ES2257411T3 - Correa cvt reforzada transversalmente. - Google Patents

Abstract

Una correa (1), que comprende: una parte de cuerpo (8), que tiene un eje longitudinal y una parte interna; un elemento de tracción (9), que se extiende paralelo al eje longitudinal, dentro de la mencionada parte de cuerpo (8); una pluralidad de dientes (5) dispuestos a lo largo de la mencionada parte interna, y dispuestos transversalmente respecto del mencionado eje longitudinal; y un elemento de refuerzo (10) que se extiende transversalmente, a través de cada uno de los mencionados dientes (5); caracterizada porque: cada elemento de refuerzo (10) comprende, además: una pluralidad de soportes (12, 13, 14), proyectándose cada uno radialmente respecto de un eje longitudinal, mediante lo que cada elemento de refuerzo (10) está localizado espacialmente, dentro de cada uno de los mencionados dientes (5).

Description

Correa CVT reforzada transversalmente.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a correas usadas en transmisiones continuamente variables ("CVT") y, más en concreto, a correas CVT de transmisión lateral, que comprenden resaltes, o dientes, que tienen un refuerzo transversal.

Antecedentes de la invención

Es bien conocido en el arte, que una transmisión de tipo engranajes puede usarse para hacer andar un vehículo de motor, motocicleta o similar. No obstante, las transmisiones de tipo engranaje generalmente tienen un número fijo de engranajes. Usualmente, estas están diseñadas para funcionar más eficazmente en uno de los engranajes, dejando los otros para hacer que el motor corra en los puntos de funcionamiento menos eficiente. Por consiguiente, con el objeto de mejorar la eficiencia, es preferible una transmisión variable continuamente, CVT. Se ha desarrollado diversos tipos de correas para ser usadas en las transmisiones de tipo continuamente variable.

En general, las Correas CVT tiene una silueta similar a la de la correa en V convencional. En concreto, son anchas en la parte superior y estrechas en la inferior, y están diseñadas para ajustar entre las roldanas de una polea, que definen una ranura angular. La polea en la que corre la polea, comprende una roldana móvil y una roldana fija, ambas con forma de cono truncado. En general, una de las roldanas se mueve mientras que la otra permanece fija.

Mover una roldana en relación con la otra, varía el diámetro eficaz f de la polea dentro del cual funciona la correa. La velocidad de la correa es función del diámetro eficaz de la polea, que es, a su vez, función de la posición axial de las roldanas, una en relación con la otra.

Las correas de tipo CVT del arte previo, incluyen correas que comprenden una pluralidad de bloques, montados transversalmente sobre un elemento de tracción, así como correas de metal monolítico, y correas elastoméricas. También se conoce ciertas formas de correas del tipo con resaltes.

La Patente de U.S. Núm. 4 493 681, de Takano, es representativa del arte. Takano revela una correa dentada con sección en V, que tiene elementos de refuerzo de metal, rígidos, en cada diente, que se extienden transversalmente a través de la correa. Los elementos de refuerzo de metal proporcionan rigidez transversal a la correa. Sus características constituyen la base del preámbulo de la reivindicación 1, aquí anexa.

Puesto que la correa de Takano funciona en contacto con las roldanas de la polea CVT, es deseable reducir el desgaste entre los lados de la correa y la polea, tanto como sea posible. Esto reduce el calentamiento, lo que mejora la vida de la correa. Las varillas de metal, en contacto directo con las roldanas, tal como se concibió en el documento de Takano, provocan calentamiento indebido y desgaste, entre los lados de la correa, las varillas de refuerzo, y las superficies de roldana de la polea. El uso de varillas de metal incrementa, además, la masa en rotación, y el coste de la correa. Además durante la fabricación, las varillas pueden desalinearse en cada diente. Esto provocará que algunas de las varillas soporten una carga desproporcionadamente superior a la de las varillas adyacentes. Esto puede tener como resultado, la avería prematura de las varillas sobrecargadas y, eventualmente, de la correa.

También es representativa del arte, la aplicación de patente alemana DE 197 49 173 A1. Esta revela una correa en V, elastomérica, dentada, que tiene dientes transversales. Cada diente tiene un diámetro interior, transversal. Cada diámetro interior puede contener secciones de tubo, o secciones de barra. El diámetro interior proporciona un recorrido para el flujo de aire de refrigeración, a través del diente. Sin embargo, tales diámetros internos disminuyen la resistencia compresiva de cada diente. La aplicación es apropiada para sistemas de polea síncronos, en los que los dientes de la correa cooperan con superficies conjugadas en la polea, o poleas.

Lo que se necesita, es una correa CVT reforzada transversalmente, que tenga un elemento de refuerzo transversal no metálico, o termoplástico, termoestable o compuesto, en cada diente. Lo que se necesita es una correa CVT reforzada transversalmente, que tenga clavijas de alineamiento en cada elemento de refuerzo transversal. Lo que se necesita es una CVT reforzada transversalmente, que tenga elementos de refuerzo transversales con suficiente resistencia en el rango de temperatura anticipado. Los que se necesita es una CVT reforzada transversalmente, que tenga elementos de refuerzo transversales con una baja densidad de masa. La presente invención satisface estas necesidades.

En el documento US 3 772 929, se revela un método para fabricar correas.

Sumario de la invención

El aspecto primario de la invención es proporcionar una correa CVT reforzada transversalmente, que tenga un elemento de refuerzo transversal termoplástico, termoestable o compuesto, en cada diente. La correa de la invención se define en la reivindicación 1.

La invención tiene clavijas de centrado en cada elemento de refuerzo transversal.

Otro aspecto de la invención es proporcionar una correa CVT reforzada transversalmente, que tenga elementos de refuerzo transversales con la suficiente dureza en el rango de temperatura anticipado.

Otro aspecto de la invención es proporcionar una correa CVT reforzada transversalmente, que tenga elementos de refuerzo transversales con una baja densidad de masa.

Otro aspecto de la invención es un método para fabricar tal correa, tal como se define en la reivindicación 9.

Se señalará otros aspectos de la invención, o se harán evidentes mediante la siguiente descripción de la invención y de los dibujos anexos.

La invención comprende una correa tipo resalte, que tiene una pluralidad de dientes transversales en una superficie interior. La correa comprende una capa elastomérica extensible, externa, una capa de comprensión, y un elemento de tracción. Cada diente comprende, además, un elemento transversal, poste o varilla, no metálico o plástico, que se extiende a través de la anchura de cada diente. Las superficies externas opuestas de cada elemento transversal, están inclinadas entre sí, y cada extremo se corresponde aproximadamente con una superficie externa del cuerpo de la correa elastomérica. Se lleva a cabo una carga de compresión entre las roldanas, por medio de la varilla y la pared lateral, en proporción con el módulo de cada componente. Los elementos transversales tienen clavijas, o soportes, que permiten la apropiada orientación espacial de cada elemento transversal, en cada diente, durante el proceso de fabricación, asegurando así las características apropiadas de funcionamiento, incluyendo en alineamiento adecuado dentro de una polea.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en perspectiva, de la invención.

La figura 2 es una vista extrema, en alzado, de una disposición de varilla moldeada.

La figura 3 es una vista lateral, en alzado, de una disposición de varilla moldeada.

La figura 4 es una vista en planta, superior, de una disposición de varilla moldeada.

La figura 5 es una vista en sección de la figura 4, a través de la línea 5-5.

La figura 6 es una vista extrema, de una disposición de varilla maquinada.

La figura 7 es una vista en alzado, lateral, de una disposición de varilla maquinada.

La figura 8 es una vista en planta, superior, de una disposición de varilla maquinada.

La figura 9 es una vista en sección de la figura 8, a través de la línea 9-9.

La figura 10 es una vista en sección, en perspectiva, de una correa.

La figura 11 es una vista en alzado, lateral, de una varilla de refuerzo.

Descripción detallada de la realización preferida

La figura 1 es una vista lateral, en perspectiva, de la invención. La correa 1 se muestra con una pluralidad de dientes 5, que se proyectan desde una parte interna de la superficie. La forma curva de cada diente mejora la flexibilidad de la correa. Cada diente tiene una varilla o poste transversal 10, empotrado. El proceso de fabricación de la correa, necesita que cada varilla transversal sea situada apropiadamente y que, después, sea moldeada en la estructura global del diente de la correa. El proceso de fabricación es mejorado por la forma de cada varilla, así como por otros atributos descritos en los siguientes dibujos. La superficie interna de la correa comprende la envoltura 6. La envoltura 6 puede comprender telas tejidas, no tejidas o tricotadas, de poliéster, poliamida, poliaramida, algodón, o fibras acrílicas, o mezclas de estas, y tratamientos adhesivos apropiados para ligar la tela a la capa extensible, a la cuerda, y la varilla. La envoltura es, preferentemente, una tela tirante, tejida o tricotada, para facilitar el relleno del molde y la formación del contorno del diente.

La correa 1 además comprende la capa extensible 8, que es un compuesto de caucho que comprende un elastómero como EPDM, HNBR, PU, ACSM, CR, SBR, o NBR, o mezclas de estos, y diversas fibras de relleno, antioxidantes, de curado y de bajo refuerzo, tal como se conoce en el arte. Preferentemente, se usa un elastómero resistente al calor, como EPDM o HNBR.

Hay elementos de tracción 9, véase la figura 10, embutidos dentro de la capa extensible 8, sobre cada varilla. Cada elemento de tracción puede comprender cuerdas, retorcidas o trenzadas, de fibras orgánicas como poliaramida, poliéster, o PBO, o fibras inorgánicas como acero, vidrio, o carbono. Preferentemente, se usa un material de cuerda de alta dureza, de módulo alto, como poliaramida, PBO, carbono, o vidrio.

Los elementos de tracción sirven para llevar a cabo una carga de tracción durante el funcionamiento, así como para sujetar adecuadamente cada varilla o poste, en su posición, durante el proceso de fabricación. Una capa adhesiva conocida en el arte, no mostrada, puede también recubrir, y/o subyacer a, los elementos de tracción, o los elementos de tracción pueden estar incrustados dentro de una capa adhesiva.

La figura 2 es una vista extrema, en elevación, de una disposición de varilla moldeada. La varilla puede estar moldeada por inyección, pultruida, o conformada térmicamente. Por ejemplo, puede usarse material PEEK® para formar la varilla. El PEEK es un polímero de poli(ariletercetona) de alto rendimiento. El moldeo por inyección reactiva (RIM) puede proporcionar una parte con hasta el 30% más de resistencia, respecto de la misma parte fabricada por un proceso de extrusión.

La disposición de poste o varilla 10, comprende soportes o clavija 12, 13 y 14, que se proyectan radialmente, o se extienden desde el cuerpo de varilla 11. El soporte 14 tiene una superficie 17 que es similar sustancialmente, en su forma, a la superficie exterior de un diente, no mostrado. La superficie 15 de la clavija 13 y la superficie 16 de la clavija 12 están, cada una, inclinadas en un ángulo \beta, respecto de un eje de varilla \alpha-\alpha. Las superficies 18, 19 también están inclinadas a un ángulo \beta, respecto del eje a-a. La superficie superior 51 puede describir un arco, o bien ser plana. Esto permite que la varilla soporte adecuadamente los elementos de tracción 9, cuando la correa avanza a través de una polea.

Los soportes, o clavijas, permiten a la varilla ser colocada de forma espaciada en el diente, durante el proceso de fabricación, en un mandril. El mandril tiene una serie de superficies paralelas, cóncavas. Cada superficie cóncava comprende una posición en la que se forma cada diente. Durante la fabricación, una película externa, o capa de tela, se dispone primero alrededor del mandril, y dentro de cada superficie cóncava. Después se sitúa una varilla dentro de cada superficie cóncava. Cada clavija de varilla está situada sobre la película externa, o capa de tela, de modo que la varilla está alineada a un diámetro de círculo de contacto, predeterminado. Esto también asegurar que las superficies finales inclinadas de cada varilla, contactarán apropiadamente con la superficie de la roldana, en funcionamiento. Después se enrolla una cuerda de tracción alrededor del mandril, sobre un lado trasero de cada varilla. Después se enrolla una serie de capas elastoméricas, sobre las cuerdas de tracción. En este paso, también puede ser aplicada una capa adhesiva sobre las cuerdas de tracción, si el usuario así lo requiere.

Después, se somete toda la construcción de correa, a calor y presión, de forma conocida en el arte. Un vez que la correa construida es vulcanizada, se retira del mandril y se corta en cuadrados de anchuras predeterminadas, por ejemplo 38 mm. La anchura de 38 mm se ofrece a modo de ejemplo, y no de limitación. Son posibles otras anchuras, limitadas solo por las necesidades del usuario.

Una vez cortada, las paredes laterales de la correa se pulen en el ángulo adecuado, en la mayoría de los caos 13º, aunque cualquier ángulo puede ser cortado por un usuario. Solo las paredes laterales son perfiladas, la parte superior de la correa se corta en cuadrado para proteger las cuerdas de tracción.

Un método alternativo de fabricación comprende el moldeo por inyección reactiva. Primero se forma una tela preformada, laminada. Esta se fabrica con forma de los dientes, o resaltes. Después, la tela preformada se enrolla alrededor de un mandril. El mandril tiene una serie de ranuras paralelas, que corresponden a los dientes en la tela. Una vez que la tela está envuelta alrededor del mandril, las varillas son situadas en las ranuras, que se convertirán en los dientes de la correa. Después, la cuerda de tracción se envuelve alrededor del mandril. La cuerda descansa contra cada varilla, para sujetarla en su posición. El mandril preparado es, entonces, situado en la máquina RIM y se inyecta uretano, por métodos conocidos en el arte. Una vez que el proceso se ha completado, el mandril se retira de la máquina RIM y la correa construida es retirada del mandril. Después, la correa fabricada es cortada a la anchura requerida por el usuario.

La figura 3 es una vista lateral, en alzado, de una disposición de varilla moldeada. Las clavijas 12 y 14 están espaciadas a cierta distancia d1, en el eje longitudinal, respecto de cada clavija adyacente. El eje longitudinal de cada clavija está separado de un extremo de la varilla 10, a la distancia d2. Aunque la realización preferida describe las clavijas, como dispuestas en un patrón que es coaxial con respecto a una normal al eje mayor, no es necesaria tal disposición para el adecuado funcionamiento de la invención. Es decir, cada fila de clavijas puede estar escalonada con respecto a cualquier otra fila de clavijas. La función primaria de las clavijas es posicionar la varilla durante la fabricación, tal como se describe en la figura 2, aunque sirven a un propósito estructural después de la fabricación, mediante proporcionar adhesión mecánica. Las clavijas permiten, además, que los elementos de tracción sean pre-cargados contra cada varilla, cuando son enrollados, mediante lo que se impide cualquier movimiento de una varilla en un diente, durante el calentamiento, y las tensiones producidas durante el funcionamiento. Cualquier disposición de las clavijas que tenga como resultado una alineación adecuada de una varilla, o poste, dentro de cada diente, durante la fabricación, es aceptable. Desde luego, es preferible que se use un número mínimo de clavijas por varilla, para reducir el coste de la correa, así como la masa de la correa. Cada varilla tiene una forma en sección transversal que, en general, describe un trapezoide.

La figura 4 es una vista superior, en planta, de la disposición de varilla moldeada. Las clavijas o soportes 12 y 15, se muestran proyectándose desde el cuerpo de varilla 11. En la realización preferida, los soportes están dispuestos para contactar tres lados de un diente. Por lo menos dos filas de clavijas, como son la 12 y 13, servirían además para situar apropiadamente una varilla dentro de un diente. Esto reduciría más la masa de la correa completada.

La figura 5 es una vista de la figura 4 a través de la línea 5-5. Un valor típico para d1 es 11,75 mm. Un valor típico para d2 es 11,86 mm. La longitud global de una varilla 10 puede ser del orden de 236 mm, para ser cortada después en partes de igual longitud, durante la fabricación de la correa. Los valores precedentes se ofrecen a modo de ejemplo, y no de limitación.

La figura 6 es una vista extrema, de una disposición de varilla maquinada. La disposición de varilla 100 comprende soportes o clavijas 102, 103, y 104, que se extienden desde el cuerpo de varilla 101. El soporte 104 tiene una superficie 107, que es sustancialmente similar a la forma de la superficie externa del diente, no mostrada. La superficie 105 de la clavija 103, y la superficie 106 del soporte 102, están cada una inclinadas, a un ángulo \varphi respecto de un eje a-a de la varilla. Las superficies 108, 109 están también inclinadas, a un ángulo \varphi respecto del eje a-a. La varilla de maquinada puede comprender material metálico. También puede comprender material metálico sobremoldeado con material termoestable, termoplástico o compuesto. Un eje longitudinal de los soportes 102, 103, está inclinado respecto del eje a-a, en un ángulo \gamma.

Los soportes, o clavijas, posicionan la varilla en el diente durante el proceso de fabricación. El proceso de fabricación es el mismo que el descrito para la figura 2.

La figura 7 es una vista en elevación lateral, de una disposición de varilla maquinada. Las clavijas 102, 103 y 104 están separadas a una distancia del eje longitudinal d3, respecto de cada clavija adyacente. El eje longitudinal de un extremo de cada clavija, está separado de un extremo de la varilla 100, en una distancia d4. Aunque la realización preferida describe las clavijas dispuestas en una normal a un eje mayor, tal disposición no es necesaria para el funcionamiento adecuado de la invención, es decir, cada fila de clavijas puede estar escalonada respecto de cualquiera otra fila de clavijas. El extremo de la varilla puede extenderse, hasta la superficie externa del diente que contacta con la superficie de la polea. Además, puesto que la función principal de los soportes es posicionar la varilla durante la fabricación, tal como se ha descrito en la figura 2, no sirven a ningún propósito estructural después de que la fabricación se ha completado. Por consiguiente, es aceptable cualquier disposición de las clavijas, que tenga como resultado una adecuada alineación de la varilla en un diente, durante la fabricación.

La figura 8 es una vista en planta, superior, de una disposición de varilla maquinada. Se muestra las clavijas o soportes 102 y 105, proyectándose desde el cuerpo de varilla 101. En la realización preferida, los soportes o clavijas están dispuestos para contactar tres lados de un diente. Sin embargo dos filas de clavijas, como son 102 y 105, también podrían servir para situar apropiadamente una varilla dentro de un diente. Esto podría reducir, más, la masa de la correa acabada.

La figura 9 es una vista de la figura 8, a través de la línea 9-9.

La figura 10 es una vista, en sección, de una correa. Se muestra la varilla 10, moldeada dentro del diente 5. Cada varilla tiene una anchura mayor W_{1}, una anchura menor W_{2} y una altura H. La anchura menor W_{1} es mayor que la anchura menor W_{2}, creando una forma trapezoidal y triangular, generalmente truncada. Esto minimiza el momento flector de la varilla, alrededor de la línea de la cuerda, cuando se transmite cargas tangenciales. Esto, a su vez, permite que la masa de cada varilla sea reducida, donde no sea necesaria resistencia relativamente incrementada, es decir en la parte interna de cada diente.

Los elementos de tracción 9 están dispuestos en la dirección longitudinal de la capa extensible elastomérica 8 de la correa, corriendo en una normal a las varillas de refuerzo 10. Los soportes 12, 14 descansan sobre la envoltura 6, para localizar espacialmente la varilla de refuerzo, dentro del diente. La apropiada localización de cada varilla, en cada diente, tiene como resultado una vida mejorada de la correa, debido a que cada varilla soporta una parte proporcional de la carga compresiva entre las roldanas, cuando la correa corre a través de las poleas. Sin embargo, la desalineación o colocación impropia de las varillas, tiende a arreglarse por si misma, debido a la elasticidad de los componentes que rodean a las varillas. Esto tiende a redistribuir las tensiones en esa parte concreta de la correa. Las tensiones incluyen efectos mecánicos (carga compresiva y centrípeta), y efectos térmicos (calentamiento desde el entorno de funcionamiento, fricción y vibración).

Cada varilla comprende una sustancia no metálica, o plástica, teniendo las superficies extremas inclinadas, un coeficiente de fricción conocido y controlable. Esto hace que sea predecible la característica de deslizamiento de la correa. También mejora la capacidad de la correa para correr radialmente dentro de la polea, cuando la separación de la roldana de la polea es ajustada por un usuario. El coeficiente controlable de fricción, permite también que se diseñe el calentamiento por fricción de la correa, así como que se mejore las características de ruido y desgaste.

Una vez que las varillas mostradas en las figuras 3, 5, 7, 9 son incorporadas a la estructura de la correa, tal como se muestra en la figura 10, se crea, corta o pule los lados 20, 21, para crear el ángulo lateral \theta incluido.

La figura 11 es una vista en elevación, de una varilla de refuerzo. La varilla 10 comprende clavijas 12, 14. Los lados extremos inclinados opuestos 20, 21, están localizados en extremos opuestos de cada varilla. El ángulo \theta es de un valor predeterminado para cooperar apropiadamente con las superficies de una roldana de polea. El ángulo \theta está en el rango de 20º a 70º, aunque es aceptable el ángulo incluido por cualquier polea CVT conocida. En la realización preferida, el ángulo \theta es igual a 1/2 del ángulo de polea incluido, para asegurar que el lado 20, 21 descansa contra las superficies de las roldanas de polea.

Aunque aquí se ha descrito una sola forma de la invención será obvio, para aquellas personas cualificadas en el arte, que puede hacer variaciones en la construcción y en la relación de las partes, sin apartarse del alcance de la invención.

Claims (11)

1. Una correa (1), que comprende:

una parte de cuerpo (8), que tiene un eje longitudinal y una parte interna;

un elemento de tracción (9), que se extiende paralelo al eje longitudinal, dentro de la mencionada parte de cuerpo (8);

una pluralidad de dientes (5) dispuestos a lo largo de la mencionada parte interna, y dispuestos transversalmente respecto del mencionado eje longitudinal; y

un elemento de refuerzo (10) que se extiende transversalmente, a través de cada uno de los mencionados dientes (5);

caracterizada porque:

cada elemento de refuerzo (10) comprende, además:

una pluralidad de soportes (12, 13, 14), proyectándose cada uno radialmente respecto de un eje longitudinal, mediante lo que cada elemento de refuerzo (10) está localizado espacialmente, dentro de cada uno de los mencionados dientes (5).

2. Una correa (1) como la de la reivindicación 1, en la que el elemento de refuerzo (10) es no metálico.

3. Una correa (1) como la de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que cada elemento de refuerzo (10) comprende, además:

superficies inclinadas opuestas, que tienen un ángulo predeterminado.

4. Una correa (1) como la de la reivindicación 3, en la que el ángulo predeterminado está en el rango de 20º a 70º.

5. Una correa (1) como la de la reivindicación 3 o la reivindicación 4, en la que cada elemento de refuerzo (10) comprende, además, una forma trapezoidal, en sección transversal.

6. Una correa (1) como la de la reivindicación 5, en la que el elemento de tracción (9) descansa sobre una superficie externa de cada elemento de refuerzo (10).

7. Una correa (1) como la de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la parte de cuerpo (8) comprende, además:

EPDM, HNBR, PU, ACSM, CR, SBR, o NBR, o mezclas de estos.

8. Una correa (1) como la de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además:

una envoltura que cubre la mencionada parte interna.

9. Un método para fabricar una correa (1) acorde con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende las etapas de:

colocar una primera capa interna elastomérica sobre una superficie de mandril, teniendo, el mencionado mandril, una pluralidad de superficies cóncavas paralelas, adyacentes;

colocar un elemento de refuerzo (10), que comprende una pluralidad de clavijas (12, 13, 14) proyectándose, cada clavija, radialmente desde un eje central, dentro de cada una de las mencionadas superficies cóncavas, y descansando sobre la primera capa interna elastomérica;

envolver un elemento de tracción (9) longitudinalmente, alrededor del mencionado mandril, sobre cada elemento de refuerzo (10);

envolver, por lo menos, una capa de material elastomérico sobre el elemento de tracción;

someter a la correa (1), a calor y presión; y

retirar la correa (1) del mencionado mandril.

10. El método de la reivindicación 9 que comprende, además, las etapas de:

cortar la correa (1) a anchuras predeterminadas; y

cortar lados opuestos de la correa (1), a un ángulo predeterminado.

11. El método de la reivindicación 9 o la reivindicación 10, que comprende, además, las etapas de:

cortar o moldear las clavijas (12, 13, 14) de cada elemento de refuerzo (10), para localizar espacialmente cada elemento de refuerzo (10) en cada superficie cóncava.