DE19922619C2 - Kegelscheibenumschlingungsgetriebe für einen Dieselmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein stufenloses Kegelscheibenumschlin­ gungsgetriebe für einen Dieselmotor. Das Kegelscheibenum­ schlingungsgetriebe enthält ein erstes Paar von Kegelscheiben, von denen die eine axial fest und die andere axial verschieb­ bar auf einer Antriebswelle gelagert ist, ein zweites Paar von Kegelscheiben, von, denen die eine axial fest und die andere axial verschiebbar auf einer Abtriebswelle gelagert ist, und eine Fliehkraftregelung, die einen Satz von Fliehgewichten aufweist, die unter der Wirkung der Fliehkraft die axial verschiebbare Kegelscheibe des ersten Paares über ein Stell­ glied zum axial festen Kegelrad hin verschieben, wobei die Fliehgewichte durch eine erste Feder in einer Ausgangsstellung gehalten werden, jenseits der ein Drehmoment wirken soll, und die erste Feder durch ein externes Stellglied soweit vor­ gespannt werden kann, dass sich die Fliehgewichte erst bei einer zweiten, höheren Drehzahl aus ihrer Ausgangsstellung lösen.

Bekannt sind stufenlose Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, bei denen das Übersetzungsverhältnis durch einen Fliehkraftre­ gler sowie durch den Vergaserunterdruck hinter (stromabwärts) der Drosselklappe abhängig von Last und Drehzahl geregelt wird (Modell DAF 55). Ebenfalls bekannt sind elektrische oder hydraulische Aktuatoren, die mit einer einfach zu programmie­ renden Elektronik die Drehzahl abhängig von der Last und anderen Faktoren, wie dem Fahrstil, regeln.

Dieses Verfahren ist jedoch für Dieselmotoren aus zwei Gründen nicht befriedigend: Zum einen fehlt die Drosselklappe, zum anderen haben Dieselmotore eine klar definierte Maximal­ drehzahl, bei der der Motor auch seine maximale Leistung abgibt. Es ist schwierig, die Drehzahl so exakt zu regeln, dass der Motor bei seiner Maximaldrehzahl auch mit seinem maximalen Drehmoment belastet wird.

Bei elektronisch oder hydraulisch geregelten Getrieben muss aufgrund der kurzen Steuerzeiten eine große Leistungsreserve der Steueraktuatoren (zur schnellen Übersetzungsveränderung) bereitgestellt werden. Die erforderlichen Zusatzaggregate belasten gerade einen kleinen Motor erheblich und führen zu einer weiteren Verschlechterung des bei Kegelscheibenumschlin­ gungsgetrieben ohnehin nicht optimalen Wirkungsgrades.

Aus EP-0 591 872 ist ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe der eingangs genannten Art bekannt, bei dem verschiedene Steuerungskonfigurationen einstellbar sind, indem für jede Konfiguration eine vorbestimmte Federkraft auf die bewegliche Kegelscheibe des auf der Antriebswelle sitzenden Kegelschei­ benpaars ausgeübt wird. Die Einstellung der jeweiligen Konfiguration ist dabei unabhängig von der Stellung des Gaspedals.

Aus DE-PS 95 28 64 ist ein stufenloses Kegelscheibenumschlin­ gungsgetriebe mit Fliehkraftregelung bekannt, bei dem die Fliehgewichte am Ende von Wickelfedern angeordnet sind, die gegen die axial verschiebbare Kegelscheibe wirken. Dadurch ist ein größerer Drehzahlbereich vorhanden, in dem das Getriebe die Übersetzung lastabhängig regelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kegelscheiben­ umschlingungsgetriebe für einen Dieselmotor zu schaffen, das für eine maximale Leistungsentfaltung bei Vollast die Drehzahl nahe der maximalen Drehzahl konstant regelt, ansonsten jedoch für einen ökonomischen Betrieb den Motor so niedrig wie möglich drehen lässt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das externe Stellglied mit dem Gaspedal verbunden ist und die ersten etwa 40% des Weges des externen Stellgliedes die Dieselpumpe bis auf 70 bis 90% der Leistung steuern, wobei das externe Stellglied entspannt ist, und dass das externe Stellglied danach die Vorspannung der ersten Feder erhöht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 angegeben.

Mittels des erfindungsgemäßen Getriebes wird die Drehzahl des Motors unabhängig von der Ausgangsdrehzahl und ohne externe Zufuhr von Energie so geregelt, dass sie bei geringer oder mittlerer Leistungsanforderung niedrig ist, während sie bei Anforderung einer höheren Leistung durch ein Stellglied (Gaspedal) von außen kontinuierlich bis zur Erreichung der maximalen Drehzahl ansteigt.

Da die Steuerung des erfindungsgemäßen Getriebes ausschließ­ lich mit mechanischen Mitteln erfolgt, eignet es sich insbesondere für kleine Dieselmotore mit Handstarter und ohne Batterie.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei die einzige Figur ein stufenloses Kegelscheibenumschlingungsgetriebe im Schnitt zeigt.

Das stufenlose Kegelscheibenumschlingungsgetriebe ist zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle angeordnet und weist einen vorgelagerten hydraulischen Momentwandler 11 bis 13, einen Fliehkraftregler, der auf zwei Stellglieder 6, 7 wirkt, und ein erstes und zweites Paar von Kegelscheiben auf. Eine Kegelscheibe ist jeweils beweglich.

Der Momentwandler 11 bis 13 unterteilt die Antriebswelle in eine motorseitige Welle 1 und eine getriebeseitige Welle 2. Er weist ein Gehäuse, ein mit der motorseitigen Welle 1 und mit dem Momentwandlergehäuse verbundenes Pumpenrad 11, ein mit der getriebeseitigen Welle 2 verbundenes Turbinenrad 12 und ein freilaufendes Leitrad 13 auf.

Der Fliehkraftregler enthält erste Winkelhebel 3 mit jeweils einem im wesentlichen axialen, zu dem ersten Paar Kegel­ scheiben 4, 5 weisenden und einem im wesentlichen radialen, zur Antriebswelle 1, 2 weisenden Schenkel. Im Schnittpunkt der beiden Schenkel liegt die Drehachse des betreffenden ersten Winkelhebels 3. Sie ist an dem Gehäuse des Momentwandlers gelagert, wobei die Drehachsen tangential zum Umfang des Pumpenrades 11 verlaufen. Der jeweils axiale Schenkel trägt an seinem Ende ein Fliehgewicht 3a. Der jeweils radiale Schenkel überträgt seine axiale, zur Antriebswelle parallel Bewegung auf einen Flansch des ersten Stellgliedes 6, welches axial zur Antriebswelle verschieblich ist und mit dem Gehäuse des Momentwandlers und den ersten Winkelhebeln 3 rotiert. Das erste, rotierende Stellglied 6 überträgt die axiale Ver­ schiebung über ein Axialkugellager auf das zweite Stellglied 7, welches nicht rotiert.

Die Fliehgewichte 3a drängen infolge der Zentrifugalkraft radial nach außen und die radialen Schenkel der ersten Winkelhebel 3 übertragen diese Kraft in axialer Richtung auf die Stellglieder 6, 7. Jeder erste Winkelhebel 3 wird durch eine Druckfeder 8 über die Stellglieder 6, 7 in seine Aus­ gangslage gespannt. Erst wenn die Fliehkraft die Federspannung der Druckfeder 8 sowie den Riemendruck des Keilriemens auf die Kegelscheiben 4, 5 überwindet, verschieben die ersten Winkel­ hebel 3 über die Stellglieder 6, 7 die bewegliche Kegelscheibe 4. Dabei soll die Fliehkraft der Fliehgewichte 3a die Feder­ vorspannung erst bei Erreichen jener Drehzahl überwinden, bei der der Motor unter Last laufen kann.

Die Federvorspannung der Druckfeder 8 lässt sich über einen zweiten Winkelhebel 9 so verstärken, dass bei maximaler Federspannung die Fliehgewichte 3a erst bei nahezu maximaler Drehzahl aus ihrer Ruhelage herausgehen können. Der zweite Winkelhebel 9 hat zwei Schenkel: Der erste Schenkel ist mit der Druckfeder 8 verbunden und bildet mit der Druckfeder 8 einen rechten bis stumpfen Winkel. Der zweite Schenkel zeigt parallel zur Druckfeder 8 und ist an seinem Ende mittels einer Zugfeder 10, die von dem ersten Schenkel weg weist und mit dem zweiten Schenkel einen spitzen Winkel bildet, am Getriebege­ häuse befestigt. Das Ende des zweiten Schenkels ist ferner mit dem Ende eines Bowdenzuges 21 der Steuerung verbunden. Demnach wirkt die Zugfeder 10 mit ihrer Kraft zusätzlich auf die Druckfeder 8 und gleicht die mit dem Steuerweg des Bowdenzuges 21 anwachsende Federkraft der Druckfeder 8 aus.

Das Leitrad 13 des Momentwandlers ist mittels eines Freilaufs auf einem stationären Rohr 20 gelagert. Dieses Rohr 20 endet in einem Flansch in der Nähe des ersten Kegelscheibenpaares 4, 5. Der Flansch weist rings um das Rohr 20 mehrere Öffnungen auf und ist im Getriebegehäuse befestigt. Durch diese Öff­ nungen greifen Stege des nicht rotierenden, aber axial beweglichen, zweiten Stellgliedes 7 hindurch, das ebenfalls zum Teil als Rohr ausgebildet ist und über das Rohr 20 geschoben ist. Das Axialkugellager des rotierenden, ersten Stellgliedes 6 stützt sich über den rohrförmigen Teil des zweiten Stellgliedes 7 auf einem Axialkugellager ab, das an der axial beweglichen umlaufenden Kegelscheibe 4 auf der anderen Seite des Flansches anliegt. Der Momentwandler kann durch eine Kupplung 14 entweder manuell oder automatisch bei Überschreiten einer bestimmten Drehzahl überbrückt werden.

Die axial feste umlaufende Kegelscheibe 5 ist auf der getrie­ beseitigen Welle 2 gelagert und trägt ein Hohlrad 16 eines Planetengetriebes mit einem Sonnenrad 15, einem Planetenrad­ träger 17 und einer Schaltmuffe 18. Das Sonnenrad 15 ist auf der getriebeseitigen Welle 2 befestigt und der Planetenrad­ träger 17 lässt sich über die Schaltmuffe 18 alternativ für den Rückwärtsgang mit dem Getriebegehäuse 19 oder für die Vorwärtsfahrt mit dem Sonnenrad 15 kuppeln. Im Vorwärtsgang werden dadurch keine Zahnräder unnötig bewegt.

Das zweite Kegelscheibenpaar, das auf der Abtriebswelle (nicht dargestellt) sitzt, wird nur durch Federspannung geregelt und passt sich durch die Riemenspannung an. Eine momentabhängige Abpressung durch eine Kurvenscheibe ist ebenfalls möglich.

Die Geometrie des ersten Winkelhebels 3 mit den Fliehgewichten 3a ist so auszulegen, dass die auf den Flansch des rotieren­ den, ersten Stellgliedes 6 wirkende Fliehkraft ebenso gleich­ mäßig ansteigt wie die Gegenkraft der Druckfeder 8, so dass unabhängig von der Stellung der Winkelhebel 3 und der be­ weglichen Kegelscheibe 4 die Drehzahl konstant gehalten wird. Die mit wachsendem Radius der Auslenkung ansteigende Flieh­ kraft der Fliehgewichte 3a wird dadurch ausgeglichen, dass die wirksame, in Richtung der Antriebswelle zeigende Komponente des Hebelarms abnimmt, wenn der Abstand der Fliehgewichte 3a von Antriebswelle größer wird als der Abstand der Drehachse der Winkelhebel 3 von der Antriebswelle.

Zur Steuerung der Federspannung der Druckfeder 8 ist der Bowdenzug 21 mit dem Gaspedal in der Weise gekoppelt, dass der Bowdenzug bis ca. 30-50% des Pedalweges entspannt ist. Auf dem weiteren Pedalweg wird der Bowdenzug kontinuierlich bis zum Anschlag eingezogen. Weitere ca. 10% Pedalweg stehen nun zur Verfügung, um die Einspritzdüse von 90% Vollast auf 100% zu steigern. Die Regelung der Einspritzmenge erfolgt entweder kontinuierlich über den Pedalweg oder über eine Kurvenscheibe oder ein ähnliches Getriebe, um den Motor auf der Linie des geringsten Verbrauchs oder der geringsten Emissionen durch das Drehzahlkennfeld zu steuern.

Liste der Bezugszeichen

1

motorseitige Welle

2

getriebeseitige Welle

3

erster Winkelhebel

3

a Fliehgewichte

4

bewegliche Kegelscheibe

5

axial feste Kegelscheibe

6

erstes Stellglied

7

zweites Stellglied

8

Druckfeder/erste Feder

9

zweiter Winkelhebel

10

Zugfeder/zweite Feder

11

Pumpenrad

12

Turbinenrad

13

Leitrad

15

Sonnenrad

16

Hohlrad

17

Planetenradträger

18

Schaltmuffe

19

Getriebegehäuse

20

stationäres Rohr

21

Bowdenzug

Claims (9)

1. Stufenloses Kegelscheibenumschlingungsgetriebe für einen Dieselmotor, mit einem ersten Paar von Kegelscheiben (4, 5), von denen die eine (5) axial fest und die andere (4) axial verschiebbar auf einer Antriebswelle (2) gelagert ist, mit einem zweiten Paar von Kegelscheiben, von denen die eine axial fest und die andere axial verschiebbar auf einer Abtriebswelle gelagert ist, und mit einer Flieh­ kraftregelung, die einen Satz von Fliehgewichten (3a) aufweist, die unter der Wirkung der Fliehkraft die axial verschiebbare Kegelscheibe (4) direkt oder über ein Stell­ glied (6, 7) zur axial festen Kegelscheibe (5) hin ver­ schieben, wobei die Fliehgewichte (3a) durch eine erste Feder (8) bis zu der geringsten Drehzahl, bei der ein Drehmoment wirken kann, in ihrer Ausgangsstellung gehalten werden und die erste Feder (8) durch ein externes Stell­ glied (Bowdenzug 21) vorgespannt werden kann, so dass sich die Fliehgewichte (3a) erst bei einer höheren Drehzahl aus ihrer Ausgangsstellung lösen, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Stellglied (21) mit dem Gaspedal verbunden ist und die ersten etwa 40% des Weges des externen Stellgliedes die Dieselpumpe bis auf 70 bis 90% der Leistung steuern, wobei das externe Stellglied (21) entspannt ist, und dass das externe Stellglied (21) danach die Vorspannung der ersten Feder (8) erhöht.

2. Kegelscheibenumschlingungsgetriebe nach Anspruch 1, wobei die Vorspannung der ersten Feder (8), die durch das externes Stellglied (21) erfolgt, durch eine zweite Feder (10) unterstützt wird.

3. Kegelscheibenumschlingungsgetriebe nach Anspruch 2, wobei die zweite Feder (10) als Zugfeder auf einen zweiten Winkelhebel (9) wirkt, der die Kraft an die erste Feder (8) weitergibt.

4. Kegelscheibenumschlingungsgetriebe nach Anspruch 3, wobei die erste Feder (8) in einem rechten bis stumpfen Winkel an dem einen Arm des zweiten Winkelhebels (9) angreift und die zweite Feder (10) unter einem spitzen Winkel an dem anderen Arm des zweiten Winkelhebels (9) angreift, so dass sich bei Verstellung des zweiten Winkelhebels (9) durch das externe Stellglied (21) das Hebelverhältnis zugunsten des durch die zweite Feder (10) erzeugten Drehmoments verschiebt und damit die absinkende Zugkraft der zweiten Feder (10) sowie die ansteigende Druckkraft der ersten Feder (8) ausgleicht.

5. Kegelscheibenumschlingungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Antriebswelle durch einen hydraulischen Drehmomentwandler (11-13) unterbrochen ist und in eine motorseitige (1) und eine getriebeseitige Welle (2) unterteilt ist, wobei der Drehmomentwandler ein mit der motorseitigen Welle (1) verbundenes Pumpenrad (11), ein freilaufendes Leitrad (13) und ein mit der getriebeseitigen Welle (2) verbundenes Turbinenrad (12) aufweist und die ersten Winkelhebel (3) mit den Fliehgewichten (3a) an dem Pumpenrad (11) angebracht sind.

6. Kegelscheibenumschlingungsgetriebe nach einem der vor­ ausgehenden Ansprüche, wobei die Fliehgewichte (3a) über ein Axialkugellager auf ein axial verschiebliches Stell­ glied (7) wirken, das wiederum über ein weiters Axialkugel­ lager auf die axial verschiebliche Kegelscheibe (4) wirkt.

7. Stufenloses Kegelscheibenumschlingungsgetriebe nach Anspruch 6, wobei ein die Antriebswelle (2) umgebendes Rohr (20) zur Abstützung des Drehmoments des Freilaufes des Leitrades (13) dient, das Rohr (20) über einen Flansch mit dem Getriebegehäuse (19) verbunden ist und der Flansch um die Antriebswelle (2) verteilt mehrere Öffnungen aufweist, durch die hindurch das Stellglied (7) auf die axial verschiebliche Kegelscheibe (4) einwirkt.

8. Kegelscheibenumschlingungsgetriebe nach einem der vor­ ausgehenden Ansprüche, wobei die Kegelscheiben (4, 5) auf der Antriebswelle (2) freidrehend gelagert sind, die axial feste Kegelscheibe (5) mit einem Hohlrad (16) eines Planetengetriebes (15, 16, 17) fest verbunden sind, die Antriebswelle (2) das Sonnenrad (15) trägt und der Plane­ tenradträger (17) über eine Schaltmuffe (18) wahlweise mit einer Verzahnung auf der Antriebswelle (2) oder einer Verzahnung im Gehäuse (19) verbunden werden kann.

9. Kegelscheibenumschlingungsgetriebe nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der hydraulischer Drehmomentwandler durch eine Fliehkraftkupplung überbrückt wird, sobald das Fahrzeug eine vorgegebene Geschwindigkeit überschreitet.