(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プッシュベルト（１０）の使用可能な寿命を判定するための試験法であって、
前記プッシュベルト（１０）は、少なくとも一つの無端引張手段（１２）上に実質的に連続したシリーズで摺動可能に配置される多数の比較的薄い横方向要素（１１）を備え、
前記引張手段（１２）が、一つ以上の平坦な金属リングから成り、
前記ベルト（１０）が、前記駆動滑車（２；６１）および前記従動滑車（３；６２）の回りに取り付けられると共に、駆動滑車（２；６１）および従動滑車（３；６２）のそれぞれの円錐形の調車（２１、２２；３１、３２）と摩擦接触し、
前記引張手段（１２）が、前記滑車（２、３；６１、６２）によって前記横方向金属要素（１１）上に印加される半径方向外側に向いた力によって引っ張られ、そして、
前記プッシュベルト（１０）および前記滑車（２、３；６１、６２）が、前記駆動滑車（２；６１）に入力トルク（Ｔ２）を加えることによって回転させられる試験法において、
前記半径方向外側に向けられた力が、前記ベルト（１０）が前記入力トルク（Ｔ２）を伝達可能な必要かつ最小の力より大きい、
ことを特徴とする試験法。
【請求項２】
前記半径方向外側に向けられた力が、１．５以上の倍数において前記必要かつ最小の力より大きいことを特徴とする請求項１に記載の試験法。
【請求項３】
前記ベルト（１０）および前記滑車（２、３；６１、６２）が、前記従動滑車（３；６２）に加えられるカウンタ出力トルク（Ｔ３）なしで実質的に回転させられる、ことを特徴とする請求項１に記載の試験法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプッシュベルト用の試験法に関し、特にプッシュベルト製造プロセスを監視するための試験法に関し、最終製品プッシュベルトの品質が、無作為に抽出された試料の機能的寿命を判定することにより、あるいはライフサイクル試験と呼ばれる試験により実施される。
【背景技術】
【０００２】
このようなプッシュベルトは、例えば特許文献１から一般に公知であり、および主に自動車に適用される周知の無段変速機の２つの調整可能な滑車間の動力伝達のための手段として、主に使われる。周知のプッシュベルトは、各々少なくとも一つの平坦な金属リングから成る一つ以上の無端引張手段上に、摺動可能に組み込まれる多数の比較的薄い横方向金属要素から成る。しかしながら、一般的に、この無端引張手段は、相互に半径方向に入れ子にされる２組のこの種のリングを備える。プッシュベルトリングの構成要素は一般に、大きな抗張力と金属疲労に対する大きな耐性の材料特性を提供するマレジング鋼から作成され、その特性は、自動車変速機のプッシュベルトの用途のために必要である。
【０００３】
プッシュベルトの品質は、実際の使用中にプッシュベルトが早期に故障する危険性がほんの僅かであるように、品質が予め定められた高い基準を満たすことを確実にするために厳密に監視される。この種の品質監視は一般に、製造プロセスから損傷した構成要素を除去するためのプッシュベルトのリングおよび横方向要素構成要素の光学試験のような非破壊試験、及び不正確に製造された構成要素を除去するための構成要素の寸法精度の測定、を含む。前記品質監視は典型的にまた、母材引張応力および構成要素疲労強度試験のような、破壊試験を含む。この種の試験法は、明らかに、限定された数の試料だけに対して実行可能である。
【０００４】
プッシュベルト製造の日々の実践において、しかし上述した試験に加えて、さらに−無作為に選択された試料の−最終製品プッシュベルトが破壊試験に、特に、ベルトの意図された用途と好適には同じ、少なくとも代表する試験条件で、その引張手段のライフサイクル疲労試験にかけられることが不可欠であると判明した。この種の試験は、多くの個々の横方向要素とリング構成要素との間及びプッシュベルトと伝動滑車との間のプッシュベルトの通常動作中に生じる複合の力および／または運動のために必要になる。この複合の力は、まだ満足に、その関連した各個に規定されて相互に無関係な構成要素に分解されることができていない。つまり周知の構成要素試験法は、それらを組合せても、破壊的最終製品試験による引張手段ライフサイクル疲労試験に対し、技術的におよび／または経済的に実行可能な代替手段とならない。
【０００５】
さらに、周知の破壊的最終製品試験法は、この試験条件がプッシュベルトの意図された、かつ統計学的に規定されたサービス寿命に亘る負荷条件を意味するため、極めて高コストであるという欠点をともなう。例えば、自動車、すなわち車両用途のプッシュベルトに対する典型的な破壊試験は、電気モータとブレーキとの間の試験台上に配置される変速機において、モータを全時間意図された用途の最大エンジン出力と同じ動力を発生させる、数百時間の試験を含む。
【特許文献１】欧州特許出願ＥＰ    １  ０８９  ０１３
【発明の開示】
【０００６】
本発明の目的は、従来適用された方法より高コストでなく、一方で試験結果が実際に、すなわち車両での実際の使用において観測される、プッシュベルトのサービス寿命を示すという要件を満たす、破壊的最終製品試験法を提供することである。本発明によれば、そのような方法は本請求項１の試験法によって実現される。この新規な試験法が以前に適用された方法に類似した結果を確かにもたらすことができること、およびさらに重要なことに、また、車両に使用された場合の実際のプッシュベルトのサービス寿命を統計的に示すこと、が実験により立証された。
【０００７】
この新規な方法の主要な改良点は、モータによって発生させられる動力およびしたがって、また、試験中の消費エネルギーの総量の相当な減少であり、それによって、試験台の固定費（すなわち設備費）および変動費（すなわち稼動経費）を劇的に減少させることができる。本発明による方法においては、ベルト上の荷重、特にその引張手段の疲労荷重は、有意な程度までベルトの単なる引張によって静的に実現される。ここに、この種の引張は、モータが生成するトルクをベルトと滑車との間の摩擦によって伝達可能な最小の引張をかなり上回る。本発明による本方法によって、非常に低いトルクが伝達可能である、すなわちモータが意図された用途の最大エンジン出力よりはるかに小さい動力を発生することを可能にし、一方ベルトはなお意図された用途の最大エンジン出力を反映する高負荷条件にさらされる。
【０００８】
実際、金属疲労が引張応力変動の振幅によって主として決定され、従って引張応力の平均静的レベルは二次的な重要性しか持たないことは周知であるので、後者の試験法が代表的な試験結果を得ることは、むしろ驚くべきである。それで、単に引張応力レベルを増加させることは、この場合モータトルクを伝達するのに必要な引張力を上回るベルトの引張によるが、実際の用途において疲労荷重の増大、この場合エンジントルクの増大によって表される、を示すとは一般的に思われない。しかしながら驚いたことに、この新規な方法によって、プッシュベルトに関してそれを示す試験結果が獲得可能なことが発見された。
【０００９】
本発明によれば、この新規な試験法は、他の種類の変速機ベルトから差別化するプッシュベルトの特別な特性に依存し、かつそれを都合よく利用する。そのプッシュベルトによってエンジントルクは、ベルトの横方向要素の間に印加される主に圧縮力によって変速機の滑車の間で伝達され、その力は駆動滑車との摩擦によって実現され、そしてその力は、同様に摩擦によって従動滑車上にトルクが生成されるようにする。プッシュベルトの引張手段の主要機能は、駆動滑車と従動滑車との間の個々の横方向要素の配列が、その間に印加される圧縮力の影響の下でねじれるのをそれによって防ぐことである。従って、通常の動作中では、この引張手段は、横方向要素が、ねじれずに、すなわち離れ離れになることなく、エンジントルクを伝達することができるのに必要な程度にだけ引っ張られる必要がある。それでも、プッシュベルトの動作中に、横方向要素との摩擦の結果として、引張応力振幅もまた引張手段内に生成される。しかしながら、この種の引張応力振幅は、伝達されるトルクに対してわずかに変化するだけである。さらに、従動滑車のトルク全体が従動滑車の入口側と出口側との間のベルト張力の差異によって生成される、無端ベルトまたは鎖における応力振幅と比較すると、この種の引張応力振幅は小さい。
【００１０】
本発明によれば、プッシュベルトの疲労荷重に対する高いエンジントルクの影響は、低いエンジントルクにおけるベルトの追加の静的引張によって確かに示すことが可能である。引張手段の追加の静的引張によって、横方向要素と引張手段との間の摩擦力は、そこから生じる前記引張応力振幅と同様に自動的に増大するので、ますますそうなる。もちろん、引張手段の全体的な疲労荷重は有意な程度まで周期的に変化する曲げ応力によって決定され、その応力は、引張手段が変速機内の回転中に曲げられ、長手方向に引き伸ばされることに由来し、すなわち、エンジントルクとは関係が無い。
【００１１】
好ましくは、半径方向外側に向く力は、ベルトが前記入力トルクを伝達することが可能な必要最小な力を１．５以上の倍数、好ましくは２を超える倍数において大きい。エンジントルクを除く他の試験条件は、好ましくは実際の用途の条件と一致するように設定される。この種の条件には、例えば駆動滑車でのおよび従動滑車でのプッシュベルトの走行半径と回転速度のパラメータを含む。
【００１２】
さらに本発明によれば、この新規な試験法の特定の実施態様において、印加エンジントルクは、試験パラメータでは決してない、すなわち、変速機の出力または被駆動側は（上述した試験台ブレーキのような）荷重に全く接続されず、それで、何の出力（カウンタ）トルクも、従動滑車に印加されない。これは、少なくとも従動滑車に関して上述の倍数がきわめて大きくなる、すなわち無限大に近づくことを意味する。試験法のこの特定の実施態様においてモータは、変速機の回転を保つために、出力損失を単に補償する比較的小さいトルクだけを発生させる。引張手段の疲労荷重は、プッシュベルトが回転する間のプッシュベルトの静的引張によってほぼ完全に実現される。
【００１３】
周知のライフサイクル疲労試験に関する上記の改良に対して好ましくは追加的に、しかし、おそらく代わりに、試験の実行に必要な時間もまた本発明に従って改善可能である。プッシュベルトを意図された用途の疲労荷重を超える疲労荷重にさらすことによって、故障までの、すなわち引張手段の疲労破壊までの試験持続期間は、短縮される。この後者の試験法は、従来使用された方法に類似した結果を確かにもたらすことが実験的に確認された。またさらに重要なことに、車両に使用された場合の実際のプッシュベルトのサービス寿命を統計学的にも表わすことである。
【００１４】
本発明は、さらに、特に本発明による試験法を実施することが可能なプッシュベルトのライフサイクル試験を実施するための試験装置に関する。従来の試験装置の典型的な構成が、ＥＰ−Ａ−１．３６９．６１８内に記載されている。周知の試験装置は、調整可能な駆動滑車および調整可能な従動滑車を備え、各々が滑車軸上に配置される２つの円錐台形の調車を有し、また、各滑車の少なくとも一つの調車が、このような可動調車に付随するピストン／シリンダ組立体のシリンダチャンバ内に印加される油圧の影響下で、それぞれの滑車軸に対して軸方向に移動可能に取り付けられている。プッシュベルトはそれぞれ印加されたシリンダ圧力の結果として、それぞれの滑車の調車の間にクランプされると共に、滑車軸の回りに取り付けられる。実際、この種の周知の試験装置の構成は基本的に実際の車両変速機に一致する。
【００１５】
軸方向に向いた滑車クランプ力は、調車の円錐形の表面を介してプッシュベルトの横方向要素の横側面に印加され、それにより垂直力がその間に発生し、横方向要素が半径方向外側に押される。この半径方向外側に向く力が両方の滑車で生じるので、プッシュベルトの引張手段はそれによって引っ張られる。前記垂直力は、次に、滑車と横方向要素との間の摩擦によってトルクが駆動滑車から従動滑車まで伝達されることを可能にする。
【００１６】
周知の試験装置の欠点は、ピストン／シリンダ組立体が回転し、その特徴が、特に、印加される必要がある比較的高いシリンダ圧力（例えば最高８０バール）と組合わされて、作動油のシリンダからの相当な漏れを引き起こし、その漏れは本質的に連続稼動するポンプにより補償されなければならないことである。したがって、またさらに滑車の複雑な設計のため、周知の試験装置は設備及び稼動経費の両方でやや高価である。
【００１７】
周知の装置より稼動させるのが安価で、好ましくはさらに構築するのがより容易な、プッシュベルト寿命試験を実施するための試験装置を提供することが、本発明の目的である。本発明によれば、そのようなものは本請求項３の試験装置によって実現される。
【００１８】
本発明による試験装置において、２つの固定滑車、すなわち軸方向に移動可能な調車のない滑車が適用され、この滑車は、少なくとも１つの滑車軸に作用する装置の軸変位手段によって、半径方向に離れた方向に移動可能である。次いで前記クランプ力および前記引張手段の引張は、軸変位手段によって半径方向で離れた方向に滑車軸を強制移動させることによって実現され、一方プッシュベルトが滑車の回りに取り付けられる。
【００１９】
本発明による試験装置は、また、駆動滑車に直接接続されるモータまたはエンジンを備えている。さらに、この試験装置は従動滑車に直接接続されるブレーキを備えることができる。しかしながら、この試験装置が本発明による試験法を実施するために使われる場合、ブレーキは必要ではない。
【００２０】
（図面の簡単な説明）
本発明の詳細な実施態様が、付随する図に沿って以下に記載される。
図１は、２つの滑車およびプッシュベルトを備える周知の無段変速機の断面を模式的に表す。
図２は、図１内に示される変速機の簡略側面図を示す。
図３は、周知のプッシュベルトの長手方向に見た断面を示す。
図４は、周知のプッシュベルトの疲労強度を試験するための周知の試験装置の略図である。
図５は、周知のプッシュベルトの疲労強度を試験するための本発明による改良された試験装置の略図である。
図６は、本発明による試験装置を使用してプッシュベルト上で実行されたライフサイクル疲労試験の結果を、周知の試験装置によって得られた試験結果と比較して示す線図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、エンジンと被駆動車輪との間の自動車の動力伝達系路内に、一般に適用される周知の無段変速機１の中心部の断面を示す。図２に、この変速機１の簡略側面図が与えられる。
【００２２】
周知の変速機１は２つの滑車２および３を備え、各々がそれぞれ２つの調車２１および２２、３１および３２を備え、その間に駆動ベルト１０が、駆動滑車２から従動滑車３まで回転運動Ｍおよび付随するトルクＴを伝達するために取り付けられている。調車２１、２２、３１および３２は、概ね円錐形に形成され、また、各滑車２、３の少なくとも一つの調車２２、３２が、それぞれの可動調車２２、３２が搭載されるそれぞれの滑車軸２０、３０に沿って軸方向に移動可能に変速機内に組み込まれる。少なくとも図示された態様において、各滑車２、３のそれぞれの他の調車２１、３１は移動不能に固定されて、例えばそれぞれの滑車軸２０、３０の一体的な部分である。
【００２３】
変速機１の動作中に、駆動ベルト１０は、それぞれの滑車２および３に付随するピストン／シリンダ組立体２２−２４、３２−３４のシリンダチャンバ２４、３４内に油圧を印加することによって、滑車２および３の調車２１と２２、それぞれ３１と３２の間にクランプされる。変速機コントローラ（図示せず）が、それぞれのシリンダチャンバ２４および３４内の圧力レベルＰ２およびＰ３を決定して実現するのに用いられ、この圧力レベルＰ２、Ｐ３が、駆動ベルト１０とそれぞれの滑車２、３との間で最大限に伝達可能なトルクＴと変速機１の幾何学的変速比を決定する。この幾何学的変速比は従動滑車３における駆動ベルト１０の有効走行半径Ｒ３と駆動滑車２における駆動ベルト１０の有効走行半径Ｒ２の商によって画定され、その比率は、数値範囲内で連続的に変更可能である。
【００２４】
図２に示され、また、より詳細に図３の長手方向断面に示されるように、駆動ベルト１０は、実質上連続する一連の比較的薄い横方向要素１１を備えるいわゆるプッシュベルトタイプであり、横方向要素は、簡便のためそのいくつかだけが図２内に示され、長手方向に滑動可能なように、横方向要素に対して主に直角に向いたプッシュベルト１０の無端引張手段１２上に設けられる。引張手段１２自体は、２組の半径方向に入れ子にされた複数の連続する平坦薄型金属リングから成る。
【００２５】
周知のプッシュベルト１０は、それが駆動滑車２の調車２１と２２との間にクランプされる位置で、長手方向断面で図３に示される。この種のプッシュベルト１０によって、伝達入力トルクＴ２が、その横方向要素１１の間に発揮される主に圧縮力によって駆動滑車２から従動滑車３まで伝達され、この力は、駆動滑車２の円錐形の調車２１および２２と横方向要素１１の傾斜側面６との間の摩擦によって実現され、またこの力は、トルクＴ、この場合は変速機出力トルクＴ３を、同様に摩擦によって従動滑車３上で生成させる。プッシュベルト１０の引張手段１２は、それによって、駆動滑車２と従動滑車３との間の個々の横方向要素１１の配列が、要素１１の間に印加される圧縮力の影響の下でねじれるのを防ぐ。それに対して、引張手段１２は、調車２１、２２の円錐形状から生じる滑車クランプ力Ｆｃの半径外側方向の成分によって引っ張られる。
【００２６】
プッシュベルト製造プロセスの品質を監視するために無作為に選択された製品サンプルを破壊的に試験することは公知である。特にそれによって、引張手段１２の、すなわちその個々のリング構成要素の、疲労強度が現在の基準を満たすかどうか試験される。それに使用される試験装置および試験法は、それによってプッシュベルト１０が使用される実際の車両駆動ラインおよび負荷条件の再現を構成する。つまり、図４内に略図で例示される周知の試験装置５０は、車両のエンジンを表すモータ５１、上記した車両変速機１に類似した変速機５２、および車両の被駆動車輪により獲得される荷重を表すブレーキ５３を含み、それによって、変速機５２内のモータ５１、ブレーキ５３および滑車クランプ力、すなわちシリンダ圧力Ｐ２およびＰ３は、全て、プッシュベルト１０の実際の使用をシミュレートするように制御されおよび／または動作させられる。
【００２７】
上記の周知の試験に伴う問題は、相当な動力、例えば２００ｋＷ以上が長期にわたる期間、例えば４００時間以上の間、モータによって生成されることになるので、それが極めて高コストであるということである。たとえ出願人が、そのブレーキ５３が機械動力を電気エネルギーに少なくとも部分的に（再）変換する発電機またはダイナモの形の試験装置５０を首尾よく開発して現在動作させているとしても、試験のコストを（さらに）減少させる要求は、それにもかかわらず存在し続ける。
【００２８】
本発明によればこの種のコスト削減は、伝動トルクＴとそれに応答して印加される滑車クランプ力Ｆｃとの間の比率を適用する、都合よいことに単純な方策によって実現可能であり、その比率は、実際の使用におけるよりかなり高い。換言すれば、この新規な試験法では、より少ない動力がモータ５１によって生成され、一方ベルト１０の疲労荷重は、引張手段１２でさらに引っ張ることによって、すなわち変速機トルクＴを伝達するのに必要な荷重を超えて引っ張ることによって、必要な試験レベルに維持される。さらに、本発明によれば、前記方策は、従動滑車３の制動が全く生じない程度にさえ、適用可能であり、その場合、変速機トルク出力トルクＴ３と、例えば従動滑車シリンダ圧力Ｐ３で表現される従動滑車３によって印加されるクランプ力Ｆｃとの間の比率は、無限大になる。本発明のこの後者の特徴によって、もちろん、前記ブレーキ５３が不必要になり、そして、本発明で論じられる新規な試験法に従ってプッシュベルトライフサイクル試験を実施する場合にブレーキ５３を省くことによって、有利なことに簡略化された試験装置６０が使用可能となる。このように変更された試験装置６０が、図５内に略図で示される。
【００２９】
本発明によれば、この後者の試験装置６０は更なる改良点を有する。すなわち、クランプ力Ｆｃが、滑車軸変位手段６３によって試験装置６０の試験滑車６１および６２を半径方向に離れた方向に強制移動させることによって実現されるという設計簡素化を更に有する。この例では、滑車軸変位手段６３は、好ましくは自動ロック式で軸方向に固定されたナット６３Ｂ内に保持される、ねじスピンドル６３によって、その滑車軸６２Ａの軸受６２Ｂを経由して、従動試験滑車６２に作用し、ここにナット６３Ｂはスピンドル６３Ａを軸方向に変位させるためサーボモータ６３Ｃによって回転可能である。このように、試験滑車６１、６２間の半径方向距離および／またはその間に提供されるベルト１０の引張の量は、前記サーボモータ６３Ｃの適切な駆動によってスピンドル６３Ａを延伸及び後退させることによって制御可能である。もちろん、ピストン／シリンダユニットまたはケーブルによって半径方向に移動可能な滑車６２に取り付けられる自由吊り下げおもりのような、数種類の他の変位手段６３が構想可能であり、すぐに使用可能である。
【００３０】
したがって、前記ピストン／シリンダ組立体２２−２４および３２−３４もまた不必要になって、試験装置６０の本発明の設計から省略可能である。その代わりに、プッシュベルト１０の固定走行半径を規定する固定試験滑車６１、６２が使用され、また、したがって固定変速比が使用される。これらの試験滑車６１、６２は好ましくは、任意の所望の幾何学的変速比での試験のため、他の走行半径を規定する他の固定滑車と容易に交換可能なように、試験装置６０内に配置される。
【００３１】
本発明による試験装置６０の更なる利点は、それが変位手段６３によって試験滑車６１、６２の間に適切な半径方向距離を設定することにより、異なる周囲長のプッシュベルトを容易に収容することができるということである。
【００３２】
図６は、いわゆるウェイブルプロットを表し、このプロットまたは線図は、適用された試験条件の下でその相対寿命ＲＬに対するプッシュベルト１０の故障確率ＰＦを与える。この場合この種の故障は、プッシュベルト１０の引張手段１２の疲労破壊であり、一方、その個々の寿命は、たとえば、ベルト１０の回転の数によって定量化される故障までの時間によって決定される。もちろん、この種のウェイブルプロットが描画されることができる前に、多くのプッシュベルト１０が、個別に試験されなければならない。図６において四角の点は、本発明による上記の試験装置６０を使用し、本発明による方法を適用したときに得られた試験結果を表し、一方、丸の点は周知の試験装置５０を使用した参考試験の結果を表す。ラインＴは、直線、すなわち前記四角の点によって表される前者の試験結果による線形適合であり、またラインＲは前記丸の点によって表される後者の参考試験結果による線形適合である。図６から、本発明による試験法を実行する場合、新規な試験装置６０は前記周知の試験装置５０によって従来得られたものと本質的に同一の結果が実際に得られることが明確であろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】２つの滑車およびプッシュベルトを備える周知の無段変速機の断面を模式的に表す。
【図２】図１に示される変速機の簡略側面図を示す。
【図３】周知のプッシュベルトの長手方向に見た断面を示す。
【図４】周知のプッシュベルトの疲労強度を試験するための周知の試験装置の略図である。
【図５】周知のプッシュベルトの疲労強度を試験するための本発明による改良された試験装置の略図である。
【図６】本発明による試験装置を使用してプッシュベルト上で実行されたライフサイクル疲労試験の結果を、周知の試験装置によって得られた試験結果と比較して示す線図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  周知の無段変速機  ２  駆動滑車  ３  従動滑車  １０  駆動ベルト  １１  横方向要素  １２  引張手段  ５０  周知の試験装置  ５１  モータ  ５３  ブレーキ  ６０  変更された試験装置  ６１  試験滑車  ６２  試験滑車  ６３  滑車軸変位手段
【図１】
0004910045.tif 000002
【図２】
0004910045.tif 000003
【図３】
0004910045.tif 000004
【図４】
0004910045.tif 000005
【図５】
0004910045.tif 000006
【図６】
0004910045.tif 000007