DE69919804T2

DE69919804T2 - Schwerbelastbarer Treibkeilriemen

Info

Publication number: DE69919804T2
Application number: DE69919804T
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Ohkawa; Mitsuhiko Takahashi
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2019-10-13
Also published as: KR100562120B1; EP0994277B1; KR20000029093A; EP0994277A1; JP2000120796A; DE69919804D1; JP2992022B1; US6293886B1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft einen schwerbelastbaren Treibkeilriemen.
Ein schwerbelastbarer Treibkeilriemen, der eine große Anzahl von Blöcken und ein Zugband, das Zugschnüre und Hartgummi enthält, umfasst, ist einschlägig bekannt und findet auf dem Gebiet der stufenlosen Kraftübertragung weithin Anwendung. Bei diesem Keilriemen wird die Kraft zwischen dem Zugband und den Blöcken durch Ineingriffnahme zwischen konvexen Abschnitten der Blöcke und konkaven Abschnitten des Zugbandes übertragen. Die jeweiligen Blöcke sind an dem Zugband nicht durch Adhäsion befestigt, sondern durch physische Ineingriffnahme, um die Flexibilität des Keilriemens zu gewährleisten.
Bei diesem herkömmlichen schwerbelastbaren Treibkeilriemen besteht jeder Block aus einem Hartharzmaterial, in dem ein Verstärkungsglied zum Verstärken des Blocks in einer Weise eingebettet ist, dass wenigstens Abschnitte, die mit dem Zugband in Eingriff gebracht werden sollen, und Abschnitte, die mit einer Nutfläche einer Riemenscheibe in Kontakt stehen sollen, aus dem Harzmaterial bestehen. Das Verstärkungsglied enthält obere und untere Trägerabschnitte, die jeweils oberhalb bzw. unterhalb des Zugbandes angeordnet sind, und einen Säulenabschnitt, der die Basen der oberen und unteren Trägerabschnitte miteinander verbindet.
Jedoch kann es in Hochleistungsgetrieben, in denen dieser Riemen verwendet wird, dazu kommen, dass, wenn die Basis des oberen Trägerabschnitts des Verstärkungsgliedes innerhalb des Blocks, der sich über dem Zugband befindet (d. h. auf der Außenseite in radialer Richtung der Riemenscheibe), wiederholt beansprucht wird, der obere Trägerabschnitt an seiner Basis bricht. Damit wird eine Kraftübertragung mittels dieses Riemens unmöglich gemacht.
Darum wurde, wie aus der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. 5-3692 bekannt ist, vorgeschlagen, den oberen Trägerabschnitt des Verstärkungsgliedes des Blocks dergestalt zu einem Bogen zu biegen, dass sein Mittenabschnitt höher sein kann als sein rechter oder linker Abschnitt, die sich in Querrichtung des Riemens erstrecken. Bei dem vorgeschlagenen Verstärkungsglied kann die Beanspruchung der Basis des oberen Trägerabschnitts durch die Biegung des oberen Trägerabschnitts verringert werden, wodurch vermieden wird, dass er bricht.
Ein Verstärkungsglied gemäß diesem Vorschlag muss allerdings insgesamt größer ausgelegt werden, wenn eine noch leistungsstärkere Kraftübertragung gewünscht wird. In diesem Fall wird das Gewicht des Blocks erhöht, wodurch die Zentrifugalspannung im Betrieb des Riemens rund um eine Riemenscheibe zunimmt. Somit steht ein vorzeitiger Bruch des Zugbandes zu befürchten.
Eine Aufgabe der Erfindung ist das Verringern der Beanspruchung der Basis des oberen Trägerabschnitts durch zweckmäßiges Umgestalten der Form des in jedem Block eingebetteten Verstärkungsgliedes, damit die Kraftübertragungskapazität des Riemens erhöht wird, ohne das Gewicht des Blocks deutlich zu erhöhen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Um die genannte Aufgabe zu lösen, wird in dieser Erfindung ein Trägerwinkel zwischen einem oberen Trägerabschnitt eines Verstärkungsgliedes und einer Nutfläche einer Riemenscheibe größer als rechtwinklig eingestellt, damit das Biegemoment unterdrückt wird, das durch eine Reaktionskraft hervorgerufen wird, die daraus entsteht, dass die Nutfläche die Spitze des oberen Trägerabschnitts nach oben drückt.
Insbesondere umfasst der schwerbelastbare Treibkeilriemen der vorliegenden Erfindung ein oder zwei Zugbänder, von denen jedes eine große Anzahl oberer in Eingriff genommener Abschnitte und unterer in Eingriff genommener Abschnitte enthält, die jeweils entsprechend an einer Oberseite und einer Unterseite der Zugbänder ausgebildet und in Längsrichtung des Riemens angeordnet sind; sowie eine große Anzahl Blöcke, von denen jeder an jeder Seitenfläche eine in Querrichtung des Riemens angeordnete Passnut sowie obere und untere Kontaktabschnitte enthält, die an einer Oberseite und einer Unterseite der Passnut ausgebildet sind und mit einer Nutfläche einer Riemenscheibe in Kontakt gebracht werden sollen; und wobei die Passnut einen oberen in Eingriff nehmenden Abschnitt, der an einer Oberseite der Passnut ausgebildet ist und mit jedem der oberen in Eingriff genommenen Abschnitte der ein oder zwei Zugbänder in Eingriff gebracht werden soll, sowie einen unteren in Eingriff nehmenden Abschnitt, der an einer Unterseite der Passnut ausgebildet ist und mit jedem der unteren in Eingriff genommenen Abschnitte der ein oder zwei Zugbänder in Eingriff gebracht werden soll, enthält. Die Blöcke sind fest mit den ein oder zwei Zugbändern in Eingriff gebracht, indem die ein oder zwei Zugbänder in die Passnut der Blöcke eingefügt werden. Des Weiteren enthält jeder Block ein Verstärkungsglied, das dergestalt in einen Harzabschnitt eingebettet ist, dass wenigstens die oberen und die unteren in Eingriff nehmenden Abschnitte und die Kontaktabschnitte aus dem Harzabschnitt bestehen, und das Verstärkungsglied enthält obere und untere Trägerabschnitte, die oberhalb und unterhalb der Passnut angeordnet sind, und einen Säulenabschnitt, der die Basen der oberen und unteren Trägerabschnitte miteinander verbindet.
Ein solcher Keilriemen ist aus JP-M-05-003692 bekannt. Die Erfindung nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägerwinkel zwischen einer Mittelachse des oberen Trägerabschnitts des Verstärkungsgliedes und einer Nutfläche einer Riemenscheibe in einer Position, die näher an einer Mitte einer Riemenscheibe liegt als ein Abschnitt der Riemenscheibe, der mit dem oberen Kontaktabschnitt an der Seitenfläche des Blocks in Kontakt steht, mehr als 90° misst.
Auf diese Weise lassen sich folgende Wirkungen realisieren: In einem Kraftübertragungszustand zwischen dem Riemen und der Riemenscheibe wird eine dreidimensionale Kraft zwischen jedem Block und jedem Zugband angelegt. Diese Kraft erwächst aus einer in Längsrichtung anliegenden Scherkraft, die zwischen dem in Eingriff genommenen Abschnitt des Zugbandes und dem in Eingriff nehmenden Abschnitt des Blocks wirkt, sowie aus einer Schubkraft des Zugbandes, weil der untere in Eingriff nehmende Abschnitt des Blocks gegen die Mitte der Riemenscheibe geschoben wird. Anderseits liegen in einem Zustand, wo der Riemen nicht um die Riemenscheibe herum gewunden ist, die oben genannten Kräfte nicht an. Somit entsteht infolge der wiederholten Beanspruchung zwischen diesen beiden Zuständen eine Zugbeanspruchung an der Basis des oberen Trägerabschnitts eines jeden Blocks. Des Weiteren unterliegt – infolge der Scherkraft – ein Seitenabschnitt des Verstärkungsgliedes einer Zugbeanspruchung in Längsrichtung, und der andere Seitenabschnitt des Verstärkungsgliedes wird einer Druckbeanspruchung ausgesetzt. Wenn der Block durch die Schubkraft von dem Zugband gegen die Nutfläche der Riemen scheibe gedrückt wird, so wirkt auf den Block eine Reaktionskraft in einer im rechten Winkel zur Nutfläche verlaufenden Richtung am oberen Kontaktabschnitt, der an der Oberseite des Zugbandes anliegt, ein. Bei einer herkömmlichen Konstruktion misst ein Trägerwinkel zwischen einer Mittelachse des oberen Trägerabschnitts des Verstärkungsgliedes und der Nutfläche der Riemenscheibe in einer Position, die näher an der Mitte der Riemenscheibe liegt als ein Abschnitt der Riemenscheibe, der mit dem Kontaktabschnitt des Blocks in Kontakt steht, weniger als 90°. Somit wird das Aufwärtsbiegemoment zum Aufwärtsbiegen der Spitze des oberen Trägerabschnitts infolge einer Kraftkomponente der Reaktionskraft von der Nutfläche an den oberen Trägerabschnitt angelegt. Dieses Aufwärtsbiegemoment verursacht eine Zugbeanspruchung an der Basis des oberen Trägerabschnitts. Infolge dessen wird nicht nur die aus der Scherkraft erwachsende Zugbeanspruchung, sondern auch die aus dem Aufwärtsbiegemoment erwachsende Zugbeanspruchung an die Basis des oberen Trägerabschnitts angelegt, was zu einer synergistischen Erhöhung der Zugbeanspruchung führt. Die auf diese Weise erhöhte Zugbeanspruchung führt zu einem Ermüdungsbruch an der Basis des oberen Trägerabschnitts.
Im Gegensatz dazu misst der Trägerwinkel zwischen der Mittelachse des oberen Trägerabschnitts des Verstärkungsgliedes und der Nutfläche der Riemenscheibe in einer Position, die näher an der Mitte der Riemenscheibe liegt als ein Abschnitt der Riemenscheibe, der mit dem oberen Kontaktabschnitt des Blocks in Kontakt steht, bei dieser Erfindung 90° oder mehr. Bei einem Trägerwinkel von 90° entsteht kein Aufwärtsbiegemoment. Im Gegensatz dazu entsteht, wenn der Trägerwinkel größer als 90° ist, beim umgekehrten Biegen der Spitze des oberen Trägerabschnitts nach unten ein Abwärtsbiegemoment infolge einer Kraftkomponente der Reaktionskraft von der Nutfläche der Riemenscheibe, so dass eine Druckbeanspruchung an der Basis des oberen Trägerabschnitts hervorgerufen wird. Dementsprechend wird die aus der Scherkraft erwachsende Zugbeanspruchung oder die Zugbeanspruchung, die entsprechend auf die aus dem Abwärtsbiegemoment erwachsende Druckbeanspruchung reduziert ist, an die Basis des oberen Trägerabschnitts angelegt. Infolge dessen kann ein hohes Maß an Zugbeanspruchung von der Basis des oberen Trägerabschnitts ferngehalten werden, so dass ein Ermüdungsbruch infolge der Zugbeanspruchung am oberen Trägerabschnitt verhindert wird. Auf diese Weise kann die Kraftübertragungskapazität des Riemens weiter erhöht werden, ohne das Gewicht des Blocks zu erhöhen.
Bei einem ähnlichen schwerbelastbaren Treibkeilriemen kann der obere Träger des Verstärkungsgliedes eines jeden Blocks zwischen einem basisseitigen Abschnitt des oberen Trägers und einem spitzenseitigen Abschnitt des oberen Trägers in einer solchen Weise gebogen werden, dass ein Trägerwinkel zwischen einer Mittelachse des basisseitigen Abschnitts und einer Nutfläche einer Riemenscheibe in einer Position, die näher an einer Mitte einer Riemenscheibe liegt als ein Abschnitt der Riemenscheibe, der mit dem oberen Kontaktabschnitt an der Seitenfläche des Blocks in Kontakt steht, 90° oder mehr misst, und dass ein Trägerwinkel zwischen einer Mittelachse des spitzenseitigen Abschnitts und einer Nutfläche einer Riemenscheibe in einer Position, die näher an der Mitte der Riemenscheibe liegt als ein Abschnitt der Riemenscheibe, der mit dem oberen Kontaktabschnitt an der Seitenfläche des Blocks in Kontakt steht, kleiner als 90° ist.
Weil der Trägerwinkel zwischen der Mittelachse des spitzenseitigen Abschnitts des oberen Trägerabschnitts des Verstärkungsgliedes und der Nutfläche der Riemenscheibe in einer Position, die näher an der Mitte der Riemenscheibe liegt als ein Abschnitt der Riemenscheibe, der mit dem oberen Kontaktabschnitt des Blocks in Kontakt steht, kleiner als 90° ist, kann somit die Höhe des Blocks verringert werden. Insbesondere, wie oben beschrieben, wird, wenn der Trägerwinkel des gesamten oberen Trägerabschnitts 90° oder mehr misst, die Höhe des Blocks vergrößert, um eine Passnut zu ermöglichen, die an der Seitenfläche des Blocks ausgebildet ist. Weil aber der Trägerwinkel zwischen der vertikalen Mittelachse allein des basisseitigen Abschnitts des oberen Trägerabschnitts und der Nutfläche der Riemenscheibe in einer Position, die näher an der Mitte der Riemenscheibe liegt als ein Abschnitt der Riemenscheibe, der mit dem oberen Kontaktabschnitt des Blocks in Kontakt steht, 90° oder mehr beträgt, kann die Höhe des Blocks verringert werden. Somit kann jeder Block verkleinert und leichter gemacht werden, damit die Schwingungen des Blocks und die Zentrifugalspannung des Riemens während des Riemenbetriebes verringert werden. Infolge dessen kann ein vorzeitiges Brechen des Zugbandes aufgrund von Wärmeentwicklung und Abrieb verhindert werden, wodurch sich die Grenznutzungsdauer des Riemens verlängert.
Des Weiteren wird an einen unteren Abschnitt eines Biegungsabschnitts, welcher dem Biegeabschnitt des oberen Trägerabschnitts entspricht (d. h. eine Grenze zwischen dem basisseitigen Abschnitt und dem spitzenseitigen Abschnitt) eine Zugbeanspruchung angelegt, so dass die Beanspruchung der Basis des oberen Trägerabschnitts verteilt werden kann.
Des Weiteren kann eine Mittelachse des unteren Trägerabschnitts des Verstärkungsgliedes in einer niedrigeren Position an einer Spitze des unteren Trägerabschnitts als an einer Basis des unteren Trägerabschnitts angeordnet werden. Auf diese Weise kann, ähnlich wie bei den oben erwähnten Riemen, die Zugbeanspruchung an der Basis des unteren Trägerabschnitts des Verstärkungsgliedes verringert werden, damit ein Ermüdungsbruch der Basis des unteren Trägerabschnitts vermieden wird. Dementsprechend kann die Kraftübertragungskapazität des Riemens weiter erhöht werden, ohne das Gewicht eines jeden Blocks zu erhöhen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines schwerbelastbaren Treibkeilriemens gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung.
2 ist eine vergrößerte Seitenansicht des schwerbelastbaren Treibkeilriemens von Ausführungsform 1.
3 ist eine perspektivische Ansicht des schwerbelastbaren Treibkeilriemens von Ausführungsform 1.
4 ist eine vergrößerte Schnittansicht, ähnlich wie in 1, eines schwerbelastbaren Treibkeilriemens gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung.
5 ist eine vergrößerte Seitenansicht, ähnlich wie in 2, des schwerbelastbaren Treibkeilriemens gemäß Ausführungsform 2.
6 ist eine vergrößerte Schnittansicht, ähnlich wie in 1, eines schwerbelastbaren Treibkeilriemens gemäß Ausführungsform 3 der Erfindung.
7 ist eine vergrößerte Schnittansicht, ähnlich wie in 1, eines schwerbelastbaren Treibkeilriemens gemäß Ausführungsform 4 der Erfindung.
8 ist ein Charakteristikschaubild, das die Änderung der von-Mises-Beanspruchung in Abhängigkeit vom Trägerwinkel veranschaulicht.
9 ist ein Schaubild, das Bedingungen eines Antriebslanglebigkeitstests für einen Riemen zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
AUSFÜHRUNGSFORM 1
Die 1 bis 3 zeigen einen schwerbelastbaren Treibkeilriemen B gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung. Der Riemen B enthält ein Paar rechte und linke Endlos-Zugbänder 1 und eine große Anzahl Blöcke 7, die fest und durchgehend mit den Zugbändern 1 in einer Längsrichtung des Riemens in Eingriff stehen. Jedes Zugband 1 enthält eine Formhalteschicht 1a aus Hartgummi und mehrere Zugschnüre 1b aus Aramidfaser oder dergleichen, die eine hohe Festigkeit und einen hohen Elastizitätsmodul aufweisen und spiralförmig in der Formhalteschicht 1a angeordnet und eingebettet sind. Auf der Oberseite jedes Zugbandes 1 sind obere konkave Abschnitte 2, jeweils in der Form einer Nut, die als obere in Eingriff genommene Abschnitte dienen, in einem bestimmten Abstand entsprechend den jeweiligen Blöcken 7 angeordnet und erstrecken sich in Querrichtung des Riemens; und an der Unterseite des Zugbandes 1 sind untere konkave Abschnitte 3, die als untere in Eingriff genommene Abschnitte dienen, in einem bestimmten Abstand entsprechend den jeweiligen oberen konkaven Abschnitten 2 angeordnet und erstrecken sich in Querrichtung des Riemens. An der Oberseite und der Unterseite jedes Zugbandes 1 ist ein Gewebeband 4 angehaftet, das der Verbesserung der Abriebfestigkeit dient.
Der Hartgummi, der für die Formhalteschicht 1a verwendet wird – beispielsweise H-NBR-Gummi, der mit Zinkmethacrylat verstärkt ist -, ist zusätzlich mit einer Einzelfaser, wie beispielsweise Aramidfaser und Nylonfaser, verstärkt, so dass ein Hartgummi erhalten wird, der eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und dauerhafte Formbeständigkeit aufweist. Die Härte des Hartgummis muss bei Messung mit einem JIS-C-Härtemessgerät mindestens 75° betragen.
Anderseits enthält jeder Block 7 an jeder Seitenfläche in Querrichtung des Riemens eine in Form einer Rillennut ausgebildete Passnut 8, in welche die Zugbänder 1 herausnehmbar in Querrichtung eingefügt werden. Die Seitenfläche des Blocks 7 oberhalb und unterhalb der Passnut 8 ist in obere und untere Kontaktabschnitte 11 unterteilt, die mit einer Nutfläche P1 einer Riemenscheibe P in Kontakt stehen. Durch Einfügen der Zugbänder 1 in die Passnuten 8 der jeweiligen Blöcke 7 werden die Blöcke 7 durchgängig an den Zugbändern 1 in Längsrichtung des Riemens befestigt.
Insbesondere ist ein oberer konvexer Abschnitt 9, der als ein oberer in Eingriff nehmender Abschnitt dient, der mit jedem oberen konkaven Abschnitt 2 an der Oberseite des Zugbandes 1 in Eingriff gebracht werden soll, an der Oberseite einer jeden Passnut 8 eines jeden Blocks 7 ausgebildet; und ein unterer konvexer Abschnitt 10, der als ein unterer in Eingriff nehmender Abschnitt dient, der mit jedem unteren konkaven Abschnitt 3 an der Unterseite des Zugbandes 1 in Eingriff gebracht werden soll, ist an der Unterseite einer jeden Passnut 8 ausgebildet und verläuft parallel zum oberen konvexen Abschnitt 9. Durch Ineingriffbringen der oberen und unteren konvexen Abschnitte 9 und 10 eines jeden Blocks 7 mit den oberen und unteren konkaven Abschnitten 2 und 3 eines jeden Zugbandes 1 werden die Blöcke 7 fest mit den Zugbändern 1 in Längsrichtung des Riemens in Eingriff gebracht. In diesem Ineingriffnahmezustand stehen die Kontaktabschnitte 11, die der linken und rechten Seitenfläche der jeweiligen Blöcke 7 entsprechen, mit der Nutfläche P1 der Riemenscheibe in Kontakt (wobei die äußeren Seitenflächen der jeweiligen Zugbänder 1 ebenfalls in Kontakt mit der Riemenscheibenfläche P1 stehen dürfen).
Wie in den 1 und 2 gezeigt, enthält jeder Block 7 einen Harzabschnitt 16 aus Hartharzmaterial. Im Inneren des Harzabschnitts 16 ist ein Verstärkungsglied 12 aus einer leichten Aluminiumlegierung oder dergleichen so eingebettet, dass es im Wesentlichen in der Mitte des Blocks 7 angeordnet ist. Das Verstärkungsglied 12 ist in das Hartharzmaterial eingebettet und liegt nicht an der Oberfläche des Blocks 7, beispielsweise in den oberen und unteren konvexen Abschnitten 9 und 10 (die Abschnitte, die mit dem Zugband 1 in Eingriff gebracht werden sollen) und den Kontaktabschnitten 11 an der rechten und linken Seitenfläche, frei (d. h. die konvexen Abschnitte und die Kontaktabschnitte bestehen aus dem Hartharzmaterial). In den anderen Abschnitten kann das Verstärkungsglied 12 an der Oberfläche des Blocks 7 frei liegen. Das Verstärkungsglied 12 weist im Wesentlichen eine H-Form auf und enthält ein Paar rechter und linker oberer Trägerabschnitte 13 und ein Paar rechter und linker unterer Trägerabschnitte 14, die sich in Querrichtung (nach recht und nach links) erstrecken, sowie einen Säulenabschnitt 15, der die Basen der rechten und linken oberen Trägerabschnitte 13 mit den Basen der rechten und linken unteren Trägerabschnitte 14 verbindet.
Des Weiteren, wie in 1 gezeigt, weist jeder der oberen Trägerabschnitte 13 des Verstärkungsgliedes 12 die Form einer im Wesentlichen geraden Platte auf und ist von der Basis (und zwar von einem Abschnitt, der mit dem oberen Ende des Säulenabschnitts 15 verbunden ist) aus abwärts zu seiner Spitze hin geneigt. Somit weisen die rechten und linken oberen Trägerabschnitte 13 als Ganzes eine im Wesentlichen bogige Form auf, deren Mitte sich auf einer höheren Ebene befindet als deren rechte und linke Enden. Des Weiteren misst ein Trägerwinkel á zwischen einer Mittelachse L des oberen Trägerabschnitts 13 und der Nutfläche P1 der Riemenscheibe P in einer Position, die näher an der Mitte der Riemenscheibe P liegt als ein Abschnitt der Riemenscheibe, der mit dem Kontaktabschnitt 11 in Kontakt steht, 90° oder mehr (á ≥ 90°).
In dieser Ausführungsform sind in dem Verstärkungsglied, das in jedem Block 7 des Riemens B eingebettet ist, die oberen Trägerabschnitte 13 von ihren Basen (und zwar von den Abschnitten, die mit dem oberen Ende des Säulenabschnitts 15 verbunden sind) aus abwärts zu ihren Spitzen hin geneigt. Außerdem misst der Trägerwinkel á zwischen der Mittelachse L eines jeden oberen Trägerabschnitts 13 und der Nutfläche P1 in einer Position, die näher an der Mitte der Riemenscheibe P liegt als ein Abschnitt der Riemenscheibe, der mit dem Kontaktabschnitt 11 in Kontakt steht, 90° oder mehr. Dementsprechend erhält man in einem Kraftübertragungszustand, wo der Riemen B um die Riemenscheibe P herum gewunden ist, die folgenden Effekte, wenn auf den Block 7 eine Schubkraft vom Zugband 1 in Richtung der Nutfläche P1 der Riemenscheibe P einwirkt und auf den oberen Kontaktabschnitt 11 des Blocks 7 eine Reaktionskraft von der Nutfläche P1 in einer zur Nutfläche senkrechten Richtung einwirkt.
Wenn der Trägerwinkel á 90° misst, so entsteht kein Aufwärtsbiegemoment infolge des Schiebens und Biegens der Spitze des oberen Trägerabschnitts 13 in Aufwärtsrichtung durch die Reaktionskraft von der Nutfläche P1. Somit wird die Basis 13a des oberen Trägerabschnitts 13 lediglich einer Zugbeanspruchung ausgesetzt, die aus einer Scherkraft in Längsrichtung des Riemens erwächst, welche zwischen jedem Block 7 und dem Zugband 1 im Kraftübertragungszustand zwischen dem Riemen B und der Riemenscheibe P wirkt.
Andererseits entsteht, wenn der Trägerwinkel á größer ist als 90°, ein Abwärtsbiegemoment infolge des Schiebens und Biegens der Spitze des oberen Trägerabschnitts 13 in Abwärtsrichtung durch eine abwärts gerichtete Kraftkomponente – der Reaktionskraft von der Nutfläche P1. Dieses Abwärtsbiegemoment verursacht eine Druckbeanspruchung an der Basis 13a des oberen Trägerabschnitts 13. Somit wirkt an der Basis 13a des oberen Trägerabschnitts 13 nicht nur die Zugbeanspruchung, die aus der Scherkraft in Längsrichtung erwächst, sondern auch die Druckbeanspruchung in umgekehrter Richtung, die aus dem Abwärtsbiegemoment erwächst. Die Beanspruchung wird somit ausgehoben, was zu einer Verminderung der aus der Scherkraft erwachsenden Zugbeanspruchung führt.
Auf diese Weise kann eine hohe Zugbeanspruchung an der Basis 13a des oberen Trägerabschnitts 13 vermieden werden, so dass es zu keinem Ermüdungsbruch infolge der Zugbeanspruchung an der Basis 13a des oberen Trägerabschnitts 13 kommt. Somit kann die Kraftübertragungskapazität des Riemens B erhöht werden, ohne das Gewicht eines jeden Blocks 7 zu erhöhen.
AUSFÜHRUNGSFORM 2
Die 4 und 5 zeigen einen schwerbelastbaren Treibkeilriemen gemäß Ausführungsform 2, wobei jeder obere Trägerabschnitt 13 eine andere Form aufweist. In dieser und weiteren Ausführungsformen, die weiter unten beschrieben sind, werden gleiche Bezugszahlen für die Bezeichnung der gleichen Elemente wie in den 1 bis 3 verwendet, und eine Beschreibung entfällt.
In dieser Ausführungsform ist jeder der oberen Trägerabschnitte 13 eines in jedem Block 7 eingebetteten Verstärkungsgliedes 12 gebogen. Im oberen Trägerabschnitt 13 ist ein basisseitiger Abschnitt von der Basis des oberen Trägerabschnitts 13 bis zur Mitte des oberen Trägerabschnitts 13 abwärts in Richtung der Spitze des oberen Trägerabschnitts 13 geneigt, und ein spitzenseitiger Abschnitt erstreckt sich von der Mitte des oberen Trägerabschnitts 13 bis zur Spitze des oberen Trägerabschnitts 13 in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung. Somit weisen die rechten und linken oberen Trägerabschnitte 13 als Ganzes eine winkelige Form auf, wobei lediglich die Mitte der oberen Trägerabschnitte 13 lokal von den rechten und linken Enden der oberen Trägerabschnitte 13 hervorsteht.
In jedem oberen Trägerabschnitt 13 misst ein Trägerwinkel á1 zwischen einer vertikalen Mittelachse L1 des basisseitigen Abschnitts, der sich von der Basis bis zur Mitte erstreckt, und einer Nutfläche P1 einer Riemenscheibe in einer Position, die näher an der Mitte der Riemenscheibe liegt als ein Abschnitt der Riemenscheibe, der mit einem oberen Kontaktabschnitt 11 des Blocks 7 in Kontakt steht, 90° oder mehr (á1 ≥ 90°), ähnlich wie bei Ausführungsform 1. Im Gegensatz dazu misst ein Trägerwinkel á2 zwischen einer vertikalen Mittelachse L2 des spitzenseitigen Abschnitts, der sich von der Mitte bis Spitze zur erstreckt, und der Nutfläche P1 in einer Position, die näher an der Mitte der Riemenscheibe liegt als ein Abschnitt der Riemenscheibe, der mit dem oberen Kontaktabschnitt 11 in Kontakt steht, weniger als 90° (á2 < 90°).
Da bei der Ausführungsform 2 der Trägerwinkel á2 zwischen der vertikalen Mittelachse L2 des spitzenseitigen Abschnitts des oberen Trägerabschnitts 13 des Verstärkungsgliedes 12 und der Nutfläche P1 in einer Position, die näher an der Mitte der Riemenscheibe liegt als ein Abschnitt der Riemenscheibe, der mit dem oberen Kontaktabschnitt 11 in Kontakt steht, somit weniger als 90° misst, kann die Höhe des Blocks 7 verringert werden. Insbesondere sollte, wenn der Trägerwinkel á in den gesamten oberen Trägerabschnitten 13 90° oder mehr beträgt, wie in Ausführungsform 1 der Fall, die Höhe des Blocks 7 groß sein, um die Passnuten 8 an den Seitenflächen des Blocks 7 zu ermöglichen. Da aber im Gegensatz dazu bei der Ausführungsform 2 der Trägerwinkel á1 zwischen der vertikalen Mittelachse L1 allein des basisseitigen Abschnitts und der Nutfläche P1 in einer Position, die näher an der Mitte der Riemenscheibe liegt als der Abschnitt der Riemenscheibe, der mit dem oberen Kontaktabschnitt 11 des Blocks 7 in Kontakt steht, 90° oder mehr misst, kann die Höhe des Blocks 7 entsprechend auf einen Abschnitt verringert werden, wo der Trägerwinkel auf diese Weise lokal beschränkt ist. Dementsprechend kann der Block 7 in Größe und Gewicht verringert werden, damit die Schwingungen der Blöcke 7 und die Zentrifugalspannung des Riemens B während des Riemenbetriebes verringert werden und ein vorzeitiges Brechen der Zugbänder 1 aufgrund von Wärmeentwicklung und Abrieb verhindert wird. Dadurch kann man die Grenznutzungsdauer des Riemens verlängern und die Kraftübertragungskapazität erhöhen.
In dieser Ausführungsform wirkt außerdem die Zugbeanspruchung auf einen niedrigeren Abschnitt eines Biegungsabschnitts, der dem Biegeabschnitt des oberen Trägerabschnitts 13 entspricht (d. h. die Grenze zwischen dem basisseitigen Abschnitt und dem spitzenseitigen Abschnitt). Somit kann die Beanspruchung der Basis 13a des oberen Trägerabschnitts 13 verteilt werden, so dass ein Ermüdungsbruch der Basis 13a wirksam verhindert wird.
AUSFÜHRUNGSFORM 3
6 zeigt einen schwerbelastbaren Treibkeilriemen gemäß Ausführungsform 3, wobei die oberen Trägerabschnitte 13 eines Verstärkungsgliedes 12 innerhalb eines jeden Blocks 7 so geneigt sind, dass ein Trägerwinkel á zur Nutfläche P1 einer Riemenscheibe 90° oder mehr messen kann, ähnlich wie bei Ausführungsform 1. Außerdem sind die unteren Trägerabschnitte 14 des Verstärkungsgliedes 12 ebenfalls so geneigt, dass eine Mittelachse L3 eines jeden unteren Trägerabschnitts 14 in einer niedrigeren Position an seiner Spitze als an seiner Basis angeordnet werden kann.
In dieser Ausführungsform kann eine hohe Zugbeanspruchung an einer Basis 13a des oberen Trägerabschnitts 13 des Verstärkungsgliedes 12 so vermieden werden, dass es – wie bei Ausführungsform 1 – zu keinem Ermüdungsbruch der Basis 13a kommt. Außerdem kann in ähnlicher Weise eine Zugbeanspruchung einer Basis 14a des unteren Trägerabschnitts 14 verringert werden, so dass es zu keinem Ermüdungsbruch der Basis 14a des unteren Trägerabschnitts 14 kommt. Auf diese Weise kann die Kraftübertragungskapazität des Riemens B weiter erhöht werden.
AUSFÜHRUNGSFORM 4
7 zeigt einen schwerbelastbaren Treibkeilriemen gemäß Ausführungsform 4. Bei den Ausführungsformen 1 bis 3 weist das Verstärkungsglied 12 im Wesentlichen eine H-Form auf und ist in jedem Block 7 eingebettet. Im Gegensatz dazu weist ein Verstärkungsglied 12 dieser Ausführungsform im Wesentlichen eine U-Form auf und enthält einen oberen Trägerabschnitt 13, einen unteren Trägerabschnitt 14 und einen Säulenabschnitt 15, der die Basen der Trägerabschnitte 13 und 14 miteinander verbindet. Des Weiteren ist eine Passnut 8 lediglich in einer einzigen Seitenfläche eines jeden Blocks 7 ausgebildet, und ein einzelnes Zugband 1 ist in die Passnut 8 dergestalt eingefügt, dass es im Wesentlichen in der Mitte in Querrichtung des Riemens (im Wesentlichen in der horizontalen Mitte des Blocks 7) angeordnet ist. In der anderen Seitenfläche des Blocks 7 ist keine Passnut ausgebildet, und die Gesamtheit dieser Seitenfläche ist zu einem Kontaktabschnitt 11 ausgebildet, der mit einer Nutfläche P1 einer Riemenscheibe in Kontakt gebracht werden soll.
Ein Trägerwinkel á des oberen Trägerabschnitts 13 des Verstärkungsgliedes 12 (d. h. ein Winkel zwischen einer vertikalen Mittelachse L des oberen Trägerabschnitts 13 und der Nutfläche P1 in einer Position, die näher an der Mitte der Riemenscheibe liegt als ein Abschnitt der Riemenscheibe, der mit dem oberen Kontaktabschnitt 11 des Blocks 7 in Kontakt steht) misst 90° oder mehr. Demgemäß können mit dieser Ausführungsform die gleichen Effekte bewirkt werden wie bei Ausführungsform 1.
In jeder der vorgenannten Ausführungsformen ist der Trägerwinkel á oder á1 mit 90° oder mehr spezifiziert, und die Obergrenze des Trägerwinkels á beträgt vorzugsweise 110° bis 115°, und zwar aus folgendem Grund: Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben eine Änderung der von-Mises-Beanspruchung (die Beanspruchung des Verstärkungsgliedes) in Abhängigkeit von der Änderung des Trägerwinkels á in dem Design untersucht, wo die oberen Trägerabschnitte 13 wie in Ausführungsform 2 gebogen sind. Dabei wurde festgestellt, dass die von-Mises-Beanspruchung nicht sonderlich verringert wird, wenn der Trägerwinkel 110° oder mehr beträgt, wie in 8 zu sehen. Demgemäß ist eine Obergrenze für den Trägerwinkel á von 110° bis 115° bevorzugt.
In den vorgenannten Ausführungsformen weist jeder obere Trägerabschnitt 13 des Verstärkungsgliedes 12 eine lineare Gestalt oder eine gebogene Gestalt mit einer Kombination aus linearen Formen auf.
Des Weiteren sind in den vorgenannten Ausführungsformen die oberen konkaven Abschnitte 2 und die unteren konkaven Abschnitte 3 an der Oberseite bzw. der Unterseite des Zugbandes 1 ausgebildet, und die oberen konvexen Abschnitte 9 und die unteren konvexen Abschnitte 10 sind an den Blöcken 7 ausgebildet. Jedoch kann die Beziehung zwischen den konkaven und konvexen Abschnitten zweckmäßigerweise auch zwischen dem Zugband 1 und den Blöcken 7 umgekehrt werden. Beispielsweise können konvexe Abschnitte, die als die in Eingriff genommenen Abschnitte dienen, an der Oberseite und der Unterseite des Zugbandes 1 ausgebildet sein, wobei die konkaven Abschnitte als die in Eingriff nehmenden Abschnitte an den Blöcken 7 ausgebildet sind.
Des Weiteren kann ein Reibungskoeffizient μ zwischen jedem Kontaktabschnitt 11 an der rechten oder linken Seitenfläche des Blocks 7 und der Nutfläche P1 der Riemenscheibe in Bezug auf einen Riemenseitenflächenwinkel è (d. h. ein Winkel zwischen den Seitenflächen des Blocks 7 gleich der Hälfte eines Riemenwinkels) zwischen der Seitenfläche des Riemens B und einer vertikalen Ebene (eine Ebene, die durch die Mitte in Querrichtung des Riemens B verläuft) ermittelt werden, so dass sich eine Beziehung von μ ≤ tanè + 0,05 ergibt. Auf diese Weise kann der Reibungskoeffizient μ entsprechend dem Riemenseitenflächenwinkel è so verringert werden, dass die Blöcke 7 sich nicht in der Riemenscheibennut verkeilen, selbst wenn der Riemen B um die Riemenscheibe P herum gewunden ist und die Harzabschnitte 16 der Blöcke 7 durch die Kontaktabschnitte 11 infolge einer Schubkraft und einer Scherkraft von den Zugbändern 1 zusammengedrückt werden. Somit werden die Blöcke 7, wenn sie anschließend die Riemenscheibennut verlassen wollen, nicht in der Riemenscheibennut eingeklemmt, sondern können die Riemenscheibennut problemlos verlassen, ohne dass die Zugbänder 1 auf Zug beansprucht werden. Somit kann ein vorzeitiger Ermüdungsbruch der Zugbänder 1 vermieden werden. Oder anders ausgedrückt: Während die Kraftübertragungskapazität des Riemens B erhöht wird, kann ein vorzeitiges Brechen des Zugbandes 1 verhindert werden, indem es ermöglicht wird, dass die Blöcke 7 die Riemenscheibennut problemlos verlassen können, wodurch sich die Grenznutzungsdauer des Riemens B erhöht.
Als nächstes werden spezifische Beispiele beschrieben. Es wird ein Blockriemen hergestellt, der ein Verstärkungsglied mit dem Aufbau von Ausführungsform 2 enthält, wobei der Trägerwinkel des basisseitigen Abschnitts eines oberen Trägerabschnitts auf 110° eingestellt ist (wobei sich ein spitzenseitiger Abschnitt des oberen Trägerabschnitts in horizontaler Richtung erstreckt). Der Blockriemen wird einem Antriebslanglebigkeitstest unterzogen, und zwar folgendermaßen:
Der Blockriemen 22 wird um eine Treibriemenscheibe 20 mit einem Scheibendurchmesser von 64,94 mm und um eine angetriebene Riemenscheibe 21 mit einem Scheibendurchmesser von 162,36 mm herum gewunden. Die Treibriemenscheibe 20 wird mit einer Drehzahl von 2.600 U/min mit einem Drehmoment von 84 Nm bei einer Temperatur von 90°C angetrieben. Während einer Betriebsdauer von 200 Stunden und mehr darf es zu keinem Bruch der Basis des oberen Trägerabschnitts kommen.
Demgegenüber wird ein Blockriemen mit einem herkömmlichen Design, wobei der Trägerwinkel auf 77° eingestellt ist (hergestellt als ein Beispiel nach dem Stand der Technik), dem gleichen Test unterzogen. Dabei kommt es innerhalb von 24 Stunden zum Bruch des oberen Trägerabschnitts. Dieses Ergebnis demonstriert, dass, wenn der Trägerwinkel des oberen Trägerabschnitts 90° oder mehr misst, wie es bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist, das Brechen des oberen Trägerabschnitts vermieden werden kann, wodurch sich die Grenznutzungsdauer des Riemens erhöht.

Claims

Schwerbelastbarer Treibkeilriemen, der folgendes umfasst: ein oder zwei Zugbänder, von denen jedes eine große Anzahl oberer in Eingriff genommener Abschnitte und unterer in Eingriff genommener Abschnitte enthält, die jeweils entsprechend an einer Oberseite und einer Unterseite der Zugbänder ausgebildet und in Längsrichtung des Riemens angeordnet sind, und eine große Anzahl Blöcke, von denen jeder an jeder Seitenfläche eine in Querrichtung des Riemens angeordnete Passnut sowie obere und untere Kontaktabschnitte enthält, die an einer Oberseite und einer Unterseite der Passnut ausgebildet sind und mit einer Nutfläche einer Riemenscheibe in Kontakt gebracht werden sollen, wobei die Passnut einen oberen in Eingriff nehmenden Abschnitt, der an einer Oberseite der Passnut ausgebildet ist und mit jedem der oberen in Eingriff genommenen Abschnitte der ein oder zwei Zugbänder in Eingriff gebracht werden soll, sowie einen unteren in Eingriff nehmenden Abschnitt, der an einer Unterseite der Passnut ausgebildet ist und mit jedem der unteren in Eingriff genommenen Abschnitte der ein oder zwei Zugbänder in Eingriff gebracht werden soll, enthält, wobei die Blöcke fest mit den ein oder zwei Zugbändern in Eingriff gebracht sind, indem die ein oder zwei Zugbänder in die Passnut der Blöcke eingefügt werden, wobei jeder Block ein Verstärkungsglied enthält, das dergestalt in einen Harzabschnitt eingebettet ist, dass wenigstens die oberen und die unteren in Eingriff nehmenden Abschnitte und die Kontaktabschnitte aus dem Harzabschnitt bestehen, wobei das Verstärkungsglied obere und untere Trägerabschnitte, die oberhalb und unterhalb der Passnut angeordnet sind, und einen Säulenabschnitt, der die Basen der oberen und unteren Trägerabschnitte miteinander verbindet, enthält, und wobei ein Trägerwinkel zwischen einer Mittelachse des oberen Trägerabschnitts des Verstärkungsgliedes und einer Nutfläche einer Riemenscheibe in einer Position, die näher an einer Mitte einer Riemenscheibe liegt als ein Abschnitt der Riemenscheibe, der mit dem oberen Kontaktabschnitt an der Seitenfläche des Blocks in Kontakt steht, 90° oder mehr misst.
Schwerbelastbarer Treibkeilriemen nach Anspruch 1, wobei eine Mittelachse des unteren Trägerabschnitts des Verstärkungsgliedes in einer niedrigeren Position an einer Spitze des unteren Trägerabschnitts als an einer Basis des unteren Trägerabschnitts angeordnet ist.
Schwerbelastbarer Treibkeilriemen, der folgendes umfasst: ein oder zwei Zugbänder, von denen jedes eine große Anzahl oberer in Eingriff genommener Abschnitte und unterer in Eingriff genommener Abschnitte enthält, die jeweils entsprechend an einer Oberseite und einer Unterseite der Zugbänder ausgebildet und in Längsrichtung des Riemens angeordnet sind, und eine große Anzahl Blöcke, von denen jeder an einer Seitenfläche eine in Querrichtung des Riemens angeordnete Passnut sowie obere und untere Kontaktabschnitte enthält, die an einer Oberseite und einer Unterseite der Passnut ausgebildet sind und mit einer Nutfläche einer Riemenscheibe in Kontakt gebracht werden sollen, wobei die Passnut einen oberen in Eingriff nehmenden Abschnitt, der an einer Oberseite der Passnut ausgebildet ist und mit jedem der oberen in Eingriff genommenen Abschnitte jedes Zugbandes in Eingriff gebracht werden soll, sowie einen unteren in Eingriff nehmenden Abschnitt, der an einer Unterseite der Passnut ausgebildet ist und mit jedem der unteren in Eingriff genommenen Abschnitte jedes Zugbandes in Eingriff gebracht werden soll, enthält, wobei die Blöcke fest mit jedem Zugband in Eingriff gebracht sind, indem jedes Zugband in die Passnut der Blöcke eingefügt wird, wobei jeder Block ein Verstärkungsglied enthält, das dergestalt in einen Harzabschnitt eingebettet ist, dass wenigstens die oberen und die unteren in Eingriff nehmenden Abschnitte und die Kontaktabschnitte aus dem Harzabschnitt bestehen, wobei das Verstärkungsglied obere und untere Trägerabschnitte, die oberhalb und unterhalb der Passnut angeordnet sind, und einen Säulenabschnitt, der die Basen der oberen und unteren Trägerabschnitte miteinander verbindet, enthält, wobei der obere Träger des Verstärkungsgliedes zwischen einem basisseitigen Abschnitt des oberen Trägers und einem spitzenseitigen Abschnitt des oberen Trägers in einer solchen Weise gebogen ist, dass ein Trägerwinkel zwischen einer Mittelachse des basisseitigen Abschnitts und einer Nutfläche einer Riemenscheibe in einer Position, die näher an einer Mitte einer Riemenscheibe liegt als ein Abschnitt der Riemenscheibe, der mit dem oberen Kontaktabschnitt an der Seitenfläche des Blocks in Kontakt steht, 90° oder mehr misst, und dass ein Trägerwinkel zwischen einer Mittelachse des spitzenseitigen Abschnitts und einer Nutfläche einer Riemenscheibe in einer Position, die näher an der Mitte der Riemenscheibe liegt als ein Abschnitt der Riemenscheibe, der mit dem oberen Kontaktabschnitt an der Seitenfläche des Blocks in Kontakt steht, kleiner als 90° ist.
Schwerbelastbarer Treibkeilriemen nach Anspruch 3, wobei eine Mittelachse des unteren Trägerabschnitts des Verstärkungsgliedes in einer niedrigeren Position an einer Spitze des unteren Trägerabschnitts als an einer Basis des unteren Trägerabschnitts angeordnet ist.