专利名称：金属压带、横向元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及如以下主权利要求的前序部分中所述的用于压带的横向元件。
背景技术：
这样的金属带从本申请人的非再版申请NL-1020990和专利说明书EP-A-1219860中可以得知。它们具有相对较难生产的缺点。其中一种困难在于淬火时将横向元件保持为所希望的(通常良好的)坯料形状。在元件加热至相当程度并随后相对快速地冷却至例如一般公知的金属硬化工艺所需的相对较低温度的淬火过程中，元件似乎易于变形。例如，对于一些元件设计，元件的下半部似乎会弯曲或扭转。这种变形对于金属压带或传动带(push belt)等精密机械部件来说是很不希望发生的。除了在该过程中以此方式浪费对先前部件所做的努力之外，任何不同程度变形的元件均会造成带的耐用性的危险，这种危险可能会不希望地结合到带中，从而造成制造商很大的质保成本。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供在淬火所需环境中不会或至少相对而言较少倾向于变形的横向元件，以及提供与或者不与这种新设计的带元件相结合、从而具有可比效果或至少维持横向元件的平直形状不受影响的所需效果的方法或生产过程。
根据本发明，通过权利要求1的特征部分中所述的特征实现这一点。在具有所提供特征的情况下，与现有技术中不具有此特征的元件相比，该横向元件在很大程度上更不易于变形。根据构成本发明基础的假设，横向元件不同部分的外表面与内体积之比的差值是造成内应力的原因，该内应力将导致所注意到的变形。此外，还显示，元件的关键部分是那些在一表示元件所述部分之间厚度差异的所谓的台阶之上或之下的部分。根据本发明的解决方案的模拟还阐明了已知元件设计在冷却或淬火时弯曲的一典型方式，其可以推断出常规元件位于台阶之下的相对薄的最下部会冷却并因此还会比元件的其余部分基本上更快地收缩，这会产生明显的内应力并因而可导致元件的各部分的塑性变形。
现在将参照附图以举例的方式对本发明进行进一步的描述，在附图中图1是一可连续变速传动机构的示意图，其中以通常方式包括一根据本发明的带；图2示出了构成本发明的一部分的一横向元件；以及图3示出了一元件中在一阶梯状缩减线之上和之下的部分的表面积/体积比的图表。
在这些图中，相同的附图标记涉及相同或至少类似的技术特征。
具体实施例方式
图1示出了一已知的可连续变速传动机构的中心部分，其通常应用在位于发动机和驱动轮之间的个人车辆的传动路径中。该传动机构包括两个滑车1、2，每一滑车设有两个滑车滑轮4、5，在该两个滑车滑轮4、5之间具有一金属压带，以用于从一滑车滑轮向另一滑车滑轮传递旋转运动和附带扭矩。滑车滑轮4、5通常形成为圆锥形，并且至少一个滑车滑轮4结合在可沿着一相应滑轮轴6、7轴向移动的传动机构中，该滑轮4置于该滑轮轴上。传动机构通常还包括在所述至少一个滑轮4上施加一轴向夹持力Fax的致动装置，该夹持力指向相应的另一滑车滑轮5，以使得带3夹持在其中。
带3包括一环形张紧装置31和多个板状横向元件33，该横向元件33主要横向取向地设在张紧装置31上并可沿着其纵向移动。元件33承受夹持力Fax，从而在一驱动滑车1转动时，滑轮4、5与带3之间的摩擦力会将元件33从驱动滑车1推动至从动滑车2以及绕过从动滑车2并返回到驱动滑车1，由此其由张紧装置31所导向和支承。
在图2中，如带3的纵向视图和简化侧视图所示，提供了一通常应用于现有技术中的横向元件33的一具体实施例。如图所示，张紧装置31包括两组径向巢状(嵌套)薄金属环32，每组薄金属环32插入元件33的一主要横向取向的凹槽37中并由凹槽37的一支承面19所支承。元件33带有从其前主面38突出的一凸起39，以与设在其后主面41中的由虚线21所示的一孔40相互作用，从而使两个相邻横向元件33相互对齐和/或定位。横向元件33还带有在操作期间会夹持在其间并与驱动滑车1和从动滑车2的滑轮4、5分别摩擦接触的横向侧面35。
为了使得当带3的一部分经过滑车1、2中的一弧形轨道部分时允许围绕元件33上的一通常轴向取向的接触线的相互摆动，元件33在其各自的前主面38上设有一所谓的摆动边缘42，该摆动边缘在以一定角度彼此取向的前主面38的两部分之间限定出一轴向取向的锐利或略微倒圆边缘。从摆动边缘42向下，元件33具有减小的厚度，即如侧视图中所示，沿带33的纵向相对于摆动边缘42之上的厚度逐渐变小，该元件部分在此处标记为下主体部分42-45。相对于元件在摆动边缘42之上的上主体部分46，如此减小的厚度通常以一连续、平滑的倾斜部分43的形式提供，由此待传送的力在滑车1、2之间的带3的一直轨道部分中的元件33之间传递。这种类型的压带3在例如欧洲专利公开EP-A-0626526中进行了更详细的描述，该文件被包括于此。当前和优选的元件设计还表现出下主体部分42-45的厚度的阶梯状缩减，从而在倾斜部分43之下提供一台阶44，此处出现一厚度的突然减小。台阶44形成元件33的下主体部分42-45中的一分界，以使得其中可包含一径向外部42、43和一径向内部45，该径向外部42、43包括摆动边缘42和倾斜部分43，该径向内部对应于下主体部分42-45的下面部分，即从台阶44径向向内的部分。台阶44的形成通常是优选的，因为其可节省元件重量和成本，并提高主要用于元件33的切割和成形的加工过程的准确度和可靠性。
图3为一图表，其示出了由本发明提供和构成本发明基础的原理。水平或X轴为以毫米为单位的径向高度DR，其对应于元件33的径向最内侧48与台阶44之间的垂直距离。垂直或Y轴表示相关元件主体部分的所谓S/V比率，其定义为外表面S(即可与外部环境进行热传递的面积)除以相应的相关元件主体部分的体积V。该比率被认为可以表示淬火时相应元件主体部分的冷却快慢程度，即热从元件本体传递至外部环境(即淬火或冷却介质)的容易程度。根据本发明，该比率为台阶44下面的元件部分(曲线r2)以及台阶44上面的元件部分所确定(曲线r1)，也就是说，为下主体部分42-45的径向内部45(由曲线r2表示)以及上主体部分46和下主体部分42-45的径向外部42-44的组合部分(由曲线r1表示)所确定。显然，对于一给定元件，如曲线r1和r2所示，这两个S/V比率随台阶44的径向高度DR而变化。根据本发明，台阶44的最佳径向高度DR对应于图3中r1和r2的交点。在该情况下，预计元件33的冷却基本上均匀分布，并且内应力和附带变形会有利地保持在最小值。另外，还认为上述变形不太可能出现，或者至少在关于上述最优径向高度DR的约10％的范围内不会达到不希望的程度。
在这一点上，值得注意的是，模拟和实际研究均表明，作为一很好的近似，在计算上主体部分46和下主体部分42-45的径向外部42-44的组合部的S/V比率时，对于很多已知的元件设计来说，如果存在最上部分的话，可以忽略元件33中在支承面19之上的最上部分，因为这些最上部分对于元件33的其余部分的冷却行为的影响可以忽略。在这些情况下，为了根据曲线r1确定表面积S和体积V的比率，上主体部分46可视为仅仅如图2中虚线20所示延伸至支承面19的径向水平面。然而，在这种情况下，元件33在该径向水平面(由虚线20所示的宽度)处的横截面积应当不包括在所述上主体部分46和径向外部42-44的组合部的表面积S中，因为它没有提供向外部环境的直接热传递。
在图3所示的例子中，曲线r1、r2的交点限定了台阶44的最优径向高度DR为约5mm，该交点表示上述相关元件主体部分45和46、42-44的最优S/V比率。对于构成本例子基础的元件设计，这意味着台阶44应当紧邻地位于摆动边缘42下方，以达到最优结果，即使淬火时的元件变形最小化。由于摆动边缘和台阶44的这种所希望的紧密接近会妨碍制造(尤其是公知的元件下料工序)，本发明建议修改元件设计，以降低径向内部45的S/V比率，例如通过将元件33的径向最内表面设计为一基本上平整的表面(图2中可能示出了一略微凹入曲度)，与通常应用的弧形或甚至更复杂外形的底部元件表面相比，可降低该径向内部45的表面积S。在这样的元件设计中，台阶44可以位于从径向最外侧48开始测量的径向高度DR处，其大于下主体部分42-44的径向尺寸的三分之二。
上述对于具体元件设计的新规范在与一制造方法相结合使用时尤其相关，在该制造方法中，通过对元件加热后在油浴槽或为材料硬化目的所需的可选冷却剂中对元件进行淬火来实现元件硬化。这些可选冷却剂为水、盐浴或气体，例如空气。在淬火时，元件材料相对快速地冷却是一个公知的技术要求。
此外，根据本发明的另一紧密相关方面，油浴冷却方法是优选的，因为其以相对适度的成本提供了一可靠耐用的工艺步骤。虽然水冷可以提供最低的成本，然而其未被采用作为一适宜的制造方法，因为其只能加热至100摄氏度以下，并且水易于在元件的表面上蒸发，从而导致并非最佳的冷却过程并可能产生氧化。此外，对于给定的相对较高淬火温度和要求严格清洁以移除凝固在元件表面上的任何盐以及相关的相对较高的盐致氧化风险而言，盐浴冷却在较低的程度上是优选的。最后，尽管空气可以作为一种廉价易得的冷却剂，但是要获得与例如油等相同的冷却能力，需要非常高速的空气流。此外，必须非常小心，以保证该气流能充分到达元件的整个表面。
在使用油作为冷却剂时，氧化的问题即使不是全部、也在很大程度上得以避免，并且油的热容通常很充足，且与水冷相关的蒸发问题一般不会出现。此外，相变所需的加热温度与相变固定所需的冷却剂的温度之间的差值(在这种情况下，马氏体碳钢75Cr1转变为奥氏体相的钢)可达到元件材料快速和完全冷却从而固定相变和在整个元件上的所希望的材料硬化所需的当前优选水平。由于多种适于横向元件的钢的相变所需加热温度通常选择为高于750摄氏度，而油浴的温度优选保持在约80至100摄氏度并且油具有很大的热容，因此油淬时元件材料内部出现的温度梯度将会相当可观，从而使得在上述作为本发明非常重要的一部分而公开的S/V比率非常重要。
根据本发明，油浴淬火方法或工艺可以在降低元件变形的危险方面进行优化，该加热元件堆积在一带孔篮形容器中，而不是例如从一传送带一件件地放入油浴槽中，并且随后以可控方式分批地使之与足够数量的油接触。在此接触中，根据本发明的再一方面，产生一垂直取向的油流，由此优选地，该油流在垂直于容器底部的向上方向上形成。以此方式，除了元件表面附近的冷却剂的连续更新之外，还促进了元件的适当升高，从而使得元件通常彼此叠压以允许其间具有冷却剂。原则上，采用根据本发明的方法，尤其在与根据本发明的优化元件设计相结合时，容器可以填充至堆叠的二至四层元件的程度，该元件主要以其主表面彼此相对的方式平放，从而元件可从容器中任意取出。任意填充容器的特征是本发明一个有利方面，因为这使得可以相对迅速地处理一批产品，并且允许足够迅速地冷却。
权利要求
1.一种用于金属压带(3)的横向元件(33)，该金属压带(3)包括一环形张紧装置(31)和多个结合在带(3)中、可沿着环形张紧装置(31)自由移动且主要横向取向的相对薄的横向元件(33)，该横向元件(33)具有一上主体部分(46)和一逐渐缩小的下主体部分(42-45)，该上主体部分(46)限定出分别用于容纳和支承环形张紧装置(31)的凹槽(37)和支承面(19)，该逐渐缩小的下主体部分(42-45)限定出一主要轴向取向的台阶(44)，该台阶(44)将下主体部分(42-45)分为一径向外部(42，43)和一相对于径向外部(42，43)具有减小厚度的径向内部(45)，其特征在于，径向内部(45)的S/V比率，即可与外部环境进行热传递的外表面面积S除以相应的相关元件主体部分的内体积V，对应于包括所述径向外部(42，43)和上主体部分(46)的横向元件(33)的其它部分(42，43，46)的相应S/V比率。
2.一种用于金属压带(3)的横向元件(33)，该金属压带(3)包括一环形张紧装置(31)和多个结合在带(3)中、可沿着环形张紧装置(31)自由移动且主要横向取向的相对薄的横向元件(33)，该横向元件(33)具有一上主体部分(46)和一逐渐缩小的下主体部分(42-45)，该上主体部分(46)限定出分别用于容纳和支承环形张紧装置(31)的凹槽(37)和支承面(19)，该逐渐缩小的下主体部分(42-45)限定出一主要轴向取向的台阶(44)，该台阶(44)将下主体部分(42-45)分为一径向外部(42，43)和一相对于径向外部(42，43)具有减小厚度的径向内部(45)，其特征在于，径向内部(45)的S/V比率，即可与外部环境进行热传递的外表面面积S除以相应的相关元件主体部分的内体积V，对应于径向外部(42，43)和位于元件(33)的支承面(19)的径向水平面以下的上主体部分(46)的一部分的组合部的相应S/V比率。
3.如权利要求1或2所述的横向元件(33)，其特征在于，由此限定的S/V比率的最小值在这些S/V比率的最大值的90％至100％的范围内。
4.如权利要求1、2或3所述的横向元件(33)，其特征在于，由此限定的S/V比率的值基本上相等。
5.如前述任一权利要求所述的横向元件(33)，其特征在于，阶梯(44)位于从一径向最内侧(48)测量的径向高度(DR)处，该径向高度(DR)大于下主体部分(42-45)的径向尺寸的三分之二，并且横向元件(33)的一径向内表面或底表面呈基本上平直的形状。
6.一种金属压带(3)，它包括一环形张紧装置(31)和多个如前述任一权利要求所述的横向元件(33)。
7.一种用于如前述权利要求所述的金属压带(3)的横向元件(33)的淬火方法，其中对一半成品或完全成形的横向元件(33)进行加热，并随后相对较快地冷却，其特征在于，将该元件(33)浸入一油浴槽中进行冷却。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在进行冷却步骤之前，将多个元件(33)收集在一篮状元件保持器中，至少该元件保持器的底表面被穿孔，并且该元件保持器随后被浸入一油浴槽中。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，通过该元件保持器的至少底表面产生一主要垂直并向上取向的油流。
全文摘要
一种用于金属压带(3)的横向元件(33)，该金属压带包括一环形张紧装置(31)和多个结合在带(3)中、可沿着环形张紧装置(31)自由移动且主要横向取向的相对薄的横向元件(33)，该横向元件具有一上主体部分(46)和一逐渐缩小的下主体部分(42－45)，该上主体部分限定出分别用于容纳和支承环形张紧装置(31)的凹槽(37)和支承面(19)，该逐渐缩小的下主体部分(42－45)限定出一主要轴向取向的台阶(44)，该台阶将该下主体部分分为一径向外部(42，43)和一相对于该径向外部具有减小厚度的径向内部(45)，由此该径向内部的外表面面积(S)与内体积(V)之间的S/V比率对应于横向元件的其它部分(42，43，46)的相应S/V比率。
文档编号C21D1/56GK1616843SQ200410092960
公开日2005年5月18日 申请日期2004年11月11日 优先权日2003年11月14日
发明者科内利斯·约翰内斯·马里亚·范德梅尔 申请人:罗伯特·博施有限公司