KR20030004094A

KR20030004094A - 구동 벨트, 구동 벨트의 연속 밴드를 제조하는 방법 및구동 벨트가 사용되는 무단 변속기

Info

Publication number: KR20030004094A
Application number: KR1020020037318A
Authority: KR
Inventors: 반딘센게라두스페트루스마리아; 브란스마알젠; 반리트요하네스헨드리쿠스; 반데르미어코넬리스요하네스마리아; 반데르캄프요하네스하지; 페닝스버트
Original assignee: 반 도르네스 트랜스미씨 비.브이.
Priority date: 2001-07-02
Filing date: 2002-06-29
Publication date: 2003-01-14
Also published as: DE60112737D1; US20030004024A1; US6821224B2; JP4310073B2; KR100877034B1; EP1273824B1; DE60112737T2; ATE302360T1; JP2003028244A; EP1273824A1

Abstract

본 발명은 복수의 판형 횡단 요소(30)들과 체결된 적어도 하나의 연속 밴드(22)를 포함하는 구동 벨트(1)에 관한 것이다. 그 요소(30)들은 연속 밴드(22)의 종방향(L)을 따라 자유롭게 활주할 수 있다. 그 요소(30)들에는 인접한 횡단 요소(30)들이 횡방향으로 지향된 축(32)에 대해 상호간 회전하도록 함으로써 구동 벨트(1)가 종방향(L)으로 휘어지는 최소 곡률 반경(R_MIN)을 한정하는 하나의 테이퍼(31)가 제공된다. 이렇게 해서, 연속 밴드(22)에는 프리벤딩(pre-bending) 반경을 갖는 종방향 만곡부에 일치하는 내부 잔류 응력이 제공되고, 상기 적어도 하나의 연속 밴드(22)의 프리벤딩 반경(R_PB)이 상기 최소 곡률 반경(R_MIN)의 두배보다 훨씬 크다는 점에 특징이 있다.

Description

구동 벨트, 구동 벨트의 연속 밴드를 제조하는 방법 및 구동 벨트가 사용되는 무단 변속기{DRIVE BELT, METHOD FOR MANUFACTURING A CONTINUOUS BAND THEREOF AND CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION WHEREIN SUCH IS UTILISED}

본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 구동 벨트에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 구동 벨트의 연속 밴드를 제조하는 방법과 그러한 구동 벨트가 사용되는 무단 변속기에 관한 것이다.

현재의 구동 벨트들은 일반적으로 연속적으로 변하는 속도 및 엔진과 부하 사이의 토크비에서 기계적 동력을 전달하기 위한 무단 변속기, 특히 자동차용 무단변속기에 응용됨으로써 알려져 있다. 그러한 구동 벨트들은 또한 특허 명세서 EP-0.279.645 B1에 의해 공지되어 있다. 공지의 구동 벨트는 일반적으로 하나 또는 두 개의 무한 링(endless ring)들과 구동 벨트의 종방향을 가로질러 상호 평행한 일렬의 판형 횡단 요소들을 포함한다. 무한 링은 그 요소들이 종방향으로 링을 따라 자유롭게 활주할 수 있도록 그 요소들의 홈안에 제공된다. 일반적으로 상기 무한 링은 동심으로 적층된 수개의 연속 밴드들을 포함하면서 적층된다. 이러한 방법으로, 링은 종방향으로는 상대적으로 쉽게 휘어질 수 있는 반면, 상당한 장력을 가질 수 있다.

구동 벨트가 무단 변속기 내에서 각각 다양한 폭의 V형 홈을 형성하는 두 개의 풀리 디스크를 회전적으로 연결하기 때문에, 공지의 구동 벨트는 작동 중 인장, 굽힘 및 신장 상태에 놓이게 되어, 풀리의 회전 속도와 변속기에 작용하는 토크에 따라 변하는 높은 내부 응력 레벨을 야기시킨다. 이렇게 해서, 벨트의 궤적은 하나의 풀리로부터 다른 풀리를 가로지르는 두 개의 종방향 직선부와 상기 두 개의 풀리에 대해 각각의 곡률 반경으로 풀리 디스크 사이를 활주하는 두 개의 종방향 만곡부를 포함한다. 이 곡률 반경은 변속기의 변속비를 한정한다. 상기한 인장, 굽힘 및 신장 때문에, 방사상 내측으로 지향된 표면 근처에서의 연속 밴드내의 장력과 방사상 외측으로 지향된 표면 근처의 장력은 변속기 내의 구동 벨트가 작동 중일 때 최대 응력 레벨과 최소 응력 레벨 사이에서 주기적으로 변한다. 그러한 주기적 변화는 구동 벨트에 피로 균열을 일으켜 궁극적으로 구동 벨트가 파손되게 한다. 피로 균열에 의한 벨트 파손을 최소화하기 위해 또는 피로에 대한 저항력을향상시켜 벨트의 기능적 수명을 가능한한 연장시키기 위해, 공지의 연속 밴드들은 프리밴딩 된다. 즉, 벨트의 제작 중 내부 잔류 응력이 제공된다. 종래 기술에 따르면 구동 벨트의 작동 중 방사상 내측으로 지향된 표면 근처의 최대 장력과 방사상 외측으로 지향된 표면 근처의 최대 장력이 같고 결국 전체적인 최대 장력이 최소가 되도록 내부 잔류 응력이 분포된다. 상기 상황은 연속 밴드의 내부 잔류 응력 분포가 작동 중 연속 밴드가 휘어질 수 있는 최소 곡률 반경의 두 배인 곡률 반경으로 종방향으로 휘어질때의 응력 분포에 대응한다. 연속 밴드가 예컨대, 절삭될 때의 내부 잔류 응력 분포하에서 휘어지는 곡률 반경은 이하 프리벤딩 반경으로 표시된다. 프리벤딩 반경과 최소 곡률 반경의 이러한 관계는 특히 상기 곡률의 반경 방향에서 봤을 때 연속 밴드 두께가 상기 최소 곡률 반경에 비해 상대적으로 작을 때 성립되며 이는 구동 벨트의 경우 일반적이다. 연속 밴드를 횡방향으로 자르고 잘린 연속 밴드에 의해 결정되는 형상의 종방향 곡률 반경을 측정함으로써 내부 잔류 응력을 결정하는 것이 EP-0.283.303 B1으로부터 공지되어 있다.

선행 기술에 따르면 바람직한 프리벤딩 반경은 구동 벨트가 적용되는 변속기의 일반적인 작동 중 무한링이 종방향으로 휘어지는 최소 곡률 반경의 두 배로 정의된다. 적어도 승용차 변속기에 적용되는 구동 벨트에 대해서는 작동 중의 최소 곡률 반경이 구동 벨트의 물리적인 최소 곡률 반경에 정확히 일치한다. 구동 벨트의 물리적인 최소 곡률 반경은 구동 벨트의 종방향으로의 요소들의 치수, 달리 말해 요소 두께와 함께 인접하여 서로 접촉한 요소들의 구동 벨트의 축에 대한 최대 회전양을 한정하는 테이퍼를 갖는 횡단 요소에 의해 결정된다. 물론, 물리적인 최소 반경은 아주 약간이긴 하지만 작동 중에 변속기의 변속비가 실제로 완전히 실현되도록 하는 최소 곡률 반경보다 작다. 적어도 승용차와 같은 구동 벨트의 일반적인 응용에 있어서는 구동 벨트의 물리적인 최소 곡률 반경을 10% 증가시킴으로써 연속 밴드의 적절한 프리벤딩 반경으로 근사시킬 수 있다.

그러한 프리벤딩 반경에서 프리벤딩되면 연속 밴드는 구동 벨트에 최장의 기능적 수명을 제공해야 하지만, 실제로 구동 벨트는 이론적으로 기대되는 것에 비해 빨리 파손되는 것으로 보인다. 따라서, 현재 적용되는 구동 벨트는 명목상의 토크 전달 능력에 비해 더 커지는데, 이는 구동 벨트에 종래 기술에 따라 이론적으로 요구되는 것보다 큰 종방향 대면 단면적을 갖는 무한링 또는 무한링들이 제공된다는 것을 의미한다. 이렇게 증가된 단면적은 연속 밴드내의 최대 응력 레벨을 감소시키는데, 이는 예를 들면 하나의 링에 사용되는 연속 밴드의 수를 증가시키거나 연속 밴드의 횡단폭을 증가시킴으로써 실현될 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 구동 벨트의 가격과 크기에 나쁜 영향을 주기 때문에 바람직하지 않다.

본 발명의 목적의 하나는 비용을 증가시키지 않고 공지된 구동 벨트의 기능적 수명을 향상시키거나, 일정한 토크 전달 능력을 갖는 구동 벨트의 가격을 낮추는 것이다. 이 목적은 청구범위 제1항에 따른 구동 벨트에 의해 놀랄만큼 실현된다.

조립된 구동 벨트와 두 개의 실린더형 롤러 주위를 활주하는 별도의 연속 밴드에 대한 광범위한 피로 실험과 그 결과에 대한 분석은, 적어도 연속 밴드의 피로가 구동 벨트의 파괴에 기여하는 경우에는, 앞서 적정값으로 고려된 작동 중 최소 곡률 반경의 2배 보다 훨씬 큰 프리벤딩 반경을 채용함으로써 구동 벨트의 기능적 수명이 향상된다는 것을 보여준다. 본 발명에 따르면, 이러한 현상은 공지된 구동 벨트의 파괴가 방사상 외측으로 지향된 표면 근처에서보다 링의 방사상 가장 안쪽에 있는 연속 밴드의 방사상 내측으로 지향된 표면 근처에서 더 자주 시작된다는 사실로 설명될 수 있다. 이러한 사실로부터, 구동 벨트의 만곡부 내에 있는 횡단 요소들과 방사상 가장 안쪽에 있는 연속 밴드의 방사상 내측으로 지향된 표면 간의 상호 작용의 결과, 예컨대 국부적으로 도입된 접촉 응력 때문에 상기 방사상 내측으로 지향된 표면 근처의 응력 레벨이 상승하는 것으로 추측된다. 그리고, 알려진 이론과 실험 결과간의 불일치는 횡단 요소가 연속 밴드 내에서 접촉 응력을 일으킨 결과로 추측되는데, 접촉 응력은 그 요소들이 풀리에 의해 무한 링에 접촉하여 밀림으로써 일어난다. 이렇게 해서 무한 링은 인장되고 따라서, 응력은 방사상 가장 안쪽에 있는 연속 밴드의 방사상 내측으로 지향된 표면 근처에 현저하게 국한된다. 이러한 접촉 응력들은 상기 인장, 굽힘 및 신장 때문에 구동 벨트의 작동 중 상기 연속 밴드 내의 인장력에 중첩되어 바람직하지 못하게 인장력 레벨을 국부적으로 증가시키는 것으로 보인다. 특히 연속 밴드가 구동 벨트의 연속 밴드에 사용되는 마레이징강(maraging steel)과 같은 재료에 일반적으로 함유된 티타늄-질화물(TiN) 또는 티타늄-탄화물(TiC) 함유물과 같은 비금속 함유물을 포함하는 재료로 만들어지는 경우에는 그 현상이 결정적으로 나타난다. 그러한 물질에 있어서 벨트의 파손을 야기시키는 밴드의 피로 파괴는, 일반적으로 예상되는 것처럼 표면에서 시작되는 것이 아니라, 비금속 함유물의 위치에서 상대적으로 상기 표면에 가까운 밴드 물질의 내부에서 시작되는 것처럼 보인다. 분명히 그러한 함유물은 예컨대 대략 5 마이크론보다 큰, 상당한 크기일 때는 국부적으로 연속 밴드 내의 응력 레벨을 상기한 접촉 및 인장력의 예정 레벨위로 상승시킨다.

본 발명에 따른 무한 링의 최소한 가장 안쪽에 있는 연속 밴드를 프리벤딩함으로써, 방사상 외측으로 지향된 표면 근처에서 인장력이 증가하는 대신 상기 굽힘과 인장에 기인한 최대 인장력은 방사상 내측으로 지향된 표면 근처에서 감소되는데, 이렇게 함으로써 연속 밴드 내의 전체적인 최대 응력 레벨은 증가하여 결국 피로 강도가 감소될 것이기 때문에 바람직하지 않은 것으로 보인다. 그러나, 본 발명에 따르면 연속 밴드의 방사상 내측으로 지향된 표면 근처에서 상기 접촉 응력의 불리한 영향은 굽힘에 의해 감소된 인장력에 의해 적어도 부분적으로 상쇄되기 때문에 실제로 피로 강도는 놀랄만큼 증가한다. 이렇게 해서, 무단 변속기에 사용되는 구동 벨트 내의 연속 밴드의 특성이 주어지면, 본 발명에 따른 측정은 작동 중의 최대 인장력 레벨과 다소 균등해 지는 것으로 보인다. 작동 중 구동 벨트에 대한 최대 허용 하중을 감소시키지 않고도 즉, 예정된 토크 전달 능력을 감소시키지 않고도 가장 안쪽에 있는 연속 밴드의 피로에 대한 저항을 놀랄만큼 증가시킬 수 있다.

만약 링 안에 있는 모든 연속 밴드들이 동일한 프리벤딩 반경을 가지고 있다면, 즉 유사한 공정 설비를 사용하여 동일한 공정에 의해 생산될 수 있다면 일반적으로 비용 효율이 특히 고려된다. 본 발명에 의하면, 그러한 구동 벨트의 다른 연속 밴드들은 각각의 방사상 외측으로 지향된 표면 근처에서 증가된 최대 응력 레벨을 경험하게 되지만 방사상 가장 안쪽에 있는 연속 밴드는 구동 벨트의 작동 중 상기 접촉 응력과 같은 추가적인 응력을 받음으로써 피로 파괴가 일어나기 쉽기 때문에, 이것도 허용될 수 있다. 물론, 주어진 최대 프리밴딩 반경이 초과되면, 연속 밴드의 방사상 외측으로 지향된 표면 근처에서의 증가된 최대 응력 레벨은 국부적인 피로 균열을 야기시킬 수 있다. 방사상 외측으로 지향된 표면과 내측으로 지향된 표면 근처에서의 증가된 최대 응력 레벨간의 적절한 최대 작동비는 약 3이다. 그 값 이하에서 균열의 시작은 방사상 내측으로 지향된 표면과 외측으로 지향된 표면 사이에서 다소 임의적으로 분포되는 것으로 보인다. 예컨대 EP-B1-0.279.645로부터 공지된 것과 같은, 프리벤딩 반경에 대한 상기 최대 응력 레벨에 관한 공지된 방정식을 사용하면 상기 최대 응력비는 약 4의 값을 갖는 프리벤딩 반경에 해당한다. 이렇게 해서 본 발명에 따르면 프리벤딩 반경은 바람직하게는 작동 중 무한 링의 최소 곡률 반경의 2.5 내지 4.0배 사이의 값을 갖는데, 그 범위의 중간값 예컨대, 구동 벨트의 종방향 만곡부의 최소 반경의 약 3.3배의 값을 갖는 것이 바람직하다. 더 큰 프리벤딩 반경을 채택하면 연속 밴드의 방사상 외측으로 지향된 표면 근처에서 피로 균열이 시작되어 바람직하지 않다. 이러한 관점에서, 공지된 벨트에서는 작동 중 무한 링의 방사상 가장 바깥 쪽에 있는 연속 밴드와 횡단 요소들간에 상호 작용이 일어날 수 있다. 그러한 특성은 구동 벨트의 무한 링이 V 형 홈을 빠져나가는 위치에서 풀리 디스크의 탄성 변형이 일어나, 연속 밴드의 방사상 가장 바깥 쪽에 있는 연속 밴드와의 상호 작용을 통해 횡단 요소들이 무한 링에 의해 풀리로부터 멀리 당겨질 때 까지 풀리와 함께 계속 회전하게 되는 현상에 기인하는 것 같다. 이 상호 작용은 방사상 가장 바깥 쪽에 있는 연속 밴드 상에, 특히 방사상 외측으로 지향된 표면 근처에 국부적으로 더 큰 하중를 주는 접촉 응력을 일으킨다. 따라서, 본 발명은 또한 동심으로 적층된 적어도 두 개의 연속 밴드를 포함하는 구동 벨트에 관한 것으로, 그 무한 링의 방사상 가장 바깥 쪽에 있는 밴드에는 구동 벨트의 종방향 만곡부의 최소 반경의 2배보다 약간 작은, 바람직하게는 약 1.9배인 프리벤딩 반경이 제공된다.

만약 링안에 있는 연속 밴드들이 모두 동일한 프리벤딩 반경을 가지는 것이 더 바람직한 것으로 고려된다면, 가장 바깥 쪽에 있는 연속 밴드 상의 추가 하중은 또한 상기 최대 응력 레벨간의 비를 상기한 선호치 3.3보다 다소 낮게 함으로써 고려될 수 있고, 이렇게 함으로써 연속 밴드의 방사상 가장 바깥 쪽 표면 근처에서 최대 응력 레벨을 감소시킨다. 본 발명에 따르면, 이러한 관점에서 구동 벨트의 종방향 만곡부의 최소 반경의 약 3배인 프리벤딩 반경이 적절한 것으로 판단된다.

본 발명의 다른 실시예에서, 연속 밴드의 프리벤딩 반경은 원주를 따라 최소 프리벤딩 반경과 최대 프리벤딩 반경 사이에서 변하고, 바람직하게는 타원형으로 변한다. 그러한 연속 밴드는 적어도 내부 잔류 응력 분포가 어느 정도 균일하도록 연속 밴드를 원주를 따라 균일하게 프리벤딩하는 공정과 이어서 연속 밴드를 열처리하는 공정을 포함하는 바람직한 제조 공정에 있어서 중요한 이점을 갖는다. 열처리 과정에 있어서 연속 밴드는 완전하고 균등하게 분포된 열처리를 위해 표면이 가능한 많이 노출되도록 용광로 안에 매달릴 필요가 있다. 본 발명에 따르면, 쉬운 공정 처리로 이러한 요구 사항을 모두 만족시키려면 밴드를 어느 정도 타원형이 되도록 하는 것이 유리하고, 상기 프리벤딩 공정에서 나타나는 것처럼 밴드가 원형이 되는 성향은 부유 장치 내에 밴드를 고정시키는데 사용될 수 있다. 그리고, 타원형은 특히, (반)연속 생산 공정에 있어서 공정 효율의 측면에서 바람직하다. 열처리 중에 일어나는 내부 응력의 완화는 이러한 부유 방법의 결과 연속 밴드의 원주를 따라 균일하지 않고, 이렇게 해서 프리벤딩 반경은 최소 프리벤딩 반경과 최대 프리벤딩 반경 사이에서 변할 것이다.

공지 기술과 최대 및 최소 프리벤딩 반경 사이의 바람직한 비와는 별도로, 실제 최대 및 최소 프리벤딩 반경은 상기 최소 종방향 곡률 반경의 2배인 최적값의 일측에 거울 상으로 놓이게 되어, 연속 밴드의 방사상 내측으로 지향된 표면 근처의 최대 인장력과 방사상 외측으로 지향된 표면 근처의 최대 인장력이 다시 동일해 진다. 그러나, 상기한 바를 기초로 우수한 피로 특성들은 청구범위 제6항에 따른 구동 벨트에 의해 놀랄만큼 달성된다.

만약 피로 균열이 실제로는 연속 밴드의 방사상 내측으로 지향된 표면 근처에서 주로 발생한다는 사실을 기초로 가장 결정적인 것으로 보이는 프리벤딩 반경의 최소값이 구동 벨트의 종방향 만곡부의 최소 반경의 적어도 2배가 된다면 더 향상될 수 있다. 이렇게 해서, 본 발명에 따라 피로 강도를 저하시키지 않고 연속 밴드의 최적 공정 처리를 바람직하게 실현시키기 위해, 연속 밴드의 최소 곡률 반경은 상기한 최소 종방향 곡률 반경과 같거나 그보다 2배 이상이 된다. 본 발명에 따르면, 최대 프리벤딩 반경과 최소 프리벤딩 반경 사이의 비는 1.5 내지 2.5 이고, 수용 한계 내에서 연속 밴드의 원주를 따라 상기 최대 응력 레벨에 있어서의 차이를 유지하면서 바람직한 공정 처리를 실현하기 위해서는 약 2가 되는 것이 더 바람직하다.

더 나아가서, 최대 프리벤딩 반경과 최소 프리벤딩 반경은 모두 위에서 한정한 2.5 내지 4 사이의 값을 갖는다. 이러한 방법으로, 최적의 구동 벨트 피로 저항은 실현될 수 있지만, 상기 프리벤딩 반경들 사이의 비가 기껏해야 약 1.6이기 때문에 공정 처리는 조금 덜 바람직하다.

상기한, 그리고 이하의 기술로부터 명백해질 다른 목적들과 관련하여, 본 발명에 따른 가요성 벨트형 변속 수단들의 바람직한 실시예들이 첨부한 도면에 도시된다.

도1은 공지된 형태의 구동 벨트를 구비한 무단 변속기의 단면 입면도.

도2는 도1의 A-A 단면으로 본 공지의 구동 벨트.

도3은 도2에 따른 구동 벨트의 일부분을 더 상세하게 도시한 도면.

도4는 공지된 구동 벨트와 그 구동 벨트의 연속 밴드들이 종방향으로 휘어질 수 있는 최소 곡률 반경을 도시하는 공지된 구동 벨트의 측면도.

도5는 일정한 프리벤딩 반경을 갖는 잘려진 연속 밴드의 형상을 도시한 도면.

도6은 공지된 구동 벨트의 연속 밴드의 방사상 외측으로 지향된 표면 근처에서의 최대 인장력 및 방사상 내측으로 지향된 표면 근처에서의 최대 인장력을 프리벤딩 반경에 대한 관계로 나타낸 그래프.

도7은 공지된 구동 벨트의 연속 밴드의 방사상 외측으로 지향된 표면 근처에서의 최대 인장력 및 방사상 내측으로 지향된 표면 근처에서의 최대 인장력을 프리벤딩 반경과 종방향 최소 곡률 반경의 비에 대한 관계로 나타낸 그래프.

도8은 최대 및 최소 프리벤딩 반경 사이에서 타원형으로 변하는 프리벤딩 반경을 가진 잘려진 연속 밴드의 형상을 도시한 도면.

도9는 제조 중 연속 밴드를 프리벤딩 하기 위해 사용되는 공정을 개략적으로 도시한 도면.

도10은 제조 중 연속 밴드를 처리하는 바람직한 방법을 개략적으로 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 구동 벨트

2, 4 : 구동 풀리

3 : 구동축

20, 21 : 무한 링

22 : 연속 밴드

30 : 횡단 요소

도1은 공지된 형태의 구동 벨트(1)를 구비한 무단 변속기의 단면 입면도를 도시한다. 그 변속기는 구동 축(3)에 대해 회전 가능한 구동 풀리(2), 구동 축(5)에 대해 회전 가능한 구동 풀리(4), 그리고 풀리(2)와 풀리(4)를 구동 식으로 연결하는 구동 벨트(1)를 포함한다. 변속기의 각 풀리(2, 4)는 벨트(1)의 종방향(L)으로 휘어지는 궤적에서 구동 벨트(1)의 일부가 위치하는 V홈을 형성하는 두 개의 원뿔형 디스크를 포함한다. 풀리(2, 4) 사이에서 구동 벨트(1)는 종방향으로 직선인 궤적 부분을 활주한다. 궤적의 만곡부에서 구동 벨트(1)의 곡률 반경(R)들은 상기 풀리(2, 4)들 사이에서 원하는 속도 및 토크 변속비를 실현하기 위해 상호간 통합적으로 제어된다. 이러한 제어는 해당 기술 분야에서 일반적으로 공지되어 있으므로 여기서는 더 이상 논의되지 않을 것이다. 변속기 벨트(1)는 무한 링(20)과 여러 개의 판형 횡단 요소(30)들을 포함한다. 구동 벨트(1)의 만곡된 궤적부는 판형 횡단 요소(30)들 사이에서 고정되어, 그 횡단 요소(30)들 사이에서 토크를 전달하는 구동 풀리(2)와 구동 풀리(4) 각각의 디스크와 마찰 접촉을 하게 된다.

도2는 도1의 A-A 단면에 대해 구동 벨트(1)를 도시한다. 도시된 구동 벨트(1)에는 동심으로 적층된, 즉 방사상 차곡차곡 포개진 여러 개의 연속 밴드 22(22-1, 22-2, 22-3 및 22-4)를 포함하는 적층 구조를 갖는 두 개의 무한 링(21)이 제공된다. 이 적층 구조는 구동 벨트(1)의 확대 단면을 나타내는 도3에 도시된다. 그 링(21)들은 횡단 요소들 내에 있는 홈 안에 제공되고 각 홈은 방사상 외측으로 지향된 경계 표면과 방사상 내측으로 지향된 경계 표면을 갖는다. 방사상 외측으로 지향된 경계 표면은 안부 표면(saddle surface)(33)으로 지시되고 방사상 내측으로 지향된 경계 표면은 상부 표면(34)으로 지시된다. 상기 요소들(30)은 종방향(L)으로 무한 링(21)의 원주를 따라 미끄러질 수 있다. 구동 벨트(1)가 만곡 궤적을 따라 통과하도록, 횡단 요소들에는 테이퍼진 방사상 내측부가 제공되고, 그 요소(30)들의 두께, 즉 상기 종방향(L)으로의 치수는 구동 벨트(1)의 방사상 내측을 향해 감소한다. 이 때문에 두 개의 인접하고 상호 접촉하는 횡단 요소들은 그 요소들 상에서 횡방향으로 지향된 경사 에지(32)에 대해 경사지게 된다. 도3에 도시된 바와 같이, 테이퍼진 부분(31)은 두 개의 인접한 횡단 요소(30)들 사이에서 최대 경사각을 결정하고, 그 요소(30)들의 정상 두께와 함께 구동 벨트(1), 또는더 정확하게는 무한 링(21)이 종방향으로 휘어질 수 있는 최소 곡률 반경(R_MIN)을 결정한다. 따라서, 구동 벨트(1)의 종방향 단면의 곡률 반경은 무한 링(21)이 직선 형태를 갖는 최대 반경(R_∞)과 무한 링(21)이 상기 종방향(L)으로 가장 촘촘하게 휘어진 최소 반경(R_MIN) 사이에서 변할 수 있다. 구동 벨트(1)를 일반적인 자동차 변속기에 적용하면 판형 횡단 요소(30)들은 1.0 mm 내지 2.5 mm의 두께를 갖는 반면, 무한 링(21)의 원주 길이는 600 mm 내지 900 mm의 값을 갖는다. 횡단 요소(30)들의 테이퍼(31)는 일반적으로 상기한 최소 종방향 곡률 반경(R_MIN)이 약 25 mm 내지 35 mm가 되도록 형성된다. 구동 벨트(1)가 작동 중 실제로 변속 상태에 있게 되는 최소 곡률 반경은 구동 벨트(1)와 변속기의 제작 오차를 위한 얼마간의 공차를 제공하기 위해 일반적으로 상기한 최소 종방향 곡률 반경(R_MIN)보다 약간 더 작다.

풀리(2, 4)를 회전적으로 연결하는 무단 변속기에 사용되기 때문에, 구동 벨트(1)는 작동 중 연속적으로 휘어지고 곧아진다. 이 때문에 각 연속 밴드의 방사상 내측으로 지향된 표면과 방사상 외측으로 지향된 표면 부근의 인장력은 최대 응력 레벨과 최소 응력 레벨 사이에서 변한다. 최대 응력 레벨을 최소화하기 위해, 구동 벨트(1)의 연속 밴드(22)를 제작하는 중에 상기 연속 밴드(22-1, 22-2, 22-3 및 22-4) 각각에 내부 잔류 응력을 제공하여, 도5에 도시된 바와 같이 횡방향으로 잘랐을 때 연속 밴드(22)가 곡률 반경, 소위 프리벤딩 반경(R_PB)을 갖는 종방향 만곡부를 형성한다. 프리벤딩 반경(R_PB)은 상기 최소 곡률 반경(R_MIN)의 2배이다. 연속 밴드의 방사상 내측으로 지향된 표면 근처의 최대 인장력(σ_MAX-IN) 및 방사상 외측으로 지향된 표면 부근의 최대 인장력(σ_MAX-OUT)과 프리벤딩 반경(R_PB) 사이의 관계를 제공하는 도6의 그래프에 따르면, 상기 최소 곡률 반경 R_MIN의 2배인 프리벤딩 반경에서 상기 최대 인장력 σ_MAX-IN과 σ_MAX-OUT은 동일하고, 점선 △σ_MAX는 σ_MAX-IN과 σ_MAX-OUT의 차이를 나타낸다. 결국, 연속 밴드(22) 내에서 전체적으로 발생하는 최대 인장력 레벨은 이러한 조건하에서 최소가 된다.

본 발명에 따르면, 구동 벨트(1)의 실제 작동 중 적어도 그 구동 벨트(1)의 파손이 연속 밴드(22)의 파손에 기인하는 것이 명백한 경우에는 연속 밴드가 앞서 최적인 것으로 판단된 작동 중의 최소 곡률 반경(R_MIN)의 2배보다 실질적으로 더 큰 프리벤딩 반경(R_PB)을 갖도록 함으로써 그 구동 벨트의 수명이 현저히 향상될 수 있다. 더 구체적으로, 링(21)의 방사상 가장 안쪽에 있는 연속 밴드(22-1)의 프리벤딩 반경(R_PB)은 작동 중의 최소 곡률 반경(R_MIN)의 적어도 2배가 되어야 한다. 본 발명의 실시예들은 넓게는 도6에 일치하지만, 가로축이 R_PB를 R_MIN으로 나눈 몫이 되는 도7의 그래프에 나타난다. 구동 벨트(1) 안에 있는 연속 밴드(22)의 방사상 내측으로 지향된 표면이 상기 최소 곡률 반경(R_MIN)에 비해 작은 폭을 갖는 다수의 횡단 요소(30)들과 미끄럼식으로 접촉하게 되는 특정 예가 본 발명에 따라 설명된다. 구동 벨트(1) 궤적의 만곡부 내에서 횡단 요소(30)들, 더 구체적으로는 그 안부 표면(33)들과 방사상 가장 안쪽에 있는 연속 밴드(22-1)의 방사상 내측으로 지향된 표면간의 상호 작용은 그 밴드(22-1)의 조기 파손을 일으키는 레벨까지 인장력을 국부적으로 상승시킨다. 이는 특히 링(21)의 다른 밴드(22-2, 22-3 및 22-4)들과 비교했을 때 그렇다.

본 발명에 따르면, 방사상 바깥쪽으로 배치된 연속 밴드(22-2, 22-3 및 22-4)들은 바람직하게는 가장 안쪽에 있는 연속 밴드(22-1)의 프리벤딩 반경에 대체로 일치하는 프리벤딩 반경(R_PB)을 갖는다. 도6으로부터 본 발명에 따른 이러한 프리벤딩 반경에 대해 전체적인 최대 인장력, 특히 방사상 외측으로 지향된 표면 근처에서의 최대 인장력(σ_MAX-OUT)은 각 밴드(22-2, 22-3 및 22-4)에서 증가되는 것으로 나타나지만, 구동 벨트의 작동 중 가장 안쪽에 있는 연속 밴드(22-1)에 의해 수용되는 추가 응력은 더 커서 이 밴드(22-1)는 가장 피로 균열이 일어나기 쉽다. 물론, 주어진 임계 프리벤딩 반경(R_PB)을 초과하면 연속 밴드(22)의 방사상 외측으로 지향된 표면 근처에서의 증가된 최대 응력 레벨은 국부적인 피로 균열을 일으킬 수 있다. 연속 밴드(22)의 상기 굽힘과 인장에 의한 상기 최대 응력 레벨들간의 적절한 최대 작동비는 3인 것을 알 수 있다. 이는 상기 최대 응력 레벨에 대해서 EP-B1-0.279.645로부터 공지된 방정식을 사용하여 계산했을 때 최소 프리벤딩 반경이 구동 벨트(1)의 종방향 만곡부의 최소 반경의 약 4배인 것에 일치한다. 더 큰 프리벤딩 반경(R_PB)을 선택하면 바람직하지 못하게 연속 밴드(22)의 방사상 외측으로 지향된 표면 근처에서 피로 균열이 시작되도록 하는 것 같다.

일반적으로 자동차에 사용되는, 더 구체적으로는 승용차에 사용되는 구동 벨트(1)에 대해서 더 숙지하면, 무한 링(21)의 방사상 가장 안쪽에 있는 밴드(22-1)가 무한 링(21)의 종방향 만곡부의 상기 최소 곡률 반경(R_MIN)의 약 3.3배인 프리벤딩 반경(R_PB)을 가지도록 하면 벨트 수명은 현저히 향상된다.

구동 벨트(1)의 작동 중 무한 링(20)의 링(21)의 방사상 가장 바깥쪽에 있는 연속 밴드(22-4)와 횡단 요소(30)들, 특히 그 상부 표면(34)간에 상호 작용이 일어날 수 있다는 사실에 주의해야 한다. 그러한 특성은 풀리 디스크의 탄성 변형 때문에 적어도 구동 벨트(1)의 무한 링(21)이 V홈을 빠져나가는 위치에서 풀리 디스크들이 무한 링(21)에 의해 풀리(4 또는 5)로부터 멀리 당겨질 때까지 방사상 가장 바깥 쪽에 있는 연속 밴드(22-4)와 상기 상부 표면(34)간의 상호 작용을 통해 횡단 요소(30)들이 풀리 디스크와 함께 계속 회전하는 현상에 기인하는 것으로 보인다. 이러한 상호 작용은 방사상 가장 바깥 쪽에 있는 연속 밴드(22-4)의 방사상 외측으로 지향된 표면 근처에서 일어나는 인장력을 상승시키는 접촉 스트레스를 일으킨다. 이렇게 해서 본 발명은 또한 동심으로 적층된 복수의 연속 밴드(22)들을 구비한 적어도 하나의 무한 링(21)을 포함하는 구동 벨트(1)에 관한 것이다. 여기서 방사상 가장 바깥 쪽에 있는 밴드(22-4)는 상기 최소 곡률 반경(R_MIN)의 약 2배보다 약간 작은, 바람직하게는 1.9배인 프리벤딩 반경(R_PB)을 갖는다.

본 발명의 다른 실시예에서 연속 밴드(22)의 프리벤딩 반경(R_PB)은 최소 프리벤딩 반경(R_PB-MIN)과 최대 프리벤딩 반경(R_PB-MAX) 사이에서 원주를 따라 변하는데, 바람직하게는 다음 방정식에 따라 타원형으로 변한다.

여기서 φ는 0 부터 360도의 회전 각도이다. 잘릴 때, 타원형으로 프리벤드된 연속 밴드(22)는 도8에 도시된 바와 같이 종방향으로 만곡된 형상을 갖는다. 그러한 연속 밴드(22)는 적어도 프리벤딩과 열처리를 포함하는 생산 공정에서 중요한 이점을 갖는다. 프리벤딩 단계는 도9에 도시되어 있다. 이 공정에서 연속 밴드(22)는 바람직한 최소 프리벤딩 반경(R_PB-MIN)보다 어느 정도 작은 직경 D를 갖는 두 개의 실린더형 롤러(6) 주위로 감겨 롤러(6)들은 결국 연속 밴드(22)와 함께 구동식으로 회전한다. 동시에 힘 F가 적어도 하나의 롤러에 가해져 이 롤러를 다른 롤러로부터 멀리 당김으로써, 중심간의 거리를 증가시킨다. 이러한 과정에 의해 연속 밴드(22)는 약간 연장되는 동시에 프리벤드되고 밴드의 변형은 밴드(22)의 원주를 따라 균일하게 분포된다. 이 공정은 일반적으로 다소 균일한 내부 잔류 응력 분포를 일으키고 결국 적어도 근사하게 밴드(22)의 원주를 따라 일정한 프리벤딩 반경(R_PB)을 야기시킨다. 본 발명의 목적을 위해서 적어도 현재 바람직한 구동 벨트와 무단 변속기의 설계에 대해서는 본 발명에 따른 프리벤딩 반경(R_PB)을 만들기 위해 50 mm 내지 70 mm의 직경을 갖는 롤러가 사용될 수 있다.

열처리 공정은 연속 밴드(22)의 표면이 가능한 많이 주위로 노출되도록 용광로 내에 안전하게 매달린다. 이렇게 해서, 밴드(22)의 완전하고 균일하게 분포된 열처리가 실현된다. 본 발명에 따르면, 공정 처리를 용이하게 함과 동시에 이러한 요구 조건을 충족시킴에 있어서 밴드(22)에 측면에서 보았을 때 어느 정도 타원형으로 힘을 가하는 것이 매우 바람직하다. 도10에 도시된 바와 같이, 이는 예를 들면 전략적으로 배치된 세 개 이상의 로드(7)에 의해 실현될 수 있다. 이 때문에 상기 프리벤딩 공정에서 밴드(22)가 원형으로 다시 돌아가려하는 성향은 도10에 도시된 바와 같이 상기 로드(7)와 밴드(22) 사이에서 반작용력(F_R)을 일으킨다. 그 힘(F_R)은 연속 밴드(22)를 부유 장치에 안전하게 고정시키는데 사용될 수 있다. 이렇게 해서 연속 밴드(22)의 타원 형상은 특히 하나의 치수가 공정 효율을 결정하는 (반)연속 제조 공정에서 공정 효율을 최적화하는데 바람직하다. 열처리 중 당연히 일어나는 내부 응력의 완화는 그러한 부유법의 결과로 연속 밴드(22)의 원주를 따라 균일하지 않게 되고, 따라서 프리벤딩 반경(R_PB)은 밴드(22)의 원주를 따라 최소 프리벤딩 반경(R_PB-MIN)과 최대 프리벤딩 반경(R_PB-MAX) 사이에서 변할 것이다. 본 발명에 따르면 이는 특히 최대 프리벤딩 반경(R_PB-MAX)과 최소 프리벤딩 반경(R_PB-MIN) 사이의 비가 1.5 내지 2.5, 바람직하게는 2의 값을 가질 때 허용된다.

상기대로 본 발명은 상기 구동 벨트(1)를 위한 연속 밴드(22)를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 두 개의 실린더형 롤러(6) 주위로 장착되고 회전하는 동안 밴드(22)를 약간 연장시킴으로써 밴드(22)를 변형하는 단계와 용광로 안에매달려 있는 동안 밴드(22)를 열처리하는 단계를 포함한다. 이렇게 해서 롤러(6)는 50 mm 내지 70 mm의 직경(D)을 갖는다. 그리고, 열처리 단계에서 연속 밴드(22)는 종방향 원주가 타원형이 되도록 매달린 채 고정되는 것이 매우 바람직하다.

본 발명은 상기 사항 및 첨부된 도면의 세부 사항들과는 별도로 이하 청구범위에 의해 제공되는 특성들에 관한 것이다.

본 발명에 따라 비용을 증가시키지 않고 기능적 수명을 향상시키면서 일정한 토크 전달 능력을 갖는 구동 벨트가 제공된다. 또한 이 구동 벨트는 우수한 피로 특성을 갖는다.

Claims

연속적으로 변하는 변속비를 실현시키는 변속기를 위한 구동 벨트(1)이며,

판형 횡단 요소(30)들의 배열과 체결되는 적어도 하나의 연속 밴드(22)를 포함하고, 그 요소(30)들은 연속 밴드(22)의 종방향(L)을 따라 자유롭게 활주할 수 있으며,

그 요소(30)들에는 그 요소(30)들의 횡방향으로 향하여 경사진 에지(32)에 대해 두 개의 상호 접촉하는 횡단 요소(30)들이 상호 회전하도록 하는 테이퍼진 부분(31)이 제공됨으로써, 구동 벨트(1)와 상기 적어도 하나의 연속 밴드(22)가 종방향으로 휘어지는 최소 곡률 반경(R_MIN)을 한정하고, 연속 밴드(22)에는 종방향으로 소위 프리벤딩 반경(R_PB)으로 휘어지는 형상에 일치하는 내부 잔류 응력이 제공되며,

상기 적어도 하나의 연속 밴드(22)의 프리벤딩 반경(R_PB)은 상기 최소 곡률 반경(R_MIN)의 2.5배보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 구동 벨트.
제1항에 있어서, 상기 프리벤딩 반경(R_PB)이 상기 최소 곡률 반경(R_MIN)의 2.5배 내지 4.0배 사이의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 구동 벨트.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프리벤딩 반경(R_PB)은 상기 최소 곡률 반경(R_MIN)의 약 3.3배가 되는 것을 특징으로 하는 구동 벨트.
제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 프리벤딩 반경(R_PB)은 상기 최소 곡률 반경(R_MIN)의 약 3배가 되는 것을 특징으로 하는 구동 벨트.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 연속 밴드(22)는 비금속 함유물을 포함하는 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 구동 벨트.
연속적으로 변하는 변속비를 실현시키는 변속기를 위한, 특히 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 구동 벨트이며,

판형 횡단 요소(30)들의 배열과 체결되는 적어도 하나의 연속 밴드(22)를 포함하고, 그 요소(30)들은 연속 밴드(22)의 종방향(L)을 따라 자유롭게 활주할 수 있으며,

그 요소(30)들에는 그 요소(30)들의 횡방향으로 향하여 경사진 에지(32)에 대해 두 개의 상호 접촉하는 횡단 요소(30)들이 상호 회전하도록 하는 테이퍼진 부분(31)이 제공됨으로써, 구동 벨트(1)와 상기 적어도 하나의 연속 밴드(22)가 종방향으로 휘어지는 최소 곡률 반경(R_MIN)을 한정하고, 연속 밴드(22)에는 종방향으로소위 프리벤딩 반경(R_PB)으로 휘어지는 형상에 대응하는 내부 잔류 응력이 제공되며,

상기 적어도 하나의 연속 밴드(22)의 종방향 원주에 걸쳐 평균했을 때, 상기 프리벤딩 반경(R_PB)이 상기 최소 곡률 반경(R_MIN)의 2.5배와 4배 사이의 값을 갖도록 상기 프리벤딩 반경(R_PB)이 최대 프리벤딩 반경(R_PB-MAX)과 최소 프리벤딩 반경(R_PB-MIN)의 사이에서 연속 밴드(22)의 원주를 따라 변하는 것을 특징으로 하는 구동 벨트.
제6항에 있어서, 상기 최소 프리벤딩 반경(R_PB-MIN)은 상기 최소 곡률 반경(R_MIN)의 2배와 적어도 동일한 것을 특징으로 하는 구동 벨트.
제6항 또는 제7항에 있어서, 최대 프리벤딩 반경(R_PB-MAX)과 최소 프리벤딩 반경(R_PB-MIN)의 비가 1.5 내지 2.5 사이에 있고, 바람직하게는 2가 되는 것을 특징으로 하는 구동 벨트.
제5항, 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 연속 밴드(22)의 종방향 원주에 걸쳐 평균했을 때, 상기 프리벤딩 반경(R_PB)이 상기 최소 곡률 반경(R_MIN)의 3.0배 내지 3.3배 사이의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 구동 벨트.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 최대 프리벤딩 반경(R_PB-MAX)과 최소 프리벤딩 반경(R_PB-MIN)은 모두 상기 최소 곡률 반경(R_MIN)의 2.5배 내지 4배 사이의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 구동 벨트.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 구동 벨트(1)에는 동심으로 적층된 복수의 연속 밴드(22-1, 22-2, 22-3, 22-4)를 포함하는 적어도 하나의 링(21)이 제공되고, 상기 적어도 하나의 연속 밴드(22)는 링(21)의 방사상 가장 안쪽에 있는 밴드(22-1)인 것을 특징으로 하는 구동 벨트.
제11항에 있어서, 링(21)의 방사상 가장 바깥쪽에 있는 밴드(22-4)는 상기 최소 곡률 반경(R_MIN)의 2배보다 약간 작은, 바람직하게는 약 1.9배인 프리벤딩 반경(R_PB)을 갖는 것을 특징으로 하는 구동 벨트.
제11항 또는 제12항에 있어서, 동심으로 적층된 복수의 연속 밴드(22-1, 22-2, 22-3, 22-4) 중 다른 연속 밴드(22-2, 22-3, 22-4; 22-2, 22-3)들은 상기 최소 곡률 반경(R_MIN)의 2배에 해당하는 프리벤딩 반경(R_PB)을 갖는 것을 특징으로 하는 구동 벨트.
각각 다양한 폭을 갖는 V형 홈을 형성하는 두 개의 풀리(2, 4)와, 일렬의 판형 횡단 요소(30)들과 체결되는 적어도 하나의 연속 밴드(22)를 포함하는 구동 벨트(1)가 제공되고, 그 요소(30)들은 연속 밴드(22)의 종방향(L)을 따라 자유롭게 활주할 수 있으며,

그 요소(30)들에는 그 요소(30)들의 횡방향으로 향하여 경사진 에지(32)에 대해 두 개의 상호 접촉한 횡단 요소(30)들이 상호 회전하도록 하는 테이퍼진 부분(31)이 제공되고, 연속 밴드(22)에는 종방향으로 소위 프리벤딩 반경(R_PB)으로 휘어지는 형상에 일치하는 내부 잔류 응력이 제공되며,

상기 프리벤딩 반경(R_PB)은 변속기의 작동 중 무한 링(21)이 종방향(L)으로 휘어지는 최소 곡률 반경의 2.5 내지 4배가 되는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
무단 변속기에 사용하기에 적합한 구동 벨트(1)를 위한 연속 밴드(22)를 제조하는 방법이며,

특히 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에서 한정된 바와 같이 두 개의 실린더형 롤러(6) 둘레에 장착되어 회전하는 동안 밴드(22)를 약간 연장시킴으로써 변형시키는 단계와 용광로에 매달려 있는 동안 밴드(22)를 열처리하는 단계를 포함하며,

상기 롤러(6)들의 지름(D)은 50 mm 내지 70 mm의 값을 갖는 것을 특징으로하는 방법.
제15항에 있어서, 용광로 안에서 열처리되는 동안 연속 밴드(22)는 종방향 원주가 횡방향으로 볼 때 타원 형상을 갖도록 매달린 것을 특징으로 하는 방법.