DE19852249C2 - Stufenloses Toroid-Getriebe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stufenlos verstellbares Toroid-Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Verwendung eines in den Fig. 7 und 8 gezeigten stufenlos verstellbaren Toroid- Getriebes als Getriebe für ein Kraftfahrzeug ist bereits untersucht worden. Wie z. B. in der japanischen Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift Nr. 62-71465 offenbart, stützt das stufenlos verstellbare Toroid-Getriebe eine eingangsseitige Scheibe 2 konzentrisch an einer Eingangswelle 1 und befestigt eine ausgangsseitige Scheibe 4 an dem Ende einer Ausgangswelle 3, die konzentrisch zu der Eingangswelle 1 angeordnet ist. Eine Vielzahl von (normalerweise zwei oder drei) Schwenkhaltern 6, 6, die um die Gelenke 5, 5 schwenken, sind innerhalb eines Gehäuses vorgesehen, in dem das stufenlos verstell­ bare Toroid-Getriebe aufgenommen ist. Relativ zu der Axialrichtung (die Querrichtung in den Fig. 7 und 8) der eingangs- und ausgangsseitigen Scheiben 2 und 4, sind die Gelenke 5, 5 zwischen den Scheiben 2 und 4 angeordnet und zwar in einer Richtung senkrecht zu der Axialrichtung der Scheiben 2 und 4 in einer zu der Mittelachse der Scheiben 2 und 4 beabstandeten Position.

Die Schwenkhalter 6, 6 besitzen daher jeweils das Gelenk 5 an der Außenseite eines jeden derselben in der Art und Weise, daß jedes Gelenk konzentrisch zu dem zugeord­ neten Schwenkhalter ist. Weiterhin ist das nächstgelegene Ende von Excenterwellen 7, 7 durch die Schwenkhalter 6, 6 in seinem mittleren Abschnitt gelagert und jeder Schwenkhalter 6 kann um das zugeordnete Gelenk 5, 5 schwenken, um die Neigung der zugehörigen Excenterwelle 7, 7 einzustellen. Eine Antriebsrolle 8, 8 ist drehbar um die Excenterwelle 7, 7 gelagert, die wiederum an dem Schwenkhalter 6, 6 gelagert ist. Die Antriebsrolle 8, 8 ist zwischen den Scheiben 2 und 4 angeordnet. Die gegenüberliegen­ den Innenseiten (Laufflächen für die Antriebsrollen) 2a und 4a besitzen jeweils einen konkaven Querschnitt, der dadurch erhalten wird, indem ein kreisförmiger Bogen um ei­ nen Punkt des Gelenkes 5, um die Eingangs- und Ausgangswelle 1 und 3 gedreht wird. Die Umfangsflächen 8a, 8a der Antriebsrolle 8, 8, die konvex ausgebildet ist, liegt gegen die Innenseiten 2a und 4a an.

Eine Druckvorrichtung mit Belastungsnocken 9 ist zwischen der Eingangswelle 1 und der eingangsseitigen Scheibe 2 angeordnet, um die eingangsseitige Scheibe 2 elastisch in Richtung der ausgangsseitigen Scheibe 4 zu drücken. Die Druckvorrichtung 9 weist eine Nockenplatte 10 auf, die mit der Eingangswelle 1 dreht, sowie eine Vielzahl von (z. B. vier) Rollen 12, 12, die durch einen Halter 11 gehalten sind. Eine Nockenfläche 13, die eine sich in die Umfangsrichtung erstreckende, ausgenommene und mit Vorstehun­ gen versehene Oberfläche ist, ist an einer Seite (die linke Seite in den Fig. 7 und 8) der Nockenplatte 10 ausgebildet und eine gleichartige Nockenoberfläche 14 ist an der äußeren Seite (die rechte Seite in den Fig. 7 und 8) der eingangsseitigen Scheibe 2 ausgebildet. Die Vielzahl der Rollen 12, 12 sind drehbar um die jeweiligen Achsen gela­ gert, die relativ zu der Mitte der Eingangswelle 1 in Radialrichtung angeordnet sind.

Während des Betriebes eines derart ausgebildeten stufenlos verstellbaren Toroid- Getriebes drückt die Nockenfläche 13, die Vielzahl der Rollen 12, 12 gegen die Nocken­ fläche 14 an der anderen Oberfläche der eingangsseitigen Scheibe 2, wenn die Nocken­ scheibe 10 aufgrund der Drehung der Eingangswelle 1 gedreht wird. Folglich wird die eingangsseitige Scheibe 2 gegen die Antriebsrollen 8, 8 gedrückt. Die Drehung der ein­ gangsseitigen Scheibe 2 wird über die Antriebsrollen 8, 8 auf die ausgangsseitige Scheibe 4 übertragen, um die an der ausgangsseitigen Scheibe 4 befestigte Ausgangs­ welle 3 anzutreiben.

Wenn das Drehgeschwindigkeitsverhältnis (Übersetzungsverhältnis) zwischen der Ein­ gangswelle 1 und der Ausgangswelle 3 verändert und die Geschwindigkeit zwischen der Eingangswelle 1 und der Ausgangswelle 3 verringert werden, schwenken die Schwenk­ halter 6, 6 um die Gelenke 5, 5, um die Excenterwelle 7, 7 derart zu neigen, daß die Um­ fangsflächen 8a, 8a der Antriebsrollen 8, 8 an dem Abschnitt der Innenseite 2a der ein­ gangsseitigen Scheibe 2 anliegen, die näher zu ihrem Mittelpunkt ist und daß der Ab­ schnitt der Innenseite 4a der ausgangsseitigen Scheiben näher zu ihrem Außenumfang liegt, wie in Fig. 7 gezeigt. Umgekehrt werden zur Erhöhung der Geschwindigkeit die Schwenkhalter 6, 6 derart um die Gelenke 5, 5 geschwenkt, um die Excenterwelle 7, 7 derart zu neigen, daß die Umfangsflächen 8a, 8a der Antriebsrollen 8, 8 an dem Ab­ schnitt der Innenseite 2a der eingangsseitigen Scheibe 2 anliegen, der näher zu ihrem Außenumfang liegt und daß der Abschnitt der Innenseite 4a der ausgangsseitigen Scheibe 4 näher zu deren Mittelpunkt liegt, wie in Fig. 8 gezeigt. Durch ein Einstellen ei­ ner jeden der Excenterwellen 7, 7 in eine Zwischenstellung zwischen den in den Fig. 7 und 8 gezeigten Werten kann ein Zwischenübersetzungsverhältnis zwischen der Ein­ gangswelle 1 und der Ausgangswelle 3 erzielt werden.

Die Fig. 9 und 10 zeigen ein detaillierteres stufenlos verstellbares Toroid-Getriebe, das in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 63-69293 (japanische Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift Nr. 1-173552) veröffentlicht worden ist. Die ein­ gangsseitigen und ausgangsseitigen Scheiben 2 und 4 sind jeweils über Nadellager 16, 16 drehbar um eine Eingangswelle 15 angeordnet. Die Nockenplatte 10 ist formschlüs­ sig mit einer Außenumfangsfläche der Eingangswelle 15 verbunden, die an deren Ende (das linke Ende in Fig. 9) angeordnet ist und wird durch einen Bund(Flansch)-Abschnitt 17 daran gehindert, sich in einer Richtung, in der die eingangsseitige Scheibe 2 belastet wird, zu bewegen. Demzufolge ist eine Andruckvorrichtung mit Belastungsnocken 9 vor­ gesehen, bei der infolge der Drehung der Eingangswelle 15 die Nockenplatte 10 und die Rollen 12, 12 die eingangsseitige Scheibe 2 in Richtung der ausgangsseitigen Scheibe 4 drücken, und zwar während des Drehens der eingangsseitigen Scheibe 2. Ein aus­ gangsseitiges Zahnrad ist über die Nut/Federverbindung 19, 19 mit der ausgangsseiti­ gen Scheibe 4 gekoppelt, so daß die ausgangsseitige Scheibe 4 und das Ausgangs­ zahnrad 18 gemeinsam, d. h. synchron miteinander drehen. Das Ausgangszahnrad 18 und weitere Zahnräder (nicht gezeigt), die mit dem Ausgangszahnrad 18 kämmen, bil­ den eine Kraftabgabevorrichtung zur Drehung der ausgangsseitigen Scheibe 4.

Die an den jeweiligen Enden der Schwenkhalter 6, 6 vorgesehenen Gelenke 5, 5 sind am Stützpfosten 20, 20 gelagert, so daß diese schwenken und in die Axialrichtung (die Richtung senkrecht zu der Zeichnungsebene von Fig. 9 oder in die Querrichtung in Fig. 10) bewegt werden können. Das Paar Stützposten 20, 20 umfaßt Metallplatten mit einer ausreichenden Steifigkeit und ist an der Innenseite eines Gehäuses 22 abgestützt, um zu schwenken und deren Enden in die Axialrichtung der Gelenke 5, 5 verlagert werden können, indem extern eine in der Mitte des Stützpfostens ausgebildete kreisförmige Öff­ nung 21 an Haltezapfen 24a und 24b aufgesetzt wird, die an der Innenwand des Ge­ häuses 22 oder einer Seite eines Zylindergehäuses, das innerhalb des Gehäuses 22 angeordnet ist, befestigt ist. Eine kreisförmige Lagerungsöffnung 25, 25 ist jeweils an den Enden der Stützpfosten 20, 20 vorgesehen und die Gelenke 5, 5 sind über ein Ra­ dialnadellager 27, 27, das einen Außenring 26, 26 aufweist, in der Lagerungsöffnung 25, 25 gelagert. Infolge dieser Anordnung ist der Schwenkhalter 6, 6 innerhalb des Gehäu­ ses 22 derart gelagert, um das Gelenk 5, 5 zu schwenken und um in die Axialrichtung desselben bewegt werden zu können.

Die Excenterwelle 7, 7 ist in einer kreisförmigen Öffnung 40, 40, die in dem Mittelab­ schnitt eines jeden Schwenkhalters 6, 6 ausgebildet ist, wie oben beschrieben, innerhalb des Gehäuses 22 gelagert. Die Excenterwellen 7, 7 besitzen jeweils Lagerzapfenab­ schnitte 28, 28, die zueinander parallel und exzentrisch sind, sowie Excenterabschnitte 29, 29. Der Lagerzapfenabschnitt 28, 28 ist über ein Radialnadellager 30, 30 hin und her schwenkbar innerhalb der kreisförmigen Öffnung 40, 40 gelagert. Zudem ist die An­ triebsrolle 8, 8 über ein Radialnadellager 31, 31 drehbar um den Excenterabschnitt 29, 29, gelagert.

Das Paar Excenterwellen 7, 7 ist unter 180° voneinander um die Eingangswelle 15 vor­ gesehen. Der Excenterabschnitt 29, 29 der Excenterwelle 7, 7 ist exzentrisch zu dem Lagerzapfenabschnitt 28, 28 in der gleichen Richtung relativ zu der Drehrichtung der eingangs- und ausgangsseitigen Scheibe 2 oder 4 (die Querrichtung in Fig. 10). Die ex­ zentrische Richtung ist nahezu senkrecht zu der Richtung, in der die Eingangswelle 15 angeordnet ist (die Querrichtung in Fig. 9 oder die Richtung senkrecht zu der Zeich­ nungsebene in Fig. 10). Die Antriebsrolle 8 ist daher derart gelagert, um geringfügig in die Richtung, in die die Eingangswelle 15 verläuft, verlagert zu werden. Als Folge hier­ von kann selbst dann, wenn die Antriebsrolle 8 dazu neigt, sich in die Axialrichtung (die Querrichtung in Fig. 9 oder die Richtung senkrecht zu der Zeichnungsebene in Fig. 10) der Eingangswelle 15 zu verlagern, infolge eines Unterschieds in der Maßgenauigkeit und der Bauteile oder einer elastischen Verformung während der Kraft- bzw. Leistungs­ übertragung, diese Verlagerung ohne das Bewirken übermäßiger Kräfte auf die Bauteile absorbiert werden.

Ein Axialwälzlager, wie ein Axialkugellager 32, 32 und ein Axiallager, wie ein Axialnagel­ lager 34, 34, das Axialbelastungen an einem Außenring 33 aufnimmt, das weiter unten beschrieben wird, ist zwischen der Außenseite der Antriebsrolle 8, 8 und der Innenseite des Zwischenabschnittes des Schwenkhalters 6, 6 in dieser Reihenfolge von der Au­ ßenseite der Antriebsrolle 8, 8 vorgesehen. Das Axialkugellager 32, 32 korrespondiert mit einem Axialwälzlager gemäß dieser Erfindung und trägt Belastungen auf die An­ triebsrolle 8, 8 in die Axialrichtung, wobei der Antriebsrolle 8, 8 ein Drehen ermöglicht wird. Das Axialnadellager 34, 34 trägt Axialbelastungen, die durch die Antriebsrolle 8, 8 auf den Außenring 33, 33 des Axialkugellagers 32, 32 aufgebracht werden, wobei dem Excenterabschnitt 29, 29 und dem Außenring 33, 33 ein hin- und herschwenken ermög­ licht wird.

Eine Antriebsstange 35, 35 ist mit einem Ende eines jeden Schwenkhalters 6, 6 (das lin­ ke Ende in Fig. 10) gekoppelt, und ein Kolben 36, 36 ist an der Außenumfangsfläche des Zwischenabschnittes der Antriebsstange 35, 35 angebracht, jeder Antriebskolben 36, 36 ist in einen Antriebszylinder 37, 37 eingesetzt, der in dem Zylindergehäuse 23 in öldichter Art und Weise vorgesehen ist. Weiterhin ist ein Paar Wälzlager 39, 39 zwi­ schen einer Stützwand 38, die innerhalb der Gehäuses 22 vorgesehen ist, und der Ein­ gangswelle 15 vorgesehen, um die Eingangswelle 15 drehbar in dem Gehäuse 22 zu la­ gern.

Bei einem wie oben ausgebildeten stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebe wird die Drehbewegung der Eingangswelle 15 über die Andruckvorrichtung 9 auf die eingangs­ seitige Scheibe 2 übertragen. Die Drehung der eingangsseitigen Scheibe 2 wird über das Paar Antriebsrollen 8, 8 auf die ausgangsseitige Scheibe 4 übertragen und die Dre­ hung der Ausgangswelle wird über das Ausgangszahnrad 18 erhalten. Zur Veränderung des Drehzahlverhältnisses zwischen der Eingangswelle 15 und dem Ausgangszahnrad 18 werden die Antriebskolben 36, 36 in gegensätzliche Richtungen verlagert. Wenn die Antriebskolben 36, 36 verlagert werden, werden auch die Schwenkhalter 6, 6 in gegen­ sätzliche Richtungen verlagert, so daß z. B. die Antriebsrolle 8 in dem unteren Teil der Fig. 10 nach rechts in diese Figur verlagert wird, während die Antriebsrolle 8 in dem o­ beren Teil der Fig. 10 nach links in dieser Figur verlagert wird. Dies hat zur Folge, daß sich die Richtung der Tangentialkraft, verändert, die auf die Anlageabschnitte der Um­ fangsfläche 8a, 8a der Antriebsrolle 8, 8 und die Innenseiten 2a und 4a der eingangssei­ tigen und ausgangsseitigen Scheiben 2 und 4 wirkt. Diese Veränderung der Kraftrich­ tung bewirkt ein Verschwenken der Schwenkhalter 6, 6 in die gegensätzlichen Richtun­ gen in Fig. 9 um die Gelenke 5, 5, die drehbar an den Stützposten 20, 20 gelagert sind. Infolgedessen wechseln, wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt und oben beschrieben, die Anlagestellen der Umfangsflächen 8a, 8a der Antriebsrollen 8, 8 an den Innenseiten 2a und 4a, um das Drehzahlverhältnis zwischen der Eingangswelle 15 und dem Ausgangs­ zahnrad 18 zu verändern.

Aufgrund der elastischen Verformung der Bauteile während der Kraftübertragung schwenkt die Excenterwelle 7, 7, die die Antriebsrolle 8, 8 schwenkbar lagert, geringfü­ gig um den Lagerzapfenabschnitt 28, 28, wenn die Antriebsrolle 8, 8 in die Axialrichtung der Eingangswelle 15 verlagert wird. Dieses Hin- und Herschwenken verursacht, daß die Außenseite des Außenrings 33, 33 des Axialkugellagers 32, 32 und die Innenseite des Schwenkhalters 6, 6 relativ zueinander verlagert werden. Infolge des Vorhandenseins des Axialnadellagers 34, 34 zwischen dieser Außenfläche und der Innenfläche wird le­ diglich eine kleine Kraft benötigt, um diese Relativverschiebung zu bewirken. Folglich wird lediglich eine kleine Kraft benötigt, um die Neigung der Excenterwelle 7, 7, wie o­ ben beschrieben, zu erzielen.

Während des Betriebes des stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebes, das die obige An­ ordnung aufweist und wie oben beschrieben betrieben wird, wird eine hohe Kraft wie­ derholt auf die beiden eingangsseitigen und ausgangsseitigen Scheiben 2 und 4 aufge­ bracht und zwar aufgrund des Drückens der Antriebsrollen 8, 8 gegen diese Scheiben. Zum Beispiel wird während des Betriebes des stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebes eine Schublast F durch die Antriebsrolle 8 auf die Innenseite 4a der ausgangsseitigen Scheibe 4 am Punkt A in Fig. 11 aufgebracht. Eine derartige Schublast verursacht eine elastische Verformung der ausgangsseitigen Scheibe 4, so daß hohe Zugspannungen in den Abschnitten B, C und D in Fig. 11 konzentriert werden. Die Bereiche, an denen die Zugspannungen erzeugt werden, bewegen sich in Umfangsrichtung infolge der Drehung der ausgangsseitigen Scheibe aufgrund des Betriebes des stufenlos verstellbaren To­ roid-Getriebes. Demzufolge werden hohe Zugspannungen wiederholt auf einen Ab­ schnitt in Umfangsrichtung aufgebracht. Nahezu dieselben Belastungssituation tritt auch an der eingangsseitigen Scheibe 2 auf.

Die wiederholt auf die beiden eingangs- und ausgangsseitigen Scheiben 2 und 4 aufge­ brachten Zugspannungen schädigen die Scheiben 2 und 4, führen z. B. zu Rissen oder Brüchen und damit zur Zerstörung derselben. Folglich muß zur Schaffung eines stufen­ los verstellbaren Toroid-Getriebes mit kontinuierlich variablem Übersetzungsverhältnis, das eine ausreichende Widerstandsfähigkeit bzw. Haltbarkeit aufweist, verhindert wer­ den, daß trotz der oben beschriebenen Zugspannungen an den eingangs- und aus­ gangsseitigen Scheiben 2 und 4 Beschädigungen wie Risse oder Brüche auftreten.

Wenn die Innenseiten 2a und 4a der eingangs- und ausgangsseitigen Scheiben, gegen die die Umfangsflächen 8a, 8a der Antriebsrollen 8, 8 anliegen, aufgrund der Drehung der Scheiben 2 und 4 jeweils zu Schwingungen bzw. Vibrationen angeregt werden, wer­ den die Anlageverhältnisse zwischen den Umfangsflächen 8a, 8a und den Innenseiten 2a und 4a instabil. Als Folge hiervon können Schwingungen während des Betriebes des stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebes auftreten, so daß die Übersetzungsverhältnisse der Antriebsrollen 8, 8 nicht zueinander passen. Aufgrund der Schwingungen, dem Nichtzusammenpassen der Übersetzungsverhältnisse, werden die Innenseiten 2a und 4a zu schnell verschlissen.

Anhand der Fig. 12 wird ein zweikammeriges stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebe mit kontinuierlich veränderbarem Übersetzungsverhältnis beschrieben, das zur Erhöhung des übertragbaren Drehmoments vorgesehen ist, bei dem die eingangsseitige Scheiben 102A, 102B als Außenscheiben, die ausgangsseitige Scheiben 104, 104 als Zwischen­ scheiben dienen, so daß die eingangsseitigen Scheiben 102A und 102B und die aus­ gangsseitigen Scheiben 104, 104, wie in Fig. 12 gezeigt, in Kraft- bzw. Leistungsüber­ tragungsrichtung sich gegenüberliegend um eine Eingangswelle 115 angeordnet sind. In der in Fig. 12 gezeigten Struktur ist ein Ausgangszahnrad 118a um den Zwischenab­ schnitt der Eingangswelle 115 gelagert, um von der Welle 115 gedreht zu werden, und die ausgangsseitigen Scheiben 104, 104 sind über eine Nut/Federverbindung mit den jeweiligen Enden des Ausgangszahnrades 118a gekoppelt. Ein Nadellager 116, 116 ist zwischen der Innenumfangsfläche einer jeden ausgangsseitigen Scheibe 104, 104 und der Außenumfangsfläche der Eingangswelle 115 angeordnet, so daß die ausgangsseiti­ ge Scheibe 104 um die Eingangswelle 115 gelagert ist, um die Welle 115 zu drehen und in Axialrichtung der Welle 115 verlagerbar zu sein. Weiterhin sind die eingangsseitigen Scheiben 102A und 102B an den jeweiligen Enden der Eingangswelle 115 gelagert, um mit dieser Welle 115 zu drehen.

Eine (auf der linken Seite in Fig. 12) der eingangsseitigen Scheiben 102A liegt mit ihrer rückseitigen Fläche (die linke Fläche in Fig. 12) gegen eine Belastungsmutter 132 an, um ihre Axialverschiebung (die Querrichtung in Fig. 12) relativ zu der Eingangswelle 115 zu begrenzen. Im Gegensatz hierzu ist die eingangsseitige Scheibe 112B, die der No­ ckenplatte 110 gegenüberliegt, an der Eingangswelle 115 über eine Kugelführung 133 gekoppelt, um in Axialrichtung verschiebbar zu sein. Eine Vorspannfeder 134 und ein Axialnadellager 135 sind in Reihe zwischen der rückseitigen Fläche (die rechte Fläche in Fig. 12) der eingangsseitigen Scheibe 102B und der vorderseitigen Fläche (die linke Fläche in Fig. 12) der Nockenplatte 110 angeordnet. Die Vorspannfeder 134 wird als Vorlastvorrichtung zur Aufbringung einer Vorlast auf die Anlageabschnitte auf die Innen­ seiten (Laufflächen für die Antriebsrollen) 102a und 104a der Scheiben 102A, 102B und 104 und die Umfangsflächen 108a, 108a der Antriebsrollen 108, 108.

Während des Betriebes eines derart ausgebildeten zweikammerigen, stufenlos verstell­ baren Toroid-Getriebes wird die Drehung der Eingangswelle 115 von dem Paar der ein­ gangsseitigen Scheiben 102A und 102B zu dem Paar der ausgangsseitigen Scheiben 104, 104 über die Vielzahl von (in dem gezeigten Beispiel 4, d. h. zwei je Paar; jedoch kann diese Anzahl auch sechs, d. h. drei je Paar betragen) Antriebsrollen 108, 108 über­ tragen. Die auf das Paar der ausgangsseitigen Scheiben 104, 104 übertragene Drehleis­ tung wird zu dem einzigen Ausgangszahnrad 118a übertragen und von einem anderen Zahnrad (nicht gezeigt), das mit dem Ausgangszahnrad 118 kämmt, erhalten. Da die Drehkraft von der Eingangswelle 115 zu dem Ausgangszahnrad 118 über zwei parallel zueinander angeordnete Wege erfolgt, kann eine hohe Drehkraft (Drehmoment) über­ tragen werden. Zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen der Ein­ gangswelle 115 und dem Ausgangszahnrad 118 wird der Schwenkhalter 106, der die Excenterwelle 107 trägt, axial bewegt, um die Excenterwelle 107, die die Antriebsrolle 108 trägt, zu neigen. Die Struktur zur Axialbewegung des Schwenkhalters 106 ist die gleiche wie in dem einkammerigen stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebe, das in den Fig. 9 und 10 gezeigt ist. In den zweikammerigen stufenlos verstellbaren Toroid- Getrieben wird jedoch die Zufuhr und die Abführung von Drucköl zu und von den An­ triebszylindern 121, 121 (siehe Fig. 12) geschaltet, um die Größe und Richtung der Be­ wegung der Schwenkhalter 106, 106 gleich, d. h. synchron, zu halten.

Bei dem in Fig. 12 gezeigten zweikammerigen stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebe ist das Paar der ausgangsseitigen Scheiben 104, 104, die Zwischenscheiben sind, von dem Ausgangszahnrad 118a getrennt und das Paar der ausgangsseitigen Scheiben 104, 104 ist jeweils über eine Nut/Federverbindung mit dem jeweiligen Ende eines Hül­ senabschnittes 136, der in der Mitte des Ausgangszahnrades 118a vorgesehen ist, ge­ koppelt. Diese Ausgestaltung erhöht die Anzahl der Bauteile, wodurch die Herstellung, das Management und die Bevorratung der Teile sowie der Zusammenbau derselben, aufwendig ist und zudem ist die axiale Baugröße des Getriebeabschnittes bestehend aus dem Paar der ausgangsseitigen Scheiben 104, 104 und dem Ausgangszahnrad 118a hoch.

Das axiale Vergrößern des genannten Abschnittes führt zu einem Ansteigen der Axial­ länge der Eingangswelle 115, wodurch der Zwischenraum zwischen dem Paar ein­ gangsseitiger Scheiben 102A und 102B, die an den jeweiligen Enden der Eingangswelle 115 gelagert sind, vergrößert wird. Gleichfalls erhöht ein Anwachsen des Zwischen­ raums zwischen dem Paar eingangsseitiger Scheiben 102A und 102B das Ausmaß der Torsionsverformung der Eingangswelle 115 zwischen den eingangsseitigen Scheiben 102A und 102B während der Übertragung der Drehung, wodurch die Phasendifferenz zwischen der eingangsseitigen Scheibe 102A und 102B in Drehrichtung erhöht wird. Als Folge hiervon wird es schwierig, die Übertragung von Drehbewegungen zwischen der eingangsseitigen Scheibe 102A und der ausgangsseitigen Scheibe 104 in einer der Kammern mit der Übertragung der Drehbewegungen zwischen der eingangsseitigen Scheibe 102B und der ausgangsseitigen Scheibe 104 in der anderen Kammer zu syn­ chronisieren, so daß die Wirksamkeit des zweikammerigen stufenlos verstellbaren To­ roid-Getriebes nicht ausreichend sichergestellt werden kann.

US-A-2,140,012 beschreibt eine Struktur, bei der beide Axialseiten einer einzigen aus­ gangsseitige Scheibe, die eine Zwischenscheibe entspricht, mit einem konkaven Quer­ schnitt ausgebildet sind. In dieser in der US-Veröffentlichung beschriebenen Struktur wird die Drehung der ausgangsseitigen Scheibe durch eine bodenseitig verschlossene zylindrische Trommel erhalten, die an einem Ende eine Öffnung aufweist, die mit der ausgangsseitigen Scheibe gekoppelt und an dieser befestigt ist, und innenseitig eine der eingangsseitigen Scheiben enthält. Dabei ist es sehr schwierig, eine zwischen einer der eingangsseitigen Scheiben und der Zwischenscheibe angeordnete Antriebsrolle zu la­ gern. Die Anordnung ist sehr kompliziert und eine Haltestruktur für die Antriebsrolle muß innerhalb der Trommel angeordnet werden. Folglich muß der Antriebsrollenabschnitt einschließlich der Haltestruktur miniaturisiert werden. Zusätzlich zu der Notwendigkeit der Miniaturisierung des Antriebsrollenbereiches wird durch die begrenzte, durch die Trommel übertragbare Leistung verhindert, daß eine ausreichend große Drehkraft über­ tragen werden kann.

DE 44 31 007 A1 und C2 zeigen ein stufenlos verstellbares Toroid-Getriebe, dessen Eingangs- und Ausgangsscheiben an den jeweiligen Kontaktflächen mit den Antriebsrol­ len aufgekohlt oder karbonitriert, und kugelgestrahlt sind. Anschließend werden die Kon­ taktflächen auf einen Bereich zwischen 2,0 mm und 4,0 mm geschliffen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein stufenlos verstellbares Toroid- Getriebe der eingangsgenannten Art zu verbessern, derart, daß die Widerstandsfestig­ keit und Haltbarkeit der eingangs- und ausgangsseitigen Scheiben verbessert sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, durch ein stufenlos verstellbares Toroid- Getriebe, aufweisend eine drehbar gelagerte Drehwelle, eine eingangsseitige Scheibe, die mit der Drehwelle dreht, eine ausgangsseitige Scheibe, die konzentrisch zu der ein­ gangsseitigen Scheibe angeordnet und gelagert ist, um relativ zu der eingangsseitigen Scheibe zu drehen, eine Vielzahl von Antriebsrollen, die jeweils drehbar an einer Exzen­ terwelle gelagert sind, die wiederum an einem Schwenkhalter gehalten und zwischen den eingangs- und ausgangsseitigen Scheiben angeordnet sind, und wobei wärmebe­ handelte, gehärtete Schichten an den Oberflächen der eingangs- und ausgangsseitigen Scheiben ausgebildet sind und die eingangs- und ausgangsseitigen Scheiben jeweils aufweisen eine Lauffläche für die Antriebsrollen, eine Außenfläche, die der Lauffläche für die Antriebsrollen in axialer Richtung gegenüberliegt, eine innere Ringfläche, die zur Außenfläche parallel und zu dieser in axialer Richtung gegenüberliegend ausgebildet ist und einen Lagerungsabschnitt, wobei die Außenfläche, die innere Ringfläche und ein Abschnitt der Oberfläche des Lagerungsabschnittes, der zur inneren Ringfläche be­ nachbart ist, kugelgestrahlt sind, und wobei durch das Kugelstrahlen eine Druckspan­ nung erzeugt ist, durch spanende Bearbeitung Zunderschichten von den gehärteten Schichten entfernt sind und wobei die Rundheit der Lauffläche einer jeden der eingangs- und ausgangsseitigen Scheiben relativ zu einem Drehmittelpunkt der jeweiligen Schei­ ben 0,02 mm oder weniger beträgt.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den übrigen Unteransprüche dargelegt.

Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines zentralen Teiles eines stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebes nach einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht vom Teil A in Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines zentralen Teiles eines stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebes, wobei die Schnittebene für Teile der Figur variiert;

Fig. 4 eine Zwischenscheibe im Halbschnitt zur Veranschaulichung der Tiefe der gehärteten Schichten in der Scheibe;

Fig. 5A, 5B und 5C Halbschnittdarstellungen der Zwischenscheibe zur Veranschaulichung des Herstellungsvorganges in der Reihenfolge der einzelnen Verfahrensschritte;

Fig. 6 eine Schnittdarstellung eines Beispiels, bei dem die Erfindung bei einem einkammerigen stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebe angewendet wird;

Fig. 7 eine schematische Seitenansicht zur Veranschaulichung der Stellung eines stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebes bei maximaler Übersetzung ins Langsame;

Fig. 8 eine schematische Seitenansicht zur Veranschaulichung der Stellung eines stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebes bei maximaler Übersetzung ins Schnelle;

Fig. 9 eine Schnittdarstellung eines zentralen Teiles eines Beispiels einer bekann­ ten Anordnung;

Fig. 10 eine Schnittdarstellung entlang der Linie X-X in Fig. 9;

Fig. 11 eine teilweise Schnittansicht zur Beschreibung derjenigen Bereiche, von Scheiben, in denen Zugspannungen entstehen; und

Fig. 12 eine Schnittansicht eines zentralen Teiles, der einem Querschnitt entlang der Linie XII-XII in Fig. 3 entspricht, zur Veranschaulichung eines Beispiels eines bekannten zweikammerigen stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebes.

An dieser Stelle ist zu erwähnen, daß die Fig. 3, 4, 5A-5C und 12 ein Beispiel ei­ nes Toroid-Getriebes zeigen, das nicht unter dem Gegenstand der vorliegenden Erfin­ dung fällt, jedoch aus Klarheitsgründen für die Beschreibung erläutert werden.

Die Fig. 1 und 2 zeigen die gegenüberliegenden Abschnitte einer eingangs- und ausgangsseitigen Scheibe 2A und 4A, d. h. einen zentralen Teil eines stufenlos verstell­ baren Toroid-Getriebes nach einer Ausführungsform. Fig. 1 zeigt die Hälfte eines zwei­ kammerigen stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebes, bei dem die beiden Paare von eingangs- und ausgangsseitigen Scheiben 2A und 4A in Richtung der Drehmomente bzw. Leistungsübertragung parallel zueinander vorgesehen sind. Die Drehung einer Ein­ gangswelle 1a wird auf die eingangsseitige Scheibe 2A über eine Andruckvorrichtung mit Belastungsnocken 9 übertragen. Die Drehung der eingangsseitigen Scheibe 2A wird weiterhin zu einer Drehwelle 42 übertragen, wobei ein Ende derselben mit der Scheibe 2A über die Kugelrillenverbindung 41, die an einem Innenumfangsrand der Eingangs­ scheibe 2A ausgebildet ist, gekoppelt ist. Folglich wird eine weitere eingangsseitige Scheibe (nicht dargestellt), die mit dem anderen Ende der Drehwelle 42 gekoppelt ist, synchron mit der eingangsseitigen Scheibe 2A gedreht. Die Drehung der eingangsseiti­ gen Scheibe 2A wird zudem über ein Paar Antriebswellenkörper bzw. Rollen 8 (Fig. 7 bis 10) an eine ausgangsseitige Scheibe 4A übertragen, die jeweils vorne und hinten der Zeichnungsebene von Fig. 1 um die Drehwelle 42 angeordnet sind. Die ausgangs­ seitige Scheibe 4A mit einer weiteren ausgangsseitigen Scheibe (nicht dargestellt) ist mit dem jeweiligen Ende einer um den Zwischenbereich der Drehwelle 42 angeordneten Hülse 43 über eine Nut/Federverbindung bzw. Keilwellenverbindung gekoppelt. Ein Ra­ dialnadellager 16a ist zwischen der Innenumfangsfläche der inneren Hälfte (die Innen­ seite 4a, Seitenhälfte oder die linke Hälfte in Fig. 1) der ausgangsseitigen Scheibe 4A und der Außenumfangsfläche des Zwischenbereiches der Drehwelle 42 vorgesehen zur Ermöglichung der ausgangsseitigen Scheibe 4A und der Drehwelle 42 relativ zueinan­ der. Ein Ausgangszahnrad (nicht dargestellt) ist an der Außenumfangsfläche des Zwi­ schenbereiches der Hülse 43 zwischen der ausgangsseitigen Scheibe 4A und der ande­ ren ausgangsseitigen Scheibe vorgesehen, zur Ermöglichung der Abgabe einer von dem Paar eingangsseitiger Scheiben 2A zu dem Paar ausgangsseitiger Scheiben 4A übertragenen Leistung bzw. Drehmoments.

Bei dem stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebe der obigen Ausgestaltung sind gehärte­ te Schichten an den Oberflächen der eingangs- und ausgangsseitigen Scheiben 2A und 4A durch Wärmebehandlungsverfahren, wie beispielsweise Carbonitrieren oder Hoch­ frequenzinduktionshärten gebildet. Ein angefaster Abschnitt 46 ist an jeder der Verbin­ dungen zwischen der Innenumfangsflächen 44, 44 (Teil der Innenumfangsoberfläche, der zur innere Ringfläche 45 benachbart ist) der eingangs- und ausgangsseitigen Schei­ ben 2A und 4A und Innenendflächen 45, 45 (innere Ringfläche, d. h. die Fläche, die zur Außenseiten (Außenflächen) 2b, 4b parallel und in axialer Richtung gegenüberliegend ausgebildet ist) vorgesehen, die dem Innendurchmesser näher liegen als die Innensei­ ten 2a und 4a der Scheiben 2A und 4A wie in Fig. 2 gezeigt. Die Oberflächenrauhigkeit des angefasten Abschnittes 46 beträgt 6,3 µm oder weniger zur Verbesserung der Wi­ derstandsfestigkeit der Verbindung.

Von den Oberflächen der eingangs- und ausgangsseitigen Scheiben 2A und 4A sind die in Fig. 1 kreuzweise schraffierten Abschnitte kugelgestrahlt, d. h. die Außenseiten 2b und 4b, die Innenendflächen 45, 45, die angefasten Abschnitte 46 und Teile der Innenum­ fangsflächen 44, 44, der zur inneren Ringfläche 45 benachbart ist. Die kugelgestrahlten Flächen weisen Druckeigenspannungen auf und zwar in den Außenseiten 2b und 4b der Scheiben 2A und 4A, an den Innenendflächen 45, 45 derselben, an den angefasten Ab­ schnitten 46 derselben sowie an den Teilen der Innenumfangsfläche 44, 44 derselben.

Das Vorliegen von Druckeigenspannungen in den Außenseiten 2b und 4b der eingangs- und ausgangsseitigen Scheiben 2A und 4A, der Teile der Innenumfangsfläche 44 der­ selben, Innenendflächen 45 derselben und der angefasten Abschnitte 46 derselben, die die Verbindungen zwischen den Teilen 44 und Flächen 45 darstellt, verhindert Beschä­ digungen der Scheiben 2A und 4A durch Risse oder Brüche, selbst wenn diese während des Betriebes des stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebes Biegespannungen ausge­ setzt sind. Während des Betriebes des stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebes werden hohe Zugspannungen in den Scheiben 2A und 4A an den Punkten B, C und D, wie in Fig. 11 gezeigt, erzeugt. Wenn jedoch in den genannten Abschnitten, die die Punkte B und D enthalten, Druckeigenspannungen vorherrschen, wirken diese den Zugspannun­ gen entgegen, so daß die Scheiben gegen Beschädigungen wie Risse geschützt sind. Die Druckeigenspannungen, die nach dem Kugelstrahlen verbleiben, liegen vorzugswei­ se in dem Bereich von etwa 500 bis 900 N/mm² (50 bis 90 kgf/mm²).

Während des Betriebes des stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebes wirken die Zug­ spannungen in den eingangs- und ausgangsseitigen Scheiben 2A und 4A nicht nur an den Punkten B und D, sondern auch an Punkt C an den Laufflächen 2a oder 4a der Scheiben 2A oder 4A. Die Innenseiten 2a oder 4a, die den Punkt C aufweist, ist eine Traktions- bzw. Reibfläche, die das Drehmoment bzw. die Leistung durch Anlage gegen die Umfangsfläche einer Antriebsrolle (nicht gezeigt) überträgt, so daß diese durch Su­ perfinishing geglättet werden muß, so daß die Oberflächenrauhigkeit 0,05 Ra oder we­ niger beträgt. Folglich können die Innenseiten 2a und 4a, die den Punkt C aufweisen, nicht einem Kugelstrahlen ausgesetzt werden. Da jedoch abnormal behandelte Schich­ ten, die während der Bildung der gehärteten Schichten erzeugt werden, durch eine Schleifbehandlung, wie das Superfinishing, zur Glättung der Oberflächen beseitigt wer­ den, wird eine Beschädigung im Bereich des Punktes C durch Rißbildung trotz der ho­ hen Zugspannungen, die an diesem Punkt auftreten, vermieden. Somit können die In­ nenseiten 2a und 4a großen Haltekräften und somit hohen Zugspannungen standhalten.

Die oben erwähnte Wärmebehandlung wird dazu verwendet, gehärtete Schichten an Oberflächenabschnitten der Außenseiten 2b und 4b der Innenendflächen 45, 45 der ein­ gangs- und ausgangsseitigen Scheiben 2A und 4A auszubilden und diese Oberflächen­ abschnitte werden dann spanend bearbeitet zur Entfernung der abnormalen Wärmebe­ handlungsschichten (z. B. Zunderschichten) von der gehärteten Schicht. Durch die Ent­ fernung der abnormalen Wärmebehandlungsschichten von den Außenseiten 2b und 4b der Innenendflächen 45, 45, die die Punkte B und D, an denen hohe Zugspannungen während des Betriebes des stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebes auftreten, kann die Beschädigung der Scheiben 2A und 4A beispielsweise durch Rißbildung selbst dann vermieden werden, wenn hohe Biegespannungen in den Scheiben 2A und 4A entste­ hen. Wenn auf die Scheiben 2A und 4A eine Biegespannung aufgebracht wird, entsteht eine hohe Spannungskonzentration an den Punkten B und D. Andererseits werden, wenn die Oberflächen der Scheiben 2A und 4A einer Wärmebehandlung, wie beispiels­ weise einem Hochfrequenzinduktionshärten oder einem Carbonitrieren und zum Härten der Oberfläche unterzogen werden, abnormale Wärmebehandlungsschichten in den Oberflächenabschnitten der Scheiben 2A und 4A erzeugt. Bei dem Vorhandensein sol­ cher abnormaler Wärmebehandlungsschichten verursacht die infolge der Biegespan­ nungen an den Punkten B und D auftretende Spannungskonzentration Schäden, z. B. Risse, wodurch die eingangs- und ausgangsseitigen Scheiben 2A und 4A beschädigt würden. Im Unterschied dazu werden durch die Entfernung der abnormalen wärmebe­ handelten Schichten nach der oben beschriebenen Wärmebehandlung der Scheiben 2A und 4A Beschädigungen der Scheiben 2A und 4A, beispielsweise durch Rißbildung wie oben ausgeführt, vermieden. Die Entfernung der abnormalen Wärmebehandlungs­ schichten und die Aufbringung von Druckeigenspannungen sind zwar als Einzelmaß­ nahmen bereits wirksam, jedoch führt ihre Kombination zu einer erhöhten Wirksamkeit.

Weiterhin ist die Unrundheit der Innenseiten 2a oder 4a der eingangs- oder ausgangs­ seitigen Scheiben 2A oder 4A relativ zu dem Drehmittelpunkt der Scheibe 2A oder 4A jeweils kleiner oder gleich 0,02 mm. Die eingangs- und ausgangsseitigen Scheiben 2A und 4A drehen um die Übertragungswelle 42. Wenn jedoch der Abstand zwischen dem Drehmittelpunkt und Abschnitten der Innenseiten 2a und 4a, die gegen die Innenum­ fangsflächen der Antriebsrollen anliegt, variiert, laufen diese Abschnitte infolge der Dre­ hung der Scheiben 2A und 4A unrund bzw. vollführen Taumelbewegungen. Wie bereits oben beschrieben, führt ein solches unrundes Laufen zu instabilen Anlageverhältnissen zwischen den Innenumfangsflächen der Antriebsrollen und den Innenseiten 2a und 4a, wodurch während des Betriebes des stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebes Schwin­ gungen bzw. Vibrationen auftreten oder koordinierte Geschwindigkeitsübertragungszu­ stände der Antriebsrollen verhindert werden. Infolge solcher Vibrationen der Unmöglich­ keit des Koordinierens der Geschwindigkeitsübertragungszustände werden übermäßige Kräfte auf die Innenseiten 2a und 4a ausgeübt, die die Widerstandsfähigkeit bzw. Halt­ barkeit der eingangs- und ausgangsseitigen Scheiben 2A und 4A beeinträchtigen, z. B. indem die Oberflächen dieser Seiten schneller abgetragen oder verschlissen werden.

Durch eine Beschränkung des Unrundlaufes der Innenseiten 2a und 4a der eingangs- und ausgangsseitigen Scheiben 2A und 4A relativ zu dem Drehmittelpunkt der jeweili­ gen Scheibe 2A und 4A auf ein Maß von 0,02 mm oder weniger kann ein Unrundlaufen oder Taumeln verhindert werden, das die Widerstandsfähigkeit bzw. Haltbarkeit der ein­ gangs- und ausgangsseitigen Scheiben 2A und 4A, wie oben beschrieben, verhindert. Die Innenseiten 2a und 4a der eingangs- und ausgangsseitigen Scheiben 2A und 4A werden mit einer Arbeitstoleranz auf den Krümmungsradius R der Innenseiten 2a und 4a geschliffen, die einen positiven Wert besitzen. Da die Schleifbehandlung derart ausge­ führt wird, daß sich der Krümmungsradius R der Toleranz nähert, ist die Bearbeitung verhältnismäßig einfach. Die Zunahme des Krümmungsradius in Richtung der Toleranz ist zudem vorteilhaft, da hierdurch die auf die Reibflächen wirkende Belastungskraft, d. h. in Anlagebereich zwischen der Innenseite 2a und 4a und der Umfangsfläche der An­ triebsrolle verringert wird, wodurch die Haltbarkeit der eingangs- und ausgangsseitigen Scheiben 2A und 4A und der Antriebsrollen verbessert wird.

Die folgende Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse von Experimenten, die der Erfinder ausge­ führt hat, um die Wirkung des Unrundlaufes auf den Betrieb des stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebes zu veranschaulichen.

Tabelle 1

Wie aus der Tabelle 1 hervorgeht, kann durch eine Verringerung des Unrundlaufes bzw. des Taumelns auf 0,02 mm oder niedriger dessen beeinträchtigende Wirkungen auf den Betrieb des stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebes auf ein Maß beschränkt werden, das praktisch den Betrieb nicht mehr beeinflusst.

Für dieses Ausführungsbeispiel wurde lediglich die Hälfte eines zweikammerigen stufen­ los verstellbaren Toroid-Getriebes erläutert. Die vorliegende Erfindung kann jedoch ge­ nauso bei einem einkammerigen stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebe angewendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel, das nicht unter dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung fällt, wird nun nachfolgend beschrieben.

Die Fig. 3, 4 und 5A bis 5C zeigen ein Ausführungsbeispiel eines stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebes. Das Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar ausgangsseitiger Scheiben 104, 104 (siehe Fig. 12) zu einer einzigen Zwischenscheibe 137 kombiniert ist und daß ein Ausgangszahnrad 118b direkt an dem Außenumfang der Zwischenscheibe 137 ausgebildet ist. Die weitere Struktur und Betriebsweise ist die gleiche, wie in dem früheren zweikammerigen stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebe wie dies in Fig. 12 gezeigt ist, so daß gleichartige Bauteile mit den gleichen Bezugszei­ chen versehen sind und eine doppelte Beschreibung hier weggelassen oder vereinfacht wird. Die Merkmale dieses Ausführungsbeispiels und seine Unterschiede zu der in Fig. 12 gezeigten Struktur werden nachfolgend beschrieben. Die Schnittpositionen in den Fig. 3 und 12 differieren um 90° relativ zu der Umfangsrichtung der Eingangswelle 115.

Ein Paar eingangsseitige Scheiben 102A und 102B, die jeweils eine Außenscheibe sind, sind an den jeweiligen Enden einer Eingangswelle 115, die der Drehwelle entspricht, ge­ lagert, und zwar über Kugelführungen 133, 133. In dem dargestellten Beispiel liegt die rückseitige Fläche (die linke Fläche in Fig. 3) von einer 102A (die linke Scheibe in Fig. 3) der eingangsseitigen Scheiben gegen eine Belastungsmutter 132 über eine sehr nach­ giebige Schablonenfeder 138 (Tellerfederpaket) an, um im wesentlichen die Axialver­ schiebung (Querrichtung in Fig. 3) der Scheibe relativ zu der Eingangswelle 115 zu blo­ ckieren. Die Schablonenfeder 138 greift zwischen die eingangsseitige Scheibe 2A und die Belastungsmutter 132 in solcher Weise ein, um den Stoß auf die Belastungsmutter 132 zu reduzieren, wenn die Drehkraft (Drehmoment) die von dem stufenlos verstellba­ ren Toroid-Getriebe übertragen werden soll, schlagartig zunimmt. Die Zwischenscheibe 137 ist um die Eingangswelle 115 über ein Paar Nadellager 116, 116 gelagert, um relativ zu der Eingangswelle 115 zu drehen. Das Ausgangszahnrad 118b ist unmittelbar an der Außenumfangsfläche der Zwischenscheibe 137 ausgebildet.

Erste gehärtete Schichten 142, 142 sind an den jeweiligen Seiten der Zwischenscheibe 137 in den Bereichen der Seiten ausgebildet, die gegen die Umfangsflächen 108a, 108a der Antriebsrollen 108, 108 anliegen und eine zweite gehärtete Schicht 143 ist an der Außenumfangsfläche der Zwischenscheibe 137 in dem Bereich der Oberfläche ausge­ bildet, an dem die Ausgangsverzahnung 118b ausgebildet ist, wie dies durch die ge­ kreuzt schraffierten Bereiche in Fig. 4 dargestellt ist. Die effektive Tiefe H142 der ersten gehärteten Schicht 142 ist größer als die effektive Tiefe H143 der zweiten gehärteten Schicht 143 (H142 < H143).

Die Zwischenscheibe 137, die das Ausgangszahnrad 118b unmittelbar an der Außen­ umfangsfläche ausgebildet aufweist und die die ersten und zweiten gehärteten Schich­ ten 142 und 143 mit unterschiedlicher Tiefe aufweist, wird durch die folgenden Verfah­ rensschritte (1) bis (7) hergestellt.

• 1. Erster Schritt zum Schmieden oder zur spanenden Herstellung eines Metall- Rohmaterials wie Kohlenstoffstahl zur Bildung eines ersten Arbeitsstückes.
• 2. Zweiter Schritt zur Vorbearbeitung des ersten Arbeitsstückes zum Erhalt eines zwei­ ten Werkstückes 139, das eine größere Gestalt besitzt als die fertige Zwischenscheibe 137 (siehe Fig. 3 und Fig. 5C), wie in Fig. 5A gezeigt. In dem zweiten Schritt wird eine Vorbearbeitung wie beispielsweise ein Schmieden an dem Arbeitsstück vorgenommen, um vertiefte Oberflächen mit einem kreisförmigen Querschnitt an den jeweiligen axialen Seiten auszubilden, um das in Fig. 5A gezeigte zweite Werkstück zu bilden. Das zweite Werkstück 139 ist generell dicker als die Zwischenscheibe 137. Insbesondere ist der Außenumfang des zweiten Werkstückes 139 ein dickerer Abschnitt 140, der ausrei­ chend dicker ist als die Ausgangsverzahnung 118b (siehe Fig. 3 und 5C), die an dem Außenumfang der Zwischenscheibe 137 ausgebildet wird.
• 3. Dritter Schritt zur Aufkohlung oder Carbonitrierung des zweiten Werkstückes 139, das in dem zweiten Schritt hergestellt wird, zur Härtung der Oberflächenabschnitte zum Erhalt eines dritten Werkstückes. In dem dritten Schritt wird das zweite Werkstück 139 aufgekohlt oder carbonitriert zur Bildung einer relativ tiefen, aufgekohlten Schicht an der Oberfläche des zweiten Werkstückes 139 zum Erhalt des dritten Werkstückes, dessen Oberfläche gehärtet ist. Das dritte Werkstück besitzt dieselbe Gestalt wie das in Fig. 5A gezeigte zweite Werkstück 139.
• 4. Vierter Schritt zur Entfernung der aufgekohlten Schicht in dem Oberflächenbereich eines Abschnittes des dritten Werkstückes, der näher dem Außenumfang liegt, an dem die Ausgangsverzahnung 118b auszubilden ist, um ein viertes Werkstück zu erhalten. Vor der Ausführung des vierten Schritts wird der Abschnitt des dritten Werkstückes der näher zu dem Außenumfang liegt, an dem die Ausgangsverzahnung 118b auszubilden ist, bei Bedarf weichgeglüht. Ein solcher Weichglühvorgang ermöglicht es, die aufge­ kohlte Schicht einfach zu entfernen. Der vierte Schritt zur Entfernung der aufgekohlten Schicht wird ausgeführt, um es zu ermöglichen, den Abschnitt des vierten Werkstückes, der näher zu dem Außenumfang liegt, in einem nachfolgenden fünften Schritt zu entfer­ nen. Der vierte Schritt entfernt den Oberflächenschichtabschnitt des dickeren Abschnit­ tes 140, der in dem dritten Schritt gehärtet wurde, um eine einfache Herstellung der Ausgangsverzahnung 118b an dem Außenumfang in dem nachfolgenden fünften Schritt zu ermöglichen.
• 5. Fünfter Schritt zur Herstellung der Ausgangsverzahnung 118b an dem Außenumfang des vierten Werkstückes zum Erhalten eines fünften Werkstückes 141. In dem fünften Schritt werden die beiden axialen Seiten des dickeren Abschnittes 140, der Teil des vier­ ten Werkstückes ist, durch eine spanende Bearbeitung wie eine Drehbearbeitung derart entfernt, daß die Dicke dieses Abschnittes geringfügig größer oder gleich der Ausgangs­ verzahnung 118b wird. Und zudem wird der Außenumfang des vierten Werkstückes dis­ kontinuierlich geschnitten, zur Bildung des Ausgangszahnrades 118b zum Erhalt des fünften Werkstückes 141.
• 6. Sechster Schritt zur Aufkohlungsabschreckung oder Carbonitrierungsabschreckung des fünften Werkstückes 141 zum Erhalt eines sechsten Werkstückes. In dem sechsten Schritt wird eine gehärtete Schicht an dem Oberflächenbereich des Ausgangszahnrades 118b gebildet, von der eine weiche Metallschicht freigelegt wird durch die Entfernung des Oberflächenschichtabschnittes in dem vierten Schritt, wodurch der Oberflächenbe­ reich des Ausgangszahnrades 118b gehärtet wird. Die Tiefe (Dicke) der aufgekohlten Schicht an der Oberfläche des sechsten Werkstückes in dem sechsten Schritt ist kleiner als die der aufgekohlten Schicht an dem dritten Werkstück in dem dritten Schritt.
• 7. Siebter Schritt zur Fertigbearbeitung bzw. zum Polieren der beiden Seiten des sechsten Werkstückes und der Ausgangsverzahnung 118b, die an der Außenumfangs­ kante des Werkstückes ausgebildet ist, zum Erhalt der Zwischenscheibe 137. In dem siebten Schritt erfolgt eine Fertigbearbeitung durch eine spanende Bearbeitung der bei­ den Seiten des sechsten Werkstückes und des Oberflächenbereiches des Ausgangs­ zahnrades 118b zum Erhalt glatter Oberflächen mit der gewünschten Gestalt.

Bei einem stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebe gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit der Zwischenscheibe 137, das in der oben beschriebenen Weise ausgebildet ist, kann die einzige Zwischenscheibe 137, die als ein Paar ausgangsseitiger Scheiben wirkt, eine Drehkraft bzw. einen Drehmoment von und zu dem Paar der eingangsseiti­ gen Scheiben 102A und 102B übertragen. Während des Betriebes des stufenlos ver­ stellbaren Toroid-Getriebes nach diesem Ausführungsbeispiel wird daher die Drehung der Eingangswelle 115 von dem Paar der eingangsseitigen Scheibe 102A und 102B zu der einzigen Zwischenscheibe 137 über die Vielzahl der Antriebsrollen 108, 108 (siehe Fig. 12) übertragen. Die zu der Zwischenscheibe 137 übertragene Drehleistung wird zu dem Ausgangszahnrad 118b übertragen, das an dem Außenumfang der Zwischen­ scheibe 137 vorgesehen ist und wird durch ein weiteres Zahnrad (nicht dargestellt) er­ halten, das mit dem Ausgangszahnrad 118b kämmt.

Bei dem stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebe des Ausführungsbeispiels wirkt die Zwi­ schenscheibe 137 als ein Paar von ausgangsseitigen Scheiben, so daß die axiale Bau­ größe des Bereiches, in dem die Zwischenscheibe 137 untergebracht ist, verringert wer­ den kann, zur Verkürzung der Axiallänge der Eingangswelle 115. Da zudem die Aus­ gangsverzahnung 118b unmittelbar an dem Außenumfang der Zwischenscheibe 137 ausgebildet ist, kann die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Außenzahnrad 118b und der Zwischenscheibe 137 ausreichend erhöht werden. Demzufolge begrenzt der Verbin­ dungsbereich zwischen dem Ausgangszahnrad 118b und der Zwischenscheibe 137 nicht länger die durch das stufenlos verstellbare Toroid-Getriebe übertragbare Leistung bzw. das Drehmoment. Vielmehr wird die durch das stufenlos verstellbare Toroid- Getriebe übertragbare Leistung bzw. das Drehmoment durch andere Bauteile als den Kopplungsbereich zwischen der Ausgangsverzahnung 118b und der Zwischenscheibe 137 bestimmt, beispielsweise durch die Anzahl und die Größe der Antriebsrollen 108, 108. Folglich können diese Bauteile dazu verwendet werden, die übertragbare Leistung bzw. das übertragbare Drehmoment zu erhöhen.

Durch eine Verringerung der axialen Baugröße des Unterbringungsbereiches der Zwi­ schenscheibe 137 kann die Länge der in die Zwischenscheibe 137 eingesetzten Ein­ gangswelle 115 verringert werden. Somit kann während des Betriebes des stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebes selbst dann, wenn eine Kraft auf die Eingangswelle 115 in Torsionsrichtung aufgebracht wird, die Phasendifferenz in die Drehrichtung zwischen dem Paar der eingangsseitigen Scheiben 102A und 102B, die an den jeweiligen Enden der Eingangswelle 115 gelagert sind, verringert werden, um die Übertragungseffizienz des stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebes zu verbessern.

Obwohl die beiden axialen Seiten der Zwischenscheibe 137 einerseits und der an dem Außenumfang der Zwischenscheibe 137 angebrachte Ausgangsverzahnungsabschnitt 118b unterschiedliche Aufkohlungsdicken und unterschiedliche Dicken der gehärteten Schicht erfordern, kann bei dem Ausführungsbeispiel die Aufkohlungstiefe eines jeden Abschnittes der Zwischenscheibe 137 auf einen optimalen Wert eingestellt werden. Zur Sicherstellung einer zeitlich ausreichenden Rollermüdungsbetriebsfestigkeit ist eine grö­ ßere Aufkohlungstiefe für die beiden axialen Seiten der Zwischenscheibe 137 vorgese­ hen, gegen die die Umfangsflächen 108 und 108a (siehe Fig. 12) der Antriebsrollen 108, 108 hart angedrückt werden, da diese Seiten eine große Berührungselipse aufweisen. Im Gegensatz hierzu muß eine Rohmaterialschicht (d. h. eine nicht aufgekohlte Schicht) im Bereich des Kerns des Ausgangszahnrades 118b verbleiben, um die Oberfläche zu härten, jedoch eine ausreichende Festigkeit bzw. Duktilität beizubehalten, um die Abra­ sionswirkung infolge des Kämmens mit dem anderen zu begrenzen. Bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel wird, indem die aufgekohlte Schicht an beiden Seiten ausgebildet wird, der dickere Abschnitt 140 in dem Abschnitt vorgesehen, der das Ausgangszahnrad 118b bildet. Somit kann eine ausreichend tief aufgekohlte Schicht an beiden axialen Seiten ausgebildet werden, wobei es ermöglicht wird, daß eine Rohmaterialschicht in dem Be­ reich verbleibt, der dem Kern des Ausgangszahnrades 118b in dem zweiten Schritt ent­ spricht. Zudem kann eine aufgekohlte Schicht mit gewünschter Tiefe an der Oberfläche des Ausgangszahnrades 118b in dem fünften Schritt hergestellt werden. Im Ergebnis wird somit eine optimale Tiefe einer aufgekohlten Schicht sowohl an jeder der beiden Seiten als auch an dem Ausgangszahnrad 118b erzielt, um diese Abschnitte ausrei­ chend widerstandsfähig und haltbar zu machen.

Unterschiedliche Dicken der gehärteten Schichten für die beiden Seiten der Zwischen­ scheibe 137 einerseits und die an dem Außenumfang der Zwischenscheibe 137 ausge­ bildete Ausgangsverzahnung 118b andererseits, wie oben beschrieben, kann nicht nur die in den Ausführungsbeispielen beschriebene Erfindung erzielt werden, sondern auch durch die in den Patentansprüchen beanspruchte Erfindung. Die durch die beanspruchte Erfindung erhaltene Zwischenscheibe 137 ermöglicht dasselbe Betriebsverhalten und dieselben Wirkungen wie oben beschrieben.

Wie in Fig. 6 gezeigt, können die ausgangsseitige Scheibe 4A und das Ausgangszahn­ rad 18 auch in einem einkammerigen stufenlos verstellbaren Toroid-Getriebe genauso wie in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen integriert werden. In diesem Fall besitzen die ausgangsseitige Scheibe 4A und das Ausgangszahnrad 18 gehärtete (auf­ gekohlte) Schichten unterschiedlicher Dicke.

Claims (1)

1. Stufenlos verstellbares Toroid-Getriebe, aufweisend:
   eine drehbar gelagerte Drehwelle (115),
   eine eingangsseitige Scheibe (2A), die mit der Drehwelle (115) dreht,
   eine ausgangsseitige Scheibe (4A), die konzentrisch zu der eingangssei­ tigen Scheibe (2A) angeordnet und gelagert ist, um relativ zu der ein­ gangsseitigen Scheibe (2A) zu drehen,
   eine Vielzahl von Antriebsrollen (8), die jeweils drehbar an einer Exzen­ terwelle (7) gelagert sind, die wiederum an einem Schwenkhalter (6) gehalten und zwischen den eingangs- und ausgangsseitigen Scheiben (2A) angeordnet sind, und
   wobei wärmebehandelte, gehärtete Schichten an den Oberflächen der eingangs- und ausgangsseitigen Scheiben (2A, 4A) ausgebildet sind und die ein- und ausgangsseitigen Scheiben (2A, 4A) jeweils aufweisen:
   eine Lauffläche (2a, 4a) für die Antriebsrollen (8);
   eine Außenfläche (2b, 4b), die der Lauffläche (2a, 4a) für die Antriebsrollen (8) in axialer Richtung gegenüberliegt;
   eine innere Ringfläche (45), die zur Außenfläche (2b, 4b) parallel und zu dieser in axialer Richtung gegenüberliegend ausgebildet ist und
   einen Lagerungsabschnitt,
   dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche (2b, 4b), die innere Ringfläche (45) und ein Abschnitt (44) der Oberfläche des Lagerungsabschnittes, der zur in­ neren Ringfläche (45) benachbart ist, kugelgestrahlt sind, und wobei durch das Kugelstrahlen eine Druckspannung erzeugt ist, durch spanende Bearbeitung Zunderschichten von den gehärteten Schichten entfernt sind und wobei die Rundheit der Lauffläche (2a, 4a) einer jeden der ein- und ausgangsseitigen Schei­ ben (2A, 4A) relativ zu einem Drehmittelpunkt der jeweiligen Scheiben 0,02 mm oder weniger beträgt.