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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden eines Verbindungselements,
das ausgebildet ist, um ein Teil eines Schubriemens für ein stufenlos
regelbares Getriebe zu sein.
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Ein
Schubriemen für
ein stufenlos regelbares Getriebe ist allgemein bekannt. Ein solcher
Schubriemen weist üblicherweise
zwei Bündel
von Endlosbändern
auf, die wie eine geschlossene Schleife geformt sind, die auch als
Ringe bezeichnet werden und die als Träger einer relativ großen Anzahl
von Verbindungselementen oder Querelementen dienen. Die Verbindungselemente
sind entlang des gesamten Umfangs der Bänder bewegbar angeordnet, wobei sie
in der Lage sind, Kräfte
zu übertragen,
die mit einer Bewegung des Schubriemens während des Betriebs zusammenhängen.
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In
der folgenden Beschreibung eines Verbindungselements beziehen sich
die genannten Richtungen auf die Situation, in welcher das Verbindungselement
ein Teil des Schubriemens ist. Eine Längsrichtung des Verbindungselements
entspricht einer Umfangsrichtung des Schubriemens. Eine senkrechte
Querrichtung des Verbindungselements entspricht einer radialen Richtung
des Schubriemens. Eine waagrechte Querrichtung des Verbindungselements entspricht
einer Richtung senkrecht zu sowohl der Längsrichtung als auch der senkrechten
Querrichtung. Die Bezeichnung irgendeines Verbindungselements als
nachfolgendes Verbindungselement oder vorheriges Verbindungselement
bezüglich
eines benachbarten Verbindungselements bezieht sich auf eine Bewegungsrichtung
des Schubriemens.
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In
der waagrechten Querrichtung ist das Verbindungselement auf beiden
Seiten mit Vertiefungen zum wenigstens teilweisen Aufnehmen der
Bündel von
Bändern
versehen. Zum Zweck des Stützens
der Bündel
von Bändern
weist das Verbindungselement Tragflächen auf. Zum Zweck eines Kontakts
zwischen dem Verbindungselement und Antriebsriemenscheiben eines
stufenlos regelbaren Getriebes ist das Verbindungselement auf beiden
Seiten mit Antriebsriemenscheiben-Kontaktflächen in der waagrechten Querrichtung
versehen, die in der Richtung der Tragflächen auseinander laufen.
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In
der senkrechten Querrichtung weist das Verbindungselement nacheinander
einen Basisabschnitt, einen Halsabschnitt, dessen Maße in der waagrechten
Querrichtung kleiner als jene des Basisabschnitts sind, und einen
oberen Abschnitt, dessen Maße
in der waagrechten Querrichtung an der Stelle der Verbindung zum
Halsabschnitt größer als
jene des Halsabschnitts sind, auf. Der Basisabschnitt weist die
Tragflächen
und die Antriebsriemenscheiben-Kontaktflächen auf. An dem Schubriemen
ist der Basisabschnitt auf der Seite des Innenumfangs des Schubriemens
positioniert, während
der obere Abschnitt auf der Seite des Außenumfangs des Schubriemens
angeordnet ist. Eine wichtige Funktion des Halsabschnitts ist die
Verbindung des Basisabschnitts und des oberen Abschnitts.
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Das
Verbindungselement hat zwei Hauptkörperflächen, nämlich eine Vorderseite und
eine Rückseite,
die im Wesentlichen parallel zueinander, im Wesentlichen senkrecht
zur Längsrichtung
verlaufen. Wenigstens ein Teil der Vorderseite des Verbindungselements
ist ausgebildet, um gegen wenigstens einen Teil der Rückseite
eines nachfolgenden Verbindungselements im Schubriemen zu stoßen, während wenigstens
ein Teil der Rückseite
des Verbindungselements so ausgebildet ist, dass es gegen wenigstens
einen Teil der Vorderseite eines vorherigen Verbindungselements
im Schubriemen stößt.
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Im
Schubriemen sind zwei benachbarte Verbindungselemente relativ zueinander
um eine Kipplinie neigbar, die üblicherweise
an der Vorderseite jedes Verbindungselements definiert ist und die
sich entlang der gesamten Breite des Verbindungselements erstreckt. Üblicherweise
ist die Kipplinie als ein konvexer Übergangsbereich an der Vorderseite
ausgebildet, der einen gleichmäßigen und
runden Übergang
von zwei Abschnitten der Vorderseite bildet, welche in einem relativ
kleinen Winkel zueinander ausgerichtet sind. Eine wichtige Funktion
der Kipplinie ist das Garantieren eines gegenseitigen Kontakts zwischen
benachbarten Verbindungselementen, die während des Betriebs des Schubriemens
zwischen den Antriebsriemenscheiben einer Riemenscheibe angeordnet
sind. Die Kipplinie soll die Kräfte,
die mit einer Bewegung des Schubriemens zusammenhängen, von
einem Verbindungselement auf ein nachfolgendes Verbindungselement
in einer geregelten Weise übertragen,
begleitet von einem Flächendruck, der
als zulässig
angesehen wird und der unter anderem durch die Breite des Verbindungselements,
d.h. die Länge
der Kipplinie, und durch das Maß,
mit dem der die Kipplinie bildende konvexe Übergangsbereich gekrümmt ist,
bestimmt ist, sodass eine unerwünschte,
sehr hohe örtliche
Last der Verbindungselemente, wenn sie in der gegenseitig geneigten
Stellung angeordnet sind, verhindert werden kann, zusammen mit einem
Brechen der Verbindungselemente.
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Das
Verbindungselement wird aus einem Basismaterial hergestellt, das
mittels eines Stanzprozesses wie eine Bahn geformt ist. In dem Stanzprozess
werden ein Schneidelement und ein Stützelement angewendet, wobei
das Schneidelement ausgebildet ist, um das Verbindungselement aus
dem Basismaterial unter dem Einfluss einer Schneidkraft zu schneiden,
und wobei das Stützelement
ausgebildet ist, um das Verbindungselement während des Stanzprozesses durch
eine Stützkraft
zu stützen. Während des
Stanzprozesses durchdringt das Schneidelement das Basismaterial
unter dem Einfluss von Druck, wobei eine gegenseitige Bewegung des
geschnittenen Verbindungselements und des Basismaterials erlaubt
ist. In diesem Augenblick wird das Verbindungselement zwischen einer
Schnittfläche
des Schneidelements und einer Stützfläche des Stützelements
festgeklemmt. Bei diesem Prozess ist es ein bekanntes Bestreben,
den Stanzprozess so zu organisieren, dass eine Qualität einer
Seitenfläche des
geschnittenen Produkts erzielt wird, die so hoch wie möglich ist,
natürlich
im Gleichgewicht zur Effektivität
des Stanzprozesses, einschließlich
der Kosten der Stanzwerkzeuge. Von der Abstanztechnik ist eine große Anzahl
von Prozessparametern bekannt, die in diesem Prozess Einfluss nehmen,
wie ein Spiel zwischen dem Schneidelement und einer Form, in der sich
das Schneidelement während
einer Stanzbewegung bewegt, ein Maß, zu dem die Form abgefast
ist, die Schneidkraft und die Stützkraft.
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Vorzugsweise
wird während
des Stanzprozesses die Vorderseite des Verbindungselements auf der
Seite des Stützelements
gebildet, während
die Rückseite
auf der Seite des Schneidelements gebildet wird. Aufgrund des während des
Stanzprozesses vorherrschenden Drucks ist die Form der Stützfläche dann
ein bestimmender Faktor bezüglich
der Form der Vorderseite des Verbindungselements, während die
Form der Schnittfläche
ein bestimmender Faktor bezüglich
der Form der Rückseite
des Verbindungselements ist.
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Es
scheint in der Praxis, dass ein Bruch, insbesondere ein Ermüdungsbruch
der Verbindungselemente unerwartet auftreten kann, wobei ein klarer Grund
nicht angegeben werden kann. Ferner schien es, dass in einer großen Anzahl
der Fälle
der Bruch im Basisabschnitt auftritt, wobei ein Ende der Bruchlinie,
das als das Ende identifiziert wird, wo der Bruch beginnt, in dem
Bereich positioniert ist, wo die Tragfläche mit dem Halsabschnitt verbunden
ist. Es ist eine wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
geeigneten Prozess zum Bilden eines Verbindungselements vorzusehen,
wobei Verbindungselemente mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit
eines Bruchs erzielt werden.
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Die
Erfindung ist durch einen Prozess gemäß Anspruch 1, ein Verbindungselement
gemäß Ansprüchen 2 und
3 und ein Stanzelement gemäß Anspruch
4 definiert.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt unter anderem die Einsicht zu Grunde,
dass es als ein Ergebnis des bekannten Stanzprozesses offenbar vorkommen kann,
dass ein mittlerer Abschnitt einer Hauptkörperfläche des Verbindungselements,
der in der waagrechten Querrichtung mittig positioniert ist, etwas
dicker als andere Teile davon ist, d.h. ein etwas größeres Maß in der
Längsrichtung
besitzt, während
in der Umfangsrichtung des Schubriemens zwischen den Verbindungselementen
an Seitenabschnitten, die auf beiden Seiten des Mittelabschnitts
angeordnet sind, Spiel vorhanden ist. Gemäß dieser Einsicht weist ein solcher
dickerer Mittelabschnitt des Verbindungselements einen Mittelabschnitt
der Kipplinie auf, wobei der Mittelabschnitt sich auch bis zum Halsabschnitt erstrecken
kann.
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Als
Ergebnis davon konzentrieren sich die Druckbelastungen oder Druckkräfte zwischen
benachbarten Verbindungselementen, wie sie während des Betriebs des Schubriemens
auftreten, unabsichtlich selbst in dem dickeren Mittelabschnitt
der Kipplinie, im Gegensatz zu einer gleichmäßigen Druckverteilung entlang
der gesamten Länge
der Kipplinie, was gemäß der Konstruktion
erwartet werden kann, sodass die Spannung in dem Material der Verbindungselemente
lokal über
einen theoretischen Konstruktionswert hinaus steigen kann. Außerdem erzeugt
die Druckkraft zwischen zwei Verbindungselementen, die im ersten
Fall auf die Fläche
des dickeren Mittelabschnitts wirkt, zusammen mit einer Reibungskraft
zwischen den Verbindungselementen und den Antriebsriemenscheiben,
die immer auf den Bereich der Antriebsriemenscheiben-Kontaktflächen wirkt,
als Ergebnis davon, dass die Verbindungselemente unerwarteterweise
auch eine Biegeverformung erfahren, ein Drehmoment. Als Ergebnis
sollte das Verbindungselement zum Biegen geneigt werden, sodass
das Verbindungselement eine Stellung annimmt, in welcher die Druckkraft
nicht nur auf den Bereich des dickeren Mittelabschnitts, sondern
auch auf den Bereich der Seitenabschnitte wirkt.
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Aus
diesem Grund ist das Spiel sehr klein und liegt in einer Größenordnung
von etwa 10 μm.
Es wäre
deshalb verständlich,
den verdickten Teil des Mittelabschnitts als vernachlässigbar
anzusehen. Unter anderem basiert die vorliegende Erfindung auf der
Einsicht, dass der dickere Teil des Mittelabschnitts noch ein wichtiger
Faktor hinsichtlich des Auftretens des Bruchs im Verbindungselement
ist, weil die Wirkung des Biegens des Verbindungselements mehr oder
weniger kumulativ ist, was bedeutet, dass ein bereits gebogenes
Verbindungselement sich weiter biegen muss, falls dieses Verbindungselement
gegen ein vorheriges Verbindungselement stößt, was ebenfalls selbst gebogen
ist, als Ergebnis des oben beschriebenen Wechselspiels der Kräfte. Ein
erstes Verbindungselement in einer Reihe von benachbarten und gebogenen
Verbindungselementen wird sich dann deutlich biegen, selbst wenn
das Maß,
auf das der Mittelabschnitt verdickt ist, je Verbindungselement
relativ klein ist. Außerdem
variieren die Biegeverformung und das Biegen während einer Umdrehung des Schubriemens
in Abhängigkeit
von der Druckkraft, wenn der Schubriemen in einem stufenlos regelbaren
Getriebe angewendet wird, als dessen Ergebnis ein Ermüdungsbruch
auftreten kann.
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Gemäß einer
weiteren Einsicht ist die Entwicklung des dickeren Mittelabschnitts
eine Folge des Stanzprozesses, die sich offenbar als Nebeneffekt
von Veränderungen
und Verbesserungen des Stanzprozesses, wie sie allgemein verfolgt
werden, in einer intensivierten Weise manifestiert.
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Basierend
auf der Einsicht wie oben beschrieben schlägt die vorliegende Erfindung
vor, die Wahrscheinlichkeit des Bruchs der Verbindungselemente durch
Einstellen der Form der Verbindungselemente zu verringern, nämlich derart,
dass gewährleistet
wird, dass in dem Schubriemen benachbarte Verbindungselemente wenigstens
an den Seitenabschnitten gegeneinander stoßen, sodass ein Biegen um den
Mittelabschnitt nicht stattfinden kann. Die gestellte Aufgabe kann
gemäß der vorliegenden
Erfindung durch Einstellen der Stanzwerkzeuge, mit denen die Verbindungselemente
gebildet werden, und insbesondere des Schneidelements und/oder des Stützelements,
erzielt werden, was auf verschiedene Weisen erreicht werden kann.
Eine Möglichkeit
besteht darin, die Stanzwerkzeuge zum Verschieben von Material vom
Mittelabschnitt des Verbindungselements unter dem Einfluss des Drucks
während
des Stanzprozesses auszubilden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die
Stanzwerkzeuge zum Ausüben eines
relativ geringen Drucks in dem Bereich der Seitenabschnitte während des
Stanzprozesses auszubilden. Beide Maßnahmen verhindern die Entwicklung
eines verdickten Mittelabschnitts, und sie können gemeinsam angewendet werden.
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Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung einen Prozess zum Bilden eines
Verbindungselements, das ausgebildet ist, um ein Teil eines Schubriemens
für ein
stufenlos regelbares Getriebe zu sein, wobei wenigstens an einem
Teil des Verbindungselements, der in der senkrechten Querrichtung
an einer unteren Seite einer Hauptkörperfläche des Verbindungselements
positioniert ist, Material unter dem Einfluss von Druck verschoben
wird.
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Ein
solcher Prozess ist aus der
EP
1 158 203 bekannt und wird zum Zweck des Bildens eines
Elements mit einem Körper
und einem mit dem Körper durch
einen Hals verbundenen Kopf angewendet. Wenn der bekannte Prozess
angewendet wird, wird eine Verschiebung des Materials unter dem
Einfluss von Druck verwirklicht, wobei Material von einem unteren
Abschnitt des Körpers
in einen Abschnitt des Elements, der auf einer abgewandten Seite
des Halses positioniert ist, fließt und wobei ein Fließen des Materials
in lateral beabstandete Enden des Halses erzeugt wird.
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Die
Erfindung wird in mehr Einzelheiten auf der Basis der folgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in der gleiche
Bezugszeichen gleiche oder ähnliche
Teile angeben, erläutert.
Darin zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines stufenlos regelbaren Getriebes
mit einem Schubriemen;
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2 eine
Vorderansicht eines Verbindungselements für einen Schubriemen für ein stufenlos
regelbares Getriebe;
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3 eine
Seitenansicht des Verbindungselements, das in 2 dargestellt
ist;
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4 einen
schematischen Längsschnitt
eines Stanzbereichs einer Stanzvorrichtung sowie eines darin positionierten
Basismaterials;
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5a schematisch
eine erste Stufe einer Stanzbewegung; 5b schematisch
eine zweite Stufe der Stanzbewegung; 5c schematisch
eine dritte Stufe der Stanzbewegung; und 5d schematisch
eine vierte Stufe der Stanzbewegung;
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6a eine
Draufsicht einer Anzahl benachbarter Verbindungselemente, die gemäß einem
theoretischen Aufbau angeordnet sind;
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6b eine
Draufsicht einer Anzahl benachbarter Verbindungselemente, die gemäß einer
Konfiguration angeordnet sind, die in der Praxis aufzutreten scheint;
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7 eine
Perspektivansicht eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Stanzelements
gemäß der Erfindung;
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8 eine
Perspektivansicht eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels des Stanzelements
gemäß der Erfindung;
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9 eine
Perspektivansicht eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels des Stanzelements
gemäß der Erfindung;
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10 eine
erste Möglichkeit
einer Draufsicht des Stanzelements, das in 9 gezeigt
ist;
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11 eine
zweite Möglichkeit
der Draufsicht des Stanzelements, das in 9 gezeigt
ist; und
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12 eine
dritte Möglichkeit
der Draufsicht des Stanzelements, das in 9 gezeigt
ist.
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1 zeigt
schematisch ein stufenlos regelbares Getriebe, beispielsweise zur
Nutzung in einem Motorfahrzeug. Das stufenlos regelbare Getriebe
ist allgemein durch das Bezugszeichen 1 bezeichnet.
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Das
stufenlos regelbare Getriebe 1 weist zwei Riemenscheiben 4, 5 auf,
die an separaten Riemenscheibenwellen 2, 3 angeordnet
sind. Ein Endlosschubriemen 6, der wie eine geschlossene
Schleife geformt ist, ist um die Riemenscheiben 4, 5 angeordnet
und dient dem Übertragen
des Drehmoments zwischen den Riemenscheibenwellen 2, 3.
Die Riemenscheiben 4, 5 sind jeweils mit zwei
Antriebsriemenscheiben versehen, wobei der Schubriemen 6 zwischen
den zwei Antriebsriemenscheiben positioniert und festgeklemmt ist,
sodass mit Hilfe einer Reibung zwischen den Riemenscheiben 4, 5 und
dem Schubriemen 6 eine Kraft übertragen werden kann.
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Der
Schubriemen 6 weist wenigstens einen Endlosträger 7 auf,
der üblicherweise
aus einer Anzahl von Bändern
besteht. Verbindungselemente 10 sind entlang der gesamten
Länge des
Trägers 7 angeordnet,
wobei die Verbindungselemente 10 gegenseitig zueinander
benachbart sind und in einer Umfangsrichtung bezüglich des Trägers 7 bewegbar sind.
Aus Gründen
der Einfachheit sind in 1 nur einige dieser Verbindungselemente 10 dargestellt.
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2 und 3 zeigen
ein Verbindungselement 10. Eine Vorderseite des Verbindungselements 10 ist
allgemein durch das Bezugzeichen 11 gekennzeichnet, während eine
Rückseite
des Verbindungselements 10 allgemein durch das Bezugszeichen 12 gekennzeichnet
ist. Nachfolgen werden sowohl die Vorderseite 11 als auch
die Rückseite 12 auch
als Hauptkörperfläche 11, 12 bezeichnet.
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In
der senkrechten Querrichtung weist das Verbindungselement 10 nacheinander
einen Basisabschnitt 13, einen relativ engen Halsabschnitt 14 und
einen oberen Abschnitt 15, der wie die Spitze eines Pfeils
geformt ist, auf. Im Schubriemen 6 ist der Basisabschnitt 13 auf
der Seite des Innenumfangs des Schubriemens 6 angeordnet,
während
der obere Abschnitt 15 auf der Seite des Außenumfangs
des Schubriemens 6 angeordnet ist. Ferner stößt in einem
Schubriemen 6 wenigstens ein Teil der Vorderseite 11 des
Verbindungselements 10 gegen wenigstens einen Teil der
Rückseite 12 eines
nachfolgenden Verbindungselements 10, während wenigstens ein Teil der
Rückseite 12 des
Verbindungselements 10 gegen wenigstens einen Teil der
Vorderseite 11 eines vorherigen Verbindungselements 10 stößt. Am Übergang
zum Halsabschnitt 14 weist der Basisabschnitt 13 des
Verbindungselements 10, wie in 2 dargestellt,
zwei Tragflächen 16 auf,
die zum Stützen
von zwei Trägern 7 dienen.
Weiter weist der Basisabschnitt 13 zwei Antriebsriemenscheiben-Kontaktflächen 17 auf.
Wenn sich das Verbindungselement 10 über die Riemenscheibe 4, 5 bewegt,
wird ein Kontakt zwischen dem Ver bindungselement 10 und
Kontaktflächen
der Antriebsriemenscheiben durch diese Antriebsriemenscheiben-Kontaktflächen 17 eingerichtet.
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An
der Vorderseite 11 des Verbindungselements 10 ist
eine Kipplinie 18 definiert. Die Kipplinie 18 ist
am Basisabschnitt 13 positioniert und verläuft in dem
gezeigten Beispiel entlang der gesamten Breite des Verbindungselements 10.
In 3 kann man sehen, dass in diesem Beispiel die
Kipplinie 18 in dem Bereich angeordnet ist, wo ein schräger Abschnitt 19 der
Vorderseite 11 des Verbindungselements 10 mit
einem geraden Abschnitt 20 der Vorderseite 11 verbunden
ist. Eine wichtige Funktion der Kipplinie 8 ist das Garantieren
eines gegenseitigen Kontakts zwischen benachbarten Verbindungselementen 10,
wenn sich die Verbindungselemente 10 zum Beispiel während einer
Bewegung des Schubriemens 6 über eine der Riemenscheiben 4, 5 bewegen.
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Ebenso
ist an der Vorderseite 11 des Verbindungselements 10 ein
Vorsprung 21 angeordnet. In dem gezeigten Beispiel ist
der Vorsprung 21 am oberen Abschnitt 15 angeordnet
und entspricht einem Loch in der Rückseite 12. In 3 ist
das Loch mittels gestrichelter Linien angezeigt und durch das Bezugzeichen 22 gekennzeichnet.
Im Schubriemen 6 ist der Vorsprung 21 des Verbindungselements 10 wenigstens
teilweise innerhalb des Lochs 22 eines nachfolgenden Verbindungselements 10 angeordnet. Der
Vorsprung 21 und das entsprechende Loch 22 dienen
dem Verhindern einer gegenseitigen Verschiebung benachbarter Verbindungselemente 10 in einer
Ebene senkrecht zur Umfangsrichtung des Schubriemens 6.
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Das
Verbindungselement 10 wird mittels eines Stanzprozesses
hergestellt, in dem ein Stützelement
und ein Schneidelement angewendet werden. Das Stützelement dient dem Stützen des
Verbindungselements während
des Stanzprozesses, während
das Schneidelement dem Schneiden des Verbindungselements aus einem
Basismaterial, das wie eine Bahn geformt ist, während des Stanzprozesses dient.
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Nachfolgend
wird immer angenommen, dass während
des Stanzprozesses die Vorderseite 11 des Verbindungselements 10 durch
eine Stützfläche des Stützelements
gebildet wird, wohingegen die Rückseite 12 des
Verbindungselements 10 durch eine Schnittfläche des
Schneidelements gebildet wird. Dies ändert nichts an der Tatsache,
dass die Erfindung auch die Situation betrifft, in welcher die Vorderseite 11 durch
die Schnittfläche
gebildet wird und die Rückseite 12 durch
die Stützfläche gebildet
wird.
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Der
Umfang sowohl der Stützfläche als
auch der Schnittfläche
hat im Wesentlichen die gleiche Form wie der Umfang des Verbindungselements 10, das
geschnitten werden soll, wobei diese Flächen wie das Verbindungselement 10 einen
Basisabschnitt, einen relativ schmalen Halsabschnitt und einen obere
Abschnitt, der wie die Spitze eines Pfeils geformt ist, aufweisen.
In der folgenden Beschreibung des Schneidelements und des Stützelements entspricht
eine senkrechte Höhe
der Richtung, in welcher der Basisabschnitt, der Halsabschnitt und
der obere Abschnitt nacheinander angeordnet sind. Eine Längsrichtung
entspricht einer Richtung senkrecht zur Stützfläche und zur Schnittfläche. Eine
waagrechte Breite entspricht einer Richtung senkrecht zu sowohl
der Längsrichtung
als auch der senkrechten Höhe.
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Neben
der Funktion des Stützens
der Verbindungselemente 10 kann dem Stützelement eine weitere wichtige
Funktion zugeordnet werden, nämlich das
Drücken
geschnittener Verbindungselemente 10 aus einer Stanzvorrichtung,
in welcher das Stützelement
angeordnet ist, das in einer Längsrichtung
bewegbar ist.
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Ein
an sich bekannter Stanzprozess wird nun auf der Basis der 4 und 5a bis 5d erläutert.
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In 4 sind
ein Stanzbereich einer Stanzvorrichtung 60 und ein darin
positioniertes Basismaterial 50 schematisch dargestellt.
Die Stanzvorrichtung 60 weist ein Schneidelement 30 auf,
das ausgebildet ist, um das Verbindungselement 10 aus dem Basismaterial
zu schneiden. Das Schneidelement 30 ist in einer Führungsaufnahme 36 in
einer Führungsplatte 35 eingesetzt,
dessen wichtige Funktion das Führen
des Schneidelements 30 während einer Stanzbewegung ist.
Ein Stützelement 40 ist
mit dem Schneidelement 30 in einer Linie, welches ausgebildet
ist, um das Verbindungselement 10 während des Stanzprozesses zu
stützen.
Wie bereits oben bemerkt, entspricht der Umfang sowohl des Schneidelements 30 als
auch des Stützelements 40 im
Wesentlichen dem Umfang des Verbindungselements 10, das
geschnitten werden soll. Das Stützelement 40 ist
in einer Aufnahme 46 in einer Form 45 eingesetzt,
deren wichtige Funktion das Führen
des Schneidelements 30, des Stützelements 40 sowie des
Verbindungselements 10 während einer Stanzbewegung ist.
Der Innenumfang der Aufnahme 46 entspricht im Wesentlichen
dem Umfang des Schneidelements 30, des Stützelements 40 sowie
des Verbindungselements 10. Das wie eine Bahn geformte Basismaterial 50 wird
zunächst zwischen
dem Schneidelement 30 und der Führungsplatte 35 einerseits
und dem Stützelement 40 und
der Form 45 andererseits positioniert.
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Nachfolgend
wird eine Stanzbewegung auf der Basis der 5a bis 5d beschrieben,
in denen verschiedene aufeinander folgende Stufen der Stanzbewegung
dargestellt sind.
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In
einer ersten Stufe oder Anfangsstufe, wie schematisch in 5a dargestellt,
wird ein Stanzabschnitt 51 des Basismaterials 50 zwischen
das Schneidelement 30 einerseits und das Stützelement 40 andererseits
festgeklemmt, während
ein übriger Abschnitt 52 zwischen
einer Führungsfläche 37 der Führungsplatte 35 und
einer Formfläche 47 der
Form 45 festgeklemmt wird. Bei dem Prozess wirken die Klemmkräfte in einer
Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Führungsfläche 37 und zur Formfläche 47.
Der Stanzabschnitt 51 ist der Abschnitt des Basismaterials 50,
der bestimmt ist, um das Verbindungselement 10 zu bilden.
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In
einer zweiten Stufe, wie sie schematisch in 5b dargestellt
ist, wird die Gesamtheit des Schneidelements 30, des Stanzabschnitts 51 und des
Stützelements 40 unter
dem Einfluss von Druck relativ zur Führungsplatte 35, dem übrigen Abschnitt 52 und
der Form 45 bewegt. Bei dem Prozess ist eine Bewegungsrichtung
im Wesentlichen senkrecht zur Stützfläche 37 und
zur Formfläche 47.
Als Ergebnis der gegenseitigen Bewegung durchdringt das Schneidelement 30 das
Basismaterial 50, und der Stanzabschnitt 51 wird
in die Aufnahme 46 der Form 45 gedrückt.
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In
einer dritten Stufe, wie sie schematisch in 5c dargestellt
ist, wird der Stanzabschnitt 51 als Ergebnis der fortgesetzten
gegenseitigen Bewegung vollständig
von dem übrigen
Abschnitt 52 gelöst.
Danach wird die Bewegung der Gesamtheit des Schneidelements 30,
des Stanzabschnitts 51 und des Stützelements 50 relativ
zur Führungsplatte 35,
zum übrigen
Abschnitt 52 und zur Form 45 umgekehrt, bis die
Position dieser Komponenten im Wesentlichen der Position entspricht,
die sie in der ersten Stufe hatten, wobei ein wichtiger Unterschied
in der Tatsache liegt, dass der Stanzabschnitt 51 nun von
dem übrigen
Abschnitt 52 gelöst
worden ist.
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In
einer vierten Stufe, wie sie schematisch in 5d dargestellt
ist, werden das Schneidelement 30 und die Führungsplatte 35 einerseits
und das Stützelement 40 und
die Form 45 andererseits gegenseitig in einer solchen Weise
bewegt, dass das Schneidelement 30 und die Führungsplatte 35 relativ
zum Stanzabschnitt 51 und zum übrigen Abschnitt 52 zurückgezogen
werden, als dessen Ergebnis der Abschnitt freigegeben und entnommen
werden kann. Bei diesem Prozess kann das Stützelement 40 als ein
Drückelement
funktionieren.
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6a zeigt
eine Anzahl benachbarter Verbindungselemente 10, die ein
Teil eines Schubriemens 6 sind, gemäß einer theoretischen Konfiguration.
In dieser Konfiguration ist ein Hauptteil der Hauptkörperflächen 11, 12 der
Verbindungselemente 10 vollständig flach, und die Verbindungselemente 10 stoßen entlang
ihrer gesamten Breite aneinander. Aufgrund dessen sind die Druckkräfte, die
während des
Betriebs des Schubriemens 6 auf die Verbindungselemente 10 wirken,
unter den Hauptkörperflächen 11, 12 gleichmäßig verteilt.
Lokal bleiben die Spannungen im Material des Verbindungselements 10 immer
unterhalb eines theoretischen Konstruktionswerts.
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Wenn
sich die gezeigten Verbindungselemente 10 während des
Betriebs des Schubriemens 6 über eine Riemenscheibe 4, 5 bewegen,
findet ein gegenseitiger Kontakt zwischen benachbarten Verbindungselementen 10 entlang
der gesamten Länge der
Kipplinie 18 statt. Die Druckkräfte werden dann gleichmäßig über die
Kipplinie 18 verteilt, wobei lokale Spannungen im Material
des Verbindungselements 10 an der Position der Kipplinie 18 immer
unterhalb eines theoretischen Konstruktionswerts bleiben.
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Auf
der Basis der obigen Erläuterung
wird klar, dass in der theoretischen Konfiguration die Spannungen
im Material der Verbindungselemente 10 unabhängig von
der Situation immer unterhalb eines theoretischen Konstruktionswerts
bleiben. Aufgrund dessen wird ein Bruch als Ergebnis einer Spannungskonzentration
an den Hauptkörperflächen 11, 12 des
Verbindungselements 10 nicht stattfinden.
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6b zeigt
eine Anzahl benachbarter Verbindungselemente 10, die ein
Teil eines Schubriemens 6 sind, gemäß einer Konfiguration, die
in der Praxis aufzutreten scheint. Bei dieser Konfiguration ist
ein Mittelabschnitt 23 der Vorderseite 11 der
Verbindungselemente 10, der in der waagrechten Querrichtung
mittig angeordnet ist, dicker als die übrigen Abschnitte der Vorderseite 11,
als Ergebnis dessen die Verbindungselemente 10 in einem
unbelasteten Zustand ausschließlich
gegen den Mittelabschnitt 23 stoßen. Es wird angemerkt, dass
zum Zwecke der Klarheit in der Figur die Verbindungselemente 10 an der
Position des Mittelabschnitts 23 als extrem dick dargestellt
sind. Die üblicherweise angewendeten Verbindungselemente 10 haben
eine Nenndicke zwischen 1 und 3 mm, wobei die Erhöhung der
Dicke an der Position des Mittelabschnitts 23 typischerweise etwa
10 μm beträgt.
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Wenn
während
eines Betriebs des Schubriemens 6 Druckkräfte auf
die Verbindungselemente 10 wirken, entwickelt sich die
Konfiguration, wie sie in 6b dargestellt
ist. Die Druckkräfte
konzentrieren sich selbst im Mittelabschnitt 23, als dessen
Ergebnis Spannungen im Material des Verbindungselements 10 lokal über einen
theoretischen Konstruktionswert steigen können, was zu einem Bruch des
Verbindungselements 10 führen kann.
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Falls
sich die gezeigten Verbindungselemente 10 während eines
Betriebs des Schubriemens 6 über eine Riemenscheibe 4, 5 bewegen,
findet ein gegenseitiger Kontakt zwischen benachbarten Verbindungselementen 10 entlang
nur eines Teils der Kipplinie 18, die ein Teil des Mittelabschnitts 23 ist, statt.
Bei diesem Prozess konzentrieren sich die Druckkräfte zwischen
benachbarten Verbindungselementen 10 selbst in diesem Abschnitt
der Kipplinie 18, als dessen Ergebnis lokale Spannungen
im Material des Verbindungselements 10 im Bereich dieses Abschnitts über einen
theoretischen Konstruktionswert steigen können, was zu einem Bruch des
Verbindungselements 10 führen kann.
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Außerdem erzeugt
die Druckkraft zwischen zwei Verbindungselementen 10, die
im ersten Augenblick auf den Bereich des Mittelabschnitts 23 wirkt,
zusammen mit einer Reibungskraft zwischen den Verbindungselementen 10 und
den Antriebsriemenscheiben, die immer auf den Bereich der Antriebsriemenscheiben-Kontaktflächen 17 wirkt,
ein Drehmoment, als dessen Ergebnis die Verbindungselemente 10 auch
eine Biegeverformung erfahren. Als Ergebnis biegen sich die Verbindungselemente 10,
sodass die Verbindungselemente 10 Stellungen annehmen,
in denen die Verbindungselemente 10 nicht nur im Bereich
des Mittelabschnitts 23 gegeneinander stoßen, sondern
auch im Bereich der Antriebsriemenscheiben-Kontaktflächen 17 gegeneinander
stoßen.
Wie man klar in 6b sehen kann, ist die Wirkung
dieser Biegungen mehr oder weniger kumulativ, was bedeutet, dass
ein bereits gebogenes Verbindungselement 10 weiter gebogen
werden muss, falls dieses Verbindungselement 10 gegen ein vorheriges
Verbindungselement 10 stößt, das ebenfalls selbst gebogen
ist, als Ergebnis des oben beschriebenen Wechselspiels der Kräfte. Ein
erstes Verbindungselement 10 in einer Reihe von benachbarten
und gebogenen Verbindungselementen 10 wird sich dann deutlich
biegen, selbst wenn das Maß, auf
welches der Mittelabschnitt 23 verdickt ist, je Verbindungselement 10 relativ
klein ist. Außerdem
variieren die Biegeverformung und das Biegen während einer Umdrehung des Schubriemens 6 in
Abhängigkeit
von der Druckkraft, wenn der Schubriemen 6 in einem stufenlos
regelbaren Getriebe 1 angewendet wird, als dessen Ergebnis
ein Ermüdungsbruch
auftreten kann.
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Gemäß einer
wichtigen Einsicht, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt,
ist die Entwicklung des dickeren Mittelabschnitts 23 eine
Folge des Stanzprozesses.
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Bezüglich des
Nachfolgenden gilt, dass der Begriff „Stanzelement„ sich
sowohl auf das Stützelement
als auch das Schneidelement bezieht, und dass sich der Begriff „Stoßfläche„ auf sowohl
die Stützfläche als
auch die Schnittfläche
bezieht.
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7 zeigt
ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines Stanzelements gemäß der Erfindung,
das allgemein durch das Bezugszeichen 70 gekennzeichnet
ist.
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Das
Stanzelement 70 weist eine Stoßfläche 71 auf, die so
ausgebildet ist, dass sie während
der Herstellung des Verbindungselements 10 unter dem Einfluss
von Druck gegen eine Hauptkörperfläche 11, 12 eines
Verbindungselements 10 stößt. Aus Gründen der Einfachheit sind in 7 nicht
alle Einzelheiten der Stoßfläche 71 dargestellt.
Zum Beispiel ist die Form der Stoßfläche 71, die zum Bilden
des Vorsprungs 21 ausgebildet ist, nicht gezeigt.
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Wie
oben bereits bemerkt, ist die Stoßfläche 71 wie das Verbindungselement 10 mit
einem Basisabschnitt 72, einem Halsabschnitt 73 und
einem oberen Abschnitt 74 versehen. Nachfolgend beziehen sich
die Begriffe „unten„ und „oben„ auf eine
Orientierung des Stanzelements 70, in welcher der obere
Abschnitt 74 oben angeordnet ist und in welcher der Basisabschnitt 72 unten
angeordnet ist.
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Auf
beiden Seiten eines Mittelabschnitts 75, der in der waagrechten
Richtung mittig angeordnet ist, hat der Basisabschnitt 72 Abschnitte 76,
die relativ zur Ebene des Mittelabschnitts 75 vertieft
sind. In 7 ist die Position eines sich
vollständig
in der Ebene des Mittelabschnitts 75 erstreckenden Basisabschnitts
mittels getrichelter Linien gekennzeichnet.
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Vorzugsweise
sind die vertieften Abschnitte 76 so geformt, dass die
Maße in
der Längsrichtung der
Abschnitte 76 in der Richtung vom Mittelabschnitt 75 zum
Umfang des Basisabschnitts 72 kleiner werden. In einem
alternativen Ausführungsbeispiel 80, das
in 8 dargestellt ist, werden auch die Maße in der
Längsrichtung
dieser Abschnitte 76 in der senkrechten Richtung von einer
unteren Seite des Basisabschnitts 72 zu einer oberen Seite
des Basisabschnitts 72 kleiner. In den gezeigten Beispielen
sind die Maße
in der Längsrichtung
entlang der gesamten unteren Seite des Basisabschnitts 72 gleich
den Maßen
in der Längsrichtung
des Mittelabschnitts 75.
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Während eines
Stanzprozesses, in dem das Stanzelement 70 angewendet wird,
wird die Hauptkörperfläche 11, 12 des
Verbindungselements 10 gegen die Stoßfläche 71 gedrückt. In
dem Bereich des Mittelabschnitts 75 wird Material der Hauptkörperfläche 11, 12 verschoben,
was von dem Mittelabschnitt 75 in der waagrechten Richtung
auf beiden Seiten in eine Aufnahme fließt, die durch die vertieften
Abschnitte 76 dargeboten wird.
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Aus
der obigen Erläuterung
ist es offensichtlich, dass, wenn das Stanzelement 70 angewendet wird,
Material des Mittelabschnitts 23 des Verbindungselements 10 in
der Richtung der Antriebsriemenscheiben-Kontaktflächen 17 verschoben
wird. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Mittelabschnitt 23 relativ
zu den übrigen
Abschnitten des Verbindungselements 10 dicker ist.
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Wenn
die erhaltenen Verbindungselemente 10 in einem Schubriemen 6 angewendet
werden, stoßen
die Verbindungselemente 10 im Bereich der Antriebsriemenscheibe-Kontaktflächen 17 gegeneinander.
Während
des Betriebs des Schubriemens 6 kann dann kein Biegen der
Verbindungselemente 10 stattfinden, weil an der Stelle,
wo die durch die Antriebsriemenscheiben ausgeübte Reibungskraft auf die Verbindungselemente 10 wirkt,
kein Spiel vorhanden ist. Wenn kein Biegen der Verbindungselemente 10 auftritt,
tritt auch keine Ermüdung
der Verbindungselemente 10 auf, als dessen Ergebnis ein
Bruch der Verbindungselemente 10 verhindert wird.
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Im
Schutzumfang der Erfindung kann die Form des Stanzelement 70 so
gewählt
werden, dass das Stanzelement 70 zum Verschieben von Material der
Hauptkörperfläche 11, 12 des
Verbindungselements 10 während des Stanzprozesses derart,
dass das Material an der Position der Kipplinie 18 gleichmäßig auf
die Breite des Verbindungselements 10 verteilt wird, geeignet
ist. In diesem Fall erhält
man ein Verbindungselement 10, bei dem an der Position der
Kipplinie 18 die Maße
in der Längsrichtung
des Verbindungselements 10 entlang eines Hauptteils der
Breite des Verbindungselements 10 im Wesentlichen konstant
sind, d.h. die Maße
in der Längsrichtung
des Verbindungselements 10 an einer beliebigen Position
auf der Kipplinie 18 im Wesentlichen gleich den Maßen in der
Längsrichtung
des Verbindungselements 10 an einer zweiten beliebigen
Position auf der Kipplinie 18 sind. In diesem Fall bedeutet der
Ausdruck „im
Wesentlichen gleich„,
dass verbleibende Minuskelunterschiede in der Dicke eine Größenordnung
von maximal wenigen Mikrometern haben. Somit erhält man beim Anwenden des Stanzelements 70 ein
Verbindungselement 10, bei dem im Wesentlichen die gesamten
Kipplinie 18 dem Garantieren eines Kontakts und dem Übertragen
von Kräften
dient, wenn sich das Verbindungselement 10 über eine
Riemenscheibe 4, 5 bewegt.
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Falls
die Maßnahme
bezüglich
des Verschiebens von Material vom Mittelabschnitt 23 in
der Richtung der Antriebsriemenscheiben-Kontaktflächen 17 auf
ein extremes Maß durchgeführt wird,
dann kann man ein Verbindungselement 10 erhalten, bei dem die
Maße in
der Längsrichtung
an der Position eines Bereichs nahe den Antriebsriemenscheiben-Kontaktflächen 17 größer als
die Maße
an der Position des Mittelabschnitts 23 sind, sodass es
keinen Weg gibt, dass ein Biegen des Verbindungselements 10 stattfinden
kann. Nichtsdestotrotz muss das Verbindungselement 10,
falls die Wahl auf eine solche Lösung
fällt,
als Ergebnis der begrenzten Flächen
der Kipplinie 18 relativ hohen Kontaktdrücken standhaften
können.
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9 bis 12 zeigen
ein drittes Ausführungsbeispiel
eines Stanzelements gemäß der Erfindung,
welches allgemein durch das Bezugszeichen 100 gekennzeichnet
ist. Das Stanzelement weist einen Abschnitt 101 auf, das
relativ zur Stoßfläche 71 erhöht ist.
Der erhöhte
Abschnitt 101 ist in der waagrechten Richtung mittig angeordnet
und erstreckt sich über
die gesamte Höhe
des Stanzelements 100. In diesem Beispiel verläuft der
erhöhte
Abschnitt 101 entlang des gesamten Halsabschnitts 73.
Die Maße in
der waagrechten Richtung des erhöhten
Abschnitts 101 sind im Bereich des Halsabschnitts 73 kleiner
als die Maße
im Bereich des Basisabschnitts 72 und des oberen Abschnitts 74.
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Es
gibt viele Möglichkeiten
für die
Form des erhöhten
Abschnitts 101 an der Stoßfläche 71. Zum Beispiel
ist es nicht notwendig, dass sich der erhöhte Abschnitt 101 entlang
der gesamten Höhe
des Stanzelements 100 erstreckt. Stattdessen kann der erhöhte Abschnitt 101 zum
Beispiel ausschließlich
einem Teil der Kipplinie 18 und dem in der waagrechten Querrichtung
mittig angeordneten Halsabschnitt 14 des Verbindungselements 10 entsprechen.
Es ist wichtig, dass der erhöhte
Abschnitt 101 im Wesentlichen mittig in der waagrechten
Richtung positioniert ist.
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Während eines
Stanzprozesses, in dem das Stanzelement 100 angewendet
wird, wird eine Hauptkörperfläche 11, 12 des
Verbindungselements 10 gegen die Stoßfläche 71 gedrückt. In
dem Bereich des erhöhten
Abschnitts 101 wird Material der Hauptkörperfläche 11, 12 verschoben.
Als Ergebnis erhält man
ein Verbindungselement 10, bei dem der mittige Abschnitt 23 in
jedem Fall nicht erhöht
ist. Wenn ein solches Verbindungselement 10 in einem Schubriemen 6 angewendet
wird, ist ein Spiel zwischen benachbarten Verbindungselementen 10 im
Bereich der Antriebsriemenscheiben-Kontaktflächen 17 nicht vorhanden,
als dessen Ergebnis ein Biegen und eine Ermüdung des Verbindungselements 10 nicht
auftreten kann und ein Bruch des Verbindungselements 10 verhindert
wird.
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Wenn
das Stanzelement 100 in einem Stanzprozess angewendet wird,
in dem ein Verbindungselement 10 hergestellt wird, dann
wird Material von einem Mittelabschnitt 23 des Basisabschnitts 13 des Verbindungselements 10,
der in der waagrechten Querrichtung mittig angeordnet ist, verschoben.
Aufgrund dessen erhält
man ein Verbindungselement 10, bei dem der Halsabschnitt 14 in
jedem Fall nicht höher
als die Kipplinie 18 positioniert ist. Wenn das Stanzelement 100 in
einem Stanzprozess angewendet wird, ist es auch möglich, Verbindungselemente 10 zu
erhalten, bei denen die Hauptkörperfläche 11, 12 im
Bereich des Basisabschnitts 13 auf beiden Seiten in der
waagrechten Querrichtung beginnend vom Mittelabschnitt 23 aufsteigt.
Es ist bereits oben beschrieben, dass eine Ermüdung und ein Bruch solcher
Verbindungselemente 10 nicht stattfinden.
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10 bis 12 zeigen
verschiedene Möglichkeiten
für die
Form des erhöhten
Abschnitts 101 in der waagrechten Richtung. In 10 und 11 sind
die Winkel zwischen einer Kante 102, die in der Längsrichtung
erhöht
ist, und einer Vorderseite 103 des erhöhten Abschnitts 101 durch
die Bezugsziffer 104 gekennzeichnet. Die Winkel 104 können im Wesentlichen
senkrecht sein, wie in 10 dargestellt, können aber
auch rund sein, wie in 11 dargestellt. Eine weitere
Möglichkeit
besteht darin, dass keine erhöhte
Kante, keine Vorderseite und keine Zwischenwinkel vorhanden sind,
sondern dass der erhöhte
Abschnitt 101 in seiner Gesamtheit in der waagrechten Richtung
im Wesentlichen gekrümmt ist,
wie in 12 dargestellt. Schließlich kann
der erhöhte
Abschnitt 101 vorzugsweise in sowohl der waagrechten Richtung
als auch der senkrechten Richtung auch in einer ganz oder teilweise
gekrümmten
Weise ausgeführt
sein.
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Es
ist für
einen Fachmann klar, dass der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung
nicht auf die oben diskutierten Beispiele beschränkt ist, sondern dass mehrere Änderungen
und Modifikationen davon ohne Verlassen des Schutzumfangs der Erfindung,
wie er in den anhängenden
Ansprüchen
definiert ist, möglich
sind.
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Nicht
nur die gezeigten Ausführungsbeispiele
des Stanzelements liegen im Schutzumfang der Erfindung, sondern
auch Ausführungsbeispiele
des Stanzelements, in denen eine Kombination verschiedener gezeigter
Maßnahmen
vorhanden ist. Zum Beispiel betrifft die Erfindung auch ein Stanzelement, das
mit sowohl zwei vertieften Abschnitten 76 als auch einem
erhöhten
Halsabschnitt 73 versehen ist. In einem weiteren ausführbaren
Ausführungsbeispiel des
Stanzelements weist der Basisabschnitt 72 wenigstens einen
relativ erhöhten
Endabschnitt auf, der an einer unteren Seite des Basisabschnitts 72 angeordnet
ist und der beginnend von der unteren Seite des Basisabschnitts 72 in
der senkrechten Richtung schräg
ist.
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Im
Schutzumfang der Erfindung ist eine Endbearbeitung der Verbindungselemente 10 überhaupt nicht
ausgeschlossen, wobei eine mögliche
Endbearbeitung auch auf ein (weiteres) Reduzieren der Veränderung
der Dicke in der waagrechten Querrichtung des Verbindungselements 10 gerichtet
sein kann.
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Im
Schutzumfang der Erfindung ist es während eines Stanzprozesses
möglich,
beide Hauptkörperflächen 11, 12 eines
Verbindungselements 10 beim Anwenden von zwei Stanzelementen
gemäß der Erfindung
zu bilden, wobei eines der zwei Stanzelemente als Schneidelement
funktioniert und das andere der zwei Stanzelemente als Stützelement funktioniert.
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Es
wird angemerkt, dass die oben beschriebenen Maßnahmen bezüglich des Stanzelements vorzugsweise
im Stützelement 40 angewendet
werden, weil bei einer deutlich längeren Lebensdauer des Stützelements 40 relativ
zum Schneidelement 30 die beim Einleiten der Maßnahmen
involvierten Kosten sich im Allgemeinen je Verbindungselement 10 als
niedriger erweisen.