DE60215592T2

DE60215592T2 - Riemen für ein stufenlos regelbares Getriebe

Info

Publication number: DE60215592T2
Application number: DE60215592T
Authority: DE
Inventors: Shigeru 4-1 Chuo 1-chome Wako-shi Kanehara
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2002-08-07
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: CA2397011C; EP1283379B1; TW531607B; JP2003056649A; EP1283379A2; US20030040387A1; CN1401921A; US6896633B2; CA2397011A1; EP1283379A3; CN1189682C; DE60215592D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Riemen für ein stufenlos verstellbares Getriebe, enthaltend eine Metallringanordnung und eine Mehrzahl von Metallelementen, die aus Kohlenstoffstahl gebildet und an der Metallringanordnung angebracht sind. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Riemen mit einer Kohlenstoffkonzentration in einer Vertiefung des Metallelements, welche geringer ist als in anderen Abschnitten des Metallelements. In Bezug auf die DE 10139123 in Deutschland, und NL 1018895 in den Niederlanden, hat der Anmelder den Umfang der vorliegenden Anmeldung freiwillig eingeschränkt, und für DE und NL separate Ansprüche vorgelegt.
Beschreibung der verwandten Technik
Herkömmlich ist als Metallelement bei der Bildung eines Riemens für ein stufenlos verstellbares Getriebe ein Metallelement verwendet worden, das hergestellt wird, in dem Kohlenstoffstahl, wie etwa z. B. SKS95 = Japanische Industrienorm (JIS) einer Härtungs- und Temperungsbehandlung unterzogen wird. Die Oberflächenhärte des herkömmlichen Metallelements wird erhalten, in dem man während der Härtungsbehandlung für zumindest 15 Minuten den Kohlenstoffstahl bei einer Temperatur gleich oder größer als einer Austenitisierungtemperatur hält, die angenähert 750°C beträgt.
Das herkömmliche Metallelement enthält einen Elementkörper, der eine Keilfläche eines Riemens abstützt, einen Hals, der sich von einem seitlich mittleren Abschnitt des Elementkörpers nach radial auswärts erstreckt, sowie ein Ohr, das zur radial äußeren Seite des Halses führt. Die Metallringanordnung wird in einen Ringschlitz eingesetzt, der durch den Elementkörper, den Hals und das Ohr definiert ist. Weil sich eine Spannung am Boden des Ringschlitzes konzentriert, insbesondere an seiner ersten Verbindung zwischen dem Elementkörper und dem Hals sowie an einer zweiten Verbindung zwischen dem Ohr und dem Hals, sind an den Spannungskonzentrationsbereichen des Ringschlitzes und der Unterschneidungen ausgebildet, um die Spannungskonzentration darin zu lindern.
Von den oben beschriebenen zwei Verbindungen tritt die Spannungskonzentration typischerweise an der radial inneren Seite auf, insbesondere der ersten Verbindung zwischen dem Elementkörper und dem Hals. Die erste Verbindung unterliegt, im Hinblick auf die Festigkeit, den harschesten Bedingungen. Die japanische Gebrauchsmusterschrift Nr. 5-14028 offenbart einen Riemen, dessen Festigkeit durch Abrundung des Rahmens, der an der Rahmenverbindung ausgebildeten Unterschneidungsabschnitte verbessert ist.
Die Oberfläche des Metallelements, die hergestellt wird, in dem der Kohlenstoffstahl der Härtungs- und Temperungsbehandlung unterzogen wird, erhält einen hohen Härtegrad, der für eine verbesserte Haltbarkeit gegenüber Verschleiß sorgt. Unglücklicherweise reduziert die erhöhte Härte die Zähigkeit des Metallelements, das dann, aufgrund der Spannungskonzentration, leicht einem Bruch oder dergleichen unterliegt. Daher ist es im Hinblick darauf, dass die Zähigkeit des Kohlenstoffstahls durch Reduzieren der Karbonisierung an der Oberfläche davon verbessert werden kann, denkbar, die Ermüdungsfestigkeit und Stoßfestigkeit des Metallelements zu verbessern, in dem die Zähigkeit der Abschnitte des Metalls, an denen sich die Spannung typischerweise konzentriert, erhöht wird. die EP-A-0468770 offenbart einen Riemen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Dort ist das Metallelement aus Stahl hergestellt, und die Vertiefungen können mit Eisen- oder Kupferpulver für einen glatten Betrieb des Riemens gefüllt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Zähigkeit der bekannten Abschnitte eines Metallelements, an denen sich Spannung konzentriert, zu verbessern, während die Verschleißbeständigkeit des Metallelements sichergestellt wird, um hierdurch die Haltbarkeit des Metallelements zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch einen Riemen für stufenlos verstellbares Getriebe gemäß Anspruch 1 gelöst.
Das Getriebe umfasst: eine Metallringanordnung und eine Mehrzahl von Metallelementen, die aus Kohlenstoffstahl gebildet und auf der Metallringanordnung angebracht sind, worin eine Kohlenstoffkonzentration in einer Vertiefung, die in jedem Metallelement vorgesehen ist und in der sich Spannung konzentriert, in Bezug auf die Kohlenstoffkonzentration in anderen Abschnitten jedes Metallelements verringert ist, um die Zähigkeit der Vertiefung zu verbessern, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Vertiefung integral durch das Kohlenstoffmaterial des Metallelements ausgebildet ist.
Wie oben diskutiert, ist die Kohlenstoffkonzentration in der Vertiefung des Metallemelements geringer als in anderen Abschnitten des Metallelements. Daher ist es möglich, die Zähigkeit der Vertiefung, in der sich die Spannung konzentriert, zu verbessern, um die Ermüdungsfestigkeit und die Stoßfestigkeit des Metallelements zu erhöhen, während eine hohe Oberflächenhärte jener Abschnitte beibehalten wird, in der sich die Spannung nicht konzentriert, um die Verschleißbeständigkeit sicherzustellen. Obwohl die Vertiefung, deren Zähigkeit durch Reduzieren der Kohlenstoffkonzentration darin erhöht ist, ferner eine verringerte Oberflächenhärte erhält, kontaktiert die Vertiefung kaum mit einem anderen Element, um hierdurch das Problem des erhöhten Verschleißes aufgrund verringerter Oberflächenhärte zu vermeiden.
Bevorzugt ist durch Abtragen einer Oberfläche der Vertiefung, nachdem das Metallelement einer thermischen Behandlung unterzogen worden ist, die Kohlenstoffkonzentration in der Vertiefung niedriger als die Kohlenstoffkonzentration in anderen Abschnitten jedes Metallelements.
In dieser Ausführung wird das Metallelement einer thermischen Behandlung unterzogen, und dann wird die Oberfläche der Vertiefung abgetragen, so dass die Vertiefung eine Kohlenstoffkonzentration hat, die niedriger ist als jene der anderen Abschnitte des Metallelements.
Bevorzugt wird die Oberfläche der Vertiefung des Metallelements durch einen Wasserstrahl abgetragen.
In dieser Ausführung wird mittels eines effizienten und raschen Prozesses die Oberfläche der Vertiefung, in der sich die Spannung konzentriert, durch den Wasserstrahl abgetragen oder entfernt.
Bevorzugt wird die Vertiefung des Metallelements während der thermischen Behandlung des Metallelements einer Antikarbonisierungsbehandlung unterzogen.
In dieser Ausführung wird die Vertiefung, in der sich die Spannung konzentriert, während der thermischen Behandlung des Metallelements einer Antikarbonisierungsbehandlung unterzogen. Im Ergebnis sinkt die Kohlenstoffkonzentration in der Vertiefung unter die Kohlenstoffkonzentration in den anderen Abschnitten des Metallelements, um hierdurch die Zähigkeit der Vertiefung zu verbessern.
Bevorzugt ist die Vertiefung des Metallelements eine Wurzel eines Eingriffsvorsprungs, der in eine Eingriffsbohrung eines benachbarten Metallelements eingesetzt ist.
In dieser Ausführung wir die Verbindungsoberfläche zwischen dem Elementkörper und dem Hals abgetragen, um hierdurch die Zähigkeit der Verbindung, an der sich die Spannung konzentriert, zu verbessern.
Bevorzugt ist die Vertiefung des Metallelements eine Wurzel eines Eingriffsabschnitts, der in eine Eingriffsbohrung eines benachbarten Metallelements eingesetzt ist.
Mit der obigen Anordnung wird die Oberfläche der Wurzel des Eingriffsvorsprungs, der in die Eingriffsbohrung des benachbarten Metallelements einzusetzen ist, entfernt, um hierdurch die Zähigkeit der Wurzel, an der sich die Spannung konzentriert, zu verbessern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich, worin:
1 ist ein schematisches Diagramm eines Kraftübertragungssystems in einem Fahrzeug, das ein stufenlos verstellbares Getriebe aufweist;
2 ist eine Perspektivansicht eines Abschnitts eines Metallriemens, der in dem in 1 gezeigten Kraftübertragungssystem des stufenlos verstellbaren Getriebes verwendet wird;
3 ist eine Vorderansicht eines Metallelements des in 2 gezeigten Metallriemens;
4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 in 3;
5 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Oberflächenhärte des Metallelements und der Festigkeit einer Wurzel eines Halses zeigt;
6 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Abstand von der Oberfläche des Metallelements und der Härte zeigt;
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess zur Herstellung des Metallelements zeigt;
8 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess zur Herstellung eines Metallelements einer zweiten Ausführung zeigt; und
9 ist eine Vorderansicht eines Metallelements gemäß einer dritten Ausführung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
Eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung wird in Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben.
Die Begriffe vorwärts, rückwärts, links, rechts, radial auswärts und radial einwärts sind in 2 definiert.
1 zeigt ein schematisches Diagramm eines in einem Automobil angebrachten stufenlos verstellbaren Metallkeilriemengetriebes T. Eine Eingangswelle 3, die durch einen Dämpfer 2 mit einer Kurbelwelle 1 eines Motors E verbunden ist, ist durch eine Anfahrkupplung 4 mit einer Antriebswelle 5 des stufenlos verstellbaren Metallriemengetriebes T verbunden. Eine an der Antriebswelle 5 angebrachte Antriebsriemenscheibe 6 enthält eine stationäre Riemenscheibenhälfte 7, die an der Antriebswelle 5 gesichert ist und eine bewegliche Riemenscheibenhälfte 8, die zu der stationären Riemenscheibenhälfte 7 hin und von dieser weg beweglich ist. Die bewegliche Riemenscheibenhälfte 8 wird durch einen an eine Ölkammer 9 angelegten Hydraulikdruck zu der stationären Riemenscheibenhälfte 7 gedrückt.
Eine Abtriebsriemenscheibe 11, die an einer parallel zur Antriebswelle 5 angeordneten Abtriebswelle 10 angebracht ist, enthält eine stationäre Riemenscheibenhälfte 12, die an der Abtriebswelle 10 gesichert ist und eine bewegliche Riemenscheibenhälfte 13, die zu der stationären Riemenscheibenhälfte 12 hin und von dieser weg beweglich ist. Die bewegliche Riemenscheibenhälfte 13 wird durch einen an eine Ölkammer 14 angelegten Hydraulikdruck zu der stationären Riemenscheibenhälfte 12 hin gedrückt. Ein Metallriemen 15, der eine Mehrzahl von Metallelementen 32 aufweist, die an einem Paar linker und rechter Metallanordnungen 31, 31 angebracht sind, verläuft zwischen der Antriebsriemenscheibe 6 und der Abtriebsriemenscheibe 11. Siehe 2. Jede Metallringanordnung 31 hat eine Mehrzahl von, z. B. nur 12 Metallringen 33, die aufeinander geschichtet sind.
Ein Vorwärts-Antriebsrad 16 zur Vorwärtsbewegung eines Fahrzeugs und ein Rückwärts-Antriebsrad 17 zur Rückwärtsbewegung des Fahrzeugs sind an der Abtriebswelle 10 relativ drehbar gelagert und können durch einen Selektor 18 wahlweise mit der Abtriebswelle 10 gekoppelt werden. Ein Vorwärts-Abtriebsrad 20, das mit dem Vorwärtsantriebsrad 16 kämmt, und ein Rückwärts-Abtriebsrad 22, das mit dem Rückwärtsantriebsrad 17 durch ein Rückwärtszwischenrad 31 kämmt, sind an einer Ausgangswelle 19 gesichert, die parallel zur Abtriebswelle 10 angeordnet ist.
Die Drehung der Ausgangswelle 19 wird durch ein Endantriebsrad 22 und ein Endabtriebsrad 24 zu einem Differenzial 25 eingegeben. Die Drehung wird dann durch linke und rechte Achsen 26, 26 auf Antriebsräder W, W übertragen.
Eine Antriebskraft von dem Motor E wird auf die Abtriebswelle 10 durch die Kurbelwelle 1, die Dämpfer 2, die Eingangswelle 3, die Anfahrkupplung 4, die Antriebswelle 5, die Antriebsriemenscheibe 6, den Metallkeilriemen 15 und die Abtriebsriemenscheibe 11 übertragen. Wenn ein Vorwärts-Fahrbereich gewählt ist, wird die Antriebskraft von der Abtriebswelle 10 durch das Vorwärts-Antriebsrad 13 und das Vorwärts-Abtriebsrad 20 auf die Ausgangswelle 19 übertragen, um das Fahrzeug vorwärts zu bewegen. Wenn ein Rückwärtsfahrbereich gewählt ist, wird die Antriebskraft von der Abtriebswelle 10 durch das Rückwärtsantriebsrad 17, das Rückwärts-Zwischenrad 21 und das Rückwärts-Abtriebsrad 22 auf die Ausgangswelle 19 übertragen, um das Fahrzeug rückwärts zu bewegen.
In diesem Prozess werden die Hydraulikdrücke, die an die Ölkammer 9 in der Antriebsriemenscheibe 6 und die Ölkammer 14 in der Abtriebsriemenscheibe 11 angelegt werden, durch eine Hydraulikdrucksteuereinheit U2, die durch einen Befehl von einer elektronischen Steuereinheit U1 betätigt wird, geregelt. Dementsprechend wird das Gangänderungsverhältnis des Getriebes T stufenlos reguliert. Insbesondere wenn der Hydraulikdruck, der an die Ölkammer 14 in der Antriebsriemenscheibe 11 angelegt wird, relativ zu dem Hydraulikdruck, der an die Ölkammer 9 in der Abtriebsriemenscheibe 6 angelegt wird, erhöht wird, nimmt die Nutbreite der Abtriebsriemenscheibe 11 ab, um hierdurch den Wirkradius zu vergrößern. Dementsprechend wird die Nutbreite der Antriebsriemenscheibe 6 vergrößert, um hierdurch den Wirkradius zu reduzieren. Daher wird das Gangänderungsverhältnis des stufenlos verstellbaren Metallriemengetriebes T stufenlos zu "niedrig" verändert. Wenn andererseits der Hydraulikdruck, der an die Ölkammer 6 in der Antriebsriemenschscheibe 6 angelegt wird, relativ zu dem Hydraulikdruck, der an die Ölkammer in der Abtriebsriemenscheibe 11 angelegt wird, erhöht wird, wird die Nutbreite der Antriebsriemenscheibe 6 verringert, um hierdurch den Wirkradius zu vergrößern. Dementsprechend wird die Nutbreite der Abtriebsriemenscheibe 11 vergrößert, um hierdurch den Wirkradius zu reduzieren. Daher wird das Gangänderungsverhältnis des stufenlos verstellbaren Metallriemengetriebes T stufenlos zu "OD" verändert.
Wie in den 2 bis 4 gezeigt, enthält jedes Metallelement 32, das aus einem Metallblech ausgestanzt ist, einen im wesentlichen trapezartigen Elementkörper 34, einen Hals 36, der zwischen einem Paar linker und rechter Ringschlitze 35, 35 angeordnet ist, die die Metallringanordnungen 31, 31 aufnehmen, sowie ein im wesentlichen dreieckiges Ohr 37, das mit einem oberen Abschnitt des Elementkörpers 34 durch den Hals 36 verbunden ist. Der Elementkörper 34 hat ein Paar von Riemenscheibenanlageflächen 39, 39, die an seitlich äußeren Enden gebildet sind und die Keilflächen 38, 38 der Antriebsriemenscheibe 6 und der Abtriebsriemenscheibe 11 abstützen. Siehe 3. Das Metallelement 32 hat ein Paar vorderer und hinterer Hauptflächen 40f, 40r, die jeweils an vorderen und hinteren Seiten in Bezug auf eine Laufrichtung des Metallelements 32 ausgebildet sind, derart, dass die vorderen und hinteren Hauptflächen 40f, 40r orthogonal zur Laufrichtung des Metallelements und relativ zueinander parallel sind. Eine Schrägfläche 42 ist an der Vorderseite relativ zur Laufrichtung und unter der vorderen Hauptfläche 40f mit einem dazwischen angeordneten sich seitlich erstreckenden Sperrrand 41 ausgebildet. Ferner sind ein Eingriffsvorsprung 43f und eine Eingriffsbohrung 43r, die im Querschnitt kreisförmig sind und lose ineinander gesetzt sind, an der Vorderseite, das heißt der vorderen Hauptfläche 40f und der Rückseite, das heißt der hinteren Hauptfläche 40r des Ohrs 37 ausgebildet, um zwei benachbarte Metallelemente 32, 32 längs miteinander zu koppeln. Radial innere Ränder und radial äußere Ränder der Ringschlitze 35, 35 werden Sattelflächen 44, 44 bzw. untere Ohrflächen 45, 45 genannt. Die Innenumfangsoberflächen der Metallringanordnungen 31, 31 stützen die Sattelflächen 44, 44 ab. Ein kleiner Spalt ist zwischen jeder der Außenumfangsoberflächen der Metallringanordnungen 31, 31 und jeder der unteren Ohrflächen 45, 45 vorgesehen.
Erste Unterschneidungsabschnitte 46, 46, die eine Bogenform haben, sind an einem ersten Verbindungsabschnitt zwischen dem Elementkörper 34 und dem Hals 36 des Metallelements 32 definiert. Das heißt, der erste Verbindungsabschnitt ist in dem Boden der Ringschlitze 35, 35 ausgebildet. zweite Unterschneidungsabschnitte 47, 47, die bogenförmig sind, sind an einem zweiten Verbindungsabschnitt zwischen dem Elementkörper 34 und dem Ohr 37 definiert. Das heißt, der zweite Verbindungsabschnitt ist in der Oberseite der Ringschlitze 35, 35 ausgebildet. Die ersten und zweiten Unterschneidungsabschnitte 46, 46 und 47, 47 sind jeweils vorgesehen, um die Ermüdungsfestigkeit des Metallelements 32 zu verbessern, in dem die Spannungskonzentration an der ersten Verbindung zwischen dem Elementkörper 34 und dem Hals 36 sowie an der zweiten Verbindung zwischen dem Elementkörper 34 und dem Ohr 37 zu lindern. Insbesondere wird die Spannungskonzentration an oberen und unteren Ecken der Ringschlitze 35, 35 gelindert. Ein Paar von Vertiefungen 48, 48 ist an seitlich entgegengesetzten Seiten einer radialen Innenseite des Elementkörpers 34 des Metallelements 32 definiert.
5 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem oberen Grenzwert für die Oberflächenhärte des Metallelements 32 nach thermischer Behandlung und die Stoßfestigkeit einer Wurzel des Halses 36 des Metallelements 32 zeigt. Aus dem Graph von 5 ist ersichtlich, dass, je höher die Oberflächenhärte des Metallelements 32 ist, desto niedriger die Stoßfestigkeit ist. Die durch die weißen Kreise repräsentierten Daten entsprechen den Fällen, wo die Anzahl der thermisch Einsatz-behandelten Metallelemente 32 gleich oder kleiner als zehntausend ist. Die durch die schwarzen Kreise repräsentierten Daten entsprechen Fällen, wo die Anzahl der thermisch Einsatz-behandelten Metallelemente 32 gleich oder größer als fünfzigtausend ist. Die Stoßfestigkeit sinkt, wenn die Anzahl der thermisch Einsatz-behandelten Metallelemente zunimmt, weil die Gleichmäßigkeit der thermischen Behandlung nicht konstant ist.
6 zeigt die Beziehung zwischen dem Abstand zwischen der Oberfläche des Metallelements 32 nach der thermischen Behandlung und der Härte, gemessen in einer Mittelposition des Eingriffsabschnitts 43f mit kreisförmigen Querschnitt an einer Position, die um 0,2 mm von der Mittelposition nach oben (radial auswärts) versetzt ist, in einer Position, die um 0,2 mm von der Mittelposition nach unten (radial einwärts) versetzt ist, und in einer allgemeinen Position. 6 zeigt klar, dass die Härte des Metallelements 32 an jeder der Vorder- und Rückseiten proportional zur Zunahme des Abstands von der Oberfläche abnimmt, wenn der Abstand im Bereich von 0,1 bis 0,2 mm liegt.
Wenn daher ein Abschnitt der Oberfläche des Metallelements 32, bei dem Oberflächenhärte durch die thermische Behandlung erhöht ist, entfernt wird, wird die Härte des entsprechenden Abschnitts reduziert, um hierdurch die Zähigkeit des entsprechenden Abschnitts zu verbessern. Abschnitte des Metallelements, die eine verbesserte Zähigkeit erfordern, sind jene Abschnitte, an denen sich die Spannung gerne konzentriert und die im Hinblick auf die Ermüdung der Festigkeit und Stoßfestigkeit harschen Bedingungen unterliegen. Insbesondere sind die Spannungskonzentrationsabschnitte die schraffierten Bereiche, die in den 3 und 4 gezeigt sind. Insbesondere sind die Spannungskonzentrationsabschnitte die ersten Unterschneidungsabschnitte 46, 46 an der Wurzel des Hals 36 des Metallelements 32, eine Wurzel 49 des Eingriffsvorsprungs 43f, und die Vertiefung 48, 48 in dem Elementkörper 34, und sie werden durch Wasserstrahl, z. B. auf eine Tiefe von angenähert 50 μm entfernt.
Nachfolgend wird ein Prozess zur Herstellung des Metallelements 32 in Bezug auf 7 beschrieben.
Ein Material für das Metallelement 32 ist ein bandförmiges Blechmaterial, das eine Dicke von angenähert 1,5 mm hat, das hergestellt ist, in dem ein Barren aus Mn oder Cr haltigem Kohlenstoffstahl (z. B. SKS95) heiß gewalzt wird, und dann einer Kugelglühbehandlung unterzogen wird. Insbesondere sorgt das Heißwalzen für eine Struktur, die Zementitphasen aufweist, die netzartig an den Korngrenzen einer Perlitmatrix des Barrens präzipitiert sind. Die anschließende Kugelglühbehandlung sorgt für eine Struktur, die in einer Ferritphase dispergierte Zementitphasen aufweisen.
Zuerst wird in Schritt S1 ein Metallelement 32 aus einem bandförmigen Blechmaterial, das eine Dicke von angenähert 1,5 mm hat, durch Feinstanzen ausgestanzt. In Schritt S2 wird das Metallelement 32 einer thermischen Behandlung unterzogen, einschließlich Härtung und Temperung. Eine Temperatur, die höher ist als ein Austenitumwandlungspunkt (z. B. 800°C) genügt als die Heiztemperatur während der Härtung. Die Heiztemperatur wird für eine vorbestimmte Zeit beibehalten, und danach wird das Metallelement einer Ölhärtung unterzogen. Es ist wünschenswert, die anschließende Temperung bei niedriger Temperatur (z. B. 180°C) durchzuführen. Die Oberfläche des Stahls wird durch thermische Behandlung in einem Atmosphärengras karbonisiert, das durch Modifizieren von Propan und Butan mit Luft hergestellt ist. Als Ergebnis der Karbonisierung erhält das Metallelement 32 eine Struktur, wo die sphärischen Zementitphasen in einer Martensitmatrix dispergiert sind. Die Martensitmatrix ist ein Faktor, der die Härte des Stahls mit zunehmender Kohlenstoffkonzentration erhöht, aber die Zähigkeit verschlechtert.
Zusätzlich wird bei der Karbonisierung des Stahls das in dem Stahl enthaltene Mn oder Cr durch eine relativ kleine Wassermenge (H₂O) und Kohlendioxid (CO₂), das in dem Atmosphärengas enthalten ist, oxidiert, wodurch ein durch MN_xO_y oder Cr_xO_y repräsentiertes Korngrenzoxid an der Oberfläche des Stahls reduziert wird. Das Korngrenzoxid ist auch ein Faktor bei der Verschlechterung der Zähigkeit und der Ermüdungsfestigkeit des Stahls.
Anschließend wird das Metallelement 32 in Schritt S3 grob trommelpoliert. In Schritt S4 werden die ersten Unterschneidungsabschnitte 46, 46 an der Wurzel des Hals 36 des Metallelements 32, der Wurzel 49 des Eingriffsvorsprungs 43f und der Vertiefungen 48, 48 in dem Elementkörper 34 durch Wasserstrahlbehandlung entfernt, z. B. auf eine Tiefe von angenähert 50 μm. Siehe die schraffierten Bereiche, die in den 3 und 4 dargestellt sind. Bei der Wasserstrahlbehandlung wird glasperlenhaltiges Wasser unter hohem Druck aus einer Einspritzdüse auf die Oberfläche des Metallelements 32 gespritzt, das durch die Glasperlen und die Glasperlenfragmente entfernt wird. Schließlich wird in Schritt S5 das Metallelement 32 durch End-Trommelpolieren poliert.
Wie oben beschrieben, werden durch Entfernen der Oberfläche der ersten Unterschneidungsabschnitte 46, 46 an der Wurzel des Hals 36 des Metallelements 32, der Wurzel 49 des Eingriffsvorsprungs 43f, und der Vertiefungen 48, 48 in dem Elementkörper 34, das heißt, der Abschnitte des Metallelements 32, in denen sich die Spannung konzentriert, die identifizierten Abschnitte mit hoher Kohlenstoffkonzentration entfernt, um die Zähigkeit, Ermüdungsfestigkeit und die Stoßfestigkeit des Metallelements 32 zu verbessern. In dem oben beschriebenen Prozess wird auch Korngrenzoxid aus Mn_xO_y oder Cr_xO_y an der Oberfläche, das ein Faktor ist, der die Zähigkeit und Ermüdungsfestigkeit des Metallelements 32 verschlechtert, ebenfalls entfernt, um hierdurch die Haltbarkeit des Metallelements 32 weiter zu verbessern.
Bereiche des Metallelements 32, die keiner Wasserstrahlbehandlung unterzogen worden sind, behalten eine hohe Oberflächenhärte und hohe Verschleißbeständigkeit gegenüber jeglichem Kontakt mit benachbarten Metallelementen 32. Die Wurzel 49 des Eingriffsvorsprungs 43f des Metallelements 32 hat eine geringere Härte, weil die Oberfläche davon entfernt worden ist, um die Zähigkeit zu verbessern. Wenn daher die Wurzel 49 des Eingriffsvorsprungs 43, die die verringerte Härte hat, mit dem Umfang der Eingriffsbohrung 43r, die eine höhere Härte hat, in Kontakt gebracht wird, könnte sich die Wurzel 49 leicht abnutzen. Jedoch ist in der vorliegenden Ausführung, wie 4 vergrößert gezeigt, der Krümmungsradius Rr des Umfangs der Eingriffsbohrung 43r größer als der Krümmungsradius Rf der Wurzel 49 des Eingriffsvorsprungs 43f. Dementsprechend kann die Wurzel 49 des Eingriffsvorsprungs 43f nicht mit dem Umfang der Eingriffsbohrung 43r in Kontakt gebracht werden, um hierdurch das Abnutzen oder Erodieren der Wurzel 49 zu verhindern.
Wie oben beschrieben, wird durch Absenken der Kohlenstoffkonzentration in jenen Abschnitten der Oberflächen des Metallelements 32, an denen sich die Spannung konzentriert, so, dass sie niedriger ist als die Kohlenstoffkonzentration in den anderen Abschnitten, die Verschleißbeständigkeit des Gleitabschnitts des Metallelements 32, einhergehend mit der Ermüdungsfestigkeit und Stoßfestigkeit jener Abschnitte des Metallelements 32, an denen sich die Spannung konzentriert, sichergestellt. Ferner sind die Abschnitte mit der reduzierten Oberflächenhärte die Vertiefungen in dem Metallelement 32, welche die Abschnitte sind, die nur schwer mit den anderen Abschnitten in Kontakt kommen, um hierdurch das Problem eines erhöhten Verschleißes aus der reduzierten Härte zu vermeiden.
Nun wird eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf 8 beschrieben.
In der bevorzugten Ausführung werden die Abschnitte der Oberflächen entfernt, um die Kohlenstoffkonzentration nach der thermischen Behandlung des Metallelements 32 zu reduzieren. Jedoch wird in der zweiten Ausführung die Kohlenstoffkonzentration des Metallelements 32 durch eine andere Technik reduziert.
Zuerst wird ein Metallelement 32 aus bandförmigem Blechmaterial durch Feinstanzen in Schritt S11 ausgestanzt. Das Metallelement wird in Schritt S12 grob trommelpoliert. Die ersten Unterschneidungsabschnitte 46, 46 an der Wurzel des Halters 36 des Metallelements 32, der Wurzel 49 des Eingriffsvorsprungs 43f und der Vertiefungen 48, 48 in dem Elementkörper 34 werden in Schritt S13 kupferplattiert oder mit einem Gemisch aus Kupferpulver und Flüssigglas beschichtet. Das Metallelement 32 wird in Schritt S14 einer thermischen Behandlung unterzogen, einschließlich Härtung und Temperung. Die mit Kupfer beschichteten Abschnitte karbonisieren nur schwer, weil sie während der thermischen Behandlung nicht mit dem Atmosphärengas in Kontakt stehen. Daher erhalten diese Abschnitte eine Kohlenstoffkonzentration, die niedriger ist als in dem anderen Abschnitt, was in einer verbesserten Zähigkeit resultiert. Anschließend wird das Metallelement 32 in Schritt S15 einer Wasserstrahlbehandlung unterzogen und dann in Schritt 16 durch End-Trommelpolieren poliert. Die Wasserstrahlenbehandlung in der zweiten Ausführung wird ausgeführt, um Grate von dem Metallelement 32 zu entfernen, anstatt zur Entfernung bestimmter Abschnitte des Metallelements 32.
Nachfolgend wird eine dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf 9 beschrieben.
Ein Endlosriemen 15 enthält eine einzelne Metallringanordnung 31 und eine Mehrzahl von Metallelementen 32, die an der einzigen Metallringanordnung 31 angebracht sind. Jene Abschnitte des Metallelements 32 in der dritten Ausführung, die den Abschnitten des Metallelements 32 in der bevorzugten Ausführung entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszahlen und Symbolen bezeichnet.
Das Metallelement 32 enthält ein Paar von Ohren 37, 37 die sich von seitlich entgegengesetzten Enden des Elementkörpers 35 radial auswärts erstrecken, mit einem dazwischen angeordneten Paar von Hälsen 36, 36. Die Metallringanordnung 31 ist in einen Ringschlitz 35 aufgenommen, der durch den Elementkörper 34 und das Paar von Hälsen 36; 36 definiert ist. Entgegengesetzte Seitenränder eines Halterings 50 greifen in Sperrnuten 51, 51 ein, die in entgegensetzten seitlich inneren Oberflächen der Ohren 37, 37 definiert sind, um hierdurch die Metallringanordnung 31 über einer Außenumfangsoberfläche zu halten. Durch Absenken der Kohlenstoffkonzentration die in den Spannungskonzentrationsabschnitten des Metallelements 32, die in 9 schraffiert sind, gezeigt sind, d. h. von Oberflächen von Unterschneidungsabschnitten 52, 52 an seitlich entgegengesetzten Enden des Ringschlitzes 35 und der Wurzel 49, 49 der Eingriffsvorsprünge 43f, 43f, unter jener in den Oberflächen der anderen Abschnitte durch die gleiche Technik, wie in der bevorzugten oder zweiten Ausführung, werden die Ermüdungsfestigkeit und Stoßfestigkeit des Metallelements 32 verbessert, während die Verschleißbeständigkeit des Metallelements 32 sichergestellt wird.
Obwohl die Ausführungen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben worden sind, versteht es sich für einen normalen Fachmann, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungen beschränkt sind. Es können verschiedene Modifikationen in der oben beschriebenen strukturellen Konstruktion vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der in den folgenden Ansprüchen genannt ist. Zum Beispiel ist das granuläre Material, das in das Wasser für die Wasserstrahlbehandlung eingebracht wird, nicht auf die Glasperlen beschränkt. Stattdessen könnte Aluminiumoxid, Stahlkugeln, Gußeisenpulver und Keramik, wie etwa Zirkonium verwendet werden. Es besteht die Möglichkeit, das Erzeugen einer Restkompressionsbelastung an der entfernten Oberfläche des Metallelements zu verhindern, in dem eines der oben aufgelisteten granulären Materialien ausgewählt wird und der Wasserinjektionsdruck geregelt wird. Ferner kann die Kohlenstoffkonzentration in den Oberflächen der zweiten Unterschneidungsabschnitte 47, 47 des Metallelements 32 in der bevorzugten Ausführung unter jene in den Abschnitten abgesenkt werden, und die Kohlenstoffkonzentration in den Oberflächen des Paars von Sperrnuten 51, 51 und des Paars von Vertiefungen 48, 48 in dem Metallelement 32 in der dritten Ausführung kann unter jene in den anderen Abschnitten gesenkt werden. Siehe 9.
Ein Riemen für ein stufenlos verstellbares Getriebe enthält eine Metallringanordnung und eine Mehrzahl von Metallelementen, die aus Kohlenstoffstahl gebildet sind und auf der Metallriemenanordnung angebracht sind. Eine Vertiefung des Metallelements, an der sich eine Spannung konzentriert, nämlich Unterschneidungsabschnitte einer Wurzel eines Halses, einer Wurzel eines Eingriffsabschnitts und von Vertiefungen eines Elementkörpers, werden entfernt. Die Kohlenstoffkonzentration in den entfernten Abschnitten ist niedriger als in den anderen Abschnitten, um hierdurch die Zähigkeit, Ermüdungsfestigkeit und Stoßfestigkeit zu verbessern, während die Oberflächenhärte von Abschnitten, an denen sich die Spannung nicht konzentriert, auf hohem Niveau gehalten wird, um hierdurch einen verschleißbeständigen Riemen zu erhalten.

Claims

Riemen für ein stufenlos verstellbares Getriebe, umfassend: eine Metallringanordnung (31), die aus einer Mehrzahl von aufeinander geschichteten Metallringen (23) hergestellt ist, und eine Mehrzahl von Metallelementen (32), die aus Kohlenstoffstahl gebildet und an der Metallringanordnung (31) angebracht sind, worin eine Kohlenstoffkonzentration in einer Vertiefung (46, 48, 49, 52), die in jedem Metallelement (32) vorgesehen ist und in der sich Spannung konzentriert, in Bezug auf die Kohlenstoffkonzentration in anderen Abschnitten jedes Metallelements (32) verringert ist, um die Zähigkeit der Vertiefung (46, 48, 49, 52) zu verbessern, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Vertiefung (46, 48, 49, 52) integral durch das Kohlenstoffmaterial des Metallelements (32) ausgebildet ist.
Riemen nach Anspruch 1, worin die Vertiefung (46) eine Verbindung zwischen einem Elementkörper (34) und einem Hals (36) jedes Metallelements ist.
Riemen nach Anspruch 1, worin die Vertiefung (49) eine Wurzel eines Eingriffsvorsprungs ist, der in eine Eingriffsbohrung eines benachbarten Metallelements eingesetzt werden kann.
Riemen nach Anspruch 1, worin die Vertiefung (48) an seitlich entgegengesetzten Seiten einer radialen Innenseite eines Elementkörpers (34) jedes Metallelements definiert ist.
Verfahren zur Herstellung eines Riemens, wie er in einem der Ansprüche 1 bis 4 definiert ist, worin durch Entfernung einer Oberfläche der Vertiefung (46, 48, 49, 52), nachdem das Metallelement (32) einer thermischen Behandlung unterzogen ist, die Kohlenstoffkonzentration in der Vertiefung (46, 48, 49, 52) niedriger ist als die Kohlenstoffkonzentration in anderen Abschnitten jedes Metallelements (32).
Verfahren nach Anspruch 5, worin die Oberfläche der Vertiefung (46, 48, 49, 52) durch einen Wasserstrahl entfernt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Riemens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Vertiefung (46, 48, 49, 52) während der thermischen Behandlung des Metallelements einer Anti-Karbonisierungsbehandlung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, worin angenähert 50 μm der Oberfläche entfernt werden.