DE10006448A1 - Stufenloses Toroidgetriebe und Verfahren zur Herstellung eines Drehzapfens zum Einsatz in diesem - Google Patents

Stufenloses Toroidgetriebe und Verfahren zur Herstellung eines Drehzapfens zum Einsatz in diesem

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Abstract

Das stufenlose Toroidgetriebe weist auf: eine Eingangsscheibe, eine koaxial zur Eingangsscheibe angeordnete Ausgangsscheibe, einen Drehzapfen, der sich um seinen Schwenkwellenabschnitt verschwenken kann, der in einer Torsionsbeziehung in Bezug auf die jeweilige Zentrumsachse der Eingangsscheibe und der Ausgangsscheibe angeordnet ist; und eine Antriebsrolle, die auf dem Drehzapfen gehaltert ist und unter Schrägstellung auf und zwischen der Eingangs- und Ausgangsscheibe abrollen kann, wobei der Drehzapfen einen Hauptkörperebenenabschnitt zum Haltern einer Verschiebungswelle aufweist, welche die Antriebsrolle drehbar haltert, sowie ein Paar von Schwenkwellenabschnitten, die jeweils an einem der beiden Endabschnitte des Hauptkörperebenenabschnitts einstückig mit diesem vorgesehen sind, wobei zwei Verbindungsabschnitte jeweils zwischen dem Hauptkörperebenenabschnitt und dem zugehörigen Schwenkwellenabschnitt jeweils so ausgebildet sind, daß sie kontinuierliche Metallflüsse enthalten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stufenloses Toroidgetriebe für Kraftfahrzeuge sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Drehzapfens zum Einsatz in einem derartigen stufenlosen Toroidgetriebe.
Es ist bereits ein stufenloses Toroidgetriebe bekannt, beispielsweise wie in der japanischen Veröffentlichung eines ungeprüften Gebrauchsmusters Nr. 62-71465 von Showa beschrieben. Hierbei sind, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, auf einer Welle 1 drehbar eine Eingangsscheibe und eine Ausgangsscheibe 3 über Nadelwellen 4 gehaltert. Auf der Seite der rückwärtigen Oberfläche der Eingangsscheibe 2 steht eine Nockenplatte 5 im Keileingriff mit der Welle 1, sind mehrere Rollen 6 zwischen der Nockenplatte 5 und der Eingangsscheibe 2 angeordnet, und ist ein Druckmechanismus 7 des Nockenbelastungstyps vorgesehen, der dazu eingesetzt wird, die Eingangsscheibe 2 zur Seite der Ausgangsscheibe 3 hin zu drücken. Die Ausgangsscheibe 3 steht im Eingriff mit einem Ausgangszahnrad 9 über einen Keil 8, so daß sich die Ausgangsscheibe 3 und das Ausgangszahnrad 9 synchron miteinander drehen können.
Zwischen der Eingangsscheibe 2 und der Ausgangsscheibe 3 ist ein Drehzapfen 11 angeordnet, der sich um einen Schwenkwellenabschnitt 10 verschwenken kann, und im Zentrumsabschnitt des Drehzapfens 11 ist eine Verschiebungswelle 12 angeordnet. Auf der Verschiebungswelle 12 ist drehbar eine Antriebsrolle 13 gehaltert. Diese Antriebsrolle 13 weist einen Traktionsabschnitt in Berührung mit der Eingangsscheibe und der Ausgangsscheibe 3 auf, wobei die Antriebsrolle 13 auf solche Weise in Rollberührung steht, daß sie auf und zwischen der Eingangsscheibe 2 und Ausgangsscheibe 3 eine Schrägstellung einnehmen kann.
Weiterhin ist zwischen dem Drehzapfen 11 und der Antriebsrolle 13 ein Antriebsrollenlager 14 angeordnet. Dieses Antriebsrollenlager 14 fängt die Last ab, die auf die Antriebsrolle 13 in Axialdruckrichtung einwirkt, und gestattet die Drehung der Antriebsrolle 13. In dem Antriebsrollenlager 14 werden mehrere Kugeln 15 durch einen kreisringförmigen Käfig 17 gehalten, der zwischen einer kreisringförmigen, äußeren Lauffläche 16, die an der Seite des Drehzapfens 11 angeordnet ist, und der Antriebsrolle 13 angeordnet ist, die als Drehteil dient.
Weiterhin weist der Drehzapfen 11 einen Hauptkörperebenenabschnitt 18 und die voranstehend erwähnten Schwenkwellenabschnitte 10 auf, die jeweils einstückig mit einem der beiden Endabschnitte des Hauptkörperebenenabschnitts 18 ausgebildet sind; und weiterhin ist in dem Hauptkörperebenenabschnitt 18 ein kreisringförmiges Loch 19 angeordnet. In dem kreisringförmigen Loch 19 befindet sich ein Nadellager 20, so daß die Verschiebungswelle 12 frei drehbar gehaltert wird.
Weiterhin sind die beiden Schwenkwellenabschnitte 10, die jeweils an einer der beiden Endseiten des Drehzapfens 11 angeordnet sind, jeweils auf einer Halterungsplatte 21 so gehaltert, daß sie in Bezug auf die Halterungsplatte 21 verschwenkt werden können, wodurch der Schrägwinkel der Verschiebungswelle 12 frei durch die Schwenkbewegung des Drehzapfens 11 eingestellt werden kann.
Weiterhin ist mit einem Endabschnitt jedes der Drehzapfen 11 eine Antriebsstange 22 verbunden; auf der Außenumfangsoberfläche des mittleren Abschnitts der Antriebsstange 22 ist ein Antriebskolben 23 angeordnet; und ein Antriebszylinder 24 ist in den Antriebskolben 23 eingeführt.
Bei dem wie voranstehend geschilderten stufenlosen Toroidgetriebe wird die Drehung, die auf die Nockenplatte S der Druckeinrichtung 7 von einer Antriebsquelle, beispielsweise einer Brennkraftmaschine, übertragen wird, über die Rollen 6 auf die Eingangsscheibe 2 übertragen. Die Drehung der Eingangsscheibe 2 wird über die Antriebsrolle 13 an die Ausgangsscheibe 3 übertragen, während die Drehung der Ausgangsscheibe 3 von dem Ausgangszahnrad 9 abgenommen wird.
Um das Drehgeschwindigkeitsverhältnis zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite zu ändern, kann ein Paar von Antriebskolben 23 in einander entgegengesetzten Richtungen verschoben werden. Durch derartige Verschiebungen der Antriebskolben 23 werden auch die Drehzapfen 11 jeweils in einander entgegengesetzten Richtungen verschoben. Dies ändert die Richtung der Tangentialkraft, die auf die Berührungsabschnitte zwischen den Umfangsoberflächen 13a der Antriebsrollen 13 und den Innenumfangsoberflächen 2a, 3a der Eingangs- und Ausgangsscheibe 2 bzw. 3 einwirkt; und bei einer derartigen Änderung der Richtung dieser Kraft werden die Drehzapfen 11 in entgegengesetzten Richtungen um ihre zugehörigen Schwenkwellenabschnitte 10 verschwenkt, die durch die Halterungsplatte 21 drehbar gehaltert sind.
Hierbei wird, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist, der herkömmliche Drehzapfen 11 durch Schneidbearbeitung eines unbearbeiteten, vorgeschmiedeten Werkstücks bearbeitet, das aus einer runden Stange besteht. Wenn versuchsweise der Drehzapfen 11 in ein stufenloses Toroidgetriebe eingebaut wird, und ein hohes Drehmoment wiederholt dem stufenlosen Toroidgetriebe zugeführt wird, wirkt eine zu hohe Belastung auf die Antriebsrolle 13 ein, was dazu führt, daß eine zu hohe Belastung wiederholt auf den Drehzapfen 11 einwirkt, der die Antriebsrolle 13 abfängt.
Da jedoch das stufenlose Toroidgetriebe in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird, muß der Drehzapfen 11 die erforderlichen und minimalen Abmessungen aufweisen. Infolge der hohen Belastung, die wiederholt einwirkt, wird der Zentrumsabschnitt des Hauptkörperebenenabschnitts 18 des Drehzapfens 11, während er die beiden Enden der Schwenkwellenabschnitte 10 abstützt, wiederholt gebogen. Bei großem Hubraum wirkt daher eine Kraft von 4 Tonnen oder mehr ein, wenn die Maximalbelastung der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs auf den Drehzapfen 11 bei maximaler Verzögerung einwirkt, so daß auf den Drehzapfen 11 eine derart hohe Biegungsbeanspruchung einwirkt, wie dies in Fig. 6 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist.
Dies führt dazu, daß die Verbindungsabschnitte A zwischen den Schwenkwellenabschnitten 10 und dem Hauptkörperebenenabschnitt 18, in welchen die Beanspruchung am größten wird, wiederholt gezogen und in ihren Ausgangszustand zurückgestellt werden; die Biegungsbeanspruchung wirkt daher konzentriert auf die Verbindungsabschnitte A ein, so daß die Verbindungsabschnitte A schließlich reißen und brechen.
Es wird vermutet, daß der Grund hierfür darin besteht, daß der herkömmliche Drehzapfen 11 durch Schneidbearbeitung einer runden Stange hergestellt wird, und daher, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist, Metallflüsse 11a an den Abschnitten hoher Beanspruchung des Drehzapfens 11 abgeschnitten werden. Die vorliegenden Erfinder haben daher einen weiteren Versuch durchgeführt, bei welchem ein Drehzapfen 11 durch Schneidbearbeitung einer ebenen Platte statt der runden Stange hergestellt wurde. Auch bei diesem Versuch ergaben sich allerdings Ergebnisse wie beim vorherigen Versuch.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile auszuschalten, die bei dem herkömmlichen stufenlosen Toroidgetriebe vorhanden sind. Ein Vorteil der Erfindung besteht daher in der Bereitstellung eines stufenlosen Toroidgetriebes, welches eine Beschädigung eines Drehzapfens verhindern kann, selbst wenn auf diesen wiederholt eine übermäßig hohe Belastung einwirkt, um so die Haltbarkeit des Drehzapfens und daher des stufenlosen Toroidgetriebes zu erhöhen.
Um die voranstehend geschilderten Vorteile zu erzielen wird gemäß der Erfindung ein stufenloses Toroidgetriebe zur Verfügung gestellt, welches aufweist: eine Eingangsscheibe; eine Ausgangsscheibe, die koaxial zur Eingangsscheibe angeordnet ist; einen Drehzapfen, der sich um einen Schwenkwellenabschnitt verschwenken kann, der in einer Torsionsbeziehung in Bezug auf die jeweilige Zentrumsachse der Eingangs- und Ausgangsscheibe angeordnet ist; und eine Antriebsrolle, die auf dem Drehzapfen gehaltert wird, und schrägstellbar auf und zwischen der Eingangs- und Ausgangsscheibe abrollen kann, wobei der Drehzapfen einen Hauptkörperebenenabschnitt zum Haltern einer Verschiebungswelle aufweist, welche die Antriebsrolle drehbar haltert, und ein Paar von Schwenkwellenabschnitten, die jeweils an einem der beiden Endabschnitte des Hauptkörperebenenabschnitts einstückig mit diesem vorgesehen sind, wobei zwei Verbindungsabschnitte zwischen dem Hauptkörperebenenabschnitt und dem jeweiligen Schwenkwellenabschnitt jeweils so ausgebildet sind, daß sie kontinuierliche Metallflüsse enthalten.
Hierbei ist mit "Torsionsbeziehung" der Schwenkwellenabschnitte die körperliche Beziehung gemeint, daß der Schwenkwellenabschnitt an einem Ort entlang einer gedachte Ebene angeordnet ist, die senkrecht zu einer gedachten Linie verläuft, welche die jeweilige Zentrumsachse der Eingangs- und Ausgangsscheibe verbindet, und einen Abstand von dem Schnittpunkt der gedachten Ebene und der gedachten Linie aufweist.
Gemäß einer anderen Zielrichtung der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung des Drehzapfens zur Verfügung gestellt, bei welchem ein Ausgangsmaterial für den Drehzapfen in einem oberen und einem unteren Schmiedegesenk so angeordnet wird, daß die Metallflüsse des Ausgangsmaterials parallel zur Axialrichtung des Drehzapfens verlaufen, und dann das Ausgangsmaterial in einer Richtung in rechtem Winkel zur Axialrichtung des vorhandenen Ausgangsmaterials gepreßt wird, wodurch der Drehzapfen durch Schmieden hergestellt wird.
Bei dem Drehzapfen konzentriert sich im allgemeinen eine übermäßige Beanspruchung auf die Verbindungsabschnitte zwischen dem Hauptkörperebenenabschnitt und zwei Schwenkwellenabschnitten. Bei dem vorliegenden Aufbau wird jedoch, da die Metallflüsse des Ausgangsmaterials entlang der Form der Verbindungsabschnitte verlaufen können, verhindert, daß die Metallflüsse in dem Abschnitt geschnitten werden, in welchem sich die Beanspruchung konzentriert, wodurch nicht nur die Festigkeit des Drehzapfens verbessert wird, sondern auch bei Wechselbelastungen verhindert werden kann, daß der Drehzapfen reißt, wodurch die Lebensdauer des Drehzapfens und daher auch jene des stufenlosen Toroidgetriebes verbessert wird, bei dem ein derartiger Drehzapfen eingesetzt wird.
Gemäß einer anderen Zielrichtung der Erfindung wird der Drehzapfen durch Schmieden hergestellt, damit die Metallflüsse des Ausgangsmaterials sich entlang den Verbindungsabschnitten erstrecken können. Zur Herstellung des Drehzapfens durch Schmieden wird zuerst das Ausgangsmaterial in dem oberen und unteren Schmiedegesenk so angeordnet, daß die Metallflüsse des Ausgangsmaterials parallel zur Richtung der Achse des Drehzapfens verlaufen, und daraufhin wird das Ausgangsmaterial in einer Richtung in rechtem Winkel zur Axialrichtung des Ausgangsmaterials geschmiedet, also in Andruckrichtung des oberen und unteren Schmiedegesenks, so daß die Metallflüsse dazu veranlaßt werden, entlang den Verbindungsabschnitten zwischen dem Hauptkörperebenenabschnitt des Drehzapfens und den Schwenkwellenabschnitten des Drehzapfens zu verlaufen, wodurch die Festigkeit der Verbindungsabschnitte erhöht werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1A eine Längsschnittansicht eines Drehzapfens zum Einsatz in einem stufenlosen Toroidgetriebe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 1B einen vergrößerten Längsschnitt eines Verbindungsabschnitts zwischen einem Schwenkwellenabschnitt und einem Hauptkörperebenenabschnitt des Drehzapfens;
Fig. 2A bis 2D Längsschnitte des Drehzapfens, wobei ein Vorgang zur Herstellung des Drehzapfens gezeigt ist;
Fig. 3 ein Diagramm der Ergebnisse eines Versuchs, der mit dem Drehzapfen durchgeführt wurde;
Fig. 4 eine Längsschnittansicht eines herkömmlichen stufenlosen Toroidgetriebes;
Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 4;
Fig. 6 einen Längsschnitt eines herkömmlichen Drehzapfens; und
Fig. 7 einen Längsschnitt eines herkömmlichen Drehzapfens.
Die Fig. 1A bis 3 zeigen eine erste Ausführungsform eines stufenlosen Toroidgetriebes gemäß der Erfindung, und insbesondere einen Drehzapfen, der bei der ersten Ausführungsform eingesetzt wird. Hierbei erfolgt nachstehend eine Beschreibung des vorliegenden Drehzapfens, wobei dieselben Bauteile wie bei dem herkömmlichen Drehzapfen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet werden. Die Fig. 1A und 1B zeigen einen Drehzapfen 11, der in dem vorliegenden stufenlosen Toroidgetriebe verwendet wird. Der Drehzapfen 11 weist einen Hauptkörperebenenabschnitt 18 und zwei Schwenkwellenabschnitte 10 auf, die jeweils einstückig mit einem der beiden Endabschnitte des Hauptkörperebenenabschnitts 18 ausgebildet sind, wobei in dem Hauptkörperebenenabschnitt 18 ein kreisringförmiges Loch 19 vorgesehen ist, welches dazu verwendet wird, eine Verschiebungswelle 10 über ein Nadellager 20 frei drehbar zu haltern. Weiterhin werden die beiden Schwenkwellenabschnitte 10 an den beiden Endabschnittseiten des Drehzapfens 11 jeweils auf einer Halterungsplatte 21 frei verschwenkbar gehaltert, wodurch der Schrägwinkel der Verschiebungswelle 12 infolge der Schwenkbewegung des Drehzapfens 11 frei eingestellt werden kann.
Die Fig. 2A bis 2D zeigen einen Vorgang zur Herstellung des Drehzapfens 11. Hierbei zeigt Fig. 2A ein Ausgangsmaterial 31, das aus einer runden Stange besteht. Dieses Ausgangsmaterial 31 besteht aus SCM 445 mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,45%; einer Oberflächenabschnittshärte in der Größenordnung von HRC 61, und einer Kernabschnittshärte in der Größenordnung von HRC 36, nachdem das Ausgangsmaterial 31 einer Wärmebehandlung unterworfen wurde, um das fertiggestellte Erzeugnis zu erhalten, nämlich den Drehzapfen 11. Im Falle der Verwendung von SCM 435 wird das Ausgangsmaterial 31 unter Verwendung eines Kohlenstoffgehalts von 0,35% so wärmebehandelt, daß nach Fertigstellung des Ausgangsmaterials 31 als Drehzapfen 11 der Schwenkwellenabschnitt 10 des Drehzapfens 11 eine Oberflächenabschnittshärte in der Größenordnung von HRC 59 aufweist, und eine Kernabschnittshärte in der Größenordnung von HRC 32. Im Falle der Verwendung von SCM 45C wird das Ausgangsmaterial 31 unter Einsatz eines Kohlenstoffgehalts von 0,45% so wärmebehandelt, daß nach Fertigstellung des Ausgangsmaterials 31 als Drehzapfen 11 der Schwenkwellenabschnitt 10 des Drehzapfens 11 eine Oberflächenabschnittshärte in der Größenordnung von HRC 59 und eine Kernabschnittshärte von HRC 38 aufweist. Bei dem Ausgangsmaterial 31 verlaufen mehrere Metallflüsse 32 in dessen Axialrichtung.
Fig. 2B zeigt einen Zustand, in welchem das Ausgangsmaterial 31 in ein Schmiedegesenk 33 eingesetzt ist, wobei das Schmiedegesenk 33 aus einem oberen Gesenkabschnitt 34 und einem unteren Gesenkabschnitt 35 besteht. Eine Gesenkteillinie 36 (sh. Fig. 2C) ist in der Nähe der Zentrumslinie des Schwenkwellenabschnitts 10 des Drehzapfens 11 vorhanden, wobei der Hauptkörperebenenabschnitt 18 des Drehzapfens 11 zwischen seinen beiden Endabschnitten und dem Zentrumsabschnitt derartige Stufen aufweist, daß er in der Nähe seines Zentrums in seiner Dicke unterteilt werden kann. Weiterhin wird das Ausgangsmaterial 31 so in dem Schmiedegesenk 33 angeordnet, daß seine Metallflüsse 32 parallel zur Axialrichtung des Drehzapfens 11 verlaufen.
Fig. 2C zeigt einen Zustand, in welchem das Ausgangsmaterial 31 zwischen dem oberen und unteren Gesenkabschnitt 34 bzw. 35 und durch diese des Schmiedegesenks 33 gehaltert wird, und ein Schmiedevorgang mit dem Ausgangsmaterial 31 durchgeführt wird, um das Ausgangsmaterial in Richtung in rechtem Winkel zur Axialrichtung des Ausgangsmaterials 31 zu pressen. Das Ausgangsmaterial 31 wird als geschmiedetes Ausgangsmaterial 31a mit einer Form hergestellt, welche der Form des oberen und unteren Gesenkabschnitts 34 bzw. 35 entspricht, wobei Grate 31b auf den Endoberflächen entstehen.
Fig. 2D zeigt einen Zustand, in welchem das geschmiedete Ausgangsmaterial 31a aus dem Schmiedegesenk 33 entnommen ist, wobei aufgerauhte Oberflächen 31c auf der Außenumfangsoberfläche des geschmiedeten Ausgangsmaterials 31a verbleiben.
Daraufhin werden die Grate 31b und die aufgerauhte Oberfläche 31c des geschmiedeten Ausgangsmaterials 31 durch Fräsen weggeschnitten, und wird dann mit dem geschmiedeten Ausgangsmaterial 31a eine Wärmebehandlung durchgeführt. Daraufhin wird das geschmiedete Ausgangsmaterial 31a durch Schleifen endbearbeitet, womit ein Drehzapfen 11 festgestellt ist, wie er in Fig. 1A gezeigt ist.
Bei dem durch Schmieden auf die voranstehend geschilderte Art und Weise hergestellten Drehzapfen 11 setzen sich die Metallflüsse 32 entlang dem Verbindungsabschnitt A zwischen dem Hauptkörperebenenabschnitt 18 und dem Schwenkwellenabschnitt 10 fort. Wenn der Verbindungsabschnitt A vergrößert wird, kann ein Zustand erzielt werden, wie er in Fig. 1B gezeigt ist.
Selbst wenn der Drehzapfen 11 durch Schmieden hergestellt wird, wird er normalerweise durch eine Nachbearbeitung wie Schneiden und Schleifen festgestellt, so daß es schwierig ist, die Metallflüsse 32, die durch Schmieden des festgestellten Drehzapfens 11 entstanden sind, unverändert zu lassen, was dazu führt, daß beim Schneiden des Verbindungsabschnitts A die Metallflüsse tatsächlich weggeschnitten werden.
Daher haben unter dem Gesichtspunkt der Dauerbiegefestigkeit die vorliegenden Erfinder Versuche durchgeführt, um festzustellen, ob die Größe des Neigungswinkels θ der Metallflüsse 32 im Verbindungsabschnitt A einen Einfluß auf die Festigkeit des Drehzapfens hat. Der Verbindungsabschnitt A ist ein Winkelabschnitt, der im wesentlichen einen rechten Winkel aufweist; und der Verbindungsabschnitt A enthält eine erste Oberfläche X im wesentlichen parallel zum Zentrum S der Drehzapfenachse, und eine zweite Oberfläche Y im wesentlichen in rechtem Winkel zur ersten Oberfläche X. Bei den Versuchen wurde der Neigungswinkel, der durch die erste Oberfläche X und den Metallfluß 32a gebildet wird, der am nächsten an dem Winkelabschnitt des Verbindungsabschnitts A liegt, mit θ1 bezeichnet, wurde der Neigungswinkel, der durch die zweite Oberfläche Y und dem Metallfluß 32a am nächsten am Winkelabschnitt des Verbindungsabschnitts A gebildet wird, mit θ2 bezeichnet, und wurde der größere der Winkel θ1 und θ2 als störungsfreier, zulässiger Winkel θmax bezeichnet, und wurden verschiedene Versuche in Bezug auf den zulässigen Winkel θmax durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Versuche zeigen, daß der zulässige Winkel θmax ≦ 30° sein kann, und der zulässige Winkel θmax vorzugsweise ≦ 20° ist.
Bei den Versuchen wurde ein stufenloses Toroidgetriebe des Doppelhohlraumtyps eingesetzt, mit einem Torushohlraumdurchmesser von 130 mm; und wurden die Versuche 1 × 106 mal wiederholt, was der Sollanzahl für die Anzahl an Wiederholungen des Anlassens eines Fahrzeugs entspricht, mit Eingangsbedingungen für das maximale Verzögerungsverhältnis von 2,2 und einem Eingangsdrehmoment von 340 Nm. Die Ergebnisse der Versuche sind in Tabelle 1 und Fig. 3 angegeben. Im einzelnen wurden Drehzapfen mit unterschiedlichen Metallflußwinkeln hergestellt, und wurden diese Drehzapfen jeweils zweimal untersucht. In Fig. 3 zeigen schwarze runde Markierungen die Ergebnisse des ersten Versuches an, dagegen schwarze Dreiecke die Ergebnisse des zweiten Versuchs.
Tabelle 1
Wie aus den in Tabelle 1 angegebenen Vergleichsbeispielen 1 bis 4 hervorgeht, treten dann, wenn θmax größer oder gleich 40° ist, früh Risse in dem Winkelabschnitt des Verbindungsabschnitts A auf. Andererseits nimmt, wie aus den Ergebnissen der Ausführungsformen 1 bis 3 hervorgeht, wenn θmax kleiner oder gleich 30° ist, die Dauerfestigkeit wesentlich zu. Wenn θmax kleiner oder gleich 20° ist, nimmt die Dauerfestigkeit noch stärker zu, und selbst wenn die Versuchszeit das Fünffache der Sollzeit überschreitet, brach der Drehzapfen nicht, so daß der Versuch bei 5 × 106 abgebrochen wurde.
Obwohl sich eine übermäßige Belastung an dem Verbindungsabschnitt A zwischen dem Hauptkörperebenenabschnitt 18 und dem Schwenkwellenabschnitt 10 des Drehzapfens 11 konzentriert, wird dadurch, daß man die Metallflüsse 32 des Ausgangsmaterials entlang dem Verbindungsabschnitt A in diesem Bereich verlaufen läßt, verhindert, daß die Metallflüsse 32 in dem Abschnitt weggeschnitten werden, in welchem sich die Belastung konzentriert, wodurch die Festigkeit des Drehzapfens 11 erhöht werden kann. Demzufolge wird selbst dann, wenn die Belastung wiederholt einwirkt, ein Riß des Drehzapfens verhindert, wodurch eine Erhöhung der Lebensdauer des stufenlosen Toroidgetriebes ermöglicht wird.
Durch Herstellung des Drehzapfens 11 durch Schmieden auf solche Weise, daß sich die Metallflüsse 32 entlang den Verbindungsabschnitten A in diesen Bereichen erstrecken können, kann die Schneidbearbeitung des Drehzapfens wesentlich verringert werden.
Bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform wird das kreisringförmige Loch 19, welches dazu verwendet wird, die Verschiebungswelle 10 drehbar über das Nadellager 20 zu haltern, durch Einschneiden in den Hauptkörperebenenabschnitt 18 des Drehzapfens 11 hergestellt. Wenn jedoch der Drehzapfen 11 durch Schmieden so hergestellt wird, daß sich die Metallflüsse 32 um das kreisringförmige Loch 19 herum erstrecken, kann die Festigkeit des Drehzapfens 11 noch weiter erhöht werden.
Darüber hinaus ist die Erfindung nicht auf einen Drehzapfen zum Einsatz in einem stufenlosen Toroidgetriebe des Typs mit einem einzigen Hohlraum beschränkt, sondern kann auch bei einem Drehzapfen zum Einsatz beim Hohlraumtyp verwendet werden.
Wenn der Metallfluß, der am nächsten an dem Winkelabschnitt liegt, nicht die erste und zweite Oberfläche berührt, können die Neigungswinkel θ1 und θ2 an Punkten definiert werden, an welchen sich der Metallfluß, der am nächsten an dem Winkelabschnitt liegt, mit den gedachten Linien schneidet, die von der ersten und zweiten Oberfläche ausgehen. Die Neigungswinkel θ1 und θ2 können daher durch den nächsten Metallfluß an den voranstehend erwähnten Punkten und die Linien parallel zur ersten und zweiten Oberfläche definiert werden.
Zwar wurden nur bestimmte Ausführungsformen der Erfindung hier detailliert beschrieben, jedoch wird deutlich, daß sich in Bezug auf diese verschiedenen Abänderungen vornehmen lassen, ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen.
Da wie voranstehend geschildert gemäß einer ersten Zielrichtung der Erfindung die beiden Verbindungsabschnitte zwischen dem Hauptkörperebenenabschnitt des Drehzapfens und den beiden Schwenkwellenabschnitten, die jeweils an einem der beiden Endabschnitte des Drehzapfens einstückig hiermit vorgesehen sind, jeweils kontinuierliche Metallflüsse bilden, wird eine Beschädigung des Drehzapfens selbst dann verhindert, wenn auf den Drehzapfen eine zu starke Belastung wiederholt einwirkt, wodurch die Lebensdauer des Drehzapfens verlängert werden kann.
Gemäß einer zweiten Zielrichtung der Erfindung kann infolge der Tatsache, daß der Drehzapfen durch Schmieden hergestellt wird, nicht nur die mechanische Bearbeitung des Drehzapfens wesentlich verringert werden, sondern können auch kontinuierliche Metallflüsse in den Verbindungsabschnitten ausgebildet werden, so daß selbst dann eine Beschädigung des Drehzapfens verhindert wird, wenn auf den Drehzapfen wiederholt eine übermäßige Belastung einwirkt, so daß die Lebensdauer des Drehzapfens verlängert werden kann.

Claims (5)

1. Stufenloses Toroidgetriebe, welches aufweist;
eine Eingangsscheibe;
eine koaxial zur Eingangsscheibe angeordnete Ausgangsscheibe;
einen Drehzapfen, der um einen Schwenkwellenabschnitt in Bezug auf die jeweilige Zentrumsachse der Eingangs- und Ausgangsscheibe verschwenkt werden kann; und
eine Antriebsrolle, die drehbar auf dem Drehzapfen gehaltert ist, und die Eingangs- und Ausgangsscheibe unter Schrägstellung berühren kann,
wobei der Drehzapfen aufweist:
einen Hauptkörperebenenabschnitt zum Haltern einer Verschiebungswelle, welche drehbar die Antriebsrolle haltert;
die beiden Schwenkwellenabschnitte, die jeweils an einem der beiden Endabschnitte des Hauptkörperebenenabschnitts vorgesehen sind, und einstückig mit dem Hauptkörperebenenabschnitt ausgebildet sind; und
Verbindungsabschnitte, die zwischen dem Hauptkörperebenenabschnitt und den beiden Schwenkwellenabschnitten vorgesehen sind, wobei die Verbindungsabschnitte jeweils durch kontinuierliche Metallflüsse ausgebildet werden.
2. Stufenloses Toroidgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsabschnitt einen Winkelabschnitt aufweist, der durch eine erste Oberfläche, die parallel zum Drehzapfenachsenzentrum verläuft, und eine zweite Oberfläche festgelegt wird, die in rechtem Winkel zum Drehzapfenachsenzentrum verläuft, und
der maximale Winkel von zwei Winkeln, der jeweils zwischen dem Metallfluß, der am nächsten an dem Winkelabschnitt liegt, und der ersten bzw. zweiten Oberfläche vorhanden ist, so gewählt ist, daß er 30° oder weniger beträgt.
3. Stufenloses Toroidgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Maximalwinkel auf 20° oder weniger eingestellt ist.
4. Stufenloses Toroidgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsabschnitt einen Winkelabschnitt aufweist, der durch eine erste Oberfläche, die parallel zu einem Drehzapfenachsenzentrum verläuft, und eine zweite Oberfläche gebildet wird, die in rechtem Winkel zu dem Drehzapfenachsenzentrum verläuft, und
der Maximalwinkel unter zwei Winkeln, die jeweils zwischen dem Metallfluß, der am nächsten an dem Winkelabschnitt liegt, und der ersten bzw. zweiten Oberfläche gebildet werden, auf 20° oder weniger eingestellt ist.
5. Verfahren zur Herstellung eines Drehzapfens, der sich um einen Schwenkwellenabschnitt in Bezug auf die jeweilige Zentrumsachse koaxial angeordneter Eingangs- und Ausgangsscheiben verschwenken kann, mit folgenden Schritten:
Erzeugung einer runden Stange, welche Metallflüsse enthält, die jeweils parallel zur Axialrichtung der runden Stange verlaufen, als Ausgangsmaterial für den Drehzapfen; und
Schmieden der runden Stange von einer Richtung in rechtem Winkel zur Achse der runden Stange, durch Verwendung eines oberen und eines unteren Schmiedegesenks, um so einen Raum auszubilden, der durch einen gedachten Querschnitt gebildet wird, der eine Drehzapfenachse des Drehzapfens enthält.
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