-
Technisches
Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Riemen für ein stufenloses Getriebe.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Bei
stufenlosen Getrieben bzw. Regelgetrieben werden Riemen mit einem
im Wesentlichen trapezförmigen
Querschnitt (Keilriemen) eingesetzt, die mit seitlichen Reibflächen versehen
sind, die dazu dienen, mit entsprechenden Seiten von Riemenscheiben
mit trapezförmigen
oder V-förmigen
Laufflächen
zusammenzuwirken. Änderung
des Übersetzungsverhältnisses
wird durchgeführt,
indem über Mechanismen
eines bekannten Typs die Breite der Lauffläche der Riemenscheiben und
damit der Wickeldurchmesser des Riemens verändert wird.
-
Bei
Getrieben mit geringer Kraftübertragung werden
derzeit Riemen angesetzt, die einen Körper aus Elastomermaterial
haben und mit Cord-Längsverstärkungselementen
versehen sind, die dazu dienen, den Riemen die erforderliche mechanische
Zugfestigkeit zu verleihen. Der Körper, der aus Elastomermaterial
besteht, ist normalerweise mit einer inneren Vertiefung und einer äußeren Vertiefung
versehen, die den Zweck haben, dem Riemen eine gute Flexibilität zu verleihen,
so dass der Riemen in der Lage ist, mit verringerten Wickeldurchmessern
zu arbeiten und gleichzeitig eine ausreichend ausgedehnte Seitenfläche beizubehalten.
-
Bei
Getrieben mit höherer
Kraftübertragung werden
bekanntermaßen
Riemen eingesetzt, die mit Quer-Versteifungselementen versehen sind,
die auf entsprechende Zähne
der äußeren Vertiefung
und der inneren Vertiefung aufgesetzt sind und dazu dienen, die
Quer-Druckverformung des Riemens selbst zu begrenzen. Die Versteifungselemente,
die auf jedes Paar Zähne
aufgesetzt sind, liegen einander gegenüber, d.h. das innere und das äußere können jeweils
durch ein Verbindungselement verbunden werden, das durch den Körper des
Riemens selbst hindurch verläuft.
-
Die
oben beschriebenen Riemen, bei denen die Kraftübertragung über direkten Kontakt zwischen dem
Elastomermaterial des Körpers
und den Riemenscheiben stattfindet, eignen sich für Antriebe
mit großer
Kraft nicht, wie sie beispielsweise bei Regelgetrieben für Kraftfahrzeuge
eingesetzt werden.
-
Für die letztgenannten
Einsatzzwecke werden im Allgemeinen Metallriemen eingesetzt, die
jedoch nicht nur relativ teuer und schwer sind, sondern auch nur
im Ölbad
laufen können
und daher offensichtliche Beschränkungen
hinsichtlich ihres Einsatzes aufweisen.
-
Als
Versuch, die oben aufgeführten
Einschränkungen
von Metallriemen zu überwinden,
sind Riemen für
Trocken-Kraftantriebe vorgeschlagen worden, die ein Endlosband,
das einen Elastomerkörper
aufweist, der mit innerer Verzahnung und äußerer Verzahnung und einer
Vielzahl von Längs-Cord-Einsätzen, die
in den Körper
eingebettet sind, versehen ist, sowie eine Vielzahl separater Übertragungselemente
umfassen, die so auf das Endlosband geformt sind, dass ein Zahn
der äußeren Verzahnung
und ein Zahn der inneren Verzahnung eingebettet ist. Ein Beispiel
für Riemen
dieses Typs ist in EP-A-1 106 865 dargestellt.
-
Offenbarung
der Erfindung
-
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten
Riemen für
ein stufenloses Getriebe zu schaffen, der es ermöglicht, Drehmomentübertragung
und Lebensdauer des Riemens zu verbessern und dennoch relativ einfach
und kostengünstig
herzustellen ist.
-
Die
obenstehende Aufgabe wird mit der vorliegenden Erfindung insofern
gelöst,
als sie einen Riemen für
ein stufenloses Getriebe betrifft, der ein endloses flexibles Band
mit einem Körper,
der aus Elastomermaterial besteht, und einer Vielzahl von Cord-Längseinsätzen, die
in dem Körper
eingebettet sind, sowie eine Vielzahl von Übertragungselementen umfasst,
die an dem Endlosband befestigt und seitlich durch zueinander geneigte
Reibflanken zum Eingriff mit einer V-förmigen Lauffläche einer
Riemenscheibe begrenzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Übertragungselement
einen inneren Block, der so um das Endlosband herum geformt ist, dass
er eine Länge
des Endlosbandes vollständig umgibt
und daran zu befestigen ist, sowie ein Paar Halbschalen-Abdeckelemente enthält, die
quer auf den inneren Block aufgepasst sind und die Reibflanken bilden.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung werden einige bevorzugte Ausführungen im
Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
wobei:
-
1 eine
Teilseitenansicht eines Riemens ist, der gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hergestellt wird;
-
2 eine
Teilseitenansicht des Riemens in 1 in vergrößertem Maßstab und
als Teil-Längsschnitt
ausgeführt
ist;
-
3 ein
Schnitt entlang der Linie III-III in 2 ist;
-
4 ein
Teilschnitt entlang der Linie IV-IV in 3 ist;
-
5 eine
als Teil-Längsschnitt
ausgeführte Seitenansicht
eines Riemens gemäß einer
zweiten Ausführung
der Erfindung ist; und
-
6 eine
als Teil-Längsschnitt
ausgeführte Seitenansicht
eines Riemens gemäß einer
dritten Ausführung
der Erfindung ist.
-
Beste Art und Weise der
Ausführung
der Erfindung
-
In 1 bis 4 kennzeichnet
Bezugszeichen 1 als Ganzes einen Riemen für ein stufenloses Getriebe.
-
Der
Riemen umfasst im Allgemeinen ein geschlossenes flexibles Endlosband 2,
das den Zweck hat, die Last zu übertragen,
sowie eine Vielzahl von Übertragungselementen 3, die
an dem Endlosband 2 aneinander angrenzend befestigt sind
und einen im Wesentlichen V-förmigen
Querschnitt haben, um durch Reibung mittels entsprechender Paare
zueinander geneigter Reibungsflanken 4 mit einer V-förmigen Lauffläche 5 einer
Riemenscheibe 4 zusammenzuwirken (in 1 und 3 mit
einer gestrichelten Linie schematisch dargestellt).
-
Das
heißt,
das Endlosband 2 umfasst im Allgemeinen einen Zahnkörper 6,
der aus Elastomermaterial, beispielsweise HNBR, besteht, sowie eine Vielzahl
von Cord-Einsätzen 7,
die im Wesentlichen nicht dehnbar sind in den Körper 6 eingebettet
sind und in Längsrichtung
sowie parallel zueinander entlang des Körpers selbst verlaufen. Die
Einsätze 7,
die gemäß einem
herkömmlichen
Spiralwicklungsverfahren hergestellt werden, können aus Glas oder Aramidfasern
bestehen, so beispielsweise aus dem Material, das unter dem Handelsnamen
Kevlar® bekannt ist.
-
Das
Band 2 umfasst eine äußere Verzahnung 8,
d.h. eine Verzahnung, die an der Aussenfläche 9 des Körpers 6 hergestellt
ist.
-
Die
Verzahnung 8 umfasst eine Vielzahl von Zähnen 10,
die sich mit Vertiefungen 11 abwechseln. Die Zähne 10 weisen
vorteilhafterweise einen im Wesentlichen halbkreisförmigen oder
parabolischen Querschnitt auf, können
jedoch jede beliebige Form haben, die sich dazu eignet, eine stabile
Verbindung mit den Übertragungselementen 3 zu
gewährleisten.
-
Die Übertragungselemente 3 umfassen
jeweils einen inneren Block 12, der so auf das Endlosband 2 aufgeformt
ist, dass er eine Länge
desselben vollständig
umgibt und einen entsprechenden Zahn 10 des Endlosbandes 2 einbettet,
und eine Reibbeschichtung 13, die die Flanken 4 bildet,
die mit der Lauffläche 5 der
Riemenscheibe 5 zusammenwirken.
-
Das
heißt,
der innere Block 12 jedes Übertragungselementes 3 hat
einen im Wesentlichen V-förmigen
Querschnitt (3) und weist einen mittigen Durchgangshohlraum 14 auf,
in den das Endlosband 2 (2) eingreift
und der dessen Form entspricht. Das heißt, der Hohlraum 14 wird
auf der Seite, die der Innenseite des Riemens 1 zugewandt
ist, durch eine plane Fläche 15 begrenzt
und weist an der Seite, die der Verzahnung 8 zugewandt
ist, eine Vertiefung 16 auf, deren Form komplementär zur Form
des entsprechenden Zahns 10 ist.
-
Die
Reibbeschichtung 13 besteht aus einem Paar Halbschalen-Abdeckelemente 20,
die so an einander gegenüberliegenden
Seiten des Endlosbandes 2 quer auf den inneren Block 12 aufgesetzt
sind, dass sie im Wesentlichen entlang einer Mittelebene M des Riemens
(3) miteinander in Eingriff kommen.
-
Die
Abdeckelemente 20 bestehen vorteilhafterweise aus einem
plastischen Material, das vorgegebene Reibeigenschaften und gute
Verschleißbeständigkeit
aufweist, so beispielsweise einem Polyamid mit Glasfaser-Füllstoff
oder einem Fluorpolymer der Klasse von Materialien, die unter dem
Handelsnamen MARLON-H bekannt sind. Ein Beispiel eines Materials,
das verwendet werden kann, ist MARLON-H82, das von M.A.P. s.r.I.
(San Giorgio Canavese, Turin, Italien) hergestellt wird, wobei das
Material eine Reißfestigkeit
von 48,3 Mpa, eine Reißdehnung
von 350% (gemessen nach dem Standard ASTM D 638), einen Biege-Elastizitätsmodul
von 1110 Mpa bei 23°C,
eine Shore-D-Härte 82 (ASTM
D 2240), eine maximale Betriebstemperatur von 150°C (ASTM D
648) und einen Schmelzpunkt von 223°C (ASTM D 3418) hat.
-
Die
Abdeckelemente 20 weisen jeweils einen Hohlraum 24 auf,
der eine Form hat, die der Hälfte
des jeweiligen inneren Blocks 12 entspricht, und umfassen
ein Paar vorderer Wände 25,
eine innere untere Wand 26, eine äußere untere Wand 27 und eine
Seitenwand 28, wobei eine Außenfläche derselben eine Flanke 4 des Übertragungselementes
bildet (3).
-
Die
vorderen Wände 25 weisen
entsprechende Mittelschlitze 30 auf, die in einer Richtung senkrecht
zu der Ebene M verlängert
sind und sich zu der Ebene M hin öffnen, um Einführen des
Endlosbandes 2 zu ermöglichen.
Die Ränder
der Schlitze 30 laufen in Richtung von Ebene M aufeinander
zu.
-
Die
Flanken 4 der Übertragungselemente 3 weisen
vorteilhafterweise eine oder mehrere Nuten 31 auf, die
sich in Längsrichtung
erstrecken, d.h. von der inneren unteren Wand 26 zu der äußeren unteren Wand 27,
um die Flanken 4 in einen oder mehrere Bereiche 4a, 4b von
Kontakt mit der Riemenscheibe zu unterteilen (4).
-
Die
vorderen Wände 25 laufen
von dem Endlosband 2 ausgehend zur Innenseite des Riemens 1 hin
aufeinander zu. Daher weist jedes Übertragungselement 3 im
Längsschnitt
eine Form auf, die zur Innenseite des Riemens 1 hin konisch
ist, wobei dies notwendig ist, um kleine Wickeldurchmesser des Riemens 1 (1)
zu erreichen, ohne dass aneinander grenzende Übertragungselemente 3 einander
behindern.
-
In
der in 1 bis 4 dargestellten Ausführung sind
aus strukturellen Gründen
die Übertragungselemente 3 nach
außen
hin ebenfalls vom Endlosband 2 ausgehend leicht konisch.
-
Ein
Verfahren zum Herstellen des Riemens 1 wird im Folgenden
beschrieben.
-
In
einem ersten Schritt wird das Endlosband 2 unter Verwendung
bekannter Verfahren hergestellt, die bei der Fertigung von Zahnriemen
verwendet werden. In einem zweiten Schritt wird das Endlosband 2 in
eine Form (nicht dargestellt) eingelegt, die eine Aufnahme für das Endlosband 2 und
eine Vielzahl von Hohlräumen,
die durch die Aufnahme geschnitten werden, einer Form hat, die der
der inneren Blöcke 12 der Übertragungselemente 3 des
Riemens 1 entspricht, und die die gleiche Anzahl haben
wie die Blöcke 12 selbst,
und zwar so, dass ein Zahn des Endlosbandes 2 in jedem
Hohlraum der Form aufgenommen wird. In einem dritten Schritt wird
das plastische Material, das die inneren Blöcke 12 bildet, in die
erwähnten
Hohlräume
eingespritzt, um so die inneren Blöcke 12 der Übertragungselemente
auf das Endlosband 2 so aufzuformen, dass sie voneinander beabstandet
sind. In einem vierten Schritt wird ein entsprechendes Paar Abdeckelemente 20 an
jedem inneren Block 12 eingeführt.
-
Es
ist anzumerken, dass, wenn das Zusammensetzen abgeschlossen ist,
die Abdeckelemente 20 jedes Paars aneinander grenzender Übertragungselemente 3 im
Wesentlichen wenigstens in der Nähe
des Endlosbandes 2 in Kontakt miteinander sind. Der Ausdruck „im Wesentlichen
in Kontakt" wird hier
sowohl in dem Sinne verwendet, dass die Abdeckelemente 20 tatsächlich in
Kontakt miteinander sind, als auch in dem Sinne, dass beim Zusammensetzen
ein geringer Zwischenraum in der Größenordnung von einigen Zehntel
eines Millimeters verbleibt, was bedeutet, dass in Funktion effektiver Kontakt zwischen
den Elementen 20 in der Nähe des Endlosbandes 2 wenigstens
an der Innenseite des Riemens 1 vorhanden ist, wenn das
Endlosband 2 gebogen wird.
-
Der
wesentliche Kontakt zwischen den Übertragungselementen 3 schränkt die
Schwingungen der Blöcke
um eine Achse senkrecht zu der Ebene M ein, wenn die Übertragungselemente 3 mit
der Riemenscheibe in Kontakt kommen. Dadurch werden jegliche Ermüdungsbelastungen
an dem Endlosband 2 im Wesentlichen eingeschränkt.
-
5 ist
eine Teildarstellung eines Riemens 35 gemäß einer
anderen Ausführung
der Erfindung.
-
Der
Riemen 35 unterscheidet sich von dem oben beschriebenen
Riemen 1 dahingehend, dass die vorderen Wände 25 jedes
Abdeckelementes 20 im Wesentlichen in dem Abschnitt desselben
parallel zueinander sind, der außerhalb des Endlosbandes 2 liegt,
und zwar mit Ausnahme minimaler Neigungen.
-
So
kommen die Reibbeschichtungen 13 jedes Paars aneinander
grenzender Übertragungselemente 3 in
einem Bereich miteinander in Kontakt, der dem Abschnitt derselben
entspricht, der außerhalb des
Endlosbandes 2 liegt, und zwar in den geradlinigen Teilen
des Riemens, und insbesondere in dem Abschnitt des Riemens, der
sich von der Riemenscheibe löst.
Die Schwingungen der Übertragungselemente 3 um
eine Querachse herum werden so verringert, und daher auch die Spannungen
an dem Endlosband 2.
-
6 zeigt
eine weitere Ausführung
der vorliegenden Erfindung, die als Ganzes mit 36 gekennzeichnet
ist.
-
Riemen 36 unterscheidet
sich von Riemen 35 dahingehend, dass das Endlosband 2 eine äußere Verzahnung 8 und
eine innere Verzahnung 37 hat, die an einer Innenfläche 38 des
Körpers 6 des
Endlosbandes 2 vorhanden ist.
-
Die
innere Verzahnung 37 umfasst eine Vielzahl von Zähnen 39,
die sich mit Vertiefungen 40 abwechseln, wobei die Zähne 39 der
inneren Verzahnung 37 mit entsprechenden Zähnen 10 der äußeren Verzahnung 8 identisch
sind und an in Bezug auf den Körper 2 einander
gegenüberliegenden
Seiten angeordnet sind.
-
Der
innere Block 12 jedes Übertragungselementes 3 hat
einen durchgehenden Hohlraum 14, dessen Form der eines
Abschnitts des Endlosbandes 2 entspricht, so dass ein Zahn 10 der äußeren Verzahnung 8 und
ein entsprechender Zahn 39 der inneren Verzahnung 37 in
einem entsprechenden inneren Block 12 eingebettet sind.
-
Aus
einer Untersuchung der Eigenschaften des Riemens 1, der
gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wird, gehen die Vorteile, die dieser Riemen
möglich
macht, deutlich hervor.
-
Die
inneren Blöcke 12 haben
im Wesentlichen die Funktion, die Reib-Abdeckungelemente 20 anzutreiben
und strukturell zu stützen
und können daher
aus Material bestehen, das gute strukturelle Eigenschaften, jedoch
nicht notwendigerweise optimale Verschleißbeständigkeit und Reibeigenschaften aufweist,
während
die Abdeckelemente 20, die die Riemen-Riemenscheibe-Grenzfläche bilden,
die die Reib-Drehmomentübertragung
ermöglicht,
aus einem Material bestehen können,
das speziell für
diesen Zweck eingerichtet ist.
-
Untersuchungen
und Versuche, die durch den Anmelder durchgeführt worden sind, haben ergeben,
dass der Übertragungsriemen
der vorliegenden Erfindung zu einer starken Drehmomentübertragung
führt (der
Riemen kann beispielsweise Drehmomentwerte von mehr als 90 Nm übertragen)
und daher für
ein breites Spektrum des Einsatzes in Kraftfahrzeugen und Motorrädern geeignet
ist.
-
Des
Weiteren hat sich herausgestellt, dass ebenfalls aufgrund der aneinanderliegenden
Anordnung der Übertragungselemente 3 eine
gute Drehmomentübertragung
bei relativ niedrigen Lasten an den Zähnen der Verzahnung 8 und
bei geringen Schwingungen unter Last erreicht wird. Das Ermüdungsverhalten
des Riemens 1 wird daher verbessert.
-
Der
Einsatz eines Endlosbandes 2 mit einer einzelnen äußeren Verzahnung
ermöglicht
eine erhebliche Verringerung des Zeit- und Kostenaufwandes bei der
Herstellung.
-
Schließlich liegt
auf der Hand, dass Abwandlungen und Veränderungen an dem Riemen 1 vorgenommen
werden können,
ohne damit vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch
die folgenden Ansprüche
definiert wird.