-
Technisches
Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Zusatzantriebssystem mit mehreren
Riemenscheiben für Kraftfahrzeuge;
insbesondere einen Zusatzantriebsriemen für ein derartiges Zusatzantriebssystem.
-
Die
Erfindung wurde speziell entwickelt, um dem Bedürfnis nach einem Zusatzantriebsriemen
gerecht zu werden, der durch Strecken des Antriebsriemens über die
Riemenscheiben des Zusatzantriebssystems mit mehreren Riemenscheiben
relativ leicht angebracht werden kann, wobei dieser Antriebsriemen
während
der voraussichtlichen Lebensdauer des Antriebssystems eine ausreichende
Spannung beibehält.
-
Aus
der US-A-6,033,331 ist ein geriefelter Riemen für die Kraftübertragung bekommt, der eine elastomere
Matrix und eine Stützstruktur,
bestehend aus verdrillten 4.6-Polyamidsträngen enthält. Die durchschnittliche Belastungsdehnung
des Riemens soll im Bereich von 12 bis 20 daN/% Dehnung je cm Breite
und je Strang betragen, um die automatische ("Einschnapp")-Anbringung des Riemens zu ermöglichen.
Um aber die Einschnapp-Anbringung derartiger Riemen weiter zu erleichtern,
ist eine weitere Verminderung der erforderlichen Zugkraft beim Einbau erwünscht, ohne
dass die Spannung und die Lebensdauer des Riemens abnehmen.
-
Offenbarung
der Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft einen Antriebsriemen mit niedrigem Modul für ein Zusatzriemensystem
mit mehreren Riemenscheiben für
Kraftfahrzeuge, der während
des Einbau eine relativ hohe Dehnung ermöglicht und der während der
nutzbaren Lebensdauer des Riemens einen verhältnismäßig hohen Anteil der Einbauspannung
beibehält.
Die Erfindung betrifft ferner ein Zusatzantriebssystem mit mehrern
Riemenscheiben für
Kraftfahrzeuge, in welchen ein solcher Riemen verwendet wird; sie
betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Riemens.
-
Eine
erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist auf ein Zusatzantriebssystem mit mehreren
Riemenscheiben für
Kraftfahrzeuge gerichtet, welches aufweist: (a) eine Antriebsriemenscheibe;
(b) eine Zusatzriemenscheibe, die betriebsbereit an eine zusätzliche
Antriebswelle gekoppelt ist; und (c) einen Endlosantriebsriemen,
der zwischen der Antriebsriemenscheibe und der Zusatzriemenscheiben
im Eingriff ist, wobei der Antriebsriemen ein Endlosband aus einem
Gummiverbundwerkstoff aufweist, das eine Vielzahl von daraus hergestellten,
sich um den Umfang erstreckenden und axial ausgerichteten verzwirnten
Schnüren
aufweist; (d) wobei der Endlosriemenantrieb ein Zugmodul von ungefähr 7.000
N/mm/mm (1575 Pfundfuss/Quadratzoll = lbf/in/in) bis etwa 10.000
N/mm/mm (2250 lbf/in/in) aufweist. Nach einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Umfangslänge
des Endlosantriebsriemens vor der Anbringung auf den Riemenscheiben
ungefähr
2% bis ungefähr
3% kürzer
als die Nennantriebslänge
des Zusatzantriebssystems. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungform
ist die Umfangslänge
des Endlosantriebsriemens vor der Anbringung auf den Riemenscheiben
ungefähr
2% bis ungefähr
2,3% kürzer
als die Nennantriebslänge
des Zusatzantriebssystems.
-
Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist der axiale Abstand zwischen den einzelnen Schnüren ungefähr 0,3 mm
(0,012 Zoll.) bis ungefähr
0,4 mm (0,016 Zoll). Nach einer weiteren Ausführungform enthält jede
gezwirnte Schnur ein Paar von miteinander verdrehten Strängen. Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
hat jede Schnur einen Durchmesser von ungefähr 0,58 mm (0,023 Zoll).
-
Nach
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
hat der Endlosantrieb einen Zugmodul von ungefähr 7.800 N/mm/mm (1750 lbf/in/in)
bis ungefähr
8.500 N/mm/mm (1910 lbf/in/in).
-
Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das Arbeitsdrehmoment des Zusatzantriebssystems
geringer als oder gleich ungefähr
2,7 N-m (2 ft-lbf). Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist der Zusatz eine Wasserpumpe eines Kraftfahrzeugs und die Zusatzriemenscheibe
ist betriebsbereit mit einer Antriebswelle der Wasserpumpe gekoppelt.
-
Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind die Schnüre
gezwirnte Schnüre
aus Polyamid.
-
Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungform
ist das Zusatzantriebssystem mit mehreren Riemenscheiben ein Zusatzantriebssystem
mit zwei Riemenscheiben.
-
Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hat der Endlosantriebsriemen einen Zugmodul
von ungefähr
8.500 N/mm/mm (1910 lbf/in/in); und die Umfangslänge des Endlosantriebsriemens
vor dem Anbringen an den Riemenscheiben ist ungefähr 2,2%
bis ungefähr 2,3%
kürzer
als die Nennantriebslänge
zwischen der Antriebsriemenscheibe und der Hilfsriemenscheibe.
-
Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
beträgt
der axiale Abstand zwischen den gezwirnten Schnüren etwa 0,3 mm (0,012 Zoll)
und jede gezwirnte Schnur enthält
ein Paar von gezwirnten Schnurgarnen, wobei jede Schnur einen Durchmesser
von etwa 0,58 mm (0,023 Zoll) hat.
-
Ein
Verfahren zur Herstellung eines Zusatzantriebsriemens gemäß Anspruch
1 umfasst folgende Schritte: (a) Aufbringen mindestens einer Schicht aus
Gewebe- oder Gummimaterial auf eine äußere Umfangsfläche einer
Trommel; (b) Aufbringen mindestens einer ersten Schicht aus Polstervorrat-Gummiwerkstoff
auf die Trommel über
der Gewebeschicht; (c) Wickeln einer axial ausgerichteten Schnur
auf die Trommel über
der ersten Schicht aus Polstervorrat; (d) Aufbringen einer Schicht
eines verhältnismäßig starken
und verschleißfesten,
mit Fasern durchzogenen Gummiwerkstoffs auf die Trommel über den
Schnüren;
(e) Vulkanisieren vom mehreren Schichten zum Erhalt einer vulkanisierten
Muffe aus Verbundwerkstoff für
den Riemen; (f) Zerschneiden der vulkanisierten Muffe in eine Vielzahl von
Endlosriemen; und (g) Drehen der Endlosriemen zur Verwendung als
Zusatzantriebsriemen von innen nach außen; (h) wobei die Schnur beim
Aufwickeln mit ungefähr
3 Pfundfuß (13
N) bis ungefähr
3,5 Pfundfuß (15,5
N) aufgewickelt wird.
-
Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind die Schnüre
gezwirnte Schnüre
aus Polyamid-6,6.
-
Nach
einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform werden durch den
Schritt des Wickelns die Windungen der gezwirnten Schnur aus Polyamid
ungefähr
0,40 mm (26 cpi) bis ungefähr 0,30
mm (30 cpi) beabstandet.
-
Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Verfahren vor dem Schritt des Drehens des Endlosriemens
von innen nach außen, den
Schritt der Ausbildung einer Vielzahl von Umfangsnuten in der äußeren Umfangsfläche der
vulkanisierten Muffe oder der Endlosriemen.
-
Nach
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Verfahren nach der Stufe des Wickelns
(c) und vor der Stufe des Aufbringens (d), die Stufe (c1) des Aufbringens
mindestens einer zweiten Schicht des Polstervorrats über den
Schnüren.
-
Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist auf einen Zusatzantriebsriemen für Kraftfahrzeuge
gerichtet, der einen Gummiverbundwerkstoff mit Verstärkungsschnüren enthält, wobei
der Riemen auf den Riemenscheiben des Zusatzantriebssystems gestreckt
werden kann und eine Einbauspannung hat; und wobei der Riemen ungefähr 40% bis
ungefähr
60% seiner Einbauspannung während
der Nutzlebensdauer des Antriebsriemens beibehält. Bei einer besonders bevorzugten
Ausführungsform
sind die Schnüre
im Verbundmaterial gezwirnte Polyamid 6.6-Schnüre.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Die
Merkmale der Erfindung und ihre technischen Vorteile ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
zusammen mit den Ansprüchen
und der beigefügten Zeichnung,
worin:
-
1 ein
beispielhaftes Antriebssystem und
-
2 einen
Schnitt durch eine beispielhafte Ausführungsform des Antriebsriemens
gemäß der Erfindung
nach der Linie 2-2 von 1 darstellen.
-
Detailbeschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
-
Die
Erfindung betrifft einen Antriebsriemen mit niedrigen Modul für Kraftfahrzeuge,
ein Zusatzantriebssystem mit mehreren Riemenscheiben, wobei eine
verhältnismäßig hohe
Dehnung während
des Einbaus ermöglicht
und ein verhältnismäßig hoher Anteil
der Einbauspannung über
die Nutzlebensdauer des Antriebsriemens beibehalten wird. Die vorliegende
Erfindung betrifft ferner ein Zusatzantriebssystem mit mehreren
Riemenscheiben für
Kraftfahrzeuge, in welchem ein derartiger Riemen verwendet wird,
sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Riemens.
-
Wie
in 1 dargestellt, enthält ein Beispiel eines Heck-Zusatzantriebssystems 10 zur
Verwendung in einem Kraftfahrzeug eine Antriebsriemenscheibe 12,
die durch den Motor des Kraftfahrzeugs angetrieben wird und eine
Zusatzriemenscheibe 14, die betriebsbereit mit der Antriebswelle
der Zusatzkomponente, z.B. der Wasserpumpe des Kraftfahrzeugs, verbunden
ist.
-
Ein
Antriebsriemen 16 greift zwischen den Riemenscheiben 12 und 14 ein,
um die Drehkraft von der Antriebsriemenscheibe 12 auf die
Zusatzriemenscheibe 14 zu übertragen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform
beträgt
die relative Maximalgeschwindigkeit für dieses zusätzliche
Antriebssystem etwa 3.400 U/min mit einem relativen maximalen Drehmoment
von etwa 2,7 N-m (2 ft-lbs). So hat bei dieser beispielhaften Ausführungsform
der bei diesem Antrieb verwendete Riemen 16 eine Antriebsspannung
von mindestens ungefähr
89 N (20 lfb) und eine Einbauspannung von maximal 445 N (100 lbf). Obwohl
das Zusatzantriebssystem der beispielhaften Ausführungsform nur 2 Riemenscheiben
enthält,
sei darauf hingewiesen, dass es im Rahmen der Erfindung liegt, dass
das Zusatzantriebssystem auch mehr als zwei Riemenscheiben enthält.
-
Wie
in 2 dargestellt, ist die beispielhafte Ausführungsform
des Antriebsriemens 16 eine aus mehreren Schichten bestehende
Verbundstruktur, die eine äußere Deckschicht 18 aus
reibendem Gewebe oder Gummiwerkstoff enthält, die mit einer Schicht 20 aus
Polstergummiwerkstoff verbunden ist, die wiederum mit einer Innenschicht
aus abriebfesten Material verbunden ist. Die Schicht 20 aus
Polstergummiwerkstoff in der beispielhaften Ausführungsform enthält eine
Vielzahl von axial angeordneten gezwirnten Schnüren aus Polyamid-6.6, die sich
in Längsrichtung erstrecken.
Die Innenschicht 22 aus abriebfestem Gummiwerkstoff ist
beider beispielhaften Ausführungsform
eine EPDM-Verbindung, die nach Umwelt- und Leistungsfaktoren ausgewählt ist und
die mit Verstärkungsfasern
imprägniert
ist. Ein solcher mit Faser imprägnierter
Verbundwerkstoff ist beispielsweise in den US-Patentschriften 5,267,908 und 5,518,460
beschrieben (vgl. auch US-Patentschriften 5,273,496; 5,334,107;
5,507,699). Zusätzlich
ist bei der beispielhaften Ausführungsform
des Polsterwerkstoff in der Schicht 20 eine elastomere Verbindung,
die für
die Vulkanisation mit den und um die Schnüre 23 und verträglich für das Verbinden
mit der Innenschicht 22 aus abriebbeständigen Gummiwerstoff geeignet
ist. Zusätzlich
stellen bei der beispielhaften Ausführungsform die gezwirnten Schnüre aus Polyamid
6.6 ein Paar von gezwirnten Garnsträngen aus Polyamid-6.6 dar,
wobei die fertige Schnur einen Durchmesser von etwa 0,58 mm (0,023
Zoll) hat. Eine solche Konstruktion wird von den Fachleuten üblicherweise
als "840/1/12"-Schnurkonstruktion (Denier/Garne
pro Schicht/Schichten pro Schnur) bezeichnet. Für den Fachmann ist es selbstverständlich,
dass andere Anordnungen der Garnstränge aus Polyamid-6.6 verwendet
werden können,
um andere Konstruktionen von gezwirnten Schnüren zu erhalten, die 840/1/3,
1000/1/2, 660/1/3 usw. bezeichnet werden, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
-
Schließlich beträgt bei gewissen
Ausführungsformen
der axiale oder laterale Abstand zwischen den Rändern von benachbarten gezwirnten Schnüren aus
Polyamid-6.6 ungefähr
3,3 mm (0,012 Zoll), was ungefähr
12 Schnüren
pro cm oder 30 Schnüren
pro Zoll entspricht, bis zu ungefähr 0,4 mm (0,016 Zoll), was
ungefähr
10 Schnüren
pro cm oder 26 Schnüren
pro Zoll entspricht; bei der beispielhaften Ausführungsform beträgt der Abstand
ungefähr 0,3
mm (0,012 Zoll). Bei der beispielhaften Ausführungsform ist der Antriebsriemen 16 ein
mehrfach gerippter Riemen, da er eine Vielzahl von Längsnuten 24 enthält, die
in die Innenfläche
des Riemens geschnitten sind, und die eine komplementäre Vielzahl von
Rippen 26 bilden, wobei diese Rippen und Nuten 24, 26 in
den entsprechenden Rippen 28 und Nuten 30 auf
den Riemenscheiben 12, 14 auf genommen werden.
-
Vor
dem Einbau in den Zusatzantrieb 10 ist bei gewissen Ausführungsformen
die Länge
des Riemens 16 um etwa 2% bis etwa 3% kürzer als die Nennantriebslänge zwischen
der Antriebsriemenscheibe 12 und der Zusatz-Riemenscheibe 14 (wobei die
Nennantriebslänge
die Länge
eines straffen Riemens ist, wenn er auf der Antriebsriemenscheibe
und der Hilfsriemenscheibe gehalten ist; oder wenn mehr als zwei
Riemenscheiben im Zusatzantriebssystem verwendet werden, ist die
Nennantriebslänge
die Länge
eines straffen Riemens, wenn er auf allen Riemenscheiben des Zusatzantriebssystems
gehalten wird). Bei der beispielhaften Ausführungsform ist die Länge des
Antriebsriemens 16 vor dem Anbringen auf den Riemenscheiben,
um ungefähr
2,2% bis ungefähr
2,3% kürzer
als die Nennantriebslänge
zwischen der Antriebriemenscheibe 12 und der Zusatzriemenscheibe 14.
Aufgrund einer derart verminderten Länge des Antriebsriemens 16 in
Kombination mit der Konstruktion des Antriebsriemens 16,
wie sie hier erörtert
ist, erhält
der Antriebsriemen eine betriebsmäßige Antriebsspannung von ungefähr 101 N
(25 lbf) bis ungefähr
200 N (45 lbf) über
die Betriebslebensdauer des Riemens 16, die für einen
Riemen aus drei Rippen gewöhnlich
241.401 km (150.000 Meilen) der Fahrstrecke des Kraftfahrzeugs beträgt, in welchem
der Riemen 16 verwendet wird. Die Betriebslebensdauer ist
bei anderen Anordnungen des Riemens, z.B. bei Riemen mit sechs Rippen
unterschiedlich groß.
-
Bei
der beispielhaften Ausführungsform
werden die Riemen 16 nach einem neuartigen Herstellungsverfahrens
hergestellt, das üblicherweise
als "Flycut"-Verfahren bezeichnet
wird. Dieses umfasst das Aufbringen einer Deckschicht aus schräggeschnittenem
Reibungsgewebe (gewebt, nicht gewebt, gestrickt usw.) oder Gummiwerkstoff
auf eine Außenfläche einer
zylindrischen Trommel; das Aufbringen einer Schicht aus Polstergummi
auf die Schicht des Reibungsgewebes auf der Trommel; das Wickeln
der gezwirnten Schnüre
aus Polyamid-6.6 um die Trommel mit vorbestimmtem Ab stand und Spannung,
wobei fakultativ eine zweite Schicht des Polstergummis um die erste
Polstergummi- Schicht gesponnenen Schnüre aufgebracht wird; das Aufbringen
einer Schicht aus verhältnismäßig festem und
abriebbeständigem
faserhaltigem Gummiwerkstoff auf die Trommel über die zweite Polsterwerkstoffschicht
(oder über
die aufgewickelten Schnüre, falls
keine fakultative zweite Polsterwerkstoffschicht verwendet wird;
das Vulkanisieren der um die Trommel gewickelten Schichten (z.B.
unter Verwendung von Hochdruckdampf), so dass die Schichten des Polstergummiwerkstoffs
um die gezwirnten Schnüre aus
Polyamid-6.6 fließen
und sich mit der Deckschicht aus schräg geschnittenem Reibungsgewebe und
mit der Schicht aus festem und abriebbeständigem faserhaltigem Gummiwerkstoff
verbinden. Nach der Vulkanisation werden die verbundenen Schichten aus
dem Vulkanisierbereich oder -gefäß (Hochdruckdampf)
entfernt und abgekühlt,
um den Vulkanisierprozess zu unterbrechen. Dann wird die röhrenförmige Muffe
aus vulkanisiertem Verbundwerkstoff in einzelne Riemen geschnitten,
und die Riemen werden zu einer Profiliermaschine gebracht, damit
die Nuten in die Außenfläche der
Riemen eingeschnitten werden können.
Sobald die Nuten eingeschnitten sind, können die Riemen zur Verwendung
bei dem Zusatzantriebssystem von innen nach außen gedreht werden.
-
Bei
der beispielhaften Ausführungsform
werden die gezwirnten Schnüre
aus Polyamid-6.6 über die
erste Schicht des Polstergummis mit einer Schnur-Wickelspannung
von etwa 15,5 N (3,5 lbf) gewickelt. Zusätzlich haben, wie vorstehend
bei der beispielhaften Ausführungsform
erörtert,
die Windungen der Schnur einen Abstand von 0,30 mm (0,012 Zoll).
-
Das
vorstehend angegebene Verfahren ist lediglich ein beispielhaftes
Verfahren zur Herstellung eines beispielhaften Riemens gemäß der Erfindung. Für den Durchschnittsfachmann
ist es offensichtlich, dass andere Kombinationen von Schichten,
Werkstoffen und Verfahrensschritten angewendet werden können. Beispielsweise
können
die beiden Schichten aus Polstergummi weggelassen werden, wenn der abriebfeste,
faserhaltige Gummiwerkstoff so vulkanisiert werden kann, dass er
um die Schnüre
fließt
und sich mit der Deckschicht verbindet. Für den Durchschnittsfachmann
ist es auch offensichtlich, dass die Nuten im Riemen nach anderen
Verfahren, z.B. durch Schleifen oder Formen, gebildet werden können.
-
Der
erfindungsgemäße Riemen 16 hat
bei einer Anzahl von Ausführungsformen
einen Zugmodul von mindestens etwa 7.000 N/mm/mm (1572 lbf/in/in);
bei einzelnen Ausführungsformen
von ungefähr
7.800 N/mm/mm (1750 lbf/in/in) bis ungefähr 8.500 N/mm/mm (1910 lbf/in/in);
und bei der beispielhaften Ausführungform
ungefähr
8.500 N/mm/mm (1.910 lbf/in/in). Deshalb ist der Riemen nach der
beispielhaften Ausführungsform
ein Riemen mit niedrigem Modul und mit einer verhältnismäßig hohen Dehnung über den
gesamten Einbaubereich. Es wurde gefunden, dass der Riemen nach
der beispielhaften Ausführungsform über seine
gesamte Lebensdauer einen relativ hohen Prozentsatz seiner ursprünglichen
Spannung beibehält
(ungefähr
40% bis ungefähr
60% seiner Einbauspannung), sowohl in der Kälte ("außer
Betrieb") als auch
in der Wärme ("im Betrieb"). Ein solcher Riemen
ist besonders geeignet zum Anbringen über den Riemenscheiben des Zusatzantriebs
durch "Strecken" des Riemens über die
Riemenscheiben. Weiterhin ist der Riemen so konstruiert, dass eine
gewünschte
Spannung während
der geplanten voraussichtlichen des Antriebs beibehalten wird. Da
der Riemen einen verhältnismäßig niedrigen
Zugmodul hat, ist die Zugfestigkeit, verglichen mit üblichen
Riemen dieses Typs, beim Anbringen stark vermindert.