DE102008014241A1

DE102008014241A1 - Verfahren zum Herstellen einer Kegelscheibe sowie Kegelscheibe und Kegelscheibenumschlingungsgetriebe

Info

Publication number: DE102008014241A1
Application number: DE102008014241A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Walter
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-04-02
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2008-10-09
Also published as: US20080268991A1

Abstract

Kegelscheiben für Kegelscheibenumschlingungsgetriebe können mit zugehörigen Wellenteilen oder getrennt von den Wellenteilen induktiv gehärtet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Kegelscheibe für ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe. Die Erfindung betrifft weiter eine Kegelscheibe für ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe und ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe mit solchen Kegelscheiben.
Der Einsatz von Kegelscheibenumschlingungsgetrieben, die eine stufenlose Übersetzungsverstellung ermöglichen, war lange Zeit auf Fahrzeuge mit drehmomentschwachen Motoren begrenzt. Mit modernen, weiterentwickelten Kegelscheibenumschlingungsgetrieben können Drehmomente von über 300 Nm übertragen werden, so dass solche Kegelscheibenumschlingungsgetriebe inzwischen auch in drehmoment- und leistungsstarken Fahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen eingesetzt werden.
4 zeigt ein Kegelscheibenpaar eines in seinem Aufbau insgesamt bekannten Kegelscheibenumschlingungsgetriebes. Das Kegelscheibenumschlingungsgetriebe weist eine Eingangswelle 10 auf, die im dargestellten Beispiel einteilig mit einer Festscheibe 12 ausgebildet ist. Eine Wegscheibe 14 weist einen hohlen Wellenstummel 16 auf, der über eine an der Außenseite der Eingangswelle 10 und der Innenseite des Wellenstummels 16 ausgebildete Keilverzahnung 18, die axial verlaufende Nuten bzw. Vorsprüngen und Ausnehmungen aufweist, mit der Eingangswelle 10 drehfest jedoch axial verschiebbar verbunden ist.
Ein von einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine angetriebenes Eingangsritzel 20 ist auf der Eingangswelle 10 gelagert und ist drehfest mit einer Drehmomentfühleinrichtung 22 verbunden, die das Eingangsdrehmoment auf die Wegscheibe 14 überträgt und die axiale Verstellung der Wegscheibe 14, die mittels Hydraulikdruck geschieht, beeinflusst.
Aufbau und Funktion der dargestellten Anordnung werden nicht weiter erläutert, da sie an sich bekannt sind. Ein Umschlingungsmittel 34 läuft zwischen den Kegelscheiben 12 und 14 und einem weiteren, in radialem Abstand zu dem Kegelscheibenpaar angeordneten Kegelscheibenpaar um, wobei durch gegensinnige Verstellung des axialen Abstandes zwischen den Kegelscheiben der Kegelscheibenpaare die Übersetzung des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes geändert wird.
Die Kegelscheiben und die mit ihnen verbundenen Achsteile werden in bestimmten Bereichen mechanisch hoch beansprucht. So werden die einander zugewandten Kegelflächen der Kegelscheiben in Folge des Reibeingriffs mit dem Umschlingungsmittel sowohl auf Festigkeit als auch auf Verschleiß beansprucht. Ebenso werden die keilverzahnten Bereiche, der gemäß 4 linke Endbereich des hohlen Wellenteils 16 sowie der diesem in Richtung auf das Eingangsritzel benachbarten Bereich der Eingangswelle stark beansprucht.
Bekannt ist, insbesondere die genannten Bereiche ähnlich wie gewöhnliche Getriebeteile, beispielsweise Wellen- oder Zahnräder, Einsatz zu härten. Da die Kegelscheiben mit den zugehörigen Wellenteilen voluminöse und sperrige Bauteile sind, ist das Einsatzhärten wegen der aufwendigen Ofenbefüllung und der langen Aufkohlungszeiten teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die mit der Herstellung eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes verbundenen Kosten ohne Einbuße an Funktionsqualität zu vermindern.
Eine Lösung dieser Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Herstellen einer Kegelscheibe für ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe gelöst, bei welchem Verfahren zumindest Teilbereiche der Oberfläche der Kegelscheibe gehärtet werden, wobei Teilbereiche der Oberfläche der Kegelscheibe induktiv gehärtet werden.
Beim an sich bekannten Induktivhärten werden die zu härtenden Oberflächenbereiche der Kegelscheibe mittels einer Induktionsspule erhitzt, wobei die Tiefe und die Temperatur eingestellt werden können. Eine Induktionshärtung ist auch bei komplexen und voluminösen Bauteilen in auf die speziellen Anforderungen der Bauteile abgestimmter Art und Weise kostengünstig durchführbar.
Die Kosten können weiter dadurch gesenkt werden, dass zumindest Teilbereiche der gehärteten Bereiche vor dem Härten mechanisch fertig bearbeitet werden, so dass nach dem Härten keinerlei mechanische Bearbeitung mehr erforderlich ist.
Eine weitere Lösung der Erfindungsaufgabe wird mit einer Kegelscheibe für ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe gelöst, bei dem eine für einen Reibeingriff mit einem Umschlingungsmittel vorgesehene Kegelfläche eines Kegelscheibentellers der Kegelscheibe induktiv gehärtet ist.
Die Kegelscheibe weist einen mit dem Kegelscheibenteller koaxialen Wellenstummel mit einer Durchgangsöffnung zum Aufschieben der Kegelscheibe auf eine Welle auf, wobei die Innenseite der Durchgangsöffnung mit Ausnehmungen und/oder Vorsprüngen für einen axial verschiebbaren und drehfeste Verbindung mit der Welle ausgebildet ist und zumindest im Bereich der Ausnehmungen und/oder Vorsprünge induktiv gehärtet ist.
Es ist vorteilhaft, dass die Oberfläche der vorstehend genannten Kegelscheibe an weiteren, mechanisch besonders beanspruchten Oberflächenbereichen induktiv gehärtet ist.
Der Kegelscheibenteller und der Wellenstummel können aus unterschiedlichem Material gefertigt und starr miteinander verbunden sein.
Die Kegelscheibe kann eine mit dem Kegelscheibenteller koaxiale Welle zum Aufschieben eines hohlen Wellenstummels aufweisen, wobei die Außenseite der Welle mit Ausnehmungen und/oder Vorsprüngen für einen axial verschiebbaren und drehfeste Verbindung mit dem hohlen Wellenstummel ausgebildet ist und zumindest im Bereich der Ausnehmungen und/oder Vorsprünge induktiv gehärtet ist.
Vorteilhaft ist, dass die Oberfläche der vorgenannten Kegelscheibe an weiteren, mechanisch besonders beanspruchten Oberflächenbereichen induktiv gehärtet ist.
Der Kegelscheibenteller und die Welle können aus unterschiedlichem Material gefertigt und starr miteinander verbunden sein.
Besondere Freiheitsgrade hinsichtlich der Härtung ergeben sich, wenn die Kegelscheibe einen Kegelscheibenteller und einen Wellenteil aufweist, die aus unterschiedlichem Material bestehen und unterschiedlich gehärtet sind.
Ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe mit Kegelscheiben, deren Kegelflächen induktiv gehärtet sind, wird vorteilhafterweise mit einer Wiegegelenkkette bzw. Laschenkette als Umschlingungsmittel betrieben, deren Druckstücke mit ihren Stirnflächen in Reibeingriff mit den induktiv gehärteten Kegelflächen sind.
Die Stirnflächen der Druckstücke können eine ebene Kegeloberfläche mit einem dem Kegelwinkel der Kegelfläche der Kegelscheiben etwa entsprechenden Kegelwinkel zwischen 6° und 13°, bevorzugt 11° aufweisen.
Alternativ können die Stirnflächen der Druckstücke konvex oder ballig geformt sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
In den Figuren stellen dar:
1 einen Längsschnitt durch eine Wegscheibe 14;
2 einen Längsschnitt durch eine Festscheibe;
3 einen Längsschnitt durch einen Ausschnitt einer abgeänderten Ausführungsform einer Festscheibe; und
4 einen Längsschnitt durch ein antriebsseitiges Kegelscheibenpaar eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes gemäß dem Stand der Technik.
1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Wegscheibe 14, die ähnlich wie die anhand der 4 beschrieben an sich bekannten Wegscheibe aufgebaut ist. Die Wegscheibe 14 ist aus einem Kegelscheibenteller 24 und dem einteilig mit dem Kegelscheibenteller 24 ausgebildeten hohlen Wellenstummel 16 zusammengesetzt. Der Wellenstummel 16 weist an der Innenseite seiner Durchgangsöffnung 26 axial verlaufenden Nuten bzw. Vorsprünge und Ausnehmungen auf, die die Keilverzahnung 18 bilden. Strichpunktiert dargestellt sind diejenigen Oberflächenbereiche der Wegscheibe 14, die als Funktionsbereiche bevorzugt induktiv gehärtet werden, nämlich die vom Umschlingungsmittel beanspruchte Kegelfläche 28 sowie diejenigen Bereiche der Durchgangsöffnung 26, die in unmittelbarer Anlage an der Außenseite der Eingangswelle (4) sind, nämlich die radiale Innenseite des Kegelscheibentellers 24, der Bereich der Keilverzahnung 18 sowie der gemäß 1 linksseitige radial einwärts zeigende Endbereich der Durchgangsöffnung 26, der bei hohen senkrecht zu der Kegelfläche 28 wirkenden Kräften in starke Anlage an die radiale Außenseite der Eingangswelle 10 gedrängt wird. Die genannten Funktionsbereiche können je nach ihrer Beanspruchung in unterschiedlicher Weise induktionsgehärtet werden.
2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Festscheibe 12 mit ähnlichem Aufbau wie die Festscheibe gemäß 4. Die Festscheibe 12 weist einen Kegelscheibenteller 30 und die einteilig mit dem Kegelscheibenteller ausgebildete Eingangswelle 10 auf. Ähnlich wie bei der 1 sind die besonders beanspruchten Oberflächenbereiche der Festscheibe 12 induktionsgehärtet, nämlich die Kegelfläche 32 des Kegelscheibentellers, der Bereich der Außenseite der Eingangswelle 10, der mit Vorsprüngen und Ausnehmungen bzw. Nuten zur Ausbildung der Keilverzahnung 18 ausgebildet ist und in dem der drehfeste, jedoch axial verstellbare Eingriff zwischen der Wegscheibe 14 und der Festscheibe 12 erfolgt, sowie in einem Bereich linksseitig der Keilverzahnung, in dem ein Bauteil der Drehmomentfühleinrichtung 22 (4) unmittelbar auf der Eingangswelle 10 angeordnet und relativ zu dieser axial verschiebbar ist. Wiederum können die genannten, strichpunktiert dargestellten Bereiche je nach ihrer Funktion an die Beanspruchung optimal angepasst in einem unterschiedlichen Ausmaß induktiv gehärtet sein.
3 zeigt einen Ausschnitt der 2, bei dem der Kegelscheibenteller 30 und die nur ausschnittsweise dargestellte Eingangswelle 10 aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen und nachträglich beispielsweise durch Aufschrumpfen starr miteinander verbunden sind. Die Eingangswelle 10 kann beispielsweise aus einem Stahl bestehen, der besonders gut einsatzgehärtet werden kann. Der Kegelscheibenteller 30 kann aus einem Kohlenstoffstahl bestehen, der besonders gut induktiv gehärtet werden kann. Vorteilhafterweise wird insbesondere die induktionsgehärtete Kegelfläche 32 ebenso wie die Kegelfläche 28 der Wegscheibe nach dem Induktivhärten nicht mehr mechanisch bearbeitet.
Es versteht sich, dass auch die Wegscheibe 14 aus zwei unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt sein kann, die optimal an die jeweiligen Erfordernisse angepasst und gehärtet sind.
Durch die Ausbildung der Kegelscheiben als Kegelscheibenteller und Wellenteil aus zunächst unterschiedlichem Material können beispielsweise die Wellenteile als dann einfach ausgebildete Teile einsatzgehärtet werden und nach dem Härten mit den Kegelscheibentellern starr verbunden werden, die bereits vorher oder nachher induktiv gehärtet werden.
Das Eingangs beschriebene, in seinem grundsätzlichen Aufbau an sich bekannte Kegelscheibenumschlingungsgetriebe weist, wenn die Kegelflächen seiner Kegelscheiben 12 und 14 induktiv gehärtet sind, insbesondere in Verbindung mit einer Wiegegelenkkette 34 (auch Laschenkette genannt), wie sie von der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung entwickelt wurde, sehr gute Betriebseigenschaften, wie Dauerhaltbarkeit, Drehmomentübertragungsvermögen usw. auf. Eine solche Wiegegelenkkette 34 weist Druckstücke 36 auf, die über sich in Längsrichtung der Wiegegelenkkette 34 erstreckende einzelne Laschen 38 miteinander ver bunden sind, wobei die Druckstücke 36 bei einer Krümmung der Wiegegelenkkette 34 innerhalb der Laschen 38 sich wiegend abwälzen. Stirnflächen 40 der Druckstücke 36 sind in Reibeingriff mit den Kegelflächen 42 der Kegelscheiben 12 und 14. Vorzugsweise wird mit Kegelwinkeln α zwischen 6° und 13°, bevorzugt 11°, gearbeitet, wobei die Stirnflächen als ebene kegelige Oberflächen ausgebildet sein können und der Kegelwinkel der Stirnflächen etwas kleiner als der der Kegelflächen sein kann.
Günstig ist, die Stirnflächen konvex oder ballig zu formen, so dass an ihren Rändern keine Gefahr einer Überbeanspruchung besteht.

10: Eingangswelle
12: Festscheibe
14: Wegscheibe
16: hohler Wellenstummel
18: Keilverzahnung
20: Eingangsritzel
22: Drehmomentfühleinrichtung
24: Kegelscheibenteller
26: Durchgangsöffnung
28: Kegelfläche
30: Kegelscheibenteller
32: Kegelfläche
34: Wiegegelenkkette
36: Druckstück
38: Lasche
40: Stirnfläche
42: Kegelfäche

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Kegelscheibe für ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, bei welchem Verfahren zumindest die Teilbereiche der Oberfläche der Kegelscheibe gehärtet werden, dadurch gekennzeichnet, dass Teilbereiche der Oberfläche der Kegelscheibe induktiv gehärtet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Teilbereiche der gehärteten Bereiche vor dem Härten mechanisch fertig bearbeitet werden.
Kegelscheibe für ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass eine für einen Reibeingriff mit einem Umschlingungsmittel vorgesehene Kegelfläche (28; 32) eines Kegelscheibentellers (24; 30) der Kegelscheibe induktiv gehärtet ist.
Kegelscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelscheibe (14) einen mit dem Kegelscheibenteller koaxialen Wellenstummel (16) mit einer Durchgangsöffnung (26) zum Aufschieben der Kegelscheibe auf eine Welle (10) aufweist, wobei die Innenseite der Durchgangsöffnung mit Ausnehmungen und/oder Vorsprüngen (18) für einen axial verschiebbaren und drehfeste Verbindung mit der Welle ausgebildet ist und zumindest im Bereich der Ausnehmungen und/oder Vorsprünge induktiv gehärtet ist.
Kegelscheibe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite der Durchgangsöffnung (26) an weiteren, mechanisch besonders beanspruchten Oberflächenbereichen induktiv gehärtet ist.
Kegelscheibe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelscheibenteller (24) und der Wellenstummel (16) aus unterschiedlichem Material gefertigt und starr miteinander verbunden sind.
Kegelscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelscheibe (12) eine mit dem Kegelscheibenteller (30) koaxialen Welle (10) zum Aufschieben eines hohlen Wellenstummels (16) aufweist, wobei die Außenseite der Welle mit Ausnehmungen und/oder Vorsprüngen (18) für einen axial verschiebbaren und drehfeste Ver bindung mit dem hohlen Wellenstummel ausgebildet ist und zumindest im Bereich der Ausnehmungen und/oder Vorsprünge induktiv gehärtet ist.
Kegelscheibe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite der Welle (10) an weiteren, mechanisch besonders beanspruchten Oberflächenbereichen induktiv gehärtet ist.
Kegelscheibe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelscheibenteller (12) und die Welle (10) aus unterschiedlichem Material gefertigt und starr miteinander verbunden sind.
Kegelscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelscheibe (12; 14) einen Kegelscheibenteller (24; 30) und einen Wellenteil (16; 10) aufweist, die aus unterschiedlichem Material bestehen und unterschiedlich gehärtet sind.
Kegelscheibenumschlingungsgetriebe mit Kegelscheiben nach Anspruch 3, deren induktiv gehärtete Kegelflächen (42) in Reibeingriff mit Stirnflächen (40) von Druckstücken (36) einer Wiegegelenkkette (34) sind.
Kegelscheibenumschlingungsgetriebe nach Anspruch 11, wobei die Stirnflächen (40) eine ebene kegelige Oberfläche mit einem dem Kegelwinkel der Kegelflächen (42) etwa entsprechenden Kegelwinkel zwischen 6° und 13°, bevorzugt 11°, aufweisen.
Kegelscheibenumschlingungsgetriebe nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Stirnflächen (40) der Druckstücke (36) konvex geformt sind.