DE60005890T2

DE60005890T2 - Riemen für ein stufenloses, regelbares Getriebe

Info

Publication number: DE60005890T2
Application number: DE60005890T
Authority: DE
Inventors: Kouhei Wako-shi Ohsono; Shigeru Wako-shi Kanehara
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-07-05
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2020-07-01
Also published as: US6626782B1; EP1067311A1; KR20010015140A; JP2001021007A; EP1067311B1; DE60005890D1; KR100348871B1; CN1279364A; JP4229532B2; CN1102710C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Riemen für ein stufenlos verstellbares Getriebe, der aus Metallringanordnungen besteht, wobei jede eine Vielzahl von endlosen Metallringen, die übereinander geschichtet sind, hat, und eine Vielzahl von Metallelementen, wobei jedes Ringspalten hat, in die die Metallringanordnungen eingepasst sind, wobei der Riemen um eine Antriebsscheibe und eine angetriebene Scheibe gewunden ist, um eine Antriebskraft zwischen den Scheiben zu übertragen.
Beschreibung des Standes der Technik
Wenn, wie in 8 gezeigt, ein Metallelement 32, das mit einem Ringspalt 35 gelagert ist, der über einer Metallringanordnung 31 eingepasst ist, vorwärts in einer Vorschubrichtung geneigt ist, wird ein hinteres Ende a (in Vorschubrichtung) der Sattelfläche 44 in Anlage gegen eine innere Fläche der Metallringanordnung 31 gebracht. Dies verursacht ein Problem, dass eine große Spannung σH (eine Hertz-Spannung) an dem hinteren Ende a erzeugt wird, die eine schädliche Wirkung auf die Haltbarkeit der Metallringanordnung 31 ausübt. Die vorwärts gerichtete (in Vorschubrichtung) Neigung des Metallelements 32 wird durch eine tangentiale Reibungskraft F verursacht, die das Metallelement 32 an seiner Scheibenkontaktfläche erfährt, und durch eine Drängkraft E zwischen den Metallelementen 32. Diese Tendenz ist besonders in einem Ausgangsbereich der angetriebenen Scheibe von Bedeutung. Der Grund hierfür wird unten beschrieben.
Wie aus 7 ersichtlich, wird ein Moment in Richtung eines Pfeils M dadurch erzeugt, dass die tangentiale Reibungskraft F so wirkt, dass das Metallelement 32 in der Vorschubrichtung vorwärts um den Schwenkmittelpunkt C abgesenkt wird. Andererseits erzeugt eine radiale Reibungskraft μE die durch die Drängkraft E zwischen den Metallelementen 32 erzeugt wird, ein Moment in Richtung eines Pfeils M' auf dem Metallelement 32. Dieses Moment bewirkt, dass das Metallelement 32 in Vorschubrichtung rückwärts um den Schwenkmittelpunkt C abgesenkt wird.
Es ist bekannt, dass die tangentiale Reibungskraft F, die das Metallelement 32 von einer Antriebsscheibe 6 oder einer angetriebenen Scheibe 11 erfährt in einem Ausgangsbereich der Riemenscheibe 6 oder 11 erhöht ist, wie in 10A gezeigt, und dass eine solche tangentiale Reibungskraft F das vierfache des Wertes erreicht, der vorgesehen ist, wenn angenommen wird, dass die tangentiale Reibungskraft F gemittelt über den gesamten Schleifenbereich der Riemenscheibe 6, 11 verteilt ist, beispielsweise aus dem Grund, dass die Riemenscheiben 6, 11 verformt sind, wodurch der Axialdruck auf einen Punkt ausgerichtet ist. Zusätzlich nimmt, wie in 10B gezeigt, die Drängkraft E zwischen den Metallelementen 32 einen großen Wert im Ausgangsbereich der Antriebsscheibe 6 an, nimmt aber den Wert 0 (Null) im Ausgangsbereich der angetriebenen Scheibe 11 an. Deshalb neigt das Metallelement 32 dazu im größten Ausmaß an einer Stelle in Vorschubrichtung vorwärts geneigt zu sein, wo die tangentiale Reibungskraft F, die das Metallelement 32 vorwärts in der Vorschubrichtung neigt, maximal ist und die Drängkraft E, die die Vorwärts (in der Vorschubrichtung)-Neigung des Metallelements 32 verhindert den Wert 0 (Null) annimmt, insbesondere in dem Ausgangsbereich der angetriebenen Scheibe 11.
Wenn das Metallelement 32 im Ausgangsbereich der angetriebenen Scheibe 11 aus dem oben beschriebenen Grund stark in Vorschubrichtung vorwärts geneigt ist, trifft man auf das folgende Problem: Ein hinteres Ende a (in der Vorschubrichtung) einer Sattelfläche 44 des Ringspalts 35 in dem Metallelement 32 ist in starke Anlage gegen eine innere Umfangsfläche der Metallringanordnung 31 (siehe 8) gebracht, wodurch die Ermüdungslebensdauer der Metallringanordnung 31 durch die Spannung σ2H, die am hinteren Ende a erzeugt wird, verkürzt wird.
Es gibt herkömmlich bekannte Metallelemente, die in den japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschriften Nr. 59-79653 und 63-17353, in der japanischen Patent-Offenlegungsschriften Nr. 60-10993 und der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. 60-107444 beschrieben sind, und ein Merkmal in der Form der Sattelfläche aufweisen gegen die eine innere Umfangsfläche einer Metallringanordnung anliegt.
Bei dem in der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. 59-79653 beschriebenen Metallelement sind entgegen gesetzte Enden der Sattelfläche des Metallelements in Vorschubrichtung glatt abgeschrägt. Bei dem in der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. 63-17353 beschriebenen Metallelement ist ein gestufter Vorsprung in einem mittleren (in der Vorschubrichtung) Bereich der Sattelfläche des Metallelements gebildet, und eine gebogene Fläche, die einen Radius gleich einem minimalen Schleifenradius einer Metallringanordnung hat, ist an einer Oberseite des Vorsprungs gebildet. Das Ziel einer solchen Anordnung ist in der Veröffentlichung nicht beschrieben, aber wahrscheinlich haben die Erfinder bezweckt, die starke Anlage der entgegen gesetzten (in der Vorschubrichtung) Enden der Sattelfläche gegen die innere Umfangsfläche der Metallringanordnung in einem Bereich abzumildern, in dem ein Riemen für ein stufenlos verstellbares Getriebe um eine Riemenscheibe gewunden ist. Bei diesen Metallelementen ist es schwierig, eine Hertz-Spannung, die durch die Anlage des hinteren (in Vorschubrichtung) Endes der Sattelfläche gegen die innere Umfangsfläche der Metallringanordnung in einem Ausgangsbereich einer angetriebenen Scheibe erzeugt wird, wirksam zu mildern, da die Form der Sattelfläche symmetrisch um ihr Zentrum in Vorschubrichtung ist.
Bei den in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 6-10993 und der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. 60-107444 beschriebenen Metallelementen ist die Sattelfläche des Metallelements asymmetrisch ausgebildet, so dass ein hinterer (in Vorschubrichtung) Anteil der Sattelfläche niedriger im Niveau ist als ein vorderer Teil der Sattelfläche. Das Ziel einer solchen Anordnung ist, das Metallelement daran zu hindern, durch ein Kippmoment vorwärts und rückwärts zu fallen. Diese Metallelemente leiden an einem Problem, dass die Form der Sattelfläche kompliziert ist, was zu erhöhten Herstellungskosten führt.
EP-A-0 562 654 veröffentlicht schräg liegende Elemente für einen Antriebsriemen mit Lagerflächen, die derartig profiliert sind, dass eine resultierende Kraft, die durch eine Lagerung auf dem schräg liegenden Element ausgeübt wird, im Wesentlichen außerhalb des durch die Hauptebenen begrenzten Zentrums der Lagerfläche angreift.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Verringerung der Haltbarkeit der Metallringanordnung aufgrund der Neigung des Metallelements zu verhindern, ohne die Herstellungskosten des Metallelements zu erhöhen.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, ist, entsprechend einem ersten Aspekt und Merkmal der vorliegenden Erfindung, ein Riemen für ein stufenlos verstellbares Getriebe vorgesehen, das eine Antriebsscheibe und eine angetriebene Scheibe besitzt, Metallringanordnungen umfassend, die jeweils aus einer Vielzahl von endlosen aufeinander geschichteten Metallringen bestehen und eine Vielzahl von Metallelementen, die jeweils Ringspalten haben, in die die Metallringanordnungen eingepasst sind. Der Riemen ist um die Antriebsscheibe und die angetriebene Scheibe gewunden, um eine Antriebskraft zwischen den beiden Scheiben zu übertragen, wobei eine Sattelfläche des Ringspalts, gegen die eine innere Umfangsfläche der Metallringanordnung anliegt, so geformt ist, dass der Radius der hinteren Ecke größer ist als der Radius der vorderen Ecke in der Vorschubrichtung der Metallelemente.
Wenn, bei der oben genannten Anordnung, das Metallelement, das sich von der angetriebenen Scheibe wegbewegt, in Vorschubrichtung vorwärts fällt, wird die Ecke der Sattelfläche des Ringspalts, die auf der in Vorschubrichtung hinteren Seite gelegen ist und den größeren Radius hat, gegen die innere Umfangsfläche der Metallringanordnung gedrückt. Deshalb ist es möglich, die Hertz-Spannung, die auf der inneren Umfangsfläche der Metallringanordnung erzeugt wird, minimal zu halten, um die Haltbarkeit der Metallringanordnung zu verbessern.
Entsprechend einem zweiten Aspekt und Merkmal der vorliegenden Erfindung ist jedes der Metallelemente durch Stanzen aus einem Metallplattenmaterial geformt, und die in Vorschubrichtung hintere Ecke wird durch ein Stanzschergesenk während des Stanzens hergestellt.
Bei der oben genannten Anordnung wird die Ecke der Sattelfläche des Metallelements, die auf der in Vorschubrichtung hinteren Seite gelegen ist und den größeren Radius hat, als das Stanzschergesenk beim Stanzen des Metallplattenmaterials, um das Metallelement zu bilden, hergestellt. Deshalb ist es möglich, die Ecke zu bilden, die den größeren Radius hat, ohne eine spezielle Bearbeitung durchzuführen.
Entsprechend einem dritten Aspekt und Merkmal der vorliegenden Erfindung wird der Riemen in einem stufenlos verstellbaren Getriebe eines Fahrzeugs benutzt, und die Vorschubrichtung des Metallelements ist die Vorschubrichtung während der Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs.
Bei der oben genannten Anordnung kann die Ecke, die den größeren Radius hat, gegen die innere Umfangsfläche der Metallringanordnung während der Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs gedrückt werden, um die Haltbarkeit der Metallringanordnung dadurch zu vergrößern, dass sichergestellt ist, dass die Vorschubrichtung des Metallelements der Vorschubrichtung während der Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs entspricht, da das Fahrzeug erheblich öfter vorwärts fährt als rückwärts.
Die oben genannten und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführung offensichtlich, die zusammen mit den entsprechenden Zeichnungen gemacht wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 bis 11 zeigen eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei
1 eine schematische Darstellung eines Kraftübertragungssystems eines Fahrzeugs ist, das mit einem stufenlos verstellbaren Getriebe ausgerüstet ist.
2 ist eine Teilperspektivansicht eines Metallriemens.
3 ist eine Darstellung der vollständigen Anordnung einer Feinstanzapparatur.
4 ist eine Darstellung, die die Verteilung der auf einen Metallring wirkenden Zugspannung zeigt.
5A und 5B sind Darstellungen, die den Metallring jeweils in einem freien Zustand und einem gewundenen Zustand zeigen.
6 ist eine Darstellung, die die Verteilung der gesamten auf den innersten Metallring wirkenden Spannung zeigt.
7 ist eine Seitenansicht des Metallelements in einem aufgerichteten Zustand.
8 ist eine Seitenansicht des Metallelements in einem geneigten Zustand.
9A und 9B sind Diagramme, die jeweils die Spitzenlast zeigen, die auf jede der in Vorschubrichtung vorderen und hinteren Enden einer Sattelfläche wirken.
10A und 10B sind Diagramme, die jeweils die Verteilung der tangentialen Reibungskräfte F zeigen, die von Riemenscheiben durch das Metallelement aufgenommen werden, und die Verteilung der Drängkraft E zwischen den Metallelementen.
11 ist eine Darstellung, die die Neigung des Metallelements in der Nachbarschaft eines Ausgangs einer Antriebsscheibe zeigt.
12 und 13 zeigen eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei
12 eine Darstellung der gesamten Anordnung einer Feinstanzapparatur ist.
13 ist eine Seitenansicht eines Metallelements in einem geneigten Zustand.
14 ist eine schematische Darstellung eines Kraftübertragungssystems eines Fahrzeugs, das mit einem stufenlos verstellbaren Getriebe entsprechend einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nun durch Ausführungen unter Bezugnahme auf die entsprechenden Zeichnungen beschrieben.
1 bis 11 zeigen eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Die Definition von Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen, einer lateralen Richtung und einer radialen Richtung eines Metallelements, die zur Beschreibung der Ausführungen benutzt werden, ist in 2 gezeigt. Die radiale Richtung ist definiert als die radiale Richtung einer Riemenscheibe gegen die das Metallelement anliegt. Eine Lage näher an der Achse der Drehbewegung oder Rotation der Riemenscheibe ist eine radial innere Lage und eine Lage weiter weg von der Achse der Drehbewegung der Riemenscheibe ist eine radial äußere Lage. Die laterale Richtung ist definiert als eine Richtung entlang der Achse der Drehbewegung der Riemenscheibe gegen die das Metallelement anliegt. Die Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen sind als Richtungen entlang der Vorschubrichtung des Metallelements während der Vorwärtsfahrt eines Fahrzeugs definiert.
1 zeigt schematisch die Struktur eines stufenlos verstellbaren Getriebes T vom Metallriemen-Typ, das in Fahrzeuge eingebaut ist. Eine über einen Dämpfer 2 mit einer Kurbelwelle 1 eines Verbrennungsmotors E verbundene Antriebswelle 3 ist durch eine Andrehklaue 4 mit einer Antriebswelle 5 des stufenlos verstellbaren Getriebes T vom Metallriemen-Typ verbunden. Eine Antriebsscheibe 6, die auf der Antriebswelle 5 vorgesehen ist, umfasst eine stationäre Scheibenhälfte 7, die an der Antriebswelle 5 befestigt ist, und eine bewegbare Scheibenhälfte 8, die zur stationäre Scheibenhälfte 7 hin und von ihr weg bewegt werden kann. Die bewegbare Scheibenhälfte 8 ist in Richtung der stationären Scheibenhälfte 7 durch einen auf eine Ölkammer 9 angewendeten hydraulischen Druck vorgespannt.
Eine angetriebene Scheibe 11 ist auf einer zur Antriebswelle 5 parallel gelegenen angetriebenen Welle 10 vorgesehen und umfasst eine stationäre Scheibenhälfte 12, die an der angetriebenen Welle 10 befestigt ist und eine bewegbare Scheibenhälfte 13, die zur stationären Scheibenhälfte 12 hin und von ihr weg bewegt werden kann. Die bewegbare Scheibenhälfte 13 ist in Richtung der stationären Scheibenhälfte 12 durch einen auf eine Ölkammer 14 angewendeten hydraulischen Druck vorgespannt. Ein Metallriemen 15 ist um die Antriebsscheibe 6 und die angetriebene Scheibe 11 gewunden (siehe 2). Der Metallriemen 15 umfasst eine Vielzahl von Metallelementen 32, die auf einem Paar von linken und rechten Metallringanordnungen 31, 31 gelagert sind. Jede der Metallringanordnungen 31, 31 umfasst 12 übereinander geschichtete Metallringe 33.
Ein Vorwärtsantriebsrad 16 und ein Rückwärtsantriebsrad 17 sind relativ zueinander drehbar auf der angetriebenen Welle 10 gelagert. Die Vorwärts- und Rückwärtsantriebsräder 16 und 17 können selektiv mit der angetriebenen Welle 10 durch einen Selektor 18 verbunden werden. Ein vorwärts angetriebenes Zahnrad 20, das mit dem Vorwärtsantriebsrad 16 verzahnt ist und ein rückwärts angetriebenes Zahnrad 22, das mit dem Rückwärtsantriebsrad 17 durch ein Rückwärtsleerlaufrad 21 verzahnt ist, sind an einer parallel zur angetriebenen Welle 10 gelegenen Kraftabgabewelle 19 befestigt.
Die Drehbewegung oder Rotation der Kraftabgabewelle 19 wird einem Differenzial 25 durch ein letztes Antriebszahnrad 23 und ein letztes angetriebenes Zahnrad 24 zugeführt und wird von dort durch linke und rechte Achsen 26, 26 auf die Antriebsräder W, W übertragen.
Eine Antriebskraft der Brennkraftmaschine E wird zu der angetriebenen Welle 10 übertragen durch eine Kurbelwelle 1, den Dämpfer 2, die Antriebswelle 3, die Andrehklaue 4, die Antriebswelle 5, die Antriebsscheibe 6, den Metallriemen 15 und die angetriebene Scheibe 11. Wenn ein Vorwärtsfahrbereich gewählt wird, wird die Antriebskraft der angetriebenen Welle 10 auf die Kraftabgabewelle 19 durch das Vorwärtsantriebszahnrad 16 und das vorwärts angetriebene Zahnrad 20 übertragen, wodurch dem Fahrzeug erlaubt wird, vorwärts zu fahren. Wenn ein Rückwärtsfahrbereich gewählt wird, so wird die Antriebskraft der angetriebenen Welle 10 auf die Kraftabgabewelle 19 durch das Rückwärtsantriebszahnrad 17, das Rückwärtsleerlaufzahnrad 21 und das rückwärts angetriebene Zahnrad 22 übertragen, wodurch dem Fahrzeug erlaubt wird, rückwärts zu fahren.
Zu dieser Zeit wird der hydraulische Druck, der auf die Ölkammer 9 der Antriebsscheibe 6 und die Ölkammer 14 der angetriebenen Scheibe 11 des stufenlos verstellbaren Getriebes T vom Metallriemen-Typ angewendet wird, durch eine hydraulische Druckkontrolleinheit U₂ kontrolliert, die durch einen Befehl von einer elektronischen Kontrolleinheit U₁ betrieben wird, wobei die Getriebeübersetzungsänderung gleichmäßig oder auf eine stufenlose Art und Weise eingestellt wird. Das bedeutet, wenn der auf die Ölkammer 14 der angetriebenen Scheibe 11 angewendete hydraulische Druck relativ zum auf die Ölkammer 9 der Antriebsscheibe 6 angewendeten hydraulischen Druck erhöht wird, so wird die Rillenbreite der angetriebenen Scheibe 11 verringert, was zu einem erhöhten effektiven Radius führt und entsprechend ist die Rillenbreite der Antriebsscheibe 6 erhöht, was zu einem reduzierten effektiven Radius führt. Deshalb wird die Getriebeübersetzungsänderung des stufenlos verstellbaren Getriebes T vom Metallriemen-Typ in Richtung „LOW" gleichmäßig oder in einer stufenlosen Art und Weise verändert. Auf der anderen Seite, wenn der auf die Ölkammer 9 der Antriebsscheibe 6 angewendete hydraulische relativ zum auf die Ölkammer 14 der angetriebenen Scheibe 11 angewendeten hydraulischen Druck erhöht wird, wird die Rillenbreite der Antriebsscheibe 6 verringert, was zu einem vergrößerten effektiven Radius führt und entsprechend wird die Rillenbreite der angetriebenen Scheibe 11 vergrößert, was zu einem reduzierten effektiven Radius führt. Deshalb wird die Getriebeübersetzungsänderung des stufenlos verstellbaren Getriebes T vom Metallriemens-Typ in Richtung „OD" gleichmäßig oder in einer stufenlosen Art und Weise verändert.
Wie in 2 gezeigt, umfasst jedes der Metallelemente 32, die aus einer Metallplatte durch Stanzen oder Stempeln geformt sind, einen im Wesentlichen trapezförmigen Elementkörper 34, einen Hals 36, der zwischen einem Paar von linken und rechten Ringspalten 35, 35 gelegen ist, in die die Metallringanordnungen 31, 31 eingepasst sind, und ein im Wesentlichen dreieckiges Ohr 37, das mit einem oberen Teil des Elementkörpers 34 durch den Hals 36 verbunden ist. Der Elementkörper 34 ist an seinen lateral gegenüber liegenden Enden mit einem Paar von Riemenscheibenanlageflächen 39, 39 gebildet, die in der Lage sind, gegen V-Flächen der Antriebsscheibe 6 und der angetriebenen Scheibe 11 anzuliegen. Das Metallelement 32 ist an seinen in Vorschubrichtung vorderen und hinteren Teilen mit einem Paar von vorderen und hinteren Hauptflächen 40, 40 gebildet, die senkrecht zu der Vorschubrichtung und parallel zueinander sind. Eine geneigte Fläche 42 ist unter der in Vorschubrichtung vorderen Hauptfläche 40 mit einer sich lateral ausdehnenden kippbaren Kante 41 gebildet, die dazwischen liegt. Weiterhin ist das Ohr 37 an seinen vorderen und hinteren Flächen mit einem Vorsprung 43 und einer entsprechenden Aussparung gebildet, die aneinander angepasst werden können, um die Metallelemente 32, 32, die in den Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen benachbart zueinander sind, zu verbinden.
Die Struktur einer Feinstanzapparatur zum Herstellen der Metallelemente 32 durch Stanzen oder Stempeln wird unter Bezugnahme auf 3 unten beschrieben.
Die Feinstanzapparatur 51 ist ausgelegt, um das Metallelement 32 aus einem Metallplattenmaterial 52 durch Stanzen oder Stempeln herzustellen. Die Feinstanzapparatur 51 umfasst ein unteres stationäres Gesenk 53, das eine untere Fläche des Metallplattenmaterials 52 trägt, eine obere Gesenkform 55, die durch Zylinder 54, 54 hochgehoben und heruntergelassen wird, um eine obere Fläche des Metallplattenmaterials 52 zu stützen, eine Gegenstanze 57, die hoch und herunter bewegbar in eine Aussparung im unteren Gesenk 53 eingepasst ist und nach oben mit Hilfe eines Zylinders 56 vorgespannt ist, und eine Stanze 59, die in einer Aussparung in der oberen Gesenkform 55 eingefügt ist und durch einen Zylinder 58 hochgehoben und abgesenkt wird.
Die Herstellung des Metallelements 32 durch Stanzen mit der Feinstanzapparatur 51, die die oben beschriebene Struktur hat, wird in einem Verfahren durchgeführt, das unten beschrieben wird. Zuerst werden, in einem Zustand, in dem das Metallplattenmaterial 52 auf das untere Gesenk 53 gelegt wurde, die Zylinder 54, 54 ausgedehnt, um die obere Gesenkform 55 herunter zu lassen, wobei die Metallplatte 52 zwischen das untere Gesenk 53 und die obere Gesenkform 55 eingespannt wird. Wenn der Zylinder 58 dann ausgedehnt wird, um die Stanze 59 herabzusenken, wird ein Teil des Metallplattenmaterials 52, das zwischen der Stanze 59 und der Gegenstanze 57 eingeklemmt ist, abgesenkt, während sie eine durch den Zylinder 56 hervorgerufene Reaktionskraft erfährt, wodurch das Metallplattenmaterial 52 gestanzt wird, um ein Metallelement 32 durch Scherkräfte, die zwischen dem unteren Gesenk 53 und der oberen Gesenkform 55 entstehen, herzustellen. 3 zeigt eine Feinstanzapparatur in einem Zustand, in dem sie sich in der Mitte der Herstellung des Metallelements 32 durch Stanzen befindet. Die nach unten gerichtete hintere (wie in Vorschubrichtung gesehen) Fläche des Metallelements 32 ist entgegengesetzt zu der unteren Gesenkform 53 und der Gegenstanze 57.
Im Laufe des Stanzens des Metallelements 32 wird an jedem der äußeren Eckbereiche (Bereiche, die in 3 durch Kreise umrandet sind) des Metallelements 32 ein Stanzschergesenk produziert, das der Grenze zwischen dem unteren Gesenk 53 und der Gegenstanze 57 gegenüberliegt, und der Bereich des Stanzschergesenks hat eine gebogenen Form mit keiner scharfen Ecke. Wie in 7 gezeigt, nimmt im Allgemeinen, wenn Grate durch Walzen nach der Herstellung des Metallelements 32 durch Stanzen entfernt sind einerseits der Krümmungsradius r der in der Vorschubrichtung vorderen Ecke b (bei der kein Stanzschergesenk produziert ist) von entgegen gesetzten Enden des Metallelements 32 einer Sattelfläche 44 des Ringspalts 35 als ein Resultat des Abschrägens, als Begleiterscheinung bei der Entfernung der Grate, einen Wert so klein wie ungefähr 0,02 mm an und andererseits der Krümmungsradius r der hinteren Seite a (an der das Stanzschergesenk produziert wird) der entgegen gesetzten Enden einen Wert so groß wie ungefähr 0,04 mm an.
4 zeigt die Antriebsscheibe 6 und die angetriebene Scheibe 11 in einem Höchstgeschwindigkeitsfahrtzustand (in einem „TOP"-Zustand) des Fahrzeugs, in dem der effektive Radius der Antriebsscheibe 6 größer ist als der der angetriebenen Scheibe 11. Die Dicke des Metallriemens 15 in 4 stellt graphisch die Größe der Zugspannung des innersten Metallrings 33 dar, die von der Spannung des Metallriemens 15 herrührt. In einem Gurtbereich (der A-Bereich) auf einer Rücklaufseite, auf der der Metallriemen 15 von der angetriebenen Scheibe 11 zu der Antriebsscheibe 6 zurückläuft, ist die Spannung ein gegebener Wert σT_LOW, und in einem Gurtbereich auf einer Vorschubseite (die C-Bereich), wo der Metallriemen 15 von der Antriebsscheibe 6 zu der angetriebenen Scheibe 11 geliefert wird, ist die Spannung ein gegebener Wert σT_HIGH. Die Spannung σT_LOW im A-Bereich ist kleiner als die Spannung σT_HIGH im C-Bereich. Die Spannung steigt von σT_LOW nach σT_HIGH zwischen einem Eintritts- und einem Ausgangsbereich in einem Bereich (dem B-Bereich), wo der Metallriemen 15 um die Antriebsscheibe 6 gewunden ist, während die Spannung von σT_HIGH nach σT_LOW zwischen einem Eingangs- und einem Ausgangsbereich in einem Bereich (dem D-Bereich) sinkt, wo der Metallriemen 15 um die angetriebene Scheibe 11 gewunden ist (siehe eine unterbrochene Linie in 6).
Zusätzlich zu der Zugspannung basierend auf der Spannung, werden eine Zugspannung und eine Druckspannung basierend auf der Biegebeanspruchung auf den Metallring 33 ausgeübt. Wie in 5A und 5B gezeigt, ist der Metallring in einem freien Zustand kreisförmig, aber der Metallring im Betriebszustand ist in eine Form, die die A- bis D-Bereiche enthält, verformt. In der Rücklaufseitengurtsektion (dem A-Bereich) und der Vorschubseitengurtsektion (dem C-Bereich) ist der Krümmungsradius, der im freien Zustand R_O ist, unendlich angewachsen (4); im B-Bereich, in dem der Metallriemen 15 um die Antriebsscheibe mit großem Durchmesser gewunden ist, ist der Krümmungsradius, der im freien Zustand R_O ist, auf R_DR abgesunken, und im D-Bereich, in dem der Metallriemen 15 um die angetriebene Scheibe mit kleinem Durchmesser gewunden ist, ist der Krümmungsradius, der im freien Zustand R_O ist, auf R_DN abgesunken.
Auf diese Weise wirkt in den A- und C-Bereichen, in denen der Krümmungsradius des Metallrings 33 erhöht ist, die Zugbiegespannung auf die innere Umfangsfläche des Metallrings 33 und die Druckbiegespannung wirkt auf die äußere Umfangsfläche des Metallrings 33. Andererseits wirkt in den B- und D-Bereichen, in denen der Krümmungsradius des Metallrings 33 verringert ist, die Druckbiegespannung auf die innere Umfangsfläche des Metallrings 33 und die Zugbiegespannung wirkt auf die äußere Umfangsfläche des Metallrings 33. So wirkt eine gegebene Zugbiegespannung σV_ST auf die innere Umfangsfläche des Metallrings 33 in den zwei Gurtbereichen (den A- und C-Bereichen). Eine relativ kleine Druckbiegespannung σV_DR wirkt auf die innere Umfangsfläche des Metallrings in dem B-Bereich, in dem der Metallring 33 um die Antriebsscheibe 6 gewunden ist, die den großen Krümmungsradius hat und eine relativ große Druckbiegespannung σV_DN wirkt auf die innere Umfangsfläche des Metallrings im D-Bereich, in dem der Metallring 33 um die angetriebene Scheibe 11 gewunden ist, die den kleinen Krümmungsradius hat.
6. zeigt eine Änderung in der gesamten Spannung, die aus einer Addition einer Spannung, basierend auf der Zugspannung der inneren Umfangsfläche des innersten Metallrings 33 und einer Spannung, die auf die innere Umfangsfläche des innersten Metallrings 33 wirkt basierend auf der Biegebeanspruchung. Es kann in 6 gesehen werden, dass eine hohe auf einen Punkt ausgerichtete Spannung σH an einem äußeren Ende des Bereichs D (einem Ort, an dem das Metallelement 32 die angetriebene Scheibe 11 verlässt) auftritt. Diese auf einen Punkt ausgerichtete Spannung dH wird aus dem Grund produziert, dass das Metallelement 32 an der Stelle, an der das Metallelement 32 die angetriebene Scheibe 11 verlässt, in Vorschubrichtung vorwärts fällt, wobei das hintere Ende a (in Vorschubrichtung) der Sattelfläche 44 stark gegen die innere Umfangsfläche des innersten Metallrings 33 anliegt, wie in 7 und 8 erklärt. Die auf einen Punkt ausgerichtete Spannung σH ist eine Hertz-Spannung, die durch die Anlage des hinteren Endes a (in Vorschubrichtung) der Sattelfläche 44, die als ein Teil einer Säule betrachtet werden kann, gegen die innere Umfangsfläche des innersten Metallrings 33, der als eine Ebene betrachtet werden kann, erzeugt wird.
9A und 9B zeigen Änderungen der Lasten, die von dem innersten Metallring 33 durch das hintere Ende a und das vordere Ende b (in Vorschubrichtung) der Sattelfläche 44 des Metallelements 32 aufgenommen werden, wobei die Änderungen durch Lastsensoren erkannt werden, die an dem hinteren Ende a und dem vorderen Ende b der Sattelfläche 44 bereit gestellt sind. Wie in 9A gezeigt, wird am hinteren Ende a der Sattelfläche 44 des Metallelements 32 ein Lastspitze P_DR in der Nähe des Eingangs der Antriebsscheibe 6 beobachtet und eine Lastspitze P_DN wird in der Nähe des Ausgangs der angetriebenen Scheibe 11 beobachtet. Andererseits wird an dem vorderen Ende b der Sattelfläche 44 wie in 9B gezeigt, eine Lastspitze P_DR nur in der Nähe des Eingangs der Antriebsscheibe 6 beobachtet.
Die Lastspitze P_DR in der Nähe des Eingangs der Antriebsscheibe 6 wird sowohl an den hinteren, als auch an dem vorderen Enden a und b der Sattelfläche 44 in Vorschubrichtung erzeugt. Als Grund kommt in Betracht, dass das Metallelement 32 in einem schlingernden Zustand in die Antriebsscheibe 6 eingreift. Andererseits wird die Lastspitze P_DN in der Nähe des Ausgangs der angetriebenen Scheibe 11 nur am hinteren Ende a der Sattelfläche 44 in Vorschubrichtung erzeugt. Als Grund hierfür kommt in Betracht, dass das Metallelement 32 in der Nähe des Ausgangs der angetriebenen Scheibe 11 in Vorschubrichtung vorwärts fällt.
Die auf einen Punkt ausgerichtete Spannung σH, die vom hinteren Ende a (in Vorschubrichtung) der Sattelfläche 44 des Metallelements 32 durch den innersten Metallring 33 an einer Stelle, an der das Metallelement 32 die angetriebene Scheibe 11 verlässt, aufgenommen wird, wird unten betrachtet.
Es ist aufgrund einer Vielzahl von Faktoren sehr schwierig, geometrisch den Wert der auf einen Punkt ausgerichteten Spannung σH zu bestimmen, beispielsweise, da das Zentrum der Reibungseinwirkung auf die angetriebene Scheibe 11 und das Metallelement 32 unbestimmt ist. Jedoch kann der Wert der auf einen Punkt ausgerichteten Spannung σH gemäß der folgenden Gleichung geschätzt werden, wobei k als eine Testkonstante (eine Konstante in einem Sattelflächenspannungskonzentrationstest) benutzt wird: σH = p * (k*e/q)wobei die Definition jeweils von e, p und g die folgende ist;
e: eine übertragene Kraft pro Metallelement (kgf/Element)
p: eine mittlere Druckspannung auf der Sattelfläche (kg/mm²)
q: ein axialer Auflagedruck pro Metallelement (kgf/Element)
In der oben genannten Gleichung wird die konzentrierte Spannung σH erhöht in Übereinstimmung mit Anstiegen in der mittleren Druckspannung p auf die Sattelfläche, der übertragenen Kraft e pro Metallelement und der Testkonstanten k und verringert in Übereinstimmung mit einem Anstieg im axialen Auflagedruck q pro Metallelement. Die Testkonstante k ist ein Faktor, der proportional zu einem Anstieg im Hertz-Flächendruck ist, beruhend auf einem Einfluss des Krümmungsradius r des in Vorschubrichtung hinteren Endes a der Sattelfläche 44. Deshalb wird die Testkonstante k durch die folgende Gleichung dargestellt, die c als eine Proportionalkonstante benutzt: k = c* (1/r)1/2
In der vorliegenden Ausführung wird der Krümmungsradius r des in Vorschubrichtung hinteren Endes a durch das Stanzschergesenk auf 0,04 mm erhöht und die Testkonstante k wird um ungefähr 70% erniedrigt, verglichen mit dem Fall, in dem der Krümmungsradius r des in Vorzugsrichtung hinteren Endes a 0,02 mm beträgt. Wenn daher der Krümmungsradius r des in Vorschubrichtung hinteren Endes a der Sattelfläche 44 erhöht wird, beispielsweise auf den doppelten Wert, kann der Wert der Testkonstanten k erniedrigt werden, um die konzentrierte Spannung σH, die von dem hinteren Ende a (in Vorschubrichtung) der Sattelfläche 44 des Metallelements 32 durch den innersten Metallring 33 aufgenommen wird, um ungefähr 70% zu erniedrigen.
Durch Setzen des Krümmungsradius r des in Vorschubrichtung hinteren Endes a der Sattelfläche 44 auf einen Wert größer als den des in Vorschubrichtung vorderen Endes b in der oben genannten Art und Weise, kann die Spannung, die von dem hinteren Ende a (in Vorschubrichtung) der Sattelfläche 44 des Metallelements 32 durch den innersten Metallring 33 erfahren wird verringert werden, um das Leben der gesamten Metallringanordnung 31 zu verlängern. In 6, wird die Spannungsamplitude σa nämlich verringert, wenn die auf einen Punkt gerichtete Spannung σH verringert wird, während das Spannungszentrum σm erhöht wird. Dies ist vom Standpunkt der allgemeinen Charakteristiken eines Metallmaterials eine vorteilhafte Änderung in Bezug auf das Ermüdungsleben, weil die Abnahme in der Spannungsamplitude σa und der Anstieg im Spannungszentrum σm einander gleich sind. So ist es möglich, das Ermüdungsleben des innersten Metallrings 33 zu verlängern. Mehr noch kann das hintere Ende a (in Vorschubrichtung) der Sattelfläche 44, das den großen Krümmungsradius besitzt, gleichzeitig mit dem Feinstanzen des Metallelements 32 gebildet werden und daher ist eine spezielle Bearbeitung nicht erforderlich, was zu einer Reduktion der Herstellungskosten beitragen kann.
Eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 12 und 13 beschrieben.
In der zweiten Ausführung, gezeigt in 12, wird das Metallelement 32 einem Feinstanzen in einen „Inside-Out-Zustand" unterworfen, wie aus einem Vergleich der 3 mit der 12 ersichtlich ist. Genauer gesagt, ist die zweite Ausführung von der ersten Ausführung in Bezug darauf verschieden, dass die kippbare Kante 41 des Metallelements 32 in der ersten Ausführung in Vorschubrichtung vorwärts gerichtet ist, wie in 8 gezeigt, und die kippbare Kante 41 des Metallelements 32 in der zweiten Ausführung in Vorschubrichtung rückwärts gerichtet ist. Jedoch wird der Krümmungsradius des in Vorschubrichtung hinteren Endes a in der zweiten Ausführung ebenfalls durch ein Stanzschergesenk vergrößert. Deshalb kann die gleiche Funktion und Wirkung wie in der ersten Ausführung auch in der zweiten Ausführung ausgewiesen werden.
Bei dem stufenlos verstellbaren Getriebe T vom Metallriemen-Typ, wie in 1 gezeigt, läuft der Metallriemen 15 in der gleichen Richtung sowohl während der Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs als auch während der Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs, bei einem stufenlos verstellbaren Getriebe T vom Metallriemen-Typ entsprechend einer dritten, in 14 gezeigten Ausführung ist jedoch die Umlaufrichtung des Metallriemens 15 während der Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs entgegengesetzt zu der während der Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs.
Genauer gesagt, ist eine Antriebsscheibe 6, die um eine äußere Außenfläche der durch einen Verbrennungsmotor E angetriebenen Antriebswelle 3 gelagert ist, in der Lage, über eine Vorwärtskupplung 61 mit der Antriebswelle 3 verbunden zu werden und in der Lage, durch einen Differenzialgetriebemechanismus 62 und eine Rückbremse 63 mit der Antriebswelle 3 verbunden zu werden. Der Differenzialgetriebemechanismus 62 ist ein Doppelantriebskegelradtyp und umfasst ein mit der Antriebswelle 3 fest verbundenes Sonnenrad 64, einen mit der Antriebsscheibe 6 fest verbundenen Planetenträger 65, ein Zahnrad 66, das relativ drehbar auf der Eingabewelle 3 getragen ist, und Planetenzahnräder 67, die auf dem Planetenträger 65 getragen werden und mit dem Sonnenzahnrad 64 und dem Zahnkranz 66 verzahnt sind. Die Rückbremse 63 ist in der Lage, den Zahnkranz 66 mit einem Gehäuse zu verbinden. Eine angetriebenen Welle 10, die mit einer angetriebenen Scheibe 11 ausgerüstet ist, ist mit einem Differenzial 25 durch eine Andrehklaue 68 und ein reduzierendes Übersetzungsgetriebe 69 verbunden.
Während der Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs wird die Vorwärtskupplung 61 in einen eingerückten Zustand gebracht, um die Antriebsscheibe 6 mit der Antriebswelle 3 zu verbinden, und dann wird die Antriebsscheibe 6 in der gleichen Richtung wie die Antriebswelle 3 gedreht oder rotiert. Andererseits wird während der Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs die Rückbremse 63 in einen eingerückten Zustand gebracht, um den Zahnkranz 66 des Differentialgetriebemechanismus 62 mit dem Gehäuse zu verbinden, und daher wird der Planetenträger 65 in einer Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung der Antriebswelle 3 zusammen mit der Antriebsscheibe 6 mit der Rotation des Sonnenzahnrads 64, das fest mit der Antriebswelle 3 verbunden ist, gedreht.
Bei dem stufenlos verstellbaren Getriebe T vom Metallriemen-Typ in der dritten Ausführung ist die Umlaufrichtung des Metallriemens 15 während der Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs entgegengesetzt zu der während der Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs in der oben erwähnten Art und Weise. Deshalb kann selbst, wenn der Krümmungsradius des in der Vorschubrichtung hinteren Endes a so gesetzt ist, dass er größer ist als der Krümmungsradius des in Vorschubrichtung vorderen Endes b des Metallelements 32 während der Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs, die Wirkung der vorliegenden Erfindung nicht zur Schau gestellt werden, da die Umlaufrichtung des Metallriemens 15 während der Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs umgekehrt ist. Jedoch fährt das Fahrzeug weniger häufig rückwarts als vorwärts und daher kann die Wirkung der vorliegenden Erfindung, wenn der Krümmungsradius des in Vorschubrichtung hinteren Endes a größer gewählt ist als der Krümmungsradius des in Vorschubrichtung vorderen Endes b des Metallelements 32 auf der Basis der Bewegungsrichtung des Metallelements 32 während der Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs, über die meiste Zeit der Fahrt des Fahrzeugs vorgezeigt werden.
Beispielsweise ist das hintere Ende a (in Vorschubrichtung) der Sattelfläche 44, das den großen Krümmungsradius hat, gleichzeitig mit dem Feinstanzen des Metallelements 32 in der Ausführung gefertigt, kann aber auch separat durch Bearbeiten gefertigt werden.
Die vorliegende Erfindung kann in andere spezifische Formen eingebettet werden, ohne von ihrem Sinn oder wesentlichen Merkmalen abzuweichen. Die hier offengelegten Ausführungen sind deshalb in jeder Hinsicht als beschreibend und nicht begrenzend anzusehen, wobei der Geltungsbereich der Erfindung anstatt durch die vorhergehende Beschreibung durch die angehängten Ansprüche angezeigt wird, und alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und dem Bereich der Gleichwertigkeit der Ansprüche liegen, sind deshalb darin eingeschlossen,

Claims

Riemen (15) für ein stufenlos verstellbares Getriebe, das eine Antriebsscheibe (6) und eine angetriebene Scheibe (11) besitzt, umfassend Metallringanordnungen (31), die jeweils aus einer Vielzahl von endlosen Metallringen (33) bestehen, die aufeinander geschichtet sind, und eine Vielzahl von Metallelementen (32), die jeweils Ringspalten (35) haben, wobei die Metallringanordnungen (31) in die Ringspalten (35) eingepaßt sind; wobei der Riemen (15) um die Antriebsscheibe (6) und die angetriebene Scheibe (11) gewunden ist, um eine Antriebskraft zwischen der Antriebsscheibe (6) und der angetriebene Scheibe (11) zu übertragen; dadurch gekennzeichnet, dass eine Sattelfläche (44) der Ringspalten (35), gegen die die innere Umfangsfläche der Metallringanordnungen (31) anliegt, so geformt ist, dass der Radius (a) einer hinteren Ecke größer ist als der Radius (b) der vorderen Ecke in Vorschubrichtung der Metallelemente (32).
Riemen (15) für ein stufenlos verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei jedes der Metallelemente (32) durch Stanzen eines Metallplattenmaterials geformt ist, und die hintere Ecke in Vorschubrichtung durch ein Stanzschergesenk während des Stanzens hergestellt wird.
Riemen (15) für ein stufenlos verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei der Riemen (15) in einem stufenlos verstellbaren Getriebe eines Fahrzeugs benutzt wird, und die Vorschubrichtung der Metallelemente (32) die Vorschubrichtung während der Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs ist.