DE60015818T2

DE60015818T2 - Riemen

Info

Publication number: DE60015818T2
Application number: DE60015818T
Authority: DE
Inventors: Maria Paulus SMEETS; Petrus Gerardus VAN DIJNSEN; Herman Jeroen VAN LIEMPD
Original assignee: Van Doornes Transmissie BV
Current assignee: Bosch Transmission Technology BV
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2020-12-29
Also published as: JP2004517273A; US20040082417A1; EP1352182B1; EP1352182A1; WO2002053936A1; JP4502578B2; DE60015818D1; US7108624B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Riemen für ein kontinuierlich veränderbares Getriebe, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert.
Ein derartiger Riemen, im Allgemeinen als „Schubriemen" bekannt und bei diesem besonderen Design bzw. dieser Konstruktion alternativ als Einzelgehäuse-Schubriemen bezeichnet, ist allgemein aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen bekannt. Eine frühe Veröffentlichung eines so genannten Einzelgehäuseriemens ist die US 3 720 113 . Im Hinblick auf die praktische Anwendung wird der Einzelgehäuse-Schubriemen im Vergleich zu einem Doppelgehäuseriemen äußerst gern verwendet, letzterer ist aus späteren Veröffentlichungen wie der EP-A 00 008 02 bekannt, erfordert jedoch kostspielige technische Maßnahmen, um separate Haltemittel bereitzustellen, die den Träger und die Querelemente des Riemens als Ganzes halten, in anderen Worten, um zu verhindern, dass die Elemente von dem Träger auseinander fallen und um die bauliche Kohärenz zu bewahren. Die Integrität des Riemens aufrecht zu erhalten, ist insbesondere bei Benutzung des Riemens ein Thema, aber auch das einfache Intakthalten des Riemenaufbaus muss durchdacht werden.
Der Stand der Technik zeigt verschiedene Lösungen für das oben genannte Problem auf. Insbesondere werden mehrere Arten von Ausnehmungen zur Aufnahme des Trägers der Querelemente gezeigt. Hierunter fallen das Anordnen eines oder mehrerer axial verlaufender Schlitze, die Bereitstellung von Elementteilen zum Einhängen des Trägers und die Bereitstellung von Haltemitteln zum Verschließen der Trägeraufnahmeausnehmungen, z.B. Schließstifte.
Bei dem Riemen aus der genannten US-Veröffentlichung sind radial verlaufende Glieder des Elements bezüglich der Ausnehmung axial nach innen gebogen, wodurch sie einen hakenähnlichen Teil bilden, so dass der Träger, zusätzlich dazu, dass er entlang seiner lateralen und radialen Innenseiten umgeben ist, zumindest teilweise auch entlang seiner radialen Außenseite umgeben ist. Diese Konstruktion zum Einhaken des Trägers durch das Querelement ist wegen ihres relativ geringen Gewichts vorteilhaft. Diese Konstruktion birgt jedoch Herstellungsschwierigkeiten in sich, weil das nach innen Biegen des Querelements ein relativ kompliziertes Formstück nach sich zieht und weil beim Zusammenbau eine besondere Anstrengung vonnöten ist, um den Träger in der gewünschten Position gegenüber den Querelementen einzuführen. Insbesondere kann der Träger nicht frei eingeführt werden, d.h. ohne verformt zu werden. Eine derartige Verformung kann bei starker Zugkraft während der Benutzung zum Bruch des Trägers führen. Eine weitere derartige Konstruktion wird in der EP-A 00 952 57 offenbart, in der der Träger relativ fest in einer Kontaktstellung mit dem Element eingehakt ist.
Eine Konstruktion, die letzteres Einführungsproblem löst, ist aus der EP-A 01 352 37 bekannt. Bei dieser bekannten Konstruk tion zeigt ein Element einen so genannten Schlitz, der eine seitlich ausgerichtete Ausnehmung in dem Element ist, die eine Öffnung zur oberen Ecke des Elements hin hat. Wenigstens ein Teil der radialen Außenseite des Trägers wird von einem radial äußeren oder oberen Elementteil berührt, und die Elemente sind in wechselnder Abfolge einzuführen. Riemen mit solchen Elementen haben ein relativ hohes Gewicht, was die Leistung in Form von übertragbarem Drehmoment beschränkt. Auch die erforderliche wechselnde Abfolge bringt eine erschwerte Herstellung mit sich, weil die Elemente in wechselnder Reihenfolge in dem Riemen angeordnet werden müssen, d.h. um die Längsrichtung des Riemens gespiegelt.
Eine ähnliche frühere Konstruktion mit einer vorteilhaft einfacheren Schlitzkonstruktion ist aus der EP-A 00 739 62 bekannt. Dieses Dokument offenbart Elemente mit einem mehr oder weniger geraden Schlitz, der eine Öffnung in Richtung auf eine axiale Seite des Elements hat. Um nicht zu riskieren, dass der Träger, während der Riemen benutzt wird, mit einer Rollenfläche in Kontakt kommt, müssen auch bei dieser Konstruktion die Elemente gespiegelt angeordnet werden. Die durch gespiegelte angrenzende Elemente entstehende Erschwerung soll dadurch ausgeglichen werden, dass das niedrigere, verjüngte Elementteil mit einer zweiseitigen Verjüngung hergestellt wird, so dass nur eine Elementausrichtung vorzunehmen ist, die erwartungsgemäß zu Lasten einiger Produktionsschwierigkeiten und Kosten geht.
Eine weitere bekannte Einzelgehäuse-Konstruktion zeigt einen separaten Elemententyp, damit der Riemen bei Benutzung unversehrt bleibt. Solch ein Elemententyp hat Haltemittel in Form von Verriegelungsmitteln, z.B. einen Stift oder Verschluss ring, wodurch die Trägeraufnahmeausnehmung nach der Anordnung geschlossen wird. Eine derartige Konstruktion kann die Funktionsfähigkeit des Riemens sicherstellen, sowohl bei Benutzung als auch als separates Teil, ist jedoch aufgrund des Gewichts und der Herstellungskosten relativ unvorteilhaft, während die Robustheit bei vielen Konstruktionen nicht gewährleistet werden kann, wenn etwas größere Drehmomente zu übertragen sind, wie dies z.B. beim Einsatz in Fahrzeugen typischerweise erforderlich ist. Von dieser Riemenkonstruktion wird eine derartige Stiftkonstruktion in der EP-A 01 220 64 offenbart, und eine solche Ringkonstruktion wird in der US 5 123 880 offenbart.
Die vorliegende Erfindung zielt hauptsächlich, aber nicht ausschließlich, darauf ab, eine Einzelgehäuse-Riemenkonstruktion ohne die oben genannten Kosten steigernden Nachteile zu realisieren, wobei sie nur aus einem Einzelelementtyp besteht, der eine relativ unkomplizierte Form und ein relativ geringes Gewicht hat, um den Betrag an Drehmoment zu maximieren, der durch den Riemen übertragbar ist. Ein derartiger Riemen gemäß der Erfindung wird durch den Kennzeichenteil des Anspruchs 1 realisiert.
Bei dieser Konstruktion werden die Glieder von einer Einhakfunktion freigegeben, d.h. von einer Funktion freigegeben, die den Elementen hilft, eine Rolle zu verlassen. Bei der bekannten Riemenkonstruktion impliziert diese Funktion, in Längsrichtung betrachtet, ein axiales, an der Basis wirkendes, nach außen gehendes Moment, d.h. an dem radial innersten Teil eines Glieds, der somit relativ breit sein muss. Vermutlich um das Gewicht des Elements zu reduzieren, wurden bei der bekannten Konstruktion die Glieder in axialer Breite in Richtung auf ihr radiales äußeres Ende abgeschnitten. Da bei der aktuellen Erfindung eine solche Funktion fehlt, können die Glieder von wesentlich geringerer axialer Breite sein, so dass sie radial vollständig über den Träger hinausragen können. Dies wird durch eine freie, d.h. unangetriebene beidseitige Einführung von Element und Träger realisiert. Von der zugrunde liegenden Erkenntnis wird gemäß der Erfindung erstaunlicherweise insoweit abgewichen, als dass bei einem zwischen den Rollen liegenden Bahnteil darauf vertraut wird, dass der Riemen eine wenigstens leicht radial nach innen gekrümmte Form durch den gegenseitigen Kontakt der radialen äußeren Abschnitte des Elements annimmt, wobei das Verlassen der Rolle durch den gegenseitigen Kontakt der Elemente erfolgt.
Abgesehen von der Montagefreundlichkeit wird ein großer Vorteil der gegenwärtigen Konstruktion dadurch erreicht, dass das Leistungsübertragungsvermögen durch die verringerte gesamte Breite des Glieds optimiert wird, insbesondere im Verhältnis zur nominalen Breite des Elements, was die Breite des Elements an der Schwingkante einschließt, die im Allgemeinen proportional zu einer axialen Breite des Trägers ist. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme kann die Sattelfläche relativ vergrößert werden, was vorteilhaft ist, denn dadurch kann die Breite des Trägers vergrößert und dementsprechend seine Dicke verringert werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Träger aus einem Satz radial gestapelter Endlosringe besteht. Durch die Erfindung wird bestätigt, dass radiale äußere Ringe eines solchen Satzes dazu neigen, weniger zum Leistungsübertragungsvermögen beizutragen als die radialen inneren Ringe. Die Zahl der Ringe zu verringern wäre dann einer geringen Erhöhung der axialen Breite des Trägers vorzuziehen. Darüber hinaus wirkt sich auch die Anzahl der Ringe zu einem großen Teil auf die Kosten aus. Insbesondere in diesem Zusammenhang wird die Breite der einzelnen Glieder auf ein Niveau an oder nahe der Sattelfläche mit weniger als einem Zwölftel der axialen Breite der Fläche festgelegt.
Bei einer weiteren Entwicklung dieser Erfindung sind die Glieder, zumindest zu einem überwiegenden Teil, radial in einem Winkel ausgerichtet, der zumindest im Wesentlichen dem Winkel entspricht, in dem die lateralen Seitenflächen, oder Riemenscheiben bzw. Rollenkontaktflächen, der Elemente zum Berühren der Scheiben einer Rolle ausgerichtet sind, d.h. einem so genannter Flankenwinkel-Öffnungswinkel. Auf diese Weise wird eine axialweite gegenseitige Kontaktbasis für die Elemente geschaffen, was die Stabilität der gegenwärtigen Riemenkonstruktion fördert. Dies ist insbesondere im Hinblick auf einen Mangel an gegenseitiger Einhakfunktion von Elementen und Träger erwünscht.
Bei einer weiteren Entwicklung der Erfindung sind die Glieder der Elemente mit einem per se bekannten Einhakabschnitt versehen. Gemäß der Erfindung ist er jedoch, bei Kontakt mit dem Element, deutlich hinter dem Träger angeordnet, so dass er durch gegenseitige Drehung um die Längsrichtung des Riemens eingeführt werden kann. Durch diese Maßnahme wird eine stabile gegenseitige Berührung der oberen Elementteile erzielt und zwar sowohl bei einem Schiebenden als auch einem schlaffen zwischen den Rollen befindlichen Bahnteil, wodurch der sichere Betrieb des Riemens gefördert wird, was auch das Drehmomentübertragungsvermögen verbessert. Auch dies unterstützt die Gliedkonstruktion gemäß der Erfindung mit einer geringen axialen Breite, die die axiale Breite der Sattelfläche bevorzugt. Die erfindungsgemäße Maßnahme, ein sehr breites Glied mit einem radialen Abstand zu dem Träger zu realisieren, begünstigt einen guten gegenseitigen Kontakt der oberen Teile der Elemente. Eine solche Konstruktion ist am sichersten, wenn das Längsspiel zwischen den Elementen des Riemens auf ein Minimum reduziert ist, entsprechend der gängigen Praxis bei bekannten Riemen, und der Riemen so arbeitet, dass der gegenseitige Kontakt der oberen Teile des Elements den Riemen am Auseinanderfallen hindert.
Die vorliegende Erfindung zielt weiterhin darauf ab, eine Einzelgehäuse-Riemenkonstruktion ohne die oben genannten Kosten steigernden Nachteile zu realisieren, die aus der kleinst möglichen Anzahl Elementtypen besteht, mit einer relativ unkomplizierten Form und einem relativ geringen Gewicht, um das von dem Riemen übertragene Drehmoment zu maximieren und die zahlreichen Funktionserfordernisse des Riemens abzudecken. So ein Riemen wird gemäß der Erfindung dadurch realisiert, dass sich die Glieder radial über den Träger hinaus erstrecken und eine Ausnehmung definieren, die zur radial äußeren Seite des Elements hin offen ist, so dass ein freies gegenseitiges Einführen zwischen dem Element und dem Träger möglich ist.
Ein Riemen mit solchen Merkmalen ist leicht herzustellen, da kein weiteres Teil als Haltemittel erforderlich ist. An der erfindungsgemäßen Konstruktion überrascht, dass die Haltemittel durch den vorteilhaften Gebrauch und die Anpassung einiger geometrischer Eigenschaften, die in dem Riemen schon an sich vorhanden sind, erzielt werden, und zwar die Anpassung des Verhältnisses zwischen dem gesamten Längsspiels eines Riemens zwischen seinen Elementen und der radialen Riemenhöhe oberhalb der Schwingkante. Die Lösung gemäß dem Anspruch basiert auf der Erkenntnis, dass sich an einem schlaffen zwischen den Rollen befindlichen Bahnteil des Riemens, der kritischste Teil im Hinblick auf das Auseinanderfallen des Riemens, die Elemente gegenseitig in einer stabilen Endstellung, in der der relevante Riementeil zumindest leicht konkav gekrümmt ist, blockieren könnten. Die Lösung berücksichtigt die Erfahrung und die Erkenntnis, dass solche schlaffen Endteile dazu neigen, radial nach innen auszuknicken und zwar aufgrund des Klemmvorgangs an der Rolle, wo der Riemen austritt, was dazu führt, dass der Riemen oder zumindest dessen Elemente dazu neigen, weiter mit derselben Rolle zu rotieren.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung sind vorteilhaft große Beträge an Längsspiel zwischen angrenzenden Elementpaaren innerhalb des Riemens möglich, was die Montage des Riemens erleichtert, wenn die Elementhöhe oberhalb der Schwingkante groß genug ist. Die Erfindung kann dabei von der Erfahrung profitieren, dass nur ein Teil davon in dem schlaffen Bahnteil vorhanden ist, während darüber hinaus der Teil dieses tatsächlich in diesem schlaffen Bahnteil vorhandenen Spiels dazu neigt, zwischen Paaren angrenzender Elemente verteilt zu werden.
Alternativ zur vorhergehenden Lösung wird das beschriebene Problem, die Integrität eines so genannten Einzelgehäuseriemens beizubehalten, erfindungsgemäß durch ein Merkmal gelöst, das hier zusätzlich zu der vorhergehenden Lösung einfließt. Hierbei hat wenigstens die Mehrzahl der Querelemente einen oberen Elementteil, dessen radialer äußerer Endabschnitt dicker ist als der der Schwingkante, so dass eine Elementeanordnung, die innerhalb des Riemens durch wechselseitigen Kontakt mit den Endabschnitten gegeneinander geschoben wird, eine stabile bogenartige Form annimmt. Auf diese Weise wird, zumindest beim Schieben des zwischen den Rollen liegenden Bahnteils, ein Katzenbuckel ähnlicher Bogen in dem Schubteil des Riemens, der zwischen zwei Rollen liegt, erzielt. Dadurch wird der Riemenaustritt von einer Rolle verbessert, solange die Elemente nicht auseinander fallen oder von dem Träger fallen, weil sie in ihrer Position festgeklemmt werden, von der Seite her betrachtet. Durch Hinzufügen, oder gegebenenfalls Vorhandensein, eines solchen Merkmals kann der Riemen bei Getriebestillstand ohne eine Vorspannfeder in eine Rolle eingebaut werden, da die Klemmeigenschaft die Elemente, die an der gegenüber der Erdanziehungskraft oberen Seite eines Getriebes angeordnet sind, daran hindern, eine Position einzunehmen, von der aus sich der Riemen nicht länger in einen gewünschten stabähnlichen Zustand verformen kann. In einem schlaffen Bahnteil, entweder an der oberen oder unteren Getriebeseite, hilft das Festklemmmerkmal dabei, eine stabile nach innen gekrümmte Endstellung der schlaffen Bahn anzunehmen.
Erstaunlicherweise realisiert wieder die Maßnahme gemäß dem letzteren Aspekt der Erfindung die Integrität des Riemens, während die Anwendung der zuvor beschriebenen bekannten Maßnahmen zur Erhaltung der Funktionsfähigkeit des Riemens umgangen wird, indem die relative radiale Bewegung zwischen dem Querelement und dem Träger positiv oder direkt beschränkt wird. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, eine in radialer Richtung vollständig geöffnete Ausnehmung vorzusehen, d.h., selbst wenn Haken oder Verriegelungsteile weggelassen werden. Um diesen Effekt zu erzielen, ist gemäß der Erfindung lediglich eine kleine, aber deutliche Verjüngung des oberen Elementteils erforderlich. So wird vorteilhafterweise Nutzen daraus gezogen, dass ein Riemen ein maßgeblich große Anzahl Querelemente enthält.
Im Rahmen der gegenwärtigen Beschreibung soll die Höhe des Elements mit den Abmessungen des Riemens in der radialen Richtung bei ringförmiger Aufstellung übereinstimmen, die Breite des Elements stimmt mit der Abmessung des Riemens in Quer- oder Axialrichtung überein und die Dicke des Elements fällt in seiner Abmessung mit der Längsrichtung des Riemens, d.h. entlang dem Umfang des Riemens, zusammen.
Die oben vorgeschlagenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung, entweder per se oder in Kombination, arbeiten mit einem Träger zusammen, der aus einem Satz radial verschachtelter, endloser, flacher Metallbänder, die relativ dünn sind, besteht.
Im Hinblick auf die oben genannten und andere Aufgaben, die aus der detaillierten unten aufgeführten Beschreibung hervorgehen, werden bevorzugte Ausführungsformen des flexiblen Riemengetriebes gemäß der Erfindung in den Zeichnungen dargestellt, in denen:
1 eine diagrammatische Schnittzeichnung eines per se bekannten Riemengetriebes ist;
2 eine vergrößerte Vorderansicht eines Querelements des Standes der Technik in einer so genannten Einzelgehäuse-Ausführungsform eines Riemens für das Getriebe aus 1 zeigt;
3 den Schnitt A-A in 2 darstellt;
4 eine Vorderansicht einer Ausführungsform eines so genannten Doppelgehäuse-Elements gemäß der Erfindung ist;
5 den Schnitt B-B in 4 darstellt;
6 eine Vorderansicht einer Ausführungsform eines Einzelgehäuse-Elements gemäß der Erfindung ist und eine durch eine gestrichelte Linie mit der Vorderansicht verbundene Seitenansicht enthält;
7 ,in einer Ansicht gemäß 1, schematisch den Effekt einer Elementkonstruktion gemäß der Erfindung darstellt;
8 ,in einer Ansicht gemäß 1, schematisch den Effekt einer Elementkonstruktion gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung, wenn per se angewandt, darstellt;
9 eine schematische Darstellung für mehrere Abstände (A_v) zwischen Rollenaxialmitten eines Schlussspiel-Berichtigungseffekts (E_PC) gegenüber der kritischen Höhe (H_SE) eines Elements gemäß der Erfindung ist;
10 eine perspektivische Ansicht eines Riementeils mit dem Element gemäß 6 ist;
11 ein oberer Abschnitt einer alternativen Ausführungsform des Elements ist, in einer der Seitenansicht in 6 entsprechenden Ansicht dargestellt;
12 ein oberer Abschnitt einer zweiten alternativen Ausführungsform des Elements ist, in einer der Seitenansicht in 6 entsprechenden Ansicht dargestellt;
13 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Elements ist, das in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt.
In den Zeichnungen sind bauliche Abschnitte, die entsprechende Funktionen ausführen, mit denselben Bezugszahlen versehen. Die Zeichnungen werden im Folgenden genauer beschrieben.
In 1 ist ein Riemengetriebe schematisch dargestellt, auch als kontinuierlich veränderbares Getriebe (KVG) bezeichnet, zur Anwendung in Fahrzeugen geeignet, aber auch für andere Anwendungen passend, wie z.B. Windmühlen, mit einem Riemen 3, der zwischen Rollen 1 und 2 läuft, während er gegen deren Scheiben stützt. Die Scheiben einer Rolle 1, 2 definieren eine V-förmige Nut, um im Wesentlichen V-förmige Rollen- bzw. Riemenscheibenkontaktflächen 15 und 16 aufzunehmen, die ebenso als Flanken 15 und 16 des Riemens 3 bezeichnet werden. Der Riemen 3 überträgt eine Kraft von einer Rolle 1, 2 zu der anderen, wobei die Kraft von einem Drehmoment ausgeht, mit dem eine solche Rolle 1, 2 belastet wird, z.B. durch einen Fahrzeugmotor. Der Riemen 3 wird in einer Position nahe der so genannten NIEDRIG-Position gezeigt, die mit dem ersten Gang einer manuellen Schaltung vergleichbar ist. Der Riemen 3, alternativ als Schubriemen 3 bezeichnet, enthält einen Träger 4, alternativ als Stütze 4 oder Spannmittel 4 bezeichnet, in Form eines Satzes verschachtelter endloser dünner Metallbänder 7, anderweitig als Ringe 7 bezeichnet, und eine Vielzahl separater Querelemente 5, anderweitig als Blöcke 5 bezeichnet. Die Elemente 5 sind frei verschiebbar entlang dem Träger 4 in einer endlosen, virtuell kontinuierlichen Gruppierung vorgesehen, und stellen damit sicher, dass der Riemen 3 als so genannter Schubriemen 3 funktionieren kann, d.h. ein Riemen 3 zur Kraftübertragung von einer Rolle auf die andere, zumindest teilweise mittels einer Schubkraft innerhalb der Gruppierung der Querelemente 5, wobei die angrenzenden Elemente 5 zwischen den beiden Rollen 1 und 2 gegeneinander gedrückt werden.
In Betrieb kann der Riemen 3 zwischen den Scheiben mit jedem radialen Abstand zur Welle einer Rollen laufen und somit ein stufenlos veränderbares Übersetzungsverhältnis schaffen. Um den Riemen 3 zwischen die Scheiben zu klemmen und um den Laufradius des Riemens 3 zu verändern, ist wenigstens eine Scheibe jeder entsprechenden Rolle 1, 2 axial verschiebbar auf an sich bekannte Weise angeordnet, z. B. durch hydraulische Steuermittel, die eine Kraft auf die zumindest eine Scheibe ausüben, welche ausreicht, um das Drehmoment zu übertragen oder um den Laufradius des Riemens 3 in der jeweiligen Rolle 1, 2 zu ändern.
Wie in den Figuren dargestellt, sind die Elemente 5 eines Riemens 3 mit geneigten Riemenscheibenkontaktflächen 15 und 16, alternativ als Flanken 15 und 16 zum Berühren der Scheiben der Rollen 1 und 2 bezeichnet, versehen. Wird der Riemen 3 ausreichend fest zwischen die Scheiben einer Rolle 1, 2 geklemmt, kann er Kraft von einer rotierenden Rolle 1, 2 auf die andere übertragen, nachdem die Kraft auf den Riemen 3 durch Reibung zwischen den Flanken 15 und 16 und den V-Seiten der entsprechenden Scheiben übertragen wurde. Die von den Scheiben der Rollen 1 und 2 definierte V-förmige Nut hat einen V-Winkel, der zumindest virtuell dem Winkel gleichkommt, in dem die geneigten Flanken 15 und 16 des Elements 5 ausgerichtet sind, dem so genannten Flankenwinkel. Die Flanken 15 und 16 können durch Rillen und Kerben aufgeraut sein, so dass ein Kühlmedium, wie Getriebeöl, beim Kontakt zwischen Element 5 und Rolle 1, 2 ausreichend vorhanden ist. Im Querschnitt gesehen haben die Elemente 5 vorzugsweise einen unteren Elementteil, der Teile des Elements 5 enthält, die radial nach innen von der Höhe einer Schwingkante 9 und der Schwingkante 9 selbst angeordnet sind. Ein oberer Elementteil ist dann definiert, da Teile des Elements 5 radial nach außen angeordnet sind, d.h. oberhalb der Schwingkante 9. Die Schwingkante 9 wird alternativ als Schwenkzone 9 bezeichnet und enthält einen Bogen in radialer Richtung, der für gewöhnlich einen Radius von etwa 6 bis 12 mm hat und eine theoretische Vielfachheit axial ausgerichteter Kontaktlinien hält, entlang derer die Elemente 5 sich gegenseitig berühren und schwingen können, z.B. während sie sich in einer bogenförmigen Bahn B_T zwischen den Scheiben einer Rolle 1, 2 befinden.
Zumindest eine geneigte Fläche 19 des unteren Elementteils, d.h. die Seitenflächen in der Ansicht aus 3, ist gegenüber dem oberen Elementteil auf derselben Seite des Elements 5 geneigt, so dass das Element 5 zu seiner radialen Innenseite hin dünner wird, d.h. zur Innenseite des Riemens 3 gerichteten Seite hin. Die Elemente 5 sind des Weiteren mit einer im Wesentlichen leicht konvexen und radial nach außen zeigenden Trägerkontaktfläche 8 versehen. Die Trägerkontaktfläche 8, alternativ als Sattelfläche 8 bezeichnet, soll den Träger 4 während Benutzung des Riemens 3 berühren, insbesondere dessen radial innerstes Band. Eine derartige Sattelfläche 8 ist im Allgemeinen auch konvex geformt, wie in der Seitenansicht zumindest eines Teils davon zu sehen ist, der zum Kontakt mit dem Träger 4 bestimmt ist.
Im Betrieb laufen Teile des Riemens 3, durch Rotation einer Antriebsrolle, über eine so genannte Querungsbahn C_TU, C_TL, alternativ als „zwischen den Rollen angeordnete Bahnteile" C_TU, C_TL bezeichnet, zwischen den gebogenen Bahnen B_T, wo die Riemenelemente 5 in die entsprechende Rolle 1, 2 geklemmt sind, in deren Querungsbahn es einen oberen und unteren Teil gibt, Querungsbahn C_TU und die Querungsbahn C_TL, der vorwiegend gestreckt ist. Dort, wo der Riemen 3 zwischen die Scheiben der Rollen 1 und 2 geklemmt ist, weist er eine erste und eine zweite typische bogenförmige Bahn B_T auf. Bei den beiden zwischen den Rollen verlaufenden Bahnteilen C_TU, C_TL ist der Riemen 3 an einem Teil, dem Schubbahnteil, gespannt, d.h. die Elemente 5 sind steif gegeneinander geschoben. In diesem Teil übernimmt der Riemen 3 eine Schubfunktion. Auf dem gegenüber liegenden zwischen den Rollen liegenden Bahnteil C_TU, C_TL, dem schlaffen Bahnteil, ist der Riemen 3 ein wenig erschlafft, d.h. angrenzende Elemente 5 weisen etwas Spiel auf, d.h. einen Teil des Gesamtspiels zwischen den Elementen 5 eines Riemens 3, das zum Einführen eines Abschlusselements 5 bei der Montage erforderlich ist, was aus dem Verschleiß des Elements 5 oder aus Verformungen im Riemen 3 während des Betriebs resultiert. Ein derartiges Spiel wird als Endspiel E_P des Riemens 3 bezeichnet. Der Schubbahnteil und der schlaffe Bahnteil können während des Betriebs, je nach Übertragungsbedingungen, entweder an der Oberseite, d.h. der Querungsbahn C_TU in den 7 und 8, oder an der unteren Seite, d.h. der Querungsbahn C_TL in den 7 und 8, des Getriebes angeordnet sein. Bei beiden Querungsbahnen C_TU, C_TL dient der Träger 4 dazu oder hilft zumindest dabei, die Elemente 5 in einer gewünschten gegenseitigen Ausrichtung zu halten und kann deshalb hohen Zugkräften ausgesetzt sein. In der Praxis neigt der Riemen 3 in dem Schubbahnteil zum Verziehen, weil die Elemente 5 gegeneinander drücken und dabei virtuell eine Metallstange zwischen den Rollen 1 und 2 bilden, die dazu neigt, auseinander zu streben. Einer solchen Tendenz beugt jedoch der Träger 4 insbesondere durch eine darin vorherrschende Zugkraft vor.
Insbesondere sei auf die 2 und 3 hingewiesen, wo ein Ausführungsbeispiel einer Konstruktion des Standes der Technik eines Querelements 5 schematisch dargestellt ist, dessen Beschreibung hier dazu dient, einige Basisfunktionen und bauliche Eigenschaften eines Elements 5 für einen Riemen 3 zu erläutern, insbesondere ist eine so genannte Einzelgehäuse-Ausführungsform des Elements 5 gezeigt. Ein derartiges Element 5 hat eine zentrale Ausnehmung 6, alternativ als Öffnung 6 bezeichnet, zur Aufnahme eines Trägers 4, der einen Satz verschachtelter Ringe 7 umfasst. Die Öffnung 6 ist radial nach außen durch die Hakenteile 12 und 13 von sich radial nach außen erstreckender Glieder 10 und 11 begrenzt. Die Glieder 10 und 11 erstrecken sich jeweils nach oben, d.h. radial nach außen, nahe eines lateralen Seitenabschnitts des Elements 5, und definieren die lateralen Grenzen einer Ausnehmung 6. Bei diesem Ausführungsbeispiel des Standes der Technik erstrecken sich die Glieder 10 und 11 nach oben bis zu dem Träger 4 und leicht über ihn hinaus, wenn er die Sattelfläche 8 des Elements 5 berührt. Die Hakenteile 12 und 13 der Glieder 10 und 11 des Standes der Technik sind so geformt, dass sie den Trä ger in der Ausnehmung 6 halten, sobald der Riemen 3 montiert ist.
In dessen unterem Teil ist das Element 5 mit Flanken 15 und 16 und einer Verjüngung versehen, so dass der Riemen 3 entlang dem bogenartig gekrümmten Bahnteil B_T in einer Rolle 1, 2 laufen kann. In der Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik ist die Schwingkante 9 ein wenig unterhalb, d.h. radial nach innen, von der Sattelfläche 8 angeordnet. Die Verjüngung wird durch die geneigte Fläche 19 des unteren Elementteils realisiert, die mit einer Unterseite der Schwingkante 9 verknüpft ist und nach unten und nach hinten relativ zu einem Hauptebenenteil geneigt ist, der sich über der axial ausgerichteten Schwingkante 9 befindet. Der untere Elementteil ist ansonsten als ein solider, im Wesentlichen trapezförmiger Block hergestellt, der eine relativ hohe Steifigkeit aufweist und eine im Wesentlichen gerade untere Kante hat, die in Axialrichtung ausgerichtet ist.
4 und 5 stellen eine Ausführungsform gemäß der Erfindung dar, die einen Riemen 3 definiert, der insbesondere zur Anwendung in einem Personenkraftwagen geeignet ist und die Hauptmerkmale des Ausführungsbeispiels gemäß den 2 und 3 enthält, aber zur Aufnahme eines Trägers 4 in Form von zwei Satz Ringen 7 konstruiert ist, wobei zu diesem Zweck zwei Ausnehmungen 6 zur Aufnahme der Ringe in Form von Schlitzen 6 vorgesehen sind. Jede Ausnehmung 6 ist radial nach innen durch eine Sattelfläche 8 begrenzt und radial nach außen durch ein T-förmiges oberes Teil 14 des Elements 5 begrenzt. In dem Element 5 gemäß der Erfindung ist das obere Elementteil 14, d.h. der Teil, der sich radial oberhalb der Schwingkante befindet, leicht verjüngt, so dass sein dickster Teil nahe dem radial äußeren Ende liegt. Vorzugsweise nimmt die Dicke radial nach außen zu und zwar um einen Betrag in der Größenordnung von 4% seiner Dicke an oder nahe der Schwingkante 9, zumindest für eine typische Anzahl an Elementen 5 in einem Einzelriemen 3 zwischen 300 und 500. Ein in diesem Zusammenhang sinnvoller Bereich erstreckt sich über und enthält die Werte von 1% bis 20%. Auf diese Weise wird in einer Querungsbahn C_TU, C_TL der typische „Katzenbuckel", d.h. die konvexe Form der oberen, d.h. schiebenden, in 7 dargestellten Querungsbahn C_TU vorteilhaft erzielt. Gemäß der Erfindung fördert diese Form den Kontakt zwischen Sattelfläche 8 und Träger 4 in der oberen Querungsbahn C_TU und fördert damit auch das Zentrieren der Elemente 5 in diesem Teil der Bahn. Die konvexe Form fördert ebenfalls den Austritt des Riemens 3 aus der Rolle 1, 2.
7, in der D eine Rotationsrichtung der entsprechenden Rolle 1, 2 bezeichnet, zeigt damit des Weiteren, dass eine Rolle 1, 2, indem sie ihre Klemmkraft auf den Riemen 3 ausübt, dazu neigt, die Elemente 5 des Riemens 3 zwischen ihren Scheiben geklemmt zu halten, d.h. den Austritt des Riemens dadurch zu blockieren, dass die Elemente in einer ringförmigen Bahn bewegt werden. Dieses Merkmal ist durch das schlaffe Querungsbahnteil dargestellt, das ist hier die untere Querungsbahn C_TL, insbesondere im Vergleich zu der theoretischen geraden mit der Bezugszahl 4 bezeichneten Bahn. Die sich daraus ergebende Tendenz des Riemens 3, eine konkave Form anzunehmen, hängt von dem Gesamtbetrag an Spiel zwischen den Elementen 5 in dem Riemen 3 ab, d.h. das gesamte Endspiel E_P. Wird das gesamte Endspiel E_P innerhalb einer strengen Grenze, wie dies bei den bekannten Riemen 3 der Fall ist, gehalten, so erschwert dies die Herstellung des Riemens 3. Dies kann durch die erhöhte äußere Dicke verringert werden, indem der erfindungsgemäße Riemen 3 durch den gegenseitigen Kontakt der Elemente 5 dazu neigt, das zwischen den Elementen 5 auftretende Spiel zu verringern. Die erfindungsgemäße Struktur erlaubt ebenfalls ein relativ großes Gesamtendspiel E_P innerhalb der hergestellten Riemen 3, da die geringe Erhöhung der Dicke der Elemente 5 ebenfalls zu einer Verringerung des verfügbaren Betrags an Spiel in dem konkav geformten schlaffen Bahnteil führt. Darüber hinaus senkt diese Reduzierung des Spiels in dem konkav geformten schlaffen Bahnteil gleichzeitig die Tendenz des Riemens 3, in dem Bahnteil auszuknicken. Dadurch wird der Riemen 3 leichter innerhalb eines zulässigen Bereichs konkaver Krümmung gehalten, wie dies gemäß der Erfindung gegenüber der imaginären räumlichen Bahn 40 des Riemens 3 definiert ist, die ganz gerade von einer Austrittsstelle einer Rolle 2 bis zu einer Eintrittsstelle der anderen Rolle 1 quert. Gemäß der dieser Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis ist definiert, dass der konkav geformte schlaffe Bahnteil des Riemens 3, von der Seite her betrachtet, zumindest teilweise in der imaginären räumlichen Bahn 40 bleiben soll, um zu vermeiden, dass eine extreme große Kraft am Riemen 3 wirkt und um zu erreichen, dass der Träger 4 in der Ausnehmung 6 bleibt. Obgleich in 7 mit nur geringer einwärts von der geraden räumlichen Bahn 40 dargestellten Auswölbung, kann ein Riemen 3 mit dem Merkmal gemäß der Erfindung leicht so konstruiert sein, dass der konkav geformte schlaffe Bahnteil mit der räumlich geraden Bahn 40 virtuell zusammenfällt.
Das oben aufgeführte Prinzip der Verdickung eines oberen Elementteils gemäß der Erfindung kann vorzugsweise in einer Einzelgehäuse-Ausführungsform angewendet werden, wie z.B. in 2. Bei einer solchen Konstruktion löst das Merkmal gemäß der Erfindung das Problem, ein wirtschaftlich und technisch funktionales Design zu erhalten, insbesondere weil das Merkmal auch bewirkt, dass die Elemente 5 in einer oberen Querungsbahn C_TL daran gehindert werden, auseinander oder von dem Träger 4 zu fallen, d.h. die Integrität des Riemens 3 bleibt erhalten. Ein Beispiel für ein derartiges Einzelgehäuse-Ausführungsbeispiel liefert die in 6 dargestellte Konstruktion. Der Seitenansichtsteil aus 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Elemente 5, wobei die radial nach außen zunehmende Dicke eines Elements durch die Vorderseite 20 des oberen Elementteils, der leicht nach vorne geneigt ist, realisiert wird. Vorzugsweise ist die Vorderseite 20 an der Seite des Elements angeordnet, wo die Schwingkante 9 und die geneigte Fläche 19 des unteren Elementteils vorgesehen sind, so dass nur eine in Längsrichtung zugewandte Seite des Elements geneigt ist, während die weitere in Längsrichtung zugewandte Seite, die in die der Stirnseite 20 entgegen gesetzte Seite zeigt, flach sein kann.
8 verdeutlicht das Merkmal eines kritischen radialen Abstands oder Höhe, wodurch ein Einblick in die geometrischen Eigenschaften eines Riemens vorteilhaft gewonnen und in einer neuen Bauart unter Verwendung der üblichen mathematischen Gesetze angewandt wird. Abweichend von der Darstellung in 7, stellt in 8 die obere Querungsbahn C_TU den schlaffen Bahnteil dar, in der, um den schlimmsten Fall mit einzubeziehen, das gesamte Endspiel E_P zwischen zwei angrenzenden Elementen 5 konzentriert ist, die genau auf halbem Weg des schlaffen Bahnteils angeordnet sind. Wie in 7 ist das Getriebe mit dem Riemen 3 im MITTLEREN Übersetzungsbereich dargestellt, d.h. in dem ein Geschwindigkeitsübertragungsverhältnis und ein Drehmomentübertragungsverhältnis 1 ist. Der Bogen A entspringt der oberen Seite der Schwingkante 9 eines Elements 5 und zwar an der Stelle, an der der Riemen 3 aus der entsprechenden Rolle 2 austritt. In der MITTLEREN Übersetzungsstellung beträgt die Länge des Bogens A etwa ½ A_v. Im Allgemeinen kann festgestellt werden, dass ein oberer Elementteil, der relativ lang ist, den Vorteil hat, dass das Risiko, dass der Riemen ausknickt, d.h. unter seiner eigenen Tendenz, sich zu seiner Mitte in der schlaffen Bahnteil hin auszuwölben, zusammenbricht, wesentlich geringer ist. Im Zusammenhang mit der in 8 erklärten Eigenschaft wird nun gemäß der Erfindung von der inhärenten Möglichkeit Gebrauch gemacht, dass der Riemen 3 einen Betrag an Endspiel E_P aufheben kann oder, anders ausgedrückt, kompensieren, korrigieren oder absorbieren kann. Diese Möglichkeit wird durch die vorliegende Erfindung erkannt und bereit gestellt; umgesetzt bzw. abgeleitet wird es aus den Maßnahmen des folgenden Konzepts, das auch per se angewandt werden kann, d.h. entweder alternativ zu der oben beschriebenen Lösung der erhöhten Dicke oder zusätzlich zu ihr.
Gemäß einer solchen alternativen Lösung haben die Elemente 5 sich relativ lang erstreckende Glieder 10 und 11, gemessen in radialer Richtung ab der Schwingkante 9, die Teil des oberen Elementteils sind. Vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, kommt diese Eigenschaft der Elemente 5 zusammen mit der oben beschriebenen Dickeneigenschaft des oberen Elementteils, wie in 6 dargestellt, zur Anwendung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß 6 verlaufen die Glieder 10 und 11 oberhalb der Schwingkante 9 bis über ein kritisches radiales Abstandsniveau, oder eine Höhe H_SE, hinaus, das als Teil der vorliegenden Erfindung angesehen wird. Die kritische radiale Höhe H_SE oberhalb der Schwingkante 9 hängt von einem vorab definierten erwünschten Betrag an Endspielberichtigung E_PC ab. Die besagte Endspielberichtigung E_PC muss lediglich einen Teil des gesamten Endspiels E_P zwischen den Elementen 5 ausmachen, wenn auch die höhere Dickenlösung angewendet wird. Wie gesagt kann ein solches Endspiel E_P mit aufgenommen werden, um die Herstellung des Riemens 3 zu erleichtern, es kann sich aus der elastischen Dehnung des Trägers 4 und/oder aus dem elastischem Zusammendrücken der Elemente 5 während der Benutzung ergeben, oder es kann sich aus dem Verschleiß des Riemens 3 während der Benutzung ergeben. Die Erfindung mit der genannten radialen Höhe H_SE sorgt dafür, dass an der konkaven Krümmung des schlaffen Bahnteils die radial äußeren Teile der Glieder 10 und 11 in dem imaginären räumlichen geraden Teil 40 bleiben, so dass das Auswölben vermieden wird, und der Träger 4 immer noch in der Ausnehmung 6 angeordnet ist, wodurch die bauliche Stimmigkeit des Riemens 3 erhalten bleibt.
Gemäß der Erfindung wird diese Berichtigung oder Aufhebung des Endspiels in dem schlaffen Bahnteil auch durch die erste Lösung realisiert, bei der der obere Elementteil eine insgesamt verjüngte Form hat, wenngleich in geringerem Ausmaß. In diesem Zusammenhang kann die effektive Dicke eines Elements 5 als der kleinste längslaufende Abstand zwischen der Stirnseite 20 zweier sich gegenseitig berührender Elemente 5 definiert werden. Aufgrund der verjüngten Form des oberen Elementteils ist es offensichtlich, dass eine derartige effektive Dicke groß ist, wenn die Elemente 5 zueinander parallel ausgerichtet sind was in dem schlaffen Bahnteil zwischen den Rollen 1, 2 der Fall ist, und klein, wenn sie in einem Winkel, der der Verjüngung des oberen Elementteils entspricht, angeordnet sind, was in dem schiebenden Bahnteil oder in der freien Kreisform des Riemens 3 auftritt, zumindest unter der Voraussetzung, dass die Verjüngung relativ klein ausfällt, z.B. durch einen, wie von der Erfindung festgelegten, Dickenanstieg über dem oberen Elementteil zwischen 0,01 und 0,2 begrenzt ist. Im ersten Fall ist die effektive Dicke gleich der größten Dicke des oberen Elementteils, und im letzteren Fall ist die effektive Dicke gleich der größten Dicke des unteren Elementteils. Obwohl der Unterschied in der effektiven Dicke klein ist, d.h. zwischen 0,01 und 0,20 gemäß der Erfindung liegt, wird dieser bei allen Paaren angrenzender Elemente 5 in dem schlaffen Bahnteil vorliegen. Dieser Effekt macht einen erheblichen Anteil am Gesamtspiel zwischen den Elementen 5 in dem Riemen 3 nach der Montage aus, d.h. wenn der Riemen 3 eine Kreisform annehmen kann, um während des Betriebs zu verschwinden. Dies reduziert das Spiel, das durch die zweite Lösung aufgehoben werden soll, wenn dies zeitgleich mit der ersten Lösung geschieht, und es reduziert entsprechend den kritischen Abstand H_SE.
Obgleich für das Funktionieren der dargestellten Einzelgehäuse-Ausführungsform entscheidend, gilt es festzustellen, dass die Lösungen gemäß der Erfindung und die ihr zugrunde liegenden Erkenntnisse genau so vorteilhaft auf eine so genannte Doppelgehäuse-Ausführungsform, wie in den 4 und 5 dargestellt, anwendbar sind. In dem Fall kann eine Definition eines T-förmigen oberen Elementteils 14, das die oberen Grenzen der Ausnehmung 6 definiert, vorteilhaft weniger eng sein, weil die Funktion der oberen Grenze bei den Elementen 5 gemäß dem Stand der Technik, die bauliche Stimmigkeit des Trägers 4 und der Elemente 5 in Radialrichtung während der Benutzung aufrecht zu erhalten, in dem Riemen 3 gemäß der Erfindung nicht mehr erforderlich ist. Dies erlaubt eine Verringerung der axialen Abmessung des T-förmigen oberen Element teils 14 dort, wo die Querverlängerungen der T-Form zum Beispiel nur der leichteren Montage des Riemens 3 dienen.
Des Weiteren wird angeführt, dass beide Lösungen gemäß der Erfindung gleichzeitig angewendet werden können, so dass jede Eigenschaft hiervon, d.h. die erhöhte Dicke und der kritische Abstand nur zu einem vordefinierten Betrag an Endspielberichtigung E_PC bemessen sein müssen, der jeweils einen Teil des gesamten Endspiels E_PC ausmacht. In diesem Zusammenhang wird weiter angemerkt, dass die Größe und Form der Schwingkante 9, und insbesondere die radialen Abstände zwischen der Kontaktlinie und der Sattelfläche 8 in den zwei gekrümmten Bahnen B_T, im Vergleich zu der freien Form, d.h. einer Kreisform des Riemens 3 während der Herstellung, von Bedeutung für den Gesamtbetrag an Endspiel E_P sind. Demnach kann der gesamte Betrag an Endspiel E_P, der für die oben beschriebene Auswölbung relevant ist, in der Praxis als Maximalbetrag an Endspiel E_P angesehen werden, der bei Benutzung des Riemens 3 auftreten kann, der nicht die Merkmale der Erfindung hat.
Basierend auf den oben beschriebenen Erkenntnissen bezieht sich die Erfindung insbesondere auf Riemen 3 gemäß den Bedingungen der folgenden Gleichung:
Riemen, die die Kriterien der Gleichung 1 erfüllen, haben den zusätzlichen Vorteil, dass das gesamte Endspiel E_P, unabhängig von der Form, von einem längs verlaufenden Vorsprung und der Anordnungsstelle einer Kerbe 21 des Elements gewählt werden kann. Anders ausgedrückt, das gegenwärtige Merkmal der Er findung verbessert die Konstruktionsfreiheit hinsichtlich Form und Positionierung einer Elementkerbe 21. Insbesondere muss sie nicht größer sein als der Betrag an Längsüberstand der kreisförmigen Kerben 21 wie von den gemeinhin bekannten Riemenarten mit einem doppelten Satz verschachtelter Ringe 7 angegeben und darin verwendet. Das obige erfindungsgemäße Kriterium kann insbesondere vorteilhaft zur Herstellung eines Riemens 3 angewendet werden, der ohne Mittel zum Beschränken des radialen äußeren Bewegung des Träger 4 gegenüber dem Querelement 5 ausgelegt ist, wie zum Beispiel die Querverlängerungen des T-förmigen oberen Elementteils 14.
Gemäß der Erfindung erweist sich die Umfangslänge L des Riemens 3 in der Praxis als wertvoll und bei der Anwendung in Fahrzeugen als ausreichender Indikator für die zeitweise bevorzugten Parameter, die den Mittenabstand A_v zwischen den Wellen angeben, d.h. die Achsenmitten der Getrieberollen 1 und 2 und zwar als Ergebnis einer allgemein erwünschten engsten gegenseitigen Ausrichtung der Rollen. Bei der angestrebten Anwendung der Riemen in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Personenkraftwagen, kann der Abstand zwischen den Peripherien der Rolle im Verhältnis zu dem tatsächlichen Umfang des Riemens als vernachlässigbar angesehen werden, d.h. er ist im Allgemeinen kleiner als etwa 1%. In der Praxis bedeutet dies, dass die Rollen 1 und 2 üblicherweise beiderseits am kleinst möglichen radialen Abstand angeordnet sein. Die Fähigkeit der Höhe H_SE, das Endspiel gemäß der Gleichung (1) aufzuheben, kann dann in die baulichen Erfordernisse für den Riemen 3 übertragen werden.
Gemäß dieser Erkenntnis kann die Umfangslänge L eines Riemens als das Zweifache dieses Mittenabstands A_v plus die Umfangs länge beider Riementeile innerhalb der bogenförmig gekrümmten Bahnen B_T mit den Rollen ausgedrückt werden, wobei die letzteren Bahnteile durch den Radius R_MED des Riemens 3 in der MITTLEREN Übersetzungsstellung sind, d.h. im Übersetzungsverhältnis 1, und der Konstanten π zum Berechnen einer peripheren kreisförmigen Länge bestimmt sind. Als Gleichung: L = 2·Av + 2·π·RMED (2)
Der Radius, mit dem Riemen 3 in dem Medium R_MED läuft, ist als der halbe Abstand zwischen dem kleinsten und dem größten Laufradius des Riemens 3, entsprechend R_MIN und R_MAX, berechnet: RMED = (RMIN + RMAX)/2 (3)
Unter Berücksichtigung einer Designregel für die zur Aufgabe gemachte Anwendung des Riemens 3, beträgt der Laufradius des Riemens 3, der von dem Radius einer Rollenwelle bestimmt ist, etwa das 0,2fache des Rollendurchmessers, wobei letzterer etwa gleich dem Mittenabstand A_v ist. Zumindest bei Anwendungen in Kraftfahrzeugen, wo die Trennung zwischen den Peripherien der Rollen 1 und 2 vernachlässigt werden kann, kann R_MED neu geschrieben werden als: RMED = (0,2·Av + 0,5·Av)/2 = 0,35·Av (4)
Für die zur Aufgabe gemachte Anwendung, die in der nachfolgenden Gleichung (5) mündet, gilt bei Anwendung in Gleichung (2): L = 2·Av + 2·π·0,35·Av/2 = 4,2·Av (5)
Bei Anwendung in Gleichung (1) entspricht die kleinst erforderliche Höhe des oberen Elementteils, d.h. die kritische radiale Höhe H_SE für einen erwünschten Betrag an Endspielberichtigung E_PC, der vorliegenden Erfindung in Verhältnis zu der Länge L eines Riemens und zwar durch den folgenden Ausdruck, wobei kleinere Bedingungen der Gleichung vernachlässigt werden:
Um maximalen Schutz und Sicherheit zu gewährleisten, sind die Elementspielwerte gemäß der Erfindung sicherheitshalber auf 1,5 mm für elastische Verformungen und auf 2 mm für Verschleißerscheinungen festgelegt, während der Elementspielwert in dem montierten freien Zustand des Riemens 3 als 1,5 mm angenommen wird, dem für die vorliegenden Berechnungszwecke eine Sicherheitsspanne von 0,5 mm zugegebenen wird. Somit würde ein Maximalbetrag für das gesamte Endspiel E_P während des Betriebs theoretisch 5,5 mm betragen. Wird das gesamte Endspiel E_P nur mit der kritischen Höhe H_SE des oberen Elementteils berücksichtigt und insbesondere nicht der Effekt der erhöhten Dicke oder des Abstandes zwischen der Schwingkante 9 und dem Sattel 8, was oben besprochen wurde, zeigt Gleichung (6), dass die erforderliche Höhe H_SE das 0,81fache der Quadratwurzel der Länge L des Riemens betragen würde. In der Praxis wird ein derartiger Maximalbetrag an gesamtem Endspiel E_P nur selten erzielt, meistens ergibt sich ein niedrigerer Elementspielwert bei der Montage des Riemens 3, wobei der Verschleiß des Riemens nicht so stark ist, da ein Riemen 3 kaum mit unendlicher Lebensdauer, die mit über 250.000 km definiert ist, betrieben wird. Darüber hinaus wird, gemäß der der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis, die maximale Spannung nicht immer in einem Getriebe erreicht, d.h. mit gegeneinander gestapelten Elementen 5 über dem Träger 4, so dass das zwischen zwei angrenzenden Elementen 5 konzentrierte Spiel gewöhnlich größer als das Elementspiel ist, das bei Benutzung auftritt, wenn das gesamte Elementspiel mehr oder weniger zwischen einer Anzahl angrenzender Elementpaaren 5 verteilt ist. Somit wird in der Praxis ein wesentlich geringerer Betrag an Endspielberichtigung E_PC im Allgemeinen ausreichen als das, was anhand des theoretischen Maximums zu erwarten wäre. Das gesamte Endspiel E_PC wird jedoch vorzugsweise größer angesetzt als ein anfängliches Elementspiel in dem Riemen 3 in dessen kreisförmiger freier Form.
Gemäß der Erfindung kann aus Gleichung (5) gefolgert werden, dass die kritische Höhe H_SE des oberen Elementteils eine Bedingung erfüllen muss, die als Faktor C-mal die Quadratwurzel der Umfangslänge L des Riemens (3) festgelegt wird, wobei C ein Wert ist, der gleich oder größer als das 0,35fache der Quadratwurzel des Betrags an aufzuhebendem Endspiel E_PC ist.
Bei einer weiteren nützlichen Ausarbeitung wird die vorliegende Erkenntnis als Designregel entwickelt, nach der die kritische Höhe H_SE des Elements 5, das sich über der Schwingkante 9 erstreckt, zwischen mindestens 9,5 und höchstens 21 mm liegen sollte, um den Effekt der vorliegenden Erfindung zu erzielen. Oder noch genauer gesagt, dass die Höhe H_SE auf zwischen 10 mm und 15 mm endend für Riemen festgelegt werden sollte, die eine Umfangslänge L im Bereich von 350 mm bis 850 mm haben.
Bei noch einer weiteren nützlichen Ausarbeitung bezieht sich der Betrag an noch zu entfernendem Endspiel E_PC auf das anfängliche Spiel zwischen den Elementen 5, wenn der Riemen 3 in einer kreisförmigen oder freien Form positioniert ist. Gemäß der Erfindung beginnt ein passender Bereich für den Faktor C in diesem Fall bei 0,35 mal 1,1 mal die Quadratwurzel des ursprünglichen Längsspiels und endet bei 0,35 mal 3 mal diesen Wert. Dieser Bereich wird so gewählt, dass er mit dem Einschließen des Sicherheitsfaktors 0,1 beginnt, um kleineren Auswirkungen auf das Spiel Rechnung zu tragen, wie z.B. Vibrationen in dem Riemen 3, und er endet bei einem Wert, der beträchtliche elastische Verformungen innerhalb des Riemens und den stärksten unter normalen Betriebsbedingungen zu erwartenden Verschleiß berücksichtigt.
Bei noch einer weiteren nützlichen Ausarbeitung bezieht sich der Betrag an noch zu entfernendem Endspiel E_PC auf das anfängliche Spiel zwischen den Elementen 5, wenn der Riemen 3 in einer kreisförmigen oder freien Form positioniert ist, verringert um den Betrag an Spiel, der in dem schlaffen Bahnteil durch das Merkmal des oberen Elementteils mit einer verjüngten Form entfernt wird, sowie durch den Betrag an Spiel, der entfernt wird, wenn der Riemen von seiner kreisförmigen freien Form in seine Übersetzungsstellung aus gekrümmten und geraden Bahnen, durch den Einfluss von Form und Position der Schwingkante 9 auf das Endspiel, verformt wird. Da die NIEDRIG Übersetzung normalerweise den Zustand zeigt, in dem der Riemen 3 während des Betriebs am höchsten belastet ist, zieht die Erfindung es vor, dass die Beträge an Spiel, die von dem anfänglichen Spiel abzuziehen sind, für diese Übersetzungsstellungen festgelegt sind. Überraschenderweise steht dem entgegen, dass beide abzuziehenden Beträge an Spiel in der Medium (Mittleren) Übersetzung tatsächlich am kleinsten sind. Gemäß der Erfindung ist jedoch die elastische Verformung des Riemens, die das Elementspiel während des Betriebs vergrößert, im NIEDRIG Zustand bei weitem am größten und überwindet im Wesentlichen den Einfluss, den die Übersetzungsstellung auf beide Beträge an Spiel hat, die von dem anfänglichen Spiel abzuziehen sind.
Ist darüber hinaus das Element 5 mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Kerbe 21 versehen, die zumindest überwiegend in dem oberen Elementteil angeordnet ist, liegt das anfängliche in Längsrichtung verlaufende Spiel zwischen den Elementen 5, wenn der Riemen 3 in einer kreisförmigen oder freien Form angeordnet ist, in einem Bereich zwischen dem 1- und 2-fachen eines sich in Längsrichtung ergebenden Überstands N1, N2 der Kerbe 21.
Um die Montage zu erleichtern, beträgt das anfänglich in Längsrichtung verlaufende Spiel zwischen den Elementen 5, wenn der Riemen 3 in einer kreisförmigen oder freien Form angeordnet ist, mindestens Dreiviertel einer größten Dicke der Elemente 5.
Beide Lösungen zur Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit des Riemens 3 während des Betriebs, die jeweils in Zusammenhang mit den 7 und 8 beschrieben sind, vermeiden den Gebrauch bekannter Verriegelungsmittel, die als ein Bestandteil des Elements 5 vorgesehen sind, um die Elemente 5 und Träger 4 zusammenzuhalten. Solche Verriegelungsmittel haben den Nachteil, dass sie unter Belastung während des Betriebs auseinander brechen können, dass sie schwierig herzustellen sind und dass sie die Gestaltungsfreiheit eines Elements 5 einschränken. Zusammen haben die Lösungen gemäß der Erfindung den Vorteil, dass die Dickenvergrößerung des oberen Elementteils und die Höhe der Glieder 10 und 11 gegeneinander abgewägt werden können, und somit ein Gestaltungsfreiraum geschaffen wird, der die Funktionalität und die Herstellungskosten des Riemens 3 positiv beeinflusst.
9 veranschaulicht bildlich das durch die Gleichung (1) vorgesehene Verhältnis mittels einer beispielhaften Darstellung des Betrags an Endspielberichtigung E_PC innerhalb des festgelegten Kriteriums für den Abstand zwischen der Schwingkante 9 und einer radialen äußeren Begrenzung eines Elements 5, der kritischen Höhe H_SE. Mehrere Zusammenhänge beziehen sich darin auf allgemein angewandte Rollendurchmesser, d.h. Mittenabstände zwischen den Rollenaxialmitten A_v und eignen sich insbesondere zur Anwendung in Fahrzeugen. So kann beispielsweise bei einem typischen Riemen 3 ein relativ großer Betrag von angenommenen 1,2 mm des gesamten Endspiels E_P berichtigt, oder alternativ ausgedrückt entfernt worden sein, und zwar durch die kritische Höhe H_SE von 10 mm, die die Glieder 10 und 11 über die Schwingkante 9 hervorsteht.
6 und dessen perspektivische Darstellung in dem Riemenabschnitt der 10 stellt eine Ausführungsform gemäß der Erfindung dar, die mehrere weitere unabhängige Aspekte der gegenwärtigen Erfindung zeigt.
Zuerst wird festgestellt, dass die Einzelgehäuse-Bauweise mit seinen Gliedern 10, 11, die eine axiale Begrenzung für eine Querbewegung des Trägers 4 bilden, von dem Design mit Doppelgehäuse dort abweichen, wo die Querbewegung des Trägers nach einer Seite nicht durch das Element 5 sondern durch die Rollen 1, 2 begrenzt ist. Der Unterschied erlaubt es, die Elemente 5 des Doppelgehäuse-Designs so zwischen den Scheiben einer Rolle 1 oder 2 anzuordnen, dass sich der Träger 4 zumindest teilweise radial außerhalb der Rolle 1, 2 befindet, während die Flanken 15 und 16 noch immer teilweise zwischen den Scheiben der Rolle angeordnet sind. Folglich kann bei demselben Rollendesign ein Übersetzungsverhältnisbereich - wobei ein Übersetzungsverhältnis der Quotient aus den Laufradien der bekrümmten Bahnteile B_T in den Rollen 1 und 2 ist - der mit einem Riemen 3 der vorgegebenen Länge L realisiert wird, bei dem Einzelgehäuse-Design größer sein als bei dem Doppelgehäuse-Design. Dies wird als höchst wünschenswert eingestuft, weil die Funktionalität des Getriebes in demselben Bauraum verbessert wird. Diesem Merkmal des Einzelgehäuse-Riemens 3 liegt die Erkenntnis zugrunde, dass, obgleich der Träger 4 teilweise radial außerhalb der Rolle 1, 2 positioniert ist, auch die Flanken 15 und 16 teilweise radial außerhalb der Rolle 1, 2 angeordnet sind, wodurch der Druck darauf steigt, was gemäß der Erfindung zulässig ist, weil es nur an dem gekrümmten Bahnteil B_T mit dem größten Laufradius auftritt, wo die Anzahl der Elemente 5 zwischen den Scheiben der Rolle 1, 2 und somit auch die Gesamtoberfläche zur Aufnahme der Kräfte ohnehin relativ groß ist.
Die Elemente 5 gemäß der Erfindung sind relativ dünn dargestellt, d.h. zwischen 1,5 mm und 3,0 mm, und haben einen unteres Elementteil mit einer geneigten Fläche 19, die sich zwischen der Schwingkante 9 und einer Innenkante 24 des Elements erstrecken, wie in der radialen Richtung des Riemens 3 zu sehen ist. Die Dicke des unteren Elementteils, wie in der Seitenansicht zu sehen, nimmt in Richtung auf dessen Innen kante 24 ab, damit der Riemen 3 gekrümmt werden kann, wenn er eine bogenförmig gekrümmte Bahn B_T in den Rollen 1 und 2 durchläuft. Aufgrund einer betriebsbedingten Spannung innerhalb des radial übereinander angeordneten Satzes Ringe 7, ist der Träger 4, und zumindest der eine gekrümmte Bahn B_T durchlaufende Teil davon, dargestellt und als in Kontakt mit der Sattelfläche 8 des Elements 5 gebracht erachtet. Die Innenkante 24 ist konkav gebogen, so dass eine minimale radiale Höhe des unteren Elementteils nahe der Mitte des Elements 5 erreicht wird, wie in der axialen Richtung des Riemens 3 zu sehen ist. Die geneigte Fläche 19 läuft weiter in Richtung auf und verschmilzt mit der Innenkante 24, in einem vorteilhaften Leichtgewicht-Ausführungsbeispiel des Elements 5 grenzt jedoch die geneigte Fläche an ein vertieftes Teil 23 durch eine Stufe 22 in der Längsrichtung des Riemens 3. In 6 ist die Tiefe der Stufe 22 übertrieben dargestellt, um die Details zu verdeutlichen. In Wirklichkeit bewegt sich die Tiefe der Stufe 22 zwischen 1/12 und 3/12 der Dicke des Elements 5 direkt über der Schwingkante 9. Bei einem hier nicht gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel grenzt die Stufe 22 virtuell an die Schwingkante 9, wobei in diesem Fall die geneigte Fläche 19 fehlt. Insbesondere dann, wenn der vertiefte Teil 23 in einem der Formung der Schwingkante 9 vorausgehenden Herstellungsschritt oder -verfahren realisiert wird, kann auf diese Weise das Element 5 exakter hergestellt werden, weil beim Ausstanzen des Elements 5 aus einem Blech oder einem Streifen weniger Aufwand erforderlich ist, da die Schneidkanten einen kleineren Oberflächenbereich haben. Funktionstechnisch wird die Stufe 22 deshalb vorgesehen, damit die Flanken 15 und 16 eine beträchtliche Höhe aufweisen können, d.h. eine Länge in der radialen Richtung des Riemens 3, zwecks optimalen Kontakts mit einer Rolle 1, 2, während das erforderliche geringe Gewicht des Elements 5 noch gegeben ist. Um hinreichenden Kontakt zu gewährleisten, sollte die Tiefe der Stufe 22 nicht über ½ der Dicke des Elements 5 direkt über der Schwingkante 9 hinausgehen. Die Innenkante 24 ist an der Stelle, an der sie dem Sattel 8 am nächsten liegt, so ausgelegt, dass sie an die Stufe 22 angrenzt oder zumindest nahe derselben endet oder diese möglicherweise sogar schneidet. Wie in 6 gezeigt schneidet die Innenkante 24 die Stufe 22 vorzugsweise in einem einzigen Punkt. Die Innenkante 24 kann als konkave Krümmung geformt sein, die jeweils in unmittelbarer Nachbarschaft zu einem radial innersten Elementabschnitt beginnt und endet, so dass sie z.B. virtuell mit den Flanken 15 und 16 verschmilzt und zwar durch ein Runden mit kleinem Radius, z.B. von 0,3 mm. Es kann erlaubt sein, dass eine solche konkave Krümmung durch die sie schneidende Stufe 22 unterbrochen wird, aber die Krümmungstiefe in radialer Richtung sollte sich vorzugsweise mindestens auf 1/6 der Breite des Elements 5 in axialer Richtung des Riemens 3 direkt über der Schwingkante 9 belaufen. Vorzugsweise ist die konkave Krümmung bogenförmig ausgebildet oder sie besteht gegebenenfalls aus mehreren angrenzenden Bögen, wobei dieser Bogen oder diese Bögen einen Krümmungsradius zwischen 0,5- und 1-mal die Breite des unteren Elementteils aufweisen. Auf diese Weise werden die Kräfte, die auf die unteren Teile der Kontaktflächen 15 und 16 wirken, vorteilhaft auf das Element 5 übertragen.
In einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist das Element 5 des Weiteren mit wenigstens einer Kerbe 21 ausgestattet, die in Längsrichtung von der Stirnseite 20 absteht. Die Kerbe 21 ist in der radial äußeren Hälfte der Stirnseite 20 vorgesehen. An der weiteren in Längsrichtung zeigenden Fläche des Elements 5, in Längsrichtung gegenüber der Stirn- seite 20 gelegen, geht die Kerbe 21 mit einem Loch 27 einher, d.h. einem vertieften Elementteil, der mehr oder weniger der Kerbe 21 entsprechend geformt ist. Bei den gezeigten Ausführungsformen sind die Kerben 21 in jedem der Glieder 10 und 11 vorgesehen, sind mehr oder weniger rechteckig geformt und verlaufen in einer überwiegend axialen Richtung. Vorzugsweise entspricht die größte Abmessung der Kerbe 21 in radialer Richtung im Wesentlichen der Dicke des Elements 5 direkt über der Schwingkante 9. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel verläuft eine axial ausgerichtete Seitenfläche der Glieder 10 und 11 vorwiegend im Wesentlichen parallel zu den Flanken 15 und 16, wodurch sowohl Betriebsfestigkeit des Riemens 3 als auch dessen Montage erleichtert wird. Die Kerben 21, alternativ als Längsvorsprünge 21 bezeichnet, dienen bei dem vorliegenden Design als Sicherung, um die Elemente 5 daran zu hindern, sich vom Träger 4 zu trennen, wenn sie sich in dem schlaffen Bahnteil befinden, oder wenn der Riemen 3 aufgrund fehlender Klemmkraft nicht gespannt ist. Eine Grundklemmkraft ist jedoch normalerweise durch eine Feder gegeben, die auf die beweglichen Scheiben wenigstens einer Rolle 1 oder 2 wirkt. Deshalb wird vorzugsweise das Anfangsspiel des Elements nach der Montage des gegenwärtigen Riemendesigns auf das Zweifache der in Längsrichtung vorstehenden Länge eines Kerbenteils 21 festgelegt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Kerben 21 gemäß einer der 11 und 11 geformt. Die 11 und 12 zeigen jeweils einen oberen Ausschnitt der Seitenansicht der 6. Anstatt durch Ausstanzen geformt zu werden, können die Kerben 21 durch Biegen der Glieder 10 und 11 vorteilhaft hergestellt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Längsdicke und damit die Stärke eines Glieds 10, 11 über seine radiale Höhe beibehalten werden kann. Bei der Ausführungsform gemäß 11 wird die Kerbe 21 durch drei Gliederteile 29, 30 und 31 von entsprechender, wenn nicht gleicher Dicke verkörpert. Der Längsüberstand N₁ kann durch dieses Design deutlich im Hinblick auf die Kerbe 21, die mit dem Loch 27 zusammenwirken soll, erhöht sein. Bei der Ausführungsform der 11 ist die radiale Abmessung der Gliederteile 29, 30 und 31 durch Länge eines Glieds 10, 11 beschränkt, kann jedoch andererseits so dick wie das Glied 10, 11 sein, was deutlich dicker ist als die Kerbe 21, die mit dem Loch 27 der Seitenansicht der 6 zusammenwirken soll. Bei dem Ausführungsbeispiel der 12 passt der Längsüberstand der Gliederteile 29 und 34 mit der Dicke des Elements 5 an dieser Stelle zusammen. Gemäß der Erfindung kann jedoch der Längsüberstand im Prinzip zweimal die Dicke des Elements 5 an der Stelle, wo sich das Gliederteil 29 befindet, betragen. Bei dem Design gemäß 12 kann der Längsüberstand N₂ vorteilhafterweise größer als N₁ gewählt werden, weil das Gliederteil 31, das nach hinten gefaltet ist, was etwas von der verfügbaren radialen Länge eines Gliedes 10, 11 erfordert, weggelassen wurde. Bei beiden Designs enthält der Gliederteil 29 axiale und in Längsrichtung nach oben verlaufende Flächen, die entweder der Vorder- oder Rückseite des Elements 5 zugewandt sind. Mit der Vorderseite des Elements ist die Seite des Elements 5 gemeint, wo die Schwingkante 9 angeordnet ist. Ein weiterer Vorteil des Ausführungsbeispiels der 12 besteht darin, dass dar radial äußere Gliederteil 34 relativ lange leichter herzustellen ist.
Die relativ großen Längsüberstände N₁ und N₂ der Gliederteile 29, 30, 31 und 29, 34 beeinflussen sowohl die Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit oder Kohärenz des Riemens 3 bei Benutzung positiv als auch die Fähigkeit und Leichtigkeit, mit der der Riemen aus einer Rolle 1, 2 tritt. Vorzugsweise erstrecken sich die Gliederteile 29 und 31 in einem Winkel von über oder gleich 45°, noch bevorzugter in einem Bereich zwischen 50 und 60 Grad relativ zur Längsrichtung des Riemens 3.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung verlaufen die Flanken 15 und 16 von nahe dem radial innersten Teil des Elements bis gut oberhalb der Sattelfläche 8 und vorzugsweise bis zu dem Träger 4 oder sogar, zumindest bei Kontakt mit der Sattelfläche 8, darüber hinaus. Vorzugsweise verlaufen die Flanken 15 und 16 wenigstens zu einem Drittel mehr, vorzugsweise wenigstens zur Hälfte ihrer radialen Länge oberhalb der Schwingkante 9. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, erstrecken sich die Flanken 15 und 16 über ein Fünftel ihrer gesamten radialen Länge oberhalb des Trägers 4. Die gesamte radiale Länge der Flanken 15 und 16 entspricht zumindest in etwa der Hälfte der radialen Höhe des Elements 5. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass ein Moment, das durch Kräfte realisiert wird, die auf das Element 5 in einer gekrümmten Bahn B_T ausgeübt werden, wie zum Beispiel in der JP 2000/213609 beschrieben, auf ein Niveau herabgesenkt wird, das zu niedrig ist, um ein Schwenken des Elements 5 um eine Achse des Riemens 3 zu bewirken. Dieses Moment wird insbesondere beeinflusst durch eine starke Kraft, die aus der Reibung zwischen einer Rolle 1, 2 und dem Element 5 entsteht, eine im Verhältnis weniger starke Reibungskraft zwischen der Sattelfläche 8 und dem Träger 4 und eine Schubkraft, die durch die Schwingkante 9 zwischen den angrenzenden Elementen 5 ausgeübt wird. Dieses Schwenken wird von Schlupf zwischen dem Element 5 und der Rolle 1, 2 begleitet, wodurch die Übertragungseffizienz nachteilig beeinflusst wird.
Die Tendenz des Elements 5, um eine Achse des Riemens 3 zu schwenken, so dass er nicht länger im Wesentlichen radial ausgerichtet ist, während er in einer Rolle 1, 2 eingeklemmt ist, wird durch die vorliegende Maßnahme gemäß der Erfindung deutlich verringert. Dadurch erhöht sich vorteilhaft die Effizienz, mit der das Drehmoment durch den Riemen 3 übertragen wird, ohne dass die Schwingkante 9 mit einem deutlichen radialen Abstand zu der Sattelfläche 8 angeordnet sein muss, was bei den bekannten Elementdesigns der 2 bis 5 nötig wäre und was die Funktionsfähigkeit des Riemens 3 nachteilig beeinflussen würde, weil die relative Geschwindigkeit zwischen dem Träger 4 und den Elementen 5, wie beispielsweise in der JP 01/098733 beschrieben, erhöht wird.
Das Design der Flanken 15, 16 gemäß der Erfindung bewirkt des Weiteren, dass seine radiale Länge vorteilhaft erhöht wird, was insbesondere bei einem Riementeil von Vorteil ist, der äußerst fest während des Betriebs gebogen ist, was für gewöhnlich bei der bogenartig gekrümmten Bahn mit dem kleinsten Laufradius (entsprechend R_MIN) der Fall ist, wenn sich der Riemen 3 in einer Stellung befindet, die der so genannten Niedrig-Übersetzungsstellung entspricht. In dieser Stellung und bei dieser Anordnung sind die Reibungskräfte und die Klemmkraft während des Betriebs am größten, wohingegen die Anzahl der Elemente 5 in der Rolle 1, 2 zur Aufnahme solcher Kräfte am niedrigsten ist. Darüber hinaus kann die bogenförmige Innenkante 24 der Flanken 15 und 16 von beträchtlicher radialer Länge sein und deutlich unter dem Niveau der Schwingkante verlaufen, während die Kräfte vorteilhaft von dem Hauptteil des Elements 5 aufgenommen und darüber verteilt werden. Die Gesamtlänge einer Flanke 15, 16 beläuft auf wenigstens das Doppelte, vorzugsweise höchstens das Fünffache, der Höhe der geringsten radialen Abmessung des Elements 5 zwischen der Sattelfläche 8 und der Innenkante 24. Eine derartige Bandbreite sorgt für eine optimale Aufnahme der Press- bzw. Pinchkraft, während noch für ausreichend Stärke bei dem Element 5 gesorgt wird.
Die relativ große radiale Länge der Flanken 15 und 16 bewirkt außerdem einen geringeren Kontaktdruck bei dem Kontakt zwischen dem Element 5 und der Rolle 1, 2 bei einer ansonsten gleich bleibenden Klemmkraft. Obwohl die mit einem derartigen Kontaktdruck assoziierte Spannung, die normalerweise als Hertzsche Pressung bezeichnet wird, im Allgemeinen sowohl bei dem Element 5 als auch der Rolle 1, 2 als nicht kritisch im Hinblick auf die mechanische Stärke angesehen wird, wie aus den gegebenen wesentlichen Merkmalen und der theoretischen Analyse zu entnehmen ist, ist es in der Tat so, dass die bei dem Kontakt vorherrschenden Drücke die Leistung vieler Arten hydraulischer Fluide beeinflussen. Insbesondere kann das lokale Auflösen eines Kühl- und/oder Schmierungsmediums verhindert werden, wenn der Betrag an lokal abgeführter Wärme niedrig gehalten wird, oder anders ausgedrückt, wenn der Kontaktdruck gering gehalten wird, d.h. gegenüber dem, was aus dem Stand der Technik bekannt ist, reduziert wird. Die Beibehaltung geringer Hertzscher Pressung bei dem Kontakt zwischen der Rolle 1, 2 und dem Element 5 gemäß der Erfindung ist von großer praktischer Bedeutung, weil der Auflösung des Kühlmediums schnell ein Verlust an Funktionalität des Getriebes folgen kann.
6 zeigt des Weiteren die Glieder 10 und 11 mit Endteilen, an denen deren axiale Breite radial nach außen leicht zunimmt. Die Endteile sind mit einer radialen Oberseite ver sehen, die durch eine mindestens teilweise gekrümmte Ebene 28 gebildet ist, die sich von einer axialen Gliederseite zur gegenüber liegenden axialen Gliederseite erstreckt und am breitesten Abschnitt 26 des Glieds 10 beginnt. Die gekrümmte Ebene 28 ist vorzugsweise zumindest teilweise mit einem Krümmungsradius in der Größenordnung der halben Längsdicke des Elements 5 an der Schwingkante 9 gekrümmt. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel zeigt des Weiteren einen zentralen, flachen Ebenenteil, der sich axial und in Längsrichtung erstreckt. Die ansteigende axiale Breite der Glieder 10 und 11 an ihren Endteilen erlaubt eine stabile gegenseitige Abstützung des Elements 5, während der Riemen 3 über den nach innen gekrümmten schlaffen Bahnteil läuft. Eine solche Verbreiterung erfolgt vorzugsweise mit der axialen Innenseite eines Gliedes 10, 11, d.h. mit der Seite, die der Ausnehmung 6 zugewandt ist und sich radial erstreckt, d.h. zumindest virtuell senkrecht zu den axialen und längslaufenden Richtungen des Riemens 3 verläuft. Anders ausgedrückt, wenn z.B. die axiale Außenseite des Endteils des Glieds 10, 11, das der Rolle 1, 2 zugewandt ist sich überwiegend radial, so wie in 13 gezeigt, erstreckt, kann diese Verbreiterung mit einem Teil der axialen Innenseite erzielt werden, die von der axialen Außenseite weg ausgerichtet ist.
13 zeigt schematisch eine Ausführungsform des Elements 5, die in den Rahmen der Ansprüche und der obigen Beschreibung der vorliegenden Erfindung fällt. Das Viereck 50 zeigt auf, wie der Träger 40 von der Ausnehmung 6 des Elements 5 bei der Montage des Riemens 3 ohne dies aufgenommen werden kann. Im Gegensatz zu dem in 2 gezeigten Elementdesign des Standes der Technik werden die hakenförmigen Endteile 12 und 13 der Glieder 10 und 11 nicht hergenommen, oder können viel mehr aufgrund ihrer beschränkten Größe tatsächlich nicht hergenommen werden, um den Träger 4 und das Element 5 während des Betriebs zusammenzuschließen, sondern um einen Oberflächenbereich zu vergrößern, der zum Kontakt zwischen benachbarten Elementen 5 verfügbar ist und um daran mitzuwirken, die Kohärenz des Riemens 3 aufrechtzuerhalten, wenn dieser nicht benutzt wird. Dies bedeutet, dass, obwohl die Hakenteile 12 und 13 nicht groß genug sind, um den Träger 4 in der Ausnehmung 6 wirksam zu verschließen, wie dies bei dem Element 5 gemäß dem Stand der Technik der Fall ist, sie dennoch den Träger 4 daran hindern, die Ausnehmung 6 zu verlassen, wenn er im Wesentlichen parallel zur Axialrichtung ausgerichtet wird.
Mit den entsprechenden oben beschriebenen Designeigenschaften gemäß der Erfindung, einzeln oder in Kombination verwendet, wird die Verringerung des Gewichts eines Elements erreicht und/oder unterstützt, wobei diese Verringerung die Fähigkeit des Riemens 3 bei Benutzung in einem Getriebe, Drehmoment zu übertragen, fördert, was wiederum dessen Selbstkosten und/oder technische Leistung positiv beeinflusst. Die Erfindung ist nicht auf den Gegenstand der nachfolgenden Ansprüche beschränkt, sondern enthält alle in den Zeichnungen und der zugehörigen Beschreibung offenbarten Merkmale.

Claims

Riemen (3) zur Verwendung in einem kontinuierlich variablen Getriebe mit einem Endlosträger (4) zum Aufnehmen von Zugkräften innerhalb des Riemens (3) und mehreren Querelementen (5), die beweglich in Längsrichtung entlang des Trägers (4) vorgesehen sind, wobei die Elemente (5) mit wenigstens einer Sattelfläche (8) zum Kontaktieren des Trägers (4) versehen sind, wobei die Sattelfläche (8) eine gegenseitige Endposition des Trägers (4) und der Elemente (5) relativ zueinander innerhalb des Riemens (3) in radialer Richtung bildet, und mit einem verjüngten unteren Elementteil, der eine Schwingkante (9) umfasst, wobei jedes axiale Ende der Sattelfläche (8) an ein Glied (10, 11) in Form eines Vorsprungs angrenzt, das sich vorwiegend in Richtung radial nach außen erstreckt, wodurch eine Ausnehmung (6) gebildet ist, die zum radial äußeren Ende des Elements (5) offen ist, so dass das freie Einführen des Trägers (4) in die Ausnehmung möglich ist, wobei sich jedes Glied radial nach außen über den Träger hinaus über einen Abstand erstreckt, der im wesentlichen an die Längsdicke des Elements (5) an der Stelle der Sattelfläche (8) angeformt ist oder sie überschreitet, wenigstens wenn sich der Träger (4) und die Sattelfläche (8) in gegenseitigem Kontakt befinden, und wobei die Querelemente (5) ferner mit einer Riemenscheibenkontaktfläche (15, 16) an jeder axialen Seite davon versehen sind, um ein Riemenscheibenbündel des Getriebes zu kontaktieren, wobei die Riemenscheibenkontaktflächen (15, 16) gegenseitig unter einem Flankenwinkel orientiert sind, und sich die Riemenscheibenkontaktflächen (15, 16) radial nach außen über den Träger (4) hinaus erstrecken, wenigstens wenn sich der Träger (4) und die Sattelfläche (8) in gegenseitigem Kontakt befinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Glieder (10, 11) jeweils eine axiale Seitenfläche haben, die sich in einer vorwiegend radialen Richtung unter einem kleinen, aber positiven Winkel mit einer solchen radialen Richtung erstreckt, der im wesentlichen an den Flankenwinkel angepasst ist, wobei sich die axiale Seitenfläche radial nach außen über die Riemenscheibenkontaktflächen (15, 16) hinaus erstreckt.
Riemen (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Breite jedes Gliedes (10, 11), wenigstens eines radial innersten Teils davon, kleiner als ein Zwölftel einer axialen Breite des Elements (5) an der Schwingkante (9) ist.
Riemen (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Breite jedes Gliedes (10, 11), wenigstens eines radial innersten Teils davon, einen Wert in den Bereichen von ein- bis eineinhalbmal der Längsdicke des Elements (5) hat.
Riemen (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich jede Riemenscheibenkontaktfläche (15, 16) für wenigstens ein Drittel, bevorzugt etwa die Hälfte ihrer radialen Höhe über die Schwingkante (9) hinaus erstreckt.
Riemen (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich jede Riemenscheibenkontaktfläche (15, 16) über wenigstens etwa die Hälfte der radialen Ausdehnung des Elements (5) erstreckt.
Riemen (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glieder (10, 11) einen radial äußeren Teil mit einer axialen Breite aufweisen, die relativ zu einer axialen Breite eines radial innersten Teils des entsprechenden Gliedes (10, 11) erhöht ist.
Riemen (3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der radial äußere Teil jedes Gliedes (10, 11) mit einer erhöhten axialen Breite eine der Ausnehmung (6) zugewandte Seitenfläche hat, die sich vorwiegend in radialer Richtung erstreckt.
Riemen (3) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der radial äußere Teil der Glieder (10, 11) axial erstreckt, wodurch er teilweise die Sattelfläche (8) überlappt.
Riemen (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Glied (10, 11) mit einem kerbenartigen Längsvorsprung (21) versehen ist, der radial nach außen über den Träger (4) hinaus vorgesehen ist, wenigstens wenn sich der Träger (4) und die Sattelfläche (8) in gegenseitigem Kontakt befinden.
Riemen (3) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Glieder (10, 11) einen radial äußeren Teil mit einer axialen Breite aufweisen, die relativ zu einer axialen Breite eines radial innersten Teils des entsprechenden Gliedes (10, 11) erhöht ist, der wenigstens teilweise radial nach außen über den kerbenartigen Längsvorsprung (21) hinaus angeordnet ist.
Riemen (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Anpassung einer kritischen radialen Höhe H_SE der Glieder (10, 11) wenigstens einer Mehrheit der Elemente (5) des Riemens (3) in Relation zu einer Umfangslänge L des Riemens (3) ein zwischen den Querelementen (5) vorliegender Betrag an Spiel (E_PC) entfernt ist, würde es wenigstens sein, wenn er montiert und in einem Getriebe betrieben wird, durch gegenseitigen Kontakt zwischen den Gliedern (10, 11) von wenigstens zwei Querelementen (5) in einem konkav geformten, schlaffen Bahnteils des Riemens (3) zwischen den Riemenscheiben (1, 2).
Riemen (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke der Glieder (10, 11) einer Mehrheit der Querelemente (5) in Längsrichtung des Riemens (3) nominell größer als eine größte Dicke des verjüngten unteren Elementteils ist, so dass eine Anordnung von Elementen (5), die innerhalb des Riemens (3) gegeneinander geschoben werden, wenn sie sich über ihre oberen Elementteile (10, 11; 14) kontaktieren, eine bogenartige Form annehmen.
Riemen (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingkante (9) durch eine sich axial erstreckende konvexe Krümmung gebildet ist, die einen Radius von wenigstens 12 mm, bevorzugt größer als 18 mm gemessen im Seitenaufriss hat.