DE69806226T2

DE69806226T2 - Metallischer Riemen und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69806226T2
Application number: DE69806226T
Authority: DE
Inventors: Arjen Brandsma; Johannes Haaije Van Der Kamp; Cornelis Johannes Maria Van Der Meer; Gerardus Petrus Maria Van Dijnsen; Johannes Hendrikus Van Lith; Cornelus Hendricus Maria Van Oirschot
Original assignee: Van Doornes Transmissie BV
Current assignee: Bosch Transmission Technology BV
Priority date: 1998-04-14
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 2003-02-20
Anticipated expiration: 2018-04-15
Also published as: EP0950830B1; KR19990083150A; JP2000104794A; DE69806226D1; KR100692981B1; EP0950830A1; US6217471B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Metallriemen für ein stufenlos veränderliches Getriebe»und ein Verfahren für dessen Herstellung, wobei, wie beschrieben in dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, der Riemen wenigstens ein Endlos-Metallband aufweist, welches vorzugsweise mit einem Satz von generell übereinstimmenden eingenisteten Bändern besteht, die wenigstens teilweise von Querelementen umgeben sind, um den Riemen zwischen den Scheiben eines Satzes von Riemenscheiben wenigstens einzuklemmen.
Eine solcher Metallriemen ist generell bekannt, insbesondere aus der JP-A-61-290257, die einen Satz von Bändern zeigt, von welchen jedes Band mit einer konvexen Krümmung zur Verbesserung des Spurverhaltens der Bänder in dem Satz aufweist, um so zu verhindern, dass jedes Band einen Teil eines Querelements seitlich berührt. Als Folge seiner Eigenschaft zur Verwendung in stufenlos veränderlichen Getrieben ist der bekannte Riemen während seines Betriebs extrem hohen inneren Spannungen ausgesetzt, deren Größe sich mit dem Biegeradius und mit dem übertragenen Moment oder der Zugkraft in einem Band verändert, die davon resultiert. Aus diesem Grund ist die Verhinderung eines Brechens des Riemens während der Betriebszeit eines Riemens, d. h. des Getriebes und des Fahrzeuges, in welchem er verwendet wird, ein hauptsächlicher Betrachtungsgrund für solche Riemen, insbesondere für die Bänder eines Riemens.
Eine technische Maßnahme, die für eine Verlängerung der Betriebszeit bezweckt wird, ist aus der Europäischen Patentveröffentlichung EP-B-181 670 bekannt. Dieses Dokument vermittelt die Lehre der Bereitstellung von dauerhaften Druckbeanspruchungen in dem mittleren und randseitigen Teil der Berührungsflächen der Bänder des Riemens, sodass daraus eine Verringerung des Ausmaßes der örtlich stattfindenden Zugspannungen resultiert. Die Veröffentlichung vermittelt die weitere Lehre der Verformung der randseitigen Zonen auf eine eingegrenzte Form hin, um so Zugspannungen zu reduzieren, die insbesondere von Biegungen herrühren, sodass als ein Ergebnis davon ein Brechen, das durch von den Rändern ausgehende Haarrisslinien verursacht wird, weitgehend vermieden werden dürfte.
Die vorliegende Erfindung sucht nach der Bereitstellung von wenigstens einer weiteren wenn nicht zu sagen einer alternativen Lösung für eine Erhöhung der Betriebszeit eines Riemens. Gemäss der Erfindung kann dies dadurch erreicht werden, dass die Geometrie des Querschnittes eines Bandes genau wie in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 definiert wird. Bänder, gemäss der vorliegenden Erfindung zeigen extrem kleine, jedoch messbare Unterschiede bei der Dicke entlang eines Querschnittes eines Bandes. Es wurde jedoch in der Praxis gefunden, dass die Gesamtform eines Querschnittes die besagte Betriebszeit eines Riemens in dem Ausmaß beeinflusst, dass extrem kleine Abweichungen von einem imaginären rechteckigen Querschnitt eines Bandes zu einer beträchtlichen Beeinflussung der erwarteten Betriebszeit eines Riemens beitragen.
Ein erwähnter Faktor zur Erklärung der vorstehenden Wirkung ist derjenige, dass ein Band, welches gemäss der Erfindung geformt ist, ein bestimmtes Ausmaß eines vorhergehenden Ausgleichs für eine sogenannte antiklastische Deformation schafft, die während des Betriebs eines Riemens stattfindet. Die örtlichen Unterschiede des Durchmessers der Biegung, die durch antiklastische Deformationen verursacht werden, beeinträchtigen jedoch kaum die Erhöhung einer inneren Spannung, die in einem Band örtlich erwartet werden kann. Ein voller vorhergehender Ausgleich dieser Wirkung würde jedoch für eine möglichst vollständige Erreichbarkeit Dickenverhältnisse zwischen TA und TC oder TB und TC von etwa 0.5 erfordern. Das minimale Ausmaß einer Abweichung von einem imaginären Querschnitt realisiert jedoch gemäss der Erfindung eine bedeutsame Erhöhung der erwarteten Betriebszeit und kann vorteilhaft realisiert werden mit einer Formgebungswalze, die eine relativ einfach herzustellende, übereinstimmend geformte Walzenoberfläche aufweist.
Es ist anzumerken, dass die antiklastische Deformation für sich gesehen ein generell bekanntes Phänomen ist, wie bsp. beschrieben in dem Artikel "Eine optimale Untersuchung der antiklastischen Deformationen von Streifen mit zulaufenden Rändern", veröffentlicht in der Internationalen Zeitschrift Journal of Mechanical Science, 1966, Band 8. Für einen Ausgleich der antiklastischen Deformation vermittelt dieser Artikel die Lehre einer Konzentration auf eine zulaufende Ausbildung der Ränder. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich jedoch von diesen bekannten Streifenformen darin, dass die Berührungsfläche eines Bandes eine Abweichung von einer ebenen Fläche aufweist und dass sich die Erfindung auf die Gesamtform eines Bandquerschnitts von minimaler Ordnung bezieht. Der allgemeine Stand der Technik berücksichtigt auch nicht die Funktion einer Aufnahme von extrem hohen Zugkräften, die der Funktion eines Bandes anhaftet, und auch nicht das Material, aus welchem ein Band oder Streifen hergestellt ist.
Aus dem Artikel "Hypergeometric Series Solutions of some Anticlastic Deformation Problems" von Y. C. Pao et al, veröffentlicht 1967, ist weiterhin ein Streifenquerschnitt bekannt, wobei der Querschnitt so definiert ist, dass die örtliche Dicke eine Funktion der größten Dicke des Streifens und des seitlichen Versatzes von einer Streifenmitte ist, derart, dass die Dicke eines Streifens von seiner größten Dicke im Zentrum gegen eine Nulldicke an der seitlichen Seite des Streifens abfällt. Der Artikel befasst sich primär mit den mathematischen Lösungen des Problems von antiklastischen Deformationen.
Bei der vorliegenden Erfindung können die randseitigen Bereiche eine gewöhnliche Facettenrundung oder eine Nivellierung von quadratischen Kanten aufweisen, wie es im Stand der Technik generell bekannt ist. Eine Messung der Dicke der Position der Kante eines Bandes sollte über eine solche Rundung hinaus vorgenommen werden. Normal wird ein Abstand von einem halben Millimeter weg von der Kante ein ausreichender Abstand von einer solchen Rundung sein, während dieses Maß immer noch sehr nahe zu der Außenkante ist.
Ein Band hat vorzugsweise einen Querschnitt von solcher Form, dass die ebenen Flächen der Berührungsflächen eines Bandes eine leicht gekrümmte Oberfläche haben. Bei einer weiteren Verbesserung der Geometrie gemäss der vorliegenden Erfindung ist die Dicke zwischen den beiden Kanten eines Bandes größer als die Dicke von jeder dieser beiden. Gemäss noch einem weiteren Merkmal gemäss der Erfindung ist die größte Dicke im wesentlichen zentral in der Mitte zwischen den Kanten angeordnet. Bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform hat die besagte Oberfläche des Bandes eine elliptische Ausbildung. Diese Geometrie gemäss der vorliegenden Erfindung nähert sich wenigstens an kreisförmige Querschnitte an oder ist von diesen umschließbar, die solche Radien R1 und R2 haben, dass der Unterschied zwischen 1/R1 und 1/R2 kleiner ist als 1.0 ml, wobei R1 der Radius für die Ellipse von einer Seitenfläche ist und wobei R2 der Ellipsenradius der Gegenseite ist. Die Summe von 1/R1 und 1/R2 sollte dabei kleiner sein als 1.0 m&supmin;¹.
Die Erfindung wird nun weiter anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die in der beigefügten Zeichnung wiedergegeben sind, wobei
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Getriebes und des Riemens ist, auf welchen sich die vorliegende Erfindung bezieht;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die ein Messverfahren zum Messen einer Krümmung gemäss der Erfindung angibt;
Fig. 3 gibt eine Geometrie eines Querschnittes eines Bandes gemäss der Erfindung an;
Fig. 4 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Geometrie gemäss der Erfindung und der zu erwartenden Betriebsdauer des Riemens angibt.
Die Fig. 1 zeigt schematisch ein stufenlos veränderliches Getriebe (CVT) mit einem Förderriemen 1, der aus dünnen Endlosbändern 2 besteht und auf welchen eine endlose kontinuierliche Reihe von Querelementen 3 angeordnet ist, die darauf frei gleiten. Sie bewegen sich zwischen den Scheiben von Riemenscheiben 4 und 5 mit stufenlos veränderlichem Durchmesser. Ein solches stufenlos veränderliches Getriebe ist als solches bekannt. Typische Dicken eines Bandes reichen von 0.15 bis 0.20 mm. Typische Breiten eines Bandes reichen von 8 bis 35 mm. Typische Umfangslängen eines Treibriemens 1 reichen von 50 bis 100 cm. Aus Gründen einer wirtschaftlichen Herstellung und der Verhinderung einer technischen Komplexität läuft ein Riemen gewöhnlich zwischen Riemenscheiben 4, 5, bei denen nur eine Scheibe axial beweglich angeordnet ist, während die andere mit einer Drehachse drehfest verbunden und axial festgelegt ist. Diese Anordnung bedeutet, dass während des Betriebs die Ausrichtung eines Riemens 1 und seiner Bänder 2 von einer idealen Position senkrecht zu der Drehachse abweicht. Um mit diesem "Fluchtungsfehler" fertig zu werden, sind die Berührungsflächen der Querelemente, gegen welche die inneren Bänder anliegen, mit einer etwas konvexen Krümmung versehen.
Die Kanten des Bandes 2 sind durch schematisch dargestellte Facettenrundungen oder Nivellierungen F gerundet, wie es im Stand der Technik üblich ist. Die seitlichen Seiten L eines Bandes 2 sind flach geformt und haben eine Höhe TC abzüglich des Ausmaßes einer Abnahme der Dicke in seitlicher Richtung und abzüglich der Höhe der Facettenrundungen F.
Wie in Fig. 2 angegeben, sollten die Dicken TA und TB der seitlichen Positionen eines Bandes 2 für den Zweck einer Angabe der Ausbildung der Berührungsflächen gemäss der Erfindung gemessen werden an Punkten PA und PB, die am nächsten zu den seitlichen Seiten L sind, die jedoch jenseits der Facettenrundungen F liegen. Typischerweise schafft ein Querabstand D zwischen 0.5 und 1.0 mm einen guten Messpunkt. Die Messung sollte entlang einer imaginären Querlinie relativ zu der Längsrichtung eines Bandes vorgenommen werden, sowie generell rechtwinklig zu der imaginären Ebene, die man sich mehr oder weniger zentral zwischen den beiden Berührungsflächen eines Bandes vorstellen kann. Eine Dicke TC sollte gemäss der Erfindung etwa an einem Punkt zwischen den Punkten PA und PB oder in der unmittelbaren Nähe dieser imaginären Querlinie gemessen werden. Die Dicken mit einem dimensionslosen Index BI, die mit der Formel (1 - (TA + TB)/2TC) berechnet werden, sollten zu einem Wert größer als Null führen. Es ist anzumerken, dass gemäss der Erfindung TA, TB und TC wesentlich voneinander abweichen können, vorausgesetzt, dass TA, TB und TC die angegebene Formel erfüllen. Um ein genügendes Maß an Genauigkeit zu erreichen, sollte die Messung von TA, TB und TC wenigstens fünf mal durchgeführt werden, und zwar jeweils an einer anderen Stelle an einem Band, die wechselseitig um wenigstens 1 cm versetzt ist. Es kann dafür ein sogenanntes Mara-Meßgerät verwendet werden. Die Formel für den Index BI zeigt in Übereinstimmung mit der Erfindung, dass die eine seitliche Seite etwas dicker sein kann als die andere.
Die Fig. 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform gemäss der Erfindung, bei welcher innere und äußere Berührungsflächen 7 und 9 beide konvex geformt sind. Vorzugsweise jedoch nicht notwendig sind die beiden Berührungsflächen mit einem kreisförmigen Querschnitt mit den Radien R1 und R2 gekrümmt ausgebildet. Die Radien R1 und R2 können eine gleiche Länge haben. Vorzugsweise sind die Mittelpunkte von R1 und R2 beide auf einer gemeinsamen imaginären Linie unter einem generell Rechten Winkel zu einer Berührungsfläche 7 oder 9 angeordnet, und die Anordnung befindet sich in deren Mitte. Um eine vorteilhafte Geometrie zu erreichen, sollte gemäss der Erfindung die Summe von 1/R1 und 1/R2 kleiner sein als 1.0 ml. Bei der vorliegenden Ausführungsform zeigt die eine Berührungsfläche eine Abnahme von 1 um von TC nach TA oder TB, während die andere eine Abnahme von 2 um zeigt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Seiten mit einem im wesentlichen ähnlichen Ausmaß einer Abnahme gegen die Kanten L hin ausgebildet.
Fig. 4 zeigt eine Darstellung der Beziehung, die zwischen der Verteilung der Dicke über einen Bandquerschnitt, dargestellt durch die oben angegebene Formel entlang der Achse X, und der erwarteten Betriebsdauer des Riemens entlang der Achse Y ermittelt wurde. In der Grafik stellt die Nulllinie für X eine perfekt rechteckige Form eines Bandquerschnittes dar. Auf der linken Seite zu dieser Achse erhöht sich der Index BI, (1 - (TA + TB)/2TC) für die Verteilung der Dicke wie oben erläutert. Auf der rechten Seite von dieser Linie X = 0 gibt der Index das Ausmaß der umgekehrten Form an, also das Ausmaß, um welches die seitlichen Seiten eines Bandes dicker sind als dessen mittlerer Bereich. Entlang der Y-Achse ist aufwärts ein Index für die erwartete Betriebsdauer angegeben, bsp. berechnet auf der Basis einer Anzahl von Umdrehungen eines Riemens 1 mit einer Riemenscheibenanordnung bei einer oder mehreren bestimmten Übersetzungen.
Gemäss der Erfindung wurde für Riemen mit den vorbeschriebenen typischen Abmessungen gefunden, dass innerhalb des Indexbereichs BI = (1 - (TA + TB)2TC)) zwischen 0.001 und 0.1 die Beziehung zwischen dem Index BI und der erwarteten Betriebsdauer zu einem beträchtlichen Anteil linear ist und zu einem beträchtlichen Einfluss auf die Betriebsdauer des Riemens beiträgt. Dies ist in der Grafik durch eine abfallende Kurve oder Regression gezeigt, die zwischen gestrichelten Linien fett dargestellt ist, wobei die gestrichelten Linien die Grenzen für den Ort und den Winkel der häufigsten abfallenden Linien der Regressionen darstellen. Um die Werte des Index BI an den beiden Seiten von BI = 0 zu erhöhen, wird die Beziehung nichtlinear. Die Grafik veranschaulicht trotzdem das gefundene Ergebnis, dass innerhalb des spezifizierten Bereichs eine bedeutsame Erhöhung der Betriebszeit erreicht wird durch eine extrem kleine, jedoch praktisch messbare Anhebung wenigstens eines Teils einer Berührungsfläche, die zwischen den randseitigen Bereichen angeordnet ist.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf alle Details, die in den folgenden Ansprüchen und Figuren angegeben sind.

Claims

1. Treibriemen (1) für ein stufenlos veränderliches Getriebe, der aus einem Endlos- Metallband (2) besteht, welches in einem Satz von eingenisteten Metallbändern (2) vorgesehen ist, die wenigstens teilweise von Querelementen (3) umgeben sind, um den Riemen (1) wenigstens zwischen den Scheiben eines Satzes von Riemenscheiben (4, 5) einzuklemmen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Band (2) in einer Ansicht im Querschnitt mit einem zentralen Bereich versehen ist, der eine minimale aber dennoch meßbar größere Dicke als ein seitlicher Bereich aufweist, wodurch die beiden Berührungsflächen des Bandes gesehen in der Querschnittsrichtung des Bandes leicht gekrümmt sind, derart, daß jede Krümmung einen kreisförmigen Radius (R1, R2) größer als einen Meter definiert oder sich diesem annähert.

2. Treibriemen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (2) im wesentlichen symmetrisch ausgebildet ist in Bezug auf eine imaginäre Ebene, die zentral zwischen den seitlichen Flächen (L) des Bandes (2) angeordnet ist.

3. Treibriemen (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (2) in einer Ansicht im Querschnitt derart ausgebildet ist, daß die arithmetische Beziehung zwischen den Dicken TA, TB und TC an drei Punkten PA, PB, PC an einer Berührungsfläche (6-9), die mit der Formel (1 - (TA + TB)/2TC) vorgegeben ist, einen Wert größer als 0.001 und kleiner als 0.100 ergibt, wobei die Punkte PA, PB und PC eine im wesentlichen quer verlaufende Linie relativ zu der Längsrichtung des Bandes angeben, wobei der Punkt PC im wesentlichen zentral zwischen PA und PB angeordnet ist und wobei die Punkte PA und PB nahe der Kante des Bandes angeordnet sind.

4. Treibriemen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke TC größer ist als jede der Dicken TA und TB.

5. Treibriemen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abnahme der Dicke in Querrichtung von der Mitte des Bandes zu seiner Seite hin größer als oder gleich 1 um und kleiner als oder gleich 20 um ist, wobei die Bandbreite zwischen 8 und 35 mm beträgt.

6. Treibriemen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (2) im wesentlichen symmetrisch ausgebildet ist in Bezug auf eine imaginäre Ebene, die zentral zwischen den Berührungsflächen (6-9) eines Bandes (2) angeordnet ist.

7. Treibriemen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicken TA und TB in der unmittelbaren Nähe einer gewöhnlichen Facettenumrundung (F) gemessen sind.

8. Treibriemen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Dicken TA, TB und TC der Mittelwert von fünf Messungen sind an Orten an dem Band (2), die in Längsrichtung voneinander beabstandet sind.

9. Treibriemen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Berührungsflächen konvex derart ausgebildet sind, daß 0.010 m&supmin;¹ ≤ 1/R1 + 1/R2 ≤ 1.0 m&supmin;¹ ist, wobei R1 und R2 die Radien sind, die mit jeder Berührungsfläche (7, 9) verbunden sind.

10. Treibriemen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (2) aus einem Stahl des sogenannten martensitgußhärtbaren Typs hergestellt ist.

11. Treibriemen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das Innere einer Anzahl von eingenisteten Bändern (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.

12. Treibriemen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrheit der Bänder (2) des Riemens (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.

13. Treibriemen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bänder (2) des Riemens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind.

14. Verfahren zur Herstellung eines Bandes (2) für einen Treibriemen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Stufen einer Verformung des Bandes (2) durch ein Hindurchführen des Bandes (2) zwischen den Oberflächen von zwei vorzugsweise rotierenden Verformungselementen, wie bsp. Druckwalzen, die zur Schaffung einer Bänderberührungsfläche (6-9) entsprechend einem Band (2) angepaßt sind, welches in einem der vorhergehenden Ansprüche definiert ist, daß das Band (2) anschließend geglüht und daß dann das Band (2) in einer Stickstoffumgebung erhitzt wird, um wie bekannt chemisch eine dauerhafte Druckschicht an der Oberfläche zu schaffen.