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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Keilriemen eines CVT-Getriebes, d. h. eines kontinuierlich verstellbaren Getriebes, sowie ein CVT-Getriebe.
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Stufenlose Getriebe, wie z. B. CVT-Getriebe, werden insbesondere bei Kleinfahrzeugen, z. B. Zweirädern mit kleinem Hubraum oder Schneemobilen oder Quads oder dergleichen, verwendet. Hierbei wird als Treibriemen üblicherweise ein Keilriemen verwendet. Keilriemen werden auch bei anderen Anwendungen eingesetzt, bspw. in Fahrzeugen bei Lichtmaschinen, als Antrieb eines Ventilators, einer Wasserpumpe oder einer Hydraulikpumpe oder dergleichen, verwendet. Grundsätzlich können Keilriemen bei gleichem Platzbedarf wesentlich größere Drehmomente als z. B. ein Flachriemen übertragen, insbesondere aufgrund der Reibung der Flanken eines im Schnitt trapezförmigen Keilriemens. Insbesondere bei CVT-Getrieben kann jedoch an einem Kontaktbereich zwischen dem Keilriemen und den üblicherweise kegelförmigen Keilriemenscheiben ein Walkvorgang aufgrund von abwechselnden Presskräften und Zugkräften auftreten, welche zu einer unerwünschten Wärmeentwicklung im Keilriemen führen kann. Auch kann ein Schlupf zwischen Keilriemen und Keilriemenscheiben auftreten, wodurch ein Wirkungsgrad reduziert wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Keilriemen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ein Walken im Betrieb und somit eine Wärmeentwicklung und Verluste bei der Drehmomentübertragung vermieden werden können. Auch tritt erfindungsgemäß ein geringerer Schlupf an Keilriemenscheiben oder dergleichen auf. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Keilriemen einen Basiskörper mit einem trapezförmigen Querschnitt und eine Vielzahl von Verstärkungselementen aufweist. Die Verstärkungselemente sind aus einem anderen Material als der Basiskörper hergestellt und sind stiftförmig ausgebildet. Die Verstärkungselemente sind dabei quer zu einer Längsrichtung des Keilriemens angeordnet. Hierdurch wird eine verbesserte Steifigkeit des Keilriemens erreicht, ohne dass dadurch seine Biegefähigkeit reduziert wird. Durch die Anordnung der Verstärkungselemente quer zur Längsrichtung (Laufrichtung) des Keilriemens bleibt eine Umlenkbarkeit des Keilriemens z. B. an einer Keilriemenscheibe, in exzellenter Weise beibehalten. Die Verstärkungselemente erhöhen ferner eine Formstabilität des Keilriemens. Aufgrund der verminderten Reibung des Keilriemens wird eine reduzierte thermische Belastung erhalten, sodass eine Lebensdauer des Keilriemens signifikant vergrößert werden kann. Auch werden thermische Belastungen von Riemenscheiben und weiteren damit verbundenen mechanischen Teilen reduziert, wodurch z. B. eine Verkleinerung eines Kühlgebläses und somit eine weitere Effizienzsteigerung möglich ist. Ein weiterer großer Vorteil liegt darin, dass bei Verwendung in einem CVT-Getriebe ein schnellerer Schaltvorgang möglich ist, da eine schnelle Positionsänderung des Keilriemens durch schnelleres und leichteres Gleiten zwischen den Keilriemenscheiben möglich ist. Bei Verwendung in Fahrzeugen können auch verbesserte Fahrleistungen, insbesondere hinsichtlich einer Höchstgeschwindigkeit und einer Beschleunigung erreicht werden. Darüber hinaus ist eine einfache Nachrüstbarkeit des erfindungsgemäßen Keilriemens möglich.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise sind die Verstärkungselemente derart im Basiskörper angeordnet, dass sie von einer ersten Seitenfläche des Basiskörpers bis zu einer zweiten Seitenfläche des Basiskörpers verlaufen und an den Seitenflächen frei liegen. Mit anderen Worten verlaufen die Verstärkungselemente vollständig quer durch den Keilriemen. Dadurch werden eine gleichmäßige Belastbarkeit des Keilriemens und eine gleichmäßige Versteifung des Keilriemens erreicht.
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Weiter bevorzugt weist jedes Verstärkungselement ein erstes und ein zweites stirnseitiges Ende auf, welches abgeschrägt ist. Dadurch sind die stirnseitigen Enden der Verstärkungselemente bündig mit jeweils der ersten und zweiten Seitenfläche des Keilriemens. Somit liegen die Seitenflächen des Basiskörpers und die stirnseitigen Enden der Verstärkungselemente in einer Ebene.
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Alternativ sind bevorzugt die Verstärkungselemente vollständig in den Basiskörper eingebettet. Besonders bevorzugt werden die Verstärkungselemente dabei während des Fertigungsprozesses des Keilriemens in diesen integriert, z. B. wenn der Keilriemen durch Vulkanisieren hergestellt wird und die eingelegten Verstärkungselemente einvulkanisiert werden.
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Weiter bevorzugt sind das erste und/oder zweite stirnseitige Ende der Verstärkungselemente als nagelförmige Köpfe ausgebildet. Dadurch ist ein Querschnitt der Köpfe größer als ein Hauptkörper der Verstärkungselemente. Hierdurch können insbesondere spezifische Reibeigenschaften des Keilriemens im Bereich von Keilriemenscheiben eingestellt werden, in welchem die Köpfe mit den Keilriemenscheiben in Kontakt kommen.
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Die stirnseitigen Enden der Verstärkungselemente sind weiter bevorzugt mittels einer Beschichtung, insbesondere einer gummiartigen Beschichtung, beschichtet. Hierdurch kann der Keilriemen dann nur noch eine Tragfunktion für die Verstärkungselemente aufweisen, ähnlich wie bei einem Patronengurt, und die gummiartige Beschichtung kann die notwendige Reibung bereitstellen. Hierdurch kann insbesondere eine Beweglichkeit des Keilriemens deutlich verbessert werden.
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Eine besonders gute Beweglichkeit des Keilriemens wird ferner dadurch erreicht, dass die Verstärkungselemente in Längsrichtung des Keilriemens, d. h. in Laufrichtung des Keilriemens, jeweils auf einer gleichen Höhe im Keilriemen angeordnet sind. Somit liegen die Verstärkungselemente bei Betrachten des Keilriemens von der Seite auf einer gemeinsamen Linie (Höhe), welche von einer Oberseite und einer Unterseite des Keilriemens an jedem Punkt gleich beabstandet ist.
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Weiter bevorzugt weist der Keilriemen eine erste Reihe von Verstärkungselementen auf, welche in Längsrichtung des Keilriemens auf einer ersten gleichen Höhe angeordnet sind und eine zweite Reihe von Verstärkungselementen auf, welche in Längsrichtung des Keilriemens auf einer zweiten gleichen Höhe angeordnet sind. Somit sind die Verstärkungselemente im Keilriemen in zwei umlaufend angeordneten Reihen übereinander bzw. untereinander angeordnet. Die Verstärkungselemente der beiden Reihen können dabei gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein und alternativ auch in Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet sein.
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Vorzugsweise weisen die Verstärkungselemente der ersten Reihe einen unterschiedlichen Querschnitt zu den Verstärkungselementen der zweiten Reihe auf.
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Für eine schnelle und einfache Herstellbarkeit werden zwischen den Verstärkungselementen und dem Basiskörper jeweils Pressverbindungen vorgesehen. Dadurch kann eine besonders kostengünstige und einfache Herstellung des Keilriemens erreicht werden.
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Besonders bevorzugt weisen die Verstärkungselemente eine zylindrische Mantelfläche auf und sind insbesondere als Zylinderstifte vorgesehen. Die Verstärkungselemente können aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein, besonders bevorzugt aus Karbon oder Teflon oder Polyurethan oder Aluminium.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst der Keilriemen ferner wenigstens eine weitere Verstärkungseinrichtung. Die weitere Verstärkungseinrichtung ist besonders bevorzugt eine Textileinlage. Alternativ oder zusätzlich kann auch noch eine Stahleinlage oder eine andere Einlage vorgesehen sein. Die zusätzlichen Verstärkungseinrichtungen sind besonders bevorzugt nahe einer Oberseite und/oder nahe einer Unterseite des Keilriemens vorgesehen.
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Weiter bevorzugt betrifft die vorliegende Erfindung ein CVT-Getriebe mit einem erfindungsgemäßen Keilriemen. Das CVT-Getriebe wird insbesondere bei kleinen Brennkraftmaschinen verwendet, welche als Antrieb für Kleinfahrzeuge, wie z. B. Scooter, Motorroller, Schneemobile, Quads usw., dienen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Ansicht eines CVT-Getriebes mit einem erfindungsgemäßen Keilriemen,
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2 und 3 schematische, teilweise geschnittene Darstellungen der verstellbaren Keilriemenscheibe des CVT-Getriebes von 1 in zwei unterschiedlichen Stellungen,
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4 eine schematische, geschnittene, perspektivische Ansicht des Keilriemens des ersten Ausführungsbeispiels von 1,
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5 eine schematische, geschnittene, perspektivische Ansicht eines Keilriemens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
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6 eine schematische, geschnittene, perspektivische Ansicht eines Keilriemens gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 ein Keilriemen 2 eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung in Verbindung mit einem CVT-Getriebe 1 im Detail beschrieben.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst das CVT-Getriebe neben dem Keilriemen 2 eine antreibende Keilriemenscheibe 11 und eine angetriebene, verstellbare Keilriemenscheibe 12. 2 zeigt dabei eine erste Stellung des CVT-Getriebes, bei der der Keilriemen 2 an einer äußersten Position der Keilriemenscheibe 12 angeordnet ist und 3 zeigt eine Position des Keilriemens 2, bei der der Keilriemen an einer innersten Position an der Keilriemenscheibe angeordnet ist. Zur Aufbringung einer Axialkraft weist die verstellbare Keilriemenscheibe 12 ein Vorspannelement 13 in Form einer Feder auf.
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Wie insbesondere aus 4 ersichtlich ist, weist der Keilriemen 2 im Schnitt eine Trapezform auf. Der Keilriemen 2 umfasst einen Basiskörper 3 sowie eine Vielzahl von ersten Verstärkungselementen 4. Die Verstärkungselemente 4 dieses Ausführungsbeispiels sind stiftförmige Elemente. Die Verstärkungselemente 4 sind aus einem anderen Material als der Basiskörper hergestellt.
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Jedes der Verstärkungselemente 4 weist ein erstes stirnseitiges Ende 41 und ein zweites stirnseitiges Ende 42 auf. Wie insbesondere aus den 2 und 4 ersichtlich ist, sind die stirnseitigen Enden 41, 42 jedes Verstärkungselement derart ausgebildet, dass die ersten und zweiten Enden 41, 42 plan mit einer ersten Seitenfläche 21 und einer zweiten Seitenfläche 22 des Keilriemens 2 sind.
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Somit liegen die beiden stirnseitigen Enden 41, 42 in einer Ebene mit den beiden Seitenflächen 21, 22. Mit anderen Worten weisen die stiftförmigen Verstärkungselemente 4 abgeschrägte Enden 41, 42 auf und sind an den Seitenflächen bündig mit diesen, aber freiliegend.
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Zwischen den Verstärkungselementen 4 und dem Basiskörper 3 ist jeweils eine Pressverbindung 6 vorgesehen. Hierdurch kann eine sichere Fixierung der Verstärkungselemente 4 im Basiskörper 3 erreicht werden. Ferner ist dadurch ein Kleben oder ein anderer aufwendiger Fixiervorgang nicht notwendig.
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Ein Abstand der Verstärkungselemente 4 zu einem jeweils benachbarten Verstärkungselement 4 ist dabei entlang der Längsrichtung L des Keilriemens 2 konstant.
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Weiterhin umfasst der Keilriemen 2 weitere Verstärkungseinrichtungen. In diesem Ausführungsbeispiel ist zusätzlich als Verstärkungseinrichtung eine Textileinlage 7 und eine Stahlseileinlage 8 vorgesehen. Die Textileinlage 7 ist nahe einer Oberseite 23 des Keilriemens 2 angeordnet. Die Stahlseileinlage 8 ist zwischen der Textileinlage 7 und den Verstärkungselementen 4 angeordnet.
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Wie insbesondere in 4 angedeutet, sind die Verstärkungselemente 4 auf einer gemeinsamen Linie 9 bzw. Fläche parallel zur Oberseite 23 angeordnet. Die Linie 9 ist konstant mit einem ersten Abstand H1 von einer Oberseite 23 des Keilriemens 2 beabstandet. Der erste Abstand H1 bleibt dabei entlang des gesamten Umfangs des Keilriemens gleich.
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An einer Unterseite 24 des Keilriemens 2 sind eine Vielzahl von zahnartigen Ausnehmungen und Vorsprüngen vorgesehen, sodass eine Biegbarkeit des Keilriemens 2 in hohem Maße erhalten wird.
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Die Verstärkungselemente 4 sind somit quer zu einer Längsrichtung L des Keilriemens 2 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Verstärkungselemente 4 als zylinderförmige Stifte mit abgeschrägten Enden vorgesehen. Die Verstärkungselemente 4 können jedoch auch eine andere Querschnittsform, bspw. eine quadratische oder eine rechteckige Querschnittsform, aufweisen. Durch die an den Seitenflächen 21, 22 liegenden stirnseitigen Enden 41, 42 wird eine Reibung des Keilriemens 2 im Bereich der Keilriemenscheiben reduziert. Dadurch wird insbesondere eine Wärmeentwicklung im Betrieb reduziert, sodass zum einen eine Standfestigkeit und eine Lebensdauer des Keilriemens vergrößert wird und die Keilriemenscheiben sowie mit den Keilriemenscheiben verbundene weitere Bauteile einer reduzierten thermischen Belastung unterliegen. Dadurch kann insbesondere eine Verkleinerung eines Kühlgebläses, welches sonst beim Betrieb des CVT-Getriebes notwendig ist, erreicht werden. Weiterhin kann eine Dynamik des CVT-Getriebes deutlich erhöht werden, da schnellere Schaltvorgänge, d. h. Positionsänderungen des Keilriemens 2 relativ zu den Keilriemenscheiben möglich wird. Darüber hinaus kann durch die Verwendung des Keilriemens eine Verbesserung von Fahrleistungen, insbesondere hinsichtlich einer Höchstgeschwindigkeit und einer Beschleunigung, erreicht werden.
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5 zeigt einen Keilriemen 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist der Keilriemen des zweiten Ausführungsbeispiels zusätzlich noch zweite Verstärkungselemente 5 auf. Wie aus 5 ersichtlich, sind die zweiten Verstärkungselemente 5 auf einer zweiten gemeinsamen Linie 10 angeordnet. Die zweite Linie 10 weist einen zweiten Abstand H2 von einer Oberseite 23 des Keilriemens 2 auf. Ein Abstand der zweiten Linie 10 von der ersten Linie 9 ist entlang des Umfangs des Keilriemens konstant. Wie weiterhin aus 5 ersichtlich ist, ist ein Durchmesser der zweiten Verstärkungselemente 5 kleiner als ein Durchmesser der ersten Verstärkungselemente 4. Ferner sind in Längsrichtung L des Keilriemens 2 die zweiten Verstärkungselemente 5 versetzt zu den ersten Verstärkungselementen 4 angeordnet.
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6 zeigt einen Keilriemen 2 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel weist der Keilriemen 2 des dritten Ausführungsbeispiels lediglich eine Reihe von Verstärkungselementen 4 auf einer gemeinsamen Linie 9 auf. Wie aus 6 ersichtlich ist, sind die Verstärkungselemente 4 jedoch vollständig in den Basiskörper 3 eingebettet. D. h. das erste stirnseitige Ende 41 und das zweite stirnseitige Ende 42 jedes Verstärkungselements 4 liegt nicht an einer der Seitenflächen 21, 22 frei, sondern im Inneren des Basiskörpers 3. Das vollständige Einbetten der Verstärkungselemente 4 kann bspw. während eines Vulkanisierungsvorgangs erfolgen. Hierdurch bleibt eine große Reibungserzeugung an den Seitenflächen des Keilriemens erhalten.
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Die erfindungsgemäßen Keilriemen 2 der vorgehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind besonders bevorzugt auch für eine Nachrüstung bei CVT-Getrieben, bspw. bei Anliegen eines Wartungsintervalls, verwendbar.
