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Eine
gattungsgemäße, aus
Hybridkeilriemen und Riemenscheiben bestehende Keilriemenanordnung
mit den in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2 genannten Merkmalen
ist z. B. aus der Patentanmeldung
EP 0 994 276 A1 bekannt.
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Hintergrund
der Erfindung
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Bisher
bekannte Riemenanordnungen zur Transmission von Drehbewegungen und
zur Leistungsübertragung
zwischen mindestens zwei Riemenscheiben bestehen üblicherweise
aus mindestens einem endlosen Zugträger (Lastträger), einer Vielzahl darauf
angebrachter, als Stützelemente
dienender Blöcke,
sowie Riemenscheiben.
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Bei
vorbekannten Hybridkeilriemen mit zwei Zugträgern sind diese in Schlitze
der Stützelemente eingefügt, die
von geneigten Seitenflächen
der Blöcke
gegen deren mittleren Bereich verlaufen. Sowohl die leicht überstehenden
Zugträger
als auch die sie aufnehmenden Schlitze weisen konvexe oder konkave
Abschnitte auf, wodurch sich eine in Längsrichtung der Zugträger relativ
unbewegliche Ineingriffnahme zwischen Stützelemente und Zugträger ergibt.
In Riemenbreitenrichtung stützen
sich die Zugträger
gegen Druckkräfte
von den Riemenscheiben am mittleren Bereich der Stützelemente
ab (z. B.
EP 0 135 710 ).
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Bei
vorbekannten Bauformen mit einem Zugträger hingegen ist dieser analog
in einem Schlitz angeordnet, der für die unbewegliche Ineingriffnahme sorgt.
Dabei umschließen
die Blöcke
oder Stützelemente
den Zugträger,
so dass eine Abstützung
des Zugträgers
gegen in Riemenbreitenrichtung aktive Kräfte nicht erforderlich ist
(
EP 0 047 586 ,
EP 0 257 646 ).
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Das
Betriebsverhalten und die Herstellung der Hybridkeilriemen lassen
jedoch weitere Verbesserungen erforderlich erscheinen:
Hybridkeilriemenanordnungen
dienen der Übertragung
vergleichsweise hoher Leistung, so dass auf den Riemenverbund hohe
Kräfte
in Riemenlängsrichtung
wirken. Für
die reibschlüssige
Kraftübertragung zwischen
den Riemenscheiben und dem Riemenverbund sind dem vorliegenden Reibwert
entsprechend Anpresskräfte
aufzubringen, die auch die Riemenscheiben, aber primär die Stützelemente
des Riemenverbundes verformen und damit die Größe und Lage der Kontaktflächen des
Riemenverbundes zu den Riemenscheiben gegenüber einem unbelasteten Ausgangszustand
verändern.
Da die herrschenden Anpresskräfte
gewöhnlich
dem Betriebszustand angepasst werden, ergeben sich besonders große Verformungen
der Stützelemente
in Betriebszuständen mit
hohem Drehmoment.
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Zusätzlich zur
Verformung der Stützelemente
im Kontaktbereich zur Riemenscheibe wird das Verformungsverhalten
der Zugträger
durch die sie umgebenden Stützelemente
beeinflusst. Übliche Ausführungen
mit generell identischen Flankenwinkeln an der Keilriemenscheibe
und ihren Gegenflächen,
den Kontaktflächen
an den Stützelementen und
den Zugträgern,
erreichen unter Belastung infolge der dann auftretenden Verformungen
nicht das Optimum.
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Aufgabe und LÖsung der
Erfindung
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Vor
dem Hintergrund der benannten Nachteile besteht der Schwerpunkt
des erfnderischen Bestrebens in einer Verbesserung der Ineingriffnahme: Stützelemente
./. Scheibenflanken unter besonderer Berücksichtigung der durch Belastung
an den Stützelementen
hervorgerufenen Verformungen.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.
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Aufgrund
der trapezförmigen
Grundform der Stützelemente
ist der Verformungswiderstand der Stützelemente an den radial inneren
Teilen geometrisch bedingt unterschiedlich zu dem an radial äußeren Teilen.
Zwischen den radial inneren und äußeren Teilen
befindet sich weiterhin der Zugträger, der ebenfalls einen eigenen
Verformungswiderstand aufweist. Es ist daher sinnvoll, abweichend
von im unbelasteten Zustand gleichen Flankenwinkel unterschiedliche
Winkel α, β, γ, δ (4)
an Scheiben, Zugträgern
und Kontaktflächen
der Stützelemente einzustellen.
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Eine
alternative oder zusätzliche
Verbesserung der Beanspruchung der Kontaktflächen durch Flächenpressung
wird erzielt, wenn die Flankenlinie der Scheiben schwach gekrümmt ausgeführt wird. Damit
verschieben sich abhängig
vom jeweils vorliegenden Laufradius und der herrschenden Normalkraft
die durch Flächenpressung
am höchsten
beanspruchten Bereiche über
die gesamten Kontaktflächen
und minimieren damit verschleißbedingte Änderungen
in den Abmessungen der Stützelemente über Laufzeit.
In diesem Fall werden die Flankenlinien im unbelasteten Zustand
zweckmäßig derart
eingestellt, dass ihre Winkel α, β, γ zur Scheibendrehachse
A unterschiedlich und bevorzugt kleiner ausgeführt werden als der kleinste
mögliche
Sekantenwinkel δ über die
Höhe der
Kontaktflächen
eines Stützelementes
an der Scheibe mit schwach gekrümmter
Flankenlinie (6).
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Aufgrund
der Normalkräfte,
die an den Riemenscheiben und den Kontaktflächen der Stützelemente wirken, und aufgrund
der Zugkraft im Zugträger
werden die Stützelemente
derart verformt, dass sich die Enden der Stützelemente mit ihren Kontaktflächen gegenüber der
auf Riemenbreitenrichtung bezogenen Mitte radial nach außen biegen.
In der Folge kommen die Kontaktflächen nicht wie gewünscht entlang
einer geraden Flankenlinie mit den Scheiben in Kontakt, sondern
es entstehen Überhöhungen der
Flächenpressung
dadurch, dass jeweils die radial inneren Ecken der Kontaktflächen beansprucht
werden, während
die radial äußeren Bereiche
nur schwach oder überhaupt
nicht in Kontakt mit den Scheiben kommen. Da die radial äußeren Bereiche
wegen der Trapezform in Riemenbreitenrichtung eine größere Ausdehnung
aufweisen, sind sie von diesem Effekt grundsätzlich stärker betroffen. Daher ist es
zweckmäßig, sowohl
für die
radial innere als auch für
die radial äußere Kontaktfläche der
Stützelemente
den Winkel α bzw. β zwischen
Scheibendrehachse A und den Flankenlinien der Kontaktfläche im unbelasteten
Zustand kleiner auszuführen
als den Winkel δ zwischen
Scheibendrehachse A und Flankenlinie der Scheiben und den Winkel β zur Flankenlinie
der äußeren Kontaktfläche der
Stützelemente
wiederum kleiner auszuführen
als den Winkel α zur Flankenlinie
der inneren Kontaktfläche.
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Die
Flanken der Zugträger
sind zum einen aufgrund ihres im Vergleich zu den Stützelementen geringen
Verformungswiderstandes, zum anderen wegen der in ihnen eingebetteten
Cordeinlage wiederum mit einem eigenen Flankenwinkel γ ausgeführt. Diese
Zugträger
werden aus einem Wickel durch Längsteilung
des Wickels gewonnen, so dass sich bei gleicher Ausführung der
Anschrägungen
am Zugträger
an der mit der Riemenscheibe in Kontakt kommenden Seite und der
für die
Aufnahme im Schlitzgrund bestimmten Seite kein Verschnitt am Wickel
ergibt, da die Abschlusskante eines ersten Zugträgers im Wickel gleichzeitig
den Anfang des folgenden Zugträgers
darstellt. Die Anschrägung
(γ) an der
mit der Riemenscheibe in Kontakt kommenden Seite sollte vorzugsweise
nicht mehr als 10 ° von
der radial äußeren (β) oder radial
inneren (α)
Stützelementflanke
abweichen.
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Zeichnungen
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Im
folgenden werden verschiedene Ausführungsdetails von Hybridkeilriemen
anhand der beigefügten
Zeichnungen erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
Hybridkeilriemenanordnung in Schnittdarstellung, von der Seite betrachtet;
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2, 3 und 4 jeweils
ein Stützelement
mit zwei (2 und 4)
bzw. mit einem Schlitz (3), in die
jeweils ein Zugträger
eingelegt ist; und zwar:
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2a, 3a und 4 jeweils
in Frontansicht eines Stützelements;
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2b und 3b jeweils
im Querschnitt;
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4 zeigt
zusätzlich
die verschiedenen, an der Stützelement-,
der Zugträger-
und der Scheibenflanke auftretenden Winkel;
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5 und 6 zeigen
das Zusammenwirken Stützelement/Scheibe,
und zwar:
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5 Stützelement,
verformt unter Last, gerade Scheibenflanke;
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6 Stützelement,
verformt unter Last, gekrümmte
Scheibe, Sekante über
Kontaktbereich;
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7 Montage,
Zugträgerflanke
steiler als Verbindung der Ecken am Stützelement;
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8 Montage,
Zugträgerflanke
flacher als Verbindung der Ecken am Stützelement;
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9 einen
Zugträger
im Querschnitt, innere und äußere Flanke
mit gleichem Winkel ausgeführt;
und
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10 einen
Zugträger,
ausschnittsweise im Längsschnitt.
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Beschreibung
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Die
in 1 dargestellte Riemenanordnung 2 für ein stufenlos
verstellbares Getriebe weist einen Hybridkeilriemen 4 und
zwei jeweils in ihrem Wirkradius RA, RB kontinuierlich verstellbare, jeweils aus
linker 6a und rechter Hälfte 6b bestehende
Keilriemenscheiben 6 auf. Der Hybridkeilriemen 4 besteht
aus mindestens einem Zugträger 8 sowie
einer Vielzahl daran angeordneter Stützelemente 10.
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Die 2a bis 10 zeigen
Details der in 1 dargestellten Riemenanordnung 2.
Insbesondere aus den 2a bis 4 ist der
Aufbau der aus mindestens einem Zugträger 8 und Stützelementen 10 bestehenden
Hybridkeilriemen 4 zu sehen.
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Die
Stützelemente 10 sind
in etwa trapezförmig
ausgebildet, wobei die jeweiligen Seitenflanken 12 zur
Ineingriffnahme mit einer (in 4 ausschnittsweise
dargestellten) Keilriemenscheibe 6 abgeschrägt sind.
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Das
in 2a dargestellte Stützelement 8 ist beidseitig
jeweils mit einem Schlitz 14 versehen. Die beiden Schlitze 14 erstrecken
sich in Richtung auf die Mitte des Stützelements 10.
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Das
in 3a dargestellte Stützelement 10 weist
einen Schlitz 14 auf, der von einer der beiden Seitenflanken 12 bis über die
Mitte reicht.
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Die
Schlitze 14 dienen zur Aufnahme jeweils eines Zugträgers 8.
Zur Gewährleistung
hinreichender Transmissionseigenschaften weisen Unter- und Oberseite
des mindestens einen Zugträgers 8 jeweils eine
Profilierung 16a, 16b (siehe 10)
auf, die mäander- oder wellenförmig sein
kann, und die mit entsprechend konvex bzw. konkav profilierter Ober-
und Unterseite der Schlitze 14 in Eingriff stehen (siehe 2b und 3b).
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Die 5 und 6 zeigen
das Zusammenwirken eines Stützelementes 10 mit
einer Scheibe 6. Durch Belastung des Riementriebs 2 sind
die Arme der Stützelemente 10 etwas
nach „oben" gebogen. Da die „oberen" Arme wegen der Trapezform
der Stützelemente 10 etwas
stärker
verbogen sind, ergibt sich keine reine Parallelverschiebung der
Stützelement-Flanken 12,
sondern es ergibt sich eine größere Steilheit
der Flankenwinkel α und β. Erfindungsgemäß sind die
Flankenwinkel α und β derartig
dimensioniert, dass sie unter Belastung des Riemens 4 in etwa
die Größe des Scheibenwinkels δ annehmen, so
dass unter Belastung eine großflächige Kontaktnahme
gewährleistet
ist.
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Die 6 zeigt
eine vergleichbare Anordnung. Der wesentliche Unterschied zu der
Konstruktion gemäß 5 besteht
darin, dass hier die Scheibenflanken 22a und 22b nicht
geradlinig sondern ballig ausgebildet sind.
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Für die Montage
von Stützelementen 10 und Zugträgern 8 ist
eine Anschrägung 20a bzw. 20b mit einer
einzigen, gerade ausgebildeten Flankenlinie am Kontakt im Schlitzgrund
nicht von Nachteil.
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Wird
die Anschrägung 20a bzw. 20b am
Zugträger 8 steiler
(7) ausgeführt
als die Verbindungslinie zwischen der radial äußeren Ecke der inneren Kontaktfläche 12i und
der inneren Ecke der äußeren Kontaktfläche 12a der
Seitenflanke 12, dann kommt bei der Montage unter Relativbewegung
in Längsrichtung
des Schlitzes 14 zunächst
die stumpfwinklige Ecke des Zugträgers 8 in Kontakt
mit der radial inneren Ecke der äußeren Kontaktfläche 12a und wird
gestaucht, so dass die spitzwinklige Ecke des Zugträgers 8 die
radial äußere Ecke
der inneren Kontaktfläche 12i passiert.
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Im
umgekehrten Fall (8) fädelt die spitzwinklige Ecke
zuerst radial innen ein und der Zugträger 8 wird mit seiner
stumpfen Ecke in den Schlitz 14 gezwungen. Der Schlitzgrund,
mit dem die innere Flanke 20a bzw. 20b des Zugträgers 8 nach
Montage in Kontakt tritt, weist eine gleichartig geneigte Ausrichtung
auf, so dass sich eine große
Auflagefläche und
damit ein besonders fester und unnachgiebiger Sitz ergibt.
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Üblicherweise
bestehen die Zugträger 8 aus elastomerem
Material und sind mit Cordeinlagen 18 verstärkt.
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- 2
- Riemenanordnung,
Riementrieb
- 4
- Hybridkeilriemen
- 6
- Keilriemenscheibe(n)
- 6a,
6b
- linke,
rechte Scheibenhälfte
(linke, rechte Scheibenflanke)
- A
- Scheibendrehachse
- RA, RB
- Wirkradius
der Scheiben
- 8
- Zugträger
- 10
- Stützelement
- 12
- Seitenfläche(n),
Flanke(n) des Stützelements
- 12a
- radial äußere Kontaktfläche des
Stützelements
- 12i
- radial
innere Kontaktfläche
des Stützelements
- 14
- Schlitz
im Stützelement
- 16a,
16b
- Profilierung
- 18
- Cord(einlage)
in Zugträger
- 20a,
20b
- Seitenfläche(n) des
Zugträgers,
Zugträger-Flanke(n),
-Kante(n),
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- Anschrägung
- 22a,
22b
- linke,
rechte Berührungsfläche (Flankenlinie)
der Scheibenflanke,
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- Kontaktfläche(n) der
Riemenscheibe
- α
- Winkel
zwischen der radial inneren Stützelement-Kontaktfläche (12i)
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- und
der Scheibendrehachse (A)
- β
- Winkel
zwischen der radial äußeren Stützelement-Kontaktfläche (12a)
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- und
der Scheibendrehachse (A)
- γ
- Winkel
zwischen äußerer Flanke
(20a bzw. 20b) des Zugträgers (8)
-
- und
der Scheibendrehachse (A)
- δ
- Winkel
zwischen der Flankenlinie (22a bzw. 22b) der Scheibe
(6)
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- bzw.
der Sekante der Flanke (22a bzw. 22b) und der
Scheibendrehachse (A)