Hochleistungs-Hybridkeilriemenanordnung
Eine gattungsgemäße, aus Hybridkeilriemen und Riemenscheiben bestehende Keilriemenanordnung mit den in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2 genannten Merkmalen ist z. B. aus der Patentanmeldung EP 0 994 276 AI bekannt.
Hintergrund der Erfindung
Bisher bekannte Riemenanordnungen zur Transmission von Drehbewegungen und zur Leistungsübertragung zwischen mindestens zwei Riemenscheiben bestehen üblicherweise aus mindestens einem endlosen Zugträger (Lastträger), einer Vielzahl darauf angebrachter, als Stützelemente dienender Blöcke, sowie Riemenscheiben.
Bei vorbekannten Hybridkeilriemen mit zwei Zugträgern sind diese in Schlitze der Stützelemente eingefügt, die von geneigten Seitenflächen der Blöcke gegen deren mittleren Bereich verlaufen. Sowohl die leicht überstehenden Zugträger als auch die sie aufnehmenden Schlitze weisen konvexe oder konkave Abschnitte auf, wodurch sich eine in Längsrichtung der Zugträger relativ unbewegliche Ineingriffiiahme zwischen Stützelemente und Zugträger ergibt. In Riemenbreitenrichtung stützen sich die Zugträger gegen Druckkräfte von den Riemenscheiben am mittleren Bereich der Stützelemente ab (z. B. EP 0 135 710).
Bei vorbekannten Bauformen mit einem Zugträger hingegen ist dieser analog in einem Schlitz angeordnet, der für die unbewegliche Ineingrifmahme sorgt. Dabei umschließen die Blöcke oder Stützelemente den Zugträger, so dass eine Abstützung des Zugträgers gegen in Riemenbreitenrichtung aktive Kräfte nicht erforderlich ist (EP 0047 586, EP 0 257 646).
Das Betriebsverhalten und die Herstellung der Hybridkeilriemen lassen jedoch weitere Verbesserungen erforderlich erscheinen:
Hybridkeilriemenanordnungen dienen der Übertragung vergleichsweise hoher Leistung, so 5 dass auf den Riemenverbund hohe Kräfte in Riemenlängsrichtung wirken. Für die reibschlüssige Kraftübertragung zwischen den Riemenscheiben und dem Riemenverbund sind dem vorliegenden Reibwert entsprechend Anpresskräfte aufzubringen, die auch die Riemenscheiben, aber primär die Stützelemente des Riemenverbundes verformen und damit die Größe und Lage der Kontaktflächen des Riemenverbundes zu den l o Riemenscheiben gegenüber einem unbelasteten Ausgangszustand verändern. Da die herrschenden Anpresskräfte gewöhnlich dem Betriebszustand angepasst werden, ergeben sich besonders große Verformungen der Stützelemente in Betriebszuständen mit hohem Drehmoment.
15 Zusätzlich zur Verformung der Stützelemente im Kontaktbereich zur Riemenscheibe wird das Verformungsverhalten der Zugträger durch die sie umgebenden Stützelemente beeinflusst. Übliche Ausführungen mit generell identischen Flankenwinkeln an der Keilriemenscheibe und ihren Gegenflächen, den Kontaktflächen an den Stützelementen und den Zugträgern, erreichen unter Belastung infolge der dann auftretenden
20 Verformungen nicht das Optimum.
Aufgabe und Lösung der Erfindung
Vor dem Hintergrund der benannten Nachteile besteht der Schwe unkt des erfinderischen 25 Bestrebens in einer Verbesserung der Inemgriffnahme: Stützelemente ./. Scheibenflanken unter besonderer Berücksichtigung der durch Belastung an den Stützelementen hervorgerufenen Verformungen. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.
30 Aufgrund der trapezförmigen Grundform der Stützelemente ist der Verformungswiderstand der Stützelemente an den radial inneren Teilen geometrisch
bedingt unterschiedlich zu dem an radial äußeren Teilen. Zwischen den radial inneren und äußeren Teilen befindet sich weiterhin der Zugträger, der ebenfalls einen eigenen Verformungswiderstand aufweist. Es ist daher sinnvoll, abweichend von im unbelasteten Zustand gleichen Flankenwihkel unterschiedliche Winkel α, ß, γ, δ (Fig. 4) an Scheiben, Zugträgern und Kontaktflächen der Stützelemente einzustellen.
Eine alternative oder zusätzliche Verbesserung der Beanspruchung der Kontaktflächen durch Flächenpressung wird erzielt, wenn die Flankenlinie der Scheiben schwach gekrümmt ausgeführt wird. Damit verschieben sich abhängig vom jeweils vorliegenden Laufradius und der herrschenden Normalkraft die durch Flächenpressung am höchsten beanspruchten Bereiche über die gesamten Kontaktflächen und minimieren damit verschleißbedingte Änderungen in den Abmessungen der Stützelemente über Laufzeit. In diesem Fall werden die Flankenlinien im unbelasteten Zustand zweckmäßig derart eingestellt, dass ihre Winkel α, ß, γ zur Scheibendrehachse A unterschiedlich und bevorzugt kleiner ausgeführt werden als der kleinste mögliche Sekantenwinkel δ über die Höhe der Kontaktflächen eines Stützelementes an der Scheibe mit schwach gefaiimmter Flankenlinie (Fig. 6).
Aufgrund der Νormalkräfte, die an den Riemenscheiben und den Kontaktflächen der Stützelemente wirken, und aufgrund der Zugkraft im Zugträger werden die Stützelemente derart verformt, dass sich die Enden der Stützelemente mit ihren Kontaktflächen gegenüber der auf Riemenbreitenrichtung bezogenen Mitte radial nach außen biegen. In der Folge kommen die Kontaktflächen nicht wie gewünscht entlang einer geraden Flankenlinie mit den Scheiben in Kontakt, sondern es entstehen Überhöhungen der Flächenpressung dadurch, dass jeweils die radial inneren Ecken der Kontaktflächen beansprucht werden, während die radial äußeren Bereiche nur schwach oder überhaupt nicht in Kontakt mit den Scheiben kommen. Da die radial äußeren Bereiche wegen der Trapezform in Riemenbreitenrichtung eine größere Ausdehnung aufweisen, sind sie von diesem Effekt grundsätzlich stärker betroffen. Daher ist es zweckmäßig, sowohl für die radial innere als auch für die radial äußere Kontaktfläche der Stützelemente den Winkel α bzw. ß zwischen Scheibendrehachse A und den Flankenlinien der Kontaktfläche im unbelasteten Zustand
kleiner auszuführen als den Winkel δ zwischen Scheibendrehachse A und Flankenlinie der Scheiben und den Winkel ß zur Flankenlinie der äußeren Kontaktfläche der Stützelemente wiederum kleiner auszuführen als den Winkel α zur Flankenlinie der inneren Kontaktfläche.
Die Flanken der Zugträger sind zum einen aufgrund ihres im Vergleich zu den Stützelementen geringen Verformungswiderstandes, zum anderen wegen der in ihnen eingebetteten Cordeinlage wiederum mit einem eigenen Flankenwinkel γ ausgeführt. Diese Zugträger werden aus einem Wickel durch Längsteilung des Wickels gewonnen, so dass sich bei gleicher Ausführung der Anschrägungen am Zugträger an der mit der
Riemenscheibe in Kontakt kommenden Seite und der für die Aufnahme im Schlitzgrund bestimmten Seite kein Verschnitt am Wickel ergibt, da die Abschlusskante eines ersten Zugträgers im Wickel gleichzeitig den Anfang des folgenden Zugträgers darstellt. Die Anschrägung (γ) an der mit der Riemenscheibe in Kontakt kommenden Seite sollte vorzugsweise nicht mehr als 10 ° von der radial äußeren (ß) oder radial inneren (et) Stützelementflanke abweichen.
Zeichnungen
Im folgenden werden verschiedene Ausführungsdetails von Hybridkeilriemen anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Hybridkeilriemenanordnung in Schnittdarstellung, von der Seite betrachtet;
Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 jeweils ein Stützelement mit zwei (Fig. 2 und Fig. 4) bzw. mit einem Schlitz (Fig. 3), in die jeweils ein Zugträger eingelegt ist; und zwar:
Fig. 2a, Fig. 3a und Fig. 4 jeweils in Frontansicht eines Stützelements;
Fig. 2b und Fig. 3b jeweils im Querschnitt;
Fig. 4 zeigt zusätzlich die verschiedenen, an der Stützelement-, der Zugträger- und der
Scheibenflanke auftretenden Winkel; Fig. 5 und Fig. 6 zeigen das Zusammenwirken Sτützelement Scheibe, und zwar:
Fig. 5 Stützelement, verformt unter Last, gerade Scheibenflanke;
Fig. 6 Stützelement, verformt unter Last, gekrümmte Scheibe, Sekante über
Kontaktbereich;
Fig. 7 Montage, Zugträgerflanke steiler als Verbindung der Ecken am Stützelement;
Fig. 8 Montage, Zugträgerflanke flacher als Verbindung der Ecken am Stützelement;
Fig. 9 einen Zugträger im Querschnitt, innere und äußere Flanke mit gleichem Winkel ausgeführt; und
Fig. 10 einen Zugträger, ausschnittsweise im Längsschnitt.
Beschreibung
Die in Fig. 1 dargestellte Riemenanordnung 2 für ein stufenlos verstellbares Getriebe weist einen Hybridkeilriemen 4 und zwei jeweils in ihrem Wirkradius RA, RB kontinuierlich verstellbare, jeweils aus linker 6a und rechter Hälfte 6b bestehende Keilriemenscheiben 6 auf. Der Hybridkeilriemen 4 besteht aus mindestens einem Zugträger 8 sowie einer Vielzahl daran angeordneter Stützelemente 10.
Die Figuren 2a bis 10 zeigen Details der in Fig. 1 dargestellten Riemenanordnung 2. Insbesondere aus den Figuren 2a bis 4 ist der Aufbau der aus mindestens einem Zugträger 8 und Stützelementen 10 bestehenden Hybridkeilriemen 4 zu sehen. Die Stützelemente 10 sind in etwa trapezförmig ausgebildet, wobei die jeweiligen
Seitenflanken 12 zur Ineingrifthahme mit einer (in Fig. 4 ausschnittsweise dargestellten) Keilriemenscheibe 6 abgeschrägt sind.
Das in Fig. 2a dargestellte Stützelement 8 ist beidseitig jeweils mit einem Schlitz 14 versehen. Die beiden Schlitze 14 erstrecken sich in Richtung auf die Mitte des Stützelements 10.
Das in Fig. 3a dargestellte Stützelement 10 weist einen Schlitz 14 auf, der von einer der beiden Seitenflanken 12 bis über die Mitte reicht.
Die Schlitze 14 dienen zur Aufnahme jeweils eines Zugträgers 8. Zur Gewährleistung hinreichender Transmissionseigenschaften weisen Unter- und Oberseite des mindestens
einen Zugträgers 8 jeweils eine Profilierung 16a, 16b (siehe Fig. 10) auf, die mäander- oder wellenförmig sein kann, und die mit entsprechend konvex bzw. konkav profilierter Ober- und Unterseite der Schlitze 14 in Eingriff stehen (siehe Fig. 2b und Fig. 3b).
Die Fig. 5 und Fig. 6 zeigen das Zusammenwirken eines Stützelementes 10 mit einer
Scheibe 6. Durch Belastung des Riementriebs 2 sind die Arme der Stützelemente 10 etwas nach „oben" gebogen. Da die „oberen" Arme wegen der Trapezform der Stützelemente 10 etwas stärker verbogen sind, ergibt sich keine reine Parallelverschiebung der Stützelement- Flanken 12, sondern es ergibt sich eine größere Steilheit der Flankenwinkel α und ß. Erfindungsgemäß sind die Flankenwinkel α und ß derartig dimensioniert, dass sie unter Belastung des Riemens 4 in etwa die Größe des Scheibenwinkels δ annehmen, so dass unter Belastung eine großflächige Kontaktnahme gewährleistet ist.
Die Fig. 6 zeigt eine vergleichbare Anordnung. Der wesentliche Unterschied zu der Konstruktion gemäß Fig. 5 besteht darin, dass hier die Scheibenflanken 22a und 22b nicht geradlinig sondern ballig ausgebildet sind.
Für die Montage von Stützelementen 10 und Zugträgern 8 ist eine Anschrägung 20a bzw. 20b mit einer einzigen, gerade ausgebildeten Flankenlinie am Kontakt im Schlitzgrund nicht von Nachteil.
Wird die Anschrägung 20a bzw. 20b am Zugträger 8 steiler (Fig. 7) ausgeführt als die Verbindungslinie zwischen der radial äußeren Ecke der inneren Kontaktfläche 12i und der inneren Ecke der äußeren Kontaktfläche 12a der Seitenflanke 12, dann kommt bei der Montage unter Relativbewegung in Längsrichtung des Schlitzes 14 zunächst die stumpfwinklige Ecke des Zugträgers 8 in Kontakt mit der radial inneren Ecke der äußeren Kontaktfläche 12a und wird gestaucht, so dass die spitzwinklige Ecke des Zugträgers 8 die radial äußere Ecke der inneren Kontaktfläche 12i passiert.
Im umgekehrten Fall (Fig. 8) fädelt die spitzwinklige Ecke zuerst radial innen ein und der Zugträger 8 wird mit seiner stumpfen Ecke in den Schlitz 14 gezwungen. Der
Schlitzgrund, mit dem die innere Flanke 20a bzw. 20b des Zugträgers 8 nach Montage in Kontakt tritt, weist eine gleichartig geneigte Ausrichtung auf, so dass sich eine große Auflagefläche und damit ein besonders fester und unnachgiebiger Sitz ergibt.
Üblicherweise bestehen die Zugträger 8 aus elastomerem Material und sind mit Cordeinlagen 18 verstärkt.
Bezugszeichenliste
2 Riemenanordnung, Riementrieb 4 Hybridkeilriemen 6 Keilriemenscheibe(n)
6a, 6b linke, rechte Scheibenhälfte (linke, rechte Scheibenflanke) A Scheibendrehachse RA, RB Wirkradius der Scheiben 8 Zugträger 10 Stützelement
12 Seitenfläche(n), Flanke(n) des Stützelements 12a radial äußere Kontaktfläche des Stützelements 12i radial innere Kontaktfläche des Stützelements 14 Schlitz im Stützelement 16a, 16b Profilierung
18 Cord(einlage) in Zugträger
20a, 20b Seitenfläche^) des Zugträgers, Zugträger-Flanke(n), -Kante(n), Anschrägung 22a, 22b linke, rechte Berührungsfläche (Flankenlinie) der Scheibenflanke, Kontaktfläche(n) der Riemenscheibe α Winkel zwischen der radial inneren Stützelement-Kontaktfläche (12i) und der Scheibendrehachse (A) ß Winkel zwischen der radial äußeren Stützelement-Kontaktfläche (12a) und der Scheibendrehachse (A) γ Winkel zwischen äußerer Flanke (20a bzw. 20b) des Zugträgers (8) und der Scheibendrehachse (A) δ Winkel zwischen der Flankenlinie (22a bzw. 22b) der Scheibe (6) bzw. der Sekante der Flanke (22a bzw. 22b) und der Scheibendrehachse (A)