CN102138026B - 包括多楔带的起动机-交流发电机组件及多楔带 - Google Patents

Abstract

一种包括多楔带的起动机-交流发电机组件，该多楔带包括：主体(18)，该主体由弹性体材料制成；多个丝状耐久插入件(19)，所述多个丝状耐久插入件纵向嵌入在所述主体中；以及联接部(20)，该联接部一体连接到所述主体(18)并且包括多个V形肋(21)，这些V形肋彼此并排并且与V形槽(22)交错地设置。所述带在15Hz下在预设为600N的张力下在10 000个循环之后动态模量高于110 000N/肋/分支，并且所述带有利地通过耐久插入件(19)制成，所述耐久插入件由至少一种第一纤维材料和一种第二纤维材料获得。

Description

包括多楔带的起动机-交流发电机组件及多楔带

技术领域

本发明涉及一种多槽型或多楔(poly-v)型的驱动带，具体地是用于驱动内燃机附件的驱动带。具体地，根据本发明的多楔带应用于使内燃机的发动机轴与可逆电机或者电动机-交流发电机连接的带驱动装置，所述电动机-交流发电机通常被称作“起动机-交流发电机”，并具有起动马达和电流发生器双重功能。

背景技术

用于附件的带驱动装置通常包括：驱动带轮，该驱动带轮与机动车的内燃机的曲轴连接；分别与交流发电机和附件(例如液压泵)连接的至少一个第二带轮和至少一个第三带轮；以及用于将带轮连接在一起的带。

为了以快速且无声方式起动电动机，在发动机中，必须使由电机提供的转矩非常高，并且这在所谓的“起停”类型的电动机(包括起动机-交流发电机)中，即，在转矩达至70-90Nm的一些情况下特别必要。因此，在交流发电机的上游和下游，在带上存在张力差。通过交流发电机的转矩和带轮半径之比可以计算张力差的大小。如果假设将上述90Nm的值作为交流发电机的转矩，并且假设交流发电机的带轮直径为0.054m，则得到90Nm/0.027m＝3300N的张力差的值，该值非常高，带在每次发动机起动时均经受该力。而且，所述张力差具有惯性转矩的效果。

另外，在起动阶段期间，在燃烧达到稳定状态之前，会发生燃烧不规则，导致带驱动装置上产生波动转矩。

所述波动转矩与由带驱动装置旋转驱动的附件的惯性相互影响，并且特别地与交流发电机的惯性相互影响，交流发电机是具有最高惯性的附件。所产生的应力会危及带的寿命。该问题特别存在于设置有在车辆每次停止时断开并再次起动的起动机-交流发电机组件的机动车中，并且因此在起动机-交流发电机组件中，带需要经受大量的车辆起动循环。具体地，根据汽车制造商的要求，起动机-交流发电机组件的带实际上必须经受甚至达700 000次起动而不发生故障。

耐久插入件(resistant insert)不是严格地沿纵向布置在带中，因此，在带的长度上通常具有四个耐久插入件，这些耐久插入件在带内不形成完整圆，即，带每侧的两个插入件不再形成在内部覆盖带的整个长度的完整环。例如，可以产生如图2中示意地示出的情况，其中，附图标记1和2表示不形成在内部覆盖带的整个长度的完整环的四个耐久插入件中的两个耐久插入件。

对于未形成完整环的耐久插入件，不再沿相反方向施加平衡力，而是由形成带的主体的混合件(mix)牵拉这些耐久插入件并经受变形。

由于张力的峰值，混合件的变形并因此带的变形非常高，尽管耐久插入物附着至环绕该耐久插入件的混合件的附着力高，但未形成从内部覆盖带的整个长度的环的上述耐久插入件根据所谓的“索突现象(cord-pop-out)”最终倾向于脱出带外，这因此在短时间内导致混合件退化并且最终使带失效。

最后，由于硬度不同，具有由不同材料制成的耐久插入件的带经受明显不同的拉伸。因此，仅考虑到橡胶的原因，因迟滞现象而产生的热对于由不同材料制成的耐久插入件来说极为不同。

包括耐久插入件的带在稳态运行条件下以非常高的温度操作。高温导致拉伸，该拉伸因此导致带的蠕变增加。

另外，已知的耐久插入件通常由聚酯、PET或者聚芳酰胺制成。

由聚酯制成的耐久插入件和那些由聚芳酰胺制成的耐久插入件均呈现高度的拉伸，并且因此随着时间出现最终强度衰退的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够解决以上阐述的问题的多楔型的驱动带，该驱动带特别是用于驱动内燃机的附件。

具体而言，优选地，所述带在所述起动机-交流发电机的驱动组件中必须经受至少300 000次起动。

通过在起动机-交流发电机组件中使用根据权利要求1所述的带来实现上述目的。

另外，根据本发明，提供根据权利要求10所述的带和根据权利要求1至16所述的驱动组件。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在将参照附图描述本发明，其中：

图1是强调耐久插入件的多楔带的横截面的局部示意图；

图2是用于利用根据本发明的带驱动机动车的内燃机附件的带驱动装置的示意图；

图3是用于利用根据本发明的带驱动机动车的内燃机附件的前述带驱动装置的可选带驱动装置的示意图；

图4是根据本发明的多楔带的一部分的图；

图5是包括根据本发明的优选实施方式制成的耐久插入件的带的一部分的图；

图6是用于进行SAE测试以测量耐久插入件的拉伸的带驱动装置的示意图；

图7是示出通过图6的带驱动装置对根据本发明制成的带和对根据现有技术制成的带进行测试的测试结果的曲线图；

图8是进行确定动态模量的测试所用的带驱动装置的示意图；以及

图9是示出通过图8的带驱动装置对根据本发明制成的带和对根据现有技术制成的带进行测试的测试结果的曲线图。

具体实施方式

参照图2，用于驱动内燃机4的多个附件的带驱动装置整体由附图标记1表示。

在图2中整体上用附图标记1表示的用于机动车的内燃机4的带驱动装置包括：第一带轮5，该第一带轮与发动机4的发动机轴6连接，并且设置在发动机4的外壁3上；第二带轮7，该第二带轮7由未示出的电动机-交流发电机的输出轴8承载；以及第三带轮9，该第三带轮用于驱动附件(也未示出)，例如，空调系统的压缩机、在上述带轮上行进的带10以及铰接到外壁3上的固定轴线A的张紧装置2。

张紧装置2包括：刚性元件12，该刚性元件具有两个直线臂13、14，这两个直线臂相对于彼此以150°设置，并且从平面连接部15叉开；以及销16，该销从连接部15出来，并且具有与连接部15垂直的轴线B。

另外，张紧装置2包括一对惰轮17、18，该对惰轮经由相应的偏心凸轮19、20承载在臂13、14的自由端21和22处，所述偏心凸轮径向限制在相应的带轮17、18的总体尺寸内。

例如多楔型的带10在带轮5、7和9上行进，并且通过惰轮17、18之间，形成具有第一分支31、第二分支32和第三分支33的闭合路径，第一分支包括在第一带轮5和第二带轮7之间，第二分支包括在第二带轮7与第三带轮9之间，第三分支包括在第三带轮9与第一带轮5之间。

作为选择，根据本发明的带也可被用于图3的驱动组件中。在图3中，与图2的附图标记相同的附图标记表示功能类似的元件。

该驱动组件包括具有两个臂42和43的张紧装置41。在所述带驱动装置中，所述臂彼此弹性连接，并且能够相对于固定外壳旋转，例如与以本申请人的名义提交的专利申请No.EP1596098中示出并描述的双臂张紧装置类似。

可选地，本发明的带还可被用于包括这样的张紧装置的驱动组件中，该张紧装置具有彼此刚性连接并且可相对于固定轴线旋转的两个臂。

带10为多楔型带。

参照图4，带10包括：主体18，该主体由弹性体材料制成；多个丝状耐久插入件19，所述多个耐久插入件彼此平行并且并排地设置，纵向嵌入到主体18中；以及联接部20，该联接部由多个彼此平行且并排设置的V形肋21限定，V形肋21与主体18成一体并且相对于主体本身纵向延伸，从而形成V形槽22，各V形槽均被包含在两个相邻的肋21之间。

通常，已知的多楔带包括由聚酯制成的耐久插入件，所述耐久插入件具有在15000至30 000N肋/分支之间的动态模量值，其中，在MTS设备上在15Hz下预设为600N/肋/分支并以±400N/肋/分支正弦变化的张力的情况下在10 000次循环之后进行测量而获得这些值。

有利地，根据本发明的多楔带包括具有以下动态模量值的耐久插入件19，在15Hz下在预设为600N/肋/分支并以±400N/肋/分支正弦变化的张力的情况下，该耐久插入件的动态模量值在10 000次循环之后高于110 000N/肋/分支。有利的是，该动态模量包括在110 000N/肋/分支至200 000N/肋/分支之间。更有利的是，该动态模量包括在125 000N/肋/分支至175 000N/肋/分支之间。

主体18和联接部20可由适用于本申请的任何弹性体材料制成。

优选地，主体由EPDM制成。

耐久插入件19优选地由缠绕成螺旋形的、连续的丝状耐久元件或“绳索(cord)”形成的线圈构成。

绳索优选地包括碳纤维或PBO。

可选地，绳索还可以是所谓的“混合”类型，即，由至少一种第一材料和一种第二材料制成。

实际上，已发现，利用由呈纤维或细丝形式的互绕的两种不同材料形成的耐久插入件19来获得起动机-交流发电机组件中的多楔带，可以解决上述已知带的缺点。

具体地，使用由不同纤维或细丝形式的两种材料制成的耐久插入件19使得耐久插入件19自身能够更好地附着到构成带1的主体的混合件。

耐久插入件19优选地用具有间苯二酚-甲醛乳胶基(也称作RFL)的合成物处理。优选地，所使用的RFL包括由含腈基的单体和二烯形成的胶乳，例如，HNBR或者说氢化丁腈橡胶。优选地，胶乳具有由共聚物构成的基，共聚物从其中相对于最终共聚物的重量来说百分比包含在33％至49wt％之间的二烯和含腈基的单体开始而形成。

在耐久插入件包括两种纤维材料的情况下，用于获得根据本发明的耐久插入件3的第一材料和第二材料优选地均由以下材料构成的组中选择，这些材料即：玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、聚酯纤维、碳纤维、PBO纤维、聚酰胺纤维、聚酮(POK)纤维、PEEK纤维、聚醋酸乙烯酯(PVA)纤维、液晶聚合物(LPC)纤维和PEN纤维。

第一材料的模量优选地比第二材料的模量低，并且第一材料优选缠绕第二材料。

优选地，在横截面中，第二材料占据相对于自身横截面的整个表面包含在15％至75％之间的表面。更优选地，第二材料占据相对于整个表面包含在45％至55％之间的表面。

由此，基本上甚至更加有利地是，在横截面中，两种材料的纤维占据相似的表面，从而尽可能地平衡两者的有益特性，以获得最佳性能的带。

第一材料优选地为玻璃纤维，第二材料优选地为碳纤维。

优选地，第一材料的纤维缠绕第二材料的纤维，从而从外部至少部分地包覆第一材料的纤维，更优选地，从而完全包覆第二材料的纤维。

优选地，根据本发明的插入件呈现Lang加捻(Lang’s Twist)类型的加捻，即在相同方向上具有两次加捻，就此而言已证实所述实施方式特别有效。

与插入件的基础细丝数量或者纤度或者插入件的整体实施方式一样，形成耐久插入件的细丝的数量可以改变而不背离本发明。

多楔带10根据公知方法获得，因此不再详细地描述。

下面描述在图5中示出的根据本发明制成的耐久插入件19的纯粹示意性实施例，其中附图标记50表示第一材料形成的九个捻股，这九个捻股完全环绕由附图标记51表示的由第二材料形成的一个捻股。第一材料为玻璃纤维，第二材料为碳纤维。玻璃纤维缠绕碳纤维，从而完全包覆碳纤维。

为了形成该耐久插入件19，用具有粘接剂组合基(例如RFL)的处理方法处理三根玻璃细丝，然后将其第一次加捻而形成一个捻股。然后，使一定捻股数的这些捻股缠绕碳纤维形成的一个捻股。图5例示出捻股数为9的情况。

这样，如果该实施方式为34特(tex)3×9，400特×1，则捻股形成尺寸在0.7mm至1.4mm之间的插入件，尤其为1.15mm。

细丝所经受的用于形成捻股的第一加捻操作包括在第一方向S(顺时针方向)上的80捻。

这些捻股在缠绕缠绕碳纤维时再次经受的第二加捻操作包括80捻，并且沿相同的方向S进行而形成被称为S的耐久插入件。

这些耐久插入件因此呈现Lang加捻类型的加捻，即，在相同方向上具有两次加捻。

碳纤维形成的细丝所经受的用于形成捻股的加捻为40捻，而且这些捻沿相同的第一方向S。

使用相同的方法和相同的过程，还沿与第一方向相反的方向进行两次加捻而形成耐久插入件19，即沿称为Z的方向(逆时针方向)而形成耐久插入件Z。

为了形成根据本发明的多楔带，接着以这样的螺旋节距将耐久插入件S和Z同时放在模具上，该螺旋节距包含在例如1.5mm至5mm之间，有利地在2.0mm至3.5mm之间，更有利地在2.1mm至2.6mm之间，例如2.56mm，在此该测量值被理解为具有相同加捻的两个耐久插入件之间的距离。

该螺旋节距证实对于获得设计成克服提出本发明的问题的模量特别重要。

例如，为了提供前述的耐久插入件，对于多楔带，已获得在节距为2.56mm的情况下，等于154.270N/肋/分支的模量值，以及在节距为3.00mm的情况下，等于133.701N/肋/分支的模量值。

研究根据本发明制成的带10的特征，会清楚其所带来的优点。

在根据本发明的起动机-交流发电机组件中使用多楔带，已实现相当大的改进，具体而言，其可以克服前述的问题并且经受300 000次起动。

以下将参照实施例描述带10，但其实施方式不限于所述的实施例。

实施例1至3

对由根据本发明和根据现有技术制成的带的耐久插入件进行拉伸测试。

测试规范源自于SAEJ2432标准，引入随后给出的、对带轮的尺寸和环境条件进行的一些修改，从而使测试条件更严格。

在由所述标准规定的并且在图6中示出的驱动组件中对带进行测试，在图7中示出测试结果。

这样进行测试：安装带，然后利用由图中的D2表示的静负载设定带的张力为100N/肋。

被测试的带具有由EPDM制成的主体和三个肋，有效长度为1050mm(而所述标准规定长度为1200mm)。

驱动组件的带轮具有下列直径：

D1(驱动带轮)120mm

D2(惰轮)45mm

D3(从动带轮)120mm

D4(背面的惰轮)60mm(平展的(flat))。

测试条件如下：

环境温度＝115℃

驱动带轮的速度＝5000RPM

从动带轮的功率＝7.4kW。

另外根据SAE标准，在具有6个肋的带上施加20Nm的转矩，因此为3.3N/肋，而对于这些测试，在具有三个肋的带上使用14Nm的转矩，因此在肋上获得高于根据所述标准进行测试的张力，即为4.8Nm/肋。

所有带均具有由EPDM制成的主体、这些主体因所使用的耐久插入件的类型而不同。根据测试结果清楚地表现出，包括以PET(即，具有聚对苯二甲酸乙二酯基)和芳族聚酸胺(即芬香族聚酰胺)表示的耐久插入件的多楔带呈现比包含混合耐久插入件的拉伸更大的拉伸，所述混合耐久插入件即由两种不同纤维材料制成的混合耐久插入件，在本实施例的情况下，为根据图5中所示的结构由玻璃细丝缠绕碳纤维。

拉伸不同是因为动态蠕变不同，并且不同的拉伸导致带的寿命更短；具体地，包括由PET制成的耐久插入件的带在100小时之后呈现大约0.8％的拉伸，从而不能再正常地发挥作用，而具有聚芳酰胺耐久插入件的带在大约200小时之后呈现相同拉伸，并且根据本发明的具有由不同材料制成的绳索的带在超过350个小时之后呈现相同拉伸。

实施例4至6

在如图8中示意地示出的驱动组件中，利用MTS动态脉动器(专利No.EP1669637中描述的仪器)施加设定的张力来进行测试。在专利No.EP1669637中也描述了通过所述类型的仪器测量多楔带上的动态模量的测试，但是所述测试极为复杂。通过简化的过程进行测试，从而确保更好地再现性。

在图9中显示所执行的测试的测试结果，该结果将包括由根据公知技术制造的确切地说由芳纶制成的耐久插入件的多楔带与包括由两种不同材料制成的精确地说具有由图5中所示的由玻璃细丝缠绕的碳丝结构的耐久插入件(混合插入件)的多楔带以及单独由碳制成的耐久插入件进行对比。

曲线图中显示的绳索的材料和特征在下表中给出。

用于测试的具有肋的带轮根据标准SAE9981具有95.5mm的外径。

在20℃±5℃的环境温度下进行测试。

将带安装在机器的带轮上。然后，将平均张力设定为600N/肋/分支的值。使带轮开始旋转直到达到50r.p.m的值。

期望的加载条件是施加15Hz的正弦波形。

在进行的测试中，张力范围从200N/肋/分支的最小值到1000N/肋/分支的最大值，因此为600±400N/肋/分支。

然后在设定条件下执行10 000次循环之后记录力和位移的值。

考虑下列定义计算模量：

施加的Δ力(即，最大力-最小力，由此在执行的测试中为1000-200＝800)定义为ΔF。

由机器检测的横向构件的Δ位移定义为ΔS。

拉伸ε。

拉伸＝ΔS×2/带有效长度。

由公式Md＝ΔF[N/肋/分支]/ε导出动态模量Md，

其中

ε＝(ΔS/(带有效长度/2))

拉伸百分比＝ε×100。

用于测试的带的长度为1050mm。

带轮在整个测试中保持旋转。

如从图9的曲线图清楚可见，所使用的多楔带的模量为比已知带的模量更大的量级。

与公知技术的带和当前市场上可得到的带不同，可以证实，使用具有以下动态模量的多楔带可以解决起动机-交流发电机组件的上述问题，并且特别地远远满足由汽车制造商提出的300 000次起动的规范，所述动态模量为在15Hz下预设为600N/肋/分支并以±400N/肋/分支正弦变化的张力的情况下，在10 000次循环之后高于110000N/肋/分支的动态模量。

Claims (7)

1.一种用于带驱动装置（1）的组件，所述带驱动装置连接发动机轴与可逆电机，或者起动机-交流发电机，所述组件包括多楔带，该多楔带则包括：主体（18），该主体由弹性体材料制成；多个丝状耐久插入件（19），所述多个丝状耐久插入件纵向嵌入在所述主体中并且由绳索限定；以及联接部（20），该联接部一体连接到所述主体（18）并且包括多个V形肋（21），这些V形肋彼此并排并且与V形槽（22）交替地设置，所述组件的特征在于，由于张力的峰值，形成所述带的所述主体的混合件的变形并因此所述带的变形非常高，尽管所述耐久插入件附着至环绕该耐久插入件的混合件的附着力高，但未形成从内部覆盖所述带的整个长度的环的上述耐久插入件根据索突现象而最终倾向于脱出所述带外，所述带因为所述索突现象而被选择成具有这样的动态模量，即：在15Hz下预设为600N/肋/分支并以±400N/肋/分支正弦变化的张力的情况下，在10000次循环之后该动态模量高于110000N/肋/分支；

所述组件的特征还在于，所述绳索包括碳纤维或PBO，并且所述耐久插入件由缠绕成螺旋形的、连续的丝状耐久元件形成的线圈构成。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述模量包含在110000N/肋/分支至200000N/肋/分支之间。

3.根据权利要求2所述的组件，其特征在于，所述模量包含在125000N/肋/分支至175000N/肋/分支之间。

4.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，该组件还包括至少一个张紧装置，该张紧装置包括至少一个刚性元件（12），所述至少一个刚性元件连接成能够绕第一轴线（B）旋转。

5.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，所述张紧装置包括一对惰轮（17，18），所述一对惰轮在所述第一轴线（B）的相反两侧由所述刚性元件（12）支撑，并且设计成与所述带驱动装置（1）的相应分支（31，32）协作。

6.根据权利要求4或5所述的组件，其特征在于，所述驱动组件包括一张紧装置（31），该张紧装置包括两个臂（32，33），所述臂彼此弹性连接并且能够相对于固定外壳旋转。

7.根据权利要求4或5所述的组件，其特征在于，所述驱动组件包括一张紧装置（31），该张紧装置包括两个臂（32，33），所述臂彼此刚性连接。