DE10026877A1 - Keilriemen zur verlustarmen Leistungsübertragung - Google Patents

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.

Bezugszeichenliste

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.