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Fachgebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Riemen, die für
Getriebe mit stufenloser Drehmomentwandlung verwendet werden (continuously
variable transmission "CVT"), und insbesondere
Seitenantriebs-CVT-Riemen, die ein Endlosteil mit einem Mehrfachrippenriemen
aufweisen.
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Technischer Hintergrund der
Erfindung
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Die
Verwendung eines Zahnradgetriebes zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs,
Motorrads oder dgl. ist auf dem Fachgebiet bekannt. Zahnradgetriebe
weisen jedoch eine feste Anzahl von Zahnrädern auf. Diese sind generell
derart ausgelegt, dass sie in einem der Gänge am effizientesten arbeiten,
wobei in den anderen Gängen
der Motor an weniger effizienten Betriebspunkten arbeitet. Folglich
ist zur Verbesserung der Effizienz ein Getriebe mit stufenloser Drehmomentwandlung
CVT wünschenswert.
Es sind verschiedene Arten von Riemen zur Verwendung in Getrieben
mit stufenloser Drehmomentwandlung entwickelt worden.
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Generell
haben die CVT-Riemen ein Profil, das derjenigen eines herkömmlichen
CVT-Riemens gleicht. Insbesondere sind CVT-Riemen im oberen Bereich
breit und im unteren Bereich schmal, und sie sind derart ausgebildet,
dass sie zwischen die Scheibenteile einer Riemenscheibe passen,
wobei die Riemenscheibe eine winklige Nut bildet. Die Riemenscheibe,
um die der Riemen herumgeführt
ist, weist ein bewegbares Scheibenteil und ein festgelegtes Scheibenteil
auf, die beide kegelstumpfförmig
ausgebildet sind. Generell bewegt sich eines der Scheibenteile,
während
das andere festgelegt bleibt.
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Eine
Bewegung eines Scheibenteils relativ zu dem anderen bewirkt eine
Veränderung
des effektiven Durchmessers ⌀ der
Riemenscheibe, in der sich der Riemen bewegt. Folglich ist die Riemengeschwindigkeit
eine Funktion des effektiven Durchmessers der Riemenscheibe, der
seinerseits eine Funktion der Axialposition der Scheibenteile relativ zueinander
ist.
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Zu
den CVT-Riemen des Standes der Technik zählen Riemen, die mehrere quer
an einem Zugteil angeordnete Blöcke
aufweisen, sowie monolithische Metallriemen. Ferner sind bestimmte
Typen von Zahnriemen bekannt.
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Die
Veröffentlichung
JP-A-61 070 245 beschreibt
einen Riemen gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Repräsentativ
für das
Fachgebiet ist der Riemen, der in dem
US-Patent 5,147,253 von
Douhairet et al. beschrieben ist. Der darin beschriebene Riemen
weist mehrere Quersegmente auf, die um einen Endloskern herum angeordnet
sind. Der Endloskern weist einen Keilriemen auf. Der Keilriemen
hat schräge
Wände,
die in Kontakt mit den Innenflächen
der Segmente angeordnet sind. Die äußeren Schrägflächen der Segmente befinden
sich in Kontakt mit den Flanschen der Transmissionsriemenscheiben.
Diese Vorrichtung ist nur zur Verwendung mit Keilriemen geeignet,
die relativ geringe Kraftübertragungsfähigkeiten
haben. Ferner ist jedes Segment derart ausgebildet, dass der Keilriemen
nicht an die Unterseite jedes Segments angedrückt ist. Somit wird, wenn der Riemen
einer Belastung ausgesetzt ist, der Keilriemen in die Unterseite
des Segments gepresst. Dies verursacht eine Veränderung des Teilungsliniendurchmessers
des Riemens, was zu einer inkorrekten Passung zwischen dem Riemen
und der Riemenscheibe und einem vorzeitigen Versagen führt.
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Ferner
repräsentativ
für das
Fachgebiet ist das
US-Patent
5,242,332 von Douhairet et al. Der darin beschriebene CVT-Riemen
weist mehrere Quersegmente auf, die um einen Endloskern herum angeordnet
sind. Jedes Segment weist ein Band auf, mittels dessen jedes Segment
schließbar
ist, wobei dies als Vorkehrung zum Verbinden eines Segments mit dem
Endloskern dient. Das Band bildet ein hinderliches Zusatzteil zu
dem Riemen, der dem Riemen zusätzliches
Gewicht hinzufügt.
Gewicht verursacht eine Verschärfung
der Betriebsbeschränkungen
des Riemens. Der Endloskern weist einen Keilriemen auf. Der Keilriemen
hat schräge
Wände,
die sich in Kontakt mit den Innenflächen der Segmente befinden. Die äußeren Schrägflächen der
Segmente befinden sich in Kontakt mit den Flanschen der Transmissionsriemenscheiben.
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Bei
herkömmlichen
Riemen ist das Kernteil zwischen den Klemmteilen oder Blöcken eingeschlossen,
so dass es im Fall von Verschleiß oder Versagen nicht ersetzt
werden kann. Der Kernteilriemen bildet einen integralen Teil des
Riemens. Bei einem Versagen des Kernteils muss der Benutzer den gesamten
Riemen ersetzen.
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Es
besteht Bedarf an einem Mehrfachrippen-CVT-Riemen, der einen Mehrfachrippen-Riemenkern
aufweist. Es besteht Bedarf an einem Mehrfachrippen-CVT-Riemen,
der mehrere miteinander zusammenwirkende querverlaufende Klemmteile aufweist,
die eine passend geformte Fläche
zum Zusammengreifen mit dem Mehrfachrippenkern aufweisen. Es besteht
Bedarf an einem Mehrfachrippen-CVT-Riemen, der querverlaufende Kunststoff-Klemmteile
aufweist. Es besteht Bedarf an einem Mehrfachrippen-CVT-Riemen, der querverlaufende
Klemmteile mit einem Metallüberzug
aufweist. Es besteht Bedarf an einem Mehrfachrippen-CVT-Riemen,
der ein Kernteil mit einem Riemen aufweist, auf den leicht zugegriffen
werden kann. Es besteht Bedarf an einem Mehrfachrippen-CVT-Riemen,
der ein Kernteil aufweist, das leicht ersetzt werden kann. Die vorliegende
Erfindung erfüllt
diese Vorgaben.
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Überblick über die Erfindung
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Der
Hauptaspekt der Erfindung besteht in der Schaffung eines Mehrfachrippen-CVT-Riemens, der
der einen Mehrfachrippen-Riemenkern aufweist.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Schaffung eines Mehrfachrippen-CVT-Riemens, der
mehrere miteinander zusammenwirkende querverlaufende Klemmteile
aufweist, die eine passend geformte Fläche zum Zusammengreifen mit
dem Mehrfachrippenkern aufweisen.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Schaffung eines Mehrfachrippen-CVT-Riemens, der
querverlaufende Kunststoff-Klemmteile aufweist.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Schaffung eines Mehrfachrippen-CVT-Riemens, der
querverlaufende Klemmteile mit einem Metallüberzug aufweist.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Schaffung eines Mehrfachrippen-CVT-Riemens, der
ein Kernteil mit einem Riemen aufweist, auf den leicht zugegriffen
werden kann.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Schaffung eines Mehrfachrippen-CVT-Riemens, der
ein Kernteil aufweist, das leicht ersetzt werden kann.
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Weitere
Aspekte der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung der Erfindung
und den beigefügten
Zeichnungen dargelegt oder sind daraus ersichtlich.
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Die
Erfindung betrifft einen Riemen nach Anspruch 1, der mehrere Klemmteile
aufweist, die um ein Kern-Zugteil herum angeordnet sind. Das Kern-Zugteil
weist einen Mehrfachrippenriemen auf. Bei dem Mehrfachrippenriemen
kann es sich um einen beliebigen Standard-Mehrfachrippenriemen handeln,
der auf dem Fachgebiet verfügbar
ist. Die Klemmteile sind im Wesentlichen U-förmig und weisen einander gegenüberliegende
schrägverlaufende Seiten
auf, die mit den Seiten einer Riemenscheibe zusammenwirken. Jedes
Klemmteil weist eine mittig angeordnete Mehrfachrippenprofilfläche auf,
die mit dem Mehrfachrippenteil des Riemens zusammenwirkt. Die einander
gegenüberliegenden
Schrägflächen jedes
Klemmteils können
mit einer nichtmetallischen Beschichtung versehen sein, um einen
vorbestimmten Reibkoeffizienten zu erzeugen. Die Klemmteile sind
durch elastomere Teile oder Bänder
in Eingriff mit dem Mehrfachrippenriemen gehalten. Die elastomeren
Bänder
sind durch in den Klemmteilen ausgebildete Schlitze geführt. Die
Schlitze sind an jeder Seite des Riemens in jedem Klemmteil vorgesehen.
Die Bänder
halten dann die Klemmteile zusammen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine Seitenansicht eines Segments gemäß der Erfindung.
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2 zeigt
eine von oben betrachtete perspektivische Ansicht eines Klemmteils.
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3 zeigt
eine quergeschnittene Vorderansicht eines Klemmteils bei Anordnung
in einer Riemenscheibe.
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4(a), 4(b), 4(c) und 4(d) zeigen
schematische Ansichten des Riemenherstellungsvorgangs.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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1 zeigt
eine Seitenansicht eines Segments gemäß der Erfindung. 2 zeigt
eine perspektivische Draufsicht auf ein Klemmteil. Die Klemmteile 10 sind
aneinander angrenzend und quer zu der Hauptachse eines einen flexiblen
Kern aufweisenden Zugteils oder Riemens 20 angeordnet.
Bei dem Riemen 20 kann es sich um einen beliebigen Mehrfachrippenriemen
handeln, der auf dem Fachgebiet der Kraftübertragung verfügbar ist.
Die Klemmteile 10 beschreiben im Wesentlichen eine "U"-Form. Jedes Klemmteil 10 weist
einander gegenüberliegende Schlitze 11 und 18 auf.
Zwischen den Schlitzen 11, 18 und innerhalb des "U"-förmigen
Abschnitts des Klemmteils 10 ist eine Anlagefläche oder
innere Fläche 12 angeordnet.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
beschreibt die Fläche 12 die
Fläche,
an welcher der Riemen 20 anliegt. Im Zusammenhang mit der
bevorzugten Ausführungsform
ist der Riemen 20 als Riemen mit Mehrfachrippenprofil beschrieben; siehe 3.
Der Riemen 20 kann jedoch auch ein Synchronriemen mit einem
Synchronriemenprofil oder ein Keilriemen mit einem Keilriemenprofil
sein.
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Die
untere Anlagefläche 12 weist
ferner eine Krümmung
auf, die bei Betrachtung im Profil von der Seite des Klemmteils 10 her
einen Radius R hat. Die Krümmungsmitte
oder der Ausgangspunkt von R kann in dem Drehzentrum einer Riemenscheibe,
in welcher der Riemen herumgeführt
ist, oder in der Umlaufmitte des Riemens liegen. Der Radius R ist derart
gewählt,
dass, wenn die Riemenscheibe im maximalen Untersetzungszustand betrieben
wird (minimaler Betriebsradius für
den an der Riemenscheibe angeordneten Riemen), R gleich diesem minimalen
Betriebsradius ist. Dieser Zustand repräsentiert einen hohen Belastungszustand
des Riemens 20. Folglich bildet die untere Anlagefläche 12 eine durchgehende
gekrümmte
Fläche,
an welcher der Kernteil-Riemen anliegen kann. Dadurch wiederum wird
die Lebensdauer des Riemens 20 und somit die Lebensdauer
des CVT-Riemens
verlängert.
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Die
Seiten 14 und 15 des Klemmteils 10 verlaufen
unter einem Winkel α schräg zueinander.
Der Winkel α ist
derart gewählt,
dass eine volle Anlage der Seite 14 an der benachbarten
Seite 15 ermöglicht wird,
wenn der CVT-Riemen im maximalen Untersetzungszustand betrieben
wird. Dies ist dann eine Funktion des Durchmessers der Riemenscheiben,
in denen der Riemen umlaufend geführt ist. Ferner versteht sich,
dass, da gemäß 3 die
elastomeren Bänder
die Klemmteile in der korrekten Riemenkonfiguration halten, jedes
der Klemmteile aufgrund der Spannung der elastomeren Bänder in
Position zwischen den ihm benachbarten Klemmteilen gehalten wird.
Im maximalen Untersetzungszustand liegen die Klemmteile 10 über Schultern 27, 28 und 26, 29 und Seiten 14, 15 aneinander
an. In anderen Zuständen als
dem maximalen Untersetzungszustand liegt jedes Klemmteil 10 an
Schultern 26, 27 und 28, 29 an und
dreht sich auf diesen.
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Die
Klemmteile 10 können
jedes metallische Material aufweisen, oder sie können ein metallisches Material
aufweisen, das mit einem nichtmetallischen Material wie z.B. einem
wärmehärtbaren
Material, einem thermoplastischen Material oder einem anderen auf
den Fachgebiet bekannten Verbundmaterial beschichtet ist. Das metallische
Material kann jedes beliebige hochfeste Material mit leichtem Gewicht
aufweisen, beispielsweise – jedoch
ohne Beschränkung darauf – Legierungen
aus Stahl, Aluminium und Titan. Das Klemmteil 10 kann auch
ein nichtmetallisches Material wie z.B. ein wärmehärtbares, thermoplastisches,
Verbund- oder Phenolharz aufweisen, die jeweils auf dem Fachgebiet
erhältlich
sind.
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2 zeigt
eine perspektivische Draufsicht auf ein Klemmteil 10. Das
Klemmteil 10 weist obere Arme 13, 19 auf,
die ferner Schlitze 11, 18 beschreiben. Die Schlitze 11 und 18 werden
verwendet, um elastomere Bänder 22 und 31 in
den Klemmteilen rückzuhalten,
oder sie bilden alternativ die Vorrichtungen, mittels derer die
Klemmteile an den elastomeren Bändern
befestigt sind. Die Seite 14 und die (nicht gezeigte) Seite 15 bilden
einen Winkel α relativ zueinander.
Einander gegenüberliegende
Schrägflächen 16 und 17 greifen
an den Seiten einer Riemenscheibe an. Die Anlage fläche 12 ist
mit einem Mehrfachrippenprofil gezeigt, das mit einer gleichartigen Oberfläche an einem
Mehrfachrippen-Kernteilriemen oder Zugteil zusammengreift. Die Schrägflächen können mit
Material A beschichtet sein, das ein metallisches oder nichtmetallisches
Material wie z.B. ein wärmehärtbares,
thermoplastisches, Verbund- oder Phenolharzmaterial aufweist, wobei
diese Materialien jeweils einen vorbestimmten Reibkoeffizienten haben.
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3 zeigt
eine quergeschnittene Vorderansicht eines Klemmteils bei Anordnung
in einer Riemenscheibe. Es sind elastomere Endlosbänder 22 und 31 gezeigt,
die in Schlitze 11 bzw. 18 eingreifen. Bei der
bevorzugten Ausführungsform
befinden sich die Klemmteile 10 in Querrichtung im Eingriff
mit dem Riemen 20. Die Klemmteile 10 sind nicht
mechanisch an dem Kernteil-Riemen 20 befestigt, obwohl
der Riemen 20 an der Oberfläche 12 jedes Klemmteils 10 anliegt.
Die Klemmteile 10 werden durch die elastomeren Bänder 22, 31 in
einer korrekten Riemenkonfiguration gehalten. Der Riemen 20 ist
im korrekten Zusammengriff in dem Klemmteil 10 gezeigt.
Die Oberfläche 21 des
Mehrfachrippenriemens 20 liegt an der Oberfläche 12 des
Klemmteils 10 an. Der Riemen 20 kann ferner auch
Zugteile 23 aufweisen, die in Längsrichtung in dem Riemenkörper verlaufen. Der
Winkel β zwischen
den Schrägflächen 16, 17 wirkt
mit dem Einschlusswinkel der Riemenscheibenseiten 5 zusammen,
zwischen denen der Riemen bei Betrieb geführt wird. Die gesamte Fläche jeder
der Schrägflächen 16, 17 liegt
an den Riemenscheibenseiten 5 an, da es die Schrägflächen 16, 17 sind,
welche die Kompressiv- oder Axiallast und -kraft von den Riemenscheibenseiten 5 auf
den Riemen übertragen.
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4(a), 4(b), 4(c) und 4(d) zeigen
schematische Ansichten des Riemenherstellungsvorgangs. In 4(a) ist das Einführen der elastomeren Bänder 31, 22 in
die Schlitze 11 bzw. 18 gezeigt. In dem nächsten Schritt 4(b) sind die elastomeren Bänder in dem
Zustand gezeigt, in dem sie in den Schlitzen sitzen. In 4(c) wird das Endlosteil oder der Endlosriemen 20 durch
den oberen Spalt 25 hindurch in das Klemmteile 10 eingeführt. Wh rend
des Zusammenfügens
kann der Riemen, dessen Form mittels der elastomeren Bänder beibehalten
wird, in eine serpentinenartige Form gepresst werden, damit der
Riemen über
den Spalten 25 und schließlich in diesen platziert werden
kann. 4(d) zeigt den Riemen in der zusammengefügten Konfiguration,
bei der die elastomeren Bänder 22, 31 an
jeder Seite des Riemens 20 in dem Klemmteil 10 angeordnet
sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform
hat das Kernteil 20 eine derartige Breite w, dass jede
Seite des Riemens an einer jeweiligen Seite der elastomeren Bänder 22, 31 anliegt,
wodurch die elastomeren Bänder 22, 31 in
ihren jeweiligen Schlitzen gehalten werden.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht der Erfindung.
In 5(a), welche die Erfindung im voll zusammengefügten Zustand
zeigt, sind die Klemmteile 10 im Eingriff um den Riemen 20 herum
gezeigt. In 5(b) ist ein Klemmteil 10 im
Querschnitt dargestellt, wobei sein Verhältnis zur Hauptachse A des Riemens 20 gezeigt
ist.
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Anzumerken
ist, dass als Kernteil-Riemen 20 ein beliebiger aus den
mehreren Riemen verwendet werden kann, die auf dem Fachgebiet verfügbar sind. Nur
in seiner Form unterliegt der Riemen einer Beschränkung dahingehend,
dass er korrekt mit der Kontur und Form der Anklagefläche 12 zusammenwirken
muss. Zu den möglichen
Formen zählen Mehrfachrippenprofile
sowie ein Zahnprofil, ein Keilrippenriemenprofil oder ein flaches
Profil. Wenn der Kernteil-Riemen 20 verschlissen ist, wird
einfach der alte Kernriemen 20 entfernt und durch einen
neuen ersetzt.
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Obwohl
hier nur eine einzige Ausführungsform
der Erfindung beschrieben worden ist, wird Fachleuten auf dem Gebiet
ersichtlich sein, dass an der Ausgestaltung sowie dem Verhältnis von
Teilen zueinander Veränderungen
vorgenommen werden können,
ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.