DE10026877A1 - Keilriemen zur verlustarmen Leistungsübertragung - Google Patents
Keilriemen zur verlustarmen LeistungsübertragungInfo
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Abstract
Bei einer Keilriemenanordnung zur Transmission von Drehbewegungen zwischen (mindestens) zwei Riemenscheiben, bestehend aus mindestens einem endlosen Lastträger (10a und/oder 10b) und einer Vielzahl darauf angebrachter Blöcke (2), ist der mindestens eine Lastträger (10a und/oder 10b) in Schlitze (6a und/oder 6b) eingepasst, die von mindestens einer geneigten Seitenfläche (4a und/oder 4b) der Blöcke (2) gegen deren mittleren Bereich verlaufen. Der mindestens eine Lastträger (10a und/oder 10b) ist auf seiner Oberfläche und die Blockschlitze (6a und/oder 6b) an ihren Flanken (Begrenzungsflächen 24) mit konvexen (16b, 14a) und/oder konkaven Abschnitten (16a, 14b) versehen. DOLLAR A Um Verluste zu minimieren und den Wirkungsgrad zu erhöhen, soll der Andruck dort, wo Gleitbewegung auftritt, zurückgenommen werden. DOLLAR A Im gesamten Kontaktbereich, der vom gestreckten Zustand des Riemens bis hin zum Zustand bei kleinstem Laufradius eingenommen wird, ist an mindestens einem der Kontaktpartner eine kontinuierlich veränderliche Krümmung oder ein Verbund aus mindestens drei Abschnitten konstanter Krümmung derart realisiert, dass die Krümmung von der Mitte des Kontaktbereiches zu den äußeren Bereichen hin zunimmt. DOLLAR A Für die stufenlose Drehzahl- und Drehmomentwandlung insbesondere bei automobilen Anwendungen.
Description
Die Erfindung basiert auf einer Keilriemenanordnung, deren
im Oberbegriff aufgezählten Merkmale aus der EP 0 213 627 B1
vorbekannt sind.
Eine stufenlose Drehzahl- und Drehmomentwandlung erfordert
insbesondere bei automobilen Anwendungen hohe
Übertragungswirkungsgrade.
Bisher bekannte Riemenanordnungen zur Transmission von
Drehbewegungen zwischen (mindestens) zwei Riemenscheiben
bestehen aus zwei endlosen Lastträgern und einer Vielzahl
darauf angebrachter Blöcke (siehe z. B. EP 0 135 710 B1,
EP 0 213 627 B1 und EP 0 918 173 A1). Bei den vorbekannten
Riemenanordnungen sind die Lastträger in Schlitze
eingepasst, die von geneigten Seitenflächen der Blöcke
gegen deren mittleren Bereich verlaufen. Sowohl die
Lastträger als auch die sie aufnehmenden Schlitze weisen
konvexe oder konkave Abschnitte auf, wodurch sich eine in
Längsrichtung der Lastträger relativ unbewegliche
Ineingriffnahme ergibt. Mit Hilfe der auf Lastträgern und
Blöcken quer zur Laufrichtung angeordneten, konvexen oder
konkaven Abschnitte wird eine Synchronität zwischen der
Fortbewegung der Lastträger und der Blöcke erzielt.
Systembedingt treten in reibschlüssig arbeitenden
Keilriementrieben an der Antriebs- und Abtriebsseite
unterschiedliche Laufradien auf. Dadurch entstehen im
Riemenkörper während des Betriebs Krümmungs- und
Spannungswechsel. Bei gattungsgemäßen Riemenkonstruktionen
zur Übertragung hoher Leistungen mit stufenlos
verstellbarem Drehzahlverhältnis zwischen Antriebs- und
Abtriebswelle, die aus einem Lastträger mit Elastomer,
Corden und evtl. Gewebe sowie einer Vielzahl von
Stützblöcken aus einem Material oder einer
Materialkombination deutlich höheren Elastizitätsmoduls
als der verwendete Elastomer bestehen, ergeben sich an der
Kontaktstelle zwischen den Stützblöcken und dem Lastträger
je nach vorliegendem Laufradius unterschiedliche
Kontaktverhältnisse, die bisher nicht gezielt optimiert
wurden.
Die unterschiedlichen Kontaktverhältnisse stellen sich
dadurch ein, dass der zu großen Teilen aus Elastomer
bestehende Lastträger praktisch inkompressibel ist und
durch die Stützblöcke in Riemenquerrichtung, d. h. in
Richtung der Getriebewellenachsen, an einem Ausweichen in
dieser Richtung gehindert wird. Je nach eingestelltem
Laufradius ändert sich die Bogenlänge als die für den
Elastomer unterhalb des Cords zur Verfügung stehende
Länge, mit abnehmendem Radius muss für den inkompressiblen
Elastomer in zunehmendem Maße Ausweichraum in radialer
Richtung geschaffen werden. Bekannt ist die Ausführung
eines Radius am Stützblock und eines Radius am Lastträger,
wobei der am Stützblock ausgeführte Radius größer oder
gleich dem am Lastträger ist (EP 0 213 627) bzw. wobei der
umgekehrte Fall gegeben ist (EP 0 918 173 A1).
Die mit Anspruch 1 im wesentlichen gelöste Aufgabe der
Erfindung besteht darin, die Kontaktverhältnisse zwischen
den Lastträgern und den Blöcken zu optimieren. Um Verluste
zu minimieren und den Wirkungsgrad zu erhöhen, soll der
Andruck dort, wo Gleitbewegung auftritt, zurückgenommen
werden.
Die Kraftübertragung zwischen Lastträger und Stützblock
wird dadurch verbessert, dass im gesamten Kontaktbereich,
der vom gestreckten Zustand des Riemens bis hin zum
Zustand bei kleinstem Laufradius eingenommen wird, an
mindestens einem der Kontaktpartner eine kontinuierlich
veränderliche Krümmung oder ein Verbund aus mindestens
drei Abschnitten konstanter Krümmung derart realisiert
wird, dass die Krümmung, von der Mitte des Kontaktbereiches
zu den äußeren Bereichen zunimmt.
Der Kontakt zwischen Lastträger und Stützblock weist zum
Teil formschlüssigen, zum Teil kraftschlüssigen Charakter
auf. Mit kleiner werdendem Laufradius steigt zum einen die
oben beschriebene Verdrängungswirkung am inkompressiblen
Lastträger an, so dass der Formschluss in den äußeren
Bereichen bei zunehmender Krümmung mit oberflächennormalen
Umfangskräften erhöht wird. Zum anderen konzentriert sich
mit dem Verdrängungseffekt eine Zunahme der
Flächenpressung im Bereich des größeren Radius in der
Mitte des Kontaktbereiches, so dass an dieser Stelle mit
dem vorliegenden Reibwert zwischen Lastträger und
Stützblock größere oberflächentangentiale Schubkräfte
vornehmlich in Umfangsrichtung wirken, während in den
Seitenbereichen die Pressung und radial gerichtete
Reibkräfte zugunsten des Formschlusses abgebaut werden.
Da beim Wechsel vom gestrecktem Trum zum gekrümmten Trum
zwischen den Scheiben bisher die größten Relativbewegungen
zwischen den Oberflächen genau in den äußeren Bereichen
auftraten wird durch einen Abbau der Reibkräfte in den
Bereichen großer Bewegung der Wirkungsgrad der
Kraftübertragung verbessert, insbesondere bei
Übersetzungsverhältnissen mit kleinen Laufradien.
Vorzugsweise ist mindestens ein Lastträger an mindestens
einer der Kontaktflächen zu den Schlitzflanken
(Begrenzungsflächen des Schlitzes) von einem Deckgewebe
umgeben. Ein solches Deckgewebe schützt allgemein den
Riemen-Grundkörper vor Verschleiß bei Relativbewegungen,
insbesondere in den Randbereichen der Kontaktzone zwischen
Lastträger und Stützblock, wo die Gefahr von
Gleitbewegungen am größten ist.
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Keilriemenanordnung
anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigt:
Fig. 1 einen Stützblock in Frontansicht aus
Riemenlängsrichtung;
Fig. 2 einen solchen Stützblock, ebenfalls in Frontansicht
aus Riemenlängsrichtung, mit eingelegtem - im Querschnitt
dargestellten - Lastträger;
Fig. 3 eine alternative Ausführungsform eines Stützblocks
in Frontansicht aus Riemenlängsrichtung;
Fig. 4 einen Stützblock gemäß Fig. 3, mit zwei eingelegten
- im Querschnitt dargestellten - Lastträgern;
Fig. 5 eine axiale (Seiten-)Ansicht mit drei Stützblöcken
und einem entsprechenden Abschnitt eines eingelegten
Lastträgers, im gestreckten Zustand;
Fig. 6 eine solche axiale (Seiten-)Ansicht im gekrümmten
Zustand; und
Fig. 7a, 7b und 7c Details zur Erläuterung der Radien.
Die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Stützblockes 2 weist in etwa einen
trapezförmigen Querschnitt auf. Dabei sind zwei sich
gegenüberstehende Seitenflächen 4a, 4b in der Weise
zueinander geneigt, dass sie zu den Flanken einer (nicht
dargestellten) Riemenscheibe korrespondieren.
In eine 4a dieser sich gegenüberstehenden Seitenflächen
4a, 4b ist ein Schlitz 6a (Begrenzungsflächen des
Schlitzes 24) eingebracht. Dieser Schlitz 6a verläuft -
sich konisch verjüngend - von der einen Seitenfläche 4a in
Richtung auf die gegenüberliegende Seitenfläche 4b. Zur
Handhabung der (Keil-)Riemenanordnung und zur
Gewichtsersparnis sind an dem Stützblock 2 Aussparungen 18
(Erhebungen 20) vorgesehen.
Wie die Fig. 2 zeigt, besteht die erfindungsgemäße
Keilriemenanordnung aus (wenigstens) einem Lastträger 10a
und darauf angeordneten Stützblock 2. Während der
Lastträger 10a im wesentlichen aus Elastomerkörper,
Zugsträngen 12 und evtl. Deckgewebe besteht, sind die
Stützblöcke 2 aus einem Material höheren
Verformungswiderstandes als der Lastträger, vorzugsweise
aus Aluminium hergestellt.
Wie aus Fig. 2 weiter hervorgeht, ist die der
eingeschlitzten Seitenfläche 4a gegenüberliegende
Seitenfläche 4b mit einem Reibbelag 26 versehen. Der in
den Schlitz 6a eingebrachte Lastträger 10a ragt etwas über
die Öffnung des Schlitzes 6a hinaus.
In den aus Elastomer bestehenden Lastträger 10a sind
schraubenförmig gewickelte oder endlose Zugstränge 12 aus
Metall, Glasfaser, Polyester, Aramid oder gedrillten
Einzelkorden aus denselben Materialien eingebettet.
Die in Fig. 3 dargestellte alternative Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Stützblockes 2 weist ebenfalls in
etwa einen trapezförmigen Querschnitt auf. Auch hier sind
zwei sich gegenüberstehende Seitenflächen 4a, 4b in der
Weise zueinander geneigt, dass sie zu den Flanken einer
(nicht dargestellten) Riemenscheibe korrespondieren.
In diese sich gegenüberstehenden Seitenflächen 4a, 4b ist
jeweils ein Schlitz 6a, 6b eingebracht. Diese beiden
Schlitze 6a, 6b verlaufen - sich konisch verjüngend - von
den Seitenflächen 4a, 4b in Richtung auf den mittleren
Bereich des Blockes 2. Die Flanken (Begrenzungsflächen)
des Schlitzes sind mit der Ziffer 24 gekennzeichnet.
Die Fig. 4 zeigt ebenfalls einen alternativen Stützblock
2. In dieser Darstellung sind in den seitlichen Schlitzen
6a, 6b Lastträger 10a, 10b eingelegt.
Die Fig. 5 und 6 zeigen ausschnittsweise jeweils eine
Ansicht in axialer Richtung. Daraus geht hervor, dass
sowohl die Schlitze 6a, 6b der Blöcke 2 als auch die darin
eingelegten Lastträger 10a, 10b mit konkaven und konvexen
Abschnitten 14, 16 versehen sind, wobei jeweils ein
konvexer Abschnitt 14a eines Block-Schlitzes 6a bzw. 6b
mit einem konkaven Abschnitt 16a des Lastträgers 10a bzw.
10b in Eingriff steht und umgekehrt: ein konkaver
Abschnitt 14b eines Block-Schlitzes 6a bzw. 6b mit einem
konvexen Abschnitt 16b des Lastträgers 10a bzw. 10b.
Die hier gezeigte Ausführung weist im wesentlicheren
Bereich der Blockmitte konvexe Abschnitte 14a an der
oberen und unteren Begrenzungsfläche 24 des Blockschlitzes
6a und/oder 6b auf, weitere mögliche, nicht dargestellte
Ausführungen weisen in der Blockmitte zwei konkave
Begrenzungsflächen des Blockschlitzes oder oben eine
konvexe kombiniert mit einer konkaven Begrenzungsfläche
unten oder oben eine konkave kombiniert mit einer konvexen
Begrenzungsfläche des Blockschlitzes unten mit ihren
jeweiligen Gegenformen am Lastträger auf.
In dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der
Lastträger 10 zudem beidseitig von einem Deckgewebe 22a,
22b umgeben.
Aus Fig. 6 geht weiter hervor, dass die Blöcke 2 so
gestaltet sind, dass sich die inneren Enden benachbarter
Blöcke 2 durch Anschrägungen an der Vorder- ϕ1 und
Rückseite ϕ2 auch bei einer Umschlingung um eine
zugeordnete Riemenscheibe auf kleinstmöglichem Laufradius
gegenseitig nicht berühren oder behindern.
Die vergrößerten Darstellungen der Seitenansicht in den
Fig. 7a und 7b machen kenntlich, dass sich die
begrenzenden Konturen der "oberen" und "unteren"
Schlitzfläche am Stützblock aus mindestens drei (durch
Striche voneinander abgegrenzten) Abschnitten bestehen. In
jedem der mindestens drei Abschnitte liegen
unterschiedliche Krümmungen gemäß den eingetragenen Radien
mit den zugehörigen Maßpfeilen (R1 bis R6) vor.
Im Zusammenwirken mit dem beispielhaft in Fig. 7b
gezeigten Lastträger und seinen z. B. einfachen Krümmungen
mit den Radien R7 und R8 im Bereich der Blockmitte an
Außen- und Innenverzahnung wird durch die "untere"
Schlitzoberfläche des Blockes mit drei Radien die Pressung
in der Kontaktfläche so eingestellt, dass eine
Pressungskonzentration im Bereich der Blockmitte eintritt,
wo geringe Gleitbewegungen auftreten, und dass zu den
Seitenbereichen mit großen Gleitbewegungen hin die
Pressung schnell abnimmt. Die Kontur der oberen
Schlitzoberfläche des Blockes besteht ebenfalls aus
mindestens drei Radien, von denen in der dargestellten
Ausführung zwei negativ ausgebildet sind, und ergibt im
Zusammenwirken mit dem Radius R7 im Bereich der Blockmitte
wiederum eine Pressungsverteilung, die durch Konzentration
der Pressung in gleitbewegungsarmen Kontaktbereichen den
Wirkungsgrad erhöht.
Fig. 7c zeigt die erhaltene Pressungskonzentration in den
mittleren bewegungsarmen Bereichen und den
Pressungsrückgang in den Seitenbereichen der
Schlitzoberfläche.
2
Block, Querblock, Stützblock, Stützelement, Stützglied
4
a,
4
b Saitenflächen, Kontaktflächen
6
a,
6
b Schlitze, Blockschlitze, Aufnahmeschlitze
10
a,
10
b Lastträger, Lastband
14
,
16
konkave und konvexe Abschnitte
14
a konvexer Abschnitt eines Block-Schlitzes
14
b konkaver Abschnitt eines Block-Schlitzes
16
a konkaver Abschnitt eines Lastträgers
16
b konvexer Abschnitt eines Lastträgers
22
a,
22
b Deckgewebe
24
(Schlitz-)Flanke, Begrenzungsfläche des Schlitzes
26
Reibbelag
Claims (2)
1. Keilriemenanordnung mit folgenden Merkmalen:
- 1. 1.1 Er besteht aus mindestens einem Lastträger (10a und/oder 10b) und
- 2. 1.2 einer Vielzahl von Querblöcken (2);
- 3. 1.3 Querblöcke (2) und Lastträger (10a, 10b) stehen in Längsrichtung des mindestens einen Lastträgers (10a und/oder 10b) relativ unbeweglich in Eingriff;
- 4. 1.1.1 der mindestens eine Lastträger (10a und/oder 10b) besteht im wesentlichen aus Elastomerkörper und Zugsträngen (12);
- 5. 1.2.1 jeder Querblock (2) weist geneigte Seitenflächen (4a, 4b) auf;
- 6. 1.2.1.1 die Neigung der Seitenflächen (4a, 4b) ist der Rille der Riemenscheibe angepasst;
- 7. 1.2.2 in den Querblöcken (2) ist jeweils mindestens ein Schlitz (6a und/oder 6b) zur Aufnahme des mindestens einen Lastträgers (10a und/oder 10b) eingebracht;
- 8. 1.2.2.1 der mindestens eine Schlitz (6a und/oder 6b) verläuft von jeweils einer Seitenfläche (4a und/oder 4b) gegen den mittleren Bereich des jeweiligen Blockes (2);
- 9. 1.3.1 der jeweilige Querblock (2) und der mindestens eine Lastträger (10a und/oder 10b) ist in der Eingriffsstellung in Längsrichtung unbeweglich und gleichzeitig in Querrichtung lösbar miteinander verbunden;
- 10. 1.3.3 mindestens ein Lastträger (10a und/oder 10b) auf mindestens einer seiner Oberflächen, und
- 11. 1.3.4 die Blockschlitze (6a und/oder 6b) an mindestens einer ihrer Flanken (24) sind mit konvexen (16b, 14a) und/oder konkaven Abschnitten (16a, 14b) versehen;
- 12. 1.3.5 die Abschnitte (14a, 14b) der Schlitzflanken (Begrenzungsflächen des Schlitzes 24) kommen in Eingriff mit den konkaven oder konvexen Abschnitten (16a, 16b) des mindestens einen Lastträgers (10a und/oder 10b);
- 13. 1.3.6 im gesamten Kontaktbereich, der vom gestreckten
Zustand des Riemens bis hin zum Zustand bei kleinstem
Laufradius eingenommen wird, ist an mindestens einem der
Kontaktpartner eine kontinuierlich veränderliche Krümmung
oder ein Verbund aus mindestens drei Abschnitten
konstanter Krümmung derart realisiert,
dass die Krümmung von der Mitte des Kontaktbereiches zu den äußeren Bereichen hin zunimmt; und
wobei das Merkmal 1.3.6 den kennzeichnenden Teil und die übrigen Merkmale den Oberbegriff bilden.
2. Keilriemenanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Lastträger (10a bzw. 10b) an
mindestens einer der Kontaktflächen zu den Schlitzflanken
(Begrenzungsflächen des Schlitzes 24) von einem Deckgewebe
(22a und/oder 22b) umgeben ist.
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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