DE60007043T2

DE60007043T2 - Riemen für ein stufenlos regelbares Getriebe

Info

Publication number: DE60007043T2
Application number: DE60007043T
Authority: DE
Inventors: Takamichi Wako-shi Shimada; Shigeru Wako-shi Kanehara
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-09-08
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2020-09-09
Also published as: US6626783B1; JP2001082550A; DE60007043D1; EP1083366B1; JP3737000B2; EP1083366A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein stufenlos verstellbares Getriebe, das einen Riemen, eine Metallringanordnung, die aus einer Vielzahl von endlosen übereinander geschichteten Metallringen besteht, und eine Vielzahl von Metallelementen umfasst, wobei jedes Metallelement Ringspalten hat, in welche die Metallringanordnung eingepasst ist, wobei der Riemen um eine Antriebsscheibe und eine angetriebene Scheibe gewunden ist, um eine Antriebskraft zwischen der Antriebsscheibe und der angetriebenen Scheibe zu übertragen.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Solch ein stufenlos verstellbares Getriebe ist bekannt aus der Japanischen Patentoffenlegungsschrift No. 2-225840, in welcher der Schwerpunkt des Metallelements in der Nähe, oder radial außerhalb (oberhalb), einer Schaukelkante gelegen ist, um die Lücke zu beseitigen, die zwischen den benachbarten Metallelementen in einem Gurtabschnitt gebildet wird, der sich von der angetriebenen Scheibe zur Antriebsscheibe erstreckt, und um die Metallelemente in einer richtigen Stellung, in der sie nicht vorwärts oder rückwärts geneigt sind, in Eingriff mit der Antriebsscheibe zu bringen.
Der Riemen des herkömmlich bekannten stufenlos verstellbaren Getriebes soll die Stellung des Metallelements in dem Gurtabschnitt stabilisieren, der sich von der angetriebenen Scheibe zur Antriebsscheibe erstreckt, bewirkt jedoch keine Stabilisation der Stellung des Metallelements, das in Eingriff mit der Scheibe ist.
Genauer gesagt, wenn das Metallelement, das mit der Scheibe in Eingriff ist, vorwärts oder rückwärts von einer radialen Richtung um die Rotationsachse der Scheibe verkippt wird, gibt es eine Möglichkeit, dass der Zustand des Metallelements, das mit der Scheibe in Eingriff ist, anomal wird, wobei die Stellung des Metallelements nicht nur instabil wird, sondern auch Vorder- und Hinterkanten der Sattelfläche des Metallelements in lokalen Kontakt mit der unteren Fläche der Metallringanordnung gebracht werden, was einen ungünstigen Einfluss auf die Haltbarkeit der Metallringanordnung hat. Die Richtung und die Größe von der Verkippung des Metallelements werden in Abhängigkeit von einer tangentialen Reibungskraft FV, die das Metallelement von der Kontaktfläche mit der Scheibe erhält, und von einer Drängkraft E bestimmt, die zwischen den jeweiligen Metallelementen herrscht. Der Hang des Metallelements zur Neigung ist besonders deutlich in einem Ausgangsbereich der angetriebenen Scheibe sichtbar. Der Grund dafür wird unten beschrieben.
Es ist bekannt, dass die tangentiale Reibungskraft FV, die von der Antriebsscheibe 6 oder der angetriebenen Scheibe 11 auf das Metallelement 32 (siehe 3) wirkt, im Ausgangsbereich der Antriebsscheibe 6 oder der angetriebenen Scheibe 11 groß ist (wie in 7A und 7B gezeigt), und einen Wert annimmt, der ungefähr viermal einem Wert ist, der erhalten wird, wenn die tangentiale Reibungskraft FV über den gesamten gekrümmten Bereich der Scheibe 6 oder 11 gemittelt verteilt wurde, aus einem Grund, dass die Scheibe 6 oder 11 verformt wurde, was zur Konzentration eines axialen Drucks führt, oder aus einem anderen Grund. Wie aus 3 ersichtlich, wirkt die tangentiale Reibungskraft FV auf das Metallelement derart, dass das Metallelement in Bewegungsrichtung vorwärts um den Schaukelmittelpunkt 44 fällt.
Zusätzlich, wie in 7B gezeigt, nimmt die Drängkraft E, die zwischen den Metallelementen 32 herrscht und die Neigung des Metallelements 32 verhindert, in dem Ausgangsbereich (Position b) der Antriebsscheibe 6 einen großen Wert an, ist aber 0 (Null) im Ausgangsbereich (Position d) der angetriebenen Scheibe 11. Wie aus 3 ersichtlich, wirkt eine radiale Reibungskraft E₁ auf die Vorder- und Hinterflächen des Metallelements 32 durch die Drängkraft E derart, dass das Metallelement 32 entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung um das Schaukelzentrum 44 fällt; nämlich derart, dass es einem durch die Reibungskraft FV erzeugten Moment entgegenwirkt. Deshalb wird das Metallelement am meisten in einer Position geneigt, in der die tangentiale Reibungskraft FV, die das Metallelement 32 vorwärts in der Bewegungsrichtung neigt, am größten ist und die Drängkraft E, welche die Neigung des Metallelements 32 verhindert, 0 (Null) ist, d.h. in dem Ausgangsbereich (der Position d) der angetriebenen Scheibe 11.
Als Grund dafür, warum der Spitzenwert der tangentialen Reibungskraft FV, die auf das Metallelement 32 von der angetriebenen Scheibe 11 wirkt, ungefähr viermal den Wert erreicht, der vorliegt, wenn die tangentiale Reibungskraft FV gemittelt über den gesamten gekrümmten Bereich der Scheibe 11 verteilt wurde, wird folgendes in Betracht gezogen:
8 zeigt die Ergebnisse der Messung der tangentialen Reibungskraft FV und der Drängkraft E zwischen den Metallelementen 32, um zu bestimmen, wie sie in Übereinstimmung mit einer Änderung im Rotationswinkel θ verändert werden. Punkte a, e, b, c, f und d auf den Achsen der Abszissen entsprechen jeweils den in 7B gezeigten Positionen. Wie in 9A und 9B gezeigt enthält ein Sensor zum Messen der Drängkraft E zwischen den Metallelementen 32 eine Anordnung, die eine Schiene umfasst, die in eine U-Form geformt ist und einen Dehnungsmesser, der an einer inneren Oberfläche der Schiene befestigt ist, und die in einer Aussparung angebracht ist, die sich in der Hauptfläche des Metallelements 32 befindet. Der Sensor misst die Drängkraft E basierend auf der, durch die Drängkraft E erzeugten, Biegung der Schiene. Wie in 10 gezeigt, enthält ein Sensor zum Messen der tangentialen Reibungskraft FV des Metallelements 32 Dehnungsmessstreifen, in einem Paar von Aussparungen befestigt sind, die sich in seitlich gegenüberliegenden Seiten eines Elementkörpers des Metallelements 32 befinden, und misst die tangentiale Reibungskraft FV basierend auf der, durch die tangentiale Reibungskraft FV erzeugten, Biegung des Elementkörpers. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass der Elementkörper durch einen axialen Druck gebogen wird, der von der V-Fläche der Scheibe auf das Element 32 übertragen wird und daher eine Ausgabe des Dehnungsstreifens eine Komponente enthält, die durch die tangentiale Reibungskraft FV hervorgerufen wird und eine Komponente (ein konstanter Wert), die durch den axialen Druck hervorgerufen wird, der von der V-Fläche der Scheibe übertragen wird.
Wie aus 7 und 8 ersichtlich, nimmt die tangentiale Reibungskraft FV in der Position d im Ausgangsbereich der angetriebenen Scheibe 11 einen Spitzenwert an und die Drängkraft E nimmt den Maximalen Wert in der Position f (Punkt P), nicht weit entfernt von der Position d an. Die Drängkraft zwischen den Metallelementen 32 wird durch die tangentiale Reibungskraft FV, die auf die Metallelemente 32 von der Scheibe wirkt, erzeugt und eine Änderungsrate in der Drängkraft E ist proportional zu der tangentialen Reibungskraft FV. Und zwar wird eine Gleichung dE/dθ = k×FV aufgestellt, worin Θ einen Rotationswinkel der Scheibe darstellt und k eine Konstante ist.
In 8 wird dE/dθ = 0 erstellt, wenn die Drängkraft E den maximalen Wert im Punkt P annimmt, und daher ist die tangentiale Reibungskraft FV gleich 0 (Null) am Punkt P. Wie oben beschrieben schließt der Graph der tangentialen Reibungskraft FV in 8 die Komponente ein, die von der tangentialen Reibungskraft FV herrührt und die Komponente, die von dem axialen Druck herrührt, der von der V-Fläche der Scheibe übertragen wird, jedoch kann eine wesentliche tangentiale Reibungskraft FV, die sich aus der Eliminierung der Komponente ergibt, die von dem axialen Druck herrührt, der von der V-Fläche der Scheibe übertragen wird, aus dem Punkt P bei dem dE/dθ gleich 0 (Null) ist, ermittelt werden, indem ein Punkt auf der Achse der Abszissen bestimmt wird, bei dem die tangentiale Reibungskraft FV gleich 0 (Null) ist.
Die tangentiale Reibungskraft FV, angenommen sie ist 0 (Null) am Punkt f, erreicht einen Spitzenwert A_MAX am Punkt d, der dem Ausgang der angetriebenen Scheibe 11 entspricht, aber ein Integrationswert der tangentialen Reibungskraft FV zwischen den Punkten f und d entspricht der Hälfte einer Fläche (A_MAX×L₁) eines Dreiecks, das als Basis den Abstand L₁ zwischen den Punkten f und d und als Höhe den Spitzenwert A_MAX hat (siehe einen schräg schraffierten Bereich in 8). Andererseits ist die tangentiale Reibungskraft gleichförmig in einem Bereich zwischen den Punkten c und d verteilt, der ein gekrümmter Bereich der angetriebenen Scheibe 11 ist. Wenn angenommen wird, dass ein mittlerer Wert der Reibungskraft FV A_AVE ist, entspricht ein Integrationswert der tangentialen Reibungskraft FV zwischen den Punkten c und d der Fläche A_AVE×L₂ eines Dreiecks, das als Basis den Abstand zwischen den Punkten c und d und als Höhe den mittleren Wert A_AVE hat. So kann gesehen werden, dass ein Wert A_MAX/A_AVE, der entsprechend (A_MAX×L₁)/2 = A_AVE×L₂ ist, annähernd gleich 4 ist, und dass der Spitzenwert A_MAX der tangentialen Reibungskraft FV ungefähr das Vierfache des Mittelwerts A_AVE ist.
Auf das Metallelement 32 wirkt die große tangentiale Reibungskraft FV im Ausgangsbereich der angetriebenen Scheibe 11, wo die Drängkraft E zwischen den Metallelementen 32 gleich 0 (Null) ist, wie oben beschrieben. Aus diesem Grund wird die Verkippung des Metallelements 32 durch die tangentiale Reibungskraft FV hervorgerufen, wobei der oben erwähnte Nachteil entsteht.
Die vorliegende Endung wurde mit Blick auf die obigen Umstände ausgeführt und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Neigung der Metallelemente, die mit der Scheibe in Eingriff sind, zu vermeiden, um die Haltbarkeit der Metallringanordnung zu verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um das obige Ziel zu erreichen, ist entsprechend der vorliegenden Erfindung ein stufenlosverstellbares Getriebe vorgesehen, das einen Riemen, eine Metallringanordnung, die eine Vielzahl von endlosen übereinander geschichteten Metallringen einschließt, und eine Vielzahl von Metallelementen umfasst, wobei jedes Metallelement Ringspalten hat, in welche die Metallringanordnung eingepasst ist, wobei der Riemen um eine Antriebsscheibe und eine angetriebene Scheibe gewunden ist, um eine Antriebskraft zwischen der Antriebsscheibe und der angetriebenen Scheibe zu übertragen, wobei das Metallelement eine Sattelfläche, gegen die eine untere Fläche der, in die Ringspalten eingepassten, Metallriemenanordnung anliegt, Scheibenanlageflächen, die unterhalb des Ringspalts vorgesehen sind, um gegen die Antriebsscheibe und gegen die angetriebene Scheibe anzuliegen, und eine Schaukelkante enthält, über welche die vorhergehenden und nachfolgenden Metallelemente relativ zueinander verkippt werden, wobei der Abstand A zwischen der Schaukelkante und der Sattelfläche des Metallelements und der Abstand L zwischen der Schaukelkante und dem Angriffspunkt der Reibungskraft auf der Scheibenanlagefläche des Metallelements so festgelegt sind, dass sie im wesentlichen gleich sind.
Deshalb kann der Reibungskraftangriffspunkt so nah wie möglich an die Schaukelkante gelegt werden, wobei das auf den Reibungskraftangriffspunkt wirkende Verkippungsmoment, das um die Schaukelkante durch eine tangentiale Reibungskraft erzeugt wird, reduziert wird. Als ein Ergebnis kann die, durch die tangentiale Reibungskraft verursachte, Verkippung auf ein Minimum unterdrückt werden, um die Stellung des Metallelements zu stabilisieren, selbst, wenn eine große tangentiale Reibungskraft auf den Reibungskraftangriffspunkt des Metallelements wirkt, und es ist möglich zu verhindern, dass eine obere Fläche der Metallringanordnung in Kontakt mit einer oberen Kante des Ringspalts gebracht wird, was die Haltbarkeit der Metallringanordnung reduziert.
Entsprechen einer Ausführung der vorliegenden Erfindung werden Gleichungen B/2 = A + L und t = 1.5 A aufgestellt, wenn der Abstand zwischen der Sattelfläche und dem unteren Ende der Scheibenanlagefläche des Metallelements durch B und die Dicke des Metallelements durch t gekennzeichnet ist, und die Abstände A und B sind so festgelegt, dass eine Gleichung 2 ≤ B/A ≤ 5 aufgestellt wird.
Mit der obigen Anordnung erfüllen der Abstand A zwischen der Schaukelkante und der Sattelfläche und der Abstand B zwischen der Sattelfläche und dem unteren Ende der Scheibenanlagefläche eine Gleichung B/A ≤ 5. Deshalb kann, selbst wenn die tangentiale Reibungskraft einen Spitzenwert in einem Ausgangsbereich der angetriebenen Scheibe erreicht, ein durch die Reibungskraft erzeugtes Verkippungsmoment, das bewirkt, dass das Metallelement in einer Bewegungsrichtung vorwärts geworfen wird, durch ein Verkippungsmoment unterdrückt werden, das durch eine in der radialen Richtung nach innen gerichtete Last in entgegengesetzter Richtung erzeugt wird, die von der Metallringanordnung an den Ringspalt übertragen wird, wobei zuverlässig das Fallen des Metallelements verhindert wird. Zusätzlich erfüllen die Abstände A und B die Beziehung 2 ≤ B/A, und daher ist es möglich zu verhindern, dass das Metallelement in dem Ausgangsbereich der angetriebenen Scheibe entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung gefallen ist und wirkungsvoll die Lücke zwischen den Metallelementen zu reduzieren, die in einem Gurtbereich, der sich von der angetriebenen Scheibe zur Antriebsscheibe erstreckt, einen Abstand voneinander haben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand einer Ausführung beschrieben, die in den anhängenden Zeichnungen gezeigt ist, in denen:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftübertragungssystems eines Fahrzeugs ist, das mit einem stufenlos verstellbaren Getriebe ausgerüstet ist;
2 eine Teilperspektivansicht eines Metallriemens ist;
3 eine vergrößerte Ansicht in Richtung des Pfeils 3 in 2 ist;
4 ein Graph ist, der einen geeigneten Bereich von B/A zeigt;
5 ein Diagramm zur Erklärung der Festlegung von B/A ≥ 2 ist;
6A und 6B Diagramme sind, wobei jedes eine geeignete Form eines Metallelements zeigt;
7A und 7B Diagramme sind, wobei jedes die Verteilungen einer tangentialen Reibungskraft des Metallelements und die Drängkraft zwischen den Metallelementen zeigt;
8 ein Graph ist, der die Ergebnisse der Messung der tangentialen Reibungskraft des Metallelements und der Drängkraft zwischen den Metallelementen zeigt;
9A und 9B Ansichten sind, die einen Sensor zum Messen der Drängkraft zwischen den Metallelementen zeigen; und
10 eine Ansicht ist, die einen Sensor zum messen der tangentialen Reibungskraft des Metallelements zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die Definition von Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen, einer lateralen Richtung und einer radialen Richtung eines Metallelements, die zur Beschreibung der Ausführung benutzt werden, ist in 2 gezeigt.
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 Starterkupplung 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 stationären 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 wirkenden 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 wirkenden hydraulischen Druck vorgespannt. Ein Metallriemen 15 ist um die Antriebsscheibe 6 und die angetriebene Scheibe 11 gewunden (siehe 2), und umfasst eine Vielzahl von Metallelementen 32, die auf einem Paar von linken und rechten Metallringanordnungen 31, 31 gelagert sind. Jede der gezeigten 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. Das Vorwärtsantriebsrad 16 und das Rückwärtsantriebsrad 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 die Kurbelwelle 1, den Dämpfer 2, die Antriebswelle 3, die Starterkupplung 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 wirkt, durch eine hydraulische Druckkontrolleinheit U₂ gesteuert, 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 ein, auf die Ölkammer 14 der angetriebenen Scheibe 11 wirkender hydraulischer Druck relativ zu einem auf die Ölkammer 9 der Antriebsscheibe 6 wirkenden 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 „NIEDRIG" gleichmäßig oder in der stufenlosen Art und Weise verändert. Auf der anderen Seite, wenn der auf die Ölkammer 9 der Antriebsscheibe 6 wirkende hydraulische Druck relativ zum auf die Ölkammer 14 der angetriebenen Scheibe 11 wirkenden 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 Metallriemen-Typ in Richtung "AD" gleichmäßig oder in der stufenlosen Art und Weise verändert.
Wie in 2 und 3 gezeigt, umfasst jedes der Metallelemente 32, das aus einer Metallplatte durch Stanzen oder Stempeln auf eine pressende Art und Weise geformt ist, einen im wesentlichen trapezförmigen Elementkörper 34 und einen im wesentlichen dreieckigen Zipfel 36, der mit einem oberen Teil des Elementkörpers 34 durch ein Paar von Ringspalten 35, 35 verbunden ist, in welche die Metallringanordnungen 31, 31 eingepasst sind. Der Elementkörper 34 ist an seinen lateral gegenüber liegenden Enden mit einem Paar von Riemenscheibenanlageflächen 37, 37 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 Bewegungsrichtung vorderen und hinteren Teilen mit einem Paar von vorderen und hinteren Hauptflächen 38 und 39 gebildet, die senkrecht zur Bewegungsrichtung sind. Eine geneigte Fläche 41 ist unter der in Vorschubrichtung vorderen Hauptfläche 38 mit einer sich lateral ausdehnenden Schaukelkante 40 gebildet, die dazwischen liegt. Weiterhin sind jeweils ein Vorsprung 42 und eine Aussparung 43 zur Aufnahme eines entsprechenden Vorsprungs von einem benachbarten Metallelement an den in Bewegungsrichtung vorderen und hinteren Hauptflächen 38 und 39 innerhalb des Bereichs des Zipfels 36 gebildet. Sattelflächen 46, 46, die untere Kanten der Ringspalten 35, 35 bilden, lagern jeweils untere Flächen der Metallringanordnungen 31, 31.
In den benachbarten Metallelementen 32, die auf einem Gurtbereich (Gurtbereich zum Übertragen einer Antriebskraft) liegen, der sich auf einer sich vorwärtsbewegenden Seite von der Antriebsscheibe 6 in Richtung der angetriebenen Scheibe 11 erstreckt, sind die vordere Hauptfläche 38 des nachfolgenden Metallelements 32 und die hintere Hauptfläche 39 des vorhergehenden Metallelements 32 in Anlagegegeneinander, wobei der vordere Vorsprung 42 des nachfolgenden Metallelements 32 in die hintere Aussparung 43 des vorhergehenden Metallelements 32 eingepasst ist, und in diesem Zustand wird die Antriebskraft übertragen. Die Metallelemente 32, die jeweils um die Antriebsscheibe 6 und die angetriebene Scheibe 11 gebogen sind, sind relativ zueinander um die Schaukelkante 40 gedreht versetzt und in einer radialen Richtung in einem Zustand angeordnet, in dem der Kontakt der Hauptflächen 38 und 39 miteinander gelöst wurde.
Die Neigung des Metallelements 32 in einer Verkippungsrichtung wird unten unter Bezug auf 3 betrachtet. Das Metallelement 32 hat eine Schaukelkante 40 auf seiner in Bewegungsrichtung vorderen Seite vorgesehen, um eine Neigung des Metallelements 32 in Verkippungsrichtung zuzulassen. Jedoch ist das Zentrum 44 der Drehbewegung des Metallelements 32, die gerade eine Verkippung bewirkt, eine, dem Zentrum bezüglich der Breite des Metallelements 32 entsprechende Stelle, die auf der hinteren Seite der Schaukelkante 40 liegt. Dies ist so, weil die Neigung des Metallelements mit dem Ringspalt 35, der über die Metallringanordnung 31 eingepasst ist verhindert wird, und daher ist die Neigung über einer Stelle, an der die Reaktionskraft, die auf die Metallringanordnung 31 wirkt, minimal ist, d.h., über dem Drehzentrum 44.
In einem Ausgangsbereich der angetriebenen Scheibe 11 nimmt die auf das Metallelement 32 wirkende tangentiale Reibungskraft FV einen Spitzenwert an, und die Drängkraft zwischen den Metallelementen 32 ist 0 (Null). Daher unterliegt das Metallelement 32 in dem Ausgangsbereich der angetriebenen Scheibe 11 einer stärksten Neigung.
3 zeigt das Gleichgewicht der Kräfte, die auf das Metallelement 32 mit einer Dicke t in dem Ausgangsbereich der angetriebenen Scheibe 11 wirken. Die tangentiale Reibungskraft FV die von der angetriebenen Scheibe 11 auf das Metallelement 32 wirkt, wirkt an einem Reibungskraftangreifpunkt 45, der im wesentlichen im Zentrum der Aufwärts- und Abwärtsrichtung der Scheibenanlagefläche 37 des Metallelements 32, und die Richtung der tangentialen Reibungskraft FV ist entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung, um das Vorrücken des Metallelements 32 zu verhindern. Wenn der Radius des Zentrums 44 der Drehbewegung der angetriebenen Scheibe 11 um eine Rotationsachse mit RL bezeichnet wird, und der Radius des Reibungskraftangriffpunkts 45 um die Rotationsachse der angetriebenen Scheibe 11 mit RV bezeichnet wird, ist der Abstand L zwischen der Schaukelkante 40 und des Reibungskraftangriffpunkts 45 gegeben durch "RL-RV". Deshalb wirkt durch die tangentiale Reibungskraft FV um das Drehzentrum 44 ein Moment FVxL entgegen dem Uhrzeigersinn auf das Metallelement 32. Dieses Moment FVxL entgegen dem Uhrzeigersinn bewirkt, dass das Metallelement 32 nach vorwärts verschoben wird (dass das radial äußere Ende, nämlich das obere Ende des Metallelements 32 nach vorwärts verschoben wird).
Wenn das Metallelement 32 nach vorwärts verschoben worden ist, wirkt eine in radialer Richtung nach innen gerichtete Last FL von der Metallringanordnung 31 auf eine Kante am hinteren Ende der Sattelfläche 46 und erzeugt um das Drehzentrum 44 ein Moment FLx(t/2) im Uhrzeigersinn. Deshalb wird, wenn das, durch die tangentiale Reibungskraft FV erzeugte, Moment und das, durch die in radialer Richtung nach innen gerichtete Last FL erzeugte, Moment miteinander ins Gleichgewicht gebracht werden, die folgende Gleichung aufgestellt: FVxL = FLx(t/2) (1)
Wenn ein Abstand zwischen der Schaukelkante 40 und der Sattelfläche 46 des Metallelements 32 mit A bezeichnet wird, ein Abstand zwischen der Sattelfläche 46 und dem unteren Ende der Scheibenanlagefläche 37 des Metallelements 32 mit B und ein Abstand zwischen der Schaukelkante 40 und dem Reibungskraftangriffspunkt 45 der Scheibenanlagefläche 37 des Metallelements 32 mit L, wird die folgende Gleichung aufgestellt, da, wie oben beschrieben, der Reibungskraftangriffspunkt 45 im wesentlichen im Zentrum der Aufwärts- und Abwärtsrichtung der Scheibenanlagefläche 37 liegt: B/2 = A + L (2)
Zusätzlich wird bei der vorliegenden Erfindung die folgende Gleichung zwischen der Dicke t des Metallelements 32 und dem Anstand A zwischen der Schaukelkante 40 und der Sattelfläche 46 aufgestellt: t = 1.5 A (3)
Deshalb wird, wenn eine Gleichung, die aus dem Einsetzen der Gleichungen (2) und (3) in die Gleichung (1) resultiert, nach B/A aufgelöst wird, um t und L zu eliminieren, die folgende Gleichung vorgesehen: B/A = 2 + 1.5 (FL/FV) (4)
Ein in 4 gezeigter Graph wird durch Aufzeichnen von Werten von B/A erzeugt, die von der obigen Gleichung (4) erhalten werden, indem eine in radialer Richtung nach innen gerichtete Last FL und eine tangentiale Reibungskraft FV, die beim Betrieb eines stufenlos verstellbaren Getriebes T vom Metallriemen-Typ erzeugt wird, bei einer Eingangsrotationsgeschwindigkeit von 6000 rpm und einem Verhältnis von 0.61 mit variiertem Eingangsdrehmoment (ein Maximalwert von 14.3 kgfm). In diesem Fall ist die Dicke t des Metallelements 32 1.5 mm; und die in Gleichung (4) verwendete tangentiale Reibungskraft FV ist ein Spitzenwert der tangentialen Reibungskraft FV, der im Ausgangsbereich der angetriebenen Scheibe 11 erzeugt wird (ein Wert ungefähr viermal einem Wert, der erhalten wurde unter der Annahme, dass die tangentiale Reibungskraft FV über den gesamten gekrümmten Bereich der angetriebenen Scheibe 11 gemittelt verteilt wurde).
Wie aus 4 ersichtlich nimmt der Wert von B/A mit einem Anstieg im Eingangsdrehmoment ab. Wenn das Eingangsdrehmoment einen der härtesten Betriebsbedingung entsprechenden Maximalwert von 14.3 kgfm erreicht, ist FV gleich 10.84 kgf ( ein Spitzenwert), und FL ist gleich 22.66 kgf und infolgedessen ist B/A gleich 5. Wenn der Wert von B/A kleiner oder gleich 5 festgelegt ist, kann in der vorliegenden Erfindung nämlich das Moment FLx(t/2), das durch die in radialer Richtung nach innen gerichtete Last FL erzeugt wird, sogar in dem Ausgangsbereich der angetriebenen Scheibe, die sich in Höchstgeschwindigkeits betrieb befindet, in dem die Betriebsbedingung am härtesten ist, und in dem die tangentiale Reibungskraft FV einen Spitzenwert erreicht, der ungefähr viermal einem Mittelwert ist, auf einen Wert größer als derjenige des durch die tangentiale Reibungskraft FV erzeugten Moments FVxL gesteigert werden, um die Verkippung des Metallelements 32 zu verhindern.
Andererseits ist der untere Grenzwert von B/A definiert durch 2 ≤ B/A. Der Grund dafür wird unten beschrieben.
5 zeigt einen Augenblick, zu dem das Metallelement 32, das einen auf 2 festgelegten Wert von B/A hat (nämlich B = 2A und L = 0), die angetriebene Scheibe 11 verlässt. Das Festlegen von B = 2A gewährleistet, dass der Reibungskraftangriffspunkt 44, an dem die tangentiale Reibungskraft FV von der angetriebenen Scheibe 11 auf das Metallelement 32 wirkt, mit dem Drehzentrum 44 zusammenfällt und infolgedessen ist das Verkippungsmoment 0 (Null), das durch die tangentiale Reibungskraft FV um das Drehzentrum 44 erzeugt wird.
Mittlerweile ist bekannt, dass in einem Gurtbereich von der angetriebenen Scheibe 11 zur Antriebsscheibe 6 eine Lücke zwischen den benachbarten Metallelementen 32 gebildet wird. Um das Metallelement 32 in korrekten Eingriff mit der Antriebsscheibe 6 zu bringen ist es notwendig die Lücke zu schließen vor dem in Eingriff Kommen des Metallringelements 32 mit der Angriffsscheibe 6. Zu diesem Zweck wird auf das, die angetriebene Scheibe 11 verlassende, Metallelement 32 ein Verkippungsmoment in einer Richtung, um das Metallelement 32 in Bewegungsrichtung vorwärts zu verschieben, angewendet, so dass das Metallelement 32 durch das Verkippungsmoment in Bewegungsrichtung vorwärts vorgespannt wird, um die Lücke zu schließen.
Wenn jedoch der Wert von B/A kleiner als 2 festgelegt ist, sind die Schaukelkante 40 und das Drehzentrum 44 nach unten nach 40' und 44' verschoben, und die tangentiale Reibungskraft FV wirkt auf das Metallelement 32, um das Metallelement 32 entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung um ein neues Drehzentrum 44' zu verschieben. Aus diesem Grund ist es fehlgeschlagen die zwischen den Metallelementen 32 gebildete Lücke zu schließen. Daher ist es notwendig den unteren Grenzwert von B/A durch 2 ≤ B/A zu definieren.
Entsprechend dem Vorhergesagten wird ein geeigneter Bereich für den Wert von B/A durch den folgenden Ausdruck wiedergegeben, der in 4 als ein netzförmig gezeichneter Bereich dargestellt ist: 2 ≤ B/A ≤ 5 (5)
6B zeigt die Form eines Herkömmlichen Metallelements 32. in diesem Metallelement 32 ist der Abstand A zwischen der Schaukelkante 40 und der Sattelfläche 46 auf 1.253 mm festgelegt, und der Abstand L zwischen der Schaukelkante 40 und dem Reibungskraftangriffspunkt 45 ist auf 2.174 mm festgelegt. Daher ist der Abstand L wesentlich größer als der Anstand A.
Andererseits ist der Ausdruck 2 ≤ B/A ≤ 5 in dem in 6 gezeigten Metallelement 32 in der vorliegenden Ausführung erfüllt und die Höhe der Scheibenanlagefläche 37 des Metallelements 32 ist auf einen Wert kleiner als derjenige im herkömmlichen Metallelement verringert, wobei die Position des Reibungskraftangriffpunktes 45 aufwärts zu einem Punkt nahe der Schaukelkante 40 verschoben ist. Als ein Ergebnis ist der Abstand A zwischen der Schaukelkante 40 und der Sattelfläche 46 auf 1.000 mm festgelegt, und der Abstand L zwischen der Schaukelkante 40 und dem Reibungskraftangriffspunkt 45 ist auf 1.153 mm festgelegt. Daher sind der Abstand L und der Abstand A im wesentlichen gleich zueinander.
Wie aus dem Vergleich der 6A und 6B miteinander ersichtlich, ist in dem herkömmlichen Metallelement (siehe 6B), in dem der Abstand L zwischen der Schaukelkante 40 und dem Reibungskraftangriffspunkt 45 größer, ein großes Verkippungsmoment wirkt durch die auf den Reibungskraftangriffspunkt 45 wirkende tangentiale Reibungskraft FV um das Drehzentrum 44, wobei die Höhe des Metallelements 32, das mit der angetriebenen Scheibe 11 in Eingriff ist, gezwungenermaßen instabil ist. Andererseits ist in dem Metallelement (siehe 6A) in der vorliegenden Ausführung, in welcher der Abstand L kleiner als im konventionellen Metallelement ist, das Verkippungsmoment kleiner, da die Abstände L und A im wesentlichen gleich sind, und folglich ist die Höhe des Metallelements 32, das mit der angetriebenen Scheibe 11 in Eingriff ist, stabil. Weiterhin sind die Kanten der Sattelflächen 46, 46 durch die Höhenstabilität des Metallelements 32 davor geschützt in starken Kontakt mit den unteren Flächen der Metallringanordnungen 31, 31 gebracht zu werden, was zu einer Verbesserung der Haltbarkeit der Metallringanordnungen 31, 31 führt.
Insbesondere das Festlegen von 2 ≤ B/A ≤ 5 gewährleistet, dass ein durch die tangentiale Reibungskraft FV zur Verschiebung des Metallelements 32 erzeugtes Verkippungsmoment sogar dann, wenn eine große tangentiale Reibungskraft FV auf das Metallelement 32 im Ausgangsbereich der angetriebenen Scheibe 11 wirkt, durch ein Verkippungsmoment unterdrückt werden kann, das durch die, in der radialen Richtung nach innen gerichtete Last in entgegengesetzter Richtung erzeugt wird, die bewirkt, dass die Metallringanordnungen 31, 31 auf die Sattelflächen 46, 46 drücken, wobei die Verschiebung des Metallelements 32 zuverlässig verhindert wird, und ebenso das Metallelement 32 daran hindert im Ausgangsbereich der angetriebenen Scheibe 11 entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung verschoben zu werden. Folglich kann die Lücke zwischen den Metallelementen 32 im Gurtbereich, der sich von der angetriebenen Scheibe 11 zur Antriebsscheibe 6 erstreckt, wirkungsvoll verringert werden.
Es wird daher deutlich gemacht, dass, wie oben besprochen, entsprechend der vorliegenden Erfindung der Abstand A zwischen der Schaukelkante und der Sattelfläche des Metallelements und der Abstand L zwischen der Schaukelkante und dem Reibungskraftangriffspunkt der Scheibenanlagefläche des Metallelements so festgelegt sind, dass sie im wesentlichen gleich sind. Folglich kann der Reibungskraftangriffspunkt äußerst nah an die Schaukelkante gelegt werden, wodurch das Verkippungsmoment, das durch die auf den Reibungskraftangriffspunkt wirkende tangentiale Reibungskraft um die Schaukelkante erzeugt wird, verringert wird. Als ein Ergebnis kann die Verkippung, die durch die tangentiale Reibungskraft verursacht wird sogar dann auf ein Minimum unterdrückt werden, um die Höhe des Metallelements zu stabilisieren, wenn eine große tangentiale Reibungskraft auf den Reibungskraftangriffspunkt des Metallelements wirkt, und es ist möglich eine obere Fläche der Metallringanordnung daran zu hindern in Kontakt mit der oberen Kante des Ringspalts gebracht zu werden, was die Haltbarkeit der Metallringanordnung verringert.
Entsprechend einer Ausführung der vorliegenden Erfindung erfüllen der Abstand A zwischen der Schaukelkante und der Sattelfläche und der Abstand B zwischen der Sattelfläche und dem unteren Ende der Scheibenanlagefläche die Beziehung B/A ≤ 5. Folglich kann das durch die tangentiale Reibungskraft erzeugte und zur Verschiebung des Metallelements vorwärts in der Bewegungsrichtung wirkende Verkippungsmoment sogar dann durch ein Verkippungsmoment, das durch die in der radialen Richtung nach innen gerichtete Last, die von der Metallringanordnung zu dem Ringspalt übertragen wird, in entgegengesetzter Richtung erzeugt wird, unterdrückt werden, wenn die tangentiale Reibungskraft den Spitzenwert in dem Ausgangsbereich der angetriebenen Scheibe erreicht, wodurch zuverlässig die Verschiebung des Metallelements verhindert wird. Zusätzlich erfüllen die Abstände A und B die Beziehung 2 ≤ B/A und folglich ist es möglich das Metallelement daran zu hindern im Ausgangsbereich der angetriebenen Scheibe entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung verschoben zu werden und die Lücke zwischen den Metallelementen, die im Gurtbereich, der sich von der angetriebenen Scheibe zur Antriebsscheibe erstreckt, voneinander einen Abstand haben, wirkungsvoll zu reduzieren.
Obwohl die Ausführung der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass verschiedene Modifikationen im Design gemacht werden können, ohne vom Gegenstand der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung auch auf solch eine Modifikation anwendbar, bei der das Metallelement 32 nur einen Ringspalt 35 in seiner Mitte hat, obwohl das Metallelement 32 in der Ausführung ein Paar von Ringspalten 35, 35 umfasst. In diesem Fall ist die Anzahl der Metallringanordnungen 31, die auf dem Element 32 angebracht und in den Ringspalt 35 eingepasst sind, ebenfalls 1.
Um die Neigung eines Metallelements, das mit einer Scheibe in Eingriff ist, zu vermeiden, um die Haltbarkeit einer Metallringanordnung eines stufenlos verstellbaren Getriebes zu verbessern, dadurch dass das Metallelement so gestaltet ist, dass, wenn ein Abstand zwischen einer Schaukelkante und einer Sattelfläche eines Metallelements durch A repräsentiert ist, ein Abstand zwischen der Sattelfläche und einem unteren Ende einer Scheibenanlagefläche durch B repräsentiert ist, ein Abstand zwischen der Schaukelkante und einem Reibungskraftangriffspunkt der Scheibenanlagefläche durch L repräsentiert ist, und die Dicke des Metallelements durch t repräsentiert ist, werden Gleichungen B/2 = A + L und t = 1.5 A aufgestellt. In dieser Metallringanordnung werden Abstände A und B so festgelegt, dass eine Beziehung 2 ≤ B/A ≤ 5 aufgestellt wird. So kann die Verschiebung des Metallelements sogar dann verhindert werden, wenn die tangentiale Reibungskraft, die in einem Ausgangsbereich einer angetriebenen Scheibe auf den Reibungskraftangriffspunkt wirkt, einen Spitzenwert erreicht, und es ist möglich das Metallelement daran zu hindern in dem Ausgangsbereich der angetriebenen Scheibe entgegengesetzt zu einer Bewegungsrichtung verschoben zu werden, wobei die Lücke zwischen den Metallelementen in einem Gurtbereich auf einer Rückkehrseite des Metallriemens verringert wird.

Claims

Ein stufenlos verstellbares Getriebe (T) umfassend: einen Riemen (15), eine Metallringanordnung (31), die eine Vielzahl von endlosen, aufeinander geschichteten Metallringen (33) umfasst, und eine große Anzahl von Metallelementen (32), wobei jedes einen Ringspalt (35) hat, in den die Metallringanordnung (31) eingepaßt ist, wobei der Riemen (15) um eine Antriebsscheibe (6) und eine angetriebene Scheibe (11) gewunden ist, um eine Antriebskraft zwischen der Antriebsscheibe und der angetriebenen Scheibe zu übertragen; und wobei das Metallelement (32) umfasst: eine Sattelfläche (46), auf der eine untere Fläche der in dem Ringspalt (35) eingepaßten Metallringanordnung (31) aufgenommen wird, Scheibenanlageflächen (37), die unterhalb des Spalts (35) vorgesehen sind, um gegen die Antriebsscheibe (6) und gegen die angetriebene Scheibe (11) anzuliegen, und eine Schaukelkante (40) über die benachbarte Metallelemente (32) relativ zueinander verkippt werden, wobei der Abstand A zwischen der Schaukelkante (40) und der Sattelfläche (46) des Metallelements (32) und der Abstand L zwischen der Schaukelkante (40) und dem Punkt der Anwendung der Reibungskraft (45) auf die Scheibenanlagefläche (37) des Metallelements (32) so festgelegt sind, dass sie im wesentlichen gleich sind.
Ein stufenlos verstellbares Getriebe (T) gemäß Anspruch 1, wobei jedes Metallelement (32), das eine Dicke t und einen Abstand B zwischen der Sattelfläche (46) und dem unteren Ende der Scheibenanlagefläche (37) hat, entsprechend der Gleichungen: B/2 = A + L und t = 1.5 A geformt ist und die Abstände A und B so festgelegt sind, dass das Verhältnis B/A 2 ≤ B/A ≤ 5 ist.