DE10146225A1 - Stufenloses Toroidgetriebe - Google Patents

Abstract

In einem stufenlosen Toroidgetriebe sind die inneren und äußeren Oberflächen einer Halteeinrichtung, die Wälzelemente eines Schubwälzlagers hält, das zwischen einer Antriebsrolle und einem Drehzapfen des Getriebes vorgesehen ist, mit ausgesparten Nuten versehen, die als Schmieröl-Strömungskanäle dienen, die eine Strömung von Schmieröl in Taschen der Halteeinrichtung zulassen. Wenn die axiale Tiefe der ausgesparten Nut durch H gegeben ist und die Breite der ausgesparten Nut in Umfangsrichtung durch 2L gegeben ist, ist die Ungleichung 0,29 H/L 0,88 erfüllt. Dadurch kann in dem stufenlosen Toroidgetriebe eine Beschädigung der Halteeinrichtung verhindert werden, gleichzeitig kann der Schmierungswirkungsgrad des Schubwälzlagers verbessert werden.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der stufenlosen Toroid­ getriebe, die beispielsweise als Kraftübertragungseinheit in einem Automatikgetriebe für Fahrzeuge oder als Kraft­ übertragung für verschiedene Arten von industriellen Ma­ schinen verwendet werden.

Eine Kraftübertragungseinheit, die in einem Automatikge­ triebe für Fahrzeuge verwendet wird, etwa ein stufenloses Toroidgetriebe, das allgemein in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist, ist in einigen Bereichen der Fahrzeugindustrie untersucht und durchgesetzt worden. Beispielsweise ist JP Sho 62-71645-A ein stufenloses Toroidgetriebe bekannt, das eine antriebsseitige Scheibe 2, die von einer An­ triebswelle 1 konzentrisch unterstützt ist, und eine ab­ triebsseitige Scheibe 4 am Endabschnitt einer Abtriebs­ welle 3 umfaßt. Auf der inneren Oberfläche eines Gehäu­ ses, in dem das stufenloses Toroidgetriebe untergebracht ist, oder an Unterstützungsarmen, die im Gehäuse angeord­ net sind, sind Drehzapfen 6 angeordnet, die um ihre je­ weiligen Schwenkwellen 5 geschwenkt werden können, die an versetzten Positionen in bezug auf die Antriebswelle 1 bzw. die Abtriebswelle 3 angeordnet sind.

Genauer sind die Drehzapfen 6 folgendermaßen angeordnet. Ihre jeweiligen Schwenkwellen 5 sind an den äußeren Oberflächen der beiden Endabschnitte der Drehzapfen 6 in der Weise angeordnet, daß sie zueinander konzentrisch sind und sich senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zur Richtung der Antriebs- und Abtriebswellen 1 bzw. 3 erstrecken. Außerdem sind an den entsprechenden Drehzap­ fen 6 Verschiebungswellen 7 in der Weise angeordnet, daß die Basisendabschnitte der Verschiebungswellen 7 an den mittigen Abschnitten ihrer jeweiligen Drehzapfen 6 unter­ stützt sind. Wenn die Drehzapfen 6 um ihre zugeordneten Schwenkwellen 5 geschwenkt werden, können die Neigungs­ winkel der Verschiebungswellen 7 beliebig eingestellt werden. Weiterhin sind an den Umfangsflächen der Ver­ schiebungswellen 7, die an ihren entsprechenden Drehzap­ fen 6 unterstützt sind, Antriebsrollen 8 in der Weise unterstützt, daß sie gedreht werden können. Die Antriebs­ rollen 8 werden durch die eingangsseitigen und ausgangs­ seitigen Scheiben 2, 4 und zwischen ihnen gehalten. Die einander gegenüberliegenden inneren Oberflächen 2a, 4a der antriebsseitigen bzw. abtriebsseitigen Scheiben 2, 4 besitzen jeweils eine konkave Oberfläche, deren Quer­ schnitt bogenförmig ist, wobei ein Punkt auf der Mit­ telachse der Schwenkwelle 5 das Krümmungszentrum des Bo­ gens bildet. Die Umfangsflächen 8a der Antriebsrollen 8, die jeweils als sphärisch konvexe Oberflächen ausgebildet sind, sind mit den inneren Oberflächen 2a, 4a der an­ triebsseitigen und abtriebsseitigen Scheiben 2, 4 in Kontakt.

Außerdem ist zwischen die Antriebswelle 1 und die an­ triebsseitige Scheibe 2 eine Preßvorrichtung 9 des Bela­ stungsnocken-Typs in der Weise eingefügt, daß die Preß­ vorrichtung 9 die antriebsseitige Scheibe 2 elastisch zur abtriebsseitigen Scheibe 4 schiebt. Die Preßvorrichtung 9 ist aus einer Nockenplatte 10, die zusammen mit der Antriebswelle 1 drehbar ist, und aus mehreren (beispiels­ weise vier) Rollen 12, die jeweils durch eine Halteein­ richtung 11 gehalten werden, gebildet. Auf einer Seiten­ oberfläche (in den Fig. 6 und 7 auf der linken Seiten­ oberfläche) der Nockenplatte 10 ist eine Nockenoberfläche 13 ausgebildet, die eine konkav-konvexe Oberfläche ist, die sich in Umfangsrichtung der Nockenplatte 10 er­ streckt. An der äußeren Oberfläche (in den Fig. 6 und 7 auf der rechten Oberfläche) der antriebsseitigen Scheibe 2 ist ebenfalls eine Nockenoberfläche 14 ausgebildet, die der Nockenfläche 13 ähnlich ist. Ferner sind die mehreren Rollen 12 in der Weise unterstützt, daß sie um eine Achse drehbar sind, die sich in bezug auf das Zentrum der Antriebswelle 1 radial erstreckt.

Wenn in dem stufenlosen Toroidgetriebe mit dem obenbe­ schriebenen Aufbau die Nockenplatte 10 zusammen mit der Antriebswelle 1 gedreht wird, preßt die Nockenoberfläche 13 die mehreren Rollen 12 gegen die auf der äußeren Oberfläche der antriebsseitigen Scheibe 2 ausgebildete Nockenoberfläche 14. Deshalb wird die antriebsseitige Scheibe 2 gegen die mehreren Antriebsrollen 8 gepreßt, gleichzeitig wird die antriebsseitige Scheibe 2 entspre­ chend den gegenseitigen Preßwirkungen zwischen dem Paar Nockenoberflächen 13, 14 und den mehreren Antriebsrollen 8 gedreht. Die Drehung der antriebsseitigen Scheibe 2 wird über die mehreren Antriebsrollen 8 an die abtriebs­ seitige Scheibe 4 übertragen, wodurch die Abtriebswelle 3 gedreht wird, die mit der abtriebsseitigen Scheibe 4 drehfest verbunden ist.

Im folgenden wird beschrieben, daß die Drehzahlen der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 3 geändert werden. Um zunächst die Drehzahl zwischen der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 3 zu verringern, können die Drehzapfen 6 in einer gegebenen Richtung um ihre zugeordneten Schwenkwellen 5 geschwenkt werden. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, können die Verschiebungswellen 7 entsprechend in der Weise geneigt werden, daß die Umfangsoberflächen 8a der Antriebsrollen 8 mit dem Abschnitt in der Nähe des Zen­ trums der inneren Oberfläche 2a der antriebsseitigen Scheibe 2 und mit dem Abschnitt in der Nähe des äußeren Umfangs der inneren Oberfläche 4a der abtriebsseitigen Scheibe 4 in Kontakt gelangen. Andererseits können bei einer Zunahme der Drehzahl die Drehzapfen 6 in der zu der obigen Richtung entgegengesetzten Richtung geschwenkt werden. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, können die Verschie­ bungswellen 7 in der Weise geneigt werden, daß die Um­ fangsoberflächen 8a der Antriebsrollen 8 mit dem Ab­ schnitt in der Nähe des äußeren Umfangs der inneren Oberfläche 2a der antriebsseitigen Scheibe 2 und mit dem Abschnitt in der Nähe des Zentrums der inneren Oberfläche 4a der abtriebsseitigen Scheibe 4 in Kontakt gelangen. Wenn übrigens die Neigungswinkel der Verschiebungswellen 7 auf einen Wert zwischen jenen, die in den Fig. 6 und 7 gezeigt sind, eingestellt werden, kann ein Zwischenüber­ setzungsverhältnis zwischen der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 3 erhalten werden.

Fig. 8 zeigt ein stufenloses Toroidgetriebe, das aus JP Sho 62-199557-A bekannt ist. Dieses Getriebe ist eine Variante speziell für Fahrzeuge. Genauer wird bei diesem stufenlosen Toroidgetriebe die Drehung einer im Motor des Fahrzeugs vorgesehenen Kurbelwelle über eine Kupplung 15 an eine Antriebswelle 16 übertragen, wodurch die Nocken­ platte 10 gedreht wird, die mittels einer Keilnutverbin­ dung mit dem Zwischenabschnitt der Antriebswelle 16 verbunden ist. Aufgrund der Betätigung einer die Nocken­ platte 10 enthaltenden Preßvorrichtung 9 wird die an­ triebsseitige Scheibe 2 nach links in Fig. 8 zur ab­ triebsseitigen Scheibe 4 geschoben und gedreht. Die Drehung der antriebsseitigen Scheibe 2 wird an die ab­ triebsseitige Scheibe 4 über Antriebsrollen 8 übertragen.

Die abtriebsseitige Scheibe 4 ist an der Umfangsfläche der Antriebswelle 16 durch ein Nadelwälzlager 17 unter­ stützt. Außerdem ist eine zylindrische Abtriebswelle 18, die einteilig mit der abtriebsseitigen Scheibe 4 ausge­ bildet ist, in einem Gehäuse 19 durch ein Schrägkugella­ ger 20 unterstützt. Andererseits ist ein Ende (in Fig. 8 das rechte Ende) der Antriebswelle 16 in dem Gehäuse 19 durch ein Wälzlager 21 drehbar unterstützt. Hierbei ist das andere Ende in dem Gehäuse 19 durch ein Schrägkugel­ lager 22 über eine Buchse 23 drehbar unterstützt.

Ein Kraftübertragungszahnrad 26, das einteilig aus einem antriebsseitigen Vorwärtszahnrad 24 und aus einem an­ triebsseitigen Rückwärtszahnrad 25 gebildet ist, ist mit der äußeren Umfangsfläche der Abtriebswelle 18 mittels einer Keilnut verbunden. Wenn das Fahrzeug vorwärts fährt, wird das Kraftübertragungszahnrad 26 nach rechts in Fig. 8 bewegt, wodurch das antriebsseitige Vorwärts­ zahnrad 24 in direkten Eingriff mit einem angetriebenen Vorwärtszahnrad 28 gebracht wird, das im Zwischenab­ schnitt einer Entnahmewelle 27 angeordnet ist. Wenn das Fahrzeug andererseits rückwärts fährt, wird das Kraft­ übertragungszahnrad 26 nach links in Fig. 8 bewegt, wodurch das antriebsseitige Rückwärtszahnrad 25 über ein (nicht gezeigtes) Zwischenzahnrad mit einem angetriebenen Rückwärtszahnrad 29, das im Zwischenabschnitt der Abnah­ mewelle 27 angeordnet ist, in Eingriff gebracht wird.

Wenn das stufenlose Toroidgetriebe mit dem obenbeschrie­ benen Aufbau verwendet wird, kann die Entnahmewelle 27 dann, wenn die Antriebswelle 16 über die Kupplung 15 durch den Motor gedreht wird, um das Kraftübertragungs­ zahnrad 26 in einer geeigneten Richtung zu bewegen, in einer beliebigen Richtung gedreht werden. Wenn die jewei­ ligen Drehzapfen 6 geschwenkt werden, um die Kontaktposi­ tionen zwischen den Umfangsoberflächen 8a der Antriebs­ rollen 8 und den inneren Oberflächen 2a, 4a der antriebs­ seitigen und abtriebsseitigen Scheiben 2, 4 zu ändern, kann das Drehzahlverhältnis zwischen der Antriebswelle 16 und der Entnahmewelle 27 geändert werden.

Wenn das stufenlose Toroidgetriebe mit dem obenbeschrie­ benen Aufbau in Betrieb ist, wird entsprechend einer Betätigung der Preßvorrichtung 9 die antriebsseitige Scheibe 2 zur abtriebsseitigen Scheibe 4 geschoben. In­ folgedessen wird als Gegenkraft, die durch den obigen Druck erzeugt wird, eine Schublast nach rechts in Fig. 8 auf die Antriebswelle 16 ausgeübt, welche die Nocken­ platte 10, die die Preßvorrichtung 9 bildet, aufnimmt. Diese Schublast wird durch das Kugellager 22 über die Buchse 23 sowie über eine Mutter 30, die mit dem Endab­ schnitt der Antriebswelle 16 verschraubt ist, aufgenom­ men. Aufgrund des Betriebs der Preßvorrichtung 9 wird über die antriebsseitigen und abtriebsseitigen Scheiben 2, 4 sowie über die Antriebsrollen 8 eine Schublast nach links in Fig. 8 auf die Abtriebswelle 18 ausgeübt. Diese Schublast wird durch das Kugellager 20 über einen An­ schlagring 31 unterstützt, der an der äußeren Oberfläche der Abtriebswelle 18 mittels Preßpassung angebracht ist.

Wenn das stufenlose Toroidgetriebe mit dem obenbeschrie­ benen Aufbau in Betrieb ist, werden nicht nur die Schub­ lasten auf die Antriebswelle 16 und die Abtriebswelle 18 ausgeübt, sondern es werden auch Schublasten auf die Antriebsrollen 8 ausgeübt. Aus diesem Grund sind zwischen den Antriebsrollen 8 und ihren zugehörigen Drehzapfen 6 Schubwälzlager 32 eingefügt; d. h., daß die auf die Antriebsrollen 8 ausgeübten Schublasten durch diese Schubwälzlager 32 unterstützt werden. Diese Schubwälzla­ ger 32 sind jeweils aus mehreren Wälzkörpern 33, einer Halteeinrichtung 34 zum Halten der mehreren Wälzkörper 33 in der Weise, daß sie darin frei rollen können, und einer äußeren Laufbahn 35 gebildet. Diese mehreren Wälzkörper 33 sind jeweils aus einem Lagerstahl oder aus einer Keramik kugelförmig oder in Form einer konischen Walze ausgebildet. Diese Wälzkörper 33 können mit den Laufbahn­ oberflächen (d. h. mit den inneren Laufbahnoberflächen), die an den äußeren Stirnflächen der Antriebsrollen 8 ausgebildet sind, sowie mit den Laufbahnoberflächen (d. h. den äußeren Laufbahnen), die an den inneren Ober­ flächen der äußeren Laufbahnen 35 ausgebildet sind, in Wälzkontakt sein. Die Halteeinrichtung 34 ist aus Metall oder Kunstharz ringförmig gebildet. Sie enthält mehrere Taschen 36, die in einem radialen Zwischenbereich in der Weise ausgebildet sind, daß sie in regelmäßigen Interval­ len in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Die Wälzkörper 33 werden in diesen Taschen 36 jeweils einzeln und rollfähig gehalten. Die äußeren Laufbahnen 35, wovon jede aus einem Lagerstahl oder aus Keramik kreisförmig gebildet ist, liegen an den inneren Oberflächen ihrer zugeordneten Drehzapfen 6 über Schublager 37 an (siehe Fig. 9, die später beschrieben wird).

Wenn das stufenlose Toroidgetriebe in Betrieb ist, drehen sich die obenbeschriebenen Schubwälzlager 32 mit hoher Drehzahl und unterstützen dabei die auf ihre zugeordneten Antriebsrollen ausgeübten Schublasten. Wenn daher das stufenlose Toroidgetriebe in Betrieb ist, muß den ent­ sprechenden Schubwälzlagern 32 eine ausreichende Menge Schmieröl zugeführt werden. Herkömmlicherweise sind in einem Teil der äußeren Laufbahn 35, wie in Fig. 9 gezeigt ist, eine oder mehrere Ölzufuhrbohrungen 38 ausgebildet, wobei das Schmieröl dann, wenn das stufenlose Toroidge­ triebe in Betrieb ist, zwangsläufig diesen Ölzufuhrlö­ chern 38 zugeführt wird. Das diesen Ölzufuhrbohrungen 38 zwangsläufig zugeführte Schmieröl strömt in einen Zwi­ schenraum zwischen der inneren Oberfläche jeder äußeren Laufbahn 35 und der äußeren Oberfläche der Halteeinrich­ tung 34 und außerdem durch einen Zwischenraum zwischen der inneren Oberfläche der Halteeinrichtung 34 und der äußeren Stirnfläche jeder Antriebsrolle 8. Dadurch können die Wälzabschnitte der mehreren Wälzkörper 33 geschmiert werden.

Im Fall der obenbeschriebenen herkömmlichen Struktur, in der das Schmieröl den Schubwälzlagern 32 auf die obenbe­ schriebene Weise zugeführt wird, besteht die Möglichkeit, daß die Schmierölzufuhr in einem Teil der Schubwälzlager 32 zu gering ist.

Das heißt, wenn sich, wie in Fig. 10 (A) gezeigt ist, die Halteeinrichtung 34 an einer Zwischenposition zwischen der inneren Oberfläche der äußeren Laufbahn 35 und der äußeren Stirnfläche der Antriebsrolle 8 befindet, kann das Schmieröl sowohl in den oberen als auch in den unte­ ren Zwischenraum strömen. Hierbei hat der obere Zwischen­ raum die Bedeutung des Zwischenraums zwischen der inneren Oberfläche jeder äußeren Laufbahn 34 und der äußeren Oberfläche der Halteeinrichtung 34, während der untere Zwischenraum die Bedeutung des Zwischenraums zwischen der inneren Oberfläche der Halteeinrichtung 34 und der äuße­ ren Stirnfläche jeder Antriebswelle 8 hat. Daher entsteht in diesem Fall kein Problem.

Wenn jedoch das Schmieröl aus der Ölzufuhrbohrung 38, die in der äußeren Laufbahn 35 ausgebildet ist, zur äußeren Oberfläche der Halteeinrichtung 34 ausgespritzt wird, wird die Halteeinrichtung 34 durch die Strömung des Schmieröls geschoben. Hierbei kann die Halteeinrichtung 34, wie in Fig. 10(B) gezeigt ist, zur Seite der An­ triebsrolle 8 verschoben werden. Falls ferner die innere Oberfläche der Halteeinrichtung 34 und die äußere Stirn­ fläche der Antriebsrolle 8 aufgrund dieser Verschiebung der Halteeinrichtung 34 in engen Kontakt gelangen, könnte an den Kontaktpositionen, die zwischen den jeweiligen Wälzkörpern 33 und den in den äußeren Stirnflächen der Antriebsrollen 8 ausgebildeten Laufbahnoberflächen defi­ niert sind, keine ausreichende Schmierölmenge vorhanden sein. Daher besteht die Möglichkeit, daß der Verschleiß in den Kontaktabschnitten zwischen den Laufbahnoberflä­ chen der äußeren Stirnflächen der Antriebsrollen 8 und den Wälzoberflächen der jeweiligen Wälzkörper 33 zunimmt, wobei sich in dem Fall, in dem dieser Verschleiß sehr groß ist, die Kontaktabschnitte festfressen können.

Zur Lösung dieses Problems ist aus US 5.575.733-A ein stufenloses Toroidgetriebe bekannt, das ein Schubwälzla­ ger 32a wie in den Fig. 11 bis 14 gezeigt enthält, das einen verbesserten Schmierungswirkungsgrad besitzt. Ein Hauptkörper 39 einer Halteeinrichtung 34, die das Schub­ wälzlager 32a bildet, ist als Ganzes aus Kunstharz oder Metall wie etwa Kupfer kreisförmig ausgebildet. In einem radialen Zwischenabschnitt des Hauptkörpers 39, genauer an zwei oder mehr Positionen in Umfangsrichtung, sind Taschen 36 ausgebildet, die in bezug auf ihre Form einem Wälzkörper 33 entsprechen, der durch die Tasche 36 gehal­ ten werden soll. Ferner sind in den inneren und äußeren Oberflächen des Hauptkörpers 39 ausgesparte Nuten 40 gebildet. Die ausgesparten Nuten 40 verlaufen in radialer Richtung des Hauptkörpers 39 durch die Taschen 36 hin­ durch. Die ausgesparten Nuten 40 bilden Schmieröl-Strö­ mungskanäle zwischen den inneren und äußeren Umfangskan­ ten des Hauptkörpers 39.

In dem stufenlosen Toroidgetriebe mit dem obenbeschriebe­ nen Aufbau, das das Schubwälzlager 32a enthält, bei dem der Schmierungswirkungsgrad erhöht ist, wird aufgrund der Energie des aus einer Ölzufuhrbohrung 38 in der äußeren Laufbahn ausgespritzten Schmieröls die Halteeinrichtung 34a, die das Schubwälzlager 32a bildet, axial verschoben. Selbst wenn daher, wie in Fig. 14 gezeigt ist, die innere Oberfläche der Halteeinrichtung 34a und die äußere Stirn­ fläche der Antriebsrolle 8 in engem gegenseitigen Kontakt sind, kann durch einen Raum, der von den inneren Oberflä­ chen der ausgesparten Nuten 40 und der äußeren Stirnflä­ che der Antriebsrolle 8 umschlossen ist, ein Schmieröl- Strömungskanal vorgesehen sein. Weiterhin kann eine ausreichende Menge an Schmieröl durch die ausgesparten Nuten 40 in die jeweiligen Taschen 36, die darin ihre zugeordneten Wälzkörper 33 halten, strömen. Deshalb kann verhindert werden, daß zu wenig Schmieröl auf der Lauf­ bahnoberfläche der äußeren Stirnfläche der Antriebsrolle 8 und auf den Wälzoberflächen der Wälzkörper 3 vorhanden ist. Folglich ist es möglich, die Gefahr eines übermäßi­ gen Verschleißes oder eines Festfressens des Schubwälzla­ gers 32a zu verringern.

Bei dem stufenlosen Toroidgetriebe, das in den Fig. 11 bis 14 gezeigt ist und das das Schubwälzlager 32a ent­ hält, kann im Vergleich zu den anderen herkömmlichen stufenlosen Toroidgetrieben die Dauerhaftigkeit und die Zuverlässigkeit erhöht werden. Um andererseits die Dauer­ haftigkeit der jeweiligen Komponenten sicherzustellen, müssen die folgenden Aspekte betrachtet werden. Zunächst ist es für die Sicherung der Dauerhaftigkeit des Schub­ wälzlagers 32a erforderlich, die Durchflußmenge des Schmieröls, das durch den Innenraum des Schubwälzlagers 32a strömt, zu erhöhen. In diesem Fall können vorzugs­ weise die Querschnittsflächen der ausgesparten Nuten 40, die in den inneren und äußeren Oberflächen der Halteein­ richtung 34a gebildet sind, so groß wie möglich ausgebil­ det werden. Da jedoch die Ausbildung der ausgesparten Nuten 40 die Dicke der Halteeinrichtung 34a am Ort der ausgesparten Nuten 40 verringert, kann die Halteeinrich­ tung 34a bei übermäßig vergrößerten Querschnittsflächen der ausgesparten Nuten 40 beschädigt werden. Dies wird weiter unten mit Bezug auf die Fig. 11 und 13 genauer erläutert.

Wenn die Halteeinrichtung 34a wie in Fig. 11 gezeigt exzentrisch beschaffen ist, wird der Wälzkörper 33 in der Tasche 36 zu einer Seite bewegt, so daß der Wälzkörper 33 radial mit einer Last F gegen die innere Oberfläche der Tasche 36 drückt. Wenn in diesem Zustand die beiden Zwischenabschnitte 41 (Fig. 12 und 13) des Paars ausge­ sparter Nuten 40, die an sich gegenseitig entsprechenden Positionen in den inneren bzw. äußeren Oberflächen der Halteeinrichtung 34a ausgebildet sind, unter Verwendung eines Unterstützungsauslegers, wovon die beiden Enden befestigt sind, einander angenähert werden, kann die maximale Biegebeanspruchung σ, die bezüglich der Festig­ keit der Werkstoffe in den Zwischenabschnitten 41 auf­ tritt, durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt werden:

In Gleichung (1) ist L die halbe Breite der ausgesparten Nuten 40 in Umfangsrichtung (d. h. 2L ist die Breite der ausgesparten Nuten 40 in Umfangsrichtung der Halteein­ richtung 34a), ist B die radiale Länge der ausgesparten Nuten 40 und ist H die axiale Tiefe der ausgesparten Nuten 40. Die Dicke der anderen Abschnitte der Halteein­ richtung 34a, die von den ausgesparten Nuten verschieden sind, ist auf 2T gesetzt.

Die Gleichung (1) kann in eine dimensionslose Gleichung umgewandelt werden, um die dimensionslose Beanspruchung σ' zu definieren, die durch die folgende Gleichung (2) gegeben ist:

Wie aus Gleichung (2) hervorgeht, nimmt σ' zu, wenn die halbe Breite L und/oder die Tiefe H der ausgesparten Nuten 40 zunehmen. Das bedeutet, daß bei erhöhter Quer­ schnittsfläche jeder der ausgesparten Nuten 40 die Halte­ einrichtung 34a leichter beschädigt wird. Um daher eine Beschädigung der Halteeinrichtung 34a unabhängig von der vom Wälzkörper 33 ausgeübten radialen Last zu erschweren, könnten vorzugsweise die halbe Breite L und die Tiefe H verringert werden. Wenn jedoch die halbe Breite L und die Tiefe H verringert werden, um die Querschnittsflächen der ausgesparten Nuten 40 zu verringern, könnte die Menge des Schmieröls, das den Taschen 36 zugeführt wird, zu gering sein, wodurch der Verschleiß des Kontaktabschnitts zwi­ schen der Wälzoberfläche des Wälzkörpers 33, der in dieser Tasche 36 gehalten wird, und der sich daran an­ schmiegenden Laufbahnoberfläche erhöht wird.

Die Erfindung ist gemacht worden, um die obenbeschriebe­ nen Nachteile in herkömmlichen stufenlosen Toroidgetriebe zu beseitigen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein stufenloses Toroidgetriebe zu schaffen, bei dem die Durchflußmenge des durch eine Tasche des Schubwälzlagers strömenden Schmieröls erhöht werden kann und dennoch die in der Halteeinrichtung des Schubwälzlagers auftretende Biegebeanspruchung auf einem konstanten Pegel gehalten werden kann, so daß der Schmierungswirkungsgrad des stufenlosen Toroidgetriebes verbessert wird.

Genauer zielt die Erfindung auf die Optimierung der Querschnittsformen der ausgesparten Nuten durch Erhöhen der Querschnittsflächen dieser ausgesparten Nuten ohne Erhöhung der Biegebeanspruchung, um so den Schmierungs­ wirkungsgrad des stufenlosen Toroidgetriebes zu erhöhen.

Die obige Aufgabe wird gelöst durch ein stufenloses Toroidgetriebe nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Funktionsweise des stufenlosen Toroidgetriebes mit dem obenbeschriebenen Aufbau der Erfindung für die Kraft­ übertragung zwischen den ersten und zweiten Scheiben und die Funktionsweise für die Einstellung des Drehzahlver­ hältnisses zwischen den ersten und zweiten Scheiben sind den entsprechenden Funktionsweisen des herkömmlichen stufenlosen Toroidgetriebes, das in den Fig. 6 bis 8 gezeigt ist, ähnlich. Außerdem ist die Funktionsweise des stufenlosen Toroidgetriebes der Erfindung, gemäß der durch Zulassen einer Strömung von Schmieröl in die Ta­ schen der Halteeinrichtung durch die mehreren im Haupt­ körper der Halteeinrichtung ausgebildeten Schmieröl- Strömungskanäle das Schmieröl den Taschen selbst dann zugeführt werden kann, wenn die Halteeinrichtung in axialer Richtung verschoben ist, der entsprechenden Funktionsweise des in den Fig. 11 bis 14 gezeigten her­ kömmlichen stufenlosen Toroidgetriebes ähnlich.

Insbesondere ist in dem stufenlosen Toroidgetriebe der Erfindung das Verhältnis H/L zwischen der axialen Tiefe H und der halben Breite L in Umfangsrichtung der Schmieröl- Strömungskanäle auf einen Wert im Bereich von 0,29 bis 0,88 gesetzt. Dadurch kann verhindert werden, daß die Querschnittsfläche jedes der Schmieröl-Strömungskanäle unnötig erhöht wird und die Halteeinrichtung leicht beschädigt wird. Gleichzeitig ist es möglich, die Schmieröl-Durchflußmengen durch die Schmieröl-Strömungs­ kanäle zu erhöhen. Daher kann der Schmierungswirkungsgrad des Schubwälzlagers erhöht werden, wodurch der Schmie­ rungswirkungsgrad des stufenlosen Toroidgetriebes der Erfindung erhöht wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deut­ lich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 eine Teildraufsicht einer Halteeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie A-A in Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht der Halteeinrichtung der ersten Aus­ führungsform bei Betrachtung von rechts in Fig. 2;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwi­ schen dem Verhältnis H/L zwischen der axialen Tiefe H und der halben Breite L in Umfangsrich­ tung jedes Schmieröl-Strömungskanals einerseits und einer dimensionslosen Durchflußmenge Q' ande­ rerseits;

Fig. 5 eine Ansicht ähnlich Fig. 3, in der jedoch eine Halteeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungs­ form der Erfindung gezeigt ist;

Fig. 6 die bereits erwähnte schematische Seitenansicht der Grundstruktur eines herkömmlichen stufenlosen Toroidgetriebes im Zustand mit maximaler Unter­ setzung;

Fig. 7 die bereits erwähnte schematische Seitenansicht der Grundstruktur des herkömmlichen stufenlosen Toroidgetriebes nach Fig. 6 im Zustand mit maxi­ maler Übersetzung;

Fig. 8 die bereits erwähnte Schnittansicht einer bei­ spielhaften detaillierten Struktur eines herkömm­ lichen stufenlosen Toroidgetriebes;

Fig. 9 die bereits erwähnte Schnittansicht eines Schub­ wälzlagers und seines durch eine Schmierungsvor­ richtung zu schmierenden Abschnitts;

Fig. 10 die bereits erwähnte vergrößerte Ansicht des Abschnitts B in Fig. 9, in dem ein Zustand, in dem die Schmierung durch die in Fig. 9 gezeigte Schmierungsvorrichtung geeignet erfolgt, bzw. ein Zustand, in dem die Schmierung nur unzureichend erfolgt, gezeigt sind;

Fig. 11 die bereits erwähnte Teildraufsicht einer herkömmlichen Halteeinrichtung, bei der der Schmierungswirkungsgrad verbessert ist;

Fig. 12 die bereits erwähnte Schnittansicht längs der Linie C-C in Fig. 11;

Fig. 13 die bereits erwähnte Ansicht einer herkömmlichen Struktur bei Betrachtung von rechts in Fig. 12; und

Fig. 14 die bereits erwähnte Ansicht des Abschnitts B in Fig. 9, in der ein Schubwälzlager-Abschnitt ge­ zeigt ist, der die in den Fig. 11 bis 13 gezeigte Halteeinrichtung enthält.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine Halteeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt, in der als Schmieröl-Strömungskanäle ausgesparte Nuten 40a, 40b ausgebildet sind, die jeweils eine rechtwinklige Quer­ schnittsform besitzen. Diese Ausführungsform kann folgen­ dermaßen gekennzeichnet werden: Durch Optimieren der Querschnittsformen der ausgesparten Nuten 40a, 40b kann nicht nur die in der Halteeinrichtung 34b auftretende Biegebeanspruchung auf einem konstanten Pegel gehalten werden (d. h., daß eine Erhöhung der Biegebeanspruchung kontrolliert werden kann), sondern es kann auch die Durchflußmenge des durch die ausgesparten Nuten 40a, 40b strömenden Schmieröls erhöht werden. Daher ist es mög­ lich, den Schmierungswirkungsgrad des Schubwälzlagers 32a zu erhöhen (siehe Fig. 14). Der Aufbau und die Funktions­ weise der übrigen Abschnitte dieser Ausführungsform sind jenen der früher beschriebenen herkömmlichen Struktur ähnlich. Daher werden die Erläuterung und die Beschrei­ bung der äquivalenten Abschnitte dieser Ausführungsform weggelassen oder vereinfacht, weshalb die folgende Be­ schreibung hauptsächlich auf die kennzeichnenden Ab­ schnitte gerichtet ist.

In dem radialen Zwischenabschnitt eines kreisringförmigen Hauptkörpers 39 der Halteeinrichtung 34b sind mehrere Taschen 36 ausgebildet. Diese Taschen 36 sind in Umfangs­ richtung des Hauptkörpers 39 in regelmäßigen Intervallen voneinander beabstandet. In den inneren und äußeren Oberflächen (d. h. in den beiden axialen Oberflächen) des Hauptkörpers 39 sind mehrere ausgesparte Nuten 40a, 40b in der Weise ausgebildet, daß sie durch die Taschen 36 verlaufen. Diese ausgesparten Nuten 40a, 40b bilden jeweils mehrere Schmieröl-Strömungskanäle, die zwischen den inneren und äußeren Umfangskanten des Hauptkörpers 39 ausgebildet sind. Im Betrieb dieses stufenlosen Toroidge­ triebes wird Schmieröl von den obenerwähnten Ölzufuhrboh­ rungen 38 (siehe Fig. 9) ausgespritzt, so daß es durch die ausgesparten Nuten 40a, 40b strömt, die als Schmieröl-Strömungskanäle von der inneren Umfangskante des Hauptkörpers 39 zu dessen äußeren Umfangskante die­ nen. Während dieser Schmierölströmung schmiert das Schmieröl die Kontaktabschnitte zwischen den Wälzoberflä­ chen der Wälzkörper 33, die in ihren jeweiligen Taschen 36 gehalten werden, und den entsprechenden sich daran anschmiegenden Laufbahnoberflächen.

Außerhalb der obenerwähnten ausgesparten Abschnitte 40a, 40b, die die Schmieröl-Strömungskanäle bilden, erlauben die ausgesparten Nuten 40a (die stromaufwärtigen Ab­ schnitte der Schmieröl-Strömungskanäle) eine Verbindung zwischen den Taschen 36 und der inneren Umfangskante des Hauptkörpers 39. Daher ist es möglich, das von den Ölzu­ fuhrbohrungen 38 ausgespritzte Schmieröl dem Abschnitt in der Nähe des Innendurchmessers der Halteeinrichtung 34b im Raum 42 (siehe Fig. 9 und 14) zuzuführen. Hier besit­ zen die ausgesparten Nuten 40a einen verringerten Quer­ schnitt, so daß das Verhältnis H/L zwischen der axialen Tiefe H und der halben Breite L in Umfangsrichtung jedes der Schmieröl-Strömungskanäle auf einen Wert im Bereich von 0,29 bis 0,88 gesetzt werden kann. Entsprechend dieser Querschnittsverringerung wird die Durchflußmenge des durch die ausgesparten Nuten 40a strömenden Schmier­ öls erhöht, ohne daß die Querschnittsfläche jedes der Schmieröl-Strömungskanäle erhöht werden muß.

Außerdem ist der Querschnitt der ausgesparten Nuten 40b, die das in den entsprechenden Taschen 36 vorhandene Schmieröl abführen sollen, ebenfalls verringert, so daß das Verhältnis H/L zwischen der axialen Tiefe H und der halben Breite L in Umfangsrichtung jedes der Schmieröl- Strömungskanäle auf einen Wert im Bereich von 0,29 bis 0,88 gesetzt werden kann. Durch diese Querschnittsverrin­ gerung wird die Durchflußmenge des durch die ausgesparten Nuten 40a, 40b strömenden Schmieröls erhöht, ohne daß die Querschnittsfläche jedes der Schmieröl-Strömungskanäle in einem unnötigen Ausmaß erhöht würde.

Bei dem stufenlosen Toroidgetriebe, das die Halteeinrich­ tung 34b mit den Schmieröl-Strömungskanälen und die obenerwähnten ausgesparten Nuten 40a, 40b umfaßt, die in ihren inneren und äußeren Oberflächen ausgebildet sind, können die Verhinderung einer Beschädigung der Halteein­ richtung 34b einerseits und die geeignete Sicherstellung der Durchflußmenge des Schmieröls andererseits miteinan­ der in Einklang gebracht werden. Das heißt, selbst wenn durch eine exzentrische Anordnung dieser Halteeinrichtung 34b von jedem Wälzkörper 33, der in seiner zugeordneten Tasche 36 gehalten wird, eine radiale Last F auf die innere Oberfläche dieser Tasche ausgeübt wird, kann eine ausreichende Schmierölmenge in die entsprechenden ausge­ sparten Nuten 40a, 40b geliefert werden, wobei dennoch die in der Halteeinrichtung 34b auftretende Biegebean­ spruchung auf einem geeigneten Pegel gehalten werden kann (d. h. die Biegebeanspruchung nicht erhöht wird). Genauer kann das aus der Ölzufuhrbohrung 38 ausgespritzte Schmieröl durch die ausgesparte Nut 40a, die auf der Innendurchmesserseite der Halteeinrichtung 34b ausgebil­ det ist, in die zugeordnete Tasche 36 strömen. Anschlie­ ßend wird das Schmieröl aus der Tasche 36 zur Außendurch­ messerseite der Halteeinrichtung 34 durch die ausgesparte Nut 40b entleert, die auf der Außendurchmesserseite der Halteeinrichtung 34b ausgebildet ist. In dieser Ausfüh­ rungsform der Erfindung können die Querschnittsflächen der jeweiligen ausgesparten Nuten 40a, 40b innerhalb des vorgegebenen Bereichs, in dem eine Beschädigung der Halteeinrichtung 34b verhindert werden kann, maximal gemacht werden. Dadurch wird eine Schmierung mit hohem Wirkungsgrad der Kontaktabschnitte zwischen den Wälzober­ flächen der Wälzkörper 33, die in ihren jeweiligen Ta­ schen 36 gehalten werden, und den sich daran anschmiegen­ den Laufbahnoberflächen ermöglicht, so daß ein höherer Verschleiß dieser Kontaktabschnitte verhindert werden kann.

Im folgenden wird beschrieben, weshalb durch Setzen des obigen Verhältnisses H/L auf einen Wert im Bereich von 0,29 bis 0,88 nicht nur eine Beschädigung der Halteein­ richtung verhindert werden kann, sondern außerdem die Durchflußmenge des durch die Schmieröl-Strömungskanäle strömenden Schmieröls erhöht werden kann.

Die Durchflußmenge Q des durch die Schmieröl-Strömungska­ näle strömenden Schmieröls kann durch die folgende Glei­ chung (3) ausgedrückt werden:

Q ∝ √m (3)

In Gleichung (3) ist A die Querschnittsfläche jedes der Schmieröl-Strömungskanäle, während m die durchschnittli­ che Tiefe des Fluids ist. Die durchschnittliche Fluid­ tiefe m kann in Begriffen der Fluiddynamik durch die folgende Gleichung (4) ausgedrückt werden:

In Gleichung (4) ist S die Länge der Umfangskante jedes der Schmieröl-Strömungskanäle.

Im folgenden wird beschrieben, wie die dimensionslose Beanspruchung σ', die durch die obige Gleichung (2) gegeben ist, konstant gehalten werden kann, wenn die Durchflußmenge Q des Schmieröls maximal gemacht wird.

Wenn die Gleichungen (2) und (4) in Gleichung (3) einge­ setzt werden, wird die folgende Gleichung (5) erhalten:

In Gleichung (5) ist Q' eine dimensionslose Durchfluß­ menge, die durch die folgende Gleichung (6) ausgedrückt werden kann:

Bei Verwendung von Gleichung (6) kann die dimensionslose Durchflußmenge Q' mit T/L und H/L als Parameter berechnet werden.

Beispielsweise ist in Fig. 4 die Beziehung zwischen der dimensionslosen Durchflußmenge Q' und H/L für den Fall, in dem T/L = 1,0 ist, gezeigt. Wie aus Fig. 4 deutlich hervorgeht, ist die dimensionslose Durchflußmenge Q' für H/L = 0,35 maximal, so daß damit der optimale Entwurf im Hinblick auf die Erhöhung des Schmierungswirkungsgrades der Halteeinrichtung 34b verwirklicht werden kann. In einem tatsächlichen Entwurf der Halteeinrichtung 34b könnte jedoch im Hinblick auf die Herstellungskosten der Halteeinrichtung 34b der Wert des Verhältnisses H/L vorzugsweise auf einen Wert im Bereich von ±20% in bezug auf den optimalen Wert (0,35) gesetzt werden.

T/L = 1,0 stellt selbstverständlich einen beispielhaften Wert dar. Der Wert dieses Verhältnisses T/L ändert sich entsprechend den Spezifikationen des Schubwälzlagers 32a. Falls bei einem stufenlosen Toroidgetriebe das Verhältnis T/L extrem klein ist, ist die Festigkeit der Halteein­ richtung gering. Falls andererseits des Verhältnis T/L extrem groß ist, ist die Durchflußmenge des Schmieröls, das durch den Innenraum des Schubwälzlagers 32a strömen kann, gering. Aufgrund seiner Entwurfserfahrungen hat der Anmelder festgestellt, daß das Verhältnis T/L vorzugs­ weise auf einen Wert im Bereich von 0,8 bis 2,5 gesetzt werden sollte. In einem vom Anmelder ausgeführten Test wurde bei einer Änderung des Verhältnisses T/L innerhalb dieses Bereichs ein Wertebereich für das Verhältnis H/L ermittelt, innerhalb dessen die dimensionslose Durchfluß­ menge Q' ähnlich wie im Beispiel von Fig. 4 maximal gemacht werden kann; der Minimalwert dieses Bereichs von Werten für das Verhältnis H/L betrug 0,29, während der maximale Wert hierfür 0,88 betrug. Daher wird aufgrund der obigen Ergebnisse der Wertebereich für das Verhältnis H/L erfindungsgemäß folgendermaßen definiert: 0,29 ≦ H/L ≦ 0,88.

In Fig. 5 ist eine zweite Ausführungsform einer Halteein­ richtung der Erfindung gezeigt. In dieser zweiten Ausfüh­ rungsform sind für die Ausbildung eines Schmieröl-Strö­ mungskanals in den inneren und äußeren Oberflächen einer Halteeinrichtung 34c ausgesparte Nuten 40c in der Weise ausgebildet, daß sie durch die Taschen verlaufen, wobei die Querschnitte der ausgesparten Nuten 40c jeweils bogenförmig sind. In dieser Ausführungsform liegt das Verhältnis H/L zwischen der axialen Tiefe H der ausge­ sparten Nut 40c und der halben Breite L in Umfangsrich­ tung ebenfalls im Bereich von 0,29 bis 0,88. Dadurch wird eine einfache Beschädigung der Halteeinrichtung 34c verhindert, wobei dennoch die Durchflußmenge des durch den Innenraum der Tasche 36 strömenden Schmieröls auf einen hohen Wert gesetzt werden kann. Es sei angemerkt, daß die Halteeinrichtung 34c leicht beschädigt werden kann, wenn die Querschnittsfläche des Schmieröl-Strö­ mungskanals, der durch die ausgesparte Nut 40c gebildet wird, auf einen extrem großen Wert gesetzt wird. Wie oben beschrieben worden ist, kann der Querschnitt der ausge­ sparten Nut, die den Schmieröl-Strömungskanal der Erfin­ dung bildet, verschiedene Formen, etwa eine rechtwinklige Form oder eine Bogenform, annehmen.

Da wie oben beschrieben das stufenlose Toroidgetriebe der Erfindung in der obenbeschriebenen Weise aufgebaut ist und arbeitet, kann der Schmierungswirkungsgrad eines Schubwälzlagers, das eine Antriebsrolle unterstützt, ohne Verringerung der Festigkeit einer Halteeinrichtung, die in das Schubwälzlager eingebaut ist, erhöht werden. Dadurch können die Zuverlässigkeit und die Dauerhaftig­ keit des stufenlosen Toroidgetriebes, das das verbesserte Schubwälzlager enthält, erhöht werden.

Obwohl die Erfindung oben anhand bevorzugter Ausführungs­ formen beschrieben worden ist, kann der Fachmann selbst­ verständlich verschiedene Änderungen und Abwandlungen daran vornehmen, ohne vom Umfang der Erfindung abzuwei­ chen, weshalb beabsichtigt ist, daß die beigefügten Ansprüche alle derartigen Änderungen und Abwandlungen, soweit sie in den Umfang der Erfindung fallen, abdecken.

Claims (3)

1. Stufenloses Toroidgetriebe, mit
ersten und zweiten Scheiben (2, 4), die um eine jeweilige mittige Welle (1, 3) drehbar sind und entspre­ chende innere seitliche Oberflächen (2a, 4a) besitzen, die einander zugewandt sind und jeweils einen konkaven Querschnitt besitzen,
Drehzapfen (6), die jeweils um eine Welle (5) quer zu den jeweiligen mittigen Wellen (1, 3) der ersten bzw. zweiten Scheiben (2, 4) schwenken können,
Verschiebungswellen (7), die jeweils an einem der Drehzapfen (6) angebracht sind,
Antriebsrolle (8), die zwischen den ersten und zweiten Scheiben (2, 4) angeordnet und jeweils durch eine der Verschiebungswellen (7) drehbar unterstützt sind, wobei eine Umfangsoberfläche (8a) der Antriebsrolle (8) einen konvexen Querschnitt besitzt, der mit den inneren Seitenoberflächen (2a, 4a) der ersten bzw. zweiten Schei­ ben (2, 4) in Kontakt ist, und
Schubwälzlagern (32), die jeweils zwischen einer Antriebsrolle (8) und einem Drehzapfen (6) vorgesehen sind und eine Last unterstützen, die auf die entspre­ chende Antriebsrolle (8) in einer Schubrichtung ausgeübt wird, wobei die Schubwälzlager (32) jeweils mehrere Wälzelemente (33) sowie eine Halteeinrichtung (34), die die mehreren Wälzelemente (33) drehbar hält, umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Halteeinrichtung (34) einen im wesentlichen scheibenförmigen Hauptkörper (39), mehrere in einem radialen Zwischenabschnitt des Hauptkörpers (39) ausge­ bildete Taschen (36), die die Wälzelemente (33) darin drehbar halten, sowie mehrere Schmieröl-Strömungskanäle (40a, 40b), die sich zwischen radial inneren und äußeren Umfängen des Hauptkörpers (39) erstrecken und so durch die jeweiligen Taschen (36) verlaufen, umfaßt und
jeder der Schmieröl-Strömungskanäle (40a, 40b) die folgende Gleichung erfüllt:
0,29 ≦ H/L ≦ 0,88
wobei H die axiale Tiefe des Schmieröl-Strömungskanals (40a, 40b) ist und 2L die Breite des Strömungskanals (40a, 40b) in seiner Umfangsrichtung ist.

2. Stufenloses Toroidgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmieröl-Strömungskanal eine ausgesparte Nut (40a, 40b) mit einem im wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt umfaßt.

3. Stufenloses Toroidgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmieröl-Strömungskanal (40c) einen bogenförmigen Querschnitt umfaßt.