WO2007073982A1

WO2007073982A1 - Verformungsnachgiebiger hybridkeilriemen

Info

Publication number: WO2007073982A1
Application number: PCT/EP2006/068485
Authority: WO
Inventors: Heiko Sattler; Norbert Kaps
Original assignee: Contitech Antriebssysteme Gmbh
Priority date: 2005-12-24
Filing date: 2006-11-15
Publication date: 2007-07-05
Also published as: DE102005062260A1

Abstract

1. Eine Hybridkeilriemen/Riemenscheiben-Anordnung (2) besteht aus einem Hybridkeilriemen (4) und mindestens zwei Riemenscheiben (6). Der Hybridkeilriemen /4) ist aus mindestens einem Zugträger (8) und einer Vielzahl darauf angebrachter, aus einem Kunststoffmaterial bestehender massiver, homogener Stützelemente (10) aufgebaut. Der mindestens eine Zugträger (8) besteht aus Elastomer und ist mit Zugsträngen (12) verstärkt. 2. Um die Stützelemente (10) und die ihnen zugeordneten Riemenscheiben (6) auch bei unterschiedlichen Belastungszuständen besser aufeinander abzustimmen, liegt der die Steifigkeit der Stützelemente (10) bestimmende Elastizitätsmodul des Kunststoffmaterials im einachsigen Zugversuch bei 2O°C - bei anisotropem Material in mindestens einer Komponente - in einem Bereich von 5.000 bis 20.000 N/mm. Dabei sollte die Bruchdehnung vorzugsweise über 1% liegen. Die insbesondere aus Polyamid oder Polyphenylensulfid bestehenden Stützelemente können mit Glas-, Aramid- oder Kohlefasern verstärkt sein.

Description

Beschreibung

Verformungsnachgiebiger Hybridkeilriemen

Die Erfindung betrifft eine aus einem Hybridkeilriemen - einem sogenannten Hybridring - und mindestens zwei Keilriemenscheiben bestehende Antriebsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Leistungsübertragung in stufenlosen Getrieben (Continuously Variable Transmissions, CVT) mit Hybridringen, die aus Zugträgern und blockartigen Stützelementen bestehen, wird maßgeblich durch die Qualität der Reibkraftübertragung zwischen den Stützelementen des Hybridringes und den zugehörigen Keilriemenscheiben (Kegelscheiben, Variatorscheiben), die in der Regel aus Aluminiumlegierungen oder Stahl bestehen, bestimmt.

Um die tribologische Beanspruchung auf den an der reibschlüssigen Kraftübertragung beteiligten Kontaktflächen durch Pressung und Gleitgeschwindigkeit insbesondere am Hybridring möglichst gleichmäßig zu verteilen, ist eine gute Einstellung der beteiligten Elemente Hybridring und Kegelscheiben aufeinander hinsichtlich des Keilwinkels wünschenswert. Dies erfordert zum einen eine genaue Fertigung als Voraussetzung, zum anderen aber sind Spiele und elastische Verformungen im Getriebe unvermeidlich.

Während die Spiele, z. B. in den Führungen der jeweils beweglichen Scheibe, über die Betriebsdauer noch nahezu konstant sind, treten die elastischen Verformungen im Getriebe an den Wellen und insbesondere an den Variatorscheiben in Abhängigkeit vom Betriebspunkt, d. h. in Abhängigkeit von den herrschenden Kräften, auf, da auch Aluminiumlegierungen und Stahl eine gewisse, wenn auch geringe elastische Nachgiebigkeit aufweisen. Zur Abstimmung des Keilwinkels an einem Umschlingungsmittel auf den Keilwinkel an den Kegelscheiben aus Metall wurden z. B. in JP 07 083315 A (Aichi Mach Ind Co Ltd) leicht unterschiedliche Keilwinkel im unbelasteten Zustand vorgeschlagen. Nachteilig an diesem Konzept ist jedoch, dass eine solche Voreinstellung der korrespondierenden Keilwinkel zueinander in Abhängigkeit von der Scheibensteifigkeit und den zu übertragenden Kräften nur für einen Betriebspunkt gut möglich ist; in allen anderen Kombinationen wird sich ein nur mäßiger Kompromiss einstellen lassen.

Die auf dem mindestens einen Zugträger aufgereihten Stützelemente werden in der

Anwendung typischerweise aus Harzkunststoffen hergestellt und sind jeweils mit mindestens einem metallischen Verstärkungskörper versehen.

Durch die metallische Verstärkungseinlage wird die Steifigkeit der Stützelemente erhöht.

Diese erhöhte Steifigkeit stellt gleichzeitig eine gewisse Verformungsunwilligkeit dar. Aufgrund dieser Verformungsunwilligkeit der Stützelemente ergeben sich erhöhte

Ansprüche an die Genauigkeit und Steifigkeit der zugehörigen Kegelscheiben, auf denen der Hybridkeilriemen laufen soll.

Um die Stützelemente und die zugeordneten Riemenscheiben bezüglich der gestaltlichen Formbildung insbesondere bezüglich der Nachgiebigkeit ihrer Flanken optimaler aufeinander abzustimmen, stellt sich im Rahmen der genannten Problematik die Frage, ob statt Metall-verstärkter Stützelemente massive Stützelemente geeigneter seien.

Massive Ausführungsformen von Stützelementen aus Kunststoff sind vorbekannt (siehe z. B. EP 0 135 710 B 1 und EP 0 257 646 B 1). Dabei sind die Stützelemente derartig konstruiert, dass die Neigung ihrer Flanken zu der Flanken-Neigung der zugehörigen Riemenscheiben korrespondiert. Dies ist offenbar nur in Konstruktionslage, d. h. im unbelasteten Zustand, der Fall. Bei Einsatz größerer Zugkräfte lässt sich ein gewisses Nachgeben und damit eine Verformung der relativ starren Riemenscheiben nicht vermeiden. Dieses Nachgeben der Scheibenflanken führt zu einer Vergrößerung des Flanken(Öffnungs-)Winkels. Da sich der Flanken-Winkel der Stützelemente auch bei Belastung nur minimal verändert, bedeutet die Veränderung der Scheibenflanken unter Last eine zunehmende Fehlanpassung zwischen Riemen und Scheibe. Eine optimale Ineingriffnahme scheint deshalb nicht gewährleistet zu sein.

Aufgabe der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Stützelemente gattungsgemäßer Hybridriemen und die ihnen zugeordneten Riemenscheiben bei unterschiedlichen Belastungszuständen besser aufeinander abzustimmen.

Lösung und Vorteile

Die Materialeigenschaften der Kunststoff-Stützelemente sind gemäß Anspruch 1 so ausgewählt, dass sich aufgrund der Steifigkeit des Kunststoffes, die weit unter derjenigen der metallischen Scheiben Werkstoffe liegt, der Hybridring quasi selbsttätig den metallischen, unter Last verformten Kegelscheiben anpasst und auf steigende Kräfte mit steigender elastischer Verformung reagiert, und so die Verformungen der Metallscheiben ausgleicht. Damit wird eine optimale Kontaktfläche zwischen Hybridring und Kegelscheibe sichergestellt, so dass eine gleichmäßige Beanspruchung durch Flächenpressung und Gleitgeschwindigkeit über die Kontaktfläche der Blöcke durch besondere Materialwahl gegeben ist.

Mit der erfindungsgemäß vorgegebenen Materialeigenschaft der Kunststoffmasse, nämlich der höheren Nachgiebigkeit, kann die zulässige Verformung der Kegelscheiben bedeutend erhöht werden. Außerdem sind die Herstellkosten durch Entfallen des metallischen Verstärkungselements und dessen Handhabung bedeutend geringer.

Die in Anspruch 1 und 2 geforderten Materialeigenschaften werden vorzugsweise mit Polyamid (6, 66, 46, partiell aromatisch) oder Polyphenylensulfid realisiert.

Ohne das Grundanliegen der Erfindung zu schmälern, kann das homogene Grundmaterial des Kunststoff-Stützelements mit Glas-, Aramid- oder Kohlenfasern verstärkt sein. Gemäß einer Weiterbildung wird außerdem vorgeschlagen, aufeinanderfolgende Stützelemente abwechselnd aus unterschiedlichem Material herzustellen. Auf diese Weise können die einen Stützelemente auf eine geringe Belastung der Riemen/Scheiben- Anordnung optimiert sein, während die anderen Stützelemente insbesondere auf eine stärkere Belastung der Riemen/Scheiben- Anordnung abgestimmt sind. Sind die aufeinanderfolgend unterschiedlichen Stützelemente in ihrer alternierenden Unterschiedlichkeit - z. B. optisch - sensierbar, dann kann diese Sensierbarkeit zur Schlupfmessung und Drehzahlregelung verwendet werden.

Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hybridkeilriemen/Scheiben- Anordnung wird anschließend beschrieben. Die beigefügten Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Riemen/Scheiben- Anordnung und

Fig. 2 einen axialen Schnitt durch einen auf eine Keilriemenscheibe aufgelegten Hybridkeilriemen .

Beschreibung

Die in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Hybridkeilriemen/Scheiben- Anordnung 2 besteht aus einem Hybridkeilriemen 4 und zwei Keilriemenscheiben (Kegelscheiben, Variatorscheiben) 6. Der Hybridkeilriemen 4 weist mindestens einen endlosen Zugträger 8 und eine Vielzahl darauf aufgereihter Stützelemente (Blöcke) 10 auf. - Nähere Einzelheiten ergeben sich aus Fig. 2.

Die Fig. 2 zeigt einen axialen Schnitt durch einen auf eine Keilriemenscheibe 6 aufgelegten Hybridkeilriemen 4. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Hybridkeilriemen 4 zwei endlose Zugträger 8 auf. Die aus elastomerem Material bestehenden Zugträger 8 sind mit Zugsträngen (Corden) 12 verstärkt. Die Zugträger 8 sind jeweils in seitliche Schlitze der Stützelemente 10 eingefügt. Wie die Abbildung 2 weiter zeigt, stützt sich das Stützelement 10 mit seinen Seitenflanken 10a, 10b an jeweils einer der Kraftübertragungsflanken 6a, 6b der Scheibe 6 ab, wodurch beide miteinander reibschlüssig in Wirkverbindung stehen.

Die Stützelemente 10 sind massiv ausgebildet, d. h. sie weisen keine

Verstärkungseinlagen, z. B. aus Metall, auf. Die Stützelemente 10 sind aus Kunststoff hergestellt. Um die erfindungsgemäße Verformungswilligkeit zu erzielen, bestehen die Stützelemente 10 vorzugsweise aus Polyamid oder Polyphenylensulfid. Um den Reibschluss für unterschiedlich große Kraftübertragungen zwischen Riemen 4 und Scheibe 6 weiter zu verbessern, ist die Verformungs Willigkeit aufeinanderfolgender

Stützelemente 10 unterschiedlich groß. Ist die Unterschiedlichkeit aufeinanderfolgender Stützelemente 10 sensierbar, so kann die Sensierbarkeit zur Bestimmung des Riemenschlupfes, zur Regelung der Riemenspannung und zur Drehzahlregelung benutzt werden.

Bezugszeichenliste

2 Hybridkeilriemen/Scheiben- Anordnung, Riemen/Scheiben- Anordnung,

Antriebsanordnung 4 Hybridkeilriemen, Keilriemen, Hybridriemen, Riemen

6 Keilriemenscheibe(n), Kegelscheibe (n), Variatorscheibe (n), Scheibe(n)

6a, 6b Kraftübertragungsflanke(n) der Riemenscheibe

8 Zugträger

10 Stützelement(e), Block (Blöcke) 10a, 10b Seitenflanke(n) des Stützelements (der Stützelemente)

12 Zugstrang (Zugstränge, Corde)

Claims

Patentansprüche

1. Aus einem Hybridkeilriemen (4) und mindestens zwei Riemenscheiben (6) bestehende Antriebsanordnung (2), wobei der Hybridkeilriemen (4) aus mindestens einem Zugträger (8) und einer Vielzahl darauf angebrachter, aus einem Kunststoffmaterial bestehender, massiver und homogener Stützelemente (10) aufgebaut ist, und wobei der mindestens eine Zugträger (8) aus Elastomer besteht und mit Zugsträngen (12) verstärkt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der die Steifigkeit der Stützelemente (10) bestimmende Elastizitätsmodul des Kunststoffmaterials im einachsigen Zugversuch bei 2O⁰C - bei anisotropem Material in mindestens einer Komponente - in einem Bereich von 5.000 bis 20.000 N/mm² liegt.

2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Bruchdehnung des Kunststoffmaterials über 1% liegt.

3. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial Polyamid (6, 66, 46, partiell aromatisch) oder Polyphenylensulfid ist.

4. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial aus einem Grundmaterial und einer Faserverstärkung besteht.

5. Antriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverstärkung durch Glas-, Aramid- oder Kohlefasern stattfindet.

6. Antriebsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den mindestens einen Zugträger (8) des Hybridriemens (4) aufgebrachten, aufeinander folgenden Stützelemente (10) abwechselnd unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen.