KR20120101562A

KR20120101562A - 볼록한 풀리 시브를 구비한 변속기용 구동 벨트

Info

Publication number: KR20120101562A
Application number: KR1020127019416A
Authority: KR
Inventors: 루카스 헨드리쿼스 로베르투스 마리아 프린센
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2012-09-13
Also published as: WO2011076234A1; JP2013515916A; JP5818807B2; CN102667233A; CN102667233B

Abstract

본 발명은 2개의 풀리를 가진 자동차용 무단 변속기를 위한 구동 벨트에 관한 것으로, 각각의 풀리는 2개의 실질적으로 원추형의 풀리 시브를 포함하고, 상기 풀리 시브 사이에서 구동 벨트가 가변적인 반경 방향 위치에 유지되며, 상기 구동 벨트에는 횡단 요소(32)가 제공되고, 양 측면에는 풀리와의 마찰 접촉을 위해 의도된 플랭크(40)가 제공되며, 상기 플랭크(40)에는 2가지 상이한 유형의 하나 이상의 홈(41)이 제공되며, 제 1 유형의 홈(50)은 제 2 유형의 더 얕은 홈(51)보다 더 깊다.

Description

볼록한 풀리 시브를 구비한 변속기용 구동 벨트{DRIVE BELT FOR A TRANSMISSION WITH CONVEX PULLEY SHEAVES}

본 발명은 구동 벨트에 관한 것이며, 특히, 하기된 청구항 제 1 항의 전제부에 개시된 바와 같이, 볼록한 풀리 시브(sheave)를 구비한 2개의 가변 풀리를 가진 무단 변속기에 사용하기 위한 구동 벨트에 관한 것이다. 이러한 형태의 구동 벨트 및 관련 변속기의 일 예가 국제특허출원공보 제WO2006/062400 A1호에 개시되어 있다. 이 공지의 구동 벨트는, 특히, 연속, 즉, 무한 인장 요소 상에 슬라이드가능하게 장착된 횡단 요소 어레이를 특징으로 한다.

횡단 요소와 관련하여 방향을 설명할 때, 횡단 요소가 도 2의 정면도에 도시된 바와 같이 직립 위치에 있는 것으로 항상 가정한다. 이 도면에서, 구동 벨트의 길이 방향 또는 원주 방향은 도면의 평면에 대해 직각인 방향이다. 도 2의 평면에서, 측 방향 또는 폭 방향은 좌측에서 우측으로의 방향이고, 반경 방향 또는 높이 방향은 위에서 아래로의 방향이다.

공지된 횡단 요소는 하부, 중간부 및 상부를 포함한다. 무한 인장 요소는 -이 예에서- 다수의 포개지고 평탄하며 가요성이 있는, 즉 비교적 얇은 금속 링의 2세트에 의해 형성된다. 상부의 방향으로 상방향을 대면하는 횡단 요소의 하부의 에지는 이 링 세트들을 위한 지지면을 형성한다. 횡단 요소의 실질적으로 화살촉-형상인 상부는 링 세트들 위에 또는 반경 방향 외측에 배치되며, 높이 방향으로 링 세트들을 둘러싼다. 링 세트들의 높이에 배치되는 중간부는 하부와 상부를 상호 연결하며, 측방향으로 배향된 그의 에지들은 횡단 요소에 대한 각각의 링 세트의 축 방향 변위를 각각 제한하는 정지면을 형성한다. 횡단 요소는 무한 인장 요소의 원주방향에 대해 이동할 수 있도록 구동 벨트에 유지된다. 이 예에서, 각각의 횡단 요소의 하나의 주 표면, 예를 들어, 배면에는 오목부가 제공되고, 그 각각의 다른 주 표면, 예를 들어, 전면에는 돌출부가 제공되며, 구동 벨트에서 하나의 횡단 요소의 돌출부는 다른, 즉, 인접한 횡단 요소의 오목부에 유지된다. 또한, 횡단 요소의 하부에는 로킹 에지로 알려진 것이 제공되며, 즉, 거의 일정한 두께의 횡단 요소의 상부면과 테이퍼진 하부면 사이의 대체로 약간 라운드형의 이행부가 제공된다. 로킹 에지는 인접하는 횡단 요소들의 상대적인 회전을 허용하며, 구동 벨트가 변속기 풀리의 위치에서 요구되는 그 원주 방향으로의 곡선 경로를 따를 수 있도록 한다.

공지의 구동 벨트에서, 횡단 요소가 무한 인장 요소의 거의 전체 둘레를 채우고, 변속기 풀리의 위치에서, 그의 볼록하게 휘어진 시브들 사이에 클램핑됨으로써, 마찰의 도움으로 풀리와 구동 벨트 사이에서 구동력이 전달될 수 있다. 그 결과, 하나의 풀리의 회전이 회전 방향에서 앞으로 서로 밀어내는 횡단 요소들에 의해 다른 풀리로 전달될 수 있음과 아울러, 무한 인장 요소에 의해 안내된다.

그 정면도에서 알 수 있는 바와 같이, 횡단 요소의 하부의 측면 또는 측방향으로 배향된 플랭크(flank)에는, 이 경우에서, 높이 방향으로 볼록한 곡률부가 제공된다. 이 측면은, 그 (회전) 중심축을 포함하는 단면도에서 알 수 있는 바와 같이, 풀리의 약간 불룩한, 즉, 마찬가지로 볼록하게 휘어진 시브 표면과 마찰 접촉하도록 의도된 것이다. 공지의 횡단 요소의 측면은 하나 이상의 홈을 포함하고, 이 홈들은 각각의 측면의 대체로 또는 전체적으로 볼록하게 휘어진 외관에 대해 규정된다. 이 홈들은 이러한 유형의 변속기에 도포되는 것과 같은 윤활제를 수용하기 위해 제공되며, 구동 벨트와 풀리 사이에서 적절하게 높은 마찰 계수를 실현하기 위해 제공된다.

공지의 구동 벨트가 본래 잘 기능하지만, 본 출원인은 변속기에서 구동 벨트가 장시간 작동한 후, 상기 측면이 바람직하지 않게 마모되는 경향이 있음을 발견하였다. 그 결과, 상기 마찰 계수가 작동중에 점진적이지만 현저히 감소하는 것을 발견하였다. 특히, 그러한 마모가 불균일하게 분포됨으로써 작동중에 측면의 볼록한 외관이 변하는 경우, 문제가 된다는 것을 발견하였다. 극단적인 경우, 측면의 일부가 원래의 볼록한 외관을 완전히 상실할 수 있다는 것을 발견하였다.

본 발명의 목적은 작동중 측면 마모를 줄이거나, 적어도 그의 불균일성을 줄이는 것이다.

본 발명에 따르면, 이 목적은 공지의 구동 벨트 디자인에 하기된 청구항 제 1 항의 특징부의 특징들을 적용함으로써 달성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 횡단 요소의 측면은, 비교적 얕고 비교적 깊은 홈들 모두에 의해 분리된 돌출부들을 포함하는 표면 프로파일을, 적어도 초기에, 구비한다. 깊은 홈들은 공지의 벨트에서와 같이 윤활제를 수용하기 위한 목적으로 제공되는 반면, 얕은 홈들은 적어도 공지의 벨트에 비하여 풀리 시브와 홈들 사이에 있는 측면의 돌출부들 간의 초기 접촉 면적을 적어도 감소시키기 위해 제공된다.

그 결과, 변속기의 초기 작동시, 소위 런닝-인(running-in) 효과가 발생한다. 즉, 측면의 돌출부가 비교적 빠르게 마모되어 사라진다. 얕은 홈을 제공함으로써, 상기 돌출부들의 접촉 면적이 비교적 빠르게 증가하며, 마모율이 (거의) 제로로 떨어지고 정상 상태의 최저 마모율에 도달할 때까지, 구동 벨트와 풀리 간의 접촉 압력이 그에 따라 감소한다. 횡단 요소의 측면이 (표면 프로파일이) 초기에 런닝-인 마모하는 동안, 횡단 요소는 변속기가 장시간 작동할 때 적절하게 낮고 및/또는 균일하게 분포된 마모율을 제공하는 개략적인 측면 외관을 제공하도록 자연스럽게 형성되어 정착한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 예시적으로 보다 상세히 설명한다.

도 1은 종래 기술에 따라 2개의 풀리 및 구동 벨트를 구비한 무단 변속기의 개략도이고,
도 2는 풀리 시브 위치에서의, 도 1에 도시한 변속기의 접선방향 단면도이며,
도 3은 종래 기술에 따른 구동 벨트의 횡단 요소의 측면도이고,
도 4는 구동 벨트의 원주 방향 또는 운동 방향에서 본, 공지의 횡단 요소의 일 부분의 확대도로서, 상기 부분이 홈을 포함한 표면 프로파일을 구비한 횡단 요소의 측면을 포함하며,
도 5는 본 발명에 따라 규정된 표면 프로파일을 구비한 측면의 일 부분의 확대도이다.

도 1은 종래 기술에 따른 무단 변속기의 중심부를 개략적으로 도시한 도면이다. 공지의 변속기는, 엔진(미도시)에 의해 구동될 수 있는 변속기의 입력 축(6) 상에 일차 우력(couple of forces)(Tp)을 가진 일차 풀리(1)를 포함하고, 부하(미도시)를 구동할 수 있는 변속기의 출력 축(7) 상에 이차 우력(Ts)을 갖는 이차 풀리(2)를 포함한다. 양 풀리(1, 2)에는, 각각의 풀리 축(6, 7)에 견고하게 고정되는 실질적으로 원추형의 풀리 시브(5)와, 상기 축(6, 7)에 대해 축방향으로 변위될 수 있는 마찬가지로 실질적으로 원추형의 풀리 시브(4)가 제공된다. 두 풀리(1, 2)의 풀리 시브(4, 5) 사이에 구동 벨트(3)가 클램핑되며, 이 구동 벨트는 각각의 경우에 실질적으로 원의 호 형태인, 즉, 주행 반경(R)의 경로를 그린다. 구동 벨트(3)와 풀리(1, 2) 사이의 마찰의 도움으로 두 개의 풀리 축(6, 7) 사이에서 기계적 파워가 전달될 수 있으며, 변속기(1)의 변속비는 일차 및 이차 풀리(1, 2) 각각의 위치에서 구동 벨트(3)의 주행 반경(R)의 비율(quotient)에 의해 부여된다.

여기에 도시된 구동 벨트(3)는 소위 푸시 벨트 형태이며, 이는 그 각각이 하부(33), 상부(35), 및 하부(33)와 상부(35)를 상호 연결하는 중간부(34)로 이루어지는 본질적으로 연속적인 일련의 횡단 요소(32)를 포함한다. 하부(33)의 상면 중에서 상부(35)를 향해 대면하는 부분, 즉, 중간부(34)의 양측에서 하부(33)의 반경 방향으로 외측에 배치된 에지(36)는 연속, 즉, 무한 인장 요소(31)를 위한 지지면(36)을 형성한다. 이 예에서, 무한 인장 요소(31)는 다수의 포개지고, 즉 동심원상으로 적층되고 평탄하며 비교적 얇은 가요성 링의 2세트(31a, 31b)에 의해 형성된다. 무한 인장 요소(31)의 링과 횡단 요소(32)는 모두 금속으로 제조되며, 특히, 각각 마레이징강과 탄소강으로 제조된다.

횡단 요소(32)의 상부(35)는 무한 인장 요소(31)의 반경 방향 외측에 배치되며, 높이 방향으로 무한 인장 요소를 둘러싸는 한편, 중간부(34)는 무한 인장 요소(31)의 링(31a, 31b) 세트 사이에 배치된다. 이 경우에서, 중간부의 축방향으로 측방에 위치된 에지(37)는 링(31a, 31b) 세트에 대해 축 방향으로 정지면(37)을 각각 형성한다.

횡단 요소(32)는 무한 인장 요소(31)의 원주 방향에 대해 이동할 수 있도록 구동 벨트(3)에 유지된다. 이 배열에서, 각각의 횡단 요소의 하나의 주 표면, 예를 들어, 배면(46)에는 오목부(미도시)가 제공되고, 그 각각의 다른 주 표면, 예를 들어, 전면(43)에는 돌출부(44)가 제공되며, 각각의 경우에서 횡단 요소(32)의 돌출부(44)는 인접한 횡단 요소(32)의 오목부에 수용된다. 횡단 요소(32)의 하부(33)에는 로킹 에지(45)로 알려진 것이 제공되며, 즉, 거의 일정한 두께의 횡단 요소(32)의 상부면과 그 효과적으로 테이퍼진 하부면 사이의 대체로 약간 라운드형의 이행부가 제공되고, 로킹 에지(45)는 횡단 요소(32)의 전면(43)에서 횡방향으로 연장된다. 로킹 에지(45)는 인접하는 횡단 요소(32)들 사이의 로킹 또는 구름 경사 운동을 허용하며, 그 결과, 구동 벨트(3)는 원주 방향으로 볼 때 풀리(1, 2)의 시브(4, 5) 사이의 곡선 경로를 따를 수 있다.

두 풀리(1, 2)의 시브(4, 5)의 원추형 표면을 풀리 시브(4, 5)의 위치에서 변속기를 통한 접선방향 단면에서 도 2에 개략적으로 도시한 바와 같이 구형으로 또는 볼록하게 만드는 것이 종래 기술로부터 알려져 있다. 이 예에서, 풀리 시브(4, 5)의 원추형 표면(10)은 일정한 곡률 반경(Rr10)을 갖고 반경 방향 및 축 방향으로 규정된 단면 평면에서 약간 볼록하게 곡선형이다. 횡단 요소(32)의 하부(33)의 양측에 있는 측 방향으로 배치된 플랭크 또는 측면(40)에도 곡률 반경(Rr40)을 가진 볼록한 곡률부가 제공된다. 실제로, 상기 두 곡률 반경(Rr10, Rr40)은 도 2(및 다른 도면들)에 도시된 것보다 훨씬 더 크며, 도면에서는 명확한 도시를 위해 과장되어 있다. 또한, 상기 곡률 반경(Rr10, Rr40)은, 반경 방향과 풀리 시브(4, 5) 사이의 각도와 반경 방향과 측면(40) 사이의 각도가 상당한 정도, 즉, 예를 들면, 7.5도 내지 11.5도의 약 4도와 같이 몇 도 변화하도록, 규정된다. 또한, 실제로, 상술한 일정한 곡률 반경(Rr10, Rr40)과 달리, 반경 방향 또는 높이 방향으로 변화하는 곡률 반경도 채용된다.

전술한 변속기에서, 시브 표면(10)과 측면(40) 사이의 마찰 접촉과 이들의 마모 및/또는 손상을 가능한 한 제한하기 위해 액체 윤활제가 사용된다. 공지의 횡단 요소(32)의 측면(40)은, 상기 윤활제를 수용하고, 이에 따라, 상기 마찰 접촉에서 적절하게 높은 마찰 계수를 실현하기 위해 제공된 하나 이상의 홈(41)을 포함한다.

횡단 요소(32)의 측면(40)이 도 3 및 도 4에 보다 구체적으로 도시되어 있으며, 이들은 그 측면(40)의 위치에서 횡단 요소(32)의 측면과 정면을 각각 도시하고 있다. 측면(40)은 대체로 또는 전체적으로 볼록하게 휘어진 그 외관을 규정하며 작동시 풀리 시브 표면(10)과 (직접, 즉, 물리적으로) 실제로 접촉하게 되는 측면(40)의 상위부(42)에 의해 분리된 다수의 홈(41)을 포함하는 것으로 도시되어 있다.

홈(41)은 실질적으로 횡단 요소(32)의 두께 방향으로, 즉, 구동 벨트(3)의 원주 방향으로 배향되고, 그 배면(46)과 전면(43) 사이에서 연장된다. 구동 벨트(3)의 높이 방향 또는 반경 방향에서 각각의 홈(41)의 치수, 즉, 홈의 폭은 그 방향에서 측면(40)의 전체 치수의 대략 1 내지 5%인 것이 바람직하다. 홈(41)의 깊이는 덜 중요한 파라미터이며, 그 폭의 25% 내지 50%인 것이 바람직하다.

상기 측면(40)의 공지된 표면 프로파일은, 국소적이며 그에 따라 불균일하고 매우 바람직하지 않은 측면(40) 마모를 유발할 수 있는, 장기간 동안 단일의 변속비로 작동되는 승용차의 변속기에서 구동 벨트(3)의 전형적인 응용을 특별히 고려하여 개선될 수 있다.

본 발명에 따르면, 횡단 요소(32)의 측면(40)은, 비교적 얕은 홈(51)과 비교적 깊은 홈(50) 모두에 의해 분리된 돌출부(52)를 포함하는 표면 프로파일을, 적어도 초기에, 구비한다. 본 발명에 따른 이 표면 프로파일이 횡단 요소(32)의 "A" 부분을 확대하여 도 5에 도시되어 있으며, "A" 부분은 도 4에서 공지의 횡단 요소(32)와 관련하여 표시한 부분에 대응한다.

깊은 홈(50)은 공지의 벨트에서와 같이 윤활제를 수용하기 위한 목적으로 제공되는 반면, 얕은 홈(51)은 적어도 공지의 벨트(3)에 비하여 풀리 시브(4, 5)와 홈(50, 51)들 사이에 있는 측면(40)의 돌출부(52)들 간의 초기 접촉 면적을 적어도 감소시키기 위해 제공된다. 그 결과, 변속기의 초기 작동시, 소위 런닝-인 효과가 발생한다. 즉, 측면(40)의 돌출부(52)가 비교적 빠르게 마모되어 사라진다. 얕은 홈(51)을 제공함으로써, 상기 돌출부(52)들의 접촉 면적이 비교적 빠르게 증가하며, 마모율이 (거의) 제로로 떨어지고 정상 상태의 최저 마모율에 도달할 때까지, 구동 벨트(3)와 풀리(1, 2) 간의 접촉 압력이 그에 따라 감소한다. 횡단 요소(32)의 측면(40)이 (표면 프로파일이) 초기에 런닝-인 마모하는 동안, 횡단 요소는 변속기가 장시간 작동할 때 적절하게 낮고 및/또는 균일하게 분포된 마모율을 제공하는 개략적인 측면 외관을 제공하도록 자연스럽게 형성되어 정착한다.

바람직하게, 표면 프로파일의 돌출부(52)는 적어도 초기에 완만하게 라운드지고 볼록하게 휘어진 (단면) 외관을 갖는다. 바람직하게, 얕은 홈(51)과 깊은 홈(50)은 측면(40)에 간헐적으로 제공된다. 더 바람직하게, 얕은 홈(51)과 깊은 홈(50)은 모두 횡단 요소(32)의 전체 국소 두께에서, 즉, 구동 벨트(3)의 원주 방향에서의 그 치수에서 연장한다.

바람직하게, 깊은 홈(50)은 얕은 홈(51) 깊이의 5 내지 25배이며, 홈 깊이는 각각의 측면(40)의 초기 외관("C")의 (상대적) 돌출부(52)에 접하는 가상의 연속적인 볼록 곡선에 대하여 수직하게 측정된다. 더 바람직하게, 깊은 홈의 깊이는 25 내지 250 미크론이다. 더 바람직하게, 얕은 홈(51)의 깊이는 2 내지 20 미크론이다. 더 바람직하게, 깊은 홈(50)은 얕은 홈(51) 깊이의 5배보다 크다.

바람직하게, 깊은 홈(50)은 25 내지 100 마이크로미터의 폭을 갖는 반면, 얕은 홈(51)의 폭은 100 내지 250 마이크로미터이다. 더 바람직하게, 얕은 홈(51)은 깊은 홈(50) 폭의 2배보다 크다.

바람직하게, 적어도 얕은 홈(51)은, 그러나, 더 바람직하게는, 깊은 홈(50)도, 적어도 초기에, 완만하게 라운드지고 오목하게 휘어진 외관을 갖는다. 더 바람직하게, 표면 프로파일의 적어도 얕은 홈(51)의 오목한 외관은 돌출부(52)의 볼록한 외관과 완만하게 통합되며, 그러나, 바람직하게, 깊은 홈(50)의 외관과도 통합된다.

Claims

2개의 풀리(1, 2)를 가진 자동차용 무단 변속기를 위한 구동 벨트(3)로서, 각각의 풀리(1, 2)는 2개의 실질적으로 원추형의 풀리 시브(4, 5)를 갖고, 상기 풀리 시브 사이에서 구동 벨트(3)가 가변적인 반경 방향 위치(R)에 유지되며, 상기 구동 벨트(3)는 풀리(1, 2)와 마찰 접촉하기 위한 측면(40)을 구비한 횡단 요소(32)를 포함하고, 상기 측면(40)은 홈(41; 50; 51)을 포함한 표면 프로파일을 구비하는, 구동 벨트에 있어서,
상기 표면 프로파일은 당해 표면 프로파일의 돌출부(52)에 의해 분리된 적어도 2가지 유형의 홈(50; 51)을 포함하고, 제 1 유형의 홈(50)이 제 2 유형의 더 얕은 홈(51)보다 더 깊은 것을 특징으로 하는,
구동 벨트.
제 1 항에 있어서,
상기 횡단 요소(32)의 측면(40)은, 적어도 표면 프로파일의 돌출부(52)에 접하는 가상의 연속적인 곡선으로 규정할 때, 볼록하게 휘어진 것을 특징으로 하는,
구동 벨트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 얕은 홈(51)과 상기 깊은 홈(50)은 상기 표면 프로파일에 간헐적으로 제공된 것을 특징으로 하는,
구동 벨트.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홈(50; 51)의 깊이는 상기 표면 프로파일의 돌출부(52)에 접하는 가상의 연속적인 볼록 곡선에 대하여 수직하게 측정되는 것을 특징으로 하는,
구동 벨트.
제 4 항에 있어서,
상기 얕은 홈(51)의 깊이는 2 내지 20 마이크로미터이고, 및/또는 상기 깊은 홈(50)의 깊이는 25 내지 250 마이크로미터인 것을 특징으로 하는,
구동 벨트.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 깊은 홈(50)의 폭은 25 내지 100 마이크로미터인 것을 특징으로 하는,
구동 벨트.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 얕은 홈(50)의 폭은 100 내지 250 마이크로미터인 것을 특징으로 하는,
구동 벨트.
2개의 풀리(1, 2)를 구비한 변속기로서, 각각의 풀리는 2개의 실질적으로 원추형의 풀리 시브(4, 5)를 포함하고, 상기 풀리 시브 사이에서 제 1 항 내지 제 7 항 중 하나 이상에 따른 구동 벨트(3)가 가변적인 반경 방향 위치(R)에 유지되는, 변속기에 있어서,
상기 풀리의 풀리 시브(4, 5)에는 그들의 반경 방향으로 볼록한 곡률부가 제공된 것을 특징으로 하는,
변속기.