DE4431007A1

DE4431007A1 - Ringförmiges, stufenlos verstellbares Getriebe

Info

Publication number: DE4431007A1
Application number: DE4431007A
Authority: DE
Inventors: Hideki Kokubu; Tsutomu Abe; Hisashi Machida
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1993-08-31
Filing date: 1994-08-31
Publication date: 1995-03-16
Anticipated expiration: 2014-09-01
Also published as: GB2281362B; JPH0771555A; GB9417487D0; DE4431007C2; US5556348A; JP3604415B2; GB2281362A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung von ringförmigen, stufenlos verstellbaren Getrieben, die in Fahrzeugen, z. B. Autos, verwendet werden.

Ein konventionelles ringförmiges, stufenlos verstellbares Getriebe ist, wie z. B. in Fig. 6 gezeigt ist, derart aufge baut, daß eine Antriebsscheibe 11 und eine Abtriebsscheibe 12 koaxial zueinander angeordnet sind, so daß sie sich im Inneren eines Gehäuses (nicht gezeigt) gegenüberliegen. Eine Antriebswelle 13 ist durch die Wellenmitte des ringförmigen Übertragungsbereiches, der die Antriebsscheibe und die Ab triebsscheibe umfaßt, hindurchgeführt. Die Belastungsmit nehmerscheibe 14 überträgt die Antriebsleistung (Rotations kraft) der Antriebswelle 13 auf die Antriebsscheibe 11 über einen Rollkörper 15.

Die Antriebsscheibe 11 und die Abtriebsscheibe 12 haben im wesentlichen die gleiche Form, sind im wesentlichen symme trisch zueinander angeordnet und so geformt, daß sie im wesentlichen halbkreisförmig im Querschnitt sind, wenn man in der axialen Richtung schaut, wobei beide gegenüberliegen den Oberflächen in Betracht genommen wurden. Ein Paar von Übertragungsrollkörpern 16 und 17, die eine Bewegung über tragen, sind derart angeordnet, daß sie entsprechend in Be rührung mit der Antriebsscheibe 11 und der Abtriebsscheibe 12 innerhalb einem torusförmigen Hohlraum sind, der durch die ringförmigen Oberflächen der Antriebsscheibe 11 und der Abtriebsscheibe 12 gebildet ist. Die Bezugsziffer 23 be zeichnet ein Drucklager.

In diesem Falle sind die Übertragungsrollkörper 16 und 17 schwenkbar durch Drehzapfen 18 und 19 an Laufringen 20 und 21 angebracht und schwenkbar mit einem Drehzapfen 0 als Zentrum abgestützt. Der Drehzapfen 0 dient als Mitte der ringförmigen Oberfläche der Antriebsscheibe 11 und der Ab triebsscheibe 12. Die Kontaktoberfläche zwischen der An triebsscheibe 11, der Antriebsscheibe 12 und den Übertra gungsrollkörpern 16 und 17 sind mit einem Schmieröl ver sehen, dessen viskoser Reibungswiderstand groß ist, so daß die Antriebsleistung, die auf die Antriebsscheibe 11 aufge bracht wird, auf die Abtriebsscheibe 12 durch den Schmieröl film und die Übertragungsrollkörper 16 und 17 übertragen wird.

Die Antriebsscheibe 11 und die Abtriebsscheibe 12 sind durch die Nadelrollkörper 25 unabhängig von der Antriebswelle 13 (nicht direkt der Antriebsleistung der Antriebswelle 13 aus gesetzt) angeordnet. Eine Abtriebswelle 24 ist an der Ab triebsscheibe 12 angebracht. Die Abtriebswelle erstreckt sich parallel zur Antriebswelle 13 und ist drehbar im Ge häuse durch ein Ringlager 22 abgestützt.

In diesem ringförmigen, stufenlos verstellbaren Getriebe wird die Antriebsleistung der Antriebswelle 13 auf die Be lastungsmitnehmerscheibe 14 übertragen. Wenn die Belastungs mitnehmerscheibe 14 sich durch die Übertragung der Antriebs leistung dreht, wird diese Drehleistung auf die Antriebs scheibe 11 durch den Rollkörper 15 übertragen, welcher wiederum die Antriebsscheibe 11 zum Drehen bringt. Die An triebsleistung, die durch die Drehung der Antriebsscheibe 11 erzeugt wird, wird auf die Abtriebsscheibe 12 durch die Übertragungsrollkörper 16 und 17 übertragen. Die Abtriebs scheibe 12 dreht sich zusammen mit der Abtriebswelle 24.

Wenn die Geschwindigkeit verändert werden soll, werden die beiden Lagerscheiben 20 geringfügig in Richtung des Schwenk zapfens 0 bewegt. Das bedeutet, daß die axiale Bewegung der Lagerscheiben 20 und 21 den Schnittpunkt zwischen der dre henden Welle und den Übertragungsrollkörpern 16 und 17 und den Achsen der Antriebsscheibe 11 und der Abtriebsscheibe 12 freigibt. Daraus resultiert, daß die Übertragungsrollkörper 16 und 17 über die Oberfläche der Antriebsscheibe 11 und der Abtriebsscheibe 12 pendelt, wobei das Drehzahlverhältnis verändert wird, um entweder das Motorfahrzeug zu beschleuni gen oder abzubremsen.

Solch ein ringförmiges, stufenlos verstellbares Getriebe ist z. B. in der nicht geprüften japanischen Patentveröffentli chung mit der Nr. Sho. 63-203955 und in der geprüften japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung mit der Nr. Hei. 2-49411 offenbart. Als konventionelle Beispiele der zuvor erwähnten Antriebsscheibe, Abtriebsscheibe und Übertragungs rollkörper sind jene bekannt, die AISI52100 (Äquivalent zu JIS SUJ2, einen Hochkohlenstoffchromlagerstahl) verwenden (siehe NASA Technische Mitteilung, NASA ATN D-8362).

Während des Betriebs entwickelt das zuvor erwähnte ring förmige, stufenlos verstellbare Getriebe zwischen der An triebsscheibe, der Abtriebsscheibe und den Übertragungsroll körpern solch eine hohe Kontaktspannung, so daß eine maxi male Kontaktspannung von z. B. um die 4 GPa erreicht wird, welches eine so hohe Belastung ist, wie sie bei üblichen Wälzkörperlagern nicht erreicht wird und welche ein mit ringförmigen, stufenlos verstellbaren Getrieben einher gehendes Phänomen darstellt. Deshalb besteht ein Problem darin, daß die Traktionsfläche der Antriebs- und Abtriebs scheiben sowie die Traktionsflächen der Übertragungsroll körper abblätterungsfähig sind. Zusätzlich werden die Lager flächen der Übertragungsrollkörper unter hohe Kontakt spannung gesetzt, wodurch ebenso solche Oberflächen in einigen Fällen abplatzen.

Um diesen Problem zu lösen, werden Anstrengungen zum Ver hindern von Abplatzen und Anreißen der Traktionsflächen an der Ringfläche, die durch die Antriebs- und Abtriebsscheibe geformt ist, sowie der Traktionsflächen der Übertragungs rollkörper und zum Verbessern der Haltbarkeit dieser Teile unternommen.

Weil die Antriebsscheibe, die Abtriebsscheibe und die Über tragungsrollkörper wiederholender Biegespannungen ausgesetzt sind, treten Ermüdungsbrüche an diesen Teilen auf. Deshalb wird eine Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit gegenüber Biegespannung ebenfalls gefordert.

Jedoch sind keine solche Antriebs- und Abtriebsscheiben und Übertragungsrollkörper für die konventionellen ringförmigen, stufenlos verstellbaren Getriebe vorgeschlagen worden, um die Haltbarkeit der Traktionsflächen und die Lebensdauer gegenüber Biegespannung zu verbessern. Das bedeutet, daß nicht nur eine Notwendigkeit besteht den Werkstoff zu stu dieren, aus dem die Antriebsscheibe, Abtriebsscheibe und die Übertragungsrollkörper hergestellt sind, sondern ebenso die Wärmebehandlung, die an solch einem Werkstoff vorgenommen wird.

Die vorliegende Erfindung verfolgt den Zweck die Probleme im Stand der Technik zu lösen. Entsprechend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein ringförmiges, stufen los verstellbares Getriebe bereitzustellen, in welchem die Rollkontaktlebensdauer bezüglich Ermüdung der Traktionsflä chen der Antriebs- und Abtriebsscheibe, sowie die Traktions fläche der Übertragungsrollkörper verbessert sind, und in welchem die Festigkeit gegenüber Ermüdungsbruch der An triebs- und Abtriebsscheiben und der Übertragungsrollkörper verbessert sind.

Um die zuvor gestellte Aufgabe zu lösen, stellt die vorlie gende Erfindung ein ringförmiges, stufenlos verstellbares Getriebe bereit, welches umfaßt: eine Antriebsscheibe, die auf einer Antriebswelle angeordnet ist; eine Abtriebsschei be, die auf einer Abtriebswelle angeordnet ist; und einen Übertragungsrollkörper zum Übertragen von einer Antriebs leistung der Antriebswelle auf die Abtriebswelle, während sich diese mit der Antriebsscheibe und der Abtriebsscheibe in Berührung befindet, wobei die Antriebsscheibe, die Ab triebsscheibe und der Übertragungsrollkörper aus einem Werkstoff hergestellt sind, der entweder einen Aufkohlungs- und Schleifvorgang oder einen Karbonitrier- und Schleifvor gang derart durchläuft, daß die wirksam aufgekohlte Schicht für die Antriebsscheibe, der Abtriebsscheibe und des Über tragungsrollkörpers auf einen Bereich zwischen 2,0 mm und 4,0 mm beschränkt ist.

Der Ausdruck "wirksam aufgekohlte Schichttiefe", der hierin verwendet wird, bedeutet die Tiefe in einem Fall, wo die Vickershärte 550 HV oder mehr beträgt.

Die Antriebsscheibe, die Abtriebsscheibe und der Übertra gungsrollkörper, welcher das ringförmig, stufenlos verstell bare Getriebe der vorliegenden Erfindung aufbauen, durch laufen entweder einen Aufkohlungs- und Schleifvorgang oder einen Karbonitrier- und Schleifvorgang, so daß die wirksam aufgekohlte Schichttiefe dieser Antriebs- und Abtriebsschei ben auf einen Bereich zwischen 2,0 mm und 4,0 mm beschränkt ist. Als Ergebnis können nicht nur die Rollkontaktlebens dauern bezüglich Ermüdung der Traktionsflächen der ringför migen Oberfläche, die durch die Antriebs- und Abtriebsschei ben geformt sind, sowie die Traktionsflächen der Übertra gungsrollkörper verbessert werden, sondern auch die Festig keiten gegenüber Ermüdungsbruch der Antriebs- und Abtriebs scheiben und Übertragungsrollkörper verbessert werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Diagramm einer Wärmebehandlung, welche eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 2 eine mikroskopische Aufnahme, die die Struktur der interkristallinen Oxidschicht zeigt, die in einem üblichen Werkstoff geformt ist;

Fig. 3 ein Diagramm, welches den Aufbau einer Vorrichtung zeigt, die für eine SP-Behandlung in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 4 ein Diagramm, das die verbleibende Druckspannung in Funktion der Tiefe von der Oberfläche in nicht SP-behandelten Produkten und in SP-behandelten Pro dukten, gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, zeigt;

Fig. 5 ein Diagramm, das einen Wärmebehandlungsvorgang zeigt, welcher eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 6 eine Schnittdarstellung, die den Aufbau eines Teils eines ringförmigen, stufenlos verstellbaren Getrie bes zeigt, an welchem die vorliegende Erfindung vorgesehen ist; und

Fig. 7 einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 6.

Weil der Aufbau eines ringförmigen, stufenlos verstellbaren Getriebes der vorliegenden Erfindung derselbe ist, wie der eines konventionellen Beispiels (wie in Fig. 6 gezeigt) wird die Beschreibung desselben weggelassen.

In dem ringförmigen, stufenlos verstellbaren Getriebe der vorliegenden Erfindung können, wenn die Antriebs- und Ab triebsscheiben den Aufkohlungs- oder Karbonitriervorgang und dann denn Schleifvorgang durchlaufen, um die wirksam aufge kohlte Schichttiefe auf einen Bereich zwischen 2,0 mm und 4,0 mm zu beschränken, die Festigkeiten bezüglich Abplatzen und Ermüdungsbruch der Traktionsflächen der Antriebs- und Abtriebsscheiben verbessert werden. Die Gründe hierfür werden im folgenden beschrieben.

Wenn die wirksam aufgekohlte Schichttiefe der Antriebs- und Abtriebsscheiben weniger als 2,0 mm beträgt, beginnen die Traktionsflächen der Antriebs- und Abtriebsscheiben bald nachdem das ringförmig, stufenlos verstellbare Getriebe in Betrieb geht, abzublättern. Dies geschieht dadurch, weil jede Traktionsfläche einer Rollkontaktermüdung unter hohen Kontaktspannungen ausgesetzt ist, welche den Sicherheitsfak tor der Festigkeit in der Tiefe bezüglich der maximalen Scherspannung herabsetzen und dabei die Lebensdauer gegen über Rollkontaktermüdung ebenfalls herabsetzen.

Auf der anderen Seite, wird, wenn die wirksam gehärtete Schichtdicke der Antriebs- und Abtriebsscheibe 4,0 mm über steigt, ein Ermüdungsriß an den Bereichen erzeugt, die durch "a" und "b" in Fig. 7 gekennzeichnet sind. Dies geschieht dadurch, weil die Härte in jedem Inneren der Bereiche "a" und "b" erhöht wird.

Fig. 7 ist eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 6. Die Bereiche "a" und "b" sind jene Bereiche, welche die größte bleibende Spannung abbekommen, wenn das ringförmig, stufen los verstellbare Getriebe in Betrieb ist. Diese Bereiche haben komplizierte Formen und die Kanten davon sind nicht geschliffene Oberflächen (sowie wärmebehandelt), so daß diese Bereiche ebenfalls Schichten mit abnormer Aufkohlung aufweisen, sowie interkristalline Oxidation, welche eine Tendenz in Richtung reduzierter Festigkeit bezüglich Ermü dungsbruch aufgrund von Spannungskonzentrationen darstellt.

Darüber hinaus kann, wenn der Übertragungsrollkörper einem Aufkohlungs- oder Karbonitriervorgang und dann einen Schleifvorgang durchläuft, um die wirksam aufgekohlte Schichtdicke auf einen Bereich zwischen 2,0 mm und 4,0 mm zu beschränken, die Festigkeit bezüglich Abplatzen und Ermü dungsbruch der Traktionsflächen der Übertragungsrollkörper verbessert werden.

Wenn die wirksam aufgekohlte Schichtdicke des Übertragungs rollkörpers weniger als 2,0 mm beträgt, beginnt die Trak tionsfläche des Übertragungsrollkörpers bald nachdem das ringförmig, stufenlos verstellbare Getriebe in Betrieb ge nommen wurde, abzuplatzen. Der Grund besteht darin, daß die Traktionsfläche des Übertragungsrollkörpers einer Rollkon taktermüdung unter hohen Kontaktspannungen ausgesetzt ist, welche den Sicherheitsfaktor der Festigkeit in der Tiefe bezüglich der maximalen Scherspannung reduziert und dabei die Rollkontaktlebensdauer ebenfalls reduziert.

Auf der anderen Seite wird, wenn die wirksam aufgekohlte Schichtdicke des Übertragungsrollkörpers 4,0 mm überschrei tet, ein Ermüdungsbruch in den Bereichen, die durch "c" in Fig. 7 gekennzeichnet sind, erzeugt. Der Grund besteht darin, daß die Kante des Bereichs "c" eine ungeschliffene Oberfläche ist (sowie wärmebehandelt), so daß dieser Bereich nicht nur Schichten mit abnormer Aufkohlung, sowie inter kristalliner Oxidation, umfaßt, sondern ebenso so dünn ist, daß die Härte im Inneren davon erhöht wird, um die Ermü dungsfestigkeit zu reduzieren.

Mit dieser Erfindung können Verbesserungen in den Rollkon taktlebensdauern bezüglich Ermüdung der Traktionsflächen der Antriebs- und Abtriebsscheiben und der Traktionsfläche des Übertragungsrollkörpers, sowie eine Verbesserung der Festig keiten bezüglich Ermüdungsbruch der Antriebs- und Abtriebs scheiben und des Übertragungsrollkörpers erreicht werden, solang die wirksam aufgekohlte Schicht der Antriebs- und Ab triebsscheiben und des Übertragungsrollkörpers auf einen Be reich zwischen 2,0 mm und 4,0 mm beschränkt sind.

Diese wirksam aufgekohlten Schichttiefen (zwischen 2,0 mm und 4,0 mm) können dadurch erreicht werden, daß der Werk stoff einen Aufkohlungs- oder Karbonitriervorgang durch läuft.

Deshalb werden die Antriebs- und Abtriebsscheiben und der Übertragungsrollkörper einem Aufkohlungs- oder Karbonitrier vorgang und dann einem Schleifvorgang ausgesetzt, um die wirksam aufgekohlte Schichttiefen der beiden Scheiben und des Rollkörpers auf einen Bereich zwischen 2,0 und 4,0 mm zu beschränken.

Der Werkstoff, aus welchem die Antriebs- und Abtriebsschei ben und der Übertragungsrollkörper hergestellt sind, bein haltet: Silikon (Si) in einem Bereich zwischen 0,05 und 0,2 Gew.-%; und Mangan in einem Bereich von 0,2 und 0,7 Gew.-%, so daß die interkristalline Oxidation reduziert werden kann. Das bedeutet, daß die Tiefe einer interkristallinen Oxid schicht dünner gemacht wird, um Spannungskonzentrationen an solch einer Schicht zu reduzieren. Deshalb kann die Festig keit bezüglich Ermüdungsbruch zusätzlich verbessert werden.

Geringere Anteile von Silikon und Mangan werden mehr bevor zugt. Jedoch beinhaltet der Werkstoff aus welchem die An triebs- und Abtriebsscheiben und der Übertragungsrollkörper hergestellt sind unvermeidlich ca. 0,05 Gew.-% Silikon.

Wenn der Anteil an Mangan im Werkstoff, aus welchem die An triebs- und Abtriebsscheiben und Übertragungsrollkörper her gestellt sind, auf weniger als 0,2 Gew.-% reduziert wird, ist es zu kostenaufwendig, die Antriebs- und Abtriebsschei ben und Übertragungsrollkörper nach den zur Zeit üblichen Stahlherstellungstechnologien zu produzieren.

Auf der anderen Seite besteht die Tendenz, wenn der Anteil von Silikon im Werkstoff, aus welchem die Antriebs- und Ab triebsscheiben und der Übertragungsrollkörper hergestellt sind, 0,2 Gew.-% übersteigt, daß interkristalline Oxidation leicht auftritt, und dabei die Tiefe der interkristallinen Oxidschicht sich erhöht. Daraus resultiert, daß Spannungs konzentrationen an der interkristallinen Oxidschicht auftre ten und die Festigkeit bezüglich Ermüdungsbruch herabsetzen.

Wenn der Anteil an Mangan in dem Werkstoff, aus welchem die Antriebs- und Abtriebsscheiben und der Übertragungsrollkör per hergestellt sind, 0,7 Gew.-% übersteigt, besteht eine Tendenz, daß interkristalline Oxidation leicht auftritt, wo bei die Tiefe der interkristallinen Oxidschicht sich erhöht. Daraus resultiert, daß Spannungskonzentrationen an der in terkristallinen Oxidschicht auftreten, wodurch die Festig keit bezüglich Ermüdungsbruch herabgesetzt wird.

Deshalb ist es wünschenswerter, einen Werkstoff zu verwen den, der Silikon innerhalb eines Bereichs zwischen 0,05 und 0,2 Gew.-% und Mangan innerhalb eines Bereichs zwischen 0,2 und 0,7 Gew.-% beinhaltet.

Es ist ebenfalls wünschenswerter, den Höchstwert der ver bleibenden Druckspannung auf einen Bereich zwischen -1275,3 N/mm² und -588,6 N/mm² (-130 Kgf/mm² und -60 Kgf/mm²) inner halb 0,15 mm in der Tiefe von der Oberfläche der Antriebs- und Abtriebsscheiben und der Übertragungsrollkörpers zu be schränken. Entsprechend kann eine verbesserte Festigkeit bezüglich Ermüdungsbruch erreicht werden.

Die verbleibende Druckspannung kann z. B. durch einen Kugel strahlvorgang erreicht werden. Der Kugelstrahlvorgang ist vorteilhaft im Erreichen einer Oberflächenhärte und verblei benden Druckspannung an einem herzustellenden Objekt.

Bezüglich der verbleibenden Druckspannung ist die Zugspan nung mit (+) gekennzeichnet und die Druckspannung durch (-) in der vorliegenden Erfindung gekennzeichnet.

Um eine wirksam aufgekohlte Tiefe zu erreichen, deren Härte in der Vickersskala 550 HV oder mehr beträgt, ist es wün schenswert, den Anteil von Basiskohlenstoff (C) im Werk stoff, aus welchem die Antriebs- und Abtriebsscheiben und der Übertragungsrollkörper hergestellt sind, auf 0,35 Gew.-% oder weniger zu beschränken, wie z. B. in "Heat Treatment of Steels" (überarbeitete 5. Auflage), des Eisen- und Stahlin stituts von Japan, S. 24, Fig. 1-39 offenbart.

Das bedeutet, um das Innere auf eine Vickershärte von 550 HV oder weniger (Vickershärte des Bereichs, der sich weiterhin innerhalb der wirksam aufgekohlten Schicht befindet) zu be schränken, ist es wünschenswert, den Anteil von Basiskohlen stoff im Werkstoff auf 0,35 Gew.-% oder weniger zu beschrän ken.

Wenn der Anteil an Basiskohlenstoff im Werkstoff 0,35 Gew.-% übersteigt, weist das Innere eine Vickershärte von 550 HV oder mehr auf. Daraus resultiert, daß nicht nur die wirksam gehärtete Schichttiefe nicht länger der Definition der vor liegenden Erfindung entspricht, sondern ebenso eine starke Tendenz zum Ermüdungsbruch vorhanden ist.

Deshalb ist es wünschenswert, den Anteil von Basiskohlen stoff im Werkstoff auf 0,35 Gew.-% oder weniger zu beschrän ken.

Darüber hinaus beeinflußt die Reinheit eines Stahls (Werk stoffs) entscheidend die Verbesserung der Rotationsbiege festigkeit und der Lebensdauer gegenüber Rollkontaktermüdung eines hochfesten Stahls. Mit anderen Worten, bedeutet das, daß die Anwesenheit von großen, nicht metallischen Ein schlüssen im Stahl dazu führen, daß Ermüdungsrisse und Ab platzen auftreten, wobei die nicht metallischen Einschlüsse als Startpunkt vorliegen. Daraus resultiert, daß es wün schenswert ist, die Reinheit des Werkstoffs zu verbessern oder besser, den Sauerstoffanteil im Stahl auf 10 ppm oder weniger festzulegen.

Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen der Antriebs scheibe, Abtriebsscheibe und des Übertragungsrollkörpers mit Bezug auf die Wärmebehandlung beschrieben, die als erste und zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dienen, wie in den Fig. 1 und 5 gezeigt ist.

Die Antriebsscheibe und die Abtriebsscheibe sind beide aus Einsatzstahl (Werkstoff) hergestellt, dessen chemische Zu sammensetzung in Tabelle 1 gezeigt ist, und durchlaufen eine Wärmebehandlung, wie in Fig. 1 gezeigt ist.

Tabelle 1

Der Einsatzstahl, dessen chemische Zusammensetzung in Ta belle 1 gezeigt ist, durchläuft einen Einsatzhärtevorgang unter den folgenden Bedingungen.

Einsatzhärtebedingungen
Atmosphäre
Rx-Gas und angereichertes Gas
Aufkohlungstemperatur	Innerhalb des Bereichs von 920 bis 960°C (930°C wurde für dieses Ausführungsbeispiel gewählt)
Aufkohlungszeit	15 bis 50 Stunden in Abhängigkeit mit der gewünschten wirksam aufgekohlten Schichttiefe

Anschließend wird, nachdem der Aufkohlungsvorgang beendet wurde, der Werkstoff langsam gekühlt (Ofenkühlung) und dann für eine Stunde wieder auf 840°C aufgeheizt. Anschließend wird nachdem der Werkstoff einem Ölabschreckvorgang unterzo gen wurde, der Werkstoff kontinuierlich bei 180°C für zwei Stunden getempert. Danach wird der Werkstoff langsam abge kühlt.

Als Ergebnis kann eine Oberfläche erreicht werden, die mit einer Vickershärte von ca. 697 bis 772 HV (60 bis 63 HRC) gehärtet wurde.

Anschließend wird ein Bereich, der bestimmt ist, die Trakti onsfläche der Antriebs- und Abtriebsscheiben zu werden, einem Schleifvorgang (einem Superfinishingvorgang nach dem Schleifen) ausgesetzt.

Als Ergebnis, wird eine Antriebs- und Abtriebsscheibe (Bei spiele 1 bis 3) erreicht, deren wirksam aufgekohlte Schicht tiefen wie in Tabelle 2 gezeigt, sind.

Als Vergleichbeispiele wurden Antriebs- und Abtriebsscheiben präpariert, deren wirksam aufgekohlte Schichttiefen, wie in Tabelle 2 gezeigt sind, durch Verwenden eines Einsatzstahls, dessen chemische Zusammensetzung in Tabelle 1 gezeigt ist, während die Aufkohlungsbedingungen geändert wurden. Die wirksam aufgekohlten Schichttiefen sind: 1,0 mm (Vergleichs beispiel 1); 1,5 mm (Vergleichsbeispiel 2); 4,5 mm (Ver gleichsbeispiel 3); und 5,5 mm (Vergleichsbeispiel 4).

Das konventionelle Verfahren (Durchhärtung) wurde ebenfalls verwendet, um Antriebs- und Abtriebsscheiben unter Verwen dung eines konventionellen Lagerstahls (JIS SUJ2) zu präpa rieren.

Dann wurden Übertragungsrollkörper, deren wirksam aufge kohlte Schichttiefen 3,0 mm, betragen durch Verwenden eines Einsatzstahls präpariert, dessen chemische Zusammensetzung in Tabelle 1 gezeigt ist, während der Einsatzstahl das glei che Aufkohlungs- und Schleifverfahren durchläuft.

Anschließend wurde ein ringförmig, stufenlos verstellbares Getriebe, wie in Fig. 6 gezeigt, präpariert durch Verwenden der zuvor erwähnten jeweiligen Antriebs- und Abtriebsschei ben, wobei die Lebensdauern dieser Antriebs- und Abtriebs scheiben unter den folgenden Bedingungen getestet wurden.

Testbedingungen
Drehzahl der Antriebswelle
4000 U/min
Antriebsmoment	392 N·m
verwendetes Öl	synthetisches Schmieröl
Öltemperatur	100°C

Die Lebensdauern der Antriebs- und Abtriebsscheiben wurden bestimmt durch die Zeitdauer, ab wann die Traktionsfläche abzuplatzen begann oder durch die Zeitdauer ab wann die An triebsscheibe oder Abtriebsscheibe begann, Ermüdungsbruch aufzuweisen.

Das Ergebnis des Tests ist in Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle 2

Aus Tabelle 2 ist zu erkennen, daß die Antriebs- und Ab triebsscheiben (Beispiele 1 bis 3), deren wirksam aufge kohlte Schichttiefen von 2,0 mm bis 4,0 mm sind, frei von Abplatzen der Traktionsfläche und selbst von Ermüdungsbruch sind, wenn das ringförmige, stufenlos verstellbare Getriebe länger als 10 Stunden betrieben wurde. Es kann daraus ver standen werden, daß die Lebensdauern der Antriebs- und Ab triebsscheiben bemerkenswert verbessert wurden im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen und dem konventionellen SUJ2-Beispiel.

Auf der anderen Seite kann herausgefunden werden, daß die Antriebs- und Abtriebsscheiben (Vergleichsbeispiele 1 und 2), deren wirksam aufgekohlte Schichttiefen 1,0 mm und 1,5 mm betragen, zu einem früheren Zeitpunkt einer Ab platzung an der Traktionsfläche ausgesetzt sind. Die Gründe des Abplatzens liegen darin, daß die Traktionsflächen einer Rollkontaktermüdung unter hohen Kontaktspannungen ausgesetzt sind, welche den Sicherheitsfaktor der Festigkeit in der Tiefe bezüglich der maximalen Scherspannung herabsetzen, wenn die wirksam aufgekohlte Schicht dünn ist, wobei dieses die Festigkeit bezüglich Rollkontaktermüdung verringert.

Es ist ebenso nachgeprüft, daß die Antriebs- und Abtriebs scheiben (Vergleichsbeispiele 3 und 4) deren wirksam aufge kohlte Schichttiefen 4,5 mm und 5,5 mm betragen einem Ermü dungsbruch zu einem früheren Zeitpunkt an den Bereichen ent sprechend durch "a" und "b" in Fig. 7 gezeigt, ausgesetzt sind. Weil diese Bereiche sehr dünn sind und die wirksam aufgekohlten Schichten sehr dick waren, was die Härte im Inneren dieser Bereiche erhöht, wird dabei die Festigkeit bezüglich Ermüdungsbruch verringert.

Es wurde ebenso herausgefunden, daß die konventionellen An triebs- und Abtriebsscheiben, die unter Verwendung des SUJ2-Lagerstahls präpariert wurden, einem Ermüdungsbruch an den Bereichen, die durch "a" und "b" in Fig. 7 gezeigt, als erstes (innerhalb 3 Stunden) ausgesetzt waren.

Dann wurden die Übertragungsrollkörper aus einem Einsatz stahl (Werkstoff) dessen chemische Zusammensetzung in Ta belle 1 gezeigt ist, einer Wärmebehandlung (siehe Fig. 1), unter denselben Bedingungen wie oben beschrieben, ausge setzt. Als Ergebnis, weist die Oberfläche eine Vickershärte von ca. 697 bis 772 HV (60 bis 63 HRC) auf.

Die Übertragungsrollkörper werden anschließend in derselben Weise wie oben beschrieben, geschliffen. Die Übertragungs rollkörper (Beispiel 4 bis 6), deren wirksam aufgekohlte Schichttiefen in Tabelle 3 gezeigt sind, wurden bereitge stellt.

Als Vergleichsbeispiele wurden Übertragungsrollkörper, deren wirksam aufgekohlte Schichttiefen in Tabelle 3 gezeigt sind, präpariert durch Verwenden eines Einsatzstahls, dessen che mische Zusammensetzung in Tabelle 1 gezeigt ist, während die Aufkohlungsbedingungen verändert wurden. Die wirksam aufge kohlten Schichttiefen sind: 1,0 mm (Vergleichsbeispiel 5); 1,5 mm (Vergleichsbeispiel 6); 4,5 mm (Vergleichsbeispiel 7); und 5,5 mm (Vergleichsbeispiel 8).

Darüber hinaus wurden Übertragungsrollkörper durch das kon ventionelle Verfahren (Durchhärten) bei Verwendung eines konventionellen Lagerstahls (JIS SUJ2) präpariert.

Dann wurden Übertragungsrollkörper präpariert, deren wirksam gehärtete Schichttiefen 3,0 mm betragen durch Verwenden eines Einsatzstahls, dessen chemische Zusammensetzung in Tabelle 1 gezeigt ist und durch Ausführen des gleichen Auf kohlungs- und Schleifvorgangs.

Anschließend wurde ein ringförmig, stufenlos verstellbares Getriebe, wie in Fig. 6 gezeigt, durch Verwenden der zuvor erwähnten entsprechenden Übertragungsrollkörper und An triebs- und Abtriebsscheiben aufgebaut, wobei die Lebensdau ern der Übertragungsrollkörper unter denselben Bedingungen wie oben beschrieben, getestet wurden.

Die Einsatzdauer jedes Übertragungsrollkörpers wurde durch die Zeitdauer ab wann die Traktionsfläche begann abzuplatzen oder durch die Zeitdauer ab wann der Übertragungsrollkörper begann Ermüdungsbruch aufzuweisen, bestimmt.

Die Ergebnisse des Tests sind in Tabelle 3 gezeigt.

Tabelle 3

Aus der Tabelle 3 ist zu erkennen, daß die Übertragungsroll körper (Beispiele 4 bis 6) deren wirksam aufgekohlte Schichttiefen von 2,0 mm bis 4,0 mm reichen, frei von Ab platzen an den Traktionsflächen und selbst von Ermüdungs bruch sind, wenn die ringförmigen, stufenlos verstellbaren Getriebe mehr als 10 Stunden betrieben wurden. Daraus kann verstanden werden, daß die Lebensdauern dieser Übertragungs rollkörper bemerkenswert verbessert wurden im Vergleich mit folgenden Bedingungen unterzogen, wobei die Tiefen der in terkristallinen Oxidschichten der erhaltenen aufgekohlten Stähle getestet wurde.

Aufkohlungsbedingungen
Atmosphäre
Rx-Gas und angereichertes Gas
Aufkohlungstemperatur	930°C
Aufkohlungszeit	30 Stunden

Die Ergebnisse des Tests sind in Tabelle 4 gezeigt.

Werkstoff Nr. A bezeichnet einen konventionellen Einsatz stahl. Eine mikroskopische Ablichtung, die die Struktur einer innerkristallinen Oxidschicht darstellt, ist in Fig. 2 gezeigt (400fache Vergrößerung).

Tabelle 4

Aus der Tabelle 4 ist zu ersehen, daß die Tiefe der inter kristallinen Oxidschicht geringer wird mit geringerem Anteil von Silikon (Si) und Mangan (Mn). Es kann ebenfalls von den Vergleichsbeispielen (Werkstoffe Nr. F bis I) erkannt wer den, daß die Tiefe der innerkristallinen Oxidschicht nicht ausreichend reduziert werden kann nur durch Verringern le diglich eines dieser Elemente, Si oder Mn.

Das bedeutet, daß nachgeprüft ist, daß die Beispiele (Werkstoff Nrn. B bis E), in welchen die Anteile von Silikon und Mangan klein sind, eine bemerkenswerte Verringerung der Tiefe der interkristallinen Oxidschicht im Vergleich mit den Vergleichsbeispielen (Werkstoff Nr. A) mit sich bringt.

Anschließend wurden Antriebsscheiben, Abtriebsscheiben und Übertragungsrollkörper präpariert, deren wirksam aufgekohlte Schichttiefen 3,0 mm betragen durch Durchlaufen der An triebs- und Antriebsscheiben und Übertragungsrollkörper, die aus Einsatzstahl, wie in Tabelle 4 (Werkstoff Nrn. A bis I) gezeigt hergestellt wurden, derselben Wärmebehandlung (siehe Fig. 1), wobei anschließend derselbe Schleifvorgang wie oben beschrieben durchgeführt wurde.

Danach wurden ringförmig, stufenlos verstellbare Getriebe, wie in Fig. 6 gezeigt, hergestellt durch Verwenden der oben erwähnten, entsprechenden Antriebs- und Abtriebsscheiben und Übertragungsrollkörper, wobei die Lebensdauern dieser An triebs- und Abtriebsscheiben unter denselben Bedingungen wie oben beschrieben, getestet wurden.

Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle 5 (Einsatzdauern der nicht SP-behandelten Produkte) gezeigt.

Tabelle 5

Anschließend wurden die Bereiche, die durch "a" und "b" in Fig. 7 gekennzeichnet sind, der Antriebs- und Antriebsschei ben (nach dem Wärmebehandeln und Schleifen) einem Kugel strahlvorgang (im weiteren als "SP" bezeichnet) unter den folgenden Bedingungen unterzogen, wobei ringförmig, stufen los verstellbare Getriebe, wie in Fig. 6 gezeigt, herge stellt wurden. Die Lebensdauern der Antriebs- und Abtriebs scheiben (SP-behandelte Produkte) wurden unter den gleichen Bedingungen wie oben beschrieben, getestet. Die Ergebnisse des Tests sind in Tabelle 5 gezeigt (Einsatzdauer der SP-be handelten Produkte).

SP-Bedingungen

Die wärmebehandelte und geschliffene Antriebsscheibe und Ab triebsscheibe werden einem SP-Vorgang bei Verwendung der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung derart unterzogen, daß die ver bleibenden Druckspannungen an Bereichen innerhalb 0,15 mm in der Tiefe von der Oberfläche der Antriebs- und Abtriebs scheiben einen Höchstwert von -1275,3 bis -588,6 N/mm² (-130 bis -60 Kgf/mm²) aufweisen.

Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung umfaßt: einen Druckbehäl ter 32, in welchem Kugelstrahlpartikel 31 eingefüllt sind; ein Luftzufuhrrohr 33 zum Zuführen von Luft an den Druckbe hälter 32; ein Abluftrohr 34 zum Abführen der Luft, die in den Druckbehälter 32 eingeführt wurde; einen Mixer 36, der unter dem Druckbehälter angeordnet ist, zum Mixen von Druck luft aus einer Rohrverzweigung 35 des Luftzuführrohrs 33 mit den Strahlpartikeln 31; ein Schlauch 39 zum Einspritzen von Schüssen 37 aus einer Düse 38 auf die Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstoffs; ein Fülltrichter 41 zum Zuführen der Schußpartikel 31 in den Druckbehälter 32 über einen Schließer 40; und ein Ventil 42, das in der Rohrverzweigung 35 angeordnet ist zum Einstellen des Luftdrucks, der die Einspritzgeschwindigkeit der Schußpartikel 31 regelt.

In diesem Ausführungsbeispiel werden Stahlkugeln, die je weils einen durchschnittlichen Korndurchmesser von 0,72 mm und eine durchschnittliche Härte von 61 HRC aufweisen, als Schußpartikel 31 verwendet. Der SP-Vorgang wurde so ausge führt, daß die Einspritzgeschwindigkeit sich in einem Be reich von 32 bis 120 m/sec (durchschnittliche Einspritzge schwindigkeit = 80 m/sec) befand.

Der SP-Vorgang ist vorteilhaft im Erhöhen der Oberflächen härte und Einbringen einer verbleibenden Druckspannung an einem zu bearbeitenden Werkstoff.

Die Beziehung zwischen der Tiefe von der Oberfläche und der verbleibenden Druckspannung an den Antriebs- und Abtriebs scheiben in dem SP-Vorgang wurde getestet. Nicht SP-behan delte Produkte wurden ebenfalls gleichsam getestet. Das Er gebnis dieses Tests ist in Fig. 4 gezeigt.

Aus Fig. 4 kann erkannt werden, daß die SP-behandelten Bei spiele die Bedingungen erfüllen und daß der Höchstwert der verbleibenden Druckspannung sich im Bereich zwischen -1275,3 bis -588,6 N/mm² (-130 bis -60 Kgf/mm²) befindet.

Es kann ebenfalls aus Tabelle 5 erkannt werden, daß die Bei spiele (Werkstoffe Nr. B bis E) eine Betriebsdauer von mehr als 100 Stunden erreicht wird, selbst bei nicht SP-behandel ten Produkten. Die Gründe hierfür liegen darin, daß die in terkristallinen Oxidschichten der Beispiele (Werkstoff Nrn. B bis E) sehr dünn sind, so daß die Spannungskonzentrationen reduziert sind und die Ermüdungsbruchfestigkeit verbessert ist.

Auf der anderen Seite wurde herausgefunden, daß die Lebens dauer der Vergleichsbeispiele (Material Nrn. A und B bis E), deren interkristalline Oxidschichten sehr dick sind, gering ist. Die Gründe hierfür liegen darin, daß die Spannungskon zentration an der interkristallinen Oxidschicht ungünstig die Ermüdungsbruchfestigkeit beeinflußt hat.

Es kann ebenfalls daraus verstanden werden, daß die Einsatz dauer der SP-behandelten Produkte nennenswert verbessert wurde im Vergleich mit den nicht SP-behandelten Produkten. Das bedeutet, daß die Höchstwerte der verbleibenden Druck spannung an einer Stelle innerhalb 0,15 mm in der Tiefe von der Oberfläche der Antriebs- und Abtriebsscheiben auf -1275,3 bis -588,6 N/mm² (-130 bis -60 Kgf/mm²) durch den SP-Vorgang begrenzt ist. Daraus ist nachgewiesen, daß eine wesentliche Verbesserung der Einsatzdauer erreicht werden kann.

Während der Test durch den die in Tabelle 5 gezeigten Resul tate erreicht wurden, nach 100 Stunden in diesem Ausfüh rungsbeispiel beendet wurde, stellen die SP-behandelten Pro dukte (Werkstoff Nrn. B bis E) gemäß der vorliegenden Erfin dung eine verlängerte Einsatzdauer bereit.

Während die SP-behandelten Produkte, die erfindungsgemäßen Beispiele (Werkstoff Nrn. B bis E) und Vergleichsbeispiele (Werkstoff Nr. I) einer Einsatzdauer von mehr als 100 Stun den bereitstellen, ist die Einsatzdauer der Beispiele (Werkstoff Nrn. B bis E) trotzdem wesentlich länger.

Während der Fall beschrieben worden ist, indem die Antriebs- und Abtriebsscheiben einem SP-Verfahren unterzogen wurden, in diesem Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, kann der SP-Vorgang nur auf die Bereiche "c" der Übertragungsrollkör per angewendet werden, so daß der Übertragungsrollkörper mit zufriedenstellenden Eigenschaften bereitgestellt werden kann.

Während der Fall, daß die Antriebs- und Abtriebsscheiben und der Übertragungsrollkörper einem Aufkohlungsvorgang unterzo gen wurden, um die zuvor erwähnte wirksam aufgekohlte Schichttiefe, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel be schrieben wurde, bereitzustellen, kann auch ein Karboni trier-Vorgang den Aufkohlungsvorgang ersetzen. In solch einem Fall können die folgenden Verfahrensbedingungen wie z. B. in Fig. 5 gezeigt, angewendet werden.

Karbonitrierbedingungen
Atmosphäre
Rx-Gas, angereichertes Gas und 5% Ammoniakgas
Karbonitriertemperatur	Gewählt aus einem Bereich von 830 bis 870°C
Karbonitrierzeit	50 bis 200 Stunden gemäß der gewünschten aufgekohlten Schichtdicke.

Während es beschrieben wurde, daß die wirksam aufgekohlte Schichtdicke und ähnliches für sämtliche Traktionsflächen der Antriebs- und Abtriebsscheiben und Übertragungsrollkör per in diesem Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung auch lediglich nur auf eine der Traktionsflächen der Antriebsscheibe und des Übertragungs rollkörpers oder einer der Traktionsoberflächen der Ab triebsscheibe oder des Übertragungsrollkörpers angewendet werden, abhängig von den Betriebsbedingungen.

Während die Abmessungen der Antriebs- und Abtriebsscheiben und Übertragungsrollkörper des ringförmig, stufenlos ver stellbaren Getriebes der vorliegenden Erfindung nicht im be sonderen begrenzt sind, betragen die optimalen Abmessungen die vorliegende Erfindung auszuführen an der Antriebs- und Abtriebsscheibe am Außendurchmesser 200 mm oder weniger und der Übertragungsrollkörper am Außendurchmesser 120 mm oder weniger.

Wie oben beschrieben, ist das ringförmige, stufenlos ver stellbare Getriebe der vorliegenden Erfindung dadurch ge kennzeichnet, daß die Antriebsscheibe, die Abtriebsscheibe und der Übertragungsrollkörper, welche Teile eines ringför migen, stufenlos verstellbaren Getriebes sind, entweder einem Aufkohlungs- und Schleifverfahren oder einem Karboni trier- und Schleifverfahren unterzogen werden, so daß die wirksam aufgekohlten Schichtdicken der Antriebsscheibe, der Abtriebsscheibe und der Übertragungsrollkörper auf einen Be reich zwischen 2,0 mm und 4,0 mm begrenzt ist. Aus diesem Grund kann das Auftreten von Abplatzen an den Traktionsflä chen der ringförmigen Oberfläche, die durch die Antriebs- und Abtriebsscheiben geformt ist, sowie an den Traktions oberflächen der Übertragungsrollkörper unterdrückt werden Zusätzlich können die Festigkeiten bezüglich Ermüdungsbruch der Antriebs- und Abtriebsscheiben und Übertragungsrollkör per verbessert werden. Daraus ergibt sich, daß ein ringför miges, stufenlos verstellbares Getriebe mit verbesserter Einsatzdauer bereitgestellt werden kann.

Claims

1. Ringförmiges, stufenlos verstellbares Getriebe, gekenn zeichnet durch:
eine Antriebsscheibe (11), die auf einer Antriebswelle (13) angeordnet ist;
eine Abtriebsscheibe (12), die auf einer Abtriebswelle (24) angeordnet ist; und
einen Übertragungsrollkörper (16, 17) zum Übertragen von einer Antriebsleistung der Antriebswelle (13) auf die Abtriebswelle (24), während sich dieser mit der An triebsscheibe (11) und der Abtriebsscheibe (12) in Be rührung befindet, wobei
die Antriebsscheibe (11), die Abtriebsscheibe (12) und der Übertragungsrollkörper (16, 17) aus einem Werkstoff hergestellt sind, die entweder einen Aufkohlungs- und Schleifvorgang oder einen Karbonitrier- und Schleifvor gang derart durchläuft, daß die wirksam aufgekohlte Schichttiefe der Antriebsscheibe (11), der Abtriebs scheibe (12) und des Übertragungsrollkörpers (16, 17) auf einem Bereich zwischen 2,0 mm und 4,0 mm beschränkt ist.

2. Ringförmiges, stufenlos verstellbares Getriebe nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff, aus welchem die Antriebsscheibe (11), die Abtriebsscheibe (12) und der Übertragungsrollkörper (16, 17) hergestellt sind, folgendes enthält: Silikon in einem Bereich zwi schen 0,05 und 0,2 Gew.-% und Mangan in einem Bereich zwischen 0,2 und 0,7 Gew.-%.

3. Ringförmiges, stufenlos verstellbares Getriebe nach An spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spit zenwert einer bleibenden Druckspannung auf einen Bereich zwischen -1275,3 N/mm² (-130 Kgf/mm²) und -588,6 N/mm² (-60 Kgf/mm²) innerhalb 0,15 mm Tiefe von der Oberfläche der Antriebsscheibe (11), der Abtriebsscheibe (12) und dem Übertragungsrollkörper (16, 17) beschränkt ist.

4. Ringförmiges, stufenlos verstellbares Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff einen Einsatzstahl von 0,35 Gew.-% oder weniger Kohlenstoff umfaßt.