DE19850135C2 - Stufenlos verstellbares Toroidgetriebesystem - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebesystem ge­ mäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.

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 inneren und äußeren Laufbahnen derart angeordnet ist, daß er durch und zwischen ringförmigen Laufrillen gehalten ist, die jeweils in den einander gegenüberliegenden Oberflächen der inneren und äußeren Laufbahnen ausgebildet ist, und der nicht nur eine Axiallast, die vom Antriebsrollkörper auf die innere Laufbahn wirkt, auf die äußere Laufbahn überträgt, sondern auch an den Laufrillen abrollen kann, um dadurch den zwischen den inneren und äußeren Laufbahnen während deren relativen Drehung zueinander erzeugten Wi­ derstand 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 entwi­ ckelt 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 Lastvertei­ lungen, die auf die innere Laufbahn wirken, das Kontaktverhalten zwischen den Rollku­ gelkörpern, die zwischen den inneren und äußeren Laufbahnen angeordnet sind, und die inneren und äußeren Laufbahnen und ähnliches von denen des gewöhnlichen Axial­ kugellagers stark unterschiedlich. Daher können beim oben genannten Verfahren zur neuen Verwendung der Bestandteile nach wie vor verschiedene Punkte verbessert wer­ den, 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 einer Leistung ist, ist es wichtig, daß ein dynamischer Drehmomentverlust im Antriebs­ rollkörperlager soweit wie möglich verringert wird, um dadurch den Wirkungsgrad der Übertragung des Drehmoments zu erhöhen. Werden jedoch nur die oben erwähnten Verbesserungen ausgeführt, dann kann sich in Abhängigkeit der Abmessungen der Laufriffen 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 Antriebsrollkörper und der inneren Laufbahn gemacht wurden, tritt in einigen Fällen das Problem auf, daß die Lebensdauer der Antriebsrollkörperlager sich aufgrund eines frühen Brechens der Kanten der Laufril­ len 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 Antriebsrollkör­ perlager zusammenhängen.

Ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebesystem der eingangs genannten Art ist aus der JP 7-217661 A bekannt. Hierbei sind die Laufrillen der inneren und äußeren Laufbahnen in ihrem Querschnitt so ausgebildet, daß ihr Kurvenradius eine Vielzahl von einzelnen Krümmungsradien aufweist, wobei die beiden Endabschnitte eine kleinere Krümmung in ihrer Breite aufweisen als der Krümmungsradius in dem dazwischen liegenden Mitten­ abschnitt.

Demzufolge handelt es sich hierbei um Laufbahnen, deren Querschnitt aus multiplen Krümmungsradien zusammengesetzt ist, was die Herstellung solcher Laufbahnen nicht nur kompliziert, sondern auch sehr kostspielig werden läßt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein stufenlos verstellbares Toroid­ getriebesystem der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß die dynamischen Drehmomentverluste minimiert und der Wirkungsgrad der Drehmomentübertragung ver­ bessert werden, wobei gleichzeitig die Herstellungskosten reduziert werden sollen.

Für ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebesystem wird diese Aufgabe erfindungsge­ mäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

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 ΔTs des dynamischen Drehmomentverlustes bezüglich einer geringen Änderung Δr des Krüm­ mungsradius ziemlich gering. Außerdem ist es möglich, bei den Laufrillen einen frühen Kantenbruch und beim Rollkugelkörper einen Bruch zu vermeiden, der durch die Kon­ taktellipse 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 bogenförmi­ gen 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 Drehmoments eine starke Last auf ihn wirkt, kann die innere Laufbahn als ein Abschnitt vergrößerten 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 Antriebs­ rollkörper 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 inne­ ren Laufbahn gleich oder größer 54% des Durchmessers des Rollkugelkörpers wird, dann wird der Neigungswinkel der Änderung ΔTs des dynamischen Drehmomentver­ lustes bezüglich der geringen Änderung Δr des Krümmungsradius etwas größer verglichen 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 Toroidgetriebe­ system 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.

Die Erfindung wird in Verbindung mit den nachstehenden Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt der wesentlichen Abschnitte eines ersten Ausfüh­ rungsbeispiels eines stufenlos verstellbaren Toroidgetriebesystems, bei dem ein erfindungsgemäßes Antriebsrollkörperlager vorgesehen ist;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Abschnittes A des in der Fig. 1 gezeigten Antriebsrollkörperlagers;

Fig. 3 eine graphische Wiedergabe der Charakteristiken des in der Fig. 1 ge­ zeigten Antriebsrollkörperlagers, insbesondere die Beziehung der Lager­ lebensdauer und des dynamischen Drehmomentverlusts, wenn sich die Krümmungsradien der Laufrillen der Antriebsrollkörper ändern;

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht des Antriebsrollkörperlagers, in dem die Richtung einer Anpreßkraft, die von den Antriebs- und Abtriebsscheiben auf den Antriebsabschnitt eines Antriebsrollkörpers her wirkt, dargestellt ist;

Fig. 5 eine Aufsicht einer inneren Laufbahn, die einstückig mit dem Antriebsroll­ körper ausgebildet ist, der sich aufgrund einer Andrücklast verformen kann, die von den in der Fig. 1 gezeigten Antriebs- und Abtriebsscheiben her wirkt;

Fig. 6 eine Schnittansicht der inneren Laufbahn, die einstückig mit dem Antriebs­ rollkörper ausgebildet ist, wobei die Verformung einer Laufrille, die an der inneren Laufbahn ausgebildet ist und die aufgrund einer Anpreßkraft, die von den in der Fig. 1 gezeigten Antriebs- und Abtriebsscheiben her wirkt, verformt werden kann;

Fig. 7 eine Ansicht zur Erläuterung einer in tangentialer Richtung wirkenden Last, die auf den Antriebsabschnitt des Antriebsrollkörpers von den An­ triebs- und Abtriebsscheiben in dem in der Fig. 4 gezeigten Antriebsroll­ körperlager wirkt;

Fig. 8 einen Querschnitt entlang der Linie X-X der Fig. 7; und

Fig. 9 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 un­ ter 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 Laufbahn 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 Kohlenstoffgehalt 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 ΔTs des dynamischen Drehmo­ mentverlustes ist bezüglich geringen Änderungen Δr1 und Δr2 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 Δr1 und Δr2 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 beispielsweise 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 Abtriebsscheibe 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 ΔTs des dynamischen Drehmomentverlustes eine weit sanftere Neigung bezüglich der ge­ ringen Änderung Δr 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 ΔTs des dynamischen Drehmo­ mentverlustes ziemlich sanft bezüglich einer geringen Änderung Δr 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 ΔTs 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 (2)

1. Stufenlos verstellbares Toroidgetriebesystem (100), bei dem ein Antriebsrollkör­ per (10), der durch ein Antriebsrollkörperlager (11) gelagert ist, zwischen einer Antriebsscheibe (2) und einer Abtriebsscheibe (3) drehbar und neigbar angeord­ net ist, wobei das Getriebesystem (100) das Antriebsrollkörperlager (11) aufweist, welches umfaßt:
eine innere Laufbahn (35), an der der Antriebsrollkörper (10) angeordnet ist, wo­ bei der Antriebsrollkörper (10) einen Antriebsabschnitt (25) aufweist, der derart in Kontakt mit den Antriebs- und Abtriebsscheiben (2, 3) steht, daß die Drehung der Antriebsscheibe (2) an die Abtriebsscheibe (3) über eine Drehbewegung des An­ triebsrollkörpers (10) übertragen ist;
eine äußere Laufbahn (13), die gegenüber der inneren Laufbahn (35) zur drehba­ ren Lagerung des Antriebsrollkörpers (10) angeordnet ist;
Rollkugelkörper (12), die derart zwischen den inneren und äußeren Laufbahnen (35, 13) angeordnet sind, daß sie zwischen ringförmigen Laufrillen (15, 16) gehal­ ten sind, die jeweils an den einander gegenüberliegenden Flächen der inneren und äußeren Laufbahnen (35, 13) ausgebildet sind,
wobei eine jede der Laufrillen (15, 16), die jeweils an inneren und äußeren Lauf­ bahnen (35, 13) ausgebildet sind, einen bogenförmigen Querschnitt aufweist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Krümmungsradien (r1, r2) der bogenförmigen Querschnitte der Laufrillen (15, 16) im Bereich von 54% bis 59% des Durchmes­ sers (D) des Rollkugelkörpers (12) liegen.

2. Stufenlos verstellbares Toroidgetriebesystem nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die innere Laufbahn (35) einstückig mit dem Antriebsrollkör­ per (10) ausgebildet ist.