DE19850135A1 - Antriebsrollkörperlager und stufenlos verstellbares Toroidgetriebesystem - Google Patents
Antriebsrollkörperlager und stufenlos verstellbares ToroidgetriebesystemInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Antriebsrollkörperlager zur
Verwendung bei einem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe, welches beispielsweise
als ein Getriebesystem für ein Kraftfahrzeug verwendet wird.
Bei einem herkömmlichen stufenlos verstellbaren Toroidgetriebesystem, das als Getrie
besystem bei einem Kraftfahrzeug verwendet wird, wird die Drehung einer Antriebs
scheibe an eine Abtriebsscheibe stufenlos über eine Vielzahl von Antriebsrollkörpern
übertragen, die jeweils in ihren jeweiligen Antriebsrollkörperlagern aufgenommen und
zwischen den Antriebs- und Abtriebsscheiben schwenkbar angeordnet sind.
Hierbei umfaßt das Antriebsrollkörperlager; eine innere Laufbahn, die einen Antriebsroll
körper mit einem Antriebsabschnitt aufweist, der mit den oben genannten Antriebs- und
Abtriebsscheiben in Kontakt steht und außerdem aufgrund seiner Drehbewegung die
Drehung der Antriebsscheibe an die Abtriebsscheibe übertragen kann; eine äußere
Laufbahn, die gegenüber der inneren Laufbahn so angeordnet ist, daß sie den Antriebs
rollkörper frei drehbar halten kann; und einen Rollkugelkörper, der zwischen den inne
ren und äußeren Laufbahnen derart angeordnet ist, daß er durch und zwischen ringför
migen Laufrillen gehalten ist, die jeweils in den einander gegenüberliegenden Oberflä
chen der inneren und äußeren Laufbahnen ausgebildet ist, und der nicht nur eine
Axiallast, die vom Antriebsrollkörper auf die innere Laufbahn wirkt, auf die äußere Lauf
bahn überträgt, sondern auch an den Laufrillen abrollen kann, um dadurch den zwi
schen den inneren und äußeren Laufbahnen während deren relativen Drehung zuein
ander erzeugten Widerstand zu verringern.
Wie oben beschrieben, ist der Aufbau des Antriebsrollkörperlagers außer beim Antriebs
rollkörper, der in der inneren Laufbahn angeordnet ist, ähnlich wie der des Axialkugella
gers, das zum Abstützen einer Drehwelle verwendet wird, auf die eine Axiallast wirkt.
In Anbetracht dessen haben Fachmänner ein Verfahren zur Herstellung des Antriebs
rollkörpers zur Verwendung bei einem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes mit nied
rigen Kosten untersucht, bei dem Teile, die für ein existierendes Axialkugellager entwic
kelt wurden, für das Antriebsrollkörperlager verwendet werden.
Obwohl jedoch das Antriebsrollkörperlager einen ähnlichen Aufbau der Bestandteile wie
ein Axialkugellager aufweist, unterscheidet sich die Funktion der inneren Laufbahn des
Antriebsrollkörperlagers grundsätzlich von der eines gewöhnlichen Axialkugellagers.
Aufgrund derartiger funktionaler Unterschiede der inneren Laufbahn sind die Lastver
teilungen, die auf die innere Laufbahn wirken, das Kontaktverhalten zwischen den Roll
kugelkörpern, die zwischen den inneren und äußeren Laufbahnen angeordnet sind, und
die inneren und äußeren Laufbahnen und ähnliches von denen des gewöhnlichen
Axialkugellagers stark unterschiedlich. Daher können beim oben genannten Verfahren
zur neuen Verwendung der Bestandteile nach wie vor verschiedene Punkte verbessert
werden, die diese Unterschiede in Betracht ziehen.
Beispielsweise dient eine innere Laufbahn bei einem gewöhnlichen Axialkugellager als
ein Trageelement zum Abstützen einer Welle, wohingegen ein Antriebsrollkörper, wie er
beim Antriebsrollkörperlager verwendet wird und der sich einstückig mit der zugehörigen
inneren Laufbahn dreht, als ein Leistungsübertragungselement zur Übertragung der
Drehung der Antriebsscheibe an die Abtriebsscheibe. Das bedeutet, daß er einer Über
setzungsstufe in einem vielstufigen Getriebesystem entspricht. Und da ein derartiger
Antriebsrollkörper sich mit hohen Drehzahlen dreht, während er einen starken Druck
von den Antriebs- und Abtriebsscheiben aufnimmt, erzeugt er eine große Menge an
Wärme, die wiederum den inneren Laufring und den Rollkugelkörper aufwärmt.
Aus diesem Grund ist es unumgänglich, ein hochviskoses Antriebsöl als zwischen den
inneren und äußeren Laufbahnen aufzutragendes Schmieröl zu verwenden, welches
ausschließlich zur Verwendung bei einem Leistungsgetriebe entwickelt wurde.
Auch sieht der Antriebsabschnitt der Antriebsrollkörper, der die Antriebs und Abtriebs
scheiben berührt, einander gegenüberliegende Abschnitte an der äußeren umlaufenden
Kante des Antriebsrollkörpers vor, die 180° voneinander beabstandet sind. Die starken
Anpressdrücke, die von den Antriebs- und Abtriebsscheiben aufgeprägt sind, sind auf
diese einander gegenüberliegenden Abschnitte (des Antriebsabschnittes) als eine Ge
samtkraft ergebende Axial- und Radiallasten konzentriert. Daher wird beim Antriebsab
schnitt des Antriebsrollkörpers, der die Antriebs- und Abtriebsscheiben berührt, ein sehr
hoher Oberflächenkontaktdruck erzeugt.
Ein herkömmliches Lager wird beispielsweise bei einem Oberflächenkontaktdruck von 2
bis 3 GPa oder weniger verwendet. Im Falle eines Antriebsrollkörperlagers, das bei ei
nem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe für ein Fahrzeug verwendet wird, wird bei
normaler Untersetzung ein Oberflächenkontaktdruck von 2,5 bis 3,5 GPa erreicht und
bei maximaler Untersetzung kann der Oberflächenkontaktdruck bis zu 4 GPa erreichen.
Des weiteren sind die starken Anpressdrücke, die von den Antriebs- und Abtriebsschei
ben aufgeprägt sind, auf die um 180° beabstandeten, einander gegenüberliegenden
Abschnitte des Antriebsabschnittes der Antriebsrollkörper als Radiallasten konzentriert,
wodurch der Antriebsrollkörper und die innere Laufbahn, in der der Antriebsrollkörper
angeordnet ist, zusammengedrückt und in ihrer Radialrichtung verformt werden. Eine
derartige Kompression und Deformation krümmt wiederum die innere Laufbahn. Dies
macht es beinahe unmöglich, daß die auf die innere Laufbahn vom Antriebsrollkörper
wirkenden Axiallasten einheitlich über eine Vielzahl von Rollkugelkörpern verteilt wer
den, die jeweils zwischen den inneren und äußeren Laufbahnen angeordnet sind. Dies
bedeutet, daß die Axiallasten, denen die Rollkugelkörper unterworfen sind, an Ab
schnitten der Rollkugelkörper größer werden, die von den oben erwähnten, einander
gegenüberliegenden Abschnitten der Antriebsabschnitte der Antriebsrollkörper um 90°
auseinanderliegen. Als Ergebnis dessen ändern sich die Oberflächenkontaktdrücke der
Rollkugelkörper bezüglich der Laufbahnenrillen, während ein Teil der Rollkugelkörper an
den Laufrillen unter einem sehr hohen Kontaktdruck abrollen.
Daher muß der Antriebsabschnitt der Antriebsrollkörper, der sowohl die Antriebs- und
Abtriebsscheiben als auch die Laufrillen der durch die Rollkugelkörper kontaktierten in
neren und äußeren Laufbahnen im Werkstoff, in der Oberflächenhärte und in der Ober
flächenrauhigkeit besonders angepaßt werden, um zu verhindern, daß sich die Lebens
dauer aufgrund des Einwirkens des hohen Oberflächenkontaktdruckes verkürzen.
In Anbetracht des oben genannten Hintergrundes haben die vorliegenden Erfinder eine
Technik vorgeschlagen, bei der die Rollkugelkörper jeweils aus Stahl mit mittleren oder
hohen Kohlenstoffgehalt hergestellt und die Härte und Festigkeit der Oberflächen der
Rollkugelkörper durch Karbonitrierung oder durch Härten und Anlassen angepaßt sind,
um die Festigkeit der Rollkugelkörper gegen das lokale Wirken des Oberflächenkontakt
druckes zu erhöhen und dadurch die Lebensdauer des Lagers zu verbessern (vgl. un
geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei. 7-208568).
Des weiteren haben die vorliegenden Erfinder eine Technik vorgeschlagen, bei der so
wohl die Antriebs- und Abtriebsscheiben als auch ein Antriebsrollkörper und eine mit
den Antriebs- und Abtriebsscheiben in Kontakt stehende innere Laufbahn karburiert und
danach durch Schleifen endbearbeitet sind, um dadurch die Härte der Oberflächen die
ser Bauteile und die wirksame Tiefe der gehärteten Schicht auf einen geeigneten Wert
(im Bereich von 2 mm bis 4 mm) einzustellen. Dadurch ist es möglich, daß die Bauteile
der lokalen Wirkung des Oberflächenkontaktdruckes widerstehen (vgl. ungeprüfte japa
nische Patentveröffentlichung Nr. Hei. 7-71555).
Die oben erwähnte Verwendung des besonderen Antriebsöl als zwischen die inneren
und äußeren Laufbahnen aufgetragenes Schmieröl und die speziellen, geeigneten Ein
stellungen der Härte, der wirksamen Tiefe der gehärteten Schicht und der Oberflächen
rauhigkeit der Antriebsrollkörper der inneren Laufbahn und der Rollkugelkörper über die
Wahl des Materials und die Oberflächenbehandlung sind als solche jedoch nicht ausrei
chend.
Da in anderen Worten das ursprüngliche Ziel der Antriebsrollkörper die Übertragung ei
ner Leistung ist, ist es wichtig, daß ein dynamischer Drehmomentverlust im Antriebsroll
körperlager soweit wie möglich verringert wird, um dadurch den Wirkungsgrad der Über
tragung des Drehmoments zu erhöhen. Werden jedoch nur die oben erwähnten Ver
besserungen ausgeführt, dann kann sich in Abhängigkeit der Abmessungen der Lauf
rillen der inneren und äußeren Laufbahnen und der Rollkugelkörper der dynamische
Drehmomentverlust im Antriebsrollkörperlager erhöhen und dadurch den Wirkungsgrad
der Drehmomentübertragung verringern.
Selbst wenn bei den oben erwähnten, speziellen, geeigneten Einstellungen der Härte
und der wirksamen Tiefe der gehärteten Schicht der Arbeitsrollkörper und der inneren
Laufbahn gemacht wurden, tritt in einigen Fällen das Problem auf, daß die Lebensdauer
der Arbeitsrollkörperlager sich aufgrund eines frühen Brechens der Kanten der Laufrillen
und der Rollkugelkörper oder aufgrund eines Schadens an den Kontaktflächen der
Laufrillen und der Rollkugelkörper verringert.
Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, haben die Erfinder mit verschiedenen Ent
wurfsdaten der Bauteile von Antriebsrollenlager experimentiert und diese untersucht, um
die Verbindung zwischen den Entwurfsdaten und dem Anstieg oder dem Abfall im dyna
mischen Drehmomentverlust und der Lebensdauer des Lagers zu finden. Als Ergebnis
der ausgedehnten Untersuchungen wurde festgestellt, daß die Krümmungsradien der
bogenförmigen Abschnitte der Laufrillen, die an den inneren und äußeren Laufbahnen
der Antriebsrollkörperlager ausgebildet sind, eng mit dem Anstieg oder Abfall sowohl
des dynamischen Drehmomentverlustes als auch der Lebensdauer der Arbeitsrollkör
perlager zusammenhängen.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die bei den oben erwähnten, herkömmlichen
Antriebsrollkörperlager und stufenlos verstellbaren Toroidgetriebesystemen gefundene
Nachteile zu eliminieren. Dementsprechend ist es ein erstes Ziel der Erfindung, ein An
triebsrollkörperlager zur Verwendung bei einem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe
vorzusehen, welches einen Anstieg des dynamischen Drehmomentverlustes und auch
die Verkürzung der Lebensdauer des Rollkörperlagers begrenzen kann. Es ist außer
dem ein zweites Ziel der Erfindung, ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebesystem
vorzusehen, welches einen dynamischen Drehmomentverlust minimieren und einen
Wirkungsgrad der Drehmomentübertragung aufgrund der Verwendung des oben er
wähnten Antriebsrollkörperlagers verbessern kann.
Um die obigen Ziele zu erreichen, ist erfindungsgemäß ein Antriebsrollkörperlager zur
Verwendung in einem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe und zur frei drehbaren La
gerung eines Antriebsrollkörpers vorgesehen, wobei der Antriebsrollkörper zwischen
Antriebs- und Abtriebsscheiben schwenkbar angeordnet ist, wobei das vorliegende An
triebsrollkörperlager umfaßt: eine innere Laufbahn, an der der oben erwähnte Antriebs
rollkörper befestigt ist, wobei der Antriebsrollkörper einen Antriebsabschnitt aufweist, der
die oben erwähnten Antriebs- und Abtriebsscheiben berührt und der aufgrund deren
Drehbewegung die Drehung der Antriebsscheibe auf die Abtriebsscheibe übertragen
kann; eine äußere Laufbahn, die gegenüberliegend der inneren Laufbahn zur drehba
ren Lagerung des Antriebsrollkörpers angeordnet ist; und einen Rollkugelkörper, der
zwischen den inneren und äußeren Laufbahnen derart angeordnet ist, daß er durch und
zwischen ringförmigen Laufrillen gehalten ist, die jeweils an den einander gegenüberlie
genden Oberflächen der inneren und äußeren Laufbahnen ausgebildet sind, wobei
durch den Rollkugelkörper eine Axiallast übertragbar ist, welche auf die innere Laufbahn
vom Antriebsrollkörper auf die äußere Laufbahn wirkt, und durch den außerdem auf
grund deren Rollbewegung an den Laufrillen der zwischen den inneren und äußeren
Laufbahnen erzeugte Widerstand verringerbar ist, wenn die inneren und äußeren Lauf
bahnen sich relativ zueinander drehen, wobei eine jede Laufrille, die jeweils an den in
neren und äußeren Laufbahnen ausgebildet ist, einen bogenförmigen Querschnitt auf
weist, wobei ferner die Krümmungsradien der bogenförmigen Querschnitte der Laufrillen
im Bereich von 52% bis 59% des Durchmessers des Rollkugelkörpers liegen.
Bei dem Antriebsrollkörperlager, welches ein Antriebsöl als Schmieröl verwendet, hän
gen der dynamische Drehmomentverlust und die lange Lebensdauer eng mit den
Krümmungsradien der bogenförmigen Querschnitte der Laufrillen zusammen, die je
weils an den inneren und äußeren Laufbahnen der Antriebsrollkörperlager ausgebildet
sind. Wenn insbesondere die Krümmungsradien der bogenförmigen Querschnitte der
Laufrillen der inneren und äußeren Laufbahnen größer werden, sinkt der dynamische
Drehmomentverlust. Wenn insbesondere die Krümmungsradien der bogenförmigen
Querschnitte der Laufrillen an den inneren und äußeren Laufbahnen gleich oder größer
als 52% der Durchmesser der Rollkugelkörper betragen, dann ist die Änderung Δ Ts
des dynamischen Drehmomentverlustes bezüglich einer geringen Änderung Δ r des
Krümmungsradius ziemlich gering. Außerdem ist es möglich, sowohl bei den Laufrillen
als auch beim Rollkugelkörper einen frühen Kantenbruch zu vermeiden, der durch die
Kontaktellipse des Rollkugelkörpers verursacht wird, der auf den Kanten der Laufrillen
läuft.
Bezüglich der Lebensdauer des Lagers nehmen die Krümmungsradien der bogenförmi
gen Querschnitte der Laufrillen an den inneren und äußeren Laufbahnen zu und die La
gerlebensdauer sinkt tendenziell. Wenn insbesondere der Krümmungsradius des bo
genförmigen Querschnittes der Laufrille an der inneren Laufbahn größer als 59% des
Durchmessers des Rollkugelkörpers wird, dann wird die Kontaktellipse des Rollkugel
körpers überaus klein und verursacht dadurch eine Beschädigung oder einen schnellen
Abtrag der Kontaktfläche des Rollkugelkörpers, was es schwierig macht, die grundsätz
lich zu erwartende Lebensdauer des Antriebsrollkörperlagers sicherzustellen.
In Anbetracht dessen kann bei einem Festlegen des Krümmungsradius des bogenför
migen Querschnittes der Laufrille an der inneren Laufbahn im Bereich von 52% bis 59%
des Durchmessers des Rollkugelkörpers beim Antriebsrollkörperlager ein Anstieg im
dynamischen Drehmomentverlust und ein Absinken in der Lagerlebensdauer begrenzt
werden.
Vorzugsweise kann die innere Laufbahn einstückig mit dem Antriebsrollkörper ausgebil
det sein.
Bei Verwendung einer solchen integralen Bauweise kann die Anzahl der Bauteile des
Antriebsrollkörperlagers im Vergleich mit der Bauweise, bei der jeweils die innere Lauf
bahn und der Antriebsrollkörper als getrennte Bauteile ausgebildet sind, verringert wer
den. Da außerdem der Antriebsrollkörper stabil sein muß, da zur Übertragung des Dreh
moments eine starke Last auf ihn wirkt, kann die innere Laufbahn als ein Abschnitt ver
größerten Durchmessers zur Erhöhung von dessen Festigkeit verwendet werden. Damit
ist es ein leichtes, dessen Festigkeit sicherzustellen.
Selbst wenn der Antriebsrollkörper aufgrund der darauf wirkenden Anpreßdrücke von
den Antriebs- und Abtriebsscheiben her wiederholt verformt wird, besteht keine Gefahr,
daß Kriech- oder Reibungsverschleiß zwischen der inneren Laufbahn und dem An
triebsrollkörper stattfindet.
Außerdem können bevorzugt die Krümmungsradien der bogenförmigen Abschnitte der
Laufrillen an den inneren und äußeren Laufbahnen im Bereich von 54% bis 59% (mehr
als 54% und gleich oder kleiner als 59%) des Durchmessers des Rollkugelkörpers ge
setzt sein.
Wenn der Krümmungsradius des bogenförmigen Querschnittes der Laufrille an der in
neren Laufbahn gleich oder größer 54% des Durchmessers des Rollkugelkörpers wird,
dann wird der Neigungswinkel der Änderung Δ Ts des dynamischen Drehmomentverlu
stes bezüglich der geringen Änderung Δ r des Krümmungsradius etwas größer vergli
chen mit einem Fall, bei dem er im Bereich zwischen einem Wert gleich oder größer als
52% und einem Wert kleiner als 54% des Durchmessers des Rollkugelkörpers liegt.
Wenn daher die Krümmungsradien der bogenförmigen Querschnitte der Laufrillen an
den inneren und äußeren Laufbahnen im Bereich gleich oder größer als 54% und gleich
oder kleiner als 59% des Durchmessers des Rollkugelkörpers liegen, dann kann der
Anstieg im dynamischen Drehmomentverlust verglichen mit dem Fall, bei dem er im Be
reich von 52% bis 59% des Durchmessers des Rollkugelkörpers gesetzt ist, weiter be
grenzt werden.
Außerdem ist zum Erreichen des zweiten Ziels der Erfindung erfindungsgemäß ein stu
fenlos verstellbares Toroidgetriebesystem zum Übertragen der Drehung einer Antriebs
scheibe an eine Abtriebsscheibe in einer stufenlosen und änderbaren Weise über eine
Vielzahl von Antriebsrollkörpern vorgesehen, welche jeweils in den oben erwähnten An
triebsrollkörperlager aufgenommen und zwischen den Antriebs- und Abtriebsscheiben
derart schwenkbar angeordnet sind, wobei das stufenlos verstellbare Toroidgetriebesy
stem das Antriebsrollkörperlager als dessen Antriebsrollkörperlager verwendet.
Gemäß der obigen Bauweise kann das vorliegende stufenlos verstellbare Toroidgetrie
besystem den dynamischen Drehmomentverlust bei der Leistungsübertragung von der
Antriebsscheibe an die Abtriebsscheibe verringern, da das darin verwendete Antriebs
rollkörperlager einen Anstieg in dem dynamischen Drehmomentverlust und auch ein
Absinken der Lagerlebensdauer begrenzen und dadurch den Wirkungsgrad der Dreh
momentübertragung verbessern kann.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt der wesentlichen Abschnitte eines ersten Ausfüh
rungsbeispiels eines stufenlos verstellbaren Toroidgetriebesystems, bei
dem ein erfindungsgemäßes Antriebsrollkörperlager vorgesehen ist;
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Abschnittes A des in der Fig. 1 ge
zeigten Antriebsrollkörperlagers;
Fig. 3 zeigt eine graphische Wiedergabe der Charakteristiken des in der Fig. 1
gezeigten Antriebsrollkörperlagers, insbesondere die Beziehung der La
gerlebensdauer und des dynamischen Drehmomentverlusts, wenn sich
die Krümmungsradien der Laufrillen der Antriebsrollkörper ändern;
Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Antriebsrollkörperlagers, in dem
die Richtung einer Anpreßkraft, die von den Antriebs- und Abtriebsschei
ben auf den Antriebsabschnitt eines Antriebsrollkörpers her wirkt, darge
stellt ist;
Fig. 5 zeigt eine Aufsicht einer inneren Laufbahn, die einstückig mit dem An
triebsrollkörper ausgebildet ist, der sich aufgrund einer Andrücklast ver
formen kann, die von den in der Fig. 1 gezeigten Antriebs- und Abtriebs
scheiben her wirkt;
Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht der inneren Laufbahn, die einstückig mit dem
Antriebsrollkörper ausgebildet ist, wobei die Verformung einer Laufrille, die
an der inneren Laufbahn ausgebildet ist und die aufgrund einer Anpreß
kraft, die von den in der Fig. 1 gezeigten Antriebs- und Abtriebsscheiben
her wirkt, verformt werden kann;
Fig. 7 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung einer in tangentialer Richtung wirken
den Last, die auf den Antriebsabschnitt des Antriebsrollkörpers von den
Antriebs- und Abtriebsscheiben in dem in der Fig. 4 gezeigten Antriebs
rollkörperlager wirkt;
Fig. 8 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie X-X der Fig. 7; und
Fig. 9 zeigt einen Querschnitt der wesentlichen Abschnitte eines zweiten Ausfüh
rungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Antriebsrollkörperlagers.
Im folgenden werden die Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Antriebsroll
körperlagers und eines erfindungsgemäßen stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen genau beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt der wesentliche Abschnitte eines ersten Ausführungsbei
spiels eines stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes, bei dem ein erfindungsgemäßes
Antriebsrollkörperlager eingebaut ist; Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Ab
schnittes A des Antriebsrollkörperlagers, wie es in Fig. 1 gezeigt ist; Fig. 3 zeigt eine
graphische Darstellung der Charakteristiken des in der Fig. 1 gezeigten Antriebsrollkör
perlagers, insbesondere die Beziehung der Lagerlebensdauer und des dynamischen
Drehmomentverlustes, wenn sich die Krümmungsradien der Laufrillen der Antriebsroll
körper ändern. Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Antriebsrollkörperlagers,
in dem die Richtung der Anpreßkraft dargestellt ist, die von den Antriebs- und Abtriebs
scheiben her auf den Antriebsabschnitt eines Antriebsrollkörpers wirkt. Fig. 5 zeigt eine
Aufsicht auf eine innere Laufbahn, die einstückig mit dem Antriebsrollkörper ausgebildet
ist, der sich aufgrund einer Andrücklast verformen kann, die von den in der Fig. 1 ge
zeigten Antriebs- und Abtriebsscheiben her wirkt. Fig. 6 zeigt einen Querschnitt der in
neren Laufbahn, die einstückig mit dem Antriebsrollkörper ausgebildet ist, wobei die
Verformung einer Laufrille, die auf der inneren Laufbahn ausgebildet ist, dargestellt ist,
und wobei sich die innere Laufbahn aufgrund einer Andrückkraft, die von den in der Fig.
1 gezeigten Antriebs- und Abtriebsscheiben her wirkt, verformt werden kann. Fig. 7 zeigt
zur Erläuterung eine Ansicht einer in tangentialer Richtung wirkenden Last, die auf den
Antriebsabschnitt des Antriebsrollkörpers von den Antriebs- und Abtriebsscheiben her in
dem in der Fig. 4 gezeigten Antriebsrollkörperlager wirkt. Fig. 8 zeigt einen Querschnitt
entlang der Linie X-X der Fig. 7.
In Fig. 1 ist der Aufbau eines stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes 100 gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Auf einer Antriebswelle 1, die mit ei
ner Antriebsquelle (nicht gezeigt), wie beispielsweise einem Motor oder ähnlichem, ver
bunden ist, sind drehbar eine Antriebsscheibe 2 und eine Abtriebsscheibe 3 derart an
geordnet, daß sie in axialer Richtung der Antriebswelle 1 voneinander geeignet beab
standet sind. Ein erfindungsgemäßes Antriebsrollkörperlager 11 ist zwischen die An
triebs- und Abtriebsscheiben 2 und 3 zusammengebaut oder eingebaut.
Insbesondere verwendet das stufenlos verstellbare Toroidgetriebesystem 100 des vor
liegenden Ausführungsbeispiels zwei Antriebsrollkörperlager 11. Die beiden Antriebs
rollkörperlager 11 sind, wie in der Fig. 1 gezeigt, jeweils an Positionen montiert, die von
einander um 180° in der Umfangsrichtung der Antriebs- und Abtriebsscheiben 2 und 3
angeordnet sind.
Die Antriebs- und Abtriebsscheiben 2 und 3 sind jeweils an der Antriebswelle 1 durch
Nadellager 21 und 22 drehbar an der Antriebswelle 1 gelagert.
An der rückwärtigen Seite der Antriebsscheibe 2 ist eine Nockenscheibe 4 vorgesehen,
die sich über eine Keilverzahnung im Eingriff mit der Antriebswelle 1 befindet. Zwischen
der Nockenscheibe 4 und der Antriebsscheibe 2 ist eine Andrückeinrichtung 6 von der
Art einer Lastnocke angeordnet, die die Antriebsscheibe 2 über einen Rollkörper 5 in
Richtung der Abtriebsscheibe 3 drückt.
Zwischen den Antriebs- und Abtriebsscheiben 2 und 3 ist ein Auflager 8 angeordnet,
welches um einen Schwenkpunkt 7 verschwenkt werden kann, während eine Schiebe
welle 9 im Mittenabschnitt des Auflagers 8 vorgesehen ist. Am vorderen Endabschnitt
der Schiebewelle 9, der sich an der Seite der Antriebswelle 1 befindet, ist ein Antriebs
rollkörper 10 drehbar befestigt, welcher einen Antriebsabschnitt 25 aufweist, der die An
triebs- und Abtriebsscheiben 2 und 3 berührt.
Die äußere Umfläche des Antriebsrollkörpers 10 berührt die Kontaktflächen 31 und 32,
um das Drehmoment, das jeweils an den Antriebs- und Abtriebsscheiben 2 und 3 gebil
det ist, zu übertragen, so daß der Antriebsabschnitt 25 einem Endbearbeitungsverfah
ren unterworfen wird, um eine kugelförmige Fläche vorzusehen, die ermöglicht, daß der
Antriebsabschnitt 25 an den Kontaktflächen 31 und 32 der Antriebs- und Abtriebsschei
ben 2 und 3 gleitet.
Der Antriebsrollkörper 10 ist so aufgebaut, daß der Antriebsabschnitt 25 des Antriebs
rollkörpers 10 an den Kontaktflächen 31 und 32 der Antriebs- und Abtriebsscheiben 2
und 3 gleiten kann, wenn das Auflager 8 um den Schwenkpunkt 7 verschwenkt wird und
die Verschiebewelle 9, die als der Drehmittelpunkt dient, dadurch geneigt wird. Daher
kann sich der Antriebsrollkörper 10 schwenkbar drehen. In Abhängigkeit vom Dreh
radiusverhältnis der Kontaktstelle des Antriebsabschnittes 25 um die Antriebswelle 1
relativ zu den Antriebs- und Abtriebsscheiben 2 und 3 kann die Drehzahl, die von der
Antriebsscheibe 2 an die Abtriebsscheibe 3 übertragen wird, verändert werden.
Zwischen dem Auflager 8 und dem Antriebsrollkörper 10 ist ein Antriebsrollkörperlager
11 angeordnet, welches verwendet wird, um eine Axialkraft abzustützen, die auf die An
triebsrollkörper 10 wirkt, und außerdem, um die Drehung des Antriebsrollkörpers 10 und
die Verschiebewelle 9 zu ermöglichen.
Das Antriebsrollkörperlager 11 weist eine innere Laufbahn 35, die einstückig mit dem
oberen Flächenabschnitt des Antriebsrollkörpers 10 ausgebildet ist, eine äußere Lauf
bahn 13, die gegenüber der inneren Laufbahn 35 angeordnet ist, um den Antriebsroll
körper 10 drehbar abzustützen, wobei die äußere Laufbahn 13 auch dazu verwendet
wird, die Axiallast des Antriebsrollkörpers 10 aufzunehmen, und einen Rollkugelkörper
12 auf, der zwischen der inneren Laufbahn und der äußeren Laufbahn 13 derart ange
ordnet ist, daß er durch die und zwischen den ringförmigen Laufrillen 15 und 16, die je
weils in den einander gegenüberliegenden Flächen der inneren und äußeren Laufbah
nen 35 und 13 ausgebildet sind, und der die auf die einstückig mit dem Antriebsrollkör
per 10 ausgebildete, innere Laufbahn 35 wirkende Axiallast auf die äußere Laufbahn 13
übertragen und auf den Laufrillen 15 und 16 gleiten kann, um dadurch den Widerstand
zu senken, der zwischen der inneren Laufbahn 35 und der äußeren Laufbahn 13 er
zeugt wird, wenn diese sich relativ zueinander drehen.
Beispielsweise sind zwei oder mehr Rollkugelkörper 12 auf den Laufrillen 15 und 16 in
einem bestimmten Abstand vorgesehen, während der Abstand zwischen den Rollkugel
körpern 12 durch einen ringförmigen Käfig 14, der zwischen den inneren und äußeren
Laufbahnen 35 und 13 angeordnet ist, gehalten wird.
Die Laufrillen 15 und 16 die jeweils an den inneren und äußeren Laufbahnen 35 und 13
ausgebildet sind, wie dies in der Fig. 2 gezeigt ist, sind so aufgebaut, daß deren Quer
schnitt bogenförmig ist. Außerdem liegen die Krümmungsradien r1 und r2 der bogen
förmigen Querschnitte der Laufrillen 15 und 16 jeweils im Bereich von 52% bis 59% des
Durchmessers D des Rollkugelkörpers 12, um einen Anstieg in der Lebensdauer des
Antriebsrollkörperlagers und ein Absenken des dynamischen Drehmomentverlustes des
Antriebsrollkörperlagers zu berücksichtigen.
Zwischen den inneren und äußeren Laufbahnen der Antriebsrollkörperlager 11 wird ein
hochviskoses Antriebsöl, welches exklusiv zum Zwecke der Leistungsübertragung ent
wickelt wurde, durch eine Zuführeinrichtung (nicht gezeigt) für Schmieröl zugeleitet.
Des weiteren ist der Rollkugelkörper 12 aus einer Stahlkugel gefertigt. Insbesondere
wurde die in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei. 7-208568 of
fenbarte Technik bei der Herstellung des Rollkugelkörpers 12 verwendet. Die Stahlkugel
besteht aus Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt oder Stahl mit hohem Kohlenstoffge
halt und gleichzeitig wurden die Härte und Festigkeit der Oberfläche des Rollkugelkör
pers 12 sowohl durch eine Karbonitrierung als auch durch ein Härten und Anlassen ge
eignet eingestellt.
Des weiteren wurde die in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei.
7-71555 offenbarte Technik bei der Herstellung sowohl der Antriebs- und Abtriebsschei
ben 2 und 3 als auch der Antriebsrollkörper 10 und der inneren Laufbahn 35, die jeweils
die Antriebs- und Abtriebsscheiben 2 und 3 berühren, verwendet. Insbesondere sind
diese Bauteile, nachdem sie jeweils karboriert wurden, durch Schleifen endbearbeitet,
wodurch die Härte und die wirksame Tiefe der gehärteten Schicht der Oberflächen die
ser Bauteile auf jeweils geeignete Werte (im Bereich von 2 mm bis 4 mm) eingestellt
werden. Dadurch ist es möglich, daß diese Bauteile der Wirkung des lokalen Kontakt
druckes widerstehen.
Wenn die Kristallkörner des Antriebsrollkörpers 10 übermäßig groß sind, dann stellt dies
auf unerwünschte Weise einen Grund für die Konzentration der Spannung dar, da eine
hohe Spannung auf den Antriebsrollkörper 10 wirkt. Aus diesem Grund ist der Antriebs
rollkörper 10 vorzugsweise derart hergestellt, daß die Kristallkörnung des Antriebsroll
körpers 10 eine Kornzahl 7 oder höher entsprechend der JIS-G0552 Meßmethode be
trägt.
Nun zeigt Fig. 3 die Beziehung zwischen der Lebensdauer (linke senkrechte Achse) des
Antriebsrollkörperlagers 11 und dessen dynamischen Drehmomentverlust (rechte senk
rechte Achse), wenn die Krümmungsradien r1 und r2 der bogenförmigen Abschnitte der
Laufrillen 15 und 16 (horizontale Achse), die jeweils an den inneren und äußeren Lauf
bahnen 13 und 35 der Antriebsrollkörper 11 mit einem Innendurchmesser von 30 mm
ausgebildet sind, verändert werden.
Beim Arbeitsrollkörperlager 11, das ein Antriebsöl als Schmieröl verwendet, hängen der
dynamische Drehmomentverlust und die Lebensdauer des Lagers eng mit den Krüm
mungsradien r1 und r2 der bogenförmigen Querschnitte der Laufrillen 15 und 16 zu
sammen: insbesondere werden die Kontaktellipsen der Rollkugelkörper 12 relativ zu
den Laufrillen 15 und 16 kleiner, wie dies durch eine charakteristische Linie b in der Fig.
3 dargestellt ist, wenn die Krümmungsradien r1 und r2 der Laufrillen 15 und 16 größer
werden. Daher neigt der dynamische Drehmomentverlust zum Absinken. Wie außerdem
durch eine charakteristische Linie a in der Fig. 3 gezeigt ist, sinkt die Lebensdauer des
Lagers tendenziell, wenn die Krümmungsradien r1 und r2 der Laufrillen 15 und 16 grö
ßer werden.
Dies wird nun genauer beschrieben. Damit die Rollkugelkörper 12 glatt rollen können,
sind die oben erwähnten Krümmungsradien r1 und r2 jeweils so ausgewählt, daß sie ei
nen Wert erreichen, der zumindest 50% des Durchmessers D des Rollkugelkörpers 12
überschreitet (also einen Wert, der größer ist als eine Hälfte des Krümmungsradius D
des Rollkugelkörpers 12 (nämlich D/2)): Die Änderung Δ Ts des dynamischen Drehmo
mentverlustes ist bezüglich geringen Änderungen Δ r1 und Δ r2 der Krümmungsradien
r1 und r2 groß, wie dies durch die charakteristische Linie b in der Fig. 3 gezeigt ist, wenn
die Krümmungsradien r1 und r2 kleiner als 52% des Durchmessers D des Rollkugelkör
pers 12 sind. Wenn andererseits die Krümmungsradien r1 und r2 gleich oder größer als
52% des Durchmessers D des Rollkugelkörpers 12 sind, dann verläuft die Änderung Δ
Ts des dynamischen Drehmomentverlustes beträchtlich geringer bezüglich kleinen Än
derungen Δ r1 und Δ r2 der Krümmungsradien r1 und r2.
Wie in der Fig. 4 gezeigt ist, wirken im Antriebsrollkörperlager 11 zwei starke Andrück
kräfte F1 und F2, die jeweils von den Antriebs- und Abtriebsscheiben 2 und 3 auf die
beiden einander gegenüberliegenden und 180° voneinander beabstandeten Lagen des
Antriebsabschnittes 25 des Antriebsrollkörpers 10 wirken. Da, wie in der Fig. 4 gezeigt
ist, die beiden Andrückkräfte F1 und F2 jeweils einen Kontaktwinkel α aufweisen, wirken
aufgrund dieser Andrückkräfte F1 und F2 eine Axiallast und eine Radiallast konzentriert
auf die beiden einander gegenüberliegenden und um 180° beabstandeten Lagen des
Antriebsabschnittes 25 des Antriebsrollkörpers 10. Wie in der Fig. 7 gezeigt ist, wirkt
auch eine Kraft Ft in tangentialer Richtung auf den Antriebsabschnitt 25. Diese tangen
tiale Kraft Ft erzeugt, wie in Fig. 8 gezeigt ist, eine Momentenkraft Fm, die den Antriebs
rollkörper 10 neigt, mit dem Ergebnis, daß eine auf das Antriebsrollkörperlager wirkende
Last in eine exzentrische Last umgewandelt wird. Das Auftreten der exzentrischen Last
aufgrund der tangentialen Kraft ist charakteristisch für einen Antriebsrollkörper, der bei
einem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebesystem verwendet wird. Es wird angenom
men, daß die exzentrische Last einen Einfluß auf die Charakteristik des Drehmoment
verlustes hat, wie dies in der Fig. 3 gezeigt ist.
Die Radiallast, die auf den Antriebsrollkörper 10 und auf die innere Laufbahn 35 kon
zentriert ist, wie dies in der Fig. 5 gezeigt ist, preßt den Antriebsrollkörper 10 und die in
nere Laufbahn 35 zusammen, die dadurch in deren radialen Richtungen komprimiert
und verformt werden. Außerdem verursacht die Kompression und Verformung der inne
ren Laufbahn 35 aufgrund der konzentrierten Wirkung der Radiallast, wie dies durch ei
nen Pfeil Y in der Fig. 6 gezeigt ist, eine Verformung der Laufrille 16, die an der inneren
Laufbahn 35 ausgebildet ist, in eine Richtung, in der sich der Krümmungsradius r2 in
dessen Querschnitt verringert. Dies hat zum Ergebnis, daß die Verformung der Laufrille
16 die Kontaktellipse zwischen dem Rollkugelkörper 12 und der inneren Laufbahn 35
vergrößert, um dadurch den dynamischen Drehmomentverlust zu erhöhen.
Wenn des weiteren der Krümmungsradius r2 der Laufrille 16 der inneren Laufbahn 35
weniger als 52% des Durchmessers D des Rollkugelkörpers 12 beträgt und der Krüm
mungsradius r2 der Laufrille 16 aufgrund des Druckes und der Verformung der inneren
Laufbahn 35, die durch das konzentrierte Wirken der Radiallast verursacht wird, verrin
gert wird, dann besteht auch die Gefahr, daß die vergrößerte Kontaktellipse des Rollku
gelkörpers 12 bis auf die Kante der Laufrille 16 läuft, um dadurch eine Kantenlast mit ei
nem lokal hohen Flächendruck zu erzeugen. Dies bewirkt nicht nur ein frühes Abbre
chen der Kante der Laufrille 16, sondern auch des Rollkugelkörpers 12.
Um einen scharfen Anstieg im dynamischen Drehmomentverlust zu begrenzen, wenn
sich der Krümmungsradius r2 der Laufrille 16 aufgrund des oben erwähnten Druckes
und der Verformung der inneren Laufrille 35 verringert, und auch, um das frühe Abbre
chen der Kante der Laufrille 16 und des Rollkugelkörpers 12 zu verhindern, das durch
die vergrößerte Kontaktellipse erzeugt wird, die bis auf die Kante der Laufrille 16 reicht,
kann der Krümmungsradius r2 der Laufrille 16 der inneren Laufbahn 35 gleich oder grö
ßer als 52% des Durchmessers D des Rollkugelkörpers 12 gesetzt werden.
Wenn auf die oben erwähnte Weise der Krümmungsradius r2 der Laufrille 16 der inne
ren Laufbahn 35 gleich oder größer als 52% des Durchmessers D des Rollkugelkörpers
12 gesetzt wird, dann ist es möglich, das frühe Abbrechen der Kanten der Laufrille 16
und des Rollkugelkörpers 12 zu verhindern, das durch die vergrößerte Kontaktellipse
erzeugt wird, die bis zur Kante der Laufrille 16 reicht.
Wenn jedoch die Kontaktellipse des Rollkugelkörpers 12 generell kleiner wird, dann
steigt der Kontaktflächendruck, so daß aufgrund der Wirkung der Axiallast auf die Lauf
rillen 15 und 16 Laufmarken leicht erzeugt werden können, die auf den Kontaktflächen
der Laufrillen 15 und 16 verbleiben. Außerdem verschleißt der Rollkugelkörper 12
schneller, wenn er auf den Laufrillen 15 und 16 abrollt.
Wie durch die charakteristische Linie a in der Fig. 3 gezeigt ist, wird im Gegensatz zum
Fall beim dynamischen Drehmomentverlust bei einer Erhöhung der Krümmungsradien
r1 und r2 der Querschnitte der Laufrillen 15 und 16, die an den inneren und äußeren
Laufbahnen ausgebildet sind, die Kontaktellipse des Rollkugelkörpers 12 kleiner. Auf
grund dessen kann die Kontaktfläche des Rollkugelkörpers 12 leicht beschädigt oder
verschlissen werden, was in einer verringerten Lebensdauer des Antriebsrollkörperla
gers resultiert.
Bei einem Antriebsrollkörperlager zur Verwendung bei einem stufenlos verstellbaren To
roidgetriebesystem, das sich an Bord eines Kraftfahrzeugs befindet, wird normalerweise
eine Referenzlaufleistung (beispielsweise einhunderttausend km) für das Kraftfahrzeug
angenommen. Daher muß eine grundsätzliche Lebensdauer für das Antriebsrollkörper
lager festgelegt werden, um zu verhindern, daß dieses verschlissen ist, bevor die Lauf
leistung des Kraftfahrzeugs die angenommene Referenzlaufleistung erreicht hat.
Die Lebensdauer, die in der Fig. 3 gezeigt ist, ist ein Wert, der erhalten wird, wenn die
Anzahl der Umdrehungen des Antriebsrollkörperlagers bis zur experimentell gemesse
nen, grundsätzlichen Lebensdauer des Kraftfahrzeugs durch die Anzahl der Umdrehun
gen des Antriebsrollkörperlagers geteilt wird, die notwendig ist, damit das Fahrzeug die
angenommene Referenzlaufleistung läuft oder erfüllt, also 100.000 km. Wenn beispiels
weise dieser Wert 1 oder kleiner ist, dann bedeutet dies, daß eine Laufleistung von
100.000 km nicht garantiert werden kann.
Wie durch die charakteristische Linie a in der Fig. 3 gezeigt ist, wird die Kontaktellipse
des Rollkugelkörpers 12 übermäßig klein, wenn der Krümmungsradius r2 des bogen
förmigen Querschnittes der Laufrille 16 der inneren Laufbahn 35 größer als 59% des
Durchmessers D des Rollkugelkörpers 12 ist. Aus diesem Grund kann die Kontaktfläche
des Rollkugelkörpers 12 leicht beschädigt oder verschlissen werden, wodurch es
schwierig wird, die oben erwähnte grundsätzliche Lebensdauer des Antriebsrollkörper
lagers sicherzustellen.
Dies bedeutet, daß vorzugsweise der Krümmungsradius r2 des bogenförmigen Quer
schnittes der Laufrille 16 im Bereich von 59% oder niedriger des Durchmessers D des
Rollkugelkörpers 12 gesetzt werden kann, um die grundsätzliche Lebensdauer des An
triebsrollkörperlagers sicherzustellen, die mit der Referenzlaufleistung des Kraftfahr
zeugs übereinstimmt.
Mit anderen Worten liegt beim erfindungsgemäßen Antriebsrollkörperlager 11 der
Krümmungsradius r2 des bogenförmigen Querschnittes der Laufrille 16 der inneren
Laufbahn 35 im Bereich von 52% oder mehr des Durchmessers D des Rollkugelkörpers
12, um dadurch in der Lage zu sein, einen Anstieg im dynamischen Drehmomentverlust
zu begrenzen. Gleichzeitig liegt der Krümmungsradius r2 im Bereich von 59% oder we
niger des Durchmessers D des Rollkugelkörpers 12, um dadurch in der Lage zu sein,
die grundsätzliche Lebensdauer des Antriebsrollkörperlagers zu realisieren, die mit der
Referenzlaufleistung des Kraftfahrzeugs übereinstimmt. Dies bedeutet, daß beim vorlie
genden Antriebsrollkörperlager 11 der Anstieg des dynamischen Drehmomentverlustes
begrenzt und außerdem ein Absenken der Lebensdauer des Antriebsrollkörperlagers
verhindert werden kann.
Außerdem kann bei dem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebesystem 100, bei dem das
wie oben aufgebaute Antriebsrollkörperlager 11 verwendet wird, der dynamische Dreh
momentverlust bei der Leistungsübertragung von der Antriebsscheibe 2 an die Abtriebs
scheibe 3 verringert werden, um dadurch den Wirkungsgrad der Drehmomentübertra
gung zwischen der Antriebsscheibe und der Abtriebsscheibe 2 und 3 zu verbessern.
Da des weiteren erfindungsgemäß die innere Laufbahn 35 mit dem Antriebsrollkörper
10 im Vergleich zu einem Aufbau, bei dem diese getrennt als diskrete Bauteile herge
stellt sind, einstückig ausgebildet ist, kann die Anzahl der Bauteile des Antriebsrollkör
perlagers 11 verringert werden. Während der Antriebsrollkörper 10 in der Praxis eine
geeignete Festigkeit aufweisen muß, da auf ihn zur Übertragung des Drehmoments eine
hohe Last wirkt, kann die innere Laufbahn 35 als ein Abschnitt mit erhöhtem Durchmes
ser zur Erhöhung der Festigkeit des Antriebsrollkörpers 10 verwendet werden, was es
ein leichtes macht, dessen Festigkeit sicherzustellen.
Des weiteren wird der Antriebsrollkörper 10 wiederholt in Abhängigkeit von den An
drücklasten verformt, die auf ihn von den Antriebs- und Abtriebsscheiben 2 und 3 her
wirken. Wenn die innere Laufbahn 35 getrennt vom Antriebsrollkörper 10 ausgebildet
ist, kann jedesmal eine kleine Lücke zwischen der inneren Laufbahn 35 und dem An
triebsrollkörper 10 bei einer schwachen Verbindungslast zwischen dem inneren Laufring
35 und dem Antriebsrollkörper 10 auftreten und verschwinden, wenn der Antriebsroll
körper 10 seine Verformung aufgrund der Andrücklasten wiederholt. Dies erhöht die
Gefahr, daß ein Kriech- oder Reibverschleiß zwischen dem inneren Laufring 35 und
dem Antriebsrollkörper 10 auftreten kann. Wenn andererseits die innere Laufbahn 35
und der Antriebsrollkörper 10 als ein einstückiges Bauteil ausgebildet sind, besteht kei
ne Möglichkeit, daß derartige Probleme auftreten können.
Wie durch die charakteristische Linie b in der Fig. 3 gezeigt ist, zeigt die Änderung Δ Ts
des dynamischen Drehmomentverlustes eine weit sanftere Neigung bezüglich der ge
ringen Änderung Δ r des Krümmungsradius r2, wenn der Krümmungsradius r2 der Lauf
rille 16 der inneren Laufbahn 35 größer oder gleich 54% des Durchmessers D des Roll
kugelkörpers 12 ist, als wenn der Krümmungsradius r2 im Bereich von gleich oder grö
ßer 52% und kleiner als 54% des Durchmessers D des Rollkugelkörpers 12 liegt.
Wenn daher der Krümmungsradius r2 der Laufrille 16 auf einen Wert innerhalb des Be
reichs von 54% bis 59% (dies bedeutet gleich oder größer 54% und gleich oder kleiner
59%) des Durchmessers T des Rollkugelkörpers 12 verglichen zu einem Fall gesetzt ist,
bei dem der Krümmungsradius r2 der Laufrille 16 im Bereich von 52% bis 59% des
Durchmessers D des Rollkugelkörpers 12 gesetzt ist, dann kann der Begrenzungseffekt
im Anstieg des dynamischen Drehmomentverlusts weiter verstärkt werden. Auf diese
Weise kann erwartet werden, daß der Wirkungsgrad der Drehmomentübertragung des
stufenlos verstellbaren Toroidgetriebesystems weiter verbessert werden kann.
Beim oben erwähnten ersten Ausführungsbeispiel ist die innere Laufbahn 35, die einen
Teil des Antriebsrollkörperlagers 11 bildet, einstückig mit dem oberen Flächenabschnitt
des Antriebsrollkörpers 10 ausgebildet. Dies stellt jedoch keine Einschränkung dar,
vielmehr kann eine innere Laufbahn 35 mit Laufrillen 15 und 16 getrennt vom Antriebs
rollkörper 10 hergestellt sein, wie dies in der Fig. 9 gezeigt ist.
Wenn die innere Laufbahn 35 als ein getrenntes Teil auf diese Weise hergestellt wird,
können nicht nur die Werkstoffe des Antriebsrollkörpers 10 und der inneren Laufbahn
35 individuell entsprechend ihren jeweils benötigten mechanischen Festigkeiten oder
ähnlichem individuell ausgewählt werden, sondern die innere Laufbahn 35, die aufgrund
der Rollbewegung des Rollkugelkörpers 12 leicht verschleißen kann, kann auf vom An
triebsrollkörper 10 unterschiedliche Weise oberflächen- oder wärmebehandelt sein, um
dadurch ihren Verschleißwiderstand zu erhöhen. Mit anderen Worten kann sich bei
Verwendung einer getrennten Bauart die Freiheit in der Werkstoffwahl und in der Aus
gestaltung dieser Teile hinsichtlich einer Oberflächenbehandlung, Wärmebehandlung
oder ähnlichem erhöhen. Da außerdem die innere Laufbahn 35 als ein unabhängiges,
ringförmiges Bauteil von kompakter Größe, leichtem Gewicht in einfachem Aufbau her
gestellt werden kann, kann der Herstellvorgang der Laufrillen 15 und 16 und die Ober
flächenbehandlung der inneren Laufbahn 35 erleichtert werden. Dies resultiert in verrin
gerten Kosten.
Beim oben erwähnten Ausführungsbeispiel wurde ein stufenlos verstellbares Toroidge
triebesystem mit einem einzigen Hohlraum beschrieben. Ähnliche Effekte stellen sich
ein, wenn die vorliegende Erfindung bei einem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebesy
stem mit einem doppelten Hohlraum angewandt wird.
Beim oben geschilderten Ausführungsbeispiel ist das stufenlos verstellbare Toroidge
triebesystem des weiteren derart aufgebaut, daß es zwei Antriebsrollkörperlager auf
weist, die jeweils zwischen den Antriebs- und Abtriebsscheiben angeordnet sind. Dies
schränkt jedoch die Erfindung nicht ein, und sie kann außerdem bei einem stufenlos
verstellbaren Toroidgetriebesystem verwendet werden, das derart aufgebaut ist, daß
drei Antriebsrollkörperlager zwischen den Antriebs- und Abtriebsscheiben vorhanden
sind.
Wie anhand der vorangehenden Beschreibung klar zu erkennen ist, können erfin
dungsgemäß mehrere vorteilhafte Wirkungen, wie folgt, erzielt werden:
Beim erfindungsgemäßen Antriebsrollkörperlager, wie es in Anspruch 1 angeführt ist, ist der Krümmungsradius des bogenförmigen Querschnittes, der an der inneren Laufbahn ausgebildeten Laufrille ausgebildet ist gleich oder größer als 52% des Durchmessers des Rollkugelkörpers festgesetzt. Dies basiert auf der Charakteristik eines Antriebsroll körperlagers, gemäß der die Krümmungsradien der bogenförmigen Querschnitte der Laufrillen der inneren und äußeren Laufringe größer und der dynamische Drehmoment verlust kleiner wird. Außerdem verläuft die Änderung Δ Ts des dynamischen Drehmo mentverlustes ziemlich sanft bezüglich einer geringen Änderung Δ r des Krümmungsra dius, wenn die Krümmungsradien der bogenförmigen Querschnitte der Laufrillen an den inneren und äußeren Laufbahnen gleich oder größer als der Durchmesser des Rollku gelkörpers gesetzt sind. Außerdem ist es möglich, einen frühen Kantenbruch der Lauf rillen und des Rollkugelkörpers zu verhindern, der durch das Auflaufen der Kontaktellip se des Rollkugelkörpers auf die Kanten der Laufrillen verursacht wird. Des weiteren ist im Falle des Antriebsrollkörperlagers, wie es in Anspruch 1 beschrieben ist, der Krüm mungsradius des bogenförmigen Querschnitts der Laufrille, die an der inneren Laufbahn ausgebildet ist, gleich oder kleiner als 59% des Durchmessers des Rollkugelkörpers.
Beim erfindungsgemäßen Antriebsrollkörperlager, wie es in Anspruch 1 angeführt ist, ist der Krümmungsradius des bogenförmigen Querschnittes, der an der inneren Laufbahn ausgebildeten Laufrille ausgebildet ist gleich oder größer als 52% des Durchmessers des Rollkugelkörpers festgesetzt. Dies basiert auf der Charakteristik eines Antriebsroll körperlagers, gemäß der die Krümmungsradien der bogenförmigen Querschnitte der Laufrillen der inneren und äußeren Laufringe größer und der dynamische Drehmoment verlust kleiner wird. Außerdem verläuft die Änderung Δ Ts des dynamischen Drehmo mentverlustes ziemlich sanft bezüglich einer geringen Änderung Δ r des Krümmungsra dius, wenn die Krümmungsradien der bogenförmigen Querschnitte der Laufrillen an den inneren und äußeren Laufbahnen gleich oder größer als der Durchmesser des Rollku gelkörpers gesetzt sind. Außerdem ist es möglich, einen frühen Kantenbruch der Lauf rillen und des Rollkugelkörpers zu verhindern, der durch das Auflaufen der Kontaktellip se des Rollkugelkörpers auf die Kanten der Laufrillen verursacht wird. Des weiteren ist im Falle des Antriebsrollkörperlagers, wie es in Anspruch 1 beschrieben ist, der Krüm mungsradius des bogenförmigen Querschnitts der Laufrille, die an der inneren Laufbahn ausgebildet ist, gleich oder kleiner als 59% des Durchmessers des Rollkugelkörpers.
Dies basiert auf der Eigenschaft eines Rollkugelkörperlagers, daß die Lagerlebensdauer
bei einem Anstieg der Krümmungsradien der bogenförmigen Querschnitte der Laufrillen
der inneren und äußeren Laufbahnen eine Neigung zum Absinken aufweist. Wenn ins
besondere der Krümmungsradius des bogenförmigen Querschnittes der Laufrille an der
inneren Laufbahn größer als 59% des Durchmessers des Rollkugelkörpers wird, dann
wird die Kontaktellipse des Rollkugelkörpers übermäßig klein, und verursacht dadurch
einen Schaden oder einen Verschleiß der Kontaktfläche des Rollkugelkörpers. Dies
macht es schwierig, die grundsätzliche Lebensdauer des Antriebsrollkörperlagers si
cherzustellen.
Deswegen kann bei dem vorliegenden Antriebsrollkörperlager ein Anstieg im dynami
schen Drehmomentverlust und außerdem ein Absinken der Lebensdauer des Antriebs
rollkörperlagers begrenzt werden.
Beim erfindungsgemäßen Aufbau eines Antriebsrollkörperlagers, bei dem die innere
Laufbahn einstückig mit dem Antriebsrollkörper ausgebildet ist, kann die Anzahl der
Bauteile des Antriebsrollkörperlagers verglichen zu einem Aufbau verringert werden, bei
dem die innere Laufbahn und der Antriebsrollkörper als getrennte Bauteile ausgebildet
sind.
Während außerdem der Antriebsrollkörper eine geeignete Festigkeit aufweisen muß, da
zur Übertragung des Drehmoments auf ihm eine hohe Last wirkt, kann die innere Lauf
bahn als ein Abschnitt von vergrößertem Durchmesser des Antriebsrollkörpers zur Er
höhung von dessen Festigkeit verwendet werden, wodurch es ein leichtes ist, die geeig
nete Festigkeit sicherzustellen.
Da des weiteren der Antriebsrollkörper in Abhängigkeit von den Andrücklasten, die auf
ihn von den Antriebs- und Abtriebsscheiben her wirken, wiederholt verformt wird, kann
eine kleine Lücke zwischen der inneren Laufbahn und dem Antriebsrollkörper jedesmal
dann auftreten und verschwinden, wenn der Antriebsrollkörper seine Verformung auf
grund der Andrücklasten wiederholt und wenn die Verbindungsfestigkeit zwischen der
inneren Laufbahn und dem Antriebsrollkörper bei vom Antriebsrollkörper getrennt aus
gebildeter innerer Laufbahn gering ist. Dadurch besteht die Gefahr, daß ein Kriech- oder
Abriebverschleiß zwischen der inneren Laufbahn und dem Antriebsrollkörper auftreten
kann. Wenn andererseits die innere Laufbahn und der Antriebsrollkörper als ein ein
stückiges Bauteil ausgebildet sind, besteht keinerlei Möglichkeit, daß derartige Probleme
auftreten können.
Beim erfindungsgemäßen Antriebsrollkörperlager wird der Neigungswinkel der Ände
rung Δ Ts des dynamischen Drehmomentverlustes bezüglich einer geringen Änderung Δ
r des Krümmungsradius verglichen mit dem Fall kleiner, bei dem er im Bereich von
gleich oder größer 52% und kleiner 54% des Durchmessers des Rollkugelkörpers liegt,
wenn der Krümmungsradius des bogenförmigen Querschnittes der Laufrille an der inne
ren Laufbahn größer oder gleich 54% des Durchmessers des Rollkugelkörpers ist. Die
Krümmungsradien der bogenförmigen Querschnitte der Laufrillen an den inneren und
äußeren Laufbahnen sind im Bereich gleich oder größer 54% und gleich oder kleiner als
59% des Durchmessers des Rollkugelkörpers festgelegt. Verglichen mit dem Fall, bei
dem die Krümmungsradien der bogenförmigen Querschnitte der Laufrillen an den inne
ren und äußeren Laufrillen im Bereich von 52% bis 59% (das heißt gleich oder größer
52% und gleich oder kleiner 59%) des Durchmessers des Rollkugelkörpers, kann bei
der vorliegenden Bauweise der Anstieg des dynamischen Drehmomentverlustes weiter
begrenzt werden, um dadurch in der Lage zu sein, den Wirkungsgrad der Drehmo
mentübertragung des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebesystems weiter zu verbes
sern.
Bei einem erfindungsgemäßen, stufenlos verstellbaren Toroidgetriebesystem wird das
Antriebsrollkörperlager wie oben beschrieben verwendet und ist zwischen den Antriebs-
und Abtriebsscheiben drehbar und schwenkbar angeordnet ist. Dadurch kann der dyna
mische Drehmomentverlust bei der Leistungsübertragung von der Antriebsscheibe an
die Abtriebsscheibe verringert und der Wirkungsgrad der Drehmomentübertragung des
stufenlos verstellbaren Toroidgetriebesystems verbessert werden.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen be
schrieben wurde, bestehen für einen Fachmann keine Zweifel, daß verschiedene Ände
rungen und Modifikationen von den bevorzugten Ausführungsbeispielen gemacht wer
den können, ohne daß von der Erfindung abgewichen wird. Es wird daher darauf abge
zielt, in den nachfolgenden Ansprüchen alle derartigen Änderungen und Modifikationen
so zu erfassen, daß sie in den Kern und den Schutzbereich der Erfindung fallen.
Claims (8)
1. Antriebsrollkörperlager zur Verwendung bei einem stufenlos verstellbaren To
roidgetriebesystem, bei dem ein von einem Antriebsrollkörperlager gelagerter
Antriebsrollkörper zwischen einer Antriebsscheibe und einer Abtriebsscheibe
drehbar und neigbar angeordnet ist, wobei das Antriebsrollkörperlager aufweist:
eine innere Laufbahn, an der der Antriebsrollkörper angeordnet ist, wobei der Antriebsrollkörper einen Antriebsabschnitt aufweist, der sich derart in Kontakt mit den Antriebs- und Abtriebsscheiben befindet, daß die Drehung der Antriebs scheibe an die Abtriebsscheibe über eine Drehbewegung des Antriebsrollkörpers übertragen wird;
eine äußere Laufbahn, die gegenüber der inneren Laufbahn zur drehbaren Lage rung des Antriebsrollkörpers angeordnet ist; und
einen Rollkörper, der zwischen den inneren und äußeren Laufbahnen derart an geordnet ist, daß er zwischen ringförmigen Laufrillen gehalten ist, die jeweils an den einander gegenüberliegenden Flächen der inneren und äußeren Laufbah nen ausgebildet sind,
wobei eine jede Laufrille, die jeweils an den inneren und äußeren Laufbahnen ausgebildet ist, einen bogenförmigen Querschnitt aufweist und die Krümmungs radien der bogenförmigen Querschnitte der Laufrillen im Bereich von 52% bis 59% des Durchmessers des Rollkugelkörpers liegen.
eine innere Laufbahn, an der der Antriebsrollkörper angeordnet ist, wobei der Antriebsrollkörper einen Antriebsabschnitt aufweist, der sich derart in Kontakt mit den Antriebs- und Abtriebsscheiben befindet, daß die Drehung der Antriebs scheibe an die Abtriebsscheibe über eine Drehbewegung des Antriebsrollkörpers übertragen wird;
eine äußere Laufbahn, die gegenüber der inneren Laufbahn zur drehbaren Lage rung des Antriebsrollkörpers angeordnet ist; und
einen Rollkörper, der zwischen den inneren und äußeren Laufbahnen derart an geordnet ist, daß er zwischen ringförmigen Laufrillen gehalten ist, die jeweils an den einander gegenüberliegenden Flächen der inneren und äußeren Laufbah nen ausgebildet sind,
wobei eine jede Laufrille, die jeweils an den inneren und äußeren Laufbahnen ausgebildet ist, einen bogenförmigen Querschnitt aufweist und die Krümmungs radien der bogenförmigen Querschnitte der Laufrillen im Bereich von 52% bis 59% des Durchmessers des Rollkugelkörpers liegen.
2. Antriebsrollkörperlager nach Anspruch 1, wobei die innere Laufbahn einstückig
mit dem Antriebsrollkörper ausgebildet ist.
3. Antriebsrollkörperlager nach Anspruch 1, wobei die Krümmungsradien der bo
genförmigen Querschnitte der Laufrillen im Bereich von 54% bis 59% des Durch
messers des Rollkugelkörpers ausgebildet sind.
4. Antriebsrollkörperlager nach Anspruch 2, wobei die Krümmungsradien der bo
genförmigen Querschnitte der Laufrillen im Bereich von 54% bis 59% des
Durchmessers der Rollkugelkörper liegen.
5. Stufenlos verstellbares Toroidgetriebesystem, bei dem ein Antriebsrollkörper, der
durch ein Antriebsrollkörperlager gelagert ist, zwischen einer Antriebsscheibe
und einer Abtriebsscheibe drehbar und neigbar angeordnet ist, wobei das Ge
triebesystem das Antriebsrollkörperlager aufweist, welches umfaßt:
eine innere Laufbahn, an der der Antriebsrollkörper angeordnet ist, wobei der Antriebsrollkörper einen Antriebsabschnitt aufweist, der derart in Kontakt mit den Antriebs- und Abtriebsscheiben steht, daß die Drehung der Antriebsscheibe an die Abtriebsscheibe über eine Drehbewegung des Antriebsrollkörpers übertragen ist;
eine äußere Laufbahn, die gegenüber der inneren Laufbahn zur drehbaren Lage rung des Antriebsrollkörpers angeordnet ist; und
einen Rollkörper, der derart zwischen den inneren und äußeren Laufbahnen an geordnet ist, daß er zwischen ringförmigen Laufrillen gehalten ist, die jeweils an den einander gegenüberliegenden Flächen der inneren und äußeren Laufbah nen ausgebildet sind,
wobei eine jede der Laufrillen, die jeweils an inneren und äußeren Laufbahnen ausgebildet sind, einen bogenförmigen Querschnitt aufweist und die Krüm mungsradien der bogenförmigen Querschnitte der Laufrillen im Bereich von 52% bis 59% des Durchmessers des Rollkugelkörpers liegen.
eine innere Laufbahn, an der der Antriebsrollkörper angeordnet ist, wobei der Antriebsrollkörper einen Antriebsabschnitt aufweist, der derart in Kontakt mit den Antriebs- und Abtriebsscheiben steht, daß die Drehung der Antriebsscheibe an die Abtriebsscheibe über eine Drehbewegung des Antriebsrollkörpers übertragen ist;
eine äußere Laufbahn, die gegenüber der inneren Laufbahn zur drehbaren Lage rung des Antriebsrollkörpers angeordnet ist; und
einen Rollkörper, der derart zwischen den inneren und äußeren Laufbahnen an geordnet ist, daß er zwischen ringförmigen Laufrillen gehalten ist, die jeweils an den einander gegenüberliegenden Flächen der inneren und äußeren Laufbah nen ausgebildet sind,
wobei eine jede der Laufrillen, die jeweils an inneren und äußeren Laufbahnen ausgebildet sind, einen bogenförmigen Querschnitt aufweist und die Krüm mungsradien der bogenförmigen Querschnitte der Laufrillen im Bereich von 52% bis 59% des Durchmessers des Rollkugelkörpers liegen.
6. Stufenlos verstellbares Toroidgetriebesystem nach Anspruch 5, wobei die innere
Laufbahn einstückig mit dem Antriebsrollkörper ausgebildet ist.
7. Stufenlos verstellbares Toroidgetriebesystem nach Anspruch 5, wobei die Krüm
mungsradien der bogenförmigen Querschnitte der Laufrillen im Bereich von 54%
bis 59% des Durchmessers des Rollkugelkörpers liegen.
8. Stufenlos verstellbares Toroidgetriebesystem nach Anspruch 6, wobei die Krüm
mungsradien der bogenförmigen Querschnitte der Laufrillen im Bereich von 54%
bis 59% des Durchmessers des Rollkugelkörpers liegen.
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