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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein stufenlos veränderliches
Getriebe des Riementyps, alternativ auch bekannt als CVT, das mit
einer verstellbaren Riemenscheibe und einem flexiblen Endlosriemen
versehen ist, gemäss
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die Erfindung bezieht sich weiterhin
auf einen flexiblen Endlosriemen für eine Drehmomentübertragung,
wie bsp. einen Antriebsriemen des Schubtyps, und auf eine verstellbare
Riemenscheibe.
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Das
CVT der vorliegenden Erfindung ist generell bekannt, bsp. aus der
EP-A-0.950.837 , und umfasst eine
erste verstellbare Riemenscheibe, eine zweite verstellbare Riemenscheibe
und eine flexiblen Endlosriemen, wie bsp. einen Antriebsriemen des Schubtyps
bekannt aus der
EP-A-0.962.679 ,
eine Kette u.dgl. für
die Übertragung
eines Drehmoments zwischen den Riemenscheiben bei einem veränderlichen Übersetzungsverhältnis. Bei
dem bekannten CVT wird der flexible Riemen durch das Anlagen einer
Klemmkraft zwischen den Scheiben einer Riemenscheibe mit einer stufenlos
veränderlichen
Radialposition festgeklemmt. Dabei ist wenigstens eine Scheibe einer
Riemenscheibe axial beweglich. Die seitlichen Seitenflächen des
flexiblen Riemens, die für
ein Zusammenwirken mit den Scheibenflächen einer Riemenscheibe beabsichtigt
sind, sind wechselseitig unter einem Riemenwinkel derart orientiert, dass
sich der flexible Riemen radial nach innen konisch verjüngt. Die
Scheibenflächen
einer Riemenscheibe, die für
das Zusammenwirken mit den seitlichen Seitenflächen des flexiblen Riemens
beabsichtigt sind, sind wechselseitig unter einem solchen Riemenscheibenwinkel
orientiert, dass sie zusammen mit den Scheibenflächen einer Riemenscheibe eine V-förmige Nut
bestimmen. Die auf jede Riemenscheibe ausgeübte Klemmkraft kann derart
bestimmt sein, dass sich ein Ausgleichszustand ergibt, bei welchem ein Übersetzungsverhältnis des
CVT, das als das Verhältnis
der radialen Positionen des Zusammenwirkens zwischen den seitlichen
Seitenflächen
und den Scheibenflächen
definiert wird, konstant ist. Ausgehend von einem solchen Ausgleichszustand
kann das Übersetzungsverhältnis durch
eine Erhöhung bzw.
eine Erniedrigung der Klemmkraft für jede Riemenscheibe stufenlos
veränderlich
gewechselt werden, wodurch die radiale Position cf des Zusammenwirkens
zwischen den seitlichen Seitenflächen
und den Scheibenflächen
für jede
Riemenscheibe geändert
werden kann.
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Bei
dem bekannten CVT stimmen der Riemenscheibenwinkel und der Riemenwinkel
derart überein,
dass eine Berührungsfläche des
besagten Zusammenwirkens maximiert wird und so ein relativ niedriger
Berührungsdruck
zwischen diesen realisiert ist. Zusätzlich wird eine gleichförmige Verteilung
des Berührungsdruckes
bewirkt. Trotzdem kann in einigen Fällen ein ungleichmäßig verteilter
Verschleiß der
seitlichen Seitenflächen
und/oder der Scheibenflächen
noch immer beobachtet werden, was einen nachteiligen Einfluss auf
die Betriebszeit cf des CVT ergibt. Außerdem kann auch ein lokaler
Verschleiß von
anderen Teilen des flexiblen Riemens beobachtet werden, dessen Auftreten
anscheinend mit dem Auftreten des besagten Verschleißes der
seitlichen Seitenflächen
und/oder der Scheiben zusammenhängen
kann. Das letztere Phänomen
eines lokalen Verschleißes
ist besonders augenscheinlich bei einem Treibriemen des Schubtyps,
der aus einer Anzahl von Querelementen besteht, die auf einem Träger benachbart
und verschieblich montiert sind, der wenigstens ein fortlaufendes
Band aufweist. Die Querelemente des Treibriemens des Schubtyps sind mit
einem Vorsprung und mit einer Aussparung versehen, wobei der Vorsprung
eines Querelements mit der Aussparung eines benachbarten Querelements so
zusammenwirkt, dass die wechselseitige Bewegung der Elemente beengt
wird. Mit diesem Typ eines flexiblen Riemens kann ein lokaler Verschleiß an dem
Ort des Vorsprunges und der Aussparung beobachtet werden. Die
JP 111 25 316 A offenbart
die Merkmale des Oberbegriffes des Patentanspruches 1. Die Scheiben
weisen dabei eine konkave kegelstumpfförmige Oberfläche auf,
um sich an Verformungen des Riemens anzupassen.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein CVT mit einer verbesserten
Betriebszeit bereitzustellen und insbesondere die Probleme eines ungleichmäßig verteilten
Verschleißes
des flexiblen Riemens und/oder der Scheiben zu verhindern. Gemäss der Erfindung
kann dieses Ziel überraschend bei
dem stufenlos veränderlichen
Getriebe gemäss dem
Patentanspruch 1 erreicht werden, d.h. durch einen Riemenwinkel,
der geringfügig,
aber nicht fiktiv, größer ist
als der Riemenscheibenwinkel. Obwohl eine solche Maßnahme eine
kleinere Berührungsfläche für das Zusammenwirken
zwischen einer seitlichen Seitenfläche und einer Scheibenfläche zu bewirken
scheint, oder unter Berücksichtigung
einer elastischen Verformung des flexiblen Riemens und der Riemenscheibe
wenigstens eine anscheinend ungünstige
und ungleichmäßig Verteilung
des besagten Berührungsdruckes,
ist es tatsächlich überraschend
und wurde es auch als vorteilhaft befunden, dass der besagte ungleichmäßig verteilte
Verschleiß verringert
wird. Das beobachtete Ausmaß des
lokalen Verschleißes
im Falle des Treibriemens des Schubtyps wird darüber hinaus ebenfalls verringert. Es
ergibt sich daraus die Hypothese, dass solche Phänomene auf die Tatsache zurückzuführen sind, dass
bei dem CVT gemäss
der Erfindung eine geringfügige
Erhöhung
des Riemenscheibenwinkels durch eine Verformung der Scheiben einer
Riemenscheibe unter dem Einfluss einer vorherrschend axial orientierten
Reaktionskraft verursacht wird, die durch den flexiblen Riemen auf
die Scheiben an einer radialen Position des besagten Zusammenwirkens
ausgeübt
wird. Das Ausmaß der
besagten Verfor mung hängt
dabei ab von der Höhe
der Klemmkraft, welche die Reaktionskraft verursacht, sowie von
der radialen Position des besagten Zusammenwirkens, da die Dicke
und damit die Steifheit der kegelstumpfförmigen Scheiben der Riemenscheiben
in einer Richtung radial nach außen abnimmt und da die Reaktionskraft ein
Moment auf die Scheibe ausübt,
dessen Arm von der besagten radialen Position abhängt. Die
Erfindung berücksichtigt
dabei die Erkenntnis, dass insbesondere das radiale äußere Ende
der Scheiben eine relativ starke Ablenkung erfahren kann, wodurch
der Riemenscheibenwinkel vergrößert wird.
Diese Ablenkung bzw. dieses Ausweichen verursacht möglicherweise
ein instabiles Tragen des flexiblen Riemens und wird zumindest auch
verantwortlich gemacht für einen
zusätzlichen
Verschleiß des
flexiblen Riemens. Bei dem CVT gemäss der Erfindung ist der Berührungsdruck
auf die besagten seitlichen Seitenflächen des flexiblen Riemens
während
des Betriebs beträchtlich
gleichmäßiger verteilt.
Die Maßnahme
gemäss
dem Patentanspruch 1 kann außerdem
verhindern, dass der Berührungsdruck
zwischen den Scheiben und einer seitlichen Seitenfläche in der Richtung
radial nach außen
abnimmt, wodurch eine instabile Konfiguration verursacht und eine
Verformung des flexiblen Riemens erhalten würde. Das Phänomen, dass sich der Berührungsdruck
in einer Richtung radial nach außen vergrößert, wird dabei weitgehend
für den
ungleichmäßigen Verschleiß der seitlichen
Seitenfläche
und/oder der Scheiben als verantwortlich angesehen sowie auch für den besagten
lokalen Verschleiß in
dem Fall eines Treibriemens des Schubtyps. In dem letzteren Fall
ergibt ein abnehmender Berührungsdruck
in der Richtung radial nach außen
eine instabile Konfiguration, bei welcher die Querelemente zwischen
den Scheiben sich in radialer Richtung schräg stellen können und dadurch wechselseitig
einen lokalen Verschleiß an
oder in der Nähe
des Vorsprunges und der Aussparung verursachen. Ein weiterer Nachteil
eines solchen Schrägstellens
besteht darin, dass es von einem Schlupf zwischen den Scheiben und
den Querelementen begleitet ist, wodurch als Folge der Wirkungsgrad
des CVT verringert wird. Die Erfindung ist daher für diesen
Typ eines flexiblen Riemens besonders geeignet und beabsichtigt.
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Ein
alternativer Vorteil des CVT gemäss
der Erfindung besteht darin, dass erlaubt wird, dass sich die wechselseitige
Orientierung der Scheibenflächen einer
Riemenscheibe unter dem Einfluss der Klemmkraft geringfügig ändern kann,
ohne dass der Riemenscheibenwinkel unvorteilhaft größer wird
als der Riemenwinkel. Selbst wenn daher ein relativ hohes Ausmaß der besagten
Klemmkraft bewältigt
werden muss, die bei Anwendungen in Kraftfahrzeugen auftreten kann,
müssen
die Riemenscheiben eines CVT gemäss
der Erfindung nicht notwendig ebenso starr bzw. steif ausgeführt werden,
wie die bekannten Riemenscheiben zur Verwendung bei Kraftfahrzeugen. Gemäss der Erfindung
können
daher Verstärkungsmaßnahmen
für die
Scheiben der Riemenscheibe, wie bsp. radial orientierte Rippen,
größenmäßig reduziert
oder sogar unterlassen werden, wodurch sich für die Riemenscheiben leichtere
und kostenwirksamere Entwürfe
ergeben.
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Gemäss der Erfindung
ist der Riemenwinkel um einen Wert in dem Bereich von 1/30 eines
Grades, d.h. 2 Minuten, bis 1/3 eines Grades, d.h. 20 Minuten vorzugsweise
größer als
der Riemenscheibenwinkel. Ein solcher Bereich wurde für typische
Fahrzeugverwendungen des CVT als geeignet befunden. Wenn die Abweichung
zwischen den besagten Winkeln kleiner als 2 Minuten beträgt, sind
die Vorteile der Erfindung kaum zu bemerken, während wenn die besagte Abweichung
größer als
20 Minuten ist, dann die Nachteile der ungleichmäßigen Verteilung des Berührungsdruckes
wie oben erwähnt
gegenüber den
Vorteilen der Erfindung vorherrschen. Es wird darüber hinaus
noch mehr bevorzugt, wenn der Riemenwinkel um einen Wert in dem
Bereich von 1/20 eines Grades bis 1/6 eines Grades größer ist
als der Riemenscheibenwinkel.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung ist der Riemenwinkel größer als der Riemenscheibenwinkel
um einen Wert, der im wesentlichen dem Wert einer maximalen Erhöhung des
Riemenscheibenwinkels während
des Betriebs des CVT entspricht. Eine solche maximale Erhöhung des
Riemenscheibenwinkels findet normal statt, wenn sowohl die Klemmkraft als
auch die radiale Position des besagten Zusammenwirkens beide bei
einem Maximum liegen. Es kann so erreicht werden, dass der Riemenwinkel ständig größer wird
oder gleich dem Riemenscheibenwinkel ist, woraus sich eine stabile
Konfiguration des flexiblen Riemens wie oben erörtert ergibt. Da generell eine
axiale Verformung der Scheiben der Riemenscheiben klein ist im Vergleich
zu der radialen Abmessung der Scheiben der Riemenscheiben, kann
die maximale Vergrößerung des
Riemenscheibenwinkels durch den Arkustangens der maximalen axialen
Verformung geteilt durch die radiale Abmessung der Scheiben angenähert werden.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung ist der Riemenwinkel größer als der Riemenscheibenwinkel
um einen Wert, der im wesentlichen der Hälfte des Wertes der maximalen
Vergrößerung des
Riemenscheibenwinkels während
des Betriebs des CVT entspricht. Obwohl jetzt Situationen auftreten,
bei welchen der Riemenwinkel kleiner ist als der Riemenscheibenwinkel,
wird damit vorteilhaft erreicht, dass das Ausmaß des besagten Berührungsdruckes
verkleinert wird, da der maximale Unterschied zwischen dem Riemenwinkel
und dem Riemenscheibenwinkel minimiert ist. Abhängig von der Parametern des
CVT, wie bsp. der Größe der Erhöhung des
Riemenscheibenwinkels, des Ausmaßes des Berührungsdruckes und/oder des
Materials und der Gestaltung des flexiblen Riemens und der Riemenscheibe,
kann die eine oder die andere Ausführungsform bevorzugt werden.
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Gemäss einer
weiteren Ausbildung der Erfindung verringert sich der Riemenscheibenwinkel
einer Riemenscheibe in einer Richtung radial nach außen entlang
wenigstens eines wesentlichen Teils der radialen Abmessung der Scheiben
einer Riemenscheibe. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, dass
die axiale Verformung der Scheiben einer Riemenscheibe wenigstens über einen
wesentlichen Teil eines Bereichs der radialen Positionen des besagten
Zusammenwirkens kompensiert werden kann. Dadurch wird vorteilhaft
erreicht, dass der Berührungsdruck
zwischen den Scheiben einer Riemenscheibe und dem flexiblen Riemen
gleichmäßiger verteilt
wird. Eine relativ einfache und kostenwirksame Art zur Realisierung der
Maßnahme
gemäss
der Erfindung wird darin gesehen, wenigstens eine Scheibenfläche in einer
Ansicht im tangentialen Querschnitt der Scheibe mit einer konkaven
Krümmung
zu versehen. Für
optimale Ergebnisse bei einer typischen Fahrzeuganwendung des CVT
hat der Radius der konkaven Krümmung
einen Wert in einem Bereich von 5 bis 100 Meter. Ein solcher Bereich
ist bezogen auf den bevorzugten Bereich von Werten für den Unterschied
zwischen dem Riemenscheibenwinkel und dem Riemenwinkel.
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Es
wird angemerkt, dass in der
EP-A-0.962.679 die
Hypothese zu finden ist, dass als ein Ergebnis des flexiblen Riemens,
der nicht zwischen den Scheiben einer Riemenscheibe über deren
vollen Umfang vorhanden ist, der Riemenscheibenwinkel sich während des
Betriebs sowohl vergrößert wie
auch verkleinert in Abhängigkeit
davon, wo der besagte Riemenscheibenwinkel über den Umfang gemessen wird.
Da während
des Betriebs des CVT eine Riemenscheibe dreht, ist es nicht möglich, ein
solches Phänomen
durch eine Änderung
des Riemenwinkels oder des Riemenscheibenwinkels zu kompensieren.
Gemäss
der Erfindung ist es jedoch von Vorteil, wenn der Riemenwinkel und
der Riemenscheibenwinkel so gewählt
werden, dass während des
Betriebs der Riemenwinkel größer ist
als der Riemenscheibenwinkel wenigstens bis hin zu einem bevorzugten
Ausmaß der Klemmkraft,
d.h. einem Ausmaß der
axialen Verformung der Scheiben einer Riemenscheibe.
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Gemäss einer
Weiterentwicklung der Erfindung verkleinert sich der Riemenscheibenwinkel
in der Richtung radial nach außen,
sodass, wenn sich während
des Betriebs die Klemmkraft auf einem Maximum befindet, der Riemenwinkel
im wesentlichen dem Riemenscheibenwinkel entspricht, wenigstens an
einer augenblicklichen radialen Position des Zusammenwirkens zwischen
den seitlichen Seitenflächen
des flexiblen Riemens und den Scheibenflächen der Riemenscheibe. Auf
diese Art und Weise wird erreicht, dass während des Betriebs und an der radialen
Position des besagten Zusammenwirkens der Riemenwinkel stets gleich
oder größer ist
als der Riemenscheibenwinkel. Die Verformung der Scheiben oder genauer
eine Vergrößerung des
Riemenscheibenwinkels als ein Ergebnis davon kann dabei bestimmt
werden als eine Funktion der radialen Position des besagten Zusammenwirkens,
wenn sich die Klemmkraft auf einem Maximum befindet.
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Gemäss einer
alternativen Weiterentwicklung der Erfindung verringert sich der
Riemenscheibenwinkel in einer Richtung radial nach außen, sodass
wenn während
des Betriebs eine Klemmkraft auf einem Niveau ist, welches am häufigsten
angewandt wird, der Riemenwinkel im wesentlichen dem Riemenscheibenwinkel
entspricht, wenigstens in der augenblicklichen radialen Position
des besagten Zusammenwirkens. Auf diese Art und Weise wird erreicht,
dass während
des Betriebs und in der radialen Position des besagten Zusammenwirkens
der Unterschied zwischen dem Riemenwinkel und dem Riemenscheibenwinkel
bei einem Mittelwert minimiert wird.
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Bei
einer anderen alternativen Weiterentwicklung der Erfindung verringert
sich der Riemenscheibenwinkel in eine Richtung radial nach außen, sodass
wenn während des
Betriebs eine Klemmkraft auf einem Durchschnittsniveau ist, der
Riemenwinkel im wesentlichen dem Riemenscheibenwinkel entspricht,
wenigstens bei der augenblicklichen radialen Position des besagten
Zusammenwirkens. Auf diese Art und Weise wird erreicht, dass während des
Betriebs und in der radialen Position des Zusammenwirkens der maximale
Unterschied zwischen dem Riemenwinkel und dem Riemenscheibenwinkel
minimiert wird.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung entspricht der Riemenwinkel im wesentlichen dem Riemenscheibenwinkel
an einer radial innersten Position des Zusammenwirkens zwischen
den seitlichen Seitenflächen
und den Scheibenflächen
und ist unwesentlich, jedoch fiktiv, um einen Wert in den Bereich
von 1/30 eines Grades bis 1/3 eines Grades an einer radial äußersten
Position des besagten Zusammenwirkens größer als der Riemenscheibenwinkel. Ein
solcher Bereich wurde für
typische Fahrzeuganwendungen des CVT als passend befunden.
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Weiterhin
erkennt die Erfindung, dass in Abhängigkeit von der Ausbildung
einer Riemenscheibenkonstruktion die Verformung der Scheiben der Riemenscheibe
mehr oder weniger auf eine einzige Scheibe konzentriert werden kann.
Bsp. kann sich eine axial bewegliche Scheibe, die radial außen durch
eine hydraulische Bewegungseinrichtung abgestützt wird, welche zum Bewegen
der Klemmkraft vorhanden ist, weit weniger verformen als eine axial feststehende
Scheibe, die radial außen
in Bezug auf die Riemenscheibenwelle nicht abgestützt ist.
Um dieses Phänomen
zu berücksichtigen,
kann das Zusammenwirken zwischen den seitlichen Seitenflächen des
flexiblen Riemens und den Scheibenflächen der Innenscheibe, für jede Berührungsebene zwischen
einer Seitenfläche
und einer Scheibenfläche
getrennt berücksichtigt
werden durch die Bestimmung eines getrennten Scheibenwinkels für jede Scheibenfläche einer
Riemenscheibe und durch die Bestimmung eines getrennten Flächenwinkels
für jede
seitliche Seitenfläche
des fle xiblen Riemens, wodurch die Scheibenwinkel und die Flächenwinkel in
Bezug auf eine Orthogonale einer Drehachse der Riemenscheibe bestimmt
sind. Der betreffende Scheibenwinkel und/oder der betreffende Flächenwinkel
sind dann dafür
vorgesehen, zu der axialen Verformung der betreffenden Scheibe einer
Riemenscheibe in der oben beschriebenen Art und Weise beizutragen.
Als Ergebnis davon wird der Riemenscheibenwinkel und/oder der Riemenwinkel
asymmetrisch in Bezug auf eine Orthogonale der Drehachse der Riemenscheibenwellen,
d.h. ein Bisektor des Riemenwinkels oder des Riemenschiebenwinkels
ist nicht unter einem geraden Winkel in Bezug auf die Axialrichtung
orientiert.
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Die
Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen flexiblen Endlos-Antriebsriemen,
insbesondere einen Treibriemen des Schubtyps, der zur Verwendung
in dem stufenlos veränderlichen
Getriebe gemäss
der Erfindung beabsichtigt ist.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf eine verstellbare Riemenscheibe,
die zur Verwendung in einem stufenlos veränderlichen Getriebe gemäss der Erfindung
beabsichtigt ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine
Scheibenfläche konkav
mit einem in wesentlichen konstanten Krümmungsradius in einer Ansicht
im tangentialen Querschnitt der Riemenscheibe.
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Es
wird angemerkt, dass in der
WO-A-98/
06 961 ein CVT beschrieben ist mit Riemenscheiben, die
Scheiben aufweisen, welche zwischen sich einen Riemenscheibenwinkel
festlegen, wobei der besagte Riemenscheibenwinkel in einer Richtung
radial nach außen
abnimmt. Das CVT besteht aus einer Anzahl von unabhängig betriebenen
dünnen
Endlosringen. Das Ziel der beschriebenen Erfindung besteht darin, dass
erreicht werden soll, dass im Betrieb alle Ringe mit dem gleichen Übersetzungsverhältnis arbeiten. Wenn
diese Lehre auf eine typische CVT Ausbildung für eine Anwendung bei einem
Fahrzeug übernommen
wird, dann ist die erforderliche Verkleinerung des Riemenscheibenwinkels
in einer Richtung radial nach außen weit größer als diejenige, die für die vorliegende
Erfindung benötigt
wird, was auch ein vollständig
anderes Ziel ist. Weil die Ringe in radialer Richtung sehr dünn sind,
biegen sie sich außerdem relativ
leicht, um mit dem Riemenscheibenwinkel übereinzustimmen. Das durch
die vorliegende Erfindung gelöste
Problem ergibt sich daher bei dieser bekannten Konstruktion nicht,
zumindest nicht in dem Ausmaß,
dass die Lösung
gemäss
der vorliegenden Erfindung einen besonderen Vorteil ergeben würde. Die
bekannten Ringe haben tatsächlich
keine seitliche Seitenflächen,
die genügend
planar sind, um selbst einen Riemenwinkel zu bestimmen.
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Es
wird weiter angemerkt, dass die Herstellungstoleranz, die auf den
Riemenwinkel und/oder auf den Riemenscheibenwinkel angewandt wird,
von der gleichen Größenordnung
sein kann, wie der gewünschte
Unterschied zwischen dem besagten Winkel in Übereinstimmung mit der Erfindung,
was insbesondere der Fall sein kann, wenn der besagte Unterschied
klein ist. Gemäss
der vorliegenden Erfindung ist es jedoch vorteilhaft, wenn in solchen
Fällen
der nominelle Wert des Riemenwinkels größer ist als der nominelle Riemenscheibenwinkel,
wodurch die besagten nominellen Winkel bestimmt werden können durch
eine Übernahme
des Mittelwertes eines solchen Winkels bei einer Messung an einer
Anzahl von Positionen entlang des Umfangs des Treibriemens und der
Riemenscheibe. Im Falle des Treibriemens des Schubtyps kann der
nominelle Riemenwinkel bsp. bestimmt werden durch den Mittelwert
des Riemenwinkels, der für
jedes der Querelemente gemessen wird.
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Die
Erfindung wird nun dargestellt für
ein Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf die Figuren.
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1 ist ein schematisch gezeichneter Querschnitt
eines stufenlos veränderlichen
Getriebes.
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2 ist eine Ansicht des Getriebes
der 1 in einer Seitenansicht.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel
eines flexiblen Riemens.
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4A und 4B zeigen einen teilweisen Querschnitt
einer Riemenscheibe und eines flexiblen Riemens gemäss dem Stand
der Technik.
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5A und 5B zeigen einen teilweisen Querschnitt
einer Riemenscheibe und eines flexiblen Riemens gemäss der Erfindung.
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6A und 6B zeigen einen weiteren teilweisen Querschnitt
einer Riemenscheibe und eines flexiblen Riemens gemäss der Erfindung.
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In 1 ist ein CVT 1 gemäss dem Stand der
Technik gezeigt. Das CVT 1 besteht aus einer Eingangsriemenscheibe 2 und
einer Ausgangsriemenscheibe 3, wobei jede Riemenscheibe 2; 3 einen Satz
von zwei kegelstumpfförmigen
Scheiben 21, 22; 31, 32 aufweist,
die auf einer Eingangsriemenscheibenwelle 20 und auf einer
Augangsriemenscheibenwelle 30 vorgesehen sind, und einen
flexiblen Riemen 10. Die Scheiben haben eine radiale Abmessung
RS. Die Scheiben 21, 22; 31, 32 einer
Riemenscheibe 2; 3 können gegeneinander unter dem
Einfluss eines Hydraulikdruckes gedrückt werden, der durch eine
Kolben/Zylinderanordnung 23, 24; 33, 34 ausgeübt wird,
die mit der betreffenden Riemenscheibe 2; 3 verbunden
ist. Als Ergebnis davon wird eine Klemmkraft CF zwischen
dem flexiblen Riemen 10 und den Scheiben 21, 22; 31, 32 der
Riemenscheibe bei jeder der besagten Riemen scheiben bewirkt, sodass
zwischen den besagten Riemenscheiben 2; 3 durch
den Riemen 10 ein Drehmoment durch Reibung überfragen
werden kann.
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Jede
Scheibe 21, 22; 31, 32 hat eine
Scheibenfläche,
wodurch die Scheibenflächen
einer Riemenscheibe 2; 3 wechselseitig unter einem
Riemenscheibenwinkel β orientiert
sind, wie angegeben in 1,
sodass sie eine im wesentlichen V-förmige Nut
festlegen. Der flexible Riemen 10 hat seitliche Seitenflächen für ein Zusammenwirken
mit den Scheibenflächen
der Riemenscheiben 2; 3, wodurch die seitlichen
Seitenflächen
wechselseitig unter einem Riemenwinkel α orientiert sind, wie angegeben in 3 für das Ausführungsbeispiel eines Treibriemens
des Schubtyps, sodass der flexible Riemen 10 in einer Richtung
radial nach innen konisch verläuft. Eine
Scheibenfläche
und eine seitliche Seitenfläche liegen
in einer Berührungsebene
aneinander an, die einen spitzen Berührungswinkel mit einer Orthogonalen
zu der betreffenden Riemenscheibenwelle 20; 30 bildet.
Bei dem bekannten Getriebe haben der Riemenwinkel α und der
Riemenscheibenwinkel β einen Wert,
der im wesentlichen gleich dem doppelten Wert des besagten Berührungswinkels
entspricht.
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2 ist eine vereinfachte
Seitenansicht des CVT 1 der 1.
In 2 wie tatsächlich auch
in 1 hat der flexible
Riemen 10 eine radiale Position R2 zwischen
den Scheiben 21, 22 der ersten Riemenscheibe 20,
die wesentlich größer ist
als eine radiale Position R3 des flexiblen
Riemens 10 zwischen den Scheiben 31, 32 der
zweiten Riemenscheibe 3. In dieser Situation ist ein (Drehmoment) Übersetzungsverhältnis des
CVT 1 kleiner als 1, d.h. wenn von der Eingangsriemenscheibenwelle 20 zu
der Ausgangsriemenscheibenwelle 30 eine Kraft übertragen
wird, dann wird das Drehmomentniveau verringert. Die Klemmkraft
CF für
jede Riemenscheibe 2; 3 kann dabei so sein, dass
sich ein Zustand des Ausgleichs einstellt, bei welchem die Getriebeübersetzung
des CVT 1 fixiert ist. Aus gehend von einem solchen Zustand
des Ausgleichs kann die Getriebeübersetzung durch
eine Erhöhung
oder Erniedrigung der Klemmkraft CF für jede Riemenscheibe 2, 3,
stufenlos geändert
werden, wodurch die radiale Position R2;
R3 des flexiblen Riemens 10 zwischen
den Sätzen
der Scheiben 21, 22; 31, 32 gewechselt
wird.
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3 zeigt ein Beispiel eines
flexiblen Riemens 10, d.h. eines Treibriemens des Schubtyps. Eine
axiale Ansicht eines gebogenen Abschnitts und eines gestreckten
Abschnitts des Treibriemens 10 ist gezeigt. Weiterhin ist
eine tangentiale Ansicht des Treibriemens 10 veranschaulicht.
Der Treibriemen 10 besteht aus einer Anzahl von Querelementen 11,
die auf einem Träger 14, 15 benachbart
und verschieblich montiert sind. In diesem Fall besteht der Träger 14, 15 aus
zwei Sätzen 14; 15 von
vier radial übereinander
angeordneten fortlaufenden Bändern.
Die Querelemente 11 sind jeweils mit einem Vorsprung 12 und
mit einer Aussparung 13 versehen, wobei der Vorsprung 12 eines
Querelements 11 in die Aussparung 13 eines benachbarten
Querelements 11 einpasst. Wie angegeben in der Figur sind
die seitlichen Seitenflächen
des Querelements 11 unter einem Riemenwinkel α wechselseitig
orientiert, sodass der flexible Riemen 10 radial nach innen
konisch verläuft.
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Die 4A, 4B, 5A, 5B, 6A und 6B zeigen schematisch
einen Teilquerschnitt einer Riemenscheibe 2 und eines flexiblen
Riemens 10. Es wird angemerkt, dass die Verformung der
Scheiben 21, 22 der Riemenscheibe wie gezeigt
in den 4B, 5B und 6B für
eine größere Klarheit übertrieben
ist und ebenso wie auch der Riemenwinkel α, der Riemenscheibenwinkel β und die
Unterschiede unter diesen. Es ist zu sehen, dass obwohl in Wirklichkeit
die axiale Verformung der Scheiben 21, 22 der
Riemenscheibe gewöhnlich
sehr klein ist, sie dennoch gemessen werden kann und sie als Ursache
eines ungleichmäßigen Verschleißes der
seitlichen Sei tenflächen
auftritt sowie, in dem Fall eines Treibriemens des Schubtyps, eines örtlichen
Verschleißes
an der Stelle des Vorsprunges 12 und der Aussparung 13.
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In 4A ist eine bekannte Ausbildung
des flexiblen Riemens 10 und der Riemenscheibe 2 gezeigt.
Bei dieser bekannten Ausbildung ist der Riemenwinkel α gleich dem
Riemenscheibenwinkel β. Wie
dargestellt in 4B verformen
sich jedoch die Scheiben 21, 22 der Riemenscheibe 2 bei
der Anwendung einer Klemmkraft CF, d.h.
sie erfahren eine wechselseitige Spreizung, wodurch sich der Riemenscheibenwinkel β vergrößert. Während es
Betriebs wird so der Riemenwinkel α generell kleiner sein als der
Riemenscheibenwinkel β,
und der Berührungsdruck
zwischen dem flexiblen Riemen 10 und der Riemenscheibe 2 wird
sich in einer Richtung radial nach außen nachteilig verkleinern.
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In 5A ist die Ausbildung des
flexiblen Riemens 10 und der Riemenscheibe 2 gemäss der Erfindung
gezeigt. Es ist ersichtlich, dass der Riemenwinkel α größer ist
als der Riemenscheibenwinkel β.
In der Praxis ist der geforderte Unterschied zwischen den besagten
Winkeln α, β sehr klein,
bsp. zwischen 2 und 20 Minuten in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Verformung
der Scheiben 21, 22 einer Riemenscheibe während des
Betriebs des CVT 1. In 5B ist
gezeigt, dass mit der Anwendung einer Klemmkraft CF die
Scheiben 21, 22 einer Riemenscheibe sich verformen
werden, wodurch sich der Riemenscheibenwinkel β vergrößert. Bei einen bestimmten
Niveau der Klemmkraft CF ist die Verformung
der Scheiben einer Riemenscheibe so groß, dass der Riemenwinkel α im wesentlichen übereinstimmt
mit dem Riemenscheibenwinkel β.
Gemäss der
Erfindung ist das Ausmaß der
Verformung der Scheiben 21, 22 abhängig von
dem Niveau der Klemmkraft CF sowie auch
von der radialen Position R2, R3 des
Zusammenwirkens zwischen den seitlichen Seitenflächen und den Scheibenflächen, weil die
besagte radiale Position R2, R3 den
Arm der Klemmkraft CF bestimmt. Die besagten
Winkel α, β werden nur
bei bestimmten Kombinationen der Klemmkraft CF und
der besagten radialen Position R2, R3 übereinstimmen.
Bei anderen möglichen
Kombinationen der Klemmkraft CF und der
besagten radialen Position R2, R3 wird zusätzlich der Unterschied zwischen
den besagten Winkeln α, β bei dem
CVT gemäss
der Erfindung vorteilhaft verringert, da die Verformung der Scheiben 21, 22 einer
Riemenscheibe zu einem größeren oder
kleineren Ausmaß kompensiert
wird.
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Gemäss der Erfindung
kann der Einfluss der radialen Position R2,
R3 des besagten Zusammenwirkens durch eine
Riemenscheibe 2 beeinflusst werden, die einen Riemenscheibenwinkel
aufweist, der in einer Richtung radial nach außen entlang der radialen Abmessung
RS der Scheiben 21, 22 einer
Riemenscheibe abnimmt, wie angegeben in 5A. In 5A ist
die radiale Position des besagten Zusammenwirkens klein, ähnlich zu
der radialen Position R3, die in den 1 und 2 gezeigt ist, sodass als Folge davon
die Verformung der Scheiben 21, 22 einer Riemenscheibe
ebenfalls klein sein wird. Bei einer solchen kleinen radialen Position
R3 wird der Riemenscheibenwinkel β im wesentlichen übereinstimmen mit
dem Riemenwinkel α selbst
bei der Anwendung einer großen
Klemmkraft CF. Gemäss der Erfindung reicht ein
kleiner wenn überhaupt
vorhandener Unterschied zwischen den besagten Winkeln α, β aus, um
eine solche Verformung zu kompensieren. In 5B ist die radiale Position des besagen
Zusammenwirkens groß, ähnlich zu
der in den 1 und 2 gezeigten radialen Position
R3. Bei der Anwendung der Klemmkraft CF ist folglich die Verformung der Scheiben 21, 22 einer
Riemenscheibe ebenfalls relativ groß, sowie als ein Ergebnis davon
auch die Erhöhung
des Riemenscheibenwinkels β.
Um diese Vergrößerung vorab
zu kompensieren, wird daher der anfängliche Riemenscheibenwinkel β beträchtlich kleiner
eingestellt als der Riemenwinkel α.
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Gemäss der Erfindung
ist es vorteilhaft, wenn der Riemenscheibenwinkel β entlang
der radialen Abmessung der Scheiben 21, 22 einer
Riemenscheibe in einer Richtung radial nach außen allmählich abnimmt, sodass bei einem
vorhandenen Niveau der Klemmkraft CF die
besagten Winkel α, β während des
Betriebs des CVT 1 im wesentlichen übereinstimmen. Das besagte
Niveau der Klemmkraft CF kann frei gewählt werden,
bsp. in Abhängigkeit
von dem Typ der Anwendung des CVT 1. Es ist sogar möglich, dieses
Niveau in Abhängigkeit
von der radialen Position R2, R3 des
Zusammenwirkens auszuwählen,
um bsp. die Vergrößerung des
Riemenscheibenwinkels β zu
kompensieren, der von dem Niveau der Klemmkraft abhängt, die
am häufigsten
angewandt wird, wenn der flexible Riemen 10 in einer solchen
speziellen radialen Position R2, R3 positioniert ist. In einem solchen Fall
kann die besondere konkave Kontur in radialer Richtung einer für die erste
Riemenscheibe 2 und die zweite Riemenscheibe 3 Scheibe
unterschiedlich sein.