DE102006007585A1

DE102006007585A1 - Keilrippenriemen

Info

Publication number: DE102006007585A1
Application number: DE200610007585
Authority: DE
Inventors: Stefan Holetz
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-02-18
Filing date: 2006-02-18
Publication date: 2007-09-27

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Keilrippenriemen mit einer elastomeren Decklage, einer Zugträgerlage und einem elastomeren Grundkörper, in den in Umfangsrichtung verlaufende Rippen und Rillen eingeformt sind, wobei die Rippen durch die Rillen voneinander getrennt wird und wobei die Rippen Flanken aufweisen, welche sich von einer Rillenhalbierenden in einem Rillenwinkel alpha bis zu einer Rippenbasis erstrecken. Um einen Keilriemen mit verringerter Geräuschentwicklung und verbesserter Verschleißeigenschaft zu schaffen, sieht die Erfindung vor, dass die Flanken von einer Rillenhalbierenden bis zur Rippenbasis konkav gebogen sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Keilrippenriemen mit einer elastomeren Decklage, einer Zugträgerlage und einem elastomeren Grundkörper, in den in Umfangsrichtung verlaufende Rippen und Rillen eingeformt sind, wobei die Rippen durch die Rillen voneinander getrennt sind, und wobei die Rippen Flanken aufweisen, welche sich von einer Rillenhalbierenden in einem Rillenwinkel α bis zu einer Rippenbasis erstrecken.
Hintergrund der Erfindung
Ein Keilrippenriemen besteht aus einem elastomeren Werkstoff mit einer in den ausvulkanisierten Riemenkörper eingebetteten Zugträgerlage. Die kraftübertragenden, mit Riemenscheiben eines Keilriementriebs zusammenwirkenden Riemenoberflächen unterliegen bekanntermaßen einer hohen mechanischen Beanspruchung.
Keilriementriebe dienen der reibschlüssigen Bewegungs- und Leistungsübertragung über mittlere Wellenabmessungen und erlauben auf einfache Weise große Übersetzungsverhältnisse in einer Getriebestufe bei entsprechend großen Durchmesserunterschieden der Keilriemenscheiben. Ein um die Riemenscheibe gekrümmter Keilriemen verformt sich gegenüber dem Zustand, in dem er längsgestreckt vorliegt, und zwar umso stärker, je kleiner der Riemenscheibendurchmesser ist, so dass der Riemen beim Durchlaufen der verschiedenen Riemenscheiben aufgrund der unterschiedlichen Verformungen andauernd in anderer Weise an den verschiedenen Keilriemenscheiben anliegt, was naturgemäß zum Verschleiß führt.

Es ist bekannt, die unterschiedlichen Verformungen eines Keilriemens, insbesondere eines Keilrippenriemens, in einem Keilriemengetriebe dadurch auszugleichen, dass der Keilwinkel der Keilriemenscheibe in Abhängigkeit vom Durchmesser der Keilriemenscheibe gewählt wird, je kleiner also der Durchmesser ist, desto kleiner ist auch der Keilwinkel der Keilriemenscheibe, wobei allerdings die V-förmige Rille der Keilriemenscheibe völlig geradeflankig bleibt. Es hat sich aber gezeigt, dass diese Lösung zur Anpassung der Keilriemenscheibe noch nicht ideal ist, sondern dass immer noch ein unnötiger Anpassungsverschleiß auftritt.

Die Situation für mehrrillige Keilriemenscheiben ist noch kritischer: Es hat sich gezeigt, dass die Verformungen in mehrrilligen Keilrippenriemen größer sind. Vor allem die erste Einlaufphase führt zu einem starken Nachlassen der Riemenspannung, die zur Aufrechterhaltung des Reibschlusses durch ein Nachspannen wieder hergestellt werden muss.

Die Unterschiede der Verformung können viel größer sein, wenn große Übersetzungsverhältnisse und demnach große Unterschiede in den Durchmessern genutzt werden, wodurch ein noch stärkerer Anpassungsverschleiß auftritt, mit der Folge unnötig verkürzter Lebensdauer.

Üblicherweise werden Keilrippenriemen verwendet, welche gemäß den Normen DIN 7867, ISO 9981 "Keilrippenriemen und -Scheiben für die Kraftfahrzeug-Industrie; Maße Profil PK" und ISO 9982 "Keilrippenriemen und -Scheiben für industrielle Anwendungen; Maße Profil PH bis PM" gerade verlaufende Flanken unter Einschluss eines Flankenwinkels von 40° aufweisen. Die Flanken können in eine horizontal verlaufende Basis münden, so dass eine Rippe die Form eines Trapezes aufweist. Ebenso kann die Basis die Form einer ogivalen Spitze aufweisen, welches beispielsweise aus der DE 38 37 892 A1 und der US 2005/0090350 A1 bekannt ist.

Es sind auch bereits Keilrippenriemen vorgeschlagen worden, bei denen die Rippenflanken nicht gerade verlaufen, sondern konvex geformt sind. So wird in der US 5,364,315 ein Keilrippenriemen beschrieben, dessen Flanken zumindest abschnittsweise konvex ausgebildet sind. Diese sollen sich gegen normal, also keilförmig ausgebildete Zahnflanken der Riemenscheibe pressen. Durch diese Ausgestaltung soll erreicht werden, dass die Längung des Keilrippenriemens im Betrieb verringert und ein Nachspannen des Riemens vermieden werden kann.

Eine ähnliche Lösung ist aus der US 4,330,287 bekannt. Auch dort weisen die Rippen jeweils untere Abschnitte mit einer konvexen Krümmung auf. Betont wird in dieser Schrift der gegenüber den Rillen der Keilriemenscheibe größere Durchmesser der Rippen des Keilrippenriemens, wodurch ebenfalls ein Nachspannen des Riemens verhindert werden soll.

Eine konvexe Geometrie der Rippen ist ferner aus der US 5,803,855 bekannt, wobei das Ziel der dort beschriebenen Lösung eine Geräuschreduzierung im Betrieb des Keilriementriebes ist.

Diese bekannten Keilrippenriemen mit konvexen Rippenflanken sollen mit normalen Keilriemenscheiben gemäß der Norm DIN 7867 zusammenwirken. Da die Rippenbreite zumindest im konvexen Abschnitt größer ist als die Rillenbreite der Keilriemenscheibe, ist mit einem erhöhten Verschleiß der entsprechenden Keilrippenriemen zu rechnen, so dass die erzielbaren Vorteile des Verzichts auf ein Nachspannen und eine Geräuschreduzierung mit erheblichen Nachteilen behaftet sind.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein als Keilrippenriemen ausgebildetes kraftschlüssiges Kraftübertragungsmittel mit verringerter Geräuschentwicklung und verbesserter Verschleißeigenschaft, also verringertem Verschleiß zu schaffen.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die gestellte Aufgabe auf überraschend einfache Art und Weise dadurch lösen lässt, dass die Flanken der Rippen im Querschnitt konkav gebogen sind.

Die Erfindung geht daher aus von einem Keilrippenriemen mit einer elastomeren Decklage, einer Zugträgerlage und einem elastomeren Grundkörper, in den in Umfangsrichtung verlaufende Rippen und Rillen eingeformt sind, wobei die Rippen durch die Rillen voneinander getrennt sind, und wobei die Rippen Flanken aufweisen, welche sich von einer Rillenhalbierenden in einem Rillenwinkel α bis zu einer Rippenbasis erstrecken. Zudem ist vorgesehen, dass die Flanken von der Rillenhalbierenden bis zur Rippenbasis konkav gebogen sind.

Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass sich nicht nur das Aufziehen eines neuen Keilrippenriemens auf eine Keilriemenscheibe erleichtern lässt, sondern vor allem, dass zwischen den Flanken der Rippen des Keilrippenriemens und den korrespondierenden Anlageflächen der Keilriemenscheibe zumindest beim Auflegen und Spannen des Keilrippenriemens ein Abstand eingehalten wird. Dieser Abstand verringert die Reibung im Bereich der Flanken, so dass vor allem durch die Rippenbasis bzw. Rippenbasen ein Reibschluss mit der Keilriemenscheibe hergestellt wird. Durch diese Ausgestaltung lässt sich nicht nur die Lebensdauer, sondern vor allem unerwünschte Geräuschbildungen reduzieren.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Flanken eine konkave Krümmung mit einem Radius r₁ aufweisen, wobei r₁ einen Wert zwischen 0,1 mm und 1 mm hat.

In einer praktischen Weiterbildung der Erfindung kann zudem vorgesehen sein, dass ein zweiter Radius r₂ in der Nähe der Rippenbasis gegenüber r₁ kleiner ist, wobei r₂ ≤ 0,5 r₁ ist.

In einer dazu alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Flanken eine konkave Krümmung mit einem Radius r₃ und einem Radius r₄ aufweisen, wobei r₃ zwischen 0,3 und 1,5 mm beträgt, und wobei r₄ zwischen 0,1 mm und 0,8 mm beträgt.

Besonders vorteilhaft kann es hierbei sein, dass für die Beziehung zwischen r₄ und r₅ gilt: r₅ ≤ 0,5 r₄.

In einer anderen zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Rippenbasis jeweils über eine Krümmungsumkehr mit einer konkav gekrümmten Flanke verbunden ist.

Ebenfalls liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Rippenbasis jeweils gerade verläuft und eine Länge von 0,5 mm bis 1,5 mm aufweist.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Rillenwinkel α zwischen 30° und 60° beträgt. Insofern kehrt sich die Erfindung ganz bewusst von bislang bekannten, normierten Keilrippenriemen ab, die standardmäßig einen Rillenwinkel von 40° ± 0,5° aufweisen. Eine Erkenntnis der Erfindung ist es, dass sich insbesondere eine Geräuschreduzierung erzielen lässt, wenn von einem Rillenwinkel um 40° abgewichen wird, insbesondere, wenn der Winkel größer gewählt wird. Hierbei hat sich ein Winkel von 56° als besonders vorteilhaft herausgestellt.

Schließlich kann es gemäß einer praktischen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Rippen des Keilrippenriemens eine Höhe von 2,0 mm und eine Rippenteilung von 4,4 mm aufweisen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Darin zeigt
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Keilrippenriemens im Querschnitt,
2 einen Ausschnitt aus 1 in einem größeren Maßstab,
3 ein Detail aus den 1 und 2,
4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Keilrippenriemens im Querschnitt,
5 ein Detail aus 4, und
6 ein Detail aus den 3 und 4.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Ein in den 1 bis 3 im Querschnitt dargestellter Keilrippenriemen 1 besteht aus einem elastomeren Material, in das eine Festigkeitsträgerlage 2 eingelassen ist. Die Festigkeitsträgerlage 2 besteht aus parallel angeordneten Festigkeitsträgern 3, welche aus Gewebe oder Corden bestehen können. Der Aufbau des Keilrippenriemens 1 besteht wie üblich aus einer elastomeren Decklage 4, die den späteren Riemenrücken bildet, und einem elastomeren Grundkörper 5. In letzteren werden die Rippen 6 eingeformt. Die Rippen 6 des Keilrippenriemens 1 sind durch keilartige Rillen 7 in Ogivalform voneinander getrennt.
Die Bezugszeichen a, b, c, d und e geben die gesamte Höhe a des Keilrippenriemens 1, die Dicke b der Decklage 4, die Dicke c + d des Grundkörpers 5, die Höhe d der einzelnen Rippen 6 und die Rippenteilung e an, wobei die Rippenteilung e der Abstand jeweils zweier zueinander benachbarter Rippen 6 ist. Mit f ist die Breite einer Rippenbasis 9 angegeben.
Die Rippen 6 weisen jeweils Flanken 8 auf, welche sich von einer vertikalen Rillenhalbierenden h in einem Rillenwinkel α bis zur Rippenbasis 9 erstrecken. Hierbei verlaufen die Flanken 8 im Querschnitt nicht in gerader Linie, sondern weisen durchgehend eine konkave Krümmung auf. Ein Radius r₁ gibt das Maß der konkaven Abweichung von der geraden Ideallinie i an, wobei sich die Ideallinie i vom Schnittpunkt der Rillenhalbierenden h mit der Grundkörperlinie g bis zu einer Basiskante 10 erstreckt. Im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel beträgt r₁ = 0,2 mm. Ein zweiter Radius r₂ in der Nähe der Rippenbasis 9 ist gegenüber r₁ kleiner im Verhältnis r₂ ≤ 0,5 r₁. Der Rillenwinkel α beträgt im ersten Ausführungsbeispiel 40°, kann aber auch deutlich größer gewählt werden, insbesondere in einem Bereich von 45° bis 60°.
In 3 ist eine einzelne Rippe 6 aus den 1 und 2 im Querschnitt im Detail, und zwar im Maßstab 25:1 dargestellt. Dort ist insbesondere die Breite f der Rippenbasis 10, sowie der Radius r₁ dargestellt.
Das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Keilrippenriemens 1 gemäß den 1 bis 3 weist die folgenden Dimensionierungen auf:
Höhe des Keilrippenriemens a ~ 4,3 mm,
Dicke der Decklage b ~ 1,0 mm,
Dicke des Grundkörpers c + d ~ 3,3 mm,
Höhe der einzelnen Rippen d ~ 2,0 mm,
Abstand der Rippen voneinander e ~ 4,4 mm, und
Breite der Rippenbasis f ~ 1,5 mm.
In den 4 und 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Keilrippenriemens 11 gemäß der Erfindung dargestellt. Dieser entspricht weitgehend dem in den 1 bis 3 dargestellten Keilrippenriemen 1 und besteht aus einem elastomeren Material. Darin ist ebenfalls eine Festigkeitsträgerlage 12 eingelassen. Die Festigkeitsträgerlage 12 besteht aus parallel angeordneten Festigkeitsträgern 13, welche aus Gewebe oder Corden gebildet sein können. Der Aufbau des Keilrippenriemens 11 besteht wie üblich aus einer elastomeren Decklage 14, die den späteren Riemenrücken bildet, und einem elastomeren Grundkörper 15. In letzteren sind Rippen 16 eingeformt. Die Rippen 16 des Keilrippenriemens 11 sind ebenfalls keilartige Rillen 17 in Ogivalform voneinander getrennt.
Die Bezugszeichen a, b, c, d und e geben die gesamte Höhe a des Keilrippenriemens 11, die Dicke b der Decklage 14, die Dicke c + d des Grundkörpers 15, die Höhe d der einzelnen Rippen 6 und die Rippenteilung e an, wobei die Rippenteilung e der Abstand jeweils zweier zueinander benachbarter Rippen 16 ist. Mit f ist die Breite einer Rippenbasis 19 angegeben.
Die Rippen 16 weisen jeweils Flanken 18 auf, welche sich von einer vertikalen Rillenhalbierenden h in einem Rillenwinkel α bis zur Rippenbasis 19 erstrecken. Hierbei verlaufen die Flanken 18 nicht in gerader Linie, sondern weisen eine konkave Krümmung auf. Ein Radius r₃ gibt das Maß der konkaven Abweichung der geraden Ideallinie i an, wobei sich die Ideallinie i vom Schnittpunkt der Rillenhalbierenden h mit der Grundkörperlinie g bis zu einer Basiskante 20 erstreckt. Im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel beträgt r₃ = 0,5 mm. Ein zweiter Radius r₄ in der Nähe der Rippenbasis 19 ist gegenüber r₁ kleiner im Verhältnis r₂ ≤ 0,5 r₁.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist die konkave Krümmung der Flanken 18 viel stärker ausgeprägt. Zudem beträgt der Rillenwinkel α = 56°, weist also stark vom sonst üblichen Rillenwinkel von 40° ab. Die Rippenbasis 20 ist entsprechend schmaler. Der konkave Bogen der Flanken 18 weist im Bereich des Übergangs zur Rippenbasis 20 eine Krümmungsumkehr 21 im Bereich des Radius r₅ auf, so dass in diesem Bereich die Rippenbasis 20 ballig geformt ist.
In 6 ist eine einzelne Rippe 16 aus den 4 und 5 im Detail, und zwar im Maßstab 25:1 dargestellt. Dort ist insbesondere die Breite f der Rippenbasis 20, die Radien r₃, r₄ und r₅, sowie die Krümmungsumkehr 21 dargestellt.
Das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Keilrippenriemens 11 gemäß den 4 bis 6 weist die folgenden Dimensionierungen auf:
Höhe des Keilrippenriemens a ~ 4,3 mm,
Dicke der Decklage b ~ 1,0 mm,
Dicke des Grundkörpers c + d ~ 3,3 mm,
Höhe der einzelnen Rippen d ~ 2,0 mm,
Abstand der Rippen voneinander e ~ 5,2 mm, und
Breite der Rippenbasis f ~ 0,8 mm.

1: Keilrippenriemen
2: Festigkeitsträgerlage
3: Festigkeitsträger
4: Elastomere Decklage
5: Elastomerer Grundkörper
6: Rippe
7: Rille
8: Flanke
9: Rippenbasis
10: Basiskante
11: Keilrippenriemen
12: Festigkeitsträgerlage
13: Festigkeitsträger
14: Elastomere Decklage
15: Elastomerer Grundkörper
16: Rippe
17: Rille
18: Flanke
19: Rippenbasis
20: Basiskante
21: Krümmungsumkehr
A: gesamte Höhe des Keilrippenriemens
b: Dicke der Decklage
c + d: Dicke des Grundkörpers
d: Höhe der einzelnen Rippe(n)
e: Rippenteilung
f: Breite der Rippenbasis
g: Grundkörperlinie
h: Rillenhalbierende
i: Ideallinie
α: Rillenwinkel

Claims

Keilrippenriemen (1; 11) mit einer elastomeren Decklage (4; 14), einer Zugträgerlage (2, 12) und einem elastomeren Grundkörper (5; 15), in den in Umfangsrichtung verlaufende Rippen (6; 16) und Rillen (7; 17) eingeformt sind, wobei die Rippen (6; 16) durch die Rillen (7; 17) voneinander getrennt sind, und wobei die Rippen (6; 16) Flanken (8; 18) aufweisen, welche sich von einer Rillenhalbierenden (h) in einem Rillenwinkel α bis zu einer Rippenbasis (9; 19) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (8; 18) von der Rillenhalbierenden (h) bis zur Rippenbasis (9; 19) konkav gebogen sind.
Keilrippenriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (8) eine konkave Krümmung mit einem Radius r₁ aufweisen, wobei r₁ zwischen 0,1 und 1 mm beträgt.
Keilrippenriemen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Radius r₂ in der Nähe der Rippenbasis (9) gegenüber r₁ kleiner ist, wobei r₂ ≤ 0,5 r₁ ist.
Keilrippenriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (18) eine konkave Krümmung mit einem Radius r₃ und einem Radius r₄ aufweisen, wobei r₃ zwischen 0,3 mm und 1,5 mm beträgt, und wobei r₄ zwischen 0,1 mm und 0,8 mm beträgt.
Keilrippenriemen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Beziehung zwischen r₄ und r₅ gilt, dass r₅ ≤ 0,5 r₄ ist.
Keilrippenriemen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenbasis (19) jeweils über eine Krümmungsumkehr (21) mit einer konkav gekrümmten Flanke (18) verbunden ist.
Keilrippenriemen wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenbasis (9; 19) jeweils gerade verläuft und eine Länge von 0,5 mm bis 1,5 mm aufweist.
Keilrippenriemen wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rillenwinkel α zwischen 30° und 60°, insbesondere 56°, beträgt.
Keilrippenriemen wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass seine Rippen (6; 16) eine Höhe (c) von 2,0 mm und eine Rippenteilung (e) von 4,4 mm aufweisen.