DE69925283T2

DE69925283T2 - Treibriemen für ein stufenlos regelbares Getriebe, endloses Band dafür und Herstellungsverfahren solch eines Bandes

Info

Publication number: DE69925283T2
Application number: DE69925283T
Authority: DE
Inventors: Arjen Brandsma; Johannes Hendrikus Van Lith; Cornelis Johannes Maria Van Der Meer; Cornelus Hendricus Maria Van Oirshot; Johannes Haaije Van Der Kamp; Gerardus Petrus Maria Van Dijnsen
Original assignee: Van Doornes Transmissie BV
Current assignee: Bosch Transmission Technology BV
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 1999-12-20
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2019-12-21
Also published as: KR100668587B1; JP4601156B2; DE69925283D1; EP1111271A1; US20010004616A1; ATE295492T1; EP1111271B1; JP2001214956A; US6464606B2; KR20010067423A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Treibriemen für ein Getriebe mit einem stufenlos regelbaren Übertragungsverhältnis gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Eine solche Vorrichtung ist aus EP-A-0.950.830 bekannt. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Endlosband für einen solchen Treibriemen und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Endlosbandes.
Treibriemen des vorliegenden Typs sind im Allgemeinen durch ihren Einsatz in stufenlos einstellbaren Getrieben bekannt. Derzeit eingesetzte und getestete Endlosbänder haben eine Querbreite im Bereich von 8 bis 35 Millimeter, eine radiale Dicke im Bereich von 0,10 bis 0,30 Millimeter und eine Länge im Bereich von 200 bis 700 Millimeter. Diese Bereiche sind typisch für die Anwendung als Treibriemen in Kraftfahrzeugen. Die bekannten Treibriemen werden in stufenlosen Getrieben verwendet, wo der Treibriemen zwischen den konischen Scheiben eines einstellbaren Rollenpaares läuft, wobei die Scheiben eine Schließkraft auf die Querelemente ausüben. Die Schließkraft ermöglicht einerseits eine Drehmomentübertragung durch Reibung zwischen den Rollen und dem Treibriemen und zwingt die Querelemente andererseits mit Bezug auf die Rotationsachse der Rolle radial nach außen. Die tatsächliche radiale Bewegung der Querelemente wird vom Endlosband begrenzt, so dass die Schließkraft von den Querelementen auf das Endlosband über eine Normalkraft zwischen den Elementen und dem Endlosband übertragen wird. Das Endlosband wird dadurch unter Spannung gebracht, was eine Drehmomentübertragung durch die Querelemente ermöglicht, die sich gegenseitig von einer Rolle zur nächsten schieben, ohne dass es zu unruhigem Laufen des Treibriemens kommt. Das Übertragungsverhältnis des stufenlosen Getriebes wird von dem Verhältnis der Laufradien des Treibriemens in den Scheiben bestimmt und kann von einem maximalen Übertragungsverhältnis, bei dem der Laufradius des Treibriemen in der ersten Rolle maximal und der zweiten Rolle minimal ist, über ein mittleres Übertragungsverhältnis, bei dem beide Laufradien im Wesentlichen gleich sind, zu einem minimalen Übertragungsverhältnis, bei dem der Laufradius in einer ersten Rolle minimal und in einer zweiten Rolle maximal ist, variieren.
Normalerweise ist wenigstens das Endlosband oder sind die Endlosbänder aus Metall, um die hohen Drehmomente, die in Kraftfahrzeugen auftreten, zuverlässig auszuhalten. Normalerweise sind auch die einzelnen Querelemente des Treibriemens aus Metall und sind im Wesentlichen passend dimensioniert. Durch die Verwendung in stufenlosen Getrieben wird der Treibriemen während des Einsatzes extrem hohen Biege- und Zugspannungen ausgesetzt, die in der Höhe mit der Biegung in seine Längsrichtung und dem durch das Getrieben übertragenen Drehmoment variieren, oder mit der Spannung im Endlosband, die daraus resultiert. Aus diesem Grund ist es ein Hauptanliegen, Bruch eines Treibriemen während der Lebensdauer des Getriebes oder des Kfz, in dem er eingesetzt wird, z.B. aufgrund von Ermüdung und/oder Abnutzung, zu verhindern. Im deutschen Patent DE-A-2.643.528 wurde erläutert, dass Abrieb-Kontakt zwischen einer lateralen Seite des Endlosbandes und den Rollen oder den Querelementen, insbesondere mit einem Halsabschnitt der Elemente, zu einer übermäßiger. Abnutzung und frühem Brechen des Endlosbandes führt. Um diesen Kontakt zu verhindern, wird ein Treibriemen offenbart, der mit einem Endlosband, vorzugsweise in einem Satz von radial gebündelten Endlosbändern, und einer Anzahl von Querelementen versehen ist, die jeweils eine Kontaktfläche haben, die auch als Sattel bekannt ist, die zur Interaktion mit dem Endlosband ausgelegt ist und die mit einer konvexen Krümmung in der Richtung quer zur Längsrichtung des Treibriemen versehen ist. Diese Querkrümmung der Kontaktfläche des Querelements soll einen Führungseffekt erzielen, durch den die gegenseitige Orientierung des Endlosbandes und der Querelemente unterstützt wird und der Abrieb-Kontakt zwischen einer Seitenfläche des Endlosbandes und den Querelementen vermieden wird.
In der Praxis hat sich herausgestellt, dass auch in den Fällen, in denen der Treibriemen gemäß dem Stand der Technik mit einem Endlosband mit einer glatten, flachen und im Wesentlichen kontinuierlichen Oberfläche ausgestattet wurde, das Problem von zusätzlicher Abnutzung des Endlosbandes und gelegentlich frühem Bruch des Treibriemen im Vergleich zu den Erwartung immer noch beobachtet werden konnte. Analysen dieses Problems zeigten auf, dass es wenigstens in manchen Fällen durch Ermüdungsbruch verursacht wurde, der in der Nähe der lateralen Seiten des Endlosbandes auftrat. Dies legt nahe, dass während des Betriebs immer noch ziemlich hohe Hertze-Spannungen in der Nähe der lateralen Seiten des Endlosbandes auftreten können, wobei die Last in einem wesentlichen Ausmaß von den lateralen Seiten des Endlosbandes getragen wird.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine Lösung zur Verlängerung der Lebensdauer des Treibriemens bereit zu stellen, indem verhindert wird, dass die relativ hohen Hertze-Spannungen in der Nähe der lateralen Seiten des Endlosbandes auftreten. Ziel der Erfindung ist es insbesondere, die Belastung während dem Betrieb des Bandes, insbesondere in der Nähe der Seiten, zu reduzieren, indem es mit einer geeigneten Querkrümmung versehen wird, während gleichzeitig der bekannte Führungseffekt erhalten bleibt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann dies mit einem Treibriemen gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 erreicht werden. Der erfindungsgemäße Treibriemen hat Endlosband mit einer Krümmung in einer Richtung quer zur seiner Längsrichtung, wobei sich die Krümmung auf die Querkrümmung der Kontaktfläche der Querelemente bezieht. Ein erfindungsgemäßer Treibriemen hat eine verbesserte Lebensdauer und ein Endlosband, das mit Bezug auf die Querelemente des Treibriemens so geformt ist, dass Kontakt zwischen dem Band und den Elementen ohne unnötig hohe Belastungen, z.B. ohne hohe Hertze-Spannung, die in der Nähe der lateralen Seiten des Treibriemens auftreten, aufgebaut wird.
Es wird bemerkt, dass im Stand der Technik, wie bei EP-A-0.305.023, Zeichnungen beigefügt sind, die ein Endlosband mit einer Krümmung zeigen, die mit der der Kontaktfläche der Querelemente gleich ist. Im Stand der Technik werden jedoch die Umstände dieser Zeichnungen nicht beschrieben, d.h. die Übertragungskonfiguration oder Belastung auf den Treibriemen wird nicht angegeben. Da diese Informationen fehlen, wird geschlossen, dass diese Zeichnungen einen Treibriemen im Einsatz darstellen, wo die Normalkraft zwischen dem Endlosband und den Querelementen das Band elastisch so deformiert, dass es zu der Kontaktfläche der Querelemente passt. Es wird weiterhin bemerkt, dass die Endlosbänder von im Handel erhältlichen Treibriemen dieses Typs eine Querkrümmung aufweisen können. Die Krümmung solcher Treibriemen scheint jedoch nicht im Zusammenhang mit der Krümmung der Querelemente des Treibriemens zu stehen und ist insbesondere nicht gemäß der vorliegenden Erfindung. Es wird daraus gefolgert, dass die Querkrümmung aus dem Herstellungsprozess des Endlosbandes resultiert.
Die erfindungsgemäße Lösung reflektiert die zugrunde liegende Erkenntnis, dass ein Endlosband unvermeidbar eine Querkrümmung aufweist, möglicherweise aufgrund der Charakteristika des Herstellungsprozesses, aber auf alle Fälle aufgrund des Phänomens der antiklastischen Biegung. Gemäß den der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnissen wird das Endlosband im bekannten Treibriemen nicht nur Beanspruchung aufgrund von Biegungen in der Längsrichtung des Treibriemens ausgesetzt, sondern auch in einem wesentlichen Ausmaß Beanspruchungen in einer Ebene, die sich quer zur Längsrichtung des Treibriemens erstreckt, was praktisch die axiale Richtung ist. Wie im Nachfolgenden ausgeführt, beruht die Erfindung darauf, dass wenn die Normalkraft zwischen den Querelementen und dem Endlosband zu einem wesentlichen Ausmaß ausgebildet wird, die Querkrümmung des Bandes weniger als die der Kontaktfläche sein sollte. Dies ist insbesondere wichtig, da die Analyse des Problems aufgezeigt hat, dass die relativ hohen Hertze-Spannungen in der Nähe der lateralen Seiten des Endlosbandes nicht nur vom axialen Kontakt des Endlosbandes und der Rolle oder dem Halsabschnitt des Querelements verursacht werden, sondern auch durch die Art der Querkrümmung des Bandes, insbesondere und überraschenderweise aufgrund des Kontakts zwischen den lateralen Seiten des Bandes und der Kontaktfläche. Die Belastung auf dem Endlosband wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorteil haft verteilt und konzentriert sich insbesondere nicht in der Nähe der lateralen Seiten des Bandes.
Antiklastisches Biegen eines flachen Endlosbandes ist so, dass sich das Band neben der gewünschten Längsbiegung auch in einer Ebene quer zu seiner Längsrichtung biegt, aber in eine gegenüberliegende Richtung, d.h. wenn sich das Band in der Längsrichtung konvex biegt, d.h. radial nach innen, dann biegt es sich in der Querrichtung aufgrund des Phänomens des antiklastischen Biegens quer auf konkave Art und Weise, und umgekehrt. Wenn das Endlosband ursprünglich mit einer gewissen Menge an Querkrümmung versehen ist, hat dies einen Einfluss auf die Querform des Bands, wenn es in der Längsrichtung gebogen wird. Es kann z.B. von einem Endlosband ausgegangen werden, das einen rechteckigen Querschnitt im unbelasteten Zustand hat, d.h. in dem Zustand, in dem das Band keinen externen Kräften ausgesetzt wird, die groß genug sind, um es merklich zu deformieren. Letzteres ist normalerweise der Fall, wenn das Endlosband in eine im Allgemeinen bogenförmigen Ruheposition positioniert wird, in der eine Seitenfläche auf einer glatten, horizontalen Oberfläche ist, wobei sich die Hauptfläche im Wesentlichen senkrecht zu dieser Fläche erstreckt. Ausgehend von einem solchen flachen Endlosband im unbelasteten Zustand variiert die Querkrümmung des Bands alternativ zwischen einer radial konvexen Form, in der das Band in der Längsrichtung gestreckt ist, und einer radial konkaven Form, in der das Endlosband in der Längsrichtung gekrümmt ist.
Wenn er im Getriebe verwendet wird, ist der Treibriemen in einer Übertragungskonfiguration. im Gegensatz zu einer freien Konfiguration, wie ein Kreis im unbelasteten Zustand, die nur möglich ist, wenn der Treibriemen aus dem Getriebe genommen wird. Eine Getriebekonfiguration des Treibriemens besteht im mer aus zwei längsgestreckten Abschnitten, wo der Treibriemen von einer Rolle zur nächsten läuft und umgekehrt, zwei längsgebogenen Abschnitten, wo der Treibriemen zwischen den Scheiben der zwei Rollen mit einem im Wesentlichen konstanten Laufradius läuft, der kleiner ist als die freie Kreiskonfiguration, und vier Übergangsabschnitten, wo die gestreckten Abschnitte und die gebogenen Abschnitte in einander übergehen. In den Übergangsabschnitten wechselt der Krümmungsradius des Endlosbandes in der Längsrichtung stetig von unendlich, d.h. von einem gestreckten Radius, zum tatsächlichen Laufradius in der entsprechenden Rolle und umgekehrt. Es ist im Stand der Technik bekannt, dass die Normalkraft zwischen den Querelementen und dem Endlosband in den Übergangsabschnitten zwischen null und einem Maximalniveau in Abhängigkeit vom Krümmungsradius in der Längsrichtung auf solche Art und Weise auf- bzw. abgebaut wird, dass die Normalkraft ansteigt, wenn der Radius abnimmt. Es wurde also daraus folgend herausgefunden, dass mit dem Zunehmen der Normalkraft die Längsbiegung des Treibriemens zunimmt und die axiale Krümmung des Endlosbandes abnimmt oder sogar konkav werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat der Treibriemen gemäß dem kennzeichnenden Abschnitt von Anspruch 1 eine verbesserte Belastungsverteilung über die axiale Breite eines Endlosbandes und hat so eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Ermüdung und folglich eine längere Lebensdauer. Die Querkrümmung des Endlosbandes ist insbesondere so definiert, dass der Kontakt zwischen Band und einem Querelement ausschließlich an der lateralen Seite des Bands nur bis zu einer relativ kleinen Normalkraft zwischen dem Endlosband und dem entsprechenden Querelement ermöglicht wird. Der erfindungsgemäße Treibriemen hat ein Endlosband, das im gestreckten Zustand eine quer ausgerichtete Krümmung von einer im Allgemeinen bogenartigen Form aufweist, die einen Radius R_SB, d.h. einen Radius des gestreckten Bandes, aufweist, der mit einem Radius R_F der konvexen Krümmung der Kontaktfläche, d.h. dem Flächenradius, gemäß folgender Gleichung verbunden ist:
wobei der Wert der Konstanten C merklich größer als -5 pro Meter und vorzugsweise größer als – 3,5 pro Meter ist. Die Einschränkungen von -5 und -3,5 pro Meter beziehen sich auf den Prozentsatz von aufgebauter Normalkraft zwischen dem kontinuierlichen Band und dem Querelement, der erlaubt werden kann. Es wurde festgestellt, dass ein Aufbau der Normalkraft von ungefähr 25% ihres Maximalniveaus, bevor die Querkrümmung des Endlosbandes gleich oder weniger als die der Kontaktfläche des Querelements wird, erlaubt werden kann, ohne dass die Lebensdauer merklich beeinträchtigt wird. So wurde der Wert -5 pro Meter für die Konstante C gefunden. Es wird jedoch bevorzugt, wenn nur ungefähr 10% Aufbau des Maximalniveaus der Normalkraft erlaubt ist, für diesen Fall wurde der Wert -3,5 pro Meter für die Konstante C gefunden.
Es ist offensichtlich, dass ein Wert von null für die Konstante C, d.h. ein Treibriemen, bei dem der längsgestreckte Abschnitt des Endlosbandes eine Querkrümmung aufweist, die gleich oder weniger ist als die konvexe Krümmung der Kontaktfläche des Querelements, die oben erwähnten ungünstigen Belastungen auf das Endlosband ganz verhindert und somit am meisten bevorzugt wird. Folgendes sollte jedoch auch gemäß der Erfindung ebenfalls in Betracht gezogen werden.
Abhängig von dem Ausmaß der Längsbiegung des Endlosbandes, wenn der Treibriemen in der Längsrichtung am stärksten gebogen ist, kann die Querkrümmung des Bandes aufgrund von antiklastischem Biegen konkav werden. Das Endlosband wird dann von der Normalkraft merklich deformiert, um zur quergekrümmten Kontaktfläche der Querelemente zu passen. Da während des Betriebs in dieser Treibriemenkonfiguration, d.h. in der am stärksten gebogeren, die Normalkraft am größten ist, sind die begleitenden Belastungen im Endlosband sehr groß, was wiederum eine ungünstige Auswirkung auf die Lebensdauer des Treibriemens hat. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Querkrümmung des Bandes in dieser Situation entweder null oder konvex ist, um die Deformation des Bandes und die Belastung zu reduzieren. In dieser Situation wird es gemäß der vorliegenden Erfindung am meisten bevorzugt, wenn die Querkrümmung des Bandes konvex und gleich der der Kontaktfläche des Querelements ist. In diesem Fall sind die radiale Deformation des Bandes und die begleitenden Kräfte null, wenn es am stärksten von der Normalkraft belastet wird.
Was in die Erfindung für den Kontakt zwischen einem Endlosband und der Kontaktfläche eines Querelements beschrieben und beansprucht wird, stimmt weitestgehend auch für den gegenseitigen Kontakt zwischen Endlosbändern in einem Antrieb, der zwei oder mehr radial gebündelte Bänder aufweist.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Endlosband zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Treibriemen. Solche Endlosbänder werden im Allgemeinen aus einem kontinuierlichen Metallband durch ein plastisches Deformationsverfahren, wie Walzen und/oder ein Vorspannungsverfahren gefertigt. Beide Verfahren sind durch eine kontinuierliche Bandgeometrie gekennzeichnet, die im Wesentlichen entlang ihres Umfangs uniform ist, die aber in einer Richtung quer zur Längsrichtung des Bandes ein Profil aufweisen kann.
Der gestreckte Bandradius R_SB eines erfindungsgemäßen Endlosbandes zur Verwendung in einem Treibriemen für die Anwendung im Automobilbereich hat einen Wert im Bereich von 50 bis 250 Millimeter.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein stufenloses Getriebe, das mit dem erfindungsgemäßen Treibriemen versehen ist. Ein solches Getriebe weist ein Paar von Antriebsrollen auf, zwischen denen ein Drehmoment durch einen Treibriemen in einem variablen Übertragungsverhältnis übertragen werden kann. Zu diesem Zweck ist jede Antriebrolle mit zwei konischen Scheiben versehen, zwischen denen sich ein Teil des Treibriemens befindet. Die Scheiben können eine Schließkraft auf Seitenflächen der Querelemente ausüben, so dass das Drehmoment zwischen Rolle und Treibriemen durch Reibung übertragen werden kann. Während des Betriebs in einem stufenlosen Getriebe ist der Treibriemen in der Längsrichtung am stärksten gebogen, wenn er zwischen den Scheiben einer Rolle im kleinst möglichen Laufradius läuft.
Um die relativ kleine axiale Krümmung des erfindungsgemäßen Endlosbandes zu messen, ohne es zu stören, d.h. ohne Kräfte auf das Band auszuüben und dabei die axiale Krümmung zu verändern, wird ein Oberflächenkrümmungs-Messverfahren verwendet, das Fernfühlung durchführt, wie z.B. bekannte Messverfahren, die Laser oder andere elektromagnetische Mittel verwenden. Es wird jedoch als geeigneter betrachtet, die Oberflächenkrümmung mit einem Messverfahren zu messen, das den mechanischen Kontakt mit dem Band ausnutzt, wie z.B. ein Messverfahren, das die senkrechte Bewegung eines Fühlers, der über eine zu messende Oberfläche läuft, misst. Die Erfindung stellt ebenfalls ein Verfahren zum lokalen Messen der Querkrümmung eines End losbandes bereit, das nur einfache und leicht verfügbare Mittel benötigt. Gemäß der Erfindung weist das Verfahren folgende Schritte auf:

– Anbringen des Endlosbandes über zwei zylindrische Walzen, die vorzugsweise mit einer radialen Oberfläche versehen sind, die in die axiale Richtung der Walzen gekrümmt ist,
– Wegbewegen der Walzen voneinander, um Spannung im Endlosband aufzubauen,
– Auswählen eines Abschnitts des Endlosbandes zwischen den Walzen, wobei der Abschnitt in der Längsrichtung des Endlosbandes gestreckt ist,
– Positionieren eines Fühlers senkrecht zu und in Kontakt mit der inneren Hauptfläche oder der äußeren Hauptfläche des Endlosbandes,
– Bewegen des Fühlers in der axialen Richtung über das Endlosband,
– Bestimmen der senkrechten Bewegung des Fühlers in Abhängigkeit von seiner axialen Position,
– Bestimmen der besten Passung eines Kreises mit Radius R_B zu dieser senkrechten Bewegung des Fühlers in Abhängigkeit von seiner axialen Position mit Hilfe eines geeigneten Verfahrens, wie einer mathematischen Annäherung oder einer optischen Auswahl durch Vergleichen der Querkrümmung des Bandes mit einer Anzahl von Bögen mit variierendem Radius.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Querkrümmung des Endlosbandes im längsgestreckten Zustand gemessen. Das Phänomen der antiklastischen Biegung bestimmt die Korrelation zwischen dem Ausmaß der Krümmung im längsgesteckten Zustand und den anderen Zuständen, in denen das Band mehr oder weniger in der Längsrichtung gebogen ist. Dadurch kann die Krümmung im unbelasteten Zustand aus der Krümmung im gestreckten Zustand geschätzt werden, z.B. unter Verwendung einer mathematischen Analyse des Phänomens, eines geschätzten Multiplikationsfaktors oder empirischer Daten. Es ist auch möglich, das oben beschriebene Verfahren zum Messen der axialen Krümmung eines Abschnitts des Endlosbandes zu verwenden, wenn es in der Längsrichtung gebogen ist, z.B. durch Ausrichten von Abschnitten des Endlosbandes in einem Winkel, der sich von 180 Grad unterscheidet, und Auswählen des zu messenden Abschnitts aus den so ausgerichteten Abschnitten.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Herstellen eines Endlosbandes bereit, das eine Krümmung gemäß der Krümmung des Bandes wie in Anspruch 1 beansprucht aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Schritte auf:

– Umformen eines Endlosbands vorzugsweise in einem Walzverfahren, bei dem das Band vorzugsweise durch zwei rotierende Verformungselemente geführt wird und/oder durch ein Vorspannungs-Verfahren, bei dem das Band durch axiales Bewegen von zwei vorzugsweise rotierenden Rollen, um die das Band in einem radialen Abstand positioniert wird, verformt wird, wobei Verformungselemente und/oder Walzen mit geeignet gekrümmten radialen Oberflächen verwendet werden, so dass wenigstens ein Teil des Bandes eine Krümmung aufweist, die der Krümmung des Bandes, wie in den voranstehenden Ansprüchen definiert, entspricht,
– Kühlens des Bandes
– danach Erhitzen des Bands, vorzugsweise in einer Stickstoffumgebung zum Herstellen einer chemisch per se bekannten dauerhaft verdichteten Oberflächenschicht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Schritte des Kühlens und Vorspannens in Abhängigkeit von den gewünschten Materialeigenschaften des Bandes geändert werden.
Die Erfindung wird nun beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Getriebes, des Treibriemens und des Endlosbandes gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Treibriemen;
2a bis 2e verschiedene Konfigurationen der Darstellung von 2;
3 eine schematische Darstellung eines einzelnen Endlosbandes im unbelasteten Zustand;
4 den Querschnitt B-B aus 3 und die Querschnitte A-A, C-C und D-D aus 4 und den Effekt des antiklastischen Biegens in der Querform des Endlosbandes ausgehend von einem in der Querausrichtung flachen Band im unbelasteten Zustand;
5 den Querschnitt B-B aus 3 und die Querschnitte A-A, C-C und D-D aus 4 und den Effekt des antiklastischen Biegens in der Querform des Endlosbandes ausgehend von einem in der Querausrichtung flachen Band im am meisten längsgebogenen Zustand.
2 bis 5 zeigen die Querkrümmung des Endlosbandes 20 in einer Ebene quer zur der Längsrichtung in Vergrößerung, um die Erfindung besser darzustellen.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Getriebe mit stufenlos einstellbaren Übertragungsverhältnis (CVT, Continuously Variable Transmission) mit einem Treibrie men 1, der einen Satz von radial gebündelten, relativ dünnen Endlosbändern 20 aufweist, die in ihrer Längsrichtung relativ leicht gebogen werden können, und eine Anzahl von Querelementen 30 mit Kontaktflächen 31.
Der Treibriemen 1 läuft zwischen den Scheiben eines Antriebsrollenpaares 4, 5, die jeweils eine Rotationsachse 6, 7 haben. Um eine Drehmomentübertragung zwischen den Rollen 4, 5 zu ermöglichen, wird eine Reibung zwischen dem Treibriemen 1 und den Scheiben der Rollen 4, 5 hergestellt, indem die Scheiben der Rollen 4, 5 axial auf einander zu bewegt werden, wodurch eine Schließkraft auf den Treibriemen ausgeübt wird. Zu diesem Zweck sind die Querelemente 30 des Treibriemens 1 mit Seitenflächen 32 versehen, die zueinander in einem Winkel ausgerichtet sind, wie in 2A dargestellt. Durch die konische Form der Rollen 4,5 und die abgeschrägten Seitenflächen 32, werden die Querelemente 30 radial nach außen gezwungen, wodurch sie eine Normalkraft F_E-B auf das Band 20 ausüben, das dadurch unter Spannung gerät. Die Drehmomentübertragung zwischen den Rollen 4, 5 durch die Elemente 30, die gegenseitig eine Schubkraft aufeinander ausüben, wird also ermöglicht, ohne dass der Treibriemen aufgrund der Spannung im Endlosband 20 unruhig läuft. Die Radien, bei denen der Treibriemen 1 zwischen den Scheiben der entsprechenden Rollen 4 oder 5 läuft, sind stufenlos variierbar, so dass ein stufenlos variierbares Drehmoment-Übertragungsverhältnis zwischen den Rollen 4, 5 erreicht werden kann. Während des Betriebs des CVT können die Querelemente 30 entlang der Endlosbänder 20 gleiten, während sie in Kontakt mit der radialen inneren Fläche 24 des Bandes 20 über ihre Kontaktflächen 31 sind. Ein solches stufenloses Getriebe ist per se bekannt. Ein Querschnitt durch einen längsgestreckten Abschnitt des Bandes 2C wird mit A-A bezeichnet. Querschnitt C-C schneidet das Band 20 an einem längsgebogenen Ab schnitt und Querschnitt D-D schneidet das Band 20 schließlich an einem Abschnitt, der am stärksten in der Längsrichtung gebogen ist.
Um eine Führung zu ermöglichen, sind die Kontaktflächen 31 der Querelemente 30 mit einer konvexen Krümmung in einer Richtung quer zur Längsrichtung des Treibriemens, wie in 2A dargestellt, versehen. Im Allgemeinen ist die Krümmung im Wesentlichen bogenförmig mit einem Flächenradius R_F. In dieser Anordnung ist das Endlosband 20 während des Betriebs auf der Kontaktfläche 31 zentriert und Abrieb-Kontakt zwischen den lateralen Seiten 22, 23 des Bands und den Rollen 4,5 oder den Querelementen 30 wird größtenteils verhindert. In 2A wird ein Querschnitt eines Triebriemens 1 gezeigt, der ein Querelement 30 beinhaltet, das zwei Seitenflächen 32 zur Interaktion mit den Scheiben der Rollen 4, 5 hat und zwei Kontaktflächen 31 zur Interaktion mit zwei Endlosbändern 20. Ein Teil von 2A wird in 2B bis 2F vergrößert dargestellt. In 2B wird dargestellt, dass die Kontaktfläche 31 eine Krümmung mit einer im Wesentlichen bogenförmigen Form mit einem Radius R_F hat, wobei sich die Krümmung in einer Ebene quer zur Längsrichtung des Treibriemens 1 befindet, während das Endlosband 20 keine Querkrümmung aufweist und einen im Wesentlichen flachen Querschnitt in der Querrichtung hat.
2C bis 2E zeigen drei verschiedene Ausrichtungen des Endlosbandes 20 mit Bezug auf die Kontaktfläche 31. In 2C hat das Endlosband 20 eine konvexe Querkrümmung mit einem Radius R_B der größer ist, als der Flächenradius R_F, d.h. das Ausmaß an Querkrümmung des Bandes 20 ist geringer als das der Kontaktfläche 31. In 2D hat das Endlosband 20 eine konvexe Querkrümmung mit einem Radius R_B, der kleiner ist als der Flächenradius R_F. In 2E hat das Endlosband 20 schließlich eine konkave Querkrümmung mit einem Radius R_B, der negativ mit Bezug auf den Flächenradius R_F ist.
In 2F ist eine Treibriemen-Konfiguration dargestellt, in der aufgrund der Schließkraft F_P-E zwischen einer Rolle 4 oder 5 und dem Querelement 30, eine Normalkraft F_E-B zwischen dem Querelement 30 und dem Endlosband 20 wirkt. Unter dem Einfluss der Normalkraft F_E-B wird das Endlosband 20 elastisch verformt, um zur Kontaktfläche 31 des Querelements 30 zu passen.
Gemäß der Erfindung stellen sowohl 2D als auch 2E eine nicht wünschenswerte Treibriemen-Konfiguration dar, da diese Konfigurationen während des Betriebes eine große Belastung auf das Endlosband 20 bewirken. Die in 2D dargestellte Situation ist unvorteilhaft, da sie zu hohen Hertze-Belastungen in der Nähe der lateralen Seiten 22, 23 des Endlosbandes führt, da die Belastung, insbesondere durch die Normalkraft F_E-B zu einen großen Teil von den lateralen Seiten 22, 23 von Band 20 getragen wird. Die Situation in 2E ist unvorteilhaft, da sie eine relativ große elastische Verformung des Endlosbandes 20 im radialen Sinne erfordert, damit es zu den Kontaktflächen 31 des Querelements 30 passt. Die Belastungen, die mit dieser Deformation des Bandes 20 einher gehen, sind in der Nähe der lateralen Seiten 22, 23 des Endlosbandes 20 am größten, da an diesen Stellen die erforderliche radiale Verformung am größten ist. Wenn eine oder beide der in den 2D und 2E dargestellten Situationen während des Betriebs des Treibriemens 1 in einem Getriebe auftritt, ist die Belastung und deren Verteilung auf dem Endlosband 20 nicht optimal und der Treibriemen 1 kann zusätzliche Abnutzung zeigen und/oder vorzeitig ausfallen, z.B. als Folge von Ermüdungsbruch, der von den lateralen Seiten 22 oder 23 des Bandes 20 ausgeht.
2C zeigt die vorteilhafte Konfiguration des Treibriemens 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Wenn das Endlosband 20 von dieser Konfiguration ausgehend mit der Normalkraft F_E-B belastet wird, wird die Belastung auf dem Endlosband 20 optimal verteilt und zeigt insbesondere keine Konzentration in der Nähe der lateralen Seiten 22, 23 von Band 20.
In 3 wird ein einzelnes Endlosband 20 in einer im Wesentlichen bogenförmigen Konfiguration, d.h. im unbelasteten Zustand gezeigt. Die Referenznummer 21 bezieht sich auf einen zentralen bzw. mittleren Abschnitt des Endlosbandes 20, der sich in der Längsrichtung entlang seines Umfangs erstreckt. Die Referenznummern 22 und 23 bezeichnen die lateralen Seiten des Endlosbandes 20 und befinden sich auf jeder Seite des mittleren Abschnitts 21. Das Endlosband 20 hat eine radiale innere Hauptfläche 24 und eine radiale äußere Hauptfläche 25. Ein Querschnitt des Endlosbandes in diesem unbelasteten Zustand wird mit B-B bezeichnet.
In 4 und 5 wird der Effekt des antiklastischen Biegens auf der Querkrümmung eines Endlosbandes 20 für die Querschnitte A-A, B-B, C-C und D-D gezeigt. Das Ausmaß an antiklastischem Biegen hängt sehr stark von der Gesamtgeometrie eines Endlosbandes 20 und der Menge an Längsbiegung ab.
In 4 wird von einem Endlosband 20 ausgegangen, das keine Querkrümmung zeigt, wenn es im unbelasteten Zustand ist, was durch Querschnitt B-B dargestellt wird. Dieses Band 20 nimmt eine konvexe Querkrümmung an, wenn es in seiner Längsrichtung gestreckt wird, wie in Querschnitt A-A dargestellt. In Abhängigkeit des Ausmaßes der Biegung in der Längsrichtung wird die Krümmung des Endlosbandes 20 mehr und mehr konkav in einer Ebene quer zur Längsrichtung, wie entsprechend in den Querschnitten C-C und D-D dargestellt wird.
In 5 wird von einem Endlosband 20 ausgegangen, das keine Querkrümmung zeigt, wenn es im am stärksten gekrümmten Zustand ist, was durch Querschnitt D-D dargestellt wird. Dieses Band 20 wird in einer Ebene quer zur Längsrichtung mehr und mehr eine konvexe Krümmung annehmen, wenn das Ausmaß an Längsbiegung abnimmt, wie jeweils in den Querschnitten C-C, B-B und A-A dargestellt.
4 und 5 zeigen die unvermeidbare Querkrümmung des Endlosbandes 20 in Abhängigkeit vom Ausmaß der Längsbiegung des Bandes 20 als Folge des antiklastischen Biegens. Es kann gefolgert werden, dass das Ausmaß an konvexer Querkrümmung eines Endlosbandes 20 mit einer konvex gestreckten Bandkrümmung weniger wird, wenn es mehr in seine Längsrichtung gebogen wird. Abhängig von der ursprünglichen Menge an quer ausgerichteter Krümmung des Bandes 20 kann die Krümmung sogar konkav werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat ein Treibriemen 1 ein Endlosband 20, das einen Abschnitt aufweist, der im der Länge nach gestreckten Zustand (Querschnitt A-A) eine Krümmung in einer Richtung quer zur Längsrichtung des Treibriemens 1 aufweist, wobei die Krümmung eine im Wesentlichen bogenartige Form mit einem Radius R_SB, dem Radius des gestreckten Bands hat. Der Radius des gestreckten Bandes R_SB bezieht sich auf den Radius der Querkrümmung der Kontaktfläche 31 des Querelements 30, die eine im Wesentlichen bogenartige Form mit einem Radius R_F hat, so dass der inverse Wert (1/R_F) des Flächenradius R_F minus dem inversen Wert (1/R_SB) des Radius des gestreckten Bands R_SB merklich größer als -5 [m^–1], vorzugsweise größer als -3,5 [m^–1] ist. Auf diese Art und Weise wird unvorteilhafter Kontakt (2D) zwischen den lateralen Seiten 22, 23 des Endlosbandes 20 und dem Querelement 30 vorteilhafterweise verhindert, jedenfalls ab einem wesentlichen Wert der Normalkraft F_E-B. Weiterhin kann eine quer orientierte konkave Krümmung des Endlosbandes 20, wenn es in der Längsrichtung am stärkster. gebogen ist, vorteilhafterweise verhindert werden, indem eine relativ große quer orientierte konvexe Bandkrümmung im längsgestreckten Zustand des Bandes verwendet wird. Wenn das Band am stärksten gebogen ist, ist die quer orientierte konvexe Krümmung des Bandes vorzugsweise im Wesentlichen gleich mit der Krümmung der Kontaktfläche 31, da in diesem Fall die elastische Deformation des Endlosbandes 20 im radialen Sinne im Wesentlichen null ist, wenn das Band 20 während des Betriebs am stärksten belastet ist. Es kann jedoch nötig sein, das Ausmaß der Krümmung des Querelements anzupassen, um den Angaben von Anspruch 1 zu erfüllen.
Es wird bemerkt, dass aus der Europäischen Patentanmeldung EP-A-0.950.830 eine weitere technische Maßnahme, die die Lebensdauer erhöhen soll, bekannt ist. Gemäß diesem Dokument wird ein Endlosband 20 bereit gestellt, das in der Längsrichtung des Treibriemens 1 gesehen eine im Wesentlichen einheitliche radiale Dicke T aufweist und eine im Wesentlichen einheitliche axiale Breite W, mit einem quer, d.h. axial, orientiertem Profil, so dass der mittlere Abschnitt 21 der Bänder etwas dicker ist als die Abschnitte in der Nähe der lateralen Seiten 22, 23 des Bandes. Dieses bekannte Verfahren kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kombiniert werden, mit dem Effekt, dass der Querschnitt der Querorientierung nicht mehr im Wesentlichen bogenförmig ist. Gemäß der Erfindung geht der Wert des Radius des gestreckten Bands R_SB in diesem Fall aus folgender Gleichung hervor:
wobei SD die Länge zwischen den zwei Kontaktpunkten einer Tangente TG der inneren radialen Hauptfläche 24 und PD der größte vertikale Abstand zwischen der inneren radialen Hauptfläche 24 und der Tangente TG ist, wie in 4 dargestellt. Dies ist möglich, weil das Ausmaß an Längsbiegung wichtig ist, bei der der Kontakt zwischen dem mittleren Abschnitt 21 des Endlosbandes 20 und dem Querelement 30 hergestellt wird.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf alle Einzelheiten wie in den nachfolgenden Ansprüchen und Figuren ausgeführt.

Claims

Treibriemen (1) für ein Getriebe mit einem stufenlos einstellbaren Übertragungsverhältnis, aufweisend wenigstens ein Endlosband (20), das einen Abschnitt aufweist, der im der Länge nach gestreckten Zustand (Querschnitt A-A in 2A) eine Krümmung in einer Richtung quer zur Längsrichtung des Treibriemens (1) aufweist, wobei die Krümmung eine im Wesentlichen bogenartige Form mit einem Radius R_SB hat ("Radius des gestreckten Bands"), wobei das Band mit einer Anzahl von Querelementen (30) versehen ist, die jeweils eine Kontaktfläche (31) aufweisen, die mit der Hauptfläche (24) des Endlosbands zusammenwirkt (20) und die mit einer konvexen Querkrümmung versehen ist, die eine im Wesentlichen bogenartige Form mit einem Radius R_F hat ("Flächenradius"), dadurch gekennzeichnet, dass der inverse Wert (1/R_F) des Flächenradius R_F minus dem inversen Wert (1/R_SB) des Radius des gestreckten Bands R_SB merklich größer als -5 [m^–1), vorzugsweise größer als -3,5 [m^–1] ist.
Treibriemen (1) nach Anspruch 1, wobei das Endlosband (20) eine radiale, innere Hauptfläche (24) und eine radiale, äußere Hauptfläche (25) hat, die geringfügig, aber merklich radial dicker ist im axialen Mittel (21) als jede ihrer la teralen Seiten (22, 23), dadurch gekennzeichnet, dass der Radius des gestreckten Bands R_SB einen 6 Wert hat, der aus folgender Gleichung hervorgeht:
wobei: SD die Länge zwischen den zwei Kontaktpunkten einer Tangente TG der inneren radialen Hauptfläche (24) ist; PD der größte vertikale Abstand zwischen der inneren radialen Hauptfläche (24) und der Tangente TG ist.
Treibriemen (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Abschnitt in einem längsgestreckten Zustand (Querschnitt A-A) eine Krümmung in einer Richtung quer zur Längsrichtung des Treibriemens (1) aufweist, die gleich oder weniger ist als die konvexe Krümmung der Kontaktfläche (31) des Querelements (30).
Treibriemen (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt im am meisten längsgebogenen. Zustand (Querschnitt D-D) entweder keine Krümmung oder eine konvexe Krümmung in einer Richtung quer zur Längsrichtung des Treibriemens (1) aufweist.
Treibriemen (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt im am meisten längsgebogenen Zustand (Querschnitt D-D) eine konvexe Krümmung in einer Richtung quer zur Längsrichtung des Treibriemens (1) aufweist, die im Wesentlichen gleich der konvexen Krümmung der Kontaktfläche (31) des Querelements (30) ist.
Endlosband (20), das für die Verwendung in einem Treibriemen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche geeignet ist.
Endlosband (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (20) eine im Wesentlichen durchgehend gleiche radiale Dicke (T) und eine im Wesentlichen durchgehend gleiche axiale Breite (W) hat, beides entlang des Längsumfangs.
Endlosband (20) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt des Endlosbands (20), der in der Längsrichtung gestreckt ist, eine Krümmung in einer Richtung quer zur Längsrichtung des Bands (20) mit einer im Wesentlichen bogenartigen Form aufweist, die einen Bandradius R_B in einem Bereich von 50 [mm] bis 250 [mm] hat.
Getriebe mit einem Übertragungsverhältnis, das zwischen einer oberen und einer unteren Grenze stufenlos einstellbar ist, aufweisend einen Treibriemen (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, der vorzugsweise ein Endlosband (20) nach einem der Ansprüche 6 bis 8 aufweist, das sich wenigstens teilweise zwischen den Scheiben einer ersten Antriebsrolle (4) und den Scheiben einer zweiten Antriebsrolle (5) befindet und das Drehmoment dazwischen übertragen kann unter dem Einfluss einer Schließkraft, die von den Scheiben ausgeübt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Endlosbands (20) zur Verwendung in einem Treibriemen (1) für ein Getriebe mit einem stufenlos einstellbaren Übertragungsverhältnis, aufweisend die Schritte des Umformen des Bands (20) vorzugsweise in einem Walzverfahren, bei dem das Band (20) vorzugsweise durch zwei rotierende Verformungselemente geführt wird und/oder durch ein Vorspannungs-Verfahren, bei dem das Band (20) durch axiales Bewegen von zwei vorzugsweise rotierenden Rollen, um die das Band (20) in einem radialen Abstand positioniert wird, verformt wird, wobei Verformungselemente und/oder Walzen mit geeignet gekrümmten radialen Oberflächen verwendet werden, und des Kühlens und Erhitzens des Bands (20), vorzugsweise in einer Stickstoffumgebung, wodurch chemisch eine per se bekannte dauerhaft verdichtete Oberflächenschicht hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Oberfläche des Verformungselements und/oder der Walzen im Vorspannungs-Verfahren so gekrümmt sind, dass wenigstens ein Abschnitt des Bands (20) eine Krümmung aufweist, die einer Krümmung des Bands, wie in den voranstehenden Ansprüchen definiert, entspricht.