DE60208524T2

DE60208524T2 - Riemen mit flexiblem antriebsring

Info

Publication number: DE60208524T2
Application number: DE60208524T
Authority: DE
Inventors: Jing Rochester Hills YUAN
Original assignee: Gates Corp
Current assignee: Gates Corp
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2022-01-25
Also published as: DE60208524D1; MXPA03008363A; EP1364137A1; EP1364137B1; US6634975B2; JP2005507479A; ES2254642T3; WO2002066859A1; CA2436375A1; US20020115513A1; AU2002235458B2; CA2436375C; KR20030074834A; ATE315187T1; CN1491326A; BR0206999A; CN1279299C; KR100527272B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Kraftübertragungsriemen und insbesondere flexible Treibringriemen mit einem Segmente und ein Zugteil aufweisenden flexiblen Treibring.
Hintergrund der Erfindung
Daß zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs, Motorrads oder dergleichen ein Zahnradgetriebe verwendet werden kann, ist auf dem Gebiet hinlänglich bekannt. Im allgemeinen weisen Zahnradgetriebe jedoch eine feste Anzahl von Zahnrädern auf. Sie sind üblicherweise so ausgelegt, daß sie bei einem der Gänge höchst effizient laufen, während im übrigen der Motor in weniger effizienten Betriebspunkten läuft. Um den Wirkungsgrad zu verbessern, ist ein kontinuierlich veränderliches Getriebe, CVT (continuously variable transmission), vorzuziehen. CVT-Getriebe erfordern speziell für diesen Zweck angepaßte Riemen.
Zur Verwendung in kontinuierlich veränderlichen Getrieben oder CVTs sind verschiedene Arten von Kraftübertragungsriemen entwickelt worden.
Im allgemeinen ist die Silhouette von CVT-Riemen mit der eines herkömmlichen Keilriemens vergleichbar. Sie sind insbesondere oben breit und unten schmal und so ausgelegt, daß sie zwischen die eine Keilnut bildenden Antriebsscheiben einer Riemenscheibe passen. Die Riemenscheibe, auf die der Riemen gezogen ist, weist im allgemeinen eine bewegbare Antriebsscheibe und eine feststehende Antriebsscheibe auf, die jeweils kegelstumpfförmig sind. Im allgemeinen bewegt sich eine der Antriebsscheiben, während die andere fest bleibt.
Durch Bewegen der einen Antriebsscheibe relativ zu der anderen wird der effek tive Durchmesser φ der Riemenscheibe, in der der Riemen arbeitet, verändert. Die Riemengeschwindigkeit hängt von dem effektiven Durchmesser der Riemenscheibe ab, der seinerseits von der axialen Position der Antriebsscheiben relativ zueinander abhängt.
Zu den Riemen vom CVT-Typ gehören im Stand der Technik Riemen mit mehreren Blöcken, die in Querrichtung mit einem Zugteil verbunden sind. Bestimmte Formen von Zahnriemen sind ebenfalls bekannt.
Repräsentativ auf diesem Gebiet ist das U.S.-Patent Nr. 4,595,387 (1986), erteilt an McComber, das einen V-Blockriemen mit Polymerbereichen offenbart, die quer zum Riemen ausgerichtet sind. Die Polymerbereiche sind entlang einer Längsachse des Riemens in vorbestimmten Abständen fest verbunden.
Der Stand der Technik lehrt das Festlegen der Position der Querblöcke relativ zu einem die Zuglast tragenden Teil. Folglich lehrt der Stand der Technik die Verwendung von Querblöcken, die so konstruiert sind, daß sie sich mechanisch präzise mit dem Zugteil verbinden lassen. Die Relativbewegung der Bauteile ist streng kontrolliert.
Ebenfalls repräsentativ auf dem Gebiet ist das U.S.-Patent Nr. 4,734,085 (1988), erteilt an Takashima et al., das einen Keilriemen zur Verwendung in einem Trockengetriebe mit einem Endloslastträger mit einer Reihe von Zähnen offenbart, mit denen quer angebrachte Blöcke in Eingriff mit dem Lastträger sind.
Die Riemen nach dem Stand der Technik bewirken eine Konzentration der Biegekräfte, die das Zugteil an jenen Stellen erfährt, an denen es jedes Segment berührt. Im Betrieb verursacht wiederholtes Biegen an diesen Stellen ein Reißen der Zugstränge. Generell ist die Riemenkonstruktion nach dem Stand der Technik eine untereinander verbundene, relativ steife Anordnung. Durch Klemmen oder eine andere Art von Preßsitz sind die Segmente an dem flexiblen Zugteil angebracht.
Es besteht Bedarf an einem flexiblen Treibringriemen mit einem flexiblen Treib@ring@. Es besteht Bedarf an einem flexiblen Treibringriemen mit einem Zugteil, das mit dem flexiblen Treibring zusammengreift. Es besteht Bedarf an einem flexiblen Treibringriemen mit einem flexiblen Treibring mit mehreren fixierten Ringsegmenten, die nicht an einem Zugteil befestigt sind. Es besteht Bedarf an einem flexiblen Treibringriemen mit einem elastischen Teil zum Vorspannen des flexiblen Treibrings. Die vorliegende Erfindung erfüllt diesen Bedarf.
Dokument DE-A-44 05 258 beschreibt einen Treibriemen, der zwischen zwei konischen Flanschpaaren angeordnet ist, wobei ein Paar an der Antriebswelle und das andere Paar an der Abtriebswelle angeordnet ist. Ein konischer Flansch jedes Paares ist feststehend und der andere ist axial verstellbar, um die Relativposition des Treibriemens zwischen den Flanschen zu verändern. Der Riemen weist eine innen befindliche Anordnung von Schubelementen auf, die die Axialkraft zwischen den Flanschen tragen und relativ zueinander bewegbar sind, um den Stützkern des Riemens zu bilden. Damit die Konstruktion leicht und stark ist, bestehen die Elemente aus Glasfaser und weisen Lagerflächen aus Metall auf. Die Innenwand des Riemens ist ein Metallband, während die andere Wand aus einer elastischen Schicht besteht.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht einen Riemen (10) vor, der aufweist: mehrere Segmente (31), die derart benachbart angeordnet sind, daß ein Endlosteil gebildet ist; wobei jedes Segment einander gegenüberliegende Schrägflächen (40, 41) zum Angreifen an einer Riemenscheibenseite aufweist, wobei die einander gegenüberliegenden Schrägflächen einen eingeschlossenen Winkel (β) beschreiben; mindestens ein Halteteil (50, 51), das an jedem Segment angreift, wodurch die Segmente einander benachbart gehalten sind; ein Zugteil (20) mit einem Mehrfachrippenprofil, das auf einer Umfangslagerfläche (34) aufliegt, wobei die Umfangslagerfläche (34) von den einander benachbarten Segmenten gebildet ist; und mindestens einen Schlitz (32, 33) zur Aufnahme des Halteteils, wobei der Schlitz zwischen der Umfangslagerfläche (34) und dem Scheitelpunkt des eingeschlossenen Winkels angeordnet ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen, die in die Beschreibung eingebracht sind und einen Teil derselben bilden, stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar und dienen zusammen mit einer Beschreibung der Erläuterung der Grundlagen der Erfindung.
1 ist eine perspektivische Schnittansicht der Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht des flexiblen Treibrings.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines flexiblen Treibringsegments.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung
1 ist eine perspektivische Schnittansicht der Erfindung. Ein flexibler Treibringriemen 10 weist ein Zugteil oder einen Zugriemen 20 auf, der mit dem flexiblen Treibring 30 zusammengreift. Der Zugriemen 20 kann einen beliebigen, auf diesem Fachgebiet bekannten Kraftübertragungsriemen einschließlich eines Mehrfachrippenriemens aufweisen. Dies stellt einen besonderen Vorteil der Erfindung dar, da der Riemen 20 bei Verschleiß durch einen anderen kostengünstigen und problemlos verfügbaren Mehrfachrippenriemen ersetzt werden kann. Die CVT-Riemen nach dem Stand der Technik sind nicht so konstruiert, daß sie teilweise ausgetauscht werden können, und müssen bei Verschleiß entsorgt und vollständig ersetzt werden, was üblicherweise erhebliche Kosten verursacht. Der Zugriemen weist im allgemeinen ein Elastomermaterial 21 auf, das mehrere Zugschnüre 22 umgibt.
Der flexible Treibring 30 weist Ringsegmente 31 auf. Die Segmente 31 sind einander benachbart angeordnet, um eine Endlosform zu bilden. Die Elastomerteile 50, 51 greifen jeweils an jedem Segment 31 in Schlitze 32, 33 ein, um die Segmente in der richtigen Betriebsanordnung zu halten. Die Schlitze 32, 33 sind zwischen der Fläche 34 und dem Scheitelpunkt des Winkels β angeordnet, wie aus 3 hervorgeht. Die Elastomerteile können hochelastisch wie Gummiband sein oder widerstandsfähig gegen Axialstreckung sein. Die Elastomerteile können dasselbe Material aufweisen wie der Zugriemen und abhängig von den Bedürfnissen des Nutzers einen Zugcord enthalten oder nicht. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthalten die Elastomerteile keine Zugcords.
Der Gesamtumfang des flexiblen Treibrings 30 ist geringfügig länger als die Länge des Elastomerteils, so daß nach vollständigem Zusammenbau der Erfindung in den Elastomerteilen und damit in dem Ring selbst eine Vorspannung entsteht, wodurch das Verriegelungsmerkmal bei den benachbarten Segmenten jeweils realisiert wird, wie aus 3 hervorgeht.
2 ist eine Schnittansicht des flexiblen Treibrings. Jedes Segment 31 weist eine Riementragfläche 34 auf. Das Profil der Tragfläche 34 kann so aussehen, daß es mit jeder Form oder jedem Profil eines auf diesem Fachgebiet bekannten Riemens zusammengreifen kann. Es kann ein Rippen-, Flach- oder Keilriemenprofil aufweisen. Das in 2 dargestellte Profil des bevorzugten Ausführungsbeispiels zeigt ein Mehrfachrippriemenprofil. Auf jeder Seite der Tragfläche 34 befinden sich einander gegenüberliegende Vorsprünge oder Ansätze 35, 36. Die Ansätze 35, 36 halten den Riemen auf dem flexiblen Treibring in seiner Position. Die Ansätze stellen im Betrieb auch einen Schutz für die Seite des Riemens dar.
Die Tragfläche jedes Segments in dem Ring insgesamt weist eine Umfangsfläche auf, auf der der Zugriemen 20 gelagert ist, wie aus 1 hervorgeht. Der Zugriemen 20 ist auf der Fläche 34 nur seitlich kontrolliert, um zu verhindern, daß er während des Betriebs 34 die Spur nicht mehr hält oder von der Tragfläche 34 gerät. Der Riemen 20 und der flexible Treibring 30 können sich in der Längs- und Axialrichtung L relativ zueinander bewegen. Im Betrieb ermöglicht dies es dem Riemen 20, sich in bezug auf den flexiblen Treibring 30 und damit in bezug auf jedes Segment bei jeder Drehung des flexiblen Treibrings durch eine Riemenscheibe geringfügig zu bewegen. Dadurch werden die Riemenbiegebeanspruchungen zwischen jedem Segment über die Gesamtlänge des Zugriemens 20 gleichmäßig verteilt. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Abnutzung des Riemens entlang seiner Gesamtlänge, wodurch seine Nutzzeit verlängert wird.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Segments des flexiblen Treibrings. Von einer der gegenüberliegenden Flächen, und zwar in 3 von der Fläche 42, stehen konvexe Vorsprünge 37, 38, 39 ab. Auf der rückwärtigen gegenüberliegenden Fläche 43 befinden sich spiegelbildliche Konkavitäten. Die Vorsprünge 37, 38, 39 greifen jeweils in die entsprechende Konkavität 37a, 38a bzw. 39a an einem benachbarten Segment ein. Die in Eingriff befindlichen Vorsprünge und Konkavitäten verriegeln jedes Segment in korrekter Ausrichtung, wenn der flexible Treibringriemen über eine Riemenscheibe läuft.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel können die gegenüberliegenden Flächen 42, 43 einen eingeschlossenen Winkel α beschreiben. Der Winkel α ermöglicht den Segmenten jeweils eine geringfügige Drehung relativ zueinander, und dadurch bleiben sie im Betrieb beim Lauf des flexiblen Treibringriemens über die Riemenscheibe im wesentlichen mit einem Drehmittelpunkt ausgerichtet. Die gegenüberliegenden Schrägflächen 40, 41 liegen jeweils auf einer Fläche einer (nicht gezeigten) Riemenscheibe auf. Die gegenüberliegenden Schrägflä chen bilden einen eingeschlossenen Winkel β, der im wesentlichen äquivalent zu dem eingeschlossenen Winkel einer Riemenscheibe ist, auf die die Erfindung abgestimmt ist. Dies gewährleistet den für eine effiziente Kraftübertragung geeigneten Kontakt zwischen dem flexiblen Treibringriemen und der Riemenscheibe.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt der Reibungskoeffizient (COF) COF = 0,3 und β = 34° oder COF = 0,2 und β = 26°. Diese Werte sollen lediglich als Beispiel und nicht als Einschränkung dienen. Da der Zugriemen hinlänglich bekannt und überall erhältlich ist, benötigt der flexible Treibringriemen keine Schmierung, wie beispielsweise ein Ölbad oder einen Ölnebel, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Dieses Merkmal vereinfacht die Schmierungsanforderungen eines den erfindungsgemäßen Riemen enthaltenden Getriebes erheblich.
Jedes Segment kann im wesentlichen ein nicht-metallisches Material oder Kunststoffmaterial mit einer gewünschten axialen Festigkeit aufweisen, um eine Antriebsscheibenaxiallast auf sich zu nehmen. Die Segmente können auch jeweils einen Kern oder Körper aus Metall, z.B. aus Aluminium, aufweisen, der an den Antriebsscheibenkontaktflächen 40, 41 mit einem nicht-metallischen Material, z.B. Phenol oder Kunststoff, überformt ist.
Es wurde hier zwar eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben, aber für den Fachmann auf dem Gebiet ist es offensichtlich, daß bei der Konstruktion und der Beziehung der Teile untereinander Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der hier beschriebenen Erfindung abzuweichen.

Claims

Riemen (10), mit: mehreren Segmenten (31), die derart benachbart angeordnet sind, daß ein Endlosteil gebildet ist; wobei jedes Segment einander gegenüberliegende Schrägflächen (40,41) zum Angreifen an einer Riemenscheibenseite aufweist, wobei die einander gegenüberliegenden Schrägflächen einen eingeschlossenen Winkel (β) beschreiben; dadurch gekennzeichnet, daß der Riemen ferner aufweist: mindestens ein Halteteil (50, 51), das an jedem Segment angreift, wodurch die Segmente einander benachbart gehalten sind; ein Zugteil (20) mit einem Mehrfachrippprofil, das auf einer Umfangslagerfläche (34) aufliegt, wobei die Umfangslagerfläche (34) von den einander benachbarten Segmenten gebildet ist; und mindestens einen Schlitz (32, 33) zur Aufnahme des Halteteils, wobei der Schlitz zwischen der Umfangslagerfläche (34) und dem Scheitelpunkt des eingeschlossenen Winkels angeordnet ist.
Riemen nach Anspruch 1, wobei jedes Segment ferner aufweist: einander gegenüberliegende Flächen (42, 43), wodurch jedes Segment an der gegenüberliegenden Fläche eines benachbarten Segments anliegt; einen von einer gegenüberliegenden Fläche abstehenden konvexen Vorsprung (37, 38, 39); eine Konkavität (37a, 38a, 39a) in der anderen gegenüberliegenden Fläche, derart, daß der Vorsprung von einem Segment kooperativ in die Konkavität in einem benachbarten Segment eingreift.
Riemen nach Anspruch 2, bei dem jedes Segment ferner einander gegenüberliegende Vorsprünge (35, 36) zum seitlichen Halten des Zugteils in jedem Segment aufweist.
Riemen nach Anspruch 1, bei dem die Umfangslagerfläche (34) ein Profil zum Zusammengreifen mit dem Zugteil (20) bildet.
Riemen nach Anspruch 4, bei dem das Zugteil (20) auf der Umfangsfläche (34) derart aufliegt, daß zwischen dem Zugteil und den Segmenten eine axiale Relativbewegung auftreten kann.
Riemen nach Anspruch 5, bei dem die einander gegenüberliegenden Schrägflächen (40, 41) jeweils einen vorbestimmten Reibungskoeffizienten aufweisen.
Riemen nach Anspruch 6, bei dem ein Vorsprung (37, 38, 39) und eine Konkavität (37a, 38a, 39a) an einem Segment sich jeweils auf einem Teilungsliniendurchmesser befinden.
Riemen nach Anspruch 6, bei dem während des Betriebs eine Achse des Zugteils (20) mit einer neutralen Achse des Riemens ausgerichtet ist.
Riemen nach Anspruch 8, bei dem während des Betriebs eine Achse des Halteteils (50, 51) mit einer neutralen Achse des Riemens ausgerichtet ist.
Riemen nach Anspruch 8, bei dem das Halteteil (50, 51) Elastomermaterial aufweist.