DE19860518A1

DE19860518A1 - Scheibe für stufenlos verstellbares Toroidgetriebe

Info

Publication number: DE19860518A1
Application number: DE19860518A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Okubo; Akira Tsubouchi; Takashi Imanishi; Nobuo Gotou
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 1999-12-16
Anticipated expiration: 2018-12-29
Also published as: JPH11190408A; JP3758348B2; DE19860518C2; US6113514A; USRE39647E1

Abstract

Eine Scheibe für ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe enthält eine Traktionsoberfläche mit konkavem Querschnitt, die sich zwischen einem Endabschnitt mit kleinem Durchmesser und einem Endabschnitt mit großem Durchmesser befindet. Im Mittelabschnitt der Stirnfläche der Scheibe auf seiten des Endabschnitts mit kleinem Durchmesser ist ein Durchgangsloch ausgebildet, das sich durch die Scheibe bis zur Stirnfläche auf seiten des Endabschnitts mit großem Durchmesser der Scheibe erstreckt, wobei die innere Umfangsfläche des Durchgangslochs als Innendurchmesseroberfläche der Scheibe verwendet wird. Wenn unter den in der Scheibe vorhandenen Metallflußlinien eine Metallflußlinie, die in bezug auf die Oberfläche der Scheibe eine räumliche Beziehung hat, derart, daß ein Winkel THETA zwischen der Metallflußlinie auf seiten der Traktionsoberfläche und der Tangente der Traktionsoberfläche kleiner oder gleich 30 Grad ist, als "Metallflußlinie längs der Scheibenoberfläche" definiert ist, ist die Scheibe so strukturiert, daß diese "Metallflußlinie längs der Scheibenoberfläche" wenigstens in der Traktionsoberfläche vorhanden ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Scheibe für die Verwendung in einem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe, das in Fahrzeugen, verschiedenen Arten industrieller Maschinen und dergleichen verwendet werden kann.

Diese Anmeldung basiert auf JP Hei 9-361151-A, die hier mit durch Literaturhinweis eingefügt ist.

2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik

Ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe enthält, wie in Fig. 15 gezeigt ist, beispielsweise Eingangs- und Ausgangsscheiben a bzw. b, die zueinander konzentrisch angeordnet sind, und eine Antriebsscheibe c, die zwischen die jeweiligen Traktionsoberflächen f und i der Eingangs- bzw. Ausgangsscheiben a bzw. b eingesetzt ist.

In der Eingangsscheibe a ist zwischen dem Endabschnitt d mit kleinem Durchmesser und dem Endabschnitt e mit großem Durchmesser eine Traktionsfläche f gebildet, deren Quer schnitt eine konkave Form besitzt, während in der Aus gangsscheibe b in ähnlicher Weise zwischen dem Endab schnitt g mit kleinem Durchmesser und dem Endabschnitt h mit großem Durchmesser eine Traktionsfläche i gebildet ist, deren Querschnitt eine konkave Form besitzt. An der Eingangsscheibe a gegenüber der Antriebsscheibe c ist ein Belastungsnocken über mehrere Eingriffrollen (wovon keine gezeigt ist) konzentrisch angeordnet, so daß durch einen Öldruck, mit dem der Belastungsnocken und somit die Eingangsscheibe a beaufschlagt werden, eine zu einem Drehmoment proportionale Antriebskraft auf die Eingangs scheibe a ausgeübt werden kann.

Die Antriebsscheibe c ist eine Vorrichtung, die mit den jeweiligen Traktionsflächen f und i der Eingangsscheibe a bzw. der Ausgangsscheibe b in reibschlüssigen Eingriff gelangen kann, um die Leistung zu übertragen; die An triebsscheibe c ist durch einen Drehzapfen j in der Weise unterstützt, daß er in Richtung des Durchmessers der Eingangsscheibe a bzw. der Ausgangsscheibe b geneigt werden kann. Wenn der Drehzapfen j durch einen (nicht gezeigten) Antriebsmechanismus betätigt wird, um die Kontaktpositionen der Antriebsscheibe c in Richtung des Durchmessers der Eingangsscheibe a und der Ausgangs scheibe b zu ändern, kann das Drehzahlverhältnis zwischen der Eingangsscheibe a und der Ausgangsscheibe b d. h. das Übersetzungsverhältnis, stufenlos geändert werden.

Ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe muß ein hohes Drehmoment übertragen können, weshalb die Eingangs- und Ausgangsscheiben a, b sowie die Antriebsscheibe c im Vergleich zu normalen mechanischen Teilen (wie etwa normale Zahnräder und Lager) wiederholt sehr große Biege beanspruchungen und Scherbeanspruchungen aufnehmen. Insbesondere nehmen in den Eingangs- und Ausgangsscheiben a, b die Traktionsoberflächen f, i in der Nähe der Endab schnitte d bzw. g mit kleinem Durchmesser (schraffierte Bereiche in Fig. 17) und die Innendurchmesseroberflächen am Endabschnitt d bzw. g mit kleinem Durchmesser wieder holt große Biegebeanspruchungen und Scherbeanspruchungen auf. Bei der Herstellung der Eingangsscheiben und Aus gangsscheiben a bzw. b ist es daher notwendig, einen sehr haltbaren Werkstoff zu verwenden, der solchen wiederhol ten Biegebeanspruchungen und Scherbeanspruchungen wider stehen kann.

Im Stand der Technik werden die Eingangs- und Ausgangs scheiben a bzw. b, wie beispielsweise in Fig. 12 gezeigt ist, aus einem zylindrisch geformten Werkstoff (aufgekohlter Stahl oder dergleichen) mit einer Länge, die mit der axialen Länge der Eingangs- und Ausgangs scheiben a bzw. b übereinstimmt, durch spanabhebende Bearbeitung oder durch Schneiden hergestellt, damit sie ihre in Fig. 16 gezeigte endgültige Form erhalten.

In dem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen der Ein gangs- und Ausgangsscheiben a, b ist jedoch die Material ausbeute gering, außerdem dauert das Schneiden oder spanabhebende Bearbeiten des Materials lang, so daß die Herstellungskosten der Eingangs- und Ausgangsscheiben a und b hoch sind.

Da ferner die Metallflußlinien k (die das Fließen der Struktur angeben) in axialer Richtung der Scheibe verlau fen, gelangt die Metallflußlinie k in den Traktionsober flächen f und i, mit denen die Antriebsscheibe c unter hohem Druck in reibschlüssigem Eingriff ist, an ein Ende und verläuft nicht längs der Traktionsflächen f und i. Daher kann nicht nur am Material in den Abschnitten der Traktionsoberflächen f und i, mit denen die Antriebs scheibe c in reibschlüssigem Eingriff ist, leicht ein Abplatzen auftreten, sondern es kann auch leicht ein Stoßbruch oder ein Ermüdungsbruch in den Eingangs- und Ausgangsscheiben a bzw. b auftreten, der an den gebroche nen Abschnitten der Metallflußlinien k beginnt, was eine lange Lebensdauer der Eingangs- und Ausgangsscheiben a bzw. b verhindert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung zielt auf die Beseitigung der Nachteile, die bei den in dem herkömmlichen stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe verwendeten Scheiben festge stellt wurden. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Scheibe zur Verwendung in einem stufenlos verstell baren Toroidgetriebe zu schaffen, mit der nicht nur die Produktionskosten gesenkt werden können, sondern auch eine lange Lebensdauer erzielt werden kann.

In der Mitte eines zylindrisch geformten Materials und in der Umgebung der Mitte (in den Fig. 12 und 16 die 0,3D- Abschnitte, wobei D der Durchmesser des zylindrisch geformten Materials ist) sind in hoher Dichte nichtme tallische Einschlüsse vorhanden, die auf die Ermüdungs bruchfestigkeit der Scheibe einen hohen Einfluß haben (siehe Fig. 13), weshalb erwünscht ist, daß die nichtme tallischen Einschlüsse in Bereichen der Scheibe mit hoher Biegebeanspruchung (beispielsweise die Innendurchmesser oberfläche der Endabschnitte mit kleinem Durchmesser und dergleichen) und in Bereichen der Traktionsoberflächen, die die höchsten Scherbeanspruchungen aufnehmen, nicht vorhanden sind.

Was die nichtmetallischen Einschlüsse betrifft, so ist bekannt, daß die Festigkeit des Materials gegenüber wiederholten Biegebeanspruchungen durch die Größe der Defekte, von denen ein Bruch des Materials ausgehen kann, stark beeinflußt wird. Beispielsweise wird in einem Buch mit dem Titel "Effects of Small Defects and Nonmetallic Inclusions" (geschrieben von Yukitaka Murakami, erschie nen bei Yokendo, Ltd.) folgendes festgestellt:
Die Ermüdungsgrenze des Materials bei wiederholter Biege beanspruchung des Materials durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

wobei K = 1,43, wenn in der Oberfläche des Materials ein Defekt vorhanden ist;
K = 1,41, wenn ein Defekt in der Weise vorhanden ist, daß er mit der Materialoberfläche in Kontakt ist;
K = 1,56, wenn ein Defekt innerhalb des Materials vorhan den ist;
σ_w die Ermüdungsgrenze ist,
Hv die Härte des Materials (bezogen auf die Festigkeit des Grundstoffs des Materials) ist und (Fläche)^1/2 die Quadratwurzel einer Projektionsfläche ist, die erhalten wird, wenn ein Defekt oder ein Riß in Richtung der stärksten Hauptbeanspruchung projiziert wird (eine Größe, die das Ausmaß eines Defekts oder eines Bruchs darstellt).

Daher ist es für ein mechanisches Teil, das unter schwie rigen Bedingungen verwendet wird, etwa in einem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe (d. h. unter Bedingungen, unter denen das mechanische Teil nicht nur wiederholte große Biegebeanspruchungen, sondern außerdem wiederholte große Scherbeanspruchungen aufnimmt), wünschenswert, ein Material zu verwenden, in dem ein einen Ausgangspunkt des Bruchs des Materials hervorrufender Defekt kontrolliert worden ist.

Es ist allgemein bekannt, daß die Hauptfehlerursache von Stahl, für den eine hohe Festigkeit erforderlich ist, nichtmetallische Oxideinschlüsse sind. Als ein Verfahren zum Kontrollieren derartiger nichtmetallischer Oxidein schlüsse ist das JIS-Verfahren (JIS-G-0555), das ASTM- Verfahren (ASTM-E45) und ähnliches bekannt. Für ein Lagermaterial, das eine besonders hohe Reinheit erfor dert, sind ein Verfahren, das in JP Hei 3-294435-A offen bart ist und bei dem ein Material unter Verwendung eines Elektronenstrahl-Schmelzverfahrens erneut geschmolzen wird, um große nichtmetallische Oxideinschlüsse des Materials zum Schwimmen zu bringen, sowie ein Extremsta tistik-Verfahren bekannt, das in dem obenerwähnten Buch "Effects of Small Defects and Nonmetallic Inclusions" (geschrieben von Yukitaka Murakami, erschienen bei Yo kendo, Ltd.) offenbart ist (d. h. ein Verfahren, bei dem die nichtmetallischen Oxideinschlüsse pro Einheitsfläche S₀ mit größtem Durchmesser in mehreren Teststücken unter sucht werden und anschließend die untersuchten Ergebnisse statistisch verarbeitet werden, um in einem erforderli chen Bereich S die nichtmetallischen Oxideinschlüsse mit größtem Durchmesser vorherzusagen).

Für ein Kugel- und Rollenlager, ein Zahnrad und derglei chen wird die Stahlreinheit unter Verwendung eines der obigen Reinheitskontrollverfahren in der Weise kontrol liert, daß die erwarteten Funktionen erhalten werden können. In den Eingangs-, Ausgangs- und Antriebsscheiben, die das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe bilden, sind jedoch die Absolutwerte der ausgeübten Beanspruchung im Vergleich zu einem Kugel- und Rollenlager, einem Zahnrad und dergleichen, auf die normale wiederholte Beanspruchungen ausgeübt werden, groß (insbesondere liegt der Kontaktoberflächendruck in der Größenordnung von 4,0 GPa, ferner liegt die Biegebeanspruchung hiervon bei 90 kgf/mm²). Außerdem werden auf die Eingangs-, Ausgangs- und Antriebsscheiben nicht nur wiederholt gleichzeitig Biegebeanspruchungen und Scherbeanspruchungen ausgeübt, sondern es ist auch das Volumen, das eine solche Bean spruchung aufnimmt, groß. Aus diesem Grund ist es in dem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe schwierig, eine ausreichende Festigkeit bei Verwendung der obigen Kon trollverfahren für nichtmetallische Einschlüsse zu erhal ten. Daher besteht ein Bedarf an neuen Möglichkeiten der Beherrschung des Einflusses dieser nichtmetallischen Einschlüsse.

Erfindungsgemäß wird eine Scheibe zur Verwendung in einem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe geschaffen, das versehen ist mit Eingangs- und Ausgangsscheiben, die jeweils zwischen einem Endabschnitt mit kleinem Durchmes ser und einem Endabschnitt mit großem Durchmesser eine Traktionsoberfläche mit konkavem Querschnitt enthalten und die konzentrisch in der Weise angeordnet sind, daß ihre jeweiligen Traktionsoberflächen einander gegenüber liegen, und mit einer Antriebsscheibe, die mit den jewei ligen Traktionsoberflächen der Eingangs- und Ausgangs scheiben in reibschlüssigem Kontakt sind, um Leistung zu übertragen. Die Scheibe der Erfindung wird als Eingangs scheibe und/oder als Ausgangsscheibe verwendet und weist Metallflußlinien auf. Im fertiggestellten Zustand der Scheibe, in dem alle erforderlichen Endbearbeitungsvor gänge ausgeführt worden sind, sind die Metallflußlinien der Scheibe, die in bezug auf die Oberfläche der Scheibe die folgende räumliche Beziehung haben, als "Metallflußlinien längs der Scheibenoberfläche" defi niert, d. h. ein Winkel θ, der zwischen der jeweiligen Metallflußlinie an der Oberfläche und der Tangente der Oberfläche gebildet ist, ist kleiner oder gleich 30 Grad, zweckmäßig kleiner oder gleich 20 Grad. Die Scheibe ist so strukturiert, daß die Metallflußlinien längs der Scheibenoberfläche in einem Teil der Gesamtoberfläche, der die Traktionsoberfläche enthält, vorhanden ist.

Wenn der Winkel θ der Metallflußlinie in bezug auf die Tangente der Oberfläche der Scheibe, insbesondere der Traktionsoberfläche, 30 Grad übersteigt, ist die Metall flußlinie äquivalent zu einer Endflußlinie (d. h. zu einer Metallflußlinie, die sich nicht über die Schei benoberfläche erstreckt), wodurch nicht nur ein Abplatzen am Material hervorgerufen wird, sondern auch eine Biege ermüdung oder dergleichen hervorgerufen wird, wodurch ein Bruch der Scheibe bewirkt wird (d. h. die Bruchlebens dauer der Scheibe wird verkürzt).

Obwohl es wünschenswert ist, daß sich der untere Grenz wert des Winkels θ an 0 sehr stark annähert (θ ≈ 0), wie aus der Beziehung zwischen einem Zustand des Materials nach dem Schmieden (durch eine Zweipunkt-Strichlinie gezeigt) und einem Zustand des Materials nach Abschluß der Bearbeitung (durch eine durchgezogene Linie gezeigt) in den Fig. 5 und 9 hervorgeht, ist im Fall der Trakti onsoberfläche 4 und der Innendurchmesseroberfläche 2 die Spanne veränderlich, so daß die Winkel der Metallflußli nien 6, die die Traktionsoberfläche 4 und die Innendurch messeroberfläche 2 nach der Bearbeitung schneiden, von den Winkeln nach dem Schmieden abweichen. Falls bei spielsweise einer Metallflußlinie 6 nach dem Schmieden eine besondere Aufmerksamkeit geschenkt wird, ist klar, daß sie die obenerwähnten jeweiligen Oberflächen nicht unter einem konstanten Winkel schneidet, sondern daß die Schnittwinkel der momentanen Metallflußlinie 6 zwischen einem Zustand des Materials nach dem Schmieden und einem Zustand des Materials nach Abschluß der Bearbeitung geändert werden. Der Schnittwinkel θ der Metallflußlinie in bezug auf die jeweiligen Oberflächen, wie er in dieser Erfindung verwendet wird, d. h. der Winkel θ der Metall flußlinie, der einen Einfluß auf das Abplatzen und die Biegeermüdung des Materials hat, ist so definiert, daß er nicht auf den Zustand des Materials nach dem Schmieden, sondern auf den Zustand des Materials nach der Bearbei tung, d. h. auf den praktisch verwendbaren Materialzu stand bezogen ist.

Daher kann es ausreichend sein, daß die Metallflußlinie 6 nach dem Schmieden in einem Zustand ist, von dem nach Abschluß der Bearbeitung angenommen wird, daß er den Bereich für den Winkel θ ergibt, der erfindungsgemäß mittels einer gegebenen Spanne definiert ist. Obwohl jedoch ein Produkt mit dem Winkel θ = 0 oder nahezu 0 im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit der Scheibe am wün schenswertesten ist, ist auch erwünscht, die Spanne soweit wie möglich zu reduzieren. Außerdem müssen Verän derungen der Spanne vermieden werden oder eine Spanne, die rechte Winkel oder andere Winkel in bezug auf die Oberflächen enthält, beseitigt werden, um das Auftreten einer nicht zufriedenstellenden Bearbeitung oder ähnli cher Nachteile, d. h. eine Verschlechterung der Produkt ausbeute mit dem Ergebnis des Anstiegs der Herstellungs kosten für die Scheibe zu vermeiden.

Da die Erfindung eine Scheibe, die nicht nur eine bessere Leistungsfähigkeit zeigt, sondern außerdem die Herstel lungskosten reduzieren kann, sowie ein Verfahren zum Herstellen der Scheibe zum Gegenstand hat, wird ein Winkel im Bereich von 2 bis 30 Grad, zweckmäßig von 5 bis 20 Grad, verwendet. Insbesondere ist die obere Grenze des Winkels θ hauptsächlich im Hinblick auf die Verbesserung sowohl der Leistungsfähigkeit als auch der Ausbeute definiert, während die untere Grenze des Winkels θ wie oben beschrieben hauptsächlich im Hinblick auf Verbesse rungen des Abplatzverhaltens und der Biegeermüdung defi niert ist.

Die obige Beschreibung definiert die Metallflußlinien, das längs der Scheibenoberfläche vorhanden sind.

(i) Die "Metallflußlinien längs der Scheibenoberfläche" sind zweckmäßig nicht nur auf der obenerwähnten Traktionsoberfläche, sondern auch im Abschnitt der Innendurchmesseroberfläche der Scheibe, der sich axial von der Stirnfläche des Endabschnitts mit kleinem Durchmesser der Scheibe wenigstens über den Bereich von 1/3A erstreckt, wobei die Länge der Scheibe in axialer Richtung durch A gegeben ist, vorhanden.
Somit werden die "Metallflußlinien längs der Schei benoberfläche" so gebildet, daß sie auch in der In nendurchmesseroberfläche der Scheibe in einem axia len Abstand von der Stirnfläche des Endabschnitts mit kleinem Durchmesser der Scheibe vorhanden sind, der wenigstens im Bereich von 1/3A liegt. Der Grund hierfür ist der folgende: Da in der Innendurchmes seroberfläche eine Umfangsnut für einen Sprengring wie in Fig. 17 gezeigt vorhanden ist, stellt die Innendurchmesseroberfläche einen Abschnitt dar, der durch die Biegebeanspruchung und dergleichen stark beeinflußt werden kann. Daher ist es innerhalb des Bereichs bis 1/3A der Scheibe erforderlich, die Me tallflußlinien längs der Scheibenoberfläche im Be reich des Winkels θ gemäß der Erfindung vorzusehen.
(ii) Wenn hierbei die "Metallflußlinien längs der Schei benoberfläche" in der Weise gebildet sind, daß sie auch in der Stirnfläche der Scheibe im Endabschnitt mit kleinem Durchmesser vorhanden sind, können die Biegeermüdung und die Konzentration der Beanspru chung, die auf die Umfangsnut ausgeübt wird, redu ziert werden, so daß die Lebensdauer der Scheibe weiter verlängert werden kann.
(iii) Wie in Fig. 14 gezeigt ist, können die "Metallflußlinien längs der Scheibenoberfläche" längs der Traktionsfläche in Umfangsrichtung im Be reich eines Winkels α von 45 Grad oder mehr, zweck mäßig 48 Grad oder mehr, vorhanden sein, wobei der Winkel α ein Winkel ist, der zwischen der Trakti onsoberfläche und der horizontalen Linie (einer parallel zur Scheibenachse verlaufenden Linie), die durch die Mitte des Radius O verläuft, gebildet ist.
In diesem Fall kann der Bereich, der die stärkste Biegebeanspruchung oder dergleichen in der Trakti onsoberfläche aufnimmt (schraffierte Bereiche in Fig. 17) durch die "Metallflußlinien längs der Scheibenoberfläche" abgedeckt werden, so daß ein Bruch der Scheibe aufgrund der Biegebeanspruchung und dergleichen verhindert werden kann.
(iv) Die Scheibe für das stufenlos verstellbare Toroid getriebe gemäß der Erfindung wird durch Schmieden (wie später beschrieben wird) unter Verwendung ei ner Preßform hergestellt. Wie in den Fig. 10 und 15 gezeigt ist, in denen der kleine Radius einer Kon taktellipse zwischen der Traktionsoberfläche und der Antriebsscheibe durch b gegeben ist, wenn die Antriebsscheibe horizontal (d. h. parallel zur Achse der Scheibe) orientiert ist, d. h. wenn ein Übersetzungsverhältnis von 1 : 1 vorliegt, können in einem Bereich, der von der Traktionsoberfläche in Tiefenrichtung um wenigstens 1,5b beabstandet ist, nichtmetallische Einschlüsse mit hoher Dichte vor handen sein. Hierbei ist eine "hohe Dichte" defi niert durch die Anzahl nichtmetallischer Ein schlüsse von wenigstens 10 µm, wie in Fig. 13 ge zeigt ist. Der "Bereich mit hoher Dichte" ist ein Bereich im 0,3D-Abschnitt in Fig. 13.
Der Grund hierfür ist der folgende: Der Bereich, der die stärkste Scherbeanspruchung auf der Trakti onsoberfläche aufnimmt, ist ein Bereich, der ausge hend von der Traktionsoberfläche in Tiefenrichtung in einem Bereich innerhalb von 1,5b liegt, weshalb die Lebensdauer der Scheibe nicht beeinflußt werden kann, wenn in diesem Bereich keine nichtmetalli schen Einschlüsse vorhanden sind (siehe Fig. 11).
(v) Da wie oben beschrieben der Abschnitt der Innen durchmesseroberfläche, der sich beginnend bei der Stirnfläche des Endabschnitts mit kleinem Durchmes ser axial im Bereich von 1/3A erstreckt, ein Ab schnitt ist, der durch die Biegebeanspruchung oder dergleichen aufgrund der Verformung der Umfangsnut für den Sprengring oder dergleichen stark beein flußt werden kann, sollten in dem 1/3A-Abschnitt der Innendurchmesseroberfläche keine nichtmetalli schen Einschlüsse vorhanden sein.

In den Fig. 18A bis 18D und 19A bis 19D sind zwei Verfah ren zum Herstellen einer Scheibe für ein stufenlos ver stellbares Toroidgetriebe gezeigt, die aus JP Hei 9-126289-A bekannt sind. Diese Scheibenherstel lungsverfahren können zur Herstellung lediglich der Scheibe verwendet werden, die Metallflußlinien von θ= 0 Grad enthält, sie sind jedoch auf die Herstellung der übrigen Scheiben, die Metallflußlinien mit anderen Winkeln als θ = 0 Grad enthalten, nicht anwendbar. Das bedeutet, daß die obigen, bekannten Herstellungsverfahren Probleme aufweisen, die gelöst werden müssen.

Zunächst wird auf das in den Fig. 18A bis 18D gezeigte herkömmliche Scheibenherstellungsverfahren Bezug genom men. Das zylindrisch geformte Material (aufgekohlter Stahl oder dergleichen) n, in dem sich die Metallflußli nien m an der äußeren Umfangsfläche des Materials in axialer Richtung erstrecken, wird zwischen einer oberen Preßform o und einer unteren Preßform p gehalten, worauf hin das Material n um einen gegebenen Betrag geformt wird (siehe Fig. 18B). Hierbei enthält die obere Preßform o eine Formungsoberfläche s zum Preßformen des Endab schnitts r mit kleinem Durchmesser einer Scheibe q sowie eine Formungsoberfläche u zum Preßformen der Trakti onsoberfläche t mit einem konkaven Querschnitt der Scheibe q, während die untere Preßform p eine Formungs oberfläche w zum Preßformen des Endabschnitts v mit großem Durchmesser der Scheibe q enthält. Die obere Preßform o und die untere Preßform p werden stark anein ander angenähert, um das Material n in axialer Richtung mehrmals einem Formschmieden zu unterwerfen, so daß nicht nur der Endabschnitt r mit kleinem Durchmesser und der Endabschnitt v mit großem Durchmesser in den jeweiligen oberen und unteren Endabschnitten des Materials n form geschmiedet werden, sondern außerdem die Traktionsober fläche t zwischen dem Endabschnitt r mit kleinem Durch messer und dem Endabschnitt v mit großem Durchmesser einem Formschmieden unterworfen wird.

Wie in Fig. 18C gezeigt ist, werden die obere Preßform o und die untere Preßform p möglichst nahe einander angenä hert, um das Material n durch Formschmieden in die end gültige Preßform der Scheibe q zu bringen, woraufhin nicht nur die geschmiedete und preßbearbeitete endgültige Form geschliffen oder endbearbeitet wird, sondern auch der Innendurchmesseroberflächenabschnitt ausgeschnitten wird, wodurch die Innendurchmesseroberfläche x der Scheibe q1 hergestellt wird und das Endprodukt der Scheibe q1, die in Fig. 18D gezeigt ist, fertiggestellt ist.

Da jedoch in diesem herkömmlichen Herstellungsverfahren das zylindrisch geformte Material n bis zur endgültigen Preßform der Scheibe q1 unter Verwendung einer Art einer oberen und einer unteren Preßform o bzw. p geschmiedet wird, ist die Kontaktzeit zwischen den oberen und unteren Preßformen o, p einerseits und dem Material n anderer seits lang, so daß die oberen und unteren Preßformen o und p durch die Wärme, die im Preßform- oder Schmiedevor gang erzeugt wird, leicht beeinflußt werden. Im Ergebnis wird die Oberflächenhärte der oberen und unteren Preßfor men o und p abgesenkt, so daß die Lebensdauern der oberen und unteren Preßformen o bzw. p verkürzt werden könnten.

Da außerdem im letzten Schritt des obigen Preßformvorgangs der Raum zwischen der oberen Preßform o und der unteren Preßform p mit dem Material n in einem eng geschlossenen Zustand gefüllt ist, können die Dicken der Eckabschnitte der oberen und unteren Preßformen o, p einfach reduziert werden und können leicht Grate an den Eckabschnitten auftreten. Wenn versucht wird, die Form der Scheibe q1 mit Kraft zu verbessern, muß auf die obere Preßform o und auf die untere Preßform p eine übermäßige Preßformlast ausgeübt werden, mit dem Ergebnis, daß diese Preßformen o und p zerbrechen können.

Ferner wird in dem Schritt, der ausgeführt wird, nachdem das Material durch Preßformen und Schmieden bearbeitet worden ist, das geschmiedete Material durch Schleifen endbearbeitet. Daher muß die Schleifspanne minimiert werden, um die Bearbeitungsdauer, die zum Schleifen notwendig ist, soweit wie möglich zu verkürzen. Daher muß der Abriebgrad der oberen und unteren Preßformen o und p während des Schmiedevorgangs reduziert werden, wodurch die Lebensdauern der oberen und unteren Preßformen o und p nachteilig verkürzt werden können.

Da weiterhin die oberen und unteren Preßformen o und p nicht so beschaffen sind, daß sie das zylindrisch ge formte Material n innerhalb ihrer inneren Abschnitte halten, kann das zylindrisch geformte Material n leicht aus den Zentren der oberen und unteren Preßformen o und p verschoben werden, was eine verschlechterte Bearbeitungs präzision zur Folge hat.

Um die Nachteile in dem obenbeschriebenen herkömmlichen Scheibenherstellungsverfahren zu beseitigen, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung ein bisher unbe kanntes Scheibenherstellungsverfahren entwickelt: Dieses Scheibenherstellungsverfahren ist für die Herstellung einer Scheibe gemäß der Erfindung geeignet, insbesondere ist dieses Verfahren für die Herstellung einer Scheibe, die die obenerwähnten Einrichtungen (i) und (iii) ent hält, ideal.

Das Scheibenherstellungsverfahren enthält einen ersten Schritt, in dem ein zylindrisch geformtes Material mit in seiner äußeren Umfangsoberfläche vorhandenen Metall flußlinien, die sich in axialer Richtung des Materials erstrecken, unter Verwendung einer ersten Preßform ge staucht wird; einen zweiten Schritt, in dem das ge stauchte Material unter Verwendung einer zweiten Preßform geformt wird, um im Mittelabschnitt der oberen Stirnflä che des Materials einen Abschnitt der Innendurchmesser oberfläche der Scheibe zu bilden, wobei die Preßform der Formungsoberfläche der zweiten Preßform auf den Innen durchmesseroberflächenabschnitt übertragen wird; sowie einen dritten Schritt, in dem das im zweiten Schritt erhaltene Material unter Verwendung einer dritten Preß form preßgeformt wird, um einen Endabschnitt mit kleinem Durchmesser, eine Traktionsoberfläche und einen Endab schnitt mit großem Durchmesser zu bilden, wobei der Innendurchmesseroberflächenabschnitt, der im zweiten Schritt preßgeformt wird, in einem Ausmaß weitergeschoben wird, das ermöglicht, zwischen der hinteren Oberfläche des Endabschnitts mit großem Durchmesser und dem Innen durchmesseroberflächenabschnitt eine Restwand zurückzu lassen, ferner wird an der Außendurchmesseroberfläche des Endabschnitts mit großem Durchmesser ein Grat gebildet, wobei das preßgeformte, geschmiedete Produkt nach der Entfernung des Grates und der Restwand des preßgeformten, geschmiedeten Produkts, das in den vorhergehenden Schrit ten erhalten worden ist, geschliffen wird, wodurch eine Scheibe mit ihrer endgültigen Form erhalten wird, die wärmebehandelt und endbearbeitet wird.

Da in dem Scheibenherstellungsverfahren der Formschmiede vorgang in drei Schritten unter Verwendung dreier Arten von Preßformen ausgeführt wird, kann die Kontaktzeit zwischen der Preßform und dem Material verkürzt werden, so daß der Einfluß der Wärme auf die Preßformen während des Preßformungsvorgangs reduziert werden kann. Im Ergeb nis kann die Preßform-Oberflächenhärte auf einem hohen Niveau gehalten werden, wodurch die Lebensdauern der verwendeten Preßformen verbessert werden kann.

Falls der Stauchbetrag des zylindrisch geformten Materi- als im ersten Schritt erhöht wird, können die Preßfor mungsbeträge nicht nur im zweiten Schritt, sondern auch im dritten Schritt, in dem eine hohe Preßformlast erfor derlich ist, um eine an die endgültige Form des Produkts angenäherte Preßform zu erhalten, reduziert werden. Daher kann die Bearbeitungsbelastung der Preßform im zweiten und im dritten Schritt verringert werden, wodurch die Lebensdauern der Preßformen verlängert werden können.

Der erhöhte Stauchbetrag des zylindrisch geformten Mate rials im ersten Schritt kann nicht nur den Eindringgrad des Innendurchmesseroberflächenabschnitts der Preßform im zweiten Schritt, sondern auch den weiteren Eindringgrad der Preßform in den im zweiten Schritt geformten Innen durchmesserabschnitt reduzieren. Dadurch kann die Lebens dauer desjenigen Abschnitts der Preßform, die durch die Wärme am meisten beeinflußt wird, stark verringert wer den.

Da der Preßformungsvorgang in drei Schritten unter Ver wendung dreier Arten von Preßformen ausgeführt wird, können die Metallflußlinien im Material während des Schmiedevorgangs beliebig gesetzt werden. Das bedeutet, daß eine an die endgültige Preßform des Produkts angenä herte Preßform in den vorhergehenden Schritten (d. h. im ersten und zweiten Schritt) festgelegt werden kann, wodurch ein gut ausgeglichenes formgeschmiedetes Produkt geschaffen werden kann.

Da weiterhin die Scheibe durch Schleifen des formge schmiedeten Produkts erhalten werden kann, kann das Scheibenherstellungsverfahren selbst dann, wenn das geschmiedete Produkt vor dem Schleifen ein grobgeschmie detes Produkt ist (z. B. ein heißgeschmiedetes Produkt), in ausreichendem Maß mit einem solchen geschmiedeten Produkt umgehen; da der Abrieb der Formen kaum berück sichtigt werden muß (d. h., selbst wenn die Formen in gewissem Ausmaß einen Verschleiß zeigen, können sie weiter verwendet werden), können die Kosten der Formen im Langzeitbetrieb reduziert werden.

Aufgrund der Tatsache, daß im dritten Schritt der Grat an der Außendurchmesseroberfläche des Endabschnitts mit großem Durchmesser zu dem Zeitpunkt erzeugt wird, zu dem der Preßformungsvorgang abgeschlossen ist, wird ein Schmieden mit eng geschlossenen Formen vermieden, so daß eine unnötige Erhöhung der Last auf die Formen vermieden werden kann. Dadurch können die Lebensdauern der Formen verbessert werden.

Falls die Höhe H1 des Mittelabschnitts des Materials nach dem Stauchvorgang im ersten Schritt auf einen Wert im Bereich von 80-120% der Höhe 2 des Materials nach Fer tigstellung des geschmiedeten Produkts im dritten Schritt gesetzt wird, können effektiv längere Lebensdauern der Preßformen im zweiten und im dritten Schritt erhalten werden.

In den obigen ersten bis dritten Schritten kann das Material durch Anordnen einer Positionierungseinrichtung, die die jeweiligen Preßformen in bezug auf den Material zentrieren oder positionieren kann, genau im Formungszen trum der Preßformen in jedem Schritt positioniert werden. Kraft dessen kann das Material stets an der korrekten Position geformt werden, so daß ein hochpräzises Preßfor mungsprodukt geschaffen werden kann. Daher kann ein geschmiedetes Produkt geschaffen werden, in dem Metall flußlinien längs der Oberfläche der Scheibe gemäß der Erfindung durch einen Nachbearbeitungsvorgang erhalten werden können.

Im folgenden wird das in den Fig. 19A bis 19D gezeigte herkömmliche Scheibenherstellungsverfahren beschrieben. Hierbei handelt es sich um ein Verfahren, bei dem ein Teil der Innendurchmesseroberfläche x einer Scheibe q2 geformt wird, wenn das Material durch Preßformen ge schmiedet wird. Das heißt, daß zunächst, wie in Fig. 19B gezeigt ist, der obere Endabschnitt des zylindrisch geformten Materials n gezogen wird, um den Durchmesser des oberen Endabschnitts kleiner als den Durchmesser des Endabschnitts r mit kleinem Durchmesser festzulegen, woraufhin das zylindrisch geformte Material n zwischen einer oberen Preßform y und einer unteren Preßform z konzentrisch gehalten und dann um einen gegebenen Betrag preßgeformt wird (siehe Fig. 19C). Die obere Preßform y enthält eine Formungsoberfläche s zum Formen des Endab schnitts r mit kleinem Durchmesser der Scheibe q2, eine Formungsoberfläche u zum Formen einer Traktionsoberfläche t mit einem konkaven Querschnitt, sowie einen Vorsprung a1, der im Mittelabschnitt der Formungsoberfläche s vorgesehen ist, um eine Innendurchmesseroberfläche x der Scheibe q2 von seiten des Endabschnitts r mit kleinem Durchmesser zu formen. Andererseits enthält die untere Preßform z eine Formungsoberfläche w zum Formen des Endabschnitts v mit großem Durchmesser sowie einen Vor sprung a2, der im Mittelabschnitt der Formungsoberfläche w vorgesehen ist, um einen Abschnitt der Innendurchmes seroberfläche x der Scheibe q2 von seiten des Endab schnitts v mit großem Durchmesser zu formen.

Dann werden die obere Preßform y und die untere Preßform z weiter aufeinander zu bewegt, wobei das Material n mehrmals in axialer Richtung geschmiedet wird, wodurch nicht nur der Endabschnitt r mit kleinem Durchmesser und der Endabschnitt v mit großem Durchmesser in den oberen und unteren Endabschnitten des Materials n geformt wer den, sondern auch die Traktionsfläche t zwischen dem Endabschnitt r mit kleinem Durchmesser und dem Endab schnitt v mit großem Durchmesser. Dann wird ein Vorgang zum Formen der Innendurchmesseroberfläche x mittels der Vorsprünge a1 und a2 begonnen.

Wie in Fig. 19D gezeigt ist, werden die obere Preßform y und die untere Preßform z weiter einander angenähert, so daß sie das Material n eng umschließen und das Material n in die endgültige Form der Scheibe q2 formgeschmiedet wird. In diesem Schmiedevorgang wird die Innendurchmes seroberfläche x in einem Zustand gehalten, in dem die Restwand a3 noch immer vorhanden ist. Danach wird die Restwand a3 der Innendurchmesseroberfläche x durch Schneiden oder durch Schleifen entfernt, wodurch die Innendurchmesseroberfläche x endgültig hergestellt ist, gleichzeitig wird das Material n weiter geschliffen, wodurch das Endprodukt der Scheibe q2 endgültig herge stellt ist.

In dem obigen herkömmlichen Scheibenherstellungsverfahren tritt das Phänomen auf, daß die Endpunkte der Metallfluß linie m, die in den oberen und unteren Enden des zylin drisch geformten Materials n in Fig. 19B auftreten, in das Innere des zylindrisch geformten Materials n in Fig. 19C gezogen werden. Als Ergebnis dessen verlaufen die Metallflußlinien längs der Oberfläche der Scheibe q2 (θ = 0 Grad), die von der Traktionsoberfläche t zum Endabschnitt r mit kleinem Durchmesser und zu demjenigen Abschnitt der Innendurchmesseroberfläche x, der sich auf seiten des Endabschnitts r mit kleinem Durchmesser befin det.

In dem in Fig. 19C gezeigten Schritt ist es jedoch sehr schwierig, das zylindrisch geformten Material n in der Weise zu formen, daß die Endpunkte der Metallflußlinien m in das Innere des zylindrisch geformten Materials n gezogen werden, weshalb in den meisten Fällen die End punkte der Metallflußlinien m irgendwo an den oberen und unteren Stirnflächen des Materials n ankommen. Im Ergeb nis ist es schwierig, Metallflußlinien mit Winkeln θ = 0 Grad längs der Oberfläche der Scheibe q2 zu ermög lichen.

Außerdem ist es sehr wahrscheinlich, daß hochdichte nichtmetallische Einschlüsse, die im benachbarten Ab schnitt des Mittelabschnitts des zylindrisch geformten Materials n vorhanden sind, in dem Abschnitt, auf den die Biegebeanspruchung in hohem Maß ausgeübt wird, d. h. in einem Abschnitt q2 von der Stirnfläche mit kleinem Durch messer der Scheibe bis zum Abschnitt der Innendurch messeroberfläche x, der sich über einen 1/3A-Bereich erstreckt, zurückbleiben, was auf die Lebensdauer der Scheibe einen nachteiligen Einfluß hat.

Um die in dem obenbeschriebenen zweiten herkömmlichen Scheibenherstellungsverfahren angetroffenen Nachteile zu beseitigen, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung ein bisher unbekanntes Scheibenherstellungsverfahren entwickelt, das für die Herstellung einer Scheibe gemäß der Erfindung geeignet ist und insbesondere für die Herstellung einer Scheibe, die sämtliche der obenerwähn ten Einrichtungen (i) bis (v) enthält, ideal ist.

Insbesondere enthält das erfindungsgemäße Scheibenher stellungsverfahren einen ersten Schritt, in dem ein zylindrisch geformtes Material, in dem Metallflußlinien an der äußeren Umfangsfläche vorhanden sind und sich in dessen axialer Richtung erstrecken, unter Verwendung einer ersten Preßform gestaucht wird und gleichzeitig der obere Endabschnitt des zylindrisch geformten Materials gezogen wird, und einen zweiten Schritt, in dem das im ersten Schritt erhaltene Material unter Verwendung einer zweiten Preßform geformt wird, um eine Traktionsoberflä che und einen Endabschnitt mit großem Durchmesser zu formen, wobei gleichzeitig ein Abschnitt einer Innen durchmesseroberfläche im Mittelabschnitt des Materials in der Weise gebildet wird, daß zwischen der hinteren Fläche des Endabschnitts mit großem Durchmesser und dem momenta nen Innendurchmesseroberflächenabschnitt eine Restwand zurückbleibt. Dieses Scheibenherstellungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß beim Formen eines Abschnitts des Innendurchmesserabschnitts im Mittelabschnitt des Materials im zweiten Schritt der obere Endabschnitt des Materials durch einen Abschnitt der zweiten Preßform begrenzt wird, wodurch eine Zunahme des Durchmessers des oberen Endabschnitts während des Formungsvorgangs vermie den wird und gleichzeitig hochdichte nichtmetallische Einschlüsse, die im Mittelabschnitt des Materials vorhan den sind, zum unteren Ende des Materials geschoben wer den, wodurch die untere Stirnseite des Materials in Durchmesserrichtung nach außen erweitert wird. Weiterhin wird das Material nach der Entfernung der restlichen Wand des formgeschmiedeten Produkts, das durch die obigen Schritte erhalten wird, geschliffen, damit das Material die endgültige Form der Scheibe erhält, woraufhin die geformte Scheibe wärmebehandelt und endbearbeitet wird.

In diesem Scheibenherstellungsverfahren ist es möglich, eine Scheibe (ein Endprodukt) in einfacher Weise zu erhalten, indem die "Metallflußlinien längs der Schei benoberfläche" mit einem jeweiligen Winkel von θ = 2-30 Grad in der Stirnfläche der Scheibe auf seiten des Endabschnitts mit kleinem Durchmesser, in der Trakti onsoberfläche der Scheibe, in der äußeren Umfangsfläche des Endabschnitts mit großem Durchmesser der Scheibe und in der hinteren Oberfläche des Endabschnitts mit großem Durchmesser gebildet werden.

Teilweise wegen der Tatsache, daß der Formschmiedevorgang die Reduzierung des Durchmessers des zylindrisch geform ten Materials ermöglicht, teilweise wegen der Tatsache, daß im zweiten Schritt der obere Endabschnitt des Materi als durch einen Abschnitt der zweiten Preßform begrenzt wird, um eine Zunahme des Durchmessers des oberen Endab schnitts während des Formungsbetriebs zu verhindern, und teilweise wegen der Tatsache, daß im Mittelabschnitt des Materials vorhandene hochdichte nichtmetallische Ein schlüsse zur unteren Stirnseite des Materials geschoben werden, wodurch die untere Stirnseite des Materials in Durchmesserrichtung nach außen erweitert wird, kann einfach und sicher eine Scheibe erhalten werden, in der hochdichte nichtmetallische Einschlüsse in den folgenden Bereichen nicht vorhanden sind: im Bereich des Trakti onsoberflächenabschnitts, der die stärksten, Scherbean spruchungen im Traktionsoberflächenabschnitt aufnimmt, d. h. in dem Bereich, der sich in Tiefenrichtung von der Traktionsoberfläche über eine Strecke von weniger als 1,5b erstreckt; und im Bereich der Scheibe, der in axia ler Richtung von der Stirnfläche des Endabschnitts mit kleinem Durchmessers innerhalb des eine starke Biegebean spruchung aufgrund der Bildung der Umfangsnut für den Sprengring aufnehmenden Innendurchmesseroberflächenab schnitts bis zu 1/3A reicht (wobei A die axiale Länge der Scheibe ist).

Zweckmäßig kann im zweiten Schritt an der Außendurchmes seroberfläche des Endabschnitts mit großem Durchmesser zu dem Zeitpunkt, zu dem die Preßformung abgeschlossen ist, ein Grat gebildet werden. Dieser Grat kann einen engum schließenden Schmiedevorgang vermeiden, wodurch eine unnötige Zunahme der Formungslast verhindert werden kann, was seinerseits eine Erhöhung der Lebensdauern der Preß formen ermöglicht.

Durch Anordnen einer Positionierungseinrichtung, die die jeweiligen Preßformen in bezug auf den Material zentrie ren oder Positionieren kann, kann das Material in den ersten und zweiten Schritten genau und sicher im For mungszentrum der Preßformen angeordnet werden. Kraft dessen kann das Material stets an der korrekten Position geformt werden, so daß ein hochpräzises schmiedegeformtes Produkt geschaffen werden kann.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

In der begleitenden Zeichnung ist:

Fig. 1 eine erläuternde Ansicht einer Scheibe für ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe gemäß ei ner ersten Ausführung der Erfindung;

Fig. 2 eine erläuternde Ansicht eines ersten Schrittes in einem Scheibenherstellungsverfahren, worin der linke Halbabschnitt einen Zustand des Scheibenma terials vor dem Preßformen zeigt, während der rechte Halbabschnitt einen Zustand des Scheiben materials nach dem Preßformen zeigt;

Fig. 3 eine erläuternde Ansicht eines zweiten Schrittes im Scheibenherstellungsverfahren, worin der linke Halbabschnitt einen Zustand eines Scheibenmateri als vor dem Preßformen zeigt, während der rechte Halbabschnitt einen Zustand des Scheibenmaterials nach dem Preßformen zeigt;

Fig. 4 eine erläuternde Ansicht eines dritten Schrittes im Scheibenherstellungsverfahren, worin insbeson dere der linke Halbabschnitt einen Zustand des Scheibenmaterials vor dem Preßformen zeigt, wäh rend der rechte Halbabschnitt einen Zustand des Scheibenmaterials nach dem Preßformen zeigt;

Fig. 5 eine erläuternde Ansicht eines Beispiels eines letzten Schrittes im Scheibenherstellungsverfah ren;

Fig. 6 eine erläuternde Ansicht einer Scheibe für ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe gemäß ei ner zweiten Ausführung der Erfindung;

Fig. 7 eine erläuternde Ansicht eines ersten Schrittes in einem Scheibenherstellungsverfahren, worin der linke Halbabschnitt einen Zustand des Scheibenma terials vor dem Preßformen zeigt, während der rechte Halbabschnitt einen Zustand des Scheiben materials nach dem Preßformen zeigt;

Fig. 8 eine erläuternde Ansicht eines zweiten Schrittes im Scheibenherstellungsverfahren, worin der linke Halbabschnitt einen Zustand des Scheibenmaterials vor dem Preßformen zeigt, während der rechte Halbabschnitt einen Zustand des Scheibenmaterials nach dem Preßformen zeigt;

Fig. 9 eine erläuternde Ansicht eines beispielhaften letzten Schrittes im Scheibenherstellungsverfah ren;

Fig. 10 eine erläuternde Ansicht des Abschnitts hochdich ter nichtmetallischer Einschlüsse in einer Scheibe;

Fig. 11 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen der ab der Traktionsoberfläche gemessenen Tiefe und der Verteilung von Scherbe anspruchungen;

Fig. 12 eine erläuternde Ansicht des Abschnitts hochdich ter nichtmetallischer Einschlüsse in einem zylin drisch geformten Material vor dem Preßformen;

Fig. 13 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Durchmesser des zylin drisch geformten Materials vor dem Preßformen und der Anzahl nichtmetallischer Einschlüsse;

Fig. 14 eine Ansicht zur Erläuterung der Bedeutungen der Winkel α und θ;

Fig. 15 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines stufen los verstellbaren Toroidgetriebes;

Fig. 16 eine erläuternde Ansicht einer herkömmlichen Scheibe eines stufenlos verstellbaren Toroidge triebes;

Fig. 17 eine Ansicht zur Erläuterung eines Scheibenab schnitts, der wiederholt große Biegebeanspruchun gen und Scherbeanspruchungen aufnimmt;

Fig. 18 eine Ansicht zur Erläuterung eines herkömmlichen Scheibenherstellungsverfahrens; und

Fig. 19 eine Ansicht zur Erläuterung eines weiteren herkömmlichen Scheibenherstellungsverfahrens.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ZWECKMÄSSIGEN AUSFÜHRUNGEN

Nun wird mit Bezug auf die Zeichnung ein stufenlos ver stellbares Toroidgetriebe gemäß der Erfindung beschrie ben. Insbesondere ist Fig. 1 eine erläuternde Ansicht der Eingangs- oder der Ausgangsscheibe eines stufenlos ver stellbaren Toroidgetriebes gemäß einer Ausführung der Erfindung; ist Fig. 2 eine erläuternde Ansicht eines ersten Schrittes eines Scheibenherstellungsverfahrens gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung; ist Fig. 3 eine erläuternde Ansicht eines zweiten Schrittes des Scheibenherstellungsverfahrens gemäß der ersten Ausfüh rung der Erfindung; ist Fig. 4 eine erläuternde Ansicht eines dritten Schrittes des Scheibenherstellungsverfah rens gemäß der ersten Ausführung der Erfindung; ist Fig. 5 eine erläuternde Ansicht eines beispielhaften letzten Schrittes des Scheibenherstellungsverfahrens gemäß der ersten Ausführung der Erfindung; ist Fig. 6 eine erläuternde Ansicht der Eingangs- oder der Ausgangs scheibe eines stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes gemäß einer zweiten Ausführung der Erfindung; ist Fig. 7 eine erläuternde Ansicht eines ersten Schrittes eines Scheibenherstellungsverfahrens gemäß einer zweiten Aus führung der Erfindung; ist Fig. 8 eine erläuternde An sicht eines zweiten Schrittes des Scheibenherstellungs verfahrens gemäß der zweiten Ausführung der Erfindung; und ist Fig. 9 eine erläuternde Ansicht eines beispiel haften letzten Schrittes des Scheibenherstellungsverfah rens gemäß der zweiten Ausführung der Erfindung.

Zunächst wird mit Bezug auf Fig. 1 eine Scheibe (ein Endprodukt) gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung beschrieben. Diese Scheibe enthält eine Traktionsoberflä che 4 mit einem konkaven Querschnitt zwischen einem Endabschnitt 2 mit kleinem Durchmesser und einem Endab schnitt 3 mit großem Durchmesser. Im Mittelabschnitt der Stirnfläche der Scheibe 1 auf seiten des Endabschnitts 2 mit kleinem Durchmesser ist ein Durchgangsloch ausgebil det, das sich bis zur hinteren Fläche des Endabschnitts 3 mit großem Durchmesser erstreckt, wobei die innere Um fangsfläche des Durchgangslochs eine Innendurchmesserflä che 5 bildet. Bezugnehmend auf die Fig. 1 und 14 ist von den in der Scheibe 1 vorhandenen Metallflußlinien 6 eine Metallflußlinie 6, die in bezug auf die Oberfläche der Scheibe 1 eine räumliche Beziehung hat, derart, daß die Metallflußlinie 6 auf seiten der Traktionsoberfläche 4 in bezug auf die Tangente P der Traktionsoberfläche 4 einen Winkel von 2-30 Grad, zweckmäßig 5-20 Grad hat, als "Metallflußlinie 6 längs der Scheibenoberfläche" defi niert. In der Scheibe 1 ist in der Traktionsoberfläche 4 eine "Metallflußlinie 6 längs der Scheibenoberfläche" mit einem Winkel von θ = 2-30 Grad vorhanden; ist im Bereich der Innendurchmesseroberfläche 5 eine "Metallflußlinie 6 längs der Scheibenoberfläche" mit einem Winkel θ = 2-30 Grad vorhanden, die von der Stirnfläche der Innen durchmesseroberfläche 5 auf seiten des Endabschnitts 2 mit kleinem Durchmesser über einen Abstand von 1/3A reicht, wobei die Länge der Scheibe 1 in axialer Richtung durch A gegeben ist; schließlich ist in der Scheibe 1 in der Außendurchmesseroberfläche des Endabschnitts 3 mit großem Durchmesser und in einem Abschnitt der hinteren Oberfläche des Endabschnitts 3 mit großem Durchmesser eine "Metallflußlinie 6 längs der Scheibenoberfläche" mit einem Winkel von θ = 2-30 Grad vorhanden.

Außerdem ist in der Traktionsoberfläche 4 eine "Metall flußlinie 6 längs der Scheibenoberfläche" mit einem Winkel θ = 2-30 Grad vorhanden, die sich mit Bezug auf Fig. 14 längs der Umfangsrichtung der Traktionsoberfläche 4 im Bereich eines Winkels α von 45 Grad in bezug auf die horizontale Linie, die durch die Mitte der Krümmung O der Traktionsoberfläche 4 verläuft (d. h. eine Linie parallel zur Achse der Scheibe 1) erstreckt. Nebenbei wird ange merkt, daß eine Metallflußlinie 6 mit einem Winkel θ von mehr als 30 Grad in bezug auf die Tangente P der Trakti onsoberfläche 4 zu einer Endflußlinie (einer Metallfluß linie, die nicht längs der Scheibenoberfläche vorhanden ist) äquivalent wird, so daß eine solche Metallflußlinie nicht nur ein Abplatzen am Material hervorruft, sondern auch Anlaß zur Biegeermüdung der Scheibe gibt und somit zu einem Bruch der Scheibe führt (erniedrigte Bruchle bensdauer).

Da in der Scheibe 1 mit diesem Aufbau die "Metallflußli nie 6 längs der Scheibenoberfläche" mit einem Winkel θ= 2-30 Grad in der Traktionsoberfläche, mit der die Antriebsscheibe unter hohem Druck in reibschlüssigen Eingriff gelangen kann, vorhanden ist, kann insbesondere dann, wenn die Scheibe 1 unter einer niedrigen Last bedingung verwendet wird, nicht nur ein Abplatzen am Material im Eingriffbereich der Traktionsoberfläche 4, der mit der Antriebsscheibe in reibschlüssigem Kontakt ist, verhindert werden, sondern es kann auch ein Stoß bruch oder ein Ermüdungsbruch in der Scheibe 1 kaum auftreten, so daß eine lange Lebensdauer der Scheibe 1 sichergestellt werden kann.

Da im Bereich der Innendurchmesseroberfläche 5 von der Stirnfläche der Innendurchmesserfläche 5 auf seiten des Endabschnitts 2 mit kleinem Durchmesser bis zu einer Tiefe von 1/3A eine "Metallflußlinie 6 längs der Schei benoberfläche" mit dem Winkel θ = 2-30 Grad vorhanden ist, kann innerhalb des Abschnitts der Innendurchmesser oberfläche 5, die in bezug auf die Biegebeanspruchung und dergleichen aufgrund der Ausbildung der Umfangsnut für den Sprengring verhältnismäßig schwach ist, verhindert werden, daß eine Metallflußlinie zu einer Endflußlinie wird, so daß eine längere Lebensdauer der Scheibe 1 verwirklicht werden kann.

Da ferner in der Traktionsoberfläche 4 im Bereich eines Winkels α von 45 Grad die "Metallflußlinie 6 längs der Scheibenoberfläche" mit dem Winkel θ = 2-30 Grad vorhan den ist, ist der Bereich der Traktionsoberfläche 4, die die stärksten Biegebeanspruchungen und dergleichen auf nimmt (schraffierter Abschnitt in Fig. 17), durch die "Metallflußlinie 6 längs der Scheibenoberfläche" abge deckt, so daß ein Bruch der Scheibe 1, der durch die Biegebeanspruchung und dergleichen hervorgerufen wird, wirksam verhindert werden kann.

Nun wird mit Bezug auf die Fig. 2 bis 5 ein Verfahren zum Herstellen der Scheibe 1 gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung erläutert.

(Erster Schritt)

In Fig. 2 ist ein erster Schritt (Stauchschritt) gezeigt, der in dem Scheibenherstellungsverfahren gemäß der ersten Ausführung der Erfindung verwendet wird. Im linken Halb abschnitt von Fig. 2 ist ein Zustand vor dem Stauchen des Materials gezeigt, während im rechten Halbabschnitt von Fig. 2 ein Zustand nach dem Stauchen des Materials ge zeigt ist. Im ersten Schritt wird zwischen eine obere Preßform 11 und eine untere Preßform 12 ein zylindrisch geformtes Material (aufgekohlter Stahl oder dergleichen) W1, auf dessen äußere Umfangsfläche und in axialer Rich tung Metallflußlinien 6 vorhanden sind, eingesetzt; die obere Preßform 11 wird in axialer Richtung des zylin drisch geformten Materials W1 bewegt, um den zylindrisch geformten Material W1 zu stauchen, wodurch es in ein Material W2 mit der im rechten Halbabschnitt von Fig. 2 gezeigten Form preßgeformt wird. Hierbei ist im ersten Schritt das Stauchverhältnis größer als ein normales Stauchverhältnis; falls hierbei die Höhe H1 des Mittelab schnitts des Materials W2 nach dem Stauchen auf einen Wert im Bereich von 80-120% der Höhe H2 des Materials W4 von Fig. 4 gesetzt ist und nach Abschluß des Schmiede vorgangs erhalten wird, können die Lebensdauern der Preßformen, die in den zweiten und dritten Schritten (die später beschrieben werden) verwendet werden, wirksam verlängert werden.

In dem ebenen Abschnitt 12a der unteren Preßform 12 ist ein ausgesparter Abschnitt 13 ausgebildet, in dem der untere Endabschnitt des zylindrisch geformten Materials W1 eingesetzt werden kann. Falls daher der untere Endab schnitt des zylindrisch geformten Material W1 in den ausgesparten Abschnitt 13 eingesetzt ist, kann das Mate rial W1 genau auf die untere Preßform 12 ausgerichtet werden. Im Mittelabschnitt der oberen Preßform 11 ist ebenfalls ein kreisförmiger vorstehender Abschnitt 14 mit einem Durchmesser, der kleiner als der Durchmesser des zylindrisch geformten Materials W1 ist, ausgebildet. Der kreisförmige vorstehende Abschnitt 14 formt im Stauchvor gang den mittleren Abschnitt des zylindrisch geformten Materials W1, wodurch der Durchmesser des Materials erweitert wird. Ferner ist zwischen dem ebenen Abschnitt 11a am äußeren Umfang radial außerhalb des kreisförmigen vorstehenden Abschnitts 14 der oberen Preßform 11 und dem kreisförmigen vorstehenden Abschnitt 14 eine gekrümmte Formungsoberfläche 15 ausgebildet, die in Durchmesser richtung der oberen Preßform vom kreisförmigen vorstehen den Abschnitt 14 in der Weise nach außen gekrümmt ist, daß sie nach oben allmählich erweitert wird und kontinu ierlich in den ebenen Abschnitt 11a der oberen Preßform übergeht. Die gekrümmte Formungsoberfläche 15 kann die gekrümmte Preßform auf den gestauchten Material W2 über tragen.

(Zweiter Schritt: Zwischenschritt)

In Fig. 3 ist ein zweiter Schritt des Scheibenherstel lungsverfahrens gemäß der ersten Ausführung der Erfindung gezeigt. Im linken Halbabschnitt von Fig. 3 ist ein Zustand des Materials vor der Preßformung gezeigt, wäh rend im rechten Halbabschnitt ein Zustand des Materials nach der Preßformung gezeigt ist. Die Funktion des zwei ten Schrittes besteht darin, dem Material die optimale Form zu verleihen, damit das Volumen des Materials geeig net verteilt werden kann, d. h. damit eine reduzierte Dicke und das Auftreten von Graten im dritten Schritt verhindert werden kann. Falls die im zweiten Schritt geschaffene Form des Materials nicht geeignet ist, können dann, wenn das Material im dritten Schritt preßgeformt wird, die Grate oder die reduzierte Dicke an den Innen durchmesser-Ecken (an den oberen Stirnseiten) des Materi als erzeugt werden oder die Dicke der Grate an der Außen durchmesseroberfläche des Endabschnitts mit großem Durch messer des Materials (wie später beschrieben wird) können in ihrer Dicke reduziert werden. Eine weitere Funktion des zweiten Schrittes besteht darin, dem Material eine Form zu verleihen, die seine Ausrichtung zwischen dem Material W3 und der Preßform im dritten Schritt zuläßt.

Zunächst werden die im zweiten Schritt verwendeten oberen und unteren Preßformen 21 bzw. 22 beschrieben: Im Mit telabschnitt des ebenen Abschnitts 21a der oberen Preß form 21 ist eine mittlere Preßform 25, die einen im wesentlichen konischen Vorsprung aufweist, vorstehend angeordnet. Andererseits enthält die untere Preßform 22 in dem Abschnitt, der sich in der Nähe des äußeren Um fangs befindet, einen geneigten Abschnitt 23, der schräg nach oben, d. h. in Durchmesserrichtung des im ersten Schritt gestauchten Materials W2 nach außen geneigt ist. Der Material W2 kann auf die untere Preßform 22 so ausge richtet werden, daß die äußere Umfangskante der unteren Stirnfläche des Materials W2 mit dem geneigten Abschnitt 23 der unteren Preßform 22 in Kontakt ist. Gleichzeitig wird die untere Stirnfläche des Materials W2 in der Weise festgelegt, daß sie leicht über der oberen Stirnfläche des vorstehenden Abschnitts 24, der in dem mittleren ebenen Abschnitt 22a der unteren Preßform 22 vorgesehen ist, schwebt.

Falls in diesem Zustand die obere Preßform 21 und die mittlere Preßform 25 gemeinsam nach unten bewegt werden, dringt nicht nur die mittlere Preßform 25 in die obere Stirnfläche des mittleren Abschnitts des Materials W2 ein, um einen ausgesparten Abschnitt 5a zu bilden, der einen Abschnitt der Innendurchmesseroberfläche 5 bildet, sondern es preßt außerdem der ebene Abschnitt 21a der oberen Preßform 21 gegen die obere Stirnfläche des Mate rials W2, so daß ein Preßformdruck ausgeübt wird. Auf grund dieses Preßformdrucks werden, wie im rechten Halb abschnitt von Fig. 3 gezeigt ist, die Formen des ebenen Abschnitts 22a, des geneigten Abschnitts 23 und des vorstehenden Abschnitts 24 der unteren Preßform 22 auf den unteren Endabschnitt des Materials W2 übertragen, so daß das Material W2 in die Form des Materials W3 preß geformt wird.

(Dritter Schritt)

Fig. 4 zeigt einen dritten Schritt, der in dem Scheiben herstellungsverfahren gemäß der ersten Ausführung der Erfindung ausgeführt wird. In Fig. 4 zeigt der linke Halbabschnitt einen Zustand des Materials vor der Preß formung, während der rechte Halbabschnitt einen Zustand des Materials nach der Preßformung zeigt. Im dritten Schritt enthält eine obere Preßform 31 eine Formungsober fläche 33 zum Preßformen des Endabschnitts 2 mit kleinem Durchmesser der Scheibe 1, eine Formungsoberfläche 34 zum Preßformen der Traktionsoberfläche 4 mit konkavem Quer schnitt, eine mittlere Preßform 35, die im Mittelab schnitt der Formungsoberfläche 33 für den Endabschnitt mit kleinem Durchmesser angeordnet und zum Preßformen eines Abschnitts der Innendurchmesseroberfläche 5 von seiten des Endabschnitts 2 mit kleinem Durchmesser ver wendet wird. Eine untere Preßform 32 enthält eine For mungsoberfläche 36 zum Preßformen des Endabschnitts 3 mit großem Durchmesser und einen vorstehenden Abschnitt 37, der konzentrisch mit der mittleren Preßform 35 im mittle ren Abschnitt der Formungsoberfläche 36 für den Endab schnitt mit großem Durchmesser angeordnet ist. Auf den vorstehenden Abschnitt 37 kann der ausgesparte Abschnitt 26 des Materials W3 gesetzt werden, auf den die Preßform des vorstehenden Abschnitts 24 der unteren Preßform 22 im zweiten Schritt übertragen worden ist. Falls daher der ausgesparte Abschnitt 26 mit dem vorstehenden Abschnitt 37 zusammengefügt worden ist, kann das Material W3 im mittleren Abschnitt der unteren Preßform 22 genau und sicher angeordnet werden. Am äußeren Umfangsabschnitt der unteren Preßform 32 ist eine äußere Preßform 38 angeord net; die äußere Preßform 38 und die untere Preßform 32 wirken bei der Bildung eines Formungsraums zum Formen eines mit einer Aussparung versehenen Endabschnitts mit großem Durchmesser zusammen.

Falls in diesem Zustand die obere Preßform 31 und die mittlere Preßform 35 gemeinsam nach unten bewegt werden, werden nicht nur die Formen der Formungsoberfläche 33 für den Endabschnitt mit kleinem Durchmesser, die Formungs oberfläche 34 für die Traktionsoberfläche und die For mungsoberfläche 35 für den Endabschnitt mit großem Durch messer auf das Material W3 übertragen, sondern außerdem dringt die mittlere Preßform 35 in den ausgesparten Abschnitt 5a des Materials W3 ein, wodurch ein ausge sparter Abschnitt 5b, d. h. ein Abschnitt des Innendurch messers 5 mit Restwand 39, die zwischen den ausgesparten Abschnitt der unteren Stirnfläche und dem ausgesparten Abschnitt 5b zurückbleibt, geformt wird. Kraft dessen wird das Material W3, wie im rechten Halbabschnitt von Fig. 4 gezeigt ist, in ein Material W4 geformt, dessen Form mit der endgültigen Form der Scheibe 1 angenähert übereinstimmt. Es wird angemerkt, daß im dritten Schritt zu dem Zeitpunkt, zu dem die Preßformung abgeschlossen ist, zwischen der oberen Preßform 31 und der unteren Preßform 38 ein Zwischenraum C vorhanden ist, der die Erzeugung eines Grates S an der Außendurchmesseroberflä che des Endabschnitts 3 mit großem Durchmesser ermög licht. Die Herstellung des Grates S kann einen eng um schließenden Schmiedevorgang vermeiden, so daß eine unnötige Erhöhung der Preßformungslast verhindert wird und die Lebensdauern der verwendeten Preßformen verlän gert werden können.

In dem formgeschmiedeten Produkt W4, das in der obenbe schriebenen Weise erhalten wird, wird in einem Nach schritt ab dem in Fig. 5 durch eine Zweipunkt-Strichlinie gezeigten Zustand der Grat S durch eine Presse abge schnitten und entfernt, außerdem wird die Restwand 39 der Innendurchmesseroberfläche 5 durch eine Presse entfernt. Danach wird die gesamte Oberfläche des formgeschmiedeten Produkts W4 geschliffen, so daß die Scheibe 1 mit der durch die durchgezogene Linie in Fig. 5 gezeigten endgül tigen Form erhalten wird. Nachdem die Scheibe 1 in dieser Weise geformt worden ist, wird sie karburiert oder karbo nitriert, d. h. wärmebehandelt, woraufhin sie in der Weise geschliffen wird, daß sie die erforderliche Genau igkeit erhält, bevor sie in ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe eingebaut wird.

Da in dem Scheibenherstellungsverfahren gemäß der ersten Ausführung der Erfindung der Formschmiedevorgang in drei Schritten unter Verwendung dreier verschiedener Arten von Preßformen ausgeführt wird, wird die Kontaktzeit zwischen den Preßformen und dem Material verkürzt, so daß der Einfluß der Wärme auf die Preßformen im Preßformungsvor gang reduziert werden kann. Im Ergebnis kann die Oberflä chenhärte der Preßform auf einem hohen Niveau gehalten werden, wodurch die Lebensdauern der Preßformen verlän gert werden können.

Da der Stauchbetrag des zylindrisch geformten Materials W1 im ersten Schritt größer als der übliche Stauchbetrag gesetzt ist, kann nicht nur im zweiten Schritt, sondern auch im dritten Schritt, der eine hohe Preßformungslast erfordert, um einen an die Form des endgültigen Produkts angenäherten Zustand zu erhalten, der Preßformungsbetrag reduziert werden, so daß die Arbeitsbelastung nicht nur der Preßformen 21 und 22 im zweiten Schritt, sondern auch der Preßformen 31 und 32 im dritten Schritt reduziert werden kann und die Lebensdauern dieser Preßformen ver längert werden können.

Da ferner der Stauchbetrag des zylindrisch geformten Materials W1 im ersten Schritt größer als der gewöhnliche Stauchbetrag gesetzt ist, kann der Einschubgrad der mittleren Preßform 25 im zweiten Schritt sowie der Ein schubgrad der mittleren Preßform 35 im dritten Schritt reduziert werden, so daß die Werkzeuglebensdauern der mittleren Preßformen 25 und 35, die dem Wärmeeinfluß des Materials am meisten ausgesetzt sind, stark verbessert werden können.

Aufgrund der Tatsache, daß das Material in den Formungs zentren der Preßformen in den jeweiligen Schritten vom ersten bis zum dritten Schritt genau und sicher einge setzt werden kann, kann das Material stets an einer korrekten Position preßgeformt werden, so daß ein hoch präzises formgeschmiedetes Produkt erhalten wird.

Da der Formschmiedevorgang in drei Schritten unter Ver wendung dreier verschiedener Arten von Preßformen ausge führt wird, kann das Material fließen im Schmiedevorgang beliebig gesetzt werden. Falls daher die Form, die der endgültigen Form der Scheibe entspricht, in den Vor schritten (erster und zweiter Schritt) festgelegt wird, kann ein gut ausgeglichenes formgeschmiedetes Produkt erhalten werden.

Da die Scheibe 1 durch Schleifen des formgeschmiedeten Produkts W4 erhalten wird, kann das Scheibenherstellungs verfahren gemäß der ersten Ausführung der Erfindung selbst dann, wenn das geschmiedete Produkt vor dem Schleifen ein rohgeschmiedetes Produkt (z. B. ein heißge schmiedetes Produkt oder dergleichen) ist, mit einem solchen geschmiedeten Produkt sicher umgehen. Da ferner der Abrieb der Preßformen kaum beachtet werden muß (d. h. da die Preßformen selbst dann verwendet werden können, wenn sie einen gewissen Abrieb zeigen), können die Kosten für die Preßformen langfristigreduziert werden.

Im folgenden wird eine Scheibe für ein stufenlos ver stellbares Toroidgetriebe gemäß einer zweiten Ausführung der Erfindung beschrieben.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, enthält die Scheibe (das fertiggestellte Produkt) 51 einen Endabschnitt 2 mit kleinem Durchmesser, einen Endabschnitt 3 mit großem Durchmesser und eine Traktionsoberfläche 4, die zwischen dem Endabschnitt 2 mit kleinem Durchmesser und dem Endab schnitt 3 mit großem Durchmesser vorhanden ist und einen konkaven Querschnitt besitzt. Im Mittelabschnitt der Stirnfläche der Scheibe auf seiten des Endabschnitts 2 mit kleinem Durchmesser ist ein Durchgangsloch ausgebil det, das sich durch die Scheibe 51 bis zur hinteren Oberfläche des Endabschnitts 3 mit großem Durchmesser erstreckt, wobei die innere Umfangsfläche des Durchgangs lochs als Innendurchmesseroberfläche 5 der Scheibe ver wendet wird. Bezugnehmend auf die Fig. 6 und 14 ist von den Metallflußlinien 6, die in der Scheibe 51 vorhanden sind, eine Metallflußlinie 6, die eine räumliche Bezie hung in bezug auf die Oberfläche der Scheibe 51 hat, derart, daß die Metallflußlinie 6 auf der Traktionsober fläche 4 einen Winkel θ = 2-30 Grad, zweckmäßig θ = 5-20 Grad, in bezug auf die Tangente P der Traktionsober fläche 4 besitzt, als "Metallflußlinie 6 längs der Schei benoberfläche" definiert. In der Scheibe 51 sind in der Stirnfläche der Scheibe 51 auf seiten des Endabschnitts 2 mit kleinem Durchmesser, in der Traktionsoberfläche 4, in der Außendurchmesseroberfläche des Endabschnitts 3 mit großem Durchmesser und in der hinteren Oberfläche des Endabschnitts 3 mit großem Durchmesser "Metallflußlinien 6 längs der Scheibenoberfläche" vorhanden, die jeweils einen Winkel θ = 2-30 Grad besitzen. Ferner ist in dem Bereich der Innendurchmesseroberfläche 5 von der Stirn fläche dieser Innendurchmesseroberfläche 5 auf seiten des Endabschnitts 2 mit kleinem Durchmesser bis zu einer Tiefe von 1/3A eine "Metallflußlinie 6 längs der Schei benoberfläche" mit einem Winkel θ = 2-30 Grad vorhanden, wobei die Länge der Scheibe 51 in axialer Richtung durch A gegeben ist.

Es wird angemerkt, daß eine Metallflußlinie 6 mit einem Winkel θ von mehr als 30 Grad in bezug auf die Tangente P der Traktionsoberfläche 4 mit einer Endflußlinie (einer Metallflußlinie, die nicht längs der Scheibenoberfläche vorhanden ist) äquivalent ist, so daß eine solche Metall flußlinie nicht nur ein Abplatzen am Material bewirkt, sondern außerdem Anlaß für eine Biegeermüdung der Scheibe und gibt somit einen Bruch der Scheibe zur Folge haben kann (verringerte Bruchlebensdauer).

Nun wird auf die Fig. 10 und 15 Bezug genommen. Wenn die Antriebsscheibe c in die Scheibe 51 horizontal eingesetzt ist (d. h. parallel zur Achse der Scheibe), d. h. wenn der kleine Radius der Kontaktellipse zwischen der Trakti onsoberfläche und der Antriebsscheibe mit b bezeichnet ist und das Übersetzungsverhältnis 1 : 1 ist, sind in einem Bereich, der um wenigstens 1,5b in Tiefenrichtung von der Traktionsoberfläche entfernt ist, nichtmetallische Ein schlüsse 52 vorhanden. Ferner sind in einem Bereich, der innerhalb der Tiefe von 1/3A ab der Stirnfläche der Innendurchmesseroberfläche 5 auf seiten des Endabschnitts 2 mit kleinem Durchmesser vorhanden ist, keine nichtme tallischen Einschlüsse vorhanden (wobei A die Länge der Scheibe 51 in axialer Richtung ist).

Da in der Scheibe 51 mit diesem Aufbau die "Metallflußlinien 6 längs der Scheibenoberfläche" mit einem Winkel θ von jeweils 2-30 Grad in der Trakti onsoberfläche 4, mit der die Antriebsscheibe c unter hohem Druck in reibschlüssigem Eingriff ist, kontinuier lich vorhanden sind, kann insbesondere dann, wenn die Scheibe 51 unter einer hohen Lastbedingung verwendet wird, nicht nur ein Abplatzen am Material im Eingriffab schnitt der Traktionsoberfläche 4, der mit der Antriebs scheibe in reibschlüssigem Kontakt ist, verhindert wer den, sondern es kann auch kaum ein Stoßbruch oder ein Ermüdungsbruch in der Scheibe 51 auftreten, so daß die Lebensdauer der Scheibe 51 verlängert werden kann.

Da in dem Bereich der Innendurchmesseroberfläche 5 inner halb des Abschnitts dieser Innendurchmesseroberfläche 5, der gegenüber der Biegebeanspruchung und dergleichen wegen der Ausbildung der Umfangsnut für den Sprengring verhältnismäßig schwach ist und von der Stirnfläche der Innendurchmesseroberfläche 5 auf seiten des Endabschnitts 2 mit kleinem Durchmesser bis zu einer Tiefe von 1/3A reicht, die "Metallflußlinien 6 längs der Scheibenober fläche" mit dem Winkel θ = 2-30 Grad vorhanden sind, kann verhindert werden, daß die Metallflußlinien eine Endfluß linie ergeben; da gleichzeitig die "Metallflußlinien 6 längs der Plattenoberfläche" mit dem Winkel θ = 2-30 Grad in der Stirnfläche der Scheibe 51 auf seiten des Endab schnitts 2 mit kleinem Durchmesser ebenfalls vorhanden sind, können die Biegeermüdung sowie die Konzentration der Beanspruchung auf die Umfangsnut gemindert werden, wodurch die Lebensdauer der Scheibe 51 weiter verlängert werden kann.

Die nichtmetallischen Einschlüsse 52 hoher Dichte sind nicht nur im Bereich der Traktionsoberfläche 4, die sich innerhalb des Bereichs von 1,5b in Tiefenrichtung von der Traktionsoberfläche erstreckt und die größte Biegebean spruchung auf der Traktionsoberfläche aufnimmt, sondern auch im Abschnitt der Innendurchmesseroberfläche 5, die sich innerhalb des Bereichs von 1/3A von der Stirnfläche auf seiten des Endabschnitts mit kleinem Durchmesser, der durch die Biegebeanspruchung oder dergleichen aufgrund der Bildung der Umfangsnut für den Sprengring stark beeinflußt wird, axial erstreckt, nicht vorhanden. Da durch können nachteilige Wirkungen der nichtmetallischen Einschlüsse auf die Lebensdauer der Scheibe 51 vermieden werden.

Nun wird ein Verfahren zum Herstellen der Scheibe 51 mit Bezug auf die Fig. 7 bis 9 beschrieben.

(Erster Schritt: Stauchschritt)

In Fig. 7 ist ein erster Schritt (Stauchschritt) des Scheibenherstellungsverfahrens gemäß einer zweiten Aus führung der Erfindung gezeigt. Insbesondere zeigt der linke Halbabschnitt von Fig. 7 einen Zustand des Materi als vor dem Stauchen, während der rechte Halbabschnitt von Fig. 7 einen Zustand nach dem Stauchen zeigt. Im ersten Schritt wird zwischen eine obere Preßform 51 und eine untere Preßform 52 ein zylindrisch geformtes Mate rial (aufgekohlter Stahl oder dergleichen (W11) mit Metallflußlinien 6, die an der äußeren Umfangsfläche des Materials vorhanden sind und sich in axialer Richtung des Materials erstrecken, angeordnet. Die obere Preßform 51 wird in axialer Richtung des zylindrisch geformten Mate rials W11 bewegt, um das zylindrisch geformte Material W11 zu stauchen, wodurch es in ein Material W12 geformt wird, das die im rechten Halbabschnitt von Fig. 7 ge zeigte Form besitzt.

In dem ebenen Abschnitt 52a der unteren Preßform 52 ist ein ausgesparter Abschnitt 53 ausgebildet, in den der untere Endabschnitt des zylindrisch geformten Materials W11 eingesetzt werden kann. Falls daher der untere Endab schnitt des Materials W11 in den ausgesparten Abschnitt 53 eingesetzt ist, kann das Material W11 auf die untere Preßform 52 genau und sicher ausgerichtet werden.

Andererseits ist im Mittelabschnitt der oberen Preßform 51 ein konisch ausgesparter Abschnitt 51a ausgebildet, dessen Durchmesser in Aufwärtsrichtung abnimmt und der zum ausgesparten Abschnitt 53 der unteren Preßform 52 im wesentlichen konzentrisch ist, wobei die Bodenfläche des konisch ausgesparten Abschnitts 51a eine flache Oberflä che 54 ist. Die Umfangskante (ein Randabschnitt zwischen der äußeren Umfangsfläche und der oberen Stirnfläche des zylindrisch geformten Materials W11) der oberen Stirn fläche des Materials W11 ist mit dem schrägen Abschnitt 55 des konisch ausgesparten Abschnitts 51a in Kontakt. Kraft dessen begrenzt die obere Preßform 51 bei ihrer Abwärtsbewegung den oberen Endabschnitt des Materials W11, so daß nicht nur das zylindrisch geformte Material W11 auf die obere Preßform 51 genau und sicher ausgerich tet werden kann, sondern auch die Form des schrägen Abschnitts 55 übertragen wird.

(Zweiter Schritt)

In Fig. 8 ist ein zweiter Schritt des Scheibenherstel lungsverfahrens gemäß der zweiten Ausführung der Erfin dung gezeigt. Der linke Halbabschnitt von Fig. 8 zeigt einen Zustand des Materials vor der Preßformung, während der rechte Halbabschnitt von Fig. 8 einen Zustand nach der Preßformung zeigt. Im zweiten Schritt wird das Mate rial W12, das im ersten Schritt gestaucht worden ist, zwischen einer unteren Preßform 62 und einer an einer äußeren Preßform 65 angebrachten oberen Preßform 61 eingesetzt, woraufhin die obere Preßform 61 in axialer Richtung des Materials W12 nach unten bewegt wird, wo durch das Material W12 in ein Material W13 preßgeformt wird, dessen Form an die endgültige Form der Scheibe 51, die im rechten Halbabschnitt von Fig. 8 gezeigt ist, angenähert ist.

Die untere Preßform 62 enthält eine Formungsoberfläche 63 zum Preßformen des Endabschnitts 3 mit großem Durchmesser der Scheibe 51, ferner ist im Mittelabschnitt der For mungsoberfläche 63 ein ausgesparter Abschnitt 64 vorhan den, in den ein vorstehender Abschnitt 56 (auf den die Form des ausgesparten Abschnitts 53 der unteren Preßform 52 im ersten Schritt übertragen worden ist) eingesetzt werden kann. Falls daher der vorstehende Abschnitt 56 des Materials W12 in den ausgesparten Abschnitt 64 der unte ren Preßform 62 eingesetzt wird, kann ein Spiel des Materials W12 in bezug auf die untere Preßform 62 ver hindert werden, so daß die Ausrichtung des Materials W12 auf die untere Preßform 62 genau und sicher erzielt werden kann.

Die äußere Preßform 65 enthält eine Formungsoberfläche 66 zum Preßformen des Endabschnitts 2 mit kleinem Durchmes ser der Scheibe 51 und eine Formungsoberfläche 67 zum Preßformen der Traktionsoberfläche 4. Ferner ist im Mittelabschnitt der Formungsoberfläche 66 die obere Preßform 61 mit einer vorstehenden zylindrischen Form vorgesehen.

In der unteren Stirnfläche der oberen Preßform 61 ist ein flacher konisch ausgesparter Abschnitt 68 ausgebildet, dessen Durchmesser in Aufwärtsrichtung allmählich ab nimmt. Die Bodenfläche des konisch ausgesparten Ab schnitts 68 ist eine flache Oberfläche 69, deren Durch messer größer als der Durchmesser des Bereichs der nicht metallischen Einschlüsse 52 hoher Dichte, die im Mit telabschnitt der oberen Stirnfläche des Materials W12, das im ersten Schritt gestaucht worden ist, vorhanden sind. Da außerdem die äußere Umfangsfläche des oberen Endabschnitts des Materials W12 mit dem schrägen Ab schnitt 70 des konisch ausgesparten Abschnitts 68 in Kon takt ist, kann die Ausrichtung des Materials W12 auf die obere Preßform 61 genau und sicher erzielt werden. Daher ist der Innendurchmesser D2 des schrägen Abschnitts 70 des konisch ausgesparten Abschnitts 68, insbesondere der Innendurchmesser D2 der Kontaktposition des schrägen Abschnitts 70 mit dem Material W12, größer als der Durch messer D1 der oberen Stirnfläche des Materials W12.

Falls in diesem Zustand die äußere Preßform 65 und die obere Preßform 61 gemeinsam abwärts bewegt werden, werden nicht nur die Formen der Formungsoberfläche 66 für den Endabschnitt mit kleinem Durchmesser, der Formungsober fläche 67 für die Traktionsoberfläche und der Formungs oberfläche 63 für den Endabschnitt mit großem Durchmesser auf das Material W12 übertragen, sondern es dringt auch die obere Preßform 61 in den Mittelabschnitt des Materi als W12 ein, um einen ausgesparten Abschnitt 5d zu for men, d. h. einen Abschnitt des Innendurchmessers 5 mit einer Restwand 51, die zwischen dem ausgesparten Ab schnitt 64 und dem momentan ausgesparten Abschnitt 5d zurückbleibt. Kraft dessen wird das Material W12, wie im rechten Halbabschnitt von Fig. 8 gezeigt ist, in ein Material W13 mit einer Form, die angenähert gleich der endgültigen Form der Scheibe 51 ist, preßgeformt. Es wird angemerkt, daß im zweiten Schritt bei Abschluß der Preß formung zwischen der unteren Preßform 62 und der äußeren Preßform 65 ein Zwischenraum C vorhanden ist, der die Erzeugung eines Grates S an der Außendurchmesseroberflä che des Endabschnitts 3 mit großem Durchmesser ermög licht. Die Erzeugung des Grates S kann einen eng um schließenden Schmiedevorgang vermeiden, wodurch eine unnötige Zunahme der Preßformlast verhindert wird und die Lebensdauern der verwendeten Preßformen verbessert wer den.

Wenn die obere Preßform 61 in den Mittelabschnitt des Materials W12 eindringt, begrenzt nicht nur der konisch ausgesparte Abschnitt 68 der oberen Preßform 61 den oberen Endabschnitt des Materials W12, um eine Zunahme des Durchmessers des oberen Endabschnitts während der Preßformung zu verhindern, sondern es werden auch die nichtmetallischen Einschlüsse 52 hoher Dichte, die im Mittelabschnitt des Materials W12 vorhanden sind, zur unteren Stirnfläche des Materials W12 verschoben, wodurch die untere Stirnfläche in Durchmesserrichtung des Materi als W12 nach außen erweitert wird.

In dem formgeschmiedeten Produkt W13, das in der obigen Weise erhalten worden ist, wird in einem Nachschritt ausgehend von dem durch die Zweipunkt-Strichlinie in Fig. 9 gezeigten Zustand der Grat S durch eine Presse abgeschnitten und entfernt, ferner wird auch die Restwand 71 der Innendurchmesseroberfläche 5 durch eine Presse entfernt. Danach wird die gesamte Oberfläche des formge schmiedeten Produkts W13 geschliffen, so daß es die endgültige Form der Scheibe 51, die durch die durchgezo gene Linie in Fig. 9 gezeigt ist, erhält. Nachdem die Scheibe 51 in dieser Weise bearbeitet worden ist, wird sie karburiert oder karbonitriert, d. h. wärmebehandelt, woraufhin sie in der Weise geschliffen wird, daß sie die erforderliche Genauigkeit hat, bevor sie in ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe eingebaut wird.

Wie aus der obigen Beschreibung deutlich hervorgeht, ist es in dem Scheibenherstellungsverfahren gemäß der zweiten Ausführung der Erfindung möglich, eine Scheibe 51 (Endprodukt) einfach und sicher zu erhalten, in der "Metallflußlinien 6 längs der Scheibenoberfläche", die jeweils einen Winkel θ = 2-30 Grad besitzen, in der Stirnfläche der Scheibe 51 auf seiten des Endabschnitts 2 mit kleinem Durchmesser, in der Traktionsoberfläche 4, in der Außendurchmesseroberfläche des Endabschnitts 3 mit großem Durchmesser sowie in der hinteren Oberfläche des Endabschnitts 3 mit großem Durchmesser vorhanden sind.

Da bei Verwendung des Formschmiedeverfahrens der Durch messer des zylindrisch geformten Materials W11 im ersten Schritt reduziert werden kann und da im zweiten Schritt der konisch ausgesparte Abschnitt 68 der oberen Preßform 61 den oberen Endabschnitt des Materials W12 begrenzt, um eine Zunahme des Durchmessers des oberen Endabschnitts während der Preßformung zu verhindern, und da die nicht metallischen Einschlüsse 52 hoher Dichte, die im Mit telabschnitt des Materials W12 vorhanden sind, zur unte ren Stirnseite des Materials W12 geschoben werden, wo durch die untere Stirnseite in Durchmesserrichtung des Materials W12 nach außen erweitert wird, kann einfach und sicher eine Scheibe 51 erhalten werden, in der die nicht metallischen Einschlüsse 52 hoher Dichte nicht nur im Bereich der Traktionsoberfläche 4, die sich in Tiefen richtung innerhalb des Bereichs von 1,5b ausgehend von der Traktionsoberfläche erstreckt und die stärksten Scherbeanspruchungen der Traktionsoberfläche aufnimmt, sondern auch im Abschnitt der Innendurchmesseroberfläche 5, der sich axial innerhalb des Bereichs von 1/3A ausge hend von der Stirnfläche auf seiten des Endabschnitts mit kleinem Durchmesser der Innendurchmesseroberfläche er streckt und durch die Biegebeanspruchung oder dergleichen aufgrund der Bildung der Umfangsnut für den Sprengring stark beeinflußt wird, nicht vorhanden sind.

Die folgende Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse eines Schei benlebensdauertests, in dem unter der Annahme, daß eine Last fünf Tonnen beträgt und die Lastposition der Rillen boden der Traktionsoberfläche ist, die entsprechenden Scheiben in bezug auf ihre Lebensdauer bei einer Änderung des Winkels α getestet wurden (siehe Fig. 14). Hierbei ist der Winkel α der Winkel, der zwischen der Trakti onsoberfläche 4 und der horizontalen Linie, die durch die Mitte der Krümmung O verläuft (d. h. einer Linie parallel zur Achse der Scheibe), gebildet wird. In Tabelle 1 sind die Scheiben Nr. 1 bis Nr. 6 jeweils Scheiben gemäß einer Ausführung der Erfindung. Insbesondere ist in jeder der Scheiben Nr. 1 bis Nr. 4 die "Metallflußlinie 6 längs der Scheibenoberfläche" mit dem Winkel θ = 2-30 Grad in der Traktionsoberfläche vorhanden. Außerdem ist in den Schei ben Nr. 1 und Nr. 2 der Winkel α kleiner als 45 Grad gesetzt, während der Winkel α in den Scheiben Nr. 3 und Nr. 4 wenigstens gleich 45 Grad gesetzt ist. Für die Scheiben Nr. 5 und Nr. 6 wurden Scheiben verwendet, in denen die "Metallflußlinien 6 längs der Scheibenoberflä che" mit einem Winkel θ = 2-30 Grad in der Traktionsober fläche kontinuierlich vorhanden sind. Was andererseits die Scheiben Nr. 7 und Nr. 8 betrifft, so wurden hierfür herkömmliche Scheiben verwendet, die durch Schneiden hergestellt wurden. Mit Ausnahme der obigen Bedingungen wurden für sämtliche Scheiben dieses Scheibenlebensdauer tests die gleichen Testbedingungen (Größe, Material, Lastbedingung und dergleichen) gesetzt.

Es wird angemerkt, daß der Winkel durch vorheriges Prüfen einer Metallflußlinie nach dem Schmieden und durch Ein stellen der Spanne auf θ = 2-30 Grad eingestellt wurde. Insbesondere wird eine Metallflußlinie mit einem Winkel θ kleiner oder gleich dem Winkel α als Metallflußlinie längs der Scheibenoberfläche angesehen, die innerhalb des θ-Bereichs gemäß der Erfindung liegt. Eine Metallflußli nie mit einem Winkel θ, der größer als der Winkel α ist, wird als Metallflußlinie angesehen, deren Winkel außer halb des θ-Bereichs gemäß der Erfindung liegt. Für diese Scheiben wurde unter den obigen Bedingungen ein Bruch beobachtet. Die geschmiedeten Scheiben wurden unter Verwendung der beiden obenerwähnten Herstellu 06618 00070 552 001000280000000200012000285910650700040 0002019860518 00004 06499ngsverfahren geeignet hergestellt.

Tabelle 1

Wie aus Tabelle 1 deutlich hervorgeht, sind die Scheiben Nr. 1 bis Nr. 6 gemäß der Erfindung im Hinblick auf die Lebensdauer der Traktionsoberfläche im Vergleich zu den herkömmlichen Scheiben Nr. 7 und Nr. 8 stark verbessert.

Von den Scheiben gemäß der Erfindung besitzen die Schei ben mit α ≧ 45 Grad (Nr. 3 und Nr. 4) im Vergleich zu den Scheiben mit α < 45 Grad eine verbesserte Lebensdauer. In den Scheiben Nr. 5 und Nr. 6, in denen "Metallflußlinien 6 längs der Scheibenoberfläche" mit dem Winkel θ = 2-30 Grad in der Traktionsoberfläche kontinuierlich vorhan den sind, wurde selbst nach Verstreichen von 350 Stunden kein Fehler in der Traktionsoberfläche gefunden, so daß gesagt werden kann, daß diese Scheiben die längste Le bensdauer besitzen.

Es wird angemerkt, daß, obwohl dieser Lebensdauertest nach 350 Stunden beendet wurde, in den Scheiben mit θ ≈ 0 Grad und θ ≈ 2 Grad selbst nach Verstreichen von 350 Stunden kein Fehler gefunden wurde, so daß erwartet werden kann, daß die Scheiben hinsichtlich ihrer Lei stungsfähigkeit mit den Scheiben Nr. 5 und Nr. 6 nahezu äquivalent sind.

Die folgende Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse eines zweiten Scheibenlebensdauertests, in dem die Tiefe einer Scheibe, die von der Traktionsoberfläche bis zum Bereich der nichtmetallischen Einschlüsse hoher Dichte reicht (0,3D- Abschnitt: siehe Fig. 10 und 12) verändert wurde. In Tabelle 2 bezeichnet b den kleinen Radius der Kontaktel lipse zwischen der Traktionsoberfläche und der Antriebs scheibe, wenn das Übersetzungsverhältnis 1 : 1 ist (siehe Fig. 15).

In Tabelle 2 waren die Scheiben Nr. 1 bis Nr. 8 Ausfüh rungen der Erfindung, wobei jeweils eine Scheibe verwen det wurde, in der in der Traktionsoberfläche die "Metallflußlinie 6 längs der Scheibenoberfläche" mit dem Winkel θ = 2-30 Grad vorhanden war. Der Lebensdauertest wurde für sämtliche Scheiben unter den gleichen Bedingung gen ausgeführt, mit der Ausnahme, daß in den Scheiben die Tiefe, die von der Traktionsoberfläche zu dem Bereich der nichtmetallischen Einschlüsse hoher Dichte reicht, unter schiedlich war.

Tabelle 2

Wie aus der Tabelle 2 klar hervorgeht, wird bei einer Zunahme der Tiefe des 0,3D-Abschnitts ab der Trakti onsoberfläche bis zum Bereich nichtmetallischer Ein schlüsse hoher Dichte die Lebensdauer der Traktionsober fläche verbessert, insbesondere wurde dann, wenn die Tiefe wenigstens gleich 1,5b ist, selbst nach 250 Stunden kein Fehler gefunden. Dies zeigt, daß die Traktionsober fläche mit einer Tiefe von wenigstens 1,5b die beste Lebensdauer hat.

Die folgende Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse eines dritten Lebensdauertests, der an Scheiben ausgeführt wurde, die sich durch den Bereich der Innendurchmesseroberfläche, in dem nichtmetallische Einschlüsse hoher Dichte vorhanden sind, unterscheiden, so daß insbesondere die Lebensdauer der Innendurchmesseroberflächen der Scheiben auf seiten des Endabschnitts mit kleinem Durchmesser getestet wurde. Hierbei gibt A die axiale Länge der Scheibe an, während B die axiale Länge der Innendurchmesseroberfläche ab der Stirnfläche der Innendurchmesseroberfläche auf seiten des Endabschnitts mit kleinem Durchmesser angibt.

In Tabelle 3 waren die Testteile Nr. 3 bis Nr. 8 Schei ben, die gemäß Ausführungen der Erfindung hergestellt wurden. In diesem Lebensdauertest wurden als erfindungs gemäße Scheiben Scheiben verwendet, in denen jeweils die "Metallflußlinie 6 längs der Scheibenoberfläche" mit dem Winkel θ = 2-30 Grad in der Innendurchmesseroberfläche im Bereich von der Stirnfläche auf seiten des Endabschnitts mit kleinem Durchmesser bis zu einer axialen Tiefe von (B/A) × 100% vorhanden ist, wobei die axiale Länge der Scheibe durch A gegeben ist. Für die Scheiben Nr. 1 und Nr. 2 wurden herkömmliche Scheiben verwendet, die durch Schneiden hergestellt wurden. In diesem Lebensdauertest wurden sämtliche Scheiben unter den gleichen Bedingungen getestet, mit der Ausnahme, daß sich die Scheiben durch den Bereich unterschieden, in denen hochdichte nichtme tallische Einschlüsse in der Innendurchmesseroberfläche vorhanden sind. Es wird angemerkt, daß in den Scheiben Nr. 3 bis Nr. 8 die Beziehung zwischen den nichtmetalli schen Einschlüssen und dem Bereich (B/A) × 100%, in dem sie vorhanden sind, durch Einstellen der Spannen der jeweiligen Scheiben bei ihrer Herstellung eingestellt wurde. Auch in diesem Fall wurden als Testscheiben ge schmiedete Scheiben verwendet, die gemäß den beiden obigen erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren herge stellt wurden.

Tabelle 3

Wie aus Tabelle 3 deutlich hervorgeht, besaßen die Schei ben Nr. 3 bis Nr. 8 gemäß der Erfindung im Vergleich zu den herkömmlichen Scheiben Nr. 1 und Nr. 2 eine stark verbesserte Lebensdauer der Innendurchmesseroberfläche auf seiten des Endabschnitts mit kleinem Durchmesser.

Von den Scheiben gemäß der Erfindung trat in denjenigen Scheiben, in denen die nichtmetallischen Einschlüsse hoher Dichte in der Innendurchmesseroberfläche über den ((B/A) × 100%)-Bereich von mehr als 33% vorhanden sind, in der Innendurchmesseroberfläche auf seiten des Endab schnitts mit kleinem Durchmesser selbst nach Verstreichen von 250 Stunden kein Fehler auf, was zeigt, daß diese Scheiben die besten Lebensdauern besitzen.

Wie aus der vorangehenden Beschreibung hervorgeht, kann erfindungsgemäß eine Scheibe für ein stufenlos verstell bares Toroidgetriebe geschaffen werden, die nicht nur eine Verringerung der Herstellungskosten ermöglicht, sondern auch eine verlängerte Lebensdauer besitzt.

Obwohl die Erfindung mit einem gewissen Grad an Besonder heit anhand zweckmäßiger Ausführungen beschrieben worden ist, kann die Offenbarung selbstverständlich in bezug auf Konstruktionseinzelheiten und die Kombination und die Anordnung von Teilen abgewandelt werden, ohne vom Erfin dungsgedanken und vom Umfang der Erfindung, wie er im folgenden beansprucht wird, abzuweichen.

Claims

1. Scheibe für die Verwendung in einem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe, das eine Eingangsscheibe und eine Ausgangsscheibe, die jeweils eine Traktionsober fläche mit konkavem Querschnitt, die sich zwischen einem Endabschnitt mit kleinem Durchmesser und einem Endab schnitt mit großem Durchmesser der Scheibe befindet, aufweisen und mit einander zugewandten Traktionsoberflä chen konzentrisch angeordnet sind, sowie eine Antriebs scheibe enthält, die mit den Traktionsoberflächen der Eingangsscheibe bzw. der Ausgangsscheibe in reibschlüssi gem Kontakt ist und dadurch Leistung überträgt, wobei die Scheibe als Eingangsscheibe und/oder als Ausgangsscheibe verwendet wird, und
wobei die Scheibe Metallflußlinien enthält, die längs eines Teils der Gesamtoberfläche der Scheibe, der wenigstens die Traktionsoberfläche enthält, vorhanden sind, und die Metallflußlinien in bezug auf die Ober fläche der Scheibe eine räumliche Beziehung haben, der art, daß ein Winkel θ, der zwischen der längs der Ober fläche vorhandenen Metallflußlinie und einer Tangente der Oberfläche gebildet wird, kleiner oder gleich 30 Grad ist.

2. Scheibe nach Anspruch 1, wobei die Metallflußli nien längs der Scheibenoberfläche in der Traktionsober fläche in einem Bereich eines Winkels α von wenigstens 45 Grad in Umfangsrichtung der Traktionsoberfläche vor handen sind, wobei der Winkel α zwischen der Trakti onsoberfläche und einer durch den Mittelpunkt der Krüm mung der Traktionsoberfläche verlaufenden horizontalen Linie, die zur Scheibenachse im Querschnitt der Scheibe parallel ist, gebildet ist.

3. Scheibe nach Anspruch 1, wobei die Gesamtoberflä che der Scheibe eine Innendurchmesseroberfläche umfaßt und die Metallflußlinien längs der Innendurchmesserober fläche innerhalb einer Strecke h, die ab der Stirnfläche des Endabschnitts mit kleinem Durchmesser gemessen wird, vorhanden sind, wobei dann, wenn die Länge der Scheibe in axialer Richtung durch A gegeben ist, die folgende Bezie hung gilt: h ≧ 1/3A.

4. Scheibe für die Verwendung in einem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe, das eine Eingangsscheibe und eine Ausgangsscheibe, die jeweils eine Traktionsober fläche mit konkavem Querschnitt, die sich zwischen einem Endabschnitt mit kleinem Durchmesser und einem Endab schnitt mit großem Durchmesser der Scheibe befindet, aufweisen und mit einander zugewandten Traktionsoberflä chen konzentrisch angeordnet sind, sowie eine Antriebs scheibe enthält, die mit den Traktionsoberflächen der Eingangsscheibe bzw. der Ausgangsscheibe in reibschlüssi gem Kontakt ist und dadurch Leistung überträgt, wobei die Scheibe als Eingangsscheibe und/oder als Ausgangsscheibe verwendet wird, und
wobei die Scheibe hochdichte nichtmetallische Einschlüsse enthält und dann, wenn der kleine Radius einer Kontaktel lipse zwischen der Traktionsoberfläche und der Antriebs scheibe durch b gegeben ist, falls die Antriebsscheibe im wesentlichen parallel zur Achse der Scheibe orientiert ist, die hochdichten nichtmetallischen Einschlüsse nicht in einem Bereich vorhanden sind, der in Tiefenrichtung um wenigstens 1,5b von der Traktionsoberfläche beabstandet ist.

5. Scheibe für die Verwendung in einem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe, das eine Eingangsscheibe und eine Ausgangsscheibe, die jeweils eine Traktionsober fläche mit konkavem Querschnitt, die sich zwischen einem Endabschnitt mit kleinem Durchmesser und einem Endab schnitt mit großem Durchmesser der Scheibe befindet, aufweisen und mit einander zugewandten Traktionsoberflä chen konzentrisch angeordnet sind, sowie eine Antriebs scheibe enthält, die mit den Traktionsoberflächen der Eingangsscheibe bzw. der Ausgangsscheibe in reibschlüssi gem Kontakt ist und dadurch Leistung überträgt, wobei die Scheibe als Eingangsscheibe und/oder als Ausgangsscheibe verwendet wird, und
wobei die Scheibe hochdichte nichtmetallische Einschlüsse enthält und
wobei dann, wenn die hochdichten nichtmetalli schen Einschlüsse in einem Bereich über eine Strecke h, die ab der Stirnfläche auf seiten des Endabschnitts mit kleinem Durchmesser gemessen wird, nicht vorhanden sind und die Länge der Scheibe in axialer Richtung durch A gegeben ist, die folgende Beziehung erfüllt ist:
h ≦ 1/3A.

6. Verfahren zum Herstellen einer Scheibe für die Verwendung in einem stufenlos verstellbaren Toroidge triebe, das eine Eingangsscheibe und eine Ausgangs scheibe, die jeweils eine Traktionsoberfläche mit konka vem Querschnitt, die sich zwischen einem Endabschnitt mit kleinem Durchmesser und einem Endabschnitt mit großem Durchmesser befindet, aufweisen und mit einander zuge wandten Traktionsoberflächen konzentrisch angeordnet sind, sowie eine Antriebsscheibe enthält, die mit den Traktionsoberflächen der Eingangsscheibe bzw. der Aus gangsscheibe in reibschlüssigem Eingriff sind, um dadurch Leistung zu übertragen, wobei die Scheibe als Eingangs scheibe und/oder als Ausgangsscheibe verwendet wird,
wobei das Herstellungsverfahren die folgenden Schritte enthält:
Vorbereiten eines ersten zylindrisch geformten Materials, der im Querschnitt-Metallflußlinien aufweist, die sich in seiner axialen Richtung erstrecken,
Vorbereiten einer ersten oberen Preßform, die enthält:
einen ebenen Abschnitt, der zur Achse des ersten Materials senkrecht ist,
einen zweiten vorstehenden Abschnitt, der vom ebenen Abschnitt vorsteht, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser des ersten Materials ist und der zum ersten Material konzentrisch ist, und
eine gekrümmte Formungsoberfläche, die den ebenen Abschnitt mit dem kreisförmigen vorstehenden Abschnitt verbindet,
Vorbereiten einer ersten unteren Preßform, die enthält:
einen ebenen Abschnitt, der zur Achse des ersten Materials senkrecht ist, und
einen ausgesparten Abschnitt, der in dem ebenen Abschnitt ausgebildet ist und zum ersten Material konzentrisch ist, so daß das erste Material in den ausge sparten Abschnitt eingesetzt wird,
Stauchen des ersten Materials in axialer Richtung mittels der ersten oberen Preßform und der ersten unteren Preßform, um ein zweites Material zu erhalten,
Vorbereiten einer zweiten unteren Preßform, die enthält:
einen ebenen Abschnitt, der zur Achse des zweiten Materials senkrecht ist,
einen vorstehenden Abschnitt, der von der Mitte des ebenen Abschnitts vorsteht und zum zweiten Material konzentrisch ist, und
einen geneigten Abschnitt, der sich radial außerhalb des ebenen Abschnitts befindet und schräg nach oben geneigt ist,
Vorbereiten einer zweiten oberen Preßform, die enthält:
einen ebenen Abschnitt, der zur Achse des zweiten Materials senkrecht ist, und
eine erste mittlere Preßform, die konzen trisch zum zweiten Material vorsteht und eine im wesent lichen konische Preßform aufweist,
Preßformen des zweiten Materials in seiner axia len Richtung mittels der zweiten oberen Preßform und der zweiten unteren Preßform, um ein drittes Material zu erhalten,
Vorbereiten einer dritten unteren Preßform, die enthält:
eine Formungsoberfläche senkrecht zur Achse des dritten Materials zum Formen des Endabschnitts mit großem Durchmesser der Scheibe,
einen vorstehenden Abschnitt, der von der Mitte der Formungsoberfläche vorsteht und zum dritten Material konzentrisch ist, und
eine äußere Preßform zum Einstellen des Durchmessers des Endabschnitts mit großem Durchmesser der Scheibe,
Vorbereiten einer dritten oberen Preßform, die enthält:
eine Formungsoberfläche senkrecht zur Achse des dritten Materials zum Formen des Endabschnitts mit kleinem Durchmesser der Scheibe,
eine Formungsoberfläche radial außerhalb der Formungsoberfläche zum Formen des Endabschnitts mit kleinem Durchmesser, mit der die Traktionsoberfläche mit konkavem Querschnitt geformt wird, und
eine zweite mittlere Preßform, die sich in der Mitte der Formungsoberfläche zum Formen des Endab schnitts mit kleinem Durchmesser befindet und zum dritten Material konzentrisch ist, um einen Teil der Innendurch messeroberfläche der Scheibe zu formen, und
Formen des dritten Materials in dessen axialer Richtung mittels der dritten oberen Preßform und der dritten unteren Preßform, um ein viertes Material zu erhalten, aus dem eine Rohscheibe für die Endbearbeitung der Scheibe erhalten wird.

7. Verfahren zum Herstellen einer Scheibe für die Verwendung in einem stufenlos verstellbaren Toroidge triebe, das eine Eingangsscheibe und eine Ausgangs scheibe, die jeweils eine Traktionsoberfläche mit konka vem Querschnitt, die sich zwischen einem Endabschnitt mit kleinem Durchmesser und einem Endabschnitt mit großem Durchmesser befindet, aufweisen und mit einander zuge wandten Traktionsoberflächen konzentrisch angeordnet sind, sowie eine Antriebsscheibe enthält, die mit den Traktionsoberflächen der Eingangsscheibe bzw. der Aus gangsscheibe in reibschlüssigem Eingriff sind, um dadurch Leistung zu übertragen, wobei die Scheibe als Eingangs scheibe und/oder als Ausgangsscheibe verwendet wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält:
Vorbereiten eines ersten zylindrisch geformten Materials, in dessen Querschnitt Metallflußlinien vorhan den sind, die sich in seiner axialen Richtung erstrecken,
Vorbereiten einer ersten unteren Preßform, die enthält:
einen ebenen Abschnitt, der zur Achse des ersten Materials senkrecht ist, und
einen ausgesparten Abschnitt, der in der Mitte des ebenen Abschnitts gebildet ist, wobei ein unterer Endabschnitt des ersten Materials in den ausge sparten Abschnitt eingesetzt ist,
Vorbereiten einer ersten oberen Preßform, die enthält:
eine flache Oberfläche, die zur Achse des ersten Materials senkrecht ist, und
einen konisch ausgesparten Abschnitt, der sich radial außerhalb der flachen Oberfläche befindet, dessen Durchmesser in Aufwärtsrichtung abnimmt und der zum ausgesparten Abschnitt der ersten unteren Preßform konzentrisch ist,
Stauchen des ersten Materials in seiner axialen Richtung mittels der ersten oberen Preßform und der ersten unteren Preßform, wodurch ein zweites Material erhalten wird,
Vorbereiten einer zweiten unteren Preßform, die enthält:
eine Formungsoberfläche senkrecht zur Achse des zweiten Materials zum Formen des Endabschnitts mit großem Durchmesser der Scheibe,
einen ausgesparten Abschnitt, der in der Mitte der Formungsoberfläche für den Endabschnitt mit großem Durchmesser der Scheibe ausgebildet und zum zwei ten Material konzentrisch ist, wobei ein unterer Endab schnitt des zweiten Materials in den ausgesparten Ab schnitt eingesetzt ist, und
einen äußeren Abschnitt, der sich radial außerhalb der Formungsoberfläche zum Formen des Endab schnitts mit großem Durchmesser befindet, zum zweiten Material konzentrisch ist und einen Durchmesser besitzt, der die Einstellung des Durchmessers des Endabschnitts mit großem Durchmesser ermöglicht,
Vorbereiten einer äußeren Preßform, die enthält:
eine Formungsoberfläche senkrecht zur Achse des zweiten Materials zum Formen des Endabschnitts mit kleinem Durchmesser der Scheibe,
eine Formungsoberfläche zum Formen der Trak tionsoberfläche mit konkavem Querschnitt, die sich radial außerhalb der Formungsoberfläche zum Formen des Endab schnitts mit kleinem Durchmesser befindet, und
eine zweite obere Preßform, die sich in der Mitte der Formungsoberfläche zum Formen des Endabschnitts mit kleinem Durchmesser befindet und eine zylindrische Preßform aufweist, wobei die zweite obere Preßform einen konisch ausgesparten Abschnitt, dessen Durchmesser in Aufwärtsrichtung abnimmt und an der weitesten Stelle größer als der Durchmesser des zweiten Materials ist, sowie eine flache Oberfläche enthält, die im Boden des konisch ausgesparten Abschnitts ausgebildet ist und einen Durchmesser besitzt, der größer als ein Bereich nichtme tallischer Einschlüsse ist, die in der Mitte des oberen Endes des zweiten Materials vorhanden sind, und
Preßformen des zweiten Materials in axialer Richtung mittels der äußeren Preßform und der zweiten unteren Preßform, um ein drittes Material zu erhalten, aus dem eine Rohscheibe für die Endbearbeitung der Scheibe erhalten wird.