DE19730400A1 - Laufscheibe für stufenlose und mit einem Umschlingungsglied versehenes Umschlingungsgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Laufscheibe für stufenlose und mit einem Umschlingungsglied versehene Umschlin­ gungsgetriebe nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Die Erfindung betrifft weiter­ hin auch ein Verfahren zur Herstellung einer Lauf­ scheibe.

Stufenlose Getriebe in Form von Umschlingungsgetrieben werden mit zunehmender Tendenz auch in Fahrzeugen ein­ gesetzt. Da die Leistungsübertragung dabei prinzipiell durch Reibschluß zwischen den Laufscheiben und dem Umschlingungsglied, das jeweils zwischen zwei sich gegenüberliegenden Laufscheiben angeordnet ist, er­ folgt, müssen entsprechende Anpreßkräfte aufgebracht werden. Optimal für den Wirkungsgrad ist ein Betrieb unmittelbar an der Rutschgrenze. Andererseits muß ein Durchrutschen des Umschlingungsgliedes in jedem Falle vermieden werden, da dies zu Schäden im Kontaktbereich der Leistungsübertragung führen würde und dadurch eine störungsfreie Funktion des Getriebes gefährdet wäre. Zur Abstimmung und zur gegenseitigen Anpassung zwi­ schen den Laufscheiben und dem Umschlingungsglied ist es deshalb bereits bekannt die Laufscheiben an ihren Kontaktflächen mit dem Umschlingungsglied mit einer besonderen Beschichtungsschicht zu versehen.

In der gattungsgemäßen DE-OS 27 26 613 ist das Problem der Herabsetzung des Reibwertes zwischen Scheibe und Umschlingungsglied durch einen trennenden Ölfilm be­ schrieben. Daraus wird dann abgeleitet, daß die erfor­ derlichen Antriebskräfte der Scheiben entsprechend zu erhöhen sind. Außerdem soll die Oberfläche der Kegel­ förmigen Laufscheiben aus einer aufgesinterten oder aufgespritzten körnigen Schicht aus metallischem oder keramischem Material, wie Karbiden oder Oxiden, beste­ hen. In dieser Veröffentlichung, ebenso wie in den japanischen Offenlegungen JP 01-87970 A oder JP 59-29870 A, soll dieses Problem durch eine entsprechende Porosität in der Oberfläche der Kontaktpartner, in der das Öl verschwinden kann, gelöst werden.

In der JP 61-48656 A, wird darüber hinaus offenbart, wie der Reibwert durch einen Auftrag von entsprechend feinem, körnigen Material erhöht werden kann.

All diesen Vorschlägen ist gemeinsam, daß sie durch ihre vergleichsweise rauhe Oberfläche den Aufbau von für die Kraftübertragung schädlichen Ölfilmen verhin­ dern, gleichzeitig aber das Umschlingungsglied, das im allgemeinen ein Band ist, durch Abtragsverschleiß ge­ fährden, da die Beschichtungsschicht auf den Lauf­ scheiben sehr hart und - im Gegensatz zu dem Werkstoff des Umschlingungsgliedes - verschleißfest ausgeführt ist.

In der DE-OS 27 26 613 wird weiter ausgeführt, daß durch die in dieser Druckschrift beschriebenen Maßnah­ men auf den Scheiben der Anpreßdruck gesenkt werden kann. Setzt nun Rutschen oder ein Schlupf ein, wird durch die reduzierten Kontaktkräfte ein Fressen der Paarung vermieden.

In der JP 62-37536 A wird offenbart, daß neben einer Beschichtung des Umschlingungsgliedes auch zusätzlich die Scheibenoberflächen mit einem der ersten Beschich­ tung ähnlichen Material versehen werden können. Be­ kanntermaßen neigen jedoch ähnliche Werkstoffe, insbe­ sondere unter Last, zum Fressen, so daß neben der sehr aufwendigen Maßnahme der Beschichtung des Umschlin­ gungsgliedes, zumeist ein Band, hier keine Abhilfe gegen adhäsiven Verschleiß zu erwarten ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Beschichtungsschicht zu schaffen, die so ausgebildet ist, daß sich eine sehr tragfähige und verschleißbeständige Kontaktzone zwischen dem Um­ schlingungsglied und den Laufscheiben ausbilden läßt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Im kennzeichnenden Teil von Anspruch 2 ist in Form eines Nebenanspruches eine weitere Lösung be­ schrieben, die auf dem gleichen Grundprinzip basiert.

Durch die erfindungsgemäßen Beschichtungschichten wird eine sehr tragfähige und verschleißbeständige Kontakt­ zone geschaffen. Es wird eine sehr dichte und - gege­ benenfalls nach einer Schleifbearbeitung - sehr glatte Oberfläche mit geringen Rauhtiefen erreicht.

Die erfindungsgemäße Verwendung einer Kobalt-Basis­ legierung bzw. der Einsatz von Kobalt als Ma­ trixwerkstoff in einer alternativen Ausgestaltung mit zusätzlichen Hartstoffen ermöglicht es bei hohen Flä­ chendrücken ein Rutschen des Umschlingungsgliedes, insbesondere eines Bandes, zuzulassen, ohne daß Freß­ erscheinungen auftreten. Auf diese Weise ist es mög­ lich unter Beibehaltung der Übertragung einer Nennlei­ stung wirkungsgradoptimiert nahe der Rutschgrenze des Umschlingungsgliedes zu operieren.

Eine besonders günstige Ausgestaltung der Beschich­ tungsschicht wird dann erreicht, denn die freßstabile Schicht auf einer, durch eine Wärmebehandlung erzeug­ ten, harten und steifen Oberfläche des Scheibengrund­ körpers erzeugt wird. Die Beschichtungsschicht ist da­ bei gegenüber dem Material des Umschlingungsgliedes elastischer ausgelegt, so daß sich durch eine Mikroan­ passung der Oberflächen ein hoher Gradanteil in Kon­ takt zwischen den Kontaktflächen der Laufscheiben und dem Umschlingungsglied herausbilden kann. Dies läßt sich dann wiederum als erhöhter Reibwert feststellen. Das unter der Beschichtungsschicht liegende harte Ma­ terial verhindert, daß sich das Umschlingungsglied durch Ermüdungs- oder Kriechprozesse dauerhaft in die Laufscheibenoberflächen einarbeiten kann.

Bei Ausbildung der Beschichtungsschicht mit Kobalt als Matrixwerkstoff, in welcher Hartstoffe dispergiert sind, verhindert bei einer Gleitbeanspruchung Freßer­ scheinungen in den Kontaktbereichen.

In den Ansprüchen 13 und 14 sind erfindungsgemäße Ver­ fahren zur Herstellung einer Laufscheibe für stufenlo­ se und mit einem Umschlingungsglied versehene Um­ schlingungsgetriebe beschrieben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig be­ schriebenen Ausführungsbeispielen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines stu­ fenlosen Umschlingungsgetriebes mit zwei Lauf­ scheibenpaaren zur Kraftübertragung; und

Fig. 2 eine Detailvergrößerung eines erfindungsgemä­ ßen Laufscheibenpaares.

Eine Eingangsleistung wird über eine Antriebswelle 1 und zwei mit ihr drehfest verbundene Laufscheiben 2 und 3 über ein Band 4 als Umschlingungsglied durch Reibschluß an Kontaktflächen 5a, 5b und 6a, 6b auf zwei Laufscheiben 7 und 8 übertragen. Eine Abtriebs­ welle 9 führt die Leistung bei einem Getriebe für ein Fahrzeug über einen nicht dargestellten Antriebsstrang zum Vortrieb des Fahrzeuges.

In der Fig. 2 ist in einer Detailvergrößerung ein Paar bzw. Satz Laufscheiben 2, 7 bzw. 3, 8 dargestellt, die jeweils zusammenarbeiten. Die Kontaktflächen 5a, 6a und 5b, 6b sind mit einer Beschichtungsschicht 10 je­ weils in den Bereichen der Kegelform der Laufscheiben versehen. Die Beschichtungsschichten 10 sind jeweils auf Scheibengrundkörper 11 aufgebracht. Durch nicht näher dargestellte Stellglieder läßt sich jeweils der Abstand zwischen den Laufscheiben 2 und 3 und zwischen 7 und 8 einstellen, wodurch in bekannter Weise durch eine entsprechende radiale Verschiebung des Umschlin­ gungsgliedes 4 entlang der Kontaktflächen 5a, 5b bzw. 6a, 6b eine stufenlose Übersetzung der Antriebslei­ stung erreicht wird.

Die Beschichtungsschicht 10 kann durch ein thermisches Spritzverfahren auf die Kontaktflächen 5a, 5b und 6a, 6b der Scheibengrundkörper 11 aufgebracht werden. Die Beschichtung wird dabei so aufgebracht, daß sehr glat­ te Oberflächen mit einer maximalen Rauhtiefe von 3 um entstehen. Durch die Beschichtungsschicht 10 mit ihrer geringen Porosität ist diese bei einer entsprechenden Schichtdicke von z. B. 0,1 bis 0,3 mm (zur besseren Darstellung ist die Beschichtungsschicht 10 in Fig. 2 stark überdimensioniert hervorgehoben) hoch tragfähig gegen Belastung durch das Umschlingungsglied 4 ausge­ legt.

Bei einer Ausbildung der Beschichtungsschicht 10 mit einer Kobalt-Basislegierung, die durch ein thermisches Spritzverfahren auf einen Scheibengrundkörper 11 aus gehärtetem Material aufgebracht werden kann, wird eine hohe Verschleißfestigkeit der Laufscheiben erreicht bei gleichzeitig elastischer Kontaktfläche 5a, 5b bzw. 6a, 6b.

Der Anteil von Kobalt an der Kobalt-Basislegierung an der Beschichtungsschicht 10 kann zwischen 30 und 70 Gew.-% aufweisen. Die restlichen Bestandteile können aus Chrom zwischen 2 und 15 Gew.-%, Wolfram zwischen 2 und 6 Gew.-% und Eisen zwischen 1 und 5 Gew.-% betragen.

Bei einer alternativen Ausbildung der Beschichtungs­ schicht 10 mit Kobalt als Matrixwerkstoff, in welche Hartstoffe, wie z. B. Wolframkarbid, dispergiert sind, verhindert bei Gleitbeanspruchung, d. h. bei einer Re­ lativbewegung während des Durchrutschens des Umschlin­ gungsgliedes 4, Freßerscheinungen in den Kontaktberei­ chen 5a, 5b und 6a, 6b. Bei der Ausgestaltung der Be­ schichtungsschicht 10 mit Kobalt als Matrixwerkstoff, kann der Anteil der Hartstoffe zwischen 80 und 90 Gew.-%, vorzugsweise 83 bis 88 Gew.-% betragen. Der Rest ist dementsprechend im wesentlichen Kobalt. Die dis­ pergierten Hartstoffe weisen eine Größe Dis zu 2 µm auf.

Durch das Aufbringen der Beschichtungsschicht 10 mit einem Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, das für beide Beschichtungsarten in gleicher Weise geeignet ist, läßt sich eine sehr geringe Restporosität von unter 1% erreichen.

Claims (17)

1. Laufscheibe für stufenlose und mit einem Umschlin­ gungsglied versehene Umschlingungsgetriebe, mit einem Scheibengrundkörper, der an seiner Kontakt­ fläche mit dem Umschlingungsglied mit einer Be­ schichtungsschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibengrundkörper (11) aus einem gehärteten Material besteht, und daß die Beschichtungsschicht (10) elastisch ausgebildet ist und eine Kobalt-Basislegierung aufweist.

2. Laufscheibe für stufenlose und mit einem Umschlin­ gungsglied versehene Umschlingungsgetriebe, mit einem Scheibengrundkörper, der an seiner Kontakt­ fläche mit dem Umschlingungsglied mit einer Be­ schichtungsschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsschicht (10) Kobalt als Ma­ trixwerkstoff aufweist, in welchem Hartstoffe dis­ pergiert sind.

3. Laufscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffe Wolframkarbid aufweisen.

4. Laufscheibe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Hartstoffe zwischen 80 und 90 Gew.-%, vorzugsweise 83 bis 88 Gew.-% beträgt.

5. Laufscheibe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dispergierten Hartstoffe eine Größe bis zu 2 µm aufweisen.

6. Laufscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kobalt-Basislegierung zwischen 30 bis 70 Gew.-% Kobalt aufweist.

7. Laufscheibe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den restlichen Gew.-% Chrom, Wolfram und Eisen enthalten sind.

8. Laufscheibe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil von Chrom zwischen 2 und 15 Gew.-%, der Anteil von Wolfram zwischen 2 und 6 Gew.-% und der Anteil von Eisen zwischen 1 und 5 Gew.-% beträgt.

9. Laufscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibengrundkörper (11) aus Stahl besteht, der eine Wärmebehandlung durch eine Einsatzhärtung oder durch eine Vergütung erhalten hat.

10. Laufscheibe nach einem der Ansprüche I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Beschichtungsschicht (10) zwischen 0,1 und 0,3 mm beträgt.

11. Laufscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsschicht (10) durch Hochgeschwin­ digkeitsflammspritzen aufgebracht ist.

12. Laufscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsschicht (10) eine maximale Rauh­ tiefe von 3 µm aufweist.

13. Verfahren zur Herstellung einer Laufscheibe für stufenlose und mit einem Umschlingungsglied verse­ hene Umschlingungsgetriebe, wobei auf einem Schei­ bengrundkörper an seiner Kontaktfläche mit dem Um­ schlingungsglied eine Beschichtungsschicht aufge­ bracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf den aus gehärtetem Material bestehenden Schei­ bengrundkörper (11) als elastische Beschichtungs­ schicht (10) eine Kobalt-Basislegierung aufge­ bracht wird.

14. Verfahren zur Herstellung einer Laufscheibe für stufenlose und mit einem Umschlingungsglied verse­ hene Umschlingungsgetriebe, wobei auf einem Schei­ bengrundkörper an seiner Kontaktfläche mit dem Um­ schlingungsglied eine Beschichtungsschicht aufge­ bracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Scheibengrundkörper (11) eine Beschich­ tungsschicht (10) mit Kobalt als Matrixwerkstoff, In welchen Hartstoffe dispergiert sind, aufge­ bracht wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtung des Scheibengrundkörpers (11) durch Einsatzhärten oder Vergüten erfolgt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsschicht (10) durch Hochgeschwin­ digkeitsflammspritzen aufgebracht wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsschicht (10) mit einer maximalen Raumtiefe von 3 µm aufgebracht wird.