grenzen gesetzt, weil der zulässigen Temperatur des Keilriemens Grenzen gesetzt sind.
Die Temperaturgrenzen eines Keilriemens aus Kau tschuk-Gummi liegen bekanntlich bei etwa 70 C. Über schreitung dieser Temperaturgrenze vermindert die Le- bensdauer des Keilriemens. Die Ursachen einer solchen Erwärmung sind:
a) Walkarbeit, wie sie bei Biegung des umlaufenden Keilriemens, besonders bei hoher Biegewechselzahl, entsteht, b) zu hohes Schlupfverhalten des Keilriemens auf den Riemenscheiben bei ungenügender Riemenvorspan- nung, besonders bei kurzfristiger überlastung, c) Verformung des Riemenquerschnittes (Durchbiegen des Profils) der herkömmlichen Breitkeilriemen bei Vollast,
wobei die Riemenflanken zum Teil nicht mehr satt auf den Laufflächen der Riemenschei ben anliegen und dadurch die spezifische Flä chenpressung weitgehend überschritten wird, d) schlechte Wärmeabführung durch den Riemenschei- benwerkstoff.
Diese Nachteile werden durch die vorliegende vor teilhafte Kombination weitgehend beseitigt: e) Durch Verwendung eines asymmetrischen Keilrie mens mit schmalem Profil wird die Walkarbeit und damit die Erwärmung herabgesetzt.
f) Durch Verwendung eines Drehmomentkurvenstük- kes erhält der Keilriemen bei jeder Belastung, selbst bei Überlast, auch beim Anfahren immer die richtige Riemenvorspannung. Damit wird das Schlupfver- halten auf ein unbedeutendes. Mass reduziert und folglich die Reibungswärme weiter herabgedrückt.
g) Durch das schmale Riemenprofil wird eine höhere Seitensteifigkeit des Keilriemens gewährleistet, ein sattes Anliegen der Keilriemenflanken auf den Rie- menscheibenlaufflächen erzielt, womit eine weitere Verminderung der Erwärmung und des Verschlei sses des Regelkeilriemens sichergestellt ist.
h) Durch die genannte Alu-Speziallegierung ist eine gute Wärmeabführung gegeben.
Bei Wechsellast hat es sich ausserdem als vorteil haft erwiesen, dass die Druckfeder die Kegelscheiben und der Keilriemen derart zusammengepresst werden, so dass der Riemen immer gespannt bleibt, Schaltschläge aufgefangen und Flattererscheinungen vermieden wer den.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Keilnemengetriebes wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig 1 schematisch ein stufenlos regelbares Keil riemengetriebe mit Einscheibenverstellung in schema tischer Darstellung, Fig. 2 einen Regelkeilriemen im Querschnitt, sowie Fig. 3 den oberen Scheibensatz eines Keilriemen- getriebes im Längsschnitt.
Zur Veranschaulichung der Getriebekombination ist ein Getriebe mit Einscheibenverstellung gewählt, dessen Übersetzungsregelung mit einem verstellbaren Motor schlitten oder einer Motorwippe (nicht dargestellt) mit dem Motor 1' selbst erfolgt, wobei die Riemenscheiben 3, 4 mit dem Motor 1' in Pfeilrichtung A verschieblich sind. Der asymmetrische Keilriemen 2, d. h. ein Riemen mit annähernd gerader und schräger Flanke, Winkel ss etwa 1 , a etwa 19 , läuft von dem Riemenscheibenpaar 3, 4 auf die getriebene Riemenscheibe 1.
Die angenähert ebene Scheibe 3 sitzt fest auf der Motorwelle 5, während die kegelige Scheibe 4 axial verschieblich auf der Welle 5 sitzt. Diese Scheibe 4 hat eine etwas verlängerte Nabe 6, deren Ende zwei sich in der Form entsprechende Kurven 7 aufweist, in deren Bereich zwei fest mit der Welle 5 verbundene Rollen 8 liegen und eine Mit nehmerverbindung bilden, d. h. jeweils die Hälfte des Antriebsmomentes der Welle 5 auf die Scheibe 4 über tragen.
Die Welle 5 endet auf dieser Seite in einer Scheibe 9 oder ist am Ende mit einer Büchse 9' (siehe Fig. 3) versehen, die als Widerlager für eine Druckfeder 10 dient. Die verlängerte Nabe 6 mit Kurven 7 und die Rollen 8 bilden eine an sich bekannte last abhängige Riemenvorspanneinrichtung. Wird im gezeig ten Beispiel der Achsabstand der Wellen 5, 5' ver grössert, so bleibt zwar der Riemen 2 in seiner Lauf ebene, aber die Scheibe 4 entfernt sich von der Fest scheibe 3 in axialer Richtung, wodurch eine übersetzung ins Langsame erzielt wird.
Je nach Drehrichtung laufen die Rollen 8 gleichsinnig auf den schiefen Ebenen der Kurven 7 hoch, wodurch dem Riemen 2 eine zusätz liche Spannung in Abhängigkeit von der Belastung mit geteilt wird. Diese zusätzliche Spannung erhält der Riemen in jeder beliebigen Regelstellung unabhängig von der Drehrichtung des Getriebes. Im kurzen Moment des Drehrichtungs- oder Lastwechsels liegen die Rollen 8 nicht mehr an den Kurven 7 an.
Hierbei kommt die Wirkung der Druckkraft der Druckfeder 10 zum Zuge, die in der Zeitspanne, in der die Rollen 8 auf der gegenüberliegenden Seite der Kurven 7 zum Anliegen kommen, dafür sorgt, dass durch die Kegelscheiben 3 und 4 der Keilriemen 2 derart zusammengepresst wird, dass er immer in Spannung bleibt, wodurch Schalt schläge an den Kurven 7 aufgefangen und Flatterer scheinungen vermieden werden.
Gleichzeitig wird durch die Anordnung der Kurven 7 in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Drehzahlen zwischen Leerlauf- und Vollast :absolut konstant ge halten werden können, selbst bis zu einer 10-7o-Dreh- zahlminderung des Antriebs-Motors (Asynchron-Ver- halten der handelsüblichen Drehstrom-Kurzschlussläufer- Motore).
Dies geschieht automatisch wie folgt: Bei Belastung des Motors bzw. des Regeltriebes werden das Dreh moment und die resultierenden Abstützkräfte an den Kurven 7 und Rollen 8 grösser, so dass die Kegelscheibe 4 stärker gegen die Kegelscheibe 3 um einen geringen Betrag nachrückt, wobei der Keilriemen 2 zwischen diesen beiden Scheiben 3 und 4 noch stärker zusammen gepresst und dadurch auf einen grösseren Laufdurch messer des Antriebs-Regelscheiben-Satzes gezwungen wird.
(Bei Entlastung des Keilriemens stellt sich auto matisch ein kleinerer Laufdurchmesser ein.) Durch die sen an sich kleinen Lauf-Durchmesserunterschied zwi schen Leerlauf- und Vollast wird zwangläufig das übersetzungsverhältnis der Laufdurchmesser vom An trieb zum Abtrieb derart geändert,
dass bei sich ein stellender Änderung der Antriebsdrehzahl jeweils das gewünschte stufenlos eingestellte Gesarntuntersetzungs- verhältnis unverändert gleich bleibt und somit zwischen Leerlauf und Vollast die Konstanthaltung der einge stellten Abtriebsdrehzahl vollkommen gewährleistet ist.
Erwähnt sei noch folgendes: Falls die Scheibe 3 und der entsprechend gegenüberliegende Teil der Scheibe 1 mit gleicher Wandstärke ausgebildet sind, lässt sich das genaue Fluchten des Keilriemens 2 vorteilhaft durch Anlegen eines Lineals an den Scheibenrücken ermöglichen.
Was nun den Riemen selbst angeht, so ist dieser, wie erwähnt, in seiner symmetrischen Form ,an sich bekannt, wobei man bei dieser Formgebung offenbar grundsätzlich von der Überlegung ausging, dass damit in vorteilhafter Weise erreicht werden konnte, den Riemen bei Regelverstellungen in seiner Laufebene zu halten. Für hohe Leistungsübertragungen waren diese Riemen schon insofern nicht geeignet und gedacht, als sie keine Cordfadeneinlagen hatten.
Der Riemen mit einem Querschnitt gemäss Fig. 2, der Flankenwinkel von etwa a 19 und ss von etwa 1 hat, bietet demgegenüber aber die Möglichkeit einer beträchtlichen Leistungsübertragungssteigerung von im Mittel etwa 40-50 %, insbesondere auch im Vergleich zu den bekannten für derartige Getriebe benutzten Breitkeilriemen, deren Verwendung, wie erläutert, einer Leistungsübertragung Grenzen setzen, aufgrund ihres ungünstigen Höhen-Breiten-Verhältnisses.
Würde man dem dargestellten Riemenquerschnitt einen entsprechenden mit beidseitig geneigten Flanken gegenüberstellen, so ist sofort erkennbar, dass für diesen Riemen automatisch der Regelbereich kleiner wird. Will man den gleichen Regelbereich erzielen, so muss der Riemen breiter dimensioniert werden. Um nicht zu unzuträglichen Breitenverhältnissen zu kommen, hat man einen Kompromiss derart gesucht, dass man den Riemen etwas breiter, aber mit steileren Flanken aus bildete, wobei man in Kauf nahm, dass man in den Bereich der Riemenselbsthemmung geriet.
Um nun zu einer Erhöhung der Leistungsübertra gung zu kommen, wurde gefunden, dass ein solcher Riemen für stufenlose Regelung und für einen möglichst grossen Regelbereich eine weitgehend gerade Flanke haben und die andere Flanke eine Neigung erhalten muss, die gerade über dem Bereich der Selbsthemmung liegt, wodurch das Höhen-Breiten-Verhältnis h : b des Riemens im Hinblick auf den gewünschten Regelbereich in günstigen Grenzen gehalten werden kann, und zwar in dem Sinne, dass sich ein Querschnitt mit grosser Seitensteifigkeit ergibt, der mit seiner ganzen Fläche an der llbertragung beteiligt ist.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, bei Getrieben für grosse Regelbereiche die kegelige Verstellscheibe 4 leicht ballig auszubilden, und zwar mit einem Nei gungswinkel von etwa 18 in Achsnähe über einen Mittelwert von 19 und auslaufend am Scheibenumfang etwa mit 20 . Hierdurch ist bei kleinem Laufdurch messer gewährleistet, dass keine Quetscherscheinungen aufgrund der Riemendeformation am Innenbereich des Riemens mit der kegeligen Scheibe auftreten.
Die Anwendung des Regelkeilriemens beschränkt sich natürlich nicht allein auf die beschriebene Getriebe= form, sondern kann auch bei anderen Getriebebauarten zur Leistungsübertragung unter Konstanthaltung der eingestellten Abtriebsdrehzahl erfolgen, z. B. bei Ge trieben reit festem Achsabstand, die mit Zwei- oder Vierscheibenregelung arbeiten. Eine besondere Möglich keit bietet die Verwendung in Kraftfahrzeuggetrieben, die meistens mit einem Regelbereich von R = 1 : 3 ausgelegt sind. Hierbei sind Leistungssteigerungen bis zu<B>80</B> % möglich.
Erwähnt sei noch, dass mit dem asymmetrischen Keilriemen bei gleicher Leistungsübertragung wie beim Breitkeilriemen ein Regelbereich R = 1<B>:30</B> bis R = 1 : 40 erzielt werden kann, wobei dann h : b etwa bei 1 :4,8 bis 1 :5 liegt. Grosse Regelbereiche über R = 1 : 10 wurden bisher nur erreicht durch an- oder abtriebsseitiges Hinzuschalben von Zusatzgetrieben, wie Zahnrad-, Zwei- oder Mehrganggetriebe oder Leistungs- verzweigungsgetriebe bzw. Umlaufrädergetriebe.
In Fig. 3 ist der obere Regelscheibensatz gemäss Fig. 1 nochmals im Schnitt dargestellt. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass die Scheiben 3, 4 auf einer Büchse 11 sitzen, die aus Bronze hergestellt ist.
Diese Materialauswahl erfolgt sowohl im Hinblick auf eine längere Lebensdauer als auch auf die Leistungs- übertragung. Wenn die Scheiben unmittelbar auf der Welle 5 sitzen würden, so stellt sich früher oder später ein sogenannter Passungsrost ein, der den Anpress- druck der Scheiben und damit die Riemenvorspannung negativ beeinflusst. Dies wird durch das Bronzematerial der Büchse 11 und durch den korrosionsfesten Werk stoff der Kegelscheibennabe 6 verhindert, der aus einer Spezial-Alu-Legierung besteht.