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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Hybridkeilriemen mit den im
Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
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Derartige
Treibriemen, die auch als Hybridkeilriemen bezeichnet werden, laufen
in Scheiben mit entsprechend V-förmigen
(keilförmigen)
Laufflächen und
erlauben eine stufenlos regelbare Übertragung von Drehmomenten.
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Im
Unterschied zu Zahnriemen, die formschlüssig mit den zugeordneten Zahnrädern in
Eingriff stehen, ist bei Keilriemen, insbesondere Hybridkeilriemen,
eine reibschlüssige
Ineingriffnahme mit den diesbezüglichen
Keilriemenscheiben gegeben. Bei Hochleistungshybridkeilriemen befindet
man sich technisch an der Grenze des Machbaren. Für spezielle
Anforderungen bezüglich
Drehmomentübertragung
ist für
jeden Anwendungsfall eine Optimierung der jeweiligen Hybridkeilriemenflanken-Reibbeiwerte vorzunehmen.
Da die Hybridkeilriemen mit den Flanken ihrer Stützelemente mit den Wangen der
Riemenscheiben in Eingriff stehen, sind jeweils die Reibbeiwerte
der Stützelement-Flanken
zu optimieren. Da dies jeweils mit beträchtlichem experimentellem Entwicklungsaufwand
verbunden ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, einen Katalog
mit auf diverse Drehmomentanforderungen optimierten Stützelementen
gespeichert zu haben, die je nach Bedarf zusammengestellt werden
können,
z. B. bei Bedarf nach einem Reibwert von 0,35 werden Stützelemente
der Typen mit Reibwerten von 0,30 und 0,40 alternierend auf den
(die) Zugträger
des herzustellenden Hybridkeilriemens montiert.
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Wegen
der Reibschlüssigkeit
der Ineingriffnahme von Hochleistungskeilriemen spielt die genaue
Kenntnis des Schlupfes eine bedeutende Rolle. Die Größe des Schlupfes
ergibt sich aus der Differenz der Umfangsgeschwindigkeit der Scheiben
und der Riemengeschwindigkeit, bzw. der Relation der beiden Größen zueinander,
wobei die Scheiben-Umfangsgeschwindigkeit gegeben ist aus dem wirksamen
Scheibenradius und der Scheibendrehzahl.
- – Als Beispiel
für die
im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannte Treibriemengattung sei die Patentschrift CH 610 074 genannt. Die Seitenflächen der
dort beschriebenen Schubelemente wirken reibschlüssig mit den sogenannten Wangen der
V-förmigen
Scheiben.
- – Aus
der WO 01/63 144 A1 ist aus der 2 und der
zugehörigen
Beschreibung auf der Seite 5 in den Zeilen 20–26 bekannt, die geneigten,
kraftübertragenden
Seitenflächen
16 und 17 mit einem Material zu beschichten, das entweder metallisch oder
nicht metallisch sein kann.
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Bisher
wurde Kunststoffmasse, die für
den Reibwert an den Flanken verantwortlich ist, in ihrer Zusammensetzung
speziell optimiert. Die Erhöhung des
Reibwertes einer Kunststoffmasse geht, insbesondere bei Standardmaterialien,
mit einer Verringerung der Abriebbeständigkeit einher. Durch gezielten Eingriff
in die Rezeptur und das Beimengen von Fasern in die Kunststoffmasse
kann dieser gegenläufige
Effekt verringert werden. Der Zusammenhang zwischen der Rezeptur
einer Kunststoffmasse und dem sich letztlich einstellenden Reibwert
ist kaum vorhersehbar, so dass weitläufige und kostenintensive Entwicklungsschleifen
notwendig werden. Eine kurzfristige Einstellung an die Anforderungen
eines Getriebesystems ist praktisch nicht möglich.
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Die
Aufgabe der Erfindung, wie sie im Wesentlichen mit Anspruch 1 gelöst ist,
besteht in der Einstellung des Flankenreibwertes an die Anforderungen
eines neu zu konzipierenden Hybridkeilriemens für ein stufenlos verstellbares
Getriebe und in einer Erhöhung
der Abriebbeständigkeit
bei mindestens gleichbleibendem Flankenreibwert.
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Die
Stützelemente
des Hybridrings, die meist aus einem verstärkenden Kern und einer Kunststoffbeschichtung
bestehen, werden in einer festgelegten Reihenfolge, die auch aus
mehreren Stützelementen bestehen
können,
mit verschiedenen Kunststoffvarianten ausgeführt. Je nach Anteilen und Folge
der verschiedenen Werkstoffe lässt
sich der mittlere Reibwert steuern, wobei durchaus am Markt erhältliche
Standardmaterialien in Frage kommen. Durch Kombination von Kunststoffen
hohen Reibwertes und hoher Abriebbeständigkeit lässt sich die Lebensdauer eins
Hybridriemens bei gleichzeitiger Optimierung des Flankenreibbeiwertes
verbessern.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Konzept
ist eine gezielte Reibwerteinstellung möglich. Es ergibt sich eine
erhöhte
Abriebbeständigkeit
bei mindestens gleichbleibendem Flankenwert.
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Zum
Schutz einer Hybridkeilriemen/Scheiben-Anordnung vor übermäßigem Verschleiß ist es zweckmäßig, ein
Durchrutschen zwischen dem Hybridkeilriemen und den Scheiben zu
vermeiden. Kritische Zustände
beginnenden Durchrutschens infolge zu hoher Drehmomentbeanspruchung
können
anhand unterschiedlicher Geschwindigkeiten der Scheibenoberfläche auf
dem Laufradius und der Riemengeschwindigkeit, dem sogenannten Schlupf,
detektiert werden, um dann durch Erhöhung der wirksamen Anpresskräfte wieder
in einen stabilen, verschleißarmen
Betriebszustand zu gelangen.
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Eine
Detektierung von unzulässigen
Geschwindigkeitsunterschieden setzt eine Möglichkeit zur Ermittlung der
Riemengeschwindigkeit im Betrieb voraus, die erfindungsgemäß durch
Unterscheidungsmerkmale an unterschiedlichen Blöcken sensierbar wird, indem
bei bekanntem Abstand aufeinanderfolgender Blöcke die Zeit gemessen wird,
innerhalb der die Blöcke
aufeinander folgen, und damit die Riemengeschwindigkeit auswertbar
bzw. berechenbar wird. Als Unterscheidungsmerkmale können farblich
oder in ihrer Helligkeit oder in sonstiger Weise optisch oder magnetisch
unterschiedliche Markierungen vorgesehen werden, wodurch im Betrieb
der Riemen/Scheiben-Anordnung die Wiederholfrequenz der in bestimmter
Reihenfolge angebrachten Markierungen als Grundlage für die momentane
Riemengeschwindigkeit auszuwerten ist. Der Vergleich mit der Scheibengeschwindigkeit
auf dem aktuellen Laufradius führt
unmittelbar auf unerwünschte
Differenzgeschwindigkeiten und lässt
die Einleitung von Gegenmaßnahmen
zu.
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Zeichnungen
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Im
folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Hybridkeilriemen/Scheiben-Anordnung
anhand der beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 einen
axialen Schnitt durch eine Keilriemenscheibe nebst Querschnitt durch
einen auf die Keilriemenscheibe aufgelegten Hybridkeilriemen;
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2 einen
Längsschnitt
durch einen halben Hybridkeilriemen (bzw. die Seitenansicht eines halben
Hybridkeilriemens);
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3 den
Längsschnitt
durch einen Abschnitt eines Hybridkeilriemens; und
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4 ein
Stützelement
eines Hybridkeilriemens mit beidseitig in Stützelement-Schlitze eingelegten
Zugträgern
(Die rechte Hälfte
des Stützelements
ist aufgeschnitten).
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Beschreibung
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Die
in 1 im Schnitt dargestellte Hybridkeilriemen/Scheiben-Anordnung 2 besteht
aus einem Hybridkeilriemen 4 und mindestens zwei Keilriemenscheiben 6.
Gemäß dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
weist der Hybridkeilriemen 4 zwei endlose Zugträger 8a, 8b und
eine Vielzahl darauf angeordneter Stützelemente (Blöcke) 10; 10a, 10b,
... auf. Die Blöcke 10; 10a, 10b,
... stützen
sich mit ihren Seitenflanken 12a, 12b an den Kraftübertragungsflanken
(Wangen) 14a, 14b der Scheiben 6 ab.
D. h.: Die Stützelement-Flanken 12a, 12b stehen
mit den Scheiben-Wangen 14a, 14b zwecks Drehmomentübertragung
reibschlüssig
in Wirkverbindung.
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Die
aus elastomerem Material bestehenden Zugträger 8a, 8b sind
mit Zugsträngen
(Corden) 16; 16a, 16b, ... (Details siehe 4)
verstärkt.
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Die 2 zeigt
ausschnittsweise eine erfindungsgemäße Anordnung 2 von
der Seite. Die darin angegebenen Bezugszeichen sind mit denen in 1 identisch.
Darüber
hinaus bezeichnet R1 den wirksamen Radius
der einen Scheibe 6a, R2 den wirksamen
Radius der anderen Scheibe 6b. „A" bezeichnet den axialen Abstand beider
Scheiben 6a, 6b voneinander.
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Der
in 3 dargestellte Abschnitt eines Hybridkeilriemens 4 zeigt
weitere Details: Die radial äußere Oberfläche des
mit Corden 16; 16a, 16b, ... verstärkten Zugträgers 8 ist
mäanderförmig ausgebildet. Die
radial innere Oberfläche
ist gewellt. Beide Oberflächen
sind mit einer Gewebelage 18a, 18b abgedeckt und
stehen mit entsprechenden Schlitz-Oberflächen der darauf angeordneten
Stützelemente
(Blöcke) 10; 10a, 10b,
... in Eingriff. Zur problemlosen Umschlingung kleiner Riemenscheibenradien
R1, R2 sind die
auf dem Zugträger 8 angeordneten
Stützelemente 10a, 10b,
... ab der Zugstrang-Ebene (Zugstrang-Mittellinie, 20) in Richtung
auf das jeweils radial innere Stützelement-Ende
konisch verjüngt.
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Die
Stützelemente 10; 10a, 10b,
... – oder falls
die Stützelemente 10; 10a, 10b,
... nicht massiv sind sondern aus einem sie verstärkenden
Kern 22 und einer Kunststoff-Beschichtung 24 hergestellt sind:
die Kunststoff-Beschichtung 24 – werden in einer festgelegten
Reihenfolge, die auch jeweils aus mehreren Stützelementen bestehen kann (z.
B. 10a-10b-10a-10b- ... oder
in Gruppen 10a-10a-10b-10a-10a-10b-
...,) aus verschiedenen Kunststoff-Varianten ausgeführt, wobei
das Material der Stützelemente 10; 10a, 10b,
... oder der Kunststoffbeschichtung 24 auf dem flankenseitigen
Riemenumfang in einer festgelegten Reihenfolge aus einzelnen Stützelementen 10; 10a, 10b,
... oder Gruppierungen von Stützelementen
variiert.
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Die
(Stützelement-)Varianten 10a, 10b,
... können
sich in Material und/oder Oberflächen-Struktur bzw. -Beschaffenheit
voneinander unterscheiden (z. B.: 10a: Material 1; 10b:
Material 2; 10c: Material 1; 10d:
Material 2; usw. oder 10a: Material 1; 10b: Material 2; 10c:
Material 3; 10d: Material 1; ...).
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Aus 4 ist
der Detail-Aufbau eines Stützelements 10 ersichtlich.
Zur Ineingriffnahme mit den Wangen 14a, 14b einer
Keilriemenscheibe 6 sind die Stützelement-Flanken 12a, 12b zu
kleineren Scheibenradien R hin konisch verjüngt. Zur Aufnahme von Zugträgern 8a, 8b weisen
die Stützelement-Flanken 12a, 12b jeweils
einen Schlitz 26(a/b) auf.
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Aus 4 ist
außerdem
ersichtlich, dass die Stützelemente 10 aus
einem (metallischen) Kern 22 und einer Beschichtung 24 bestehen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
erstreckt sich die Kunststoff-Beschichtung 24 über die
Stützelement-Flanken 12a, 12b und
die Oberflächen
der Schlitze 26a, 26b. Erfindungswesentlich ist
das an der flankenseitigen Oberfläche der Stützelemente 10 (10a, 10b,
...) befindliche Material. Und zwar unterscheiden sich die flankenseitigen
Oberflächen
erfindungsgemäß in Bezug
auf Reibbeiwert und/oder Abriebbeständigkeit von einem Stützelement 10a zum
nächsten 10b.
Die 4 zeigt weiterhin, dass die Zugträger 8a, 8b mit Zugsträngen (Corden) 16a, 16b,
... versehen sind. Dabei stellt die Zugstrang-Mittellinie 20 die
biegeneutrale Ebene dar.
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- 2
- Anordnung,
Hybrid(keil)-Riemen/Scheiben-Anordnung
- 4
- Hybrid(keil)-Riemen
- 6;
6a, 6b
- Keilriemenscheibe(n)
- 8;
8a, 8b
- Zugträger
- 10;
10a, 10b, ...
- Stützelement(e),
Block (Blöcke), (Stützelement-)Varianten
- 12a,
12b
- Seitenflanken
der Blöcke,
flankenseitige Oberfläche,
Stützelement-Flanken
- 14a,
14b
- Kraftübertragungsflanken
(Wangen) der Scheiben 6
- 16;
16a, 16b, ...
- Zugstränge (Corde)
- R1
- wirksamer
Radius der einen Keilriemenscheibe
- R2
- wirksamer
Radius der anderen Keilriemenscheibe
- A
- Achsabstand
beider Scheiben voneinander
- 18a,
18b
- Gewebe,
Gewebelage
- 20
- Zugstrang-Ebene, Zugstrang-Mittellinie
- 22
- Stützelement-Kern
- 24
- Kunststoff-Beschichtung
- 26;
26a, 26b
- Schlitz
in Stützelement-Flanke(n) 12a, 12b