DE10034031A1

DE10034031A1 - Bauteil für ein stufenlos verstellbares Toroid-Getriebe und Verfahren zu dessen Untersuchung

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Publication number: DE10034031A1
Application number: DE10034031A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Narai; Kikuaki Kamamura
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2001-07-26
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: JP2001026840A; JP4284762B2; US7207223B2; DE10034031B4; US20040176210A1

Abstract

Ein Bauteil eines stufenlos veränderbaren Toroid-Getriebes, wie eine Antriebsscheibe, eine Antriebsscheibe, ein Innenring eines Leistungswälzlagers und ein Außenring des Leistungswälzlagers, das als ein Wälzelement konstruiert ist, weist eine Schicht in einer Tiefe auf, die 0,5 mm oder weniger von der Oberfläche entfernt ist. Die Schicht enthält keinen nichtmetallischen Einschluss mit einem maximalen Durchmesser von bis zu 0,1 mm in ihrem Bereich, der eine Tiefe von 0,5 mm oder weniger von ihrer Oberfläche aufweist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein äußerst zuverlässiges Bauteil für ein stufenlos verstellbares Getriebe, wie eine Scheibe und ein Leistungswälzlager zur Verwendung in einem stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebe und ein Verfahren zu dessen Auswer tung.

Da die Scheibe und das Leistungswälzelement eines stufenlos verstellbaren Getriebes in einer Umgebung hoher Last und hohen Oberflächendrucks verwendet und als wichti ge Sicherheitsteile klassifiziert werden, wird, um einen Bruch und ein Abblättern an ih nen nach kurzer Einsatzzeit zu verhindern, als Werkstoff für die Scheibe und das Lei stungsälzelement des stufenlos verstellbaren Getriebes hochwertiger Stahl für ein Wälzlager verwendet. In solchem hochwertigen Stahl, muss, um die Lebensdauer des Wälzlagers zu verlängern, sowie die Zuverlässigkeit des Wälzlagers zu erhöhen, die Teilchendurchmesserverteilung der Oxidsystem-Einschlüsse (die Anzahl und Größe der Einschlüsse) in einer gegebenen Fläche (oder Volumen), das abgetastet wird, begrenzt sein. Deshalb ist für eine solche Begrenzung eine große Anzahl Einschlussbestim mungsverfahren vorgeschlagen worden, beispielsweise in der japanischen Offenle gungsschrift Nr. Hei 3-56640, in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei 7-109541, in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei 5-117804 und in der japanischen Offen legungsschrift Nr. Hei 6-192790.

Herkömmlicherweise ist als Ultraschall-Fehlerbestimmungsverfahren zum Bestimmen der inneren Fehler eines Lagerrings ein vertikales Fehlerbestimmungsverfahren be kannt, in dem in einem Prozess zur Herstellung von Stahlmaterial für einen Lagerring Ultraschallwellen durch das Stahlmaterial nach dem Walzen von seiner äußeren Umfangsfläche zu dessen Innenabschnitt unter Wasser oder auf einem Tisch hindurchge schickt werden, um dadurch die Fehler des Lagerrings zu erfassen (Special Steel, Bd. 46, Nr. 6. Seite 31, veröffentlicht von Special Steel Club (Corporation)).

Übrigens ist es, obgleich der hochwertige Stahl für ein Wälzlager auf einer genau ge steuerten Straße hergestellt wird, um nichtmetallische Einschlüsse zu entfernen, die Anlass zu Fehlern bei dem hochwertigen Stahls geben, gegenwärtig unmöglich, alle solche Fehler zu entfernen. Und selbst in dem hochwertigen Stahl kann einmal in gro ßen Abständen plötzlich ein Fehler auftreten, und es ist unmöglich, ein solch plötzliches Auftreten des Fehlers vollständig zu verhindern. Insbesondere darf ein großer Ein schluss grundsätzlich nicht in der Nachbarschaft der Oberfläche des hochreinen Stahls vorhanden sein, weil er Anlass zu einem Biegeermüdungsbruch des hochwertigen Stahls in einer Scheibe eines stufenlos verstellbaren Getriebes gibt. Aus diesem Grund ist es notwendig, alle Scheiben und Leistungswälzelemente des stufenlos verstellbaren Getriebes auf ihre Fehler zu überprüfen.

Es ist jedoch eine Hauptzielsetzung des obenerwähnten, herkömmlichen Fehlerbestim mungsverfahren, innere Fehler zu erfassen, die als Gaseinschlüsse im Innenbereich des Stahlmaterials oder in dem ungewalzten Bereich des Stahlmaterials bei dessen Walzprozess zurückgelassen sind, aber Fehler in Oberflächennähe des Stahlmaterials, insbesondere große Einschlüsse in der Größenordnung von mehreren hundert µm, nicht zu erfassen. Der Grund dafür ist, dass die Oberfläche des Stahlmaterials rau ist, wie es gerade gewalzt ist, und es somit unmittelbar unter der Oberfläche des Stahlma terials eine unempfindliche Zone für das Ultraschall-Fehlerbestimmungsverfahren gibt, und auch, weil teilweise das Stahlmaterial gebogene und verformte Bereiche aufweist und es somit schwierig ist, den Abstand zwischen dem Stahlmaterial und einer Mess sonde konstant zu halten, es insbesondere unmöglich ist, einen Mikrofehler in der Nähe der Oberfläche des Stahlmaterials zu erfassen. Auch müssen, wenn der Innenbereich des Stahlmaterials, der einen großen Durchmesser von mehr als 100 mm aufweist, auf Fehler geprüft wird, die Erfassungsfrequenzen abgesenkt werden, damit eine Verringerung der Empfindlichkeit wegen der Dämpfung der Ultraschallwellen verhindert wird, so dass nur Fehler großer Größe mit einer Größe von einigen mm oder so erfasst werden können.

Andererseits ist die Hauptzielsetzung eines Ultraschall-Fehlerbestimmungsverfahrens für einen Walzkörper, einen Oberflächenfehler und einem Fehler in dem obersten oder äußersten Oberflächenbereich des Stahlmaterials mit hohem Wirkungsgrad zu erfas sen. Beispielsweise kann, wenn Ultraschallwellen mit hohen Frequenzen wie 50-150 MHz verwendet werden, ein nichtmetallischer, mikroskopischer Einschluss in einer Grö ße bis 0,01 mm (10 µm) erfasst werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung zielt darauf, die bei dem herkömmlichen Fehlererfassungs verfahren angetroffenen Nachteile auszuschließen. Entsprechend ist es eine Zielset zung der Erfindung, ein äußerst zuverlässiges Bauteil für ein stufenlos verstellbares Getriebe mit verlängerter Lebensdauer zu schaffen, bei dem nur schwerlich ein Abblät tern auf dessen Gleitfläche erzeugt wird. Auch ist es eine weitere Zielsetzung der Er findung, ein Verfahren zur Gewinnung des äußerst zuverlässigen Bauteils für ein stu fenlos verstellbares Getriebe zu schaffen, das einen nichtmetallischen Einschluss mit hoher Genauigkeit erfassen kann, der sich in dem Bereich des Bauteils für ein stufenlos verstellbares Bauteil vorhanden ist, der sich unmittelbar unter der Oberfläche des stu fenlos verstellbaren Getriebes Bauteils befindet.

Um die obigen Zielsetzungen zu erreichen, wird entsprechend einem Gesichtspunkt der Erfindung ein äußerst zuverlässiges Bauteil des stufenlos verstellbaren Getriebes das ein aus Stahl geformtes Wälzelement umfasst, zur Verwendung in einem stufenlos ver stellbaren Toroid-Getriebe zu schaffen, wobei das Wälzelement keinen nichtmetalli schen Einschluss mit einem maximalen Durchmesser von 0,1 mm oder mehr in seinem Bereich von 0,5 mm oder weniger unterhalb seiner Oberfläche aufweist.

Bei dem obenerwähnten Bauteil für ein stufenlos verstellbares Toroid-Getriebe wird be vorzugt, dass der maximale Durchmesser des nichtmetallischen Einschlusses, der in nerhalb der Schicht angeordnet ist, die kleiner als 0,1 mm ist.

Die obige Zielsetzung kann auch durch ein Bauteil für ein stufenlos verstellbares Toro id-Getriebe entsprechend der vorliegenden Erfindung erreicht werden, das umfasst:

Ein Wälzelement, das aus Stahl hergestellt ist und eine bei 0,4 mm oder weniger von seiner Oberfläche her gebildete Schicht aufweist, wobei die Schicht keinen nichtmetalli schen Einschluss enthält, der einen maximalen Durchmesser von 0,115 mm oder mehr aufweist.

Bei dem obenerwähnten stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebe wird bevorzugt, dass der maximale Durchmesser des nichtmetallischen Einschlusses, der innerhalb der Schicht angeordnet ist, kleiner als 0,115 mm ist.

Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Auswertung eines äußerst zuverlässigen Bauteils für ein stufenlos verstellbares Getriebe geschaf fen, bei dem das äußerst zuverlässige Bauteil für ein stufenlos verstellbares Getriebe ein aus Stahl gebildetes Wälzelement zur Verwendung in einem stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebe umfasst, und eine Ultraschall-Fehlerbestimmungssonde innerhalb ei nes Ultraschallwellenübertragungsmediums angeordnet werden, wobei eine Ultraschall welle durch das ultraschallwellenübertragende Medium hindurch zu dem Wälzelement von der Ultraschall-Fehlerbestimmungssonde abgestrahlt wird und ein Fehler, der in der Oberfläche und dem inneren Bereich des Wälzelements vorhanden ist, erfasst und ent sprechend einem Ultraschallecho ausgewertet wird, das von dem Wälzelement reflek tiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ultraschallwelle mit einer Frequenz im Bereich von 5 MHz-30 MHz auf das Wälzelement entsprechend zumindest einem schrägen Fehlererfassungsverfahren oder vertikalen Fehlererfassungsverfahren abgestrahlt wird, wobei ein nichtmetallischer Einschluss, der in dem Bereich von 0,5 mm oder weniger unter der Oberfläche des Wälzelementes her vorhanden ist, gemäß der Wellenform eines von dem Wälzelement reflektierten Ultraschallechos erfasst wird, und, wenn der derart erfasst nichtmetallische Einschluss einen maximalen Durchmesser von 0,1 mm oder mehr aufweist, das Wälzelement ausgesondert wird.

Die gegenwärtigen Erfinder u. a. haben alle Anstrengungen unternommen, ein Verfah ren zum Erfassen eines nichtmetallischen Einschlusses, der sich gerade unterhalb der Gleitfläche eines Bauteils eines stufenlos verstellbaren Getriebes (wie einer Scheibe und Leistungswälzteil eines stufenlos verstellbaren Getriebes) befindet, mit hoher Ge nauigkeit auszuwerten, und sie haben herausgefunden, dass es in dem Bereich von 0,5 mm oder weniger von der Gleitfläche des Bauteils des stufenlos verstellbaren Getriebes entfernt, selbst wenn der nichtmetallische Einschluss ein Makroeinschluss in der Grö ßenordnung von 100 µm ist, dieser einen Anlass zu einem Biegeermüdungsbruch in dem Bauteil des stufenlos verstellbaren Getriebes, wie der Scheibe und dem Leistungs wälzteil für ein stufenlos verstellbares Getriebe, geben kann. Das heißt, wenn die Be ziehungen zwischen der Größe der Fehlerstellen und der Bruchlebensdauer von Schei ben des stufenlos verstellbaren Getriebes vorliegen, die von unseren Beobachtungen der Bruchflächen der des stufenlos verstellbaren Getriebes Scheiben erhalten werden, werden solche Ergebnisse erhalten, wie sie in Fig. 5 gezeigt sind Wenn auch die Be ziehungen zwischen der Lage der Fehlerstellen, die von der Oberfläche der des stufen los verstellbaren Getriebes Scheiben her gemessen sind, und der Bruchlebensdauer der des stufenlos verstellbaren Getriebes Scheiben vorliegen, werden solche Ergebnis se erhalten, wie sie in Fig. 6 gezeigt sind.

Wie man deutlich in Fig. 5 sehen kann, wurde herausgefunden, dass in dem Fall, wenn die Größe eines Fehlers (nichtmetallischer Einschluss), der an einem Ort 0,5 mm von der Oberfläche der Scheibe des stufenlos verstellbaren Getriebes entfernt vorhanden ist, mehr als 100 µm beträgt, die Bruchlebensdauer der Scheibe des stufenlos verstell baren Getriebes stark und bedeutend verringert wird. Wie man auch klar in Fig. 6 sehen kann, wurde herausgefunden, dass in dem Fall, wenn die Lage eines Fehlers (nichtme tallischer Einschluss) mit einem maximalen Durchmesser von 100 µm oder weniger weiter als der Bereich von 0,4-0,5 mm von der Oberfläche der Scheibe des stufenlos verstellbaren Getriebes entfernt ist, die Bruchlebensdauer der des stufenlos verstellba ren Getriebes Scheibe stark und bedeutend verbessert wird. Aus diesen Erkenntnissen wurde bestätigt, dass in dem Fall eines Bauteils eines stufenlos verstellbaren Getrie bes, bei dem kein Fehler mit einer Größe von 100 µm oder mehr in dem Bereich von 0,4-0,5 mm von dessen Oberfläche her vorhanden ist, die Bruchlebensdauer des Bau teils des stufenlos verstellbaren Getriebes verlängert wird.

Andererseits haben die gegenwärtigen Erfinder u. a. auch alle Anstrengung unternom men, das Ultraschall-Fehlerbestimmungsverfahren als ein Verfahren zur Untersuchung der Scheibe des stufenlos verstellbaren Getriebes und des Leistungswälzlagers zu ver bessern. Als Ergebnis haben die Erfinder u. a. herausgefunden, dass selbst in dem Fall einer Frequenz in der Größenordnung von 10 MHz unter Verwendung einer Ultraschall welle (Oberflächenwelle), die durch den benachbarten Bereich der Oberfläche einer Scheibe des stufenlos verstellbaren Getriebes oder des Leistungswälzlagers hindurch übertragen wird, sogar ein großer Einschluss mit einer Größe von 100 µm oder weniger erfasst werden kann, der die herkömmliche, theoretische Erfassungsgrenze (1/2 Wel lenlänge) überschreitet, vorausgesetzt, dass er in der Reichweite von 0,5 mm oder we niger der Oberflächenwelle von der Oberfläche der des stufenlos verstellbaren Getrie bes Scheibe oder des Leistungswälzlagers vorhanden ist. Das heißt, obgleich die Ultra schall-Fehlerbestimmungstechnik verbreitet als eine Gewährleistungstechnik für innere Fehlerstellen von Eisen- und Stahlmaterial verwendet wird, ist eine Frequenz hierfür 5 MHz oder weniger.

Als Fehlerbestimmungsverfahren umfasst das Ultraschall-Fehlerbestimmungsverfahren ein schräges Fehlerbestimmungsverfahren und ein vertikales Fehlerbestimmungsver fahren, und die zu erfassende Fehlergröße ist eine Grundbeschädigung von 1 mm oder mehr. Des Weiteren führt in dem Fall, wenn die Oberfläche unmittelbar unterhalb des Bereiches (äußerste Oberfläche) der Scheibe des stufenlos verstellbaren Getriebes oder des Leistungswälzlagers durch die Oberflächenrauhigkeit des Stahlmaterials der des stufenlos verstellbaren Getriebes Scheibe oder des Leistungswälzlagers beeinflusst wird, in dem ein unempfindlicher Bereich geschaffen wird, führt dies zu einer stark ver ringerten Fehlerbestimmungsgenauigkeit.

Des Weiteren ist ein Versuch gemacht worden, die Bestimmungsgenauigkeit unter Ver wendung eines vertikalen Fehlerbestimmungsverfahrens zu verbessern, wobei eine noch höhere Frequenz verwendet wird (CAMP-ISIJ Bd. 12 (1999)-437). Jedoch liefert in diesem Fall nicht nur der Nachbarbereich der äußersten Oberfläche einen unempfindli chen Bereich, sondern die Dämpfung der Ultraschallwelle ist stark, wodurch es unmög lich wird, einen Fehler im Tiefenbereich der des stufenlos verstellbaren Getriebes Scheibe oder des Leistungswälzlagers zu bestimmen.

Die gegenwärtigen Erfinder u. a. kombinierten, um die obigen Nachteile zu beheben, die bei den herkömmlichen Ultraschall-Fehlerbestimmungsverfahren angetroffen werden, das schräge Fehlerbestimmungsverfahren mit dem vertikalen Fehlerbestimmungsver fahren, wobei Frequenzen in dem Bereich von 5 MHz-30 MHz verwendet wurden und dadurch ein äußerst zuverlässiges Untersuchungsverfahren für ein Bauteil für ein stu fenlos verstellbares Getriebe geschaffen wurde, das Fehler über den gesamten Ab schnitt des Bauteils des stufenlos verstellbaren Getriebes erfassen kann, wie der Schei be oder des Leistungswälzlagers des stufenlos verstellbaren Getriebes. Daraufhin ver besserten die gegenwärtigen Erfinder u. a. dieses Untersuchungsverfahren weiter, wo bei sie herausfanden, dass in dem der Oberfläche benachbarten Bereich von 0,5 mm oder weniger von der Oberfläche des stufenlos verstellbaren Getriebes Bauteils ent fernt, ein Einschluss mit einer Größe von 100 µm oder weniger ohne Verwendung einer Ultraschallwelle mit einer hohen Frequenz von mehr als 30 MHz erfasst werden kann (US Patent 6,065,343). Übrigens ist es in dem Fall, wenn die Frequenz der Ultraschall welle auf unterhalb von 5 MHz fällt, sehr schwierig, einen kleinen Fehler zu bestimmen, und deshalb wird der untere Grenzwert der Frequenz auf 5 MHz eingestellt.

Andererseits wird in dem Fall, wenn die Frequenz der Ultraschallwelle 30 MHz über schreitet, die Ultraschallwelle stark gedämpft, wodurch es schwierig wird, Fehler über den gesamten Abschnitt des Bauteils des stufenlos verstellbaren Getriebes zu bestim men, und aus diesem Grund wird der obere Grenzwert der Frequenz auf 30 MHz ein gestellt.

Tabelle 1

Übrings sind in Tabelle 1 die Größe und die Lage der Fehler (nichtmetallische Ein schlüsse) gezeigt, die an der Scheibe des stufenlos verstellbaren Getriebes entspre chend den schrägen Oberflächenwellenverfahren bestimmt wurden, wobei eine Fehler bestimmungsfrequenz von 10 MHz verwendet wurde. Hier wurden die Größe und die Lage der Fehler durch Schleifen der Bereiche mit den erfassten Fehlern bestimmt.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, die Eigenschaften des schrägen Oberflä chenwellenverfahrens auf das Problem anzuwenden, das sich auf einen Biegeermü dungsbruch oder einen Bruch bezieht, der für die obenerwähnte Scheibe des stufenlos verstellbaren Getriebes typisch ist. Entsprechend der Erfindung kann das Nichtvorhan densein eines großen Einschlusses mit einer Größe von 100 µm oder mehr in dem der Oberfläche benachbarten Bereich der Scheibe des stufenlos verstellbaren Getriebes bei relativ niedrigen Kosten durch ein zerstörungsfreies Untersuchungsverfahren ge währleistet werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein strukturelles Blockschema der Anordnung einer Auswertungsprüfvor richtung;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines inneren Laufrings bzw. eines äußeren Lauf rings, die ein Lager bilden;

Fig. 3 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, des obigen inneren und äuße ren Laufrings des Lagers;

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus der Auswertungsprüfvorrich tung;

Fig. 5 ist eine charakteristische Ansicht der Ergebnisse einer Auswertungsprü fung;

Fig. 6 ist eine charakteristische Ansicht der Ergebnisse einer anderen Auswer tungsprüfung;

Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Prüfteil zeigt, das mit einem künstli chen Fehler senkrecht zu einer Bestimmungsrichtung (Umfangsrichtung) versehen ist;

Fig. 8 ist eine Kurve, die das Erfassungsergebnis in dem Fall der Durchführung einer Ultraschallerfassung bei dem Prüfteil zeigt, das in Fig. 7 gezeigt ist;

Fig. 9 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Größe eines Reflexions echos und einem Trennungsabstand zwischen dem Oberflächenecho und dem Fehlerecho zur Zeit der Durchführung der Erfassung bei einem Ein fallswinkel von 10 Grad zeigt;

Fig. 10 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Größe eines Reflexions echos und einem Trennungsabstand zwischen dem Oberflächenecho und dem Fehlerecho zur Zeit der Durchführung der Erfassung bei einem Ein fallswinkel von 30 Grad zeigt;

Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht, die ein mit einem künstlichen Fehler par allel zu einer Erfassungsrichtung (Umfangsrichtung) versehenes Prüfteil zeigt;

Fig. 12 ist eine Kurve, die das Erfassungsergebnis im Fall einer Durchführung der Ultraschallbestimmung bei dem in Fig. 11 gezeigten Prüfteil zeigt;

Fig. 13 ist eine Kurve zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Einfallswinkel und dem Brechungswinkel, wenn der Einfallswinkel 30 Grad überschreitet.

Fig. 14 ist eine Schnittansicht, die ein Prüfteil zeigt, das mit einem Loch von 0,5 mm senkrecht zu einer Erfassungsrichtung (Umfangsrichtung) bei einer vor bestimmten Tiefe von der Oberfläche des Teils versehen ist;

Fig. 15 ist eine Kurve, die das Erfassungsergebnis in dem Fall einer Durchführung der Ultraschallerfassung bei dem in Fig. 14 gezeigten Testteil zeigt; und

Fig. 16A, 16B und 16C zeigen abgeänderte Beispiele eines Verfahrens zur Erfassung und Aus wertung einer Antriebs- oder Abtriebsscheibe, eines inneren Rings eines Leistungswälzteils bzw. eines äußeren Rings des Leistungswälzgleitteils.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es wird nun unten die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen eines Bau teils hoher Zuverlässigkeit für ein stufenlos verstellbares Getriebe und eines Verfahrens zur Auswertung des Bauteils des stufenlos verstellbaren Getriebes gemäß der Erfin dung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gegeben.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Ultraschall-Fehlererfassungsvorrichtung. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 11 einen Wasserbehälter, in dem Wasser gespei chert ist, das als ein Ultraschallwellenübertragungsmedium dient. Innerhalb des Was serbehälters 11 sind eine Antriebsscheibe des stufenlos verstellbaren Getriebes (oder ein Leistungswälzlager des stufenlos verstellbaren Getriebes), die als ein Probe 2 dient, und eine Ultraschallsonde 3 derart angeordnet, dass sie entsprechend in dem Wasser untergetaucht sind.

Die Ultraschallsonde 3 umfasst eine Reflexionsplatte 13, die in parabolischer Form ge bildet ist, und verwendet auch eine Brennpunktssonde, die ein starkes Richtvermögen aufweist und kaum durch die Krümmung der Antriebsscheibe 2 beeinflusst wird. Die An triebsscheibe 2 ist auf einem Drehtisch 15 (16) angeordnet, wobei ihre Oberfläche zu der Sonde 3 weist. Die Antriebsscheibe 2 ist zu der Drehwelle des Drehtisches 15 (16) koaxial, und die Antriebsscheibe 2 und der Drehtisch 15 (16) können synchron zuein ander durch einen Servomotor 14 angetrieben oder gedreht werden. Übrigens bezeich net das Bezugszeichen 18 einen Ansteuerverstärker, der verwendet wird, um den Ser vomotor 14 anzutreiben.

Wie es in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, wird die Sonde 3 von einem zweiachsig steuerbaren XY Tisch 22 gehalten, der in der radialen Richtung wie auch in der axialen Richtung der Antriebsscheibe 2 bewegt werden kann. Der XY Tisch 22 umfasst zwei Antriebe 22a, 22b, die jeweils durch eine Steuereinrichtung 26 gesteuert werden können. Diese zwei Antriebe 22a, 22b können die Sonde 3 zusammen mit dem XY Tisch entlang der Gleit oberfläche 2a der Antriebsscheibe 2 bewegen.

Des Weiteren ist der XY Tisch 22 bewegbar von einer linearen Führungseinrichtung 20 gehalten. Die lineare Führungseinrichtung 20 kann die Ultraschall-Fehlererfassungs sonde 3 in der Axialrichtung der Probe 2 durch einen Servomotor (nicht gezeigt) bewe gen, der durch eine Steuereinrichtung 26 zur linearen Führung gesteuert werden kann. Beim Betrieb steuert in dem Fall, wenn ein Drehstellgeber 25, der an der äußeren Um fangsfläche der Probe 2 angeordnet ist, feststellt, dass sich die Probe 2 einmal (360°) gedreht hat, die Steuereinrichtung 26 für die lineare Führung den Servomotor entspre chend einem Befehl von einer Steuereinheit 19, um dadurch die Sonde 3 nur um eine gegebene Strecke in der Axialrichtung der Probe 2 zu bewegen. Dies ermöglicht, Fehler über den gesamten Querschnitt der Probe 2 zu erfassen.

Die Sonde 3 ist sowohl mit dem Eingangs- als auch dem Ausgangsabschnitt einer Ul traschall-Fehlererfassungseinrichtung 24 verbunden. Die Sonde 3 überträgt nicht nur einen Ultraschallimpuls, der einem Spannungssignal von der Ultraschall-Fehlererfas sungseinrichtung 24 entspricht, zu der äußeren Umfangsfläche 2a der Scheibe 2, son dern empfängt auch das reflektierte Echo des Ultraschallimpulses, wandelt es in ein Spannungssignal um und schickt das Spannungssignal zu der Ultraschall-Fehlererfas sungseinrichtung 24 zurück.

Die Ultraschall-Fehlererfassungseinrichtung 24 überträgt nicht nur ein Befehlssignal, das ein Spannungssignal umfasst, zu der Ultraschall-Fehlererfassungssonde 3 ent sprechend einem Befehl von der Steuereinheit 19 (die einen Personalrechner umfasst), sondern schickt die Fehlererfassungsinformation, die entsprechend den übertragen und empfangenen Signalen erhalten wird, zu der Steuereinheit 19 zurück. In Antwort darauf zeigt die Steuereinheit 19 die Wellenform eines Ultraschallechos auf einem Kathoden strahlröhrenschirm an.

Die Sonde 3 ist so konstruiert, dass sie sich um eine gegebene Strecke auf einer ge krümmten Linie bewegen kann, die vorhergehend entsprechend der Größe der Scheibe 2 bestimmt wird, und somit eine Abtastung entlang der Gleitoberfläche 2a der Scheibe 2 ausführen kann. Dies ermöglicht, die Fehler über die gesamte Oberfläche der Schei be 2 zu erfassen.

Die Fehlererfassung wurde entsprechend einem Wassereintauchverfahren durchge führt, wobei die folgenden Bedingungen verwendet wurden. Das heißt:
Sonde: Brennpunktssonde
Frequenz: 10 MHz

Die Fehlererfassung wurde derart durchgeführt, das der Brechungswinkel einer auf die Antriebsscheibenoberfläche 2a fallenden Ultraschallwelle auf einen Winkel von 30° ein gestellt wurde, und der Brechungswinkel der derart einfallenden Ultraschallwelle wurde auf einen Winkel von 5° eingestellt.

Als nächstes wurde unter Verwendung einer Scheibe, von der mit der obigen Fehlerer fassung bestimmt wurde, dass kein Fehler in einer Größe von 100 µm oder mehr über haupt vorhanden war, und einer Scheibe, von der bestätigt wurde, dass ein Fehler in einer Größe von 100 µm oder mehr vorhanden war, die Bestimmung der Lebensdauer dieser zwei Arten von Scheiben unter den folgenden Bedingungen mit einer stufenlos verstellbaren Toroidvorrichtung 30 durchgeführt, die in Fig. 4 gezeigt ist.

Auswertungsbedingung

Anzahl der Drehungen der Eingangswelle 400 UpM
Eingangsdrehmoment: 350 N m
verwendetes Öl: synthetisches Schmiermittel
Öltemperatur: 100°C

Es wird unten nun eine Beschreibung des stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebes 30 unter Bezugnahme auf Fig. 4 gegeben.

Das stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebes 30 weist eine Konstruktion auf, bei der in nerhalb eines Gehäuses (nicht gezeigt) eine Antriebsscheibe 31 und eine Abtriebs scheibe 32 auf derselben Welle, aber einander gegenüberstehend, angeordnet sind. Eine Antriebswelle 33 ist durch den axialen Kernabschnitt des Toroid-Getriebeab schnitts der Toroid-Getriebevorrichtung 30 des stufenlos verstellbaren Getriebes hin durchgeführt, die die Antriebsscheibe 31 und die Abtriebsscheibe 32 aufweist. An ei nem Ende der Antriebswelle 33 ist eine Lastkurve 35 angeordnet. Die Lastkurve 34 überträgt die Kraft (Drehkraft) der Antriebswelle 33 auf die Antriebsscheibe 31 durch ei ne Kurvenrolle 35.

Die Antriebsscheibe 31 und die Abtriebsscheibe 32 haben im Wesentlichen die gleiche Form und sind symmetrisch angeordnet. Ihre gegenseitig gegenüberstehenden Flächen sind jeweils als toroidförmige Oberflächen geformt; d. h., sie arbeiten derart zusammen, dass ihr Axialschnitt eine im Wesentlichen halbkreisförmige Form aufweist. Auch ist in nerhalb eines Ringhohlraums, der durch die toroidförmigen Oberflächen der Antriebs scheibe 31 und der Abtriebsscheibe 32 begrenzt ist, ein Paar Leistungswälzlager 36 und 37 für die Getrieboperation derart angeordnet, dass sie mit der Antriebsscheibe 31 und der Abtriebsscheibe 32 in Berührung sind.

Übrigens ist das Leistungswälzlager 36 von einem Leistungswälzteil 36a (das einer In nenbahn entspricht, die das Leistungswälzlager 36 bildet) gebildet, das auf der Toroid fläche der Antriebsscheibe 31 und der Abtriebsscheibe 32 abrollen kann, einer Außen bahn 36b und einer Mehrzahl von Wälzkörpern (Stahlkugeln) 36c gebildet. Andererseits ist das Leistungswälzlager 37 von einer Leistungswälzteil 37a (das einer Innenbahn entspricht, die das Leistungswälzlager 37 bildet), das auf den toroidförmigen Oberflä chen der Antriebsscheibe 31 und der Abtriebsscheibe 32 abrollen kann, einer Außen bahn 37b und einer Mehrzahl von Wälzkörpern (Stahlkugeln) 37c gebildet.

Das heißt, die Leistungswälzteil 36a dient auch als eine innere Laufbahn, die eine Ele mentkomponente des Leistungswälzlagers 36 ist, während die Leistungswälzteil 37a als eine innere Laufbahn dient, die eine Elementkomponente des Leistungswälzlagers 37 ist. Bei dieser Konstruktion ist die Leistungswälzteil 36a verschwenkbar und drehbar auf einem Drehzapfen 40 durch eine Schwenkwelle 38, die äußere Laufbahn 36b und die Mehrzahl von Wälzkörpern 36c angebracht, und gleichzeitig wird das Leistungswälzteil 36a derart gehalten, dass es um eine Schwenkwelle 50 geneigt werden kann, die als die Mitte der toroidförmigen Oberflächen der Antriebs- und Abtriebsscheibe 31 und 32 dient.

Andererseits ist das Leistungswälzteil 37a verschwenkbar und drehbar an einem Dreh zapfen 41 durch eine Schwenkwelle 39, die äußere Laufbahn 37b und die Mehrzahl von Wälzkörpern 37c angebracht, und gleichzeitig ist das Leistungswälzteil 37a derart ge halten, dass es um eine Schwenkwelle 50 geneigt werden kann, die als die Mitte der to roidförmigen Oberflächen der Antriebs- und Abtriebsscheibe 31 und 32 dient. Es wird ein Schmiermittel, das einen großen, viskosen Reibungswiderstand aufweist, wird den Berührungsflächen zwischen der Antriebs- und Abtriebsscheibe 31, 32 und den Lei stungswälzteile 36a, 37a zugeführt, wodurch die Antriebskraft auf die Antriebsscheibe 31 durch dünne Schmiermittelschichten und die Leistungswälzteile 36a, 37a auf die Abtriebsscheibe 32 übertragen werden kann.

Übrigens sind die Leistungswälzteile 36a und 37a von der Antriebswelle 33 (d. h., sie werden nicht direkt von der Kraft der Drehwelle 33 beeinflusst) durch Nadeln 45 unab hängig. An der Abtriebsscheibe 32 ist eine Abtriebswelle 44 angeordnet, die parallel zu der Antriebswelle 33 angeordnet und drehbar in dem Gehäuse (nicht gezeigt) durch Winkelberührungslager 42 gelagert ist.

Bei dem vorliegenden, stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebe 30 wird die Kraft der An triebswelle 33 auf die Lastkurve 34 übertragen. Und in dem Fall, wenn diese Kraftüber tragung die Lastkurve 34 dreht, wird die durch die Drehung der Lastkurve 34 hervorgerufene Kraft durch die Kurvenrolle 35 auf die Antriebsscheibe 31 übertragen, so dass die Antriebsscheibe 31 gedreht wird. Des Weiteren wird die durch die Drehung der An triebsscheibe 31 erzeugte Kraft durch die Leistungswälzteile 36a und 37a auf die Ab triebsscheibe 32 übertragen. In Antwort darauf wird die Abtriebsscheibe 32 einheitlich mit der Abtriebswelle 44 gedreht.

Bei der Übertragung können die Drehzapfen 40 und 41 um eine geringe Strecke in Richtung der Schwenkwelle 50 bewegt werden. Das heißt, aufgrund der axialen Bewe gungen der Drehzapfen 40 und 41, wird der Schnittpunkt zwischen den Drehwellen der Leistungswälzteile 36a, 37a und den Achsen der Antriebs- und Abtriebsscheibe 31, 32 etwas verschoben. Dies stört das Gleichgewicht zwischen der Umfangsdrehgeschwin digkeit der Leistungswälzteile 36a, 37a und der Umfangsdrehgeschwindigkeit der An triebsscheibe 31, und aufgrund einer Kraftkomponente der Drehantriebskraft der An triebsscheibe 31 werden die Leistungswälzteile 36a, 37a um die Schwenkwelle 50 her um geneigt gedreht.

Deshalb drehen sich die Leistungswälzteile 36a, 37a geneigt auf der gekrümmten Oberfläche der Antriebs- und Abtriebsscheibe 31, 32, mit dem Ergebnis, dass das Drehzahlverhältnis geändert wird, d. h., die Drehzahl wird erhöht oder verringert.

Hier zeigt Tabelle 2 die Ergebnisse der obenerwähnten Auswertung.

Tabelle 2

In Tabelle 2 ist eine Ausführungsform 1 eine Scheibe, die aus SCR 440 gebildet ist, wo hingegen eine Ausführungsform 2 eine Scheibe ist, die aus SCR 420 gebildet ist; d. h., sie unterscheiden sich in den Stahlarten voneinander. Jedoch wurde in keiner von ih nen irgendein Fehler mit einer Größe von 100 µm oder mehr erfasst, und bezugneh mend auf ihre Bruchdauer (Lebensdauer) wurde kein Fehler oder Bruch selbst nach ei ner Benutzung von mehr als 500 Stunden angetroffen.

Ferner ist die Ausführungsform 3 eine Scheibe, in der ein Fehler mit einer Größe von 50 um durch die Ultraschall-Fehlererfassung erfasst wurde. Jedoch wurde ähnlich wie bei den Ausführungsformen 1 und 2 kein Schaden oder Bruch selbst nach einer Benutzung von mehr als 500 Stunden angetroffen.

Andererseits wurde bei einem Vergleichsbeispiel 1 ein Fehler mit einer Größe von 100 µm erfasst, und die Bruchlebensdauer des Vergleichsbeispiels 1 hat sich zu 206 Stun den herausgestellt. Die Bruchposition bei dem Vergleichsbeispiel 1 fiel mit seiner Feh lerposition zusammen.

Ferner wurden bei dem Vergleichsbeispiel 2 ein Fehler mit einer Größe von ungefähr 500 µm und drei Fehler mit jeweils einer Größe von 100 µm erfasst. Die Bruchlebens dauer des Vergleichsbeispiels 2 war kurz, d. h., nur 53 Stunden.

Übrigens stimmte die Bruchposition des Vergleichsbeispiels 2 mit der erfassten Position des Fehlers überein, der eine Größe von ungefähr 500 µm besaß.

Fig. 5 ist nun eine grafische Darstellung der Eigenschaften der Proben, wobei die hori zontale Achse die Fehlergröße (µm) zeigt und die vertikale Achse die Bruchlebensdau er (Stunden) der Proben zeigt; und Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen der Größe der Fehler, die in einer Tiefe von 0,5 mm von der Oberflächen der Proben gefunden wurde, und den Bruchlebensdauern der Proben. Gemäß den Untersuchungsergebnissen sind die Bruchlebensdauern der entsprechenden Proben wie folgt: d. h., in dem Fall eines Fehlers mit einer Größe von 51 µm ist die Bruchlebensdauer der Probe 300 Stunden oder länger; d. h., in dem Fall eines Fehlers mit einer Größe von 72 µm ist die Bruchle bensdauer der Probe ungefähr 300 Stunden; in dem Fall eines Fehlers mit einer Größe von 93 µm ist die Bruchlebensdauer der Probe ungefähr 288 Stunden; in dem Fall eines Fehlers mit einer Größe von 101 µm ist die Bruchlebensdauer der Probe ungefähr 203 Stunden; in dem Fall eines Fehlers mit einer Größe von 115 µm ist die Bruchlebens dauer der Probe ungefähr 122 Stunden; in dem Fall eines Fehlers mit einer Größe von 131 µm ist die Bruchlebensdauer der Probe ungefähr 83 Stunden; in dem Fall eines Fehlers mit einer Größe von 154 µm ist die Bruchlebensdauer der Probe ungefähr 72 Stunden; in dem Fall eines Fehlers mit einer Größe von 203 µm ist die Bruchlebens dauer der Probe ungefähr 61 Stunden; in dem Fall eines Fehlers mit einer Größe von 257 µm ist die Bruchlebensdauer der Probe ungefähr 49 Stunden; in dem Fall eines Fehlers mit einer Größe von 309 µm ist die Bruchlebensdauer der Probe ungefähr 41 Stunden; und in dem Fall eines Fehlers mit einer Größe von 505 µm ist die Bruchle bensdauer der Probe ungefähr 28 Stunden. Dies zeigt, dass in dem Fall, wenn die Fehlergröße 100 µm (0,1 mm) überschreitet, die Bruchlebensdauer der Proben scharf und schwerwiegend verringert wird.

Fig. 6 ist nun eine grafische Darstellung der Eigenschaften der Proben, wobei die hori zontale Achse die Abstände (Fehlerposition) (mm) von der Oberfläche der Proben aus drückt und die vertikale Achse die Bruchlebensdauer (Stunden) der Proben ausdrückt. Fig. 5 zeigt die Beziehungen zwischen den Positionen der Fehler (Fehlergröße von 100 µm) und der Bruchlebensdauer der Proben. Entsprechend den Untersuchungsergeb nissen der Bestimmung sind die Bruchlebensdauern der entsprechenden Proben, wie folgt: d. h., in dem Fall einer Fehlerposition von 0,11 mm ist die Bruchlebensdauer der Probe ungefähr 31 Stunden; in dem Fall einer Fehlerposition von 0,23 mm ist die Bruchlebensdauer der Probe ungefähr 43 Stunden; in dem Fall einer Fehlerposition von 0,31 mm ist die Bruchlebensdauer der Probe ungefähr 55 Stunden; in dem Fall einer Fehlerposition von 0,41 mm ist die Bruchlebensdauer der Probe ungefähr 60 Stunden; in dem Fall einer Fehlerposition von 0,51 mm ist die Bruchlebensdauer der Probe un gefähr 153 Stunden; in dem Fall einer Fehlerposition von 0,55 mm ist die Bruchlebens dauer der Probe ungefähr 230 Stunden; in dem Fall einer Fehlerposition von 0,62 mm ist die Bruchlebensdauer der Probe ungefähr 254 Stunden; in dem Fall einer Fehlerpo sition von 0,71 mm ist die Bruchlebensdauer der Probe ungefähr 277 Stunden; in dem Fall einer Fehlerposition von 0,83 mm ist die Bruchlebensdauer der Probe ungefähr 291 Stunden; in dem Fall einer Fehlerposition von 0,91 mm ist die Bruchlebensdauer der Probe ungefähr 300 Stunden; in dem Fall einer Fehlerposition von 1,31 mm ist die Bruchlebensdauer der Probe ungefähr 300 Stunden. Dies zeigt, dass in dem Fall, wenn ein Fehler mit großer Größe innerhalb des Abstands von 0,5 mm von der Oberfläche der Proben entfernt vorhanden ist, die Bruchlebensdauer der Proben scharf und schwerwiegend verringert wird.

Verfahren zur Durchführung einer Ultraschall-Fehlererfassungsprüfung

Als nächstes wird eine Beschreibung eines Verfahrens zur Durchführung einer Ultra schall-Fehlererfassungsprüfung gegeben.

Bei diesem Verfahren wurde als Probe 2 die Antriebsscheibe 31 des stufenlos verstell baren Getriebes verwendet. Diese Probe 2 wird in Wasser in dem Wasserbehälter 11 zusammen mit einer Brennpunktssonde (Frequenz 10 MHz, Schwingerdurchmesser 6 mm) eingetaucht, die als die Ultraschall-Fehlererfassungssonde 3 dient, und in diesem Zustand wurde die Erfassung von Fehlern, die in dem Bereich bis auf eine Tiefe von 2 mm vorhanden sind, die Tiefe als die maximale Scherbelastungsposition der vorliegen den Antriebsscheibe von der Gleitoberfläche der Probe 2 ist, sowie die Erfassung von Fehlern, die in dem tieferen Bereich vorhanden sind, mittels der Drehung der Probe 2 und der Bewegung der Sonde 3 in der Axialrichtung der Probe 2 durchgeführt, wodurch Fehler über den gesamten Querschnitt der Probe 2 erfasst werden.

Übrigens wurde in dem Fall der schrägen Fehlererfassung bis auf eine Tiefe von 2 mm von gerade unterhalb der Laufbahnoberfläche der Probe 2 die Wasserstrecke (d. h., der Abstand zwischen der inneren Umfangsoberfläche des Lagerrings 2 und der Ultra schall-Fehlererfassungssonde 3) auf 20 mm eingestellt, und in dem Fall der vertikalen Fehlererfassung in dem Bereich tiefer als 2 mm wurde die Wasserstrecke auf 15 mm eingestellt.

Zuerst wird auf die Erfassung eines Fehlers in dem Bereich bis hinab zu 2 mm von un mittelbar unterhalb der Laufbahnoberfläche der Probe 2 Bezug genommen, wobei, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, ein Prüfteil, das einen künstlichen Fehler mit einer Länge von 10 mm, einer Weite von 0,5 mm und einer Tiefe von 0,5 mm aufwies, so hergestellt, dass er senkrecht zu der Fehlererfassungsrichtung (Umfangsrichtung) ist, und unter Verwen dung der Ultraschall-Fehlererfassungsvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, wurde der Einfallswinkel (d. h., ein Winkel, unter dem eine Ultraschallwelle zu der Umfangsrichtung in Bezug auf eine Normale auf der Laufbahnoberfläche geneigt ist) einer Ultraschall welle, die von der Ultraschall-Fehlererfassungssonde 3 übertragen wird, im Bereich von 5-35° verändert, um dadurch den Fehler zu erfassen. Als Ergebnis wurde, wie in Fig. 8 gezeigt, der künstliche Fehler innerhalb des Einfallswinkelbereiches von 10-30° durch die gegenwärtige schräge Fehlererfassung erfasst, und, wenn der Einfallswinkel auf 30° eingestellt wurde, konnte die empfindlichste Fehlererfassungsbedindung bereitgestellt werden.

Auch konnte ebenso in dem Fall eines Einfallswinkels von 10° eine hohe Fehlererfas sungsempfindlichkeit erhalten werden. Jedoch sind in diesem Fall ein Oberflächenecho und ein Fehlerecho (ein Signal, das nur ausgegeben wird, wenn ein Fehler vorhanden ist) in ihrer Position nahe beieinander (der Abstand der maximalen Höhe). Obgleich sie visuell voneinander unterschieden werden können, ist es im Fall einer automatischen Fehlererfassung schwierig, sie voneinander zu unterscheiden. Aus diesem Grund wird bevorzugt, die Bedingung des Einfallswinkels von 25-30° zu verwenden, bei der die zwei Echos ausreichend voneinander beabstandet sind.

Als nächstes wurde, wenn die Fehlererfassung bei dem Einfallswinkel von 10° (siehe Fig. 9) und bei dem Einfallswinkel von 30° (siehe Fig. 10) durchgeführt wurde, die Wel lenform eines reflektierten Echos beobachtet, das auf dem Kathodenstrahlröhrenschirm angezeigt wurde. Als Ergebnis dieser Beobachtung stellte sich heraus, dass der Ab stand zwischen dem Oberflächenecho und dem Fehlerecho bei dem Einfallswinkel von 10° geringer als bei dem Einfallswinkel von 30° ist.

Als nächstes wurde, wie es in Fig. 11 gezeigt ist, ein zweites Prüfteil, das einen künstli chen Fehler mit einer Länge von 10 mm, einer Weite von 0,5 mm und einer Tiefe von 0,5 mm aufwies, in der Laufbahnoberfläche der Probe 2 derart hergestellt, dass er senkrecht zu der Fehlererfassungsrichtung (Umfangsrichtung) ist, und unter Verwen dung der Ultraschall-Fehlererfassungsvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, wurde der Einfallswinkel (d. h., ein Winkel, unter dem eine Ultraschallwelle in der Umfangsrichtung in Bezug auf eine Normale auf die Laufbahnoberfläche geneigt ist) einer von der Ultra schall-Fehlererfassungssonde 3 ausgesandten Ultraschallwelle im Bereich von 5-35° verändert, um dadurch den Fehler zu erfassen.

Als Ergebnis hiervon wurde der künstliche Fehler in dem Einfallswinkelbereich von 10-30° durch die vorliegende, schräge Fehlererfassung (siehe Fig. 12) erfasst. Wenn nun der Einfallswinkel auf 30° eingestellt war, konnte die empfindlichste Fehlererfassungs bedingung bereitgestellt werden.

Auch im Fall eines Einfallswinkels von 10° konnte ebenfalls eine hohe Fehlererfas sungsempfindlichkeit erhalten werden. Jedoch sind in diesem Fall das Oberflächenecho und das Fehlerecho in ihren Positionen nahe beieinander (d. h. der Abstand der maxi malen Höhe). Aus einem ähnlichen Grund wie oben wird bevorzugt, die Bedingung des Einfallswinkels von 25-30° zu verwenden, bei der die zwei Echos ausreichend weit von einander beabstandet sind.

Als nächstes wird die Beschreibung eines Falls gegeben, bei dem der Einfallswinkel größer als 30° bei dem schrägen Fehlererfassungsverfahren ist.

Wie es klar in Fig. 13 gezeigt ist, wird in dem Fall, wenn eine Ultraschallwelle in eine aus Eisen oder Stahl gebildete Probe unter einem Einfallswinkel i_L eintritt, in eine Quer welle und eine Längswelle derart unterteilt, dass der Brechungswinkel θ_L der Längswel le < Brechungswinkel θ_S der Querwelle ist. Wenn eine Ultraschallwelle durch Wasser und Eisen hindurch übertragen wird, besitzen der Einfallswinkel und der Brechungswin kel der Ultraschallwelle, wenn nur die Querwelle betrachtet wird, die Beziehungen, die in den folgenden Gleichungen (1) und (2) gezeigt sind. Das heißt:

sin θ_S = C₂/C₁ sin i_L (1)

sin θ_S = 3220/1500 sin (i_L) (2)

worin θ_S < 90°
C₁: Schallgeschwindigkeit in Wasser 1500 m/s und
C₂: Schallgeschwindigkeit in Eisen 3230 m/s.

Die Ultraschall-Fehlererfassungssonde 3 ist nur ein Signalgeber sondern ein Signa lempfänger. Wenn die Ultraschall-Fehlererfassungssonde 3 ein Signal (ein Fehlersi gnal) empfängt, kehrt das Signal über einen umgekehrten Weg zurück (d. h., das Signal läuft auf dem selben Weg umgekehrt wie das ausgegebene Signal). Das Echo kehrt von dem Eisen oder Stahl zu dem Wasser zurück. Das zurückkehrende Signal kann entweder eine Querwelle oder eine Längswelle sein, oder die Quer- und Längswelle können beide zurückgeführt werden.

In dem Fall, wenn der Einfallswinkel i_L gleich oder größer als ein gewisser Wert ist, ist der Brechungswinkel in Stahl gleich oder größer als 90°, und ein Fehlersignal läuft auf der Oberfläche der Probe oder wird von der Oberfläche reflektiert wird, so dass das Fehlersignal nicht in die Ultraschall-Fehlererfassungssonde 3 zurückkehrt.

Wie es oben beschrieben wurde, ist in dem Fall des Einfallswinkels i_L der Berechungs winkel θ_V der Längswelle < der Brechungswinkel θ_S der Querwelle, und es kann entwe der eine Querwelle bei θ_S oder einer Längswelle bei θ_S zurückgeführt werden. Deshalb müssen wir nur die Grenze eines Einfallswinkels untersuchen, bei dem die Längswelle bei θ_S zurückkehrt.

Die Grenze des Einfallswinkels ist zu diesem Zeitpunkt theoretisch unter der Annahme, dass θ_S: 90° ist, ungefähr 28° entsprechend den obigen Gleichungen (1) und (2). Je doch wird tatsächlich eine Schallwelle mit einem gewissen Weitenmaß ausgegeben, und somit können Fehler ausreichend bis zu einem Einfallswinkel von 30° erfasst wer den. Deshalb wird, wie es in Fig. 8 und 9 gezeigt ist, in dem Fall, wenn der Einfallswin kel 30° überschreitet, ein Signal plötzlich gedämpft. Das heißt, die obere Grenze des Einfallswinkels bei der Fehlererfassung mit geneigtem Winkel ist 30°.

Als nächstes wird unten die Beschreibung eines Fehlers in einem tieferen Bereich als 2 mm gerade unterhalb der Laufbahnoberfläche der Probe 2 gegeben.

Wie es in Fig. 14 gezeigt ist, wurde ein drittes Prüfteil 50, das drei einzelne Löcher (künstliche Fehler) von jeweils 0,5 mm ϕ in Tiefenposition von 3,5 und 9 mm in der Laufbahnoberfläche des Lagerrings der Probe 2 derart hergestellt, dass sie senkrecht zu der Fehlererfassungsrichtung (Umfangsrichtung) waren, und unter Verwendung der in Fig. 1 gezeigten Ultraschall-Fehlererfassungsvorrichtung wurde der Einfallswinkel (ein Winkel, unter dem eine Ultraschallwelle in der Umfangsrichtung in Bezug auf eine Normale auf die Laufbahnoberfläche geneigt ist), einer Ultraschallwelle, die von der Ultraschall-Fehlererfassungssonde 3 übertragen wird, in dem Bereich von 0-30° verän dert, um dadurch die Fehler des Prüfteils zu erfassen.

Als Ergebnis hiervon konnten alle künstlichen Fehler richtig in dem Einfallswinkelbe reich von 0-10° bei der senkrechten Fehlererfassung erfasst werden. Bei allen Fehlern an den drei Positionen konnte, wenn der Einfallswinkel in dem Bereich von 0-5° einge stellt wurde, die empfindlichste Fehlererfassungsbedingung geschaffen werden. (Siehe Fig. 15.)

Dies zeigt, dass der Einfallswinkel vorzugsweise in dem Bereich von 0-5° eingestellt werden kann. Auch liefert, wenn der Einfallswinkel 0° ist, die Fortpflanzung der vertika len Welle die kürzeste Entfernung in Bezug auf den Fehler, und somit wird der Abstand zwischen dem Oberflächenecho und dem Fehlerecho verkürzt. Deshalb kann der Ein fallswinkel vorzugsweise in einem gewissen Maß geneigt werden, und am bevorzugte sten kann der Einfallswinkel bei einen Winkel von 5° eingestellt werden.

Als nächstes werden zusätzlich zu dem Erfassungsverfahren, wie es in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, andere konkrete Beispiele zur Erfassung und Bestimmung eines Fehlers bei Bauteilen eines stufenlos veränderbaren Toroid-Getriebes kurz erläutert.

Als Wälzelement des stufenlos veränderbaren Toroid-Getriebes gibt es eine Antriebs scheibe, eine Abtriebsscheibe, einen inneren Ring eines Leistungswälzlagers und einen äußeren Ring des Leistungswälzlagers.

Wie es in Fig. 16A gezeigt ist, wird ein erwünschter Bereich unterhalb der zu messen den Oberfläche der Antriebs- oder Abtriebsscheibe durch die Ultraschall-Erfassungs sonde (nicht gezeigt) erfasst, während die Antriebs- oder Abtriebsscheibe um ihre Drehachse X herum gedreht und die Ultraschall-Erfassungssonde (nicht gezeigt) durch eine Positionssteuerung (nicht gezeigt). von der Scheibe fort oder nahe zu ihr bewegt wird, damit ein vorbestimmter Abstand bewahrt wird. Das heißt, die Fläche wird zusammen mit der zu messenden Oberfläche abgetastet und erfasst, während die Sonde in Bezug auf die Scheibe nicht nur in einer zu der Drehachse X parallelen Richtung, sondern auch in einer zu der Drehachse X senkrechten Richtung bewegt wird, wie es durch die Pfeile Y1, Y2, Z1 und Z2 gezeigt ist.

Ebenso wie bei der Erfassung der Scheibe unter Bezugnahme auf Fig. 16B wird der erwünschte Bereich unterhalb der zu messenden Oberfläche des inneren Rings des Leistungswälzteils durch die Ultraschall-Erfassungssonde (nicht gezeigt) erfasst, wäh rend die Antriebs- oder Abtriebsscheibe um ihre Drehachse X herum gedreht wird und die Ultraschall-Erfassungssonde (nicht gezeigt) durch eine Positionssteuerung (nicht gezeigt) von der Scheibe fort oder nahe zu ihr bewegt wird, damit ein vorbestimmter Abstand bewahrt wird. Das heißt, die Fläche wird zusammen mit der zu messenden Oberfläche abgetastet und erfasst, während die Sonde in Bezug auf die Scheibe nicht nur in einer zu der Drehachse X parallelen Richtung, sondern auch in einer zu der Drehachse X senkrechten Richtung bewegt wird, wie es durch die Pfeile Y1, Y2, Z1 und Z2 gezeigt ist.

Ebenso wird bei der Erfassung der Scheibe unter Bezugnahme auf Fig. 16C der er wünschte Bereich unterhalb der zumessenden Oberfläche des äußeren Rings der Lei stungswälzteil durch die Ultraschall-Erfassungssonde (nicht gezeigt) erfasst, während die Antriebs- oder Abtriebsscheibe um ihre Drehachse X herum gedreht wird und die Ultraschall-Erfassungssonde (nicht gezeigt) durch eine Positionssteuerung (nicht ge zeigt) von der Scheibe fort oder nahe zu ihr bewegt wird, damit ein vorbestimmter Ab stand bewahrt wird. Das heißt, die Fläche wird zusammen mit der zu messenden Ober fläche abgetastet und erfasst, während die Sonde in Bezug auf die Scheibe nicht nur in einer zu der Drehachse X parallelen Richtung, sondern auch in einer zu der Drehachse X senkrechten Richtung bewegt wird, wie es durch die Pfeile Y1, Y2, Z1 und Z2 gezeigt ist.

Entsprechend der Erfindung kann eine Scheibe für ein stufenlos verstellbares Getriebe geliefert werden, bei der die begrenzte Anzahl von Einschlüssen in größerer Größe als 100 µm oder mehr in der Nähe ihrer Oberfläche hergestellt werden kann und die einen relativ großen Biegebelastungswert aufweist, indem das Material der Scheibe des stu fenlos verstellbaren Getriebes unter Verwendung einer zerstörungsfreien Untersuchung ausgewählt wird, und wodurch die Zuverlässigkeit hervorragend verbessert wird.

Während die Erfindung in Verbindung mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung beschrieben wurde, ist es für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet offen sichtlich, dass verschiedene Änderungen und Abänderungen an ihr gemacht werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen, und es ist deshalb beabsichtigt, mit den beigefügten Ansprüchen alle solche Änderungen und Abänderungen abzudecken, die in den wahren Gedanken und Bereich der Erfindung fallen.

Claims

1. Ein Bauteil für ein stufenlos verstellbares Toroid-Getriebe, gekennzeichnet durch: ein Wälzelement, das aus Stahl hergestellt und eine bei 0,4 mm oder weniger von seiner Oberfläche entfernt gebildete Schicht aufweist, wobei die Schicht keinen nichtmetallischen Einschluss mit einem maximalen Durchmesser von 0,115 mm oder mehr aufweist.

2. Das Bauteil für ein stufenlos verstellbares Toroid-Getriebe, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Durchmesser des nichtmetalli schen Einschlusses, der in der Schicht angeordnet ist, kleiner als 0,115 mm ist.

3. Das Bauteil für ein stufenlos verstellbares Toroid-Getriebe, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzelement zumindest eine Antriebs scheibe, eine Abtriebsscheibe, ein innerer Ring eines Leistungswälzlagers oder ein äußerer Ring des Leistungswälzlagers ist, die das stufenlos veränderbare Toroid-Getriebe bilden.

4. Ein Bauteil für ein stufenlos verstellbares Toroid-Getriebe, gekennzeichnet durch: ein Wälzelement, das aus Stahl hergestellt und eine bei 0,5 mm oder weniger von seiner Oberfläche entfernt gebildete Schicht aufweist, wobei die Schicht keinen nichtmetallischen Einschluss mit einem maximalen Durchmesser von 0,1 mm oder mehr aufweist.

5. Das Bauteil für ein stufenlos verstellbares Toroid-Getriebe, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Durchmesser des nichtmetalli schen Einschlusses, der in der Schicht angeordnet ist, kleiner als 0,1 mm ist.

6. Das Bauteil für ein stufenlos verstellbares Toroid-Getriebe, nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzelement zumindest eine Antriebs scheibe, eine Abtriebsscheibe, ein innerer Ring eines Leistungswälzlagers oder ein äußerer Ring des Leistungswälzlagers ist, die das stufenlos veränderbare Toroid-Getriebe bilden.

7. Ein Verfahren zur Untersuchung eines Bauteils eines stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebes, das ein Wälzelement aus Stahl aufweist, wobei das Verfah ren gekennzeichnet ist durch
Anordnen einer erwünschten Oberfläche des zu messenden Wälzteils und einer Ultraschall-Erfassungssonde in einem Ultraschallwellen-Übertragungsmedium;
Senden einer Ultraschallwelle mit einer Frequenz im Bereich von 5 MHz-30 MHz von der Ultraschall-Erfassungssonde zu dem Rollteil durch das Ultra schallwellen-Übertragungsmedium hindurch, und
Erfassen und Auswerten eines nichtmetallischen Einschlusses, der in dem Be reich von 0,5 mm oder weniger von der erwünschten Oberfläche des Rollteils entfernt vorhanden ist, entsprechend einem von dem Rollteil reflektierten Ultra schallecho;
Ausscheiden des Rollteils, wenn der derart erfasste nichtemetallische Ein schluss den maximalen Durchmesser von 0,1 mm oder mehr aufweist.

8. Das Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultra schallwelle zu dem Rollteil zumindest einem schrägen Fehlererfassungsverfah ren und einem vertikalen Fehlererfassungsverfahren entsprechend übertragen wird.

9. Das Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das schräge Fehlererfassungsverfahren unter der Bedingung durchgeführt wird, dass ein Einfallswinkel in Bezug auf die erwünschte Oberfläche des Wälzteils in einem Bereich von 10 Grad bis 30 Grad ist, und das vertikale Fehlererfassungsverfah ren unter der Bedingung durchgeführt wird, dass ein Einfallswinkel in Bezug auf die Oberfläche des Lagerrings in einem Bereich von 0 Grad bis 10 Grad ist.

10. Das Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfas sungs- und Auswertungsschritt umfasst, das Wälzteil um seine Achse zu dre hen.

11. Das Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfas sungs- und Auswertungsschritt des Weiteren umfasst, die Sonde so zu bewe gen, dass ein vorbestimmter Abstand zwischen dem Wälzteil und der Sonde beibehalten wird.

12. Das Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfas sungs- und Auswertungsschritt umfasst:
Drehen des Wälzteils um seine Drehachse, und
relatives Bewegen des Wälzteils und der Sonde entlang seiner Drehachse und in einer im Wesentlichen zu der Drehachse senkrechten Richtung derart, dass ein vorbestimmter Abstand zwischen der erwünschten Oberfläche des Wälzteils, das gemessen werden soll, und der Sonde beibehalten wird,
wodurch die gesamte erwünschte Oberfläche des Wälzteils mit der Sonde abgetastet wird.