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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich inter alia auf einen Treibriemen für ein Transversalelement, das
zur Aufnahme in einem stufenlos veränderlichen Getriebe bestimmt
ist, welches Riemenscheiben hat, die eine wenigstens teilweise konische Berührungsfläche für eine Umhüllung eines
Treibriemens zwischen Paaren der besagten Scheiben haben, wobei
der Treibriemen für
diesen Zweck ein oder mehrere Transversalelemente aufweist, wobei das
Transversalelement mit konvergierenden Seitenflächen versehen ist, welche für eine Berührung mit der
Berührungsfläche einer
Riemenscheibe bestimmt sind, und eine oder mehr Seitenflächen eine Oberfläche besitzen,
die Vorsprünge
hat, welche ein Profil bereitstellen, wobei in der Oberfläche durch
die Vorsprünge
definierte Berührungsflächen vorhanden sind,
die mit der Berührungsfläche einer
Riemenscheibe in Berührung
kommen.
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Ein Transversalelement dieser Art
ist in der Europäischen
Patentanmeldung 0 381 258 beschrieben: die Elemente haben eine vorbestimmte
profilierte Berührungsfläche, welche
Vorsprünge,
die durch Rippen ausgebildet sind, und Aussparungen aufweisen, die
durch Nuten geformt sind. Bei der bekannten Konstruktion ist die
Breite der Berührungsfläche einer
Rippe, gemessen „in
dem Profil", höchstens
100 μm und
die Breite einer Nut ist weniger als oder gleich 300 μm, wobei
die Nuten wenigstens fünfzig
Prozent der gesamten Oberfläche
ausmachen, in welcher sie vorhanden sind. Der Treibriemen arbeitet
mit einem Satz von Riemenscheiben zusammen in der Kombination mit
angeliefertem Öl,
welches inter alia dazu dient, die Wärme abzuführen. Bei der bekannten Konstruktion
ist das Verhältnis
zwischen den Oberflächenabmessungen
der Vorsprünge
und den Nuten in Bezug auf die Zuführung von Öl in die Nuten und die Sammlung
von Öl
in den besagten Nuten optimiert, um einen Schlupf zwischen dem Treibriemen
und der Riemenscheibe zu verhindern. Die bekannte Konstruktion weist
den Nachteil auf, dass wenn das Getriebe zum ersten Mal in Benutzung
genommen wird, anfangs eine Beschädigung der Riemenscheibe und des
Riemens oder ein Brechen des Riemens stattfinden kann.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung
besteht vorteilhaft wenigstens darin, dieses Phänomen zu überwinden oder im wesentlichen
zu verhindern, wenigstens ein verbessertes Profil zu erhalten, vorzugsweise
ein Profil, welches derart gestaltet ist, dass es die vorerwähnten Probleme
verhindern kann, und dass in optimaler Weise Rechnung getragen wird
hinsichtlich der physikalischen Phänomene, die zwischen dem Treibriemen
und der Riemenscheibe während
des Einlaufens erwachsen.
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Gemäss der Erfindung wird dies
erreicht, wenn das Profil derart geformt ist, dass bei einem Querschnitt
parallel zu der betreffenden Seitenfläche oder nach einem Verschleiß des Profils
an einem Niveau oder zu einem Niveau hinab, welches sich zu wenigstens
dreißig
Prozent und höchstens
siebzig Prozent der Profilhöhe
unterhalb der anfänglichen Profilhöhe befindet,
der Flächenbereich
der Oberfläche,
der für
die Berührung
mit der Berührungsfläche einer
Riemenscheibe effektiv zur Verfügung
steht, innerhalb eines Bereichs von vierzig bis sechzig Prozent
in Bezug auf die Abmessungen der Seitenfläche liegt, in welcher die Berührungsflächen vorhanden sind.
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In Übereinstimmung mit der Einsicht,
auf welcher die Erfindung basiert, schafft eine Konstruktion dieser
Art vorteilhaft eine Möglichkeit
für das
Hineinlaufen des Treibriemens und schafft eine vorteilhafte Formgebung
für die
Vorsprünge,
welche unter Beibehaltung von vorteilhaften Verhältnissen in Bezug auf die Zuführung von Öl in die
Nuten hinein und das Sammeln von Öl in den besagten Nuten optimiert ist
in Bezug auf einen korrekten und vorteilhaften Verschleiß beim Hineinlaufen
und welche eine Beschädigung
verhindert und eine vorteilhafte Wirkung auf die Periode hat, über welche
der Riemen einer Belastung unterworfen werden kann.
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Ein Hineinlaufen in Übereinstimmung
mit der Erfindung ist mittels verschleißfähiger Profilbereiche in der äußersten
Profillage bis hin zu einer Tiefe von bsp. etwa 10 μm möglich, in
welcher Schicht der Anteil des Profils, welches als eine Lagerfläche dient, klein
ist, sodass so die Möglichkeit
eines Verschleißes
hoch ist. Eine solche optimale Möglichkeit
für einen
anfänglichen
Verschleiß verhindert,
dass sich Elemente des Treibriemens in die Berührungsfläche der Riemenscheibe eingraben
oder Unregelmäßigkeiten
vergrößern, wie
bsp. einbezogene Kerben, während
des Einlaufs einer Riemen- und Riemenscheibe-Kombination. Diese
Möglichkeit
erwächst bsp.
als eine Folge eines Wechsels bei der Breite von aufeinanderfolgenden
Elementen in einem Riemen oder der Ungleichheit darin in Bezug auf
eine imaginäre
Symmetrieebene zwischen zwei Riemenscheibenscheiben oder als eine
Folge der Veränderung des
Flankenwinkels der Elemente. Ein solches Element kann radial nach
außen
unter dem Druck der Riemenscheiben gedrückt werden, sodass eine gegensätzlich hohe
Spannung und eine lokal gegensätzlich
hohe Belastung an einem innersten Band eines zusammengesetzten Bandes
des Treibriemens verursacht werden würde. Die Möglichkeit für einen anfänglichen Verschleiß, der gemäss der Erfindung verursacht
wurde, führt
so auch zu einem optimalen Sitz einer Riemen/Riemenscheibe-Kombination
und verhindert auch ein Brechen oder eine Beschädigung der Riemenscheibe beim
Einlaufen eines relativ breiten Elements zwischen den zwei Scheiben
einer Riemenscheibe.
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Die Konstruktion gemäss der Erfindung
hat auch den Vorteil, dass die Berührungsfläche anfänglich minimal ist, dass sie
aber als ein Ergebnis der bevorzugt sinusförmigen Formgebung relativ rasch durch
einen Verschleiß in
einer gesteuerten Art und Weise abnimmt, bis eine Ausgleichsituation
erreicht ist, in welcher ein weiterer Verschleiß vernachlässigbar ist. Die gemäss der Erfindung
vorgeschlagene Formgebung hat auch den Vorteil, dass der Anteil
der Berührungsflächen, die
als Lagerflächen
dienen, in optimaler Art und Weise in einer Riemen/Riemenscheibe-Kombination
eine Einstellung auf sich möglicherweise
verändernde
Werte in der Härte
des Materials sowohl der Scheibe wie auch der Elemente beitragen
oder zu einer sich möglicherweise
verändernden
Zusammensetzung von deren Material.
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In der Japanischen Patentanmeldung 58-189
587, veröffentlicht
als JP-A-60-81537, ist ein Element beschrieben, das eine Berührungsfläche aufweist,
die eine unendliche Anzahl von winzig kleinen Vorsprüngen aufweist,
die augenscheinlich in einer stochastischen Verteilung anwesend
sind. Die anfängliche
Berührung
der Oberfläche
beträgt
wenigstens zwanzig Prozent, um einen Schlupf und einen Verschleiß zu verhindern.
Im Gegensatz zu dessen, was in der besagten Japanischen Patentanmeldung
beschrieben ist, ist das Ziel der vorliegenden Erfindung ein mäßiges, jedoch
kontrolliertes Ausmaß des
anfänglichen
Verschleißes.
Das Dokument ergibt keine Information über mögliche Abmessungen oder Toleranzen
der Formgebung der Vorsprünge.
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Die Derwent-Zusammenfassung der Japanischen
Patentanmeldung 3-185 686, veröffentlicht
als JP-A-05-10405, beschreibt eine Berührungsfläche, die Mikrounregelmäßigkeiten
aufweist, welche durch ein sogenanntes Strahlputzen erhalten sind.
Um den Widerstand gegenüber
einem Verschleiß zu
erhöhen,
wird die so erhaltene rauhe Oberfläche geglättet, bis ein spezifischer
Anteil der Vorsprünge, die
als Lagerflächen
wirken, erreicht ist. Im Gegensatz zu dieser bekannten Konstruktion
vermittelt die vorliegende Erfindung die Lehre, dass ein anfänglicher Verschleiß der Elemente
während
des Hineinlaufens eines Riemens erreicht werden muss, um so eine Stoßbelastung
zu verhindern, die als eine Folge einer ungünstigen Reihenfolge von aufeinanderfolgenden Elementen
bei einem Riemen und von Elementen von wechselnder Breite ohne eine
Toleranz erwachsen kann.
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Die Erfindung wird nun in größerem Detail unter
Bezugnahme auf eine Zeichnung und eine Anzahl von Ausführungsformen
nachfolgend beschrieben. In der Zeichnung:
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1 ist
eine schematische Darstellung eines für sich bekannten Getriebes,
auf welches sich die Erfindung bezieht;
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2 ist
eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Transversalelements für einen
Treibriemen;
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3 ist
eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform für ein Transversalelement für einen
Treibriemen;
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4a und 4b sind Längsansichten des Transversalelements
der 3 mit geraden und schrägen Nuten
in Übereinstimmung
mit dem Stand der Technik;
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5 ist
ein schematischer Querschnitt eines Nutenmusters gemäss dem Stand
der Technik;
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6 ist
eine vertikale Projektion von einer Seite eines Teils eines Misch-Treibriemens
gemäss dem
Stand der Technik;
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7 ist
eine Ansicht entsprechend der 6 eines
Profils gemäss
der Erfindung;
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8 ist
eine Ansicht gemäss
der 6 eines alternativen
Profils gemäss
der Erfindung;
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9 ist
eine Kurvendarstellung des Verlaufs des Verschleißes des
Profils in Bezug auf die Umdrehungsgeschwindigkeit des Treibriemens.
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Das Getriebe der 1 umfasst ein Paar von schwach konischen
Riemenscheiben 1, 2 mit einem Treibriemen 3,
der zwischen diese eingepasst ist. Bei dieser Ausführungsform
ist der Treibriemen mit einer Abstützung 7 versehen,
auf welcher die Transversalelemente 6 beweglich montiert
sind. Eine Ausführungsform
eines solchen Transversalelements ist in 2 gezeigt. Das betreffende Transversalelement 6' ist mit einer
Aussparung 13 zur Aufnahme einer Abstützung versehen, die bsp. aus
einem Bündel
von Metallbändern
bestehen kann. Eine solche Aussparung 13 kann an ihrer
Oberseite mittels eines Verriegelungsstiftes 10 verschlossen
sein, der in die Bohrungen 11 und 12 des Transversalelements 6' eingepasst
ist. Eine andere Ausführungsform
eines Transversalelements ist in 3 gezeigt.
In diesem Fall hat das betreffende Transversalelement 6 ein
Paar von Aussparungen 14, in welchen eine Abstützung 7 aufgenommen
sein kann. Die Abstützung 7 ist
gewöhnlich
durch ein Bündel
von fortlaufenden Elementen geformt, wie bsp. flachen, flexiblen
Metallbändern,
die übereinander
angeordnet sind. Bei den beiden Ausführungsformen sind die betreffenden Transversalele mente 6 und 6' mit konvergierenden Seitenflächen 8 versehen,
die für
ein Zusammenwirken mit den betreffenden konischen Berührungsflächen 4 und 5 der
Riemenscheiben 1 und 2 angepasst sind, welche
gewöhnlich
unter einem Winkel von etwa 11° angeordnet
sind. Bei dieser Anordnung kann ein Ölfilm zwischen den Berührungsflächen 4 und 5 an
einer Seite und den Seitenflächen 8 an
der anderen Seite ausgebildet werden, als dessen Folge der Treibriemen
in Bezug auf die Riemenscheiben 1 und 2 schlupfen
kann, sodass sich als eine Folge davon das übertragene Drehmoment erniedrigt.
Der Wirkungsgrad des Getriebes erniedrigt sich deshalb ebenfalls
und es kann ein übermäßiger Verschleiß stattfinden.
Um dies zu verhindern, müssen
die Seitenflächen 8 und/oder
die Berührungsflächen 4, 5 diskontinuierlich
oder aufgerauht sein.
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Die 4a und 4b zeigen die Transversalelemente 6,
welche Seitenflächen 8 aufweisen,
die mit einer profilierten Oberfläche versehen sind. Das Profil
ist hier durch Aussparungen in der Form von Nuten 15 bestimmt,
die parallel oder schräg
in Bezug auf die Längsrichtung
der Abstützung 7 verlaufen,
zwischen Vorsprüngen
in der Ausbildung von Rippen 16, die ebenfalls parallel
oder schräg
in Bezug auf die Abstützung 7 verlaufen
können.
Zum Zwecke der Vereinfachung wird nachfolgend immer Bezug genommen
auf die genuteten Oberflächen
der Transversalelemente; es sollte jedoch klar sein, dass dieselbe Bezugnahme
auch entsprechend für
die Berührungsflächen 4 und 5 der
betreffenden Riemenscheiben 1 und 2 gültig ist
sowie auch auf Profile, die durch ein Sandstrahlen, ein Strahlputzen
oder ein Kugelstrahlen erhalten werden. Für eine weitere Erläuterung
der Erfindung ist es tatsächlich
nicht wichtig, wie das präzise
Muster der Vorsprünge
aussieht, also bsp. stochastisch durch ein Strahlputzen erhalten
ist oder in einer vorbestimmten Art und Weise ausgebildet ist, und
zwar in diesem Fall mit Nuten oder Vorsprüngen, die bsp. gerade, schräg, abgestuft,
gekrümmt
oder in einer sonstigen Art und Weise ausgebildet sind.
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5 zeigt
einen Querschnitt eines für
sich bekannten Nutprofils unter einem rechten Winkel zu der Berührungsfläche 8 und
in der Längsrichtung oder
in der Tiefenrichtung davon. Das Profil weist Rippen 16 auf,
die eine effektive Breite Ld haben, und zwischen den besagten Rippen
positionierte Nuten, wobei die Nuten eine effektive Breite Lg haben.
Die Nuten wirken als eine Einrichtung zur Aufnahme und Entfernung
des Öls.
Es ist wünschenswert,
das Öl rasch
zu entfernen, sodass kein Risiko zur Ausbildung eines Ölfilms zwischen
den Berührungsflächen des
Transversalelements und der Riemenscheibe besteht, oder wenn sich
ein Ölfilm
bereits ausgebildet haben sollte, diesen aufzubrechen oder ihn so
rasch wie möglich
zu verringern. Um dies zu erreichen muss gemäss der Erfindung die wirksame
Breite Ld der Rippen genügend
klein sein, sodass das Öl
nur über
eine beschränkte
Entfernung bewegt werden muss, bevor es in den Nuten gesammelt wird.
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Es wurde auch gefunden, dass unabhängig von
der effektiven Breite Lg der Nut 15 und der effektiven
Breite Ld der Rippe 16 die gesamte Oberfläche der
Nut, das heißt
also auch die Nuttiefe h, wichtig ist. Gemäss der Erfindung beträgt die besagte
Nuttiefe vorzugsweise den Bereich von 15 bis 30 μm, sodass eine Möglichkeit
eines Hineinlaufens oder eines anfänglichen Verschleißes besteht,
und dass auf der anderen Seite selbst nach dem Hineinlaufen des
Riemens oder nach dem Verschleiß der
Seitenflächen 8 der
Elemente ein angemessenes Volumen der Nut erhalten wird, sodass
genügend Öl gesammelt
werden kann, und andererseits die Tiefe der Nut oder die Höhe der Vorsprünge oder
die Tiefe der Aussparungen nicht zu groß ist, dass damit ein Ausfallen
der Vorsprünge
verursacht wird.
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Die 7 und 8 zeigen Alternativen der
neuen Profile für
die Seitenflächen 8,
ausgebildet in Übereinstimmung
mit den Einsichten, auf welchen die Erfindung basiert. Ein gutes
Fließen
des Öls
von der Rippe 16 in die Nut 15 wird mit diesen Gestaltungen
aufrecht erhalten, sodass ein ungleichförmiges Fließen mit unerwünschtem
Druckaufbau mit einem relativ hohen Maß an Sicherheit verhindert
wird. Ein sinusförmiges
Profil wird gemäss
der Erfindung bevorzugt benutzt. Dieses Profil schafft einerseits
eine Übereinstimmung
mit dem Konzept, auf welchem die vorliegende Erfindung basiert,
nämlich
dass ein gewisses Ausmaß von
Verschleiß des
Flankenprofils wünschenswert
ist, weil das Profil eine anfänglich
minimale Berührungsfläche hat,
sodass der anfängliche Verschleiß rasch
und leicht fortschreitet, während
auf der anderen Seite eine wenigstens quasi-ausgeglichene Situation
relativ rasch erreicht wird, in welcher der Anteil, der als eine
Lagerfläche
wirkt, etwa fünfzig Prozent
beträgt.
Der als eine Lagerfläche
wirkende Anteil ist das Verhältnis
der Oberfläche
der Vorsprünge
oder der Oberfläche
aller Vorsprünge
in einer Seitenfläche 8,
die wirksam zur Verfügung
steht, um ein Auflagern an einer Riemenscheibe 1 und 2 zu
erhalten, zu der Gesamtfläche,
in welcher die Vorsprünge oder
Aussparungen aufgenommen werden, bsp. die Oberfläche, die durch die Höhe und die
Breite der Seitenflächen 8 definiert
ist. Das sinusförmige
Profil ergibt auch den Vorteil, dass die Aussparungen nicht irgendwelche
scharte Ecken haben, die eine Beschädigung der Scheibe während des
Hineinlaufens bewirken können,
und dass der Widerstand gegenüber einem
Ausfall relativ hoch ist. Eine Rippe 16 gemäss der vorliegenden
Erfindung in einer Ansicht im Querschnitt kann trotzdem vollständig dreieckförmig sein, obwohl
ein fraktionelles Glätten
der Vorsprünge
in Verbindung mit der Schärfe
der Spitze angewandt werden kann. Nach einem nur geringförmigen Einlaufverschleiß an der
Rippe 16 wird die Berührungsfläche 18 der
Rippe 16, die parallel zu der Seitenfläche 8 verläuft, so
groß sein,
dass die Rippe 16 einer elastischen Verformung unterliegt,
wenn sie der Belastung bei der Berührung mit den Riemenscheiben ausgesetzt
ist, und der Verschleiß wird
minimiert. In diesem Zusammenhang zeigt die 9 den Wechsel der durchschnittlichen
Höhe h
des Vorsprunges, abgetragen auf der Y-Achse („Y"), als eine Folge des Verschleißes, in
Abhängigkeit
von der Umdrehungsge schwindigkeit („X") des Treibriemens in einer Treibriemen-
und Riemenscheibeneinheit gemäss der 1. Das Profil gemäss der Erfindung
wurde für eine
vorteilhafte Nutzung des anfänglichen
Verschleißes
der Elemente optimiert, wobei sich diese Phase nahe dem Punkt Z
nahe wenigen Zehntausend bis wenigen Hunderttausend von vollständigen Umdrehungen
des Riemens zu einer quasi-stetigen Situation verändert, in
welcher das Ausmaß des
Verschleißes
des Profils gegen Null tendiert.
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Die Formgebung eines Vorsprunges
in Übereinstimmung
mit der Erfindung fördert
ein sehr rasches Sitzen einer Kombination einer Riemenscheibe mit
einem Treibriemen, was in Bezug auf die Periode von Vorteil ist, über welche
der Riemen einer Belastung unterworfen werden kann. Auf der anderen Seite
verhindert die Formgebung gemäss
der Erfindung als Ergebnis einer Stabilisierung des verfügbaren Anteils
als eine Lagerfläche
von zwischen vierzig und sechzig Prozent nach einem anfänglichen
Verschleiß von
dreißig
bis siebzig Prozent der Profilhöhe ein
Wegräumen
von Öl
in Bezug auf ein Ansammeln von Öl
in den Nuten, welches gegensätzlich
beeinflusst wird, oder es nimmt die Breite eines Elements in einem
solchen Ausmaß ab,
dass Probleme in Bezug auf die Grenzwerte für den Abstand zwischen der Achse
des Treibriemens und dem Element oder zwischen der Riemenscheibe 4, 5 und
den Bändern 7 entstehen.
Für eine
spezielle Ausführungsform
hat ein Vorsprung in der Höhe,
in welcher eine Quasi-Stabilisierung des Verschleißes als
wahrscheinlich angenommen wird oder auch stattfindet, eine Breite, die
bei einer Ansicht „im
Profil" gemäss den 7 und 8 höchstens,
also plus oder minus zehn Prozent, 13 μm beträgt, vorzugsweise etwa 8 μm. Der wechselseitige
Abstand der Vorsprünge,
also der Mitte-zu-Mitte Abstand, muss in diesem Fall etwa drei Mal
so groß sein.