DE69920122T2

DE69920122T2 - Stufenlos regelbares Getriebe

Info

Publication number: DE69920122T2
Application number: DE69920122T
Authority: DE
Inventors: Hideaki Wako-shi Yoshida; Takamichi Wako-shi Shimada
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-09-02
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2019-08-31
Also published as: DE69920122D1; EP0984198B1; US6270437B1; JP2000074151A; EP0984198A1; JP3901356B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein stufenloses Getriebe gemäß dem Oberbegrff des Anspruchs 1 sowie ein stufenloses Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2.
Beschreibung des Standes der Technik
Da die Haltbarkeit von Riemen für ein solches stufenloses Getriebe hauptsächlich durch die Haltbarkeit der Metallringe bestimmt ist, wurden Versuche unternommen, die Haltbarkeit durch Vergrößerung der lateralen Breite der Metallringe und damit Verringerung der Zugbelastung zu verbessern.
Ferner beschreibt die japanische Patent-Veröffentlichung Nr. 5-48364 (= US-A-4 619 634) einen Fall, in welchem die Metallringe an einer Bewegung in Richtung der Halsabschnitte der Metallelemente gehindert werden, indem der Umfang des Metallrings, welcher im Kontakt mit den mit einer Balligkeit versehenen Sattelflächen der Metallelemente ist, so gesetzt wird, dass er an der lateral äußeren Seite kurz und an der lateral inneren Seite lang ist.
Tritt zwischen der Antriebsriemenscheibe und der angetriebenen Riemenscheibe ein Versatz auf, der mit einer Änderung des Übersetzungsverhältnisses des stufenlosen Getriebes einhergeht, so bewegen sich die Metallringe in einer lateralen Richtung in die Ringschlitze der Metallelemente. Daher wird dann, wenn die laterale Breite der Metallringe bei dem Versuch, die Haltbarkeit dieser zu verbessern, vergrößert wird, ein Problem dahingehend verursacht, dass die lateralen Kanten der Metallringe in Kontakt mit den Halsabschnitten der Metallelemente oder den V-Flächen der Riemenscheiben gelangen und verschleißen. Darüber hinaus tritt ein Problem dahingehend auf, dass aufgrund der Vergrößerung der lateralen Breite der Metallringe beim Auftreten eines Versatzes die lateral innere Kante der Metallringe in einem großen Ausmaß über die Sattelflächen der Metallelemente überhängt, so dass eine Biegebelastung auf die Metallringe ausgeübt wird, wodurch deren Haltbarkeit reduziert wird.
Ferner liegt in dem in der oben erwähnten Veröffentlichung beschriebenen Fall das Problem vor, dass es bei einem Versatz zwischen Antriebsriemenscheibe und angetriebener Riemenscheibe schwierig ist, mit Bestimmtheit zu verhindern, dass die Metallringe in Kontakt mit den Halsabschnitten der Metallelemente oder den V-Flächen der Riemenscheiben gelangen, und die Sicherstellung der maximalen Kraftübertragungskapazität des Metallriemens wird nicht betrachtet.
Die US-A-4 619 634 (6) offenbart ein stufenloses Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, in welchem die Metallringe auf konvexen Sattelflächen laufen und eine dementsprechend gekrümmte Form aufweisen, wodurch verhindert wird, dass die Ringe in Kontakt mit dem Halsabschnitt der Metallelemente gelangen.
Ferner offenbart die EP-A-95 257 ein stufenloses Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2, wobei der Metallring in einem zusammengebauten Zustand im Wesentlichen die gesamte Sattelfläche der Metallelemente bedeckt und an seinen beiden lateralen Kanten in Halteschlitzen gehalten ist.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die oben erwähnten Umstände entstanden und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Übertragungskapazität und die Haltbarkeit des Metallriemens zu steigern, indem ein geeigneter Wert für das durch Dividieren der lateralen Breite der Sattelfläche des Metallelements durch die laterale Breite des Metallrings bestimmte Kontaktverhältnis definiert wird.
Um die oben erwähnte Aufgabe zu lösen, stellt die Erfindung ein stufenloses Getriebe gemäß dem Anspruch 1 bereit.
Tritt zwischen der Antriebsriemenscheibe und der angetriebenen Riemenscheibe ein Versatz auf, so ist die untere Grenze als ein Kontaktverhältnis definiert, bei welchem die lateral äußeren Kanten der Metallringe in Kontakt mit den V-Flächen der Antriebsriemenscheibe oder der angetriebenen Riemenscheibe gelangen.
Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein stufenloses Getriebe gemäß Anspruch 2 bereit.
Tritt zwischen der Antriebsriemenscheibe und der angetriebenen Riemenscheibe ein Versatz auf, so ist die untere Grenze als ein Kontaktverhältnis definiert, bei welchem die äußere laterale Kante des Metallrings in Kontakt mit den Halsabschnitten an der anderen Seite gelangt.
Durch allmähliches Vergrößern der lateralen Breite der Metallringe in einem Zustand, in welchem die lateral äußeren Kanten der Metallringe in Kontakt mit den V-Flächen der Riemenscheiben sind, um das Kontaktverhältnis allmählich zu reduzieren, wird eine positive prozentuale Veränderung der Kraftübertragungskapazität beibehalten. Durch allmähliches Vergrößern der lateralen Breite der Metallringe in einem Zustand, in welchem die lateral inneren Kanten der Metallringe in Kontakt mit den Halsabschnitten der Metallelemente sind, um das Kontaktverhältnis allmählich zu verringern, steigt als ein Ergebnis die prozentuale Veränderung der Kraftübertragungskapazität allmählich von der negativen Seite aus an und wird bei einem vorbestimmten Kontaktverhältnis positiv. Indem daher das vorbestimmte Kontaktverhältnis, bei welchem die prozentuale Änderung der Kraftübertragungskapazität sich vom Negativen zum Positiven ändert, als das maximale Kontaktverhältnis gesetzt wird, kann verhindert werden, dass die prozentuale Änderung der Kraftübertragungskapazität negativ wird, und somit wird eine Verschlechterung der Übertragungskapazität und der Haltbarkeit der Metallringe verhindert.
Wird das Kontaktverhältnis durch ein weiteres Vergrößern der lateralen Breite der Metallringe weiter reduziert, so kann, da die lateral äußeren Kanten der Metallringe in Kontakt mit den V-Flächen der Riemenscheiben gelangen, durch Setzen des Kontaktverhältnisses an diesem Punkt als das minimale Kontaktverhältnis, eine Verschlechterung der Haltbarkeit aufgrund der Berührung der lateralen Kanten der Metallringe mit den Halsabschnitten der Metallelemente oder den V-Flächen der Riemenscheiben verhindert werden.
Wird die untere Grenze des Kontaktverhältnisses unter Berücksichtigung des Versatzes der Antriebsriemenscheibe und der angetriebenen Riemenscheibe gesetzt, so kann selbst dann, wenn ein Versatz auftritt, verhindert werden, dass die lateralen Kanten der Metallringe in Kontakt mit den Halsabschnitten der Metallelemente oder den V-Flächen der Riemenscheiben gelangen.
Durch allmähliches Vergrößern der lateralen Breite des Metallrings, in einem Zustand, in welchem eine laterale Kante des Metallrings in Kontakt mit den Halsabschnitten an einer Seite der Metallelemente ist, so dass das Kontaktverhältnis allmählich verringert wird, wird die prozentuale Änderung der Kraftübertragungskapazität allmählich vom Negativen aus größer und wird im Ergebnis bei einem vorbestimmten Kontaktverhältnis positiv. Indem daher das vorbestimmte Kontaktverhältnis, bei welchem die prozentuale Änderung der Kraftübertragungskapazität sich vom Negativen zum Positiven ändert, als das maximale Kontaktverhältnis gesetzt wird, kann verhindert werden, dass die prozentuale Änderung der Kraftübertragungskapazität negativ wird und somit kann eine Verschlechterung der Übertragungskapazität und der Haltbarkeit des Metallrings verhindert werden.
Wird das Kontaktverhältnis durch weiteres Vergrößern der lateralen Breite des Metallrings weiter reduziert, so kann, da die andere laterale Kante des Metallrings in Kontakt mit den Halsabschnitten der anderen Seite der Metallelemente gelangt, durch Setzen des Kontaktverhältnisses an diesem Punkt als die untere Grenze des Kontaktverhältnisses eine Verschlechterung der Haltbarkeit aufgrund der Berührung der lateralen Kanten des Metallrings mit den rechten oder den linken Halsabschnitten der Metallelemente verhindert werden.
Das untere Grenzkontaktverhältnis wird unter Berücksichtigung eines Versatzes zwischen der Antriebsriemenscheibe und der angetriebenen Riemenscheibe gesetzt und selbst dann, wenn ein Versatz vorliegt, kann verhindert werden, dass die lateralen Kanten des Metallrings in Kontakt mit den rechten oder den linken Halsabschnitten der Metallelemente gelangen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 bis 8 illustrieren eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1 ist ein Umrissdiagramm eines Kraftübertragungssystems eines Fahrzeugs, in welchem ein stufenloses Getriebe montiert ist.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils des Metallriemens.
3 ist eine Illustration, welche einen Zustand zeigt, in dem eine Metallringanordnung sich lateral nach außen bewegt hat.
4 ist eine Illustration, welche einen Zustand zeigt, in welchem eine Metallringanordnung sich lateral nach innen bewegt hat.
5 ist eine Illustration zum Erläutern des Versatzes zwischen einer Antriebsriemenscheibe und einer angetriebenen Riemenscheibe.
6 ist ein Graph, welcher die Veränderung des Betrags des lateralen Hubs der Metallringanordnung sowie den Versatz illustriert.
7 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen dem Kontaktverhältnis und der prozentualen Änderung der Übertragungskapazität in einem Zustand illustriert, in welchem die Metallringanordnung sich lateral nach außen bewegt hat.
8 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen dem Kontaktverhältnis und der prozentualen Änderung der Übertragungskapazität in einem Zustand illustriert, in welchem die Metallringanordnung sich lateral nach innen bewegt hat.
9 und 10 illustrieren eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Querschnittsansicht eines Metallriemens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine Ansicht, welche einen Zustand zeigt, in welchem eine laterale Kante der Metallringanordnung in Kontakt mit dem Halsabschnitt an einer Seite des Metallelements ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1 zeigt einen Umriss der Struktur eines stufenlosen Getriebes vom Metallriementyp T, welches in einem Kraftfahrzeug montiert ist, in dem eine Eingangswelle 3, die mit der Kurbelwelle 1 eines Motors E über eine Dämpfereinrichtung 2 verbunden ist, mit einer Antriebswelle 5 des stufenlosen Getriebes T vom Metallriementyp über eine Startkupplung 4 verbunden ist. Eine Antriebsriemenscheibe 6, welche an der Antriebswelle 5 montiert ist, umfasst eine stationäre Riemenscheibenhälfte 7, welche an der Antriebswelle 5 befestigt ist, sowie eine bewegliche Riemenscheibenhälfte 8, welche auf die stationäre Riemenscheibenhälfte 7 zu und von dieser weg bewegbar ist. Die bewegliche Riemenscheibenhälfte 8 wird mittels eines auf eine Ölkammer 9 ausgeübten hydraulischen Drucks zur stationären Riemenscheibenhälfte 7 hin gedrückt.
Eine angetriebene Riemenscheibe 11, welche an einer parallel zur Antriebswelle 5 positionierten angetriebenen Welle 10 montiert ist, umfasst eine stationäre Riemenscheibenhälfte 12, welche an der angetriebenen Welle 10 befestigt ist, und eine bewegliche Riemenscheibenhälfte 13, welche zu der stationären Riemenscheibenhälfte 12 hin und von dieser weg bewegbar ist. Die bewegliche Riemenscheibenhälfte 13 wird mittels eines auf eine Ölkammer 14 ausgeübten hydraulischen Drucks zur stationären Riemenscheibenhälfte 12 hin gedrückt. Ein Metallriemen 15, welcher dadurch gebildet ist, dass eine große Anzahl von Metallelementen 32 an einem Paar rechter und linker Metallringanordnungen 31, 31 getragen sind (siehe 2), ist sowohl um die Antriebsriemenscheibe 6 als auch um die angetriebene Riemenscheibe 11 herum gewunden. Jede Metallringananordnung 31 ist durch Schichten von beispielsweise zwölf Schichten von Metallringen 33 gebildet.
Die angetriebene Welle 10 trägt ein Vorwärtsantriebsrad 16 und ein Rückwärtsantriebsrad 17 in relativ drehbarer Weise. Das Vorwärtsantriebsrad 16 und das Rückwärtsantriebsrad 17 können mittels einer Auswahleinrichtung 18 wahlweise mit der angetriebenen Welle 10 verbunden werden. Eine parallel zur angetriebenen Welle 10 angeordnete Ausgangswelle 19 ist mit einem angetriebenen Rad 20 für den Vorwärtsbetrieb, das mit dem Vorwärtsantriebsrad 16 kämmt, und mit einem angetriebenen Rad 21 für den Rückwärtsbetrieb, welches mit dem Rückwärtsantriebsrad 17 über das Laufrad 21 kämmt, befestigt.
Die Rotation der Ausgangswelle 19 wird über ein letztes Antriebsrad 23 und ein letztes angetriebenes Rad 24 in ein Differential 25 eingegeben und wird von dort über rechte und linke Achsen 26, 26 auf angetriebene Räder W, W übertragen.
Die Antriebskraft des Motors E wird somit auf die angetriebene Welle 10 über die Kurbelwelle 1, den Dämpfer 2, die Eingangswelle 3, die Startkupplung 4, die Antriebswelle 5, die Antriebsriemenscheibe 6, den Metallriemen 15 und die angetriebene Riemenscheibe 11 übertragen. Ist der Vorwärtsfahrbereich ausgewählt, so wird die Antriebskraft von der angetriebenen Welle 10 auf die Ausgangswelle 19 über das Vorwärtsantriebsrad 16 und das angetriebene Rad 20 für den Vorwärtsbetrieb übertragen und das Fahrzeug wird somit in Vorwärtsrichtung angetrieben. Ist der Rückwärtsfahrbereich ausgewählt, so wird die Antriebskraft der angetriebenen Welle 10 auf die Ausgangswelle 19 über das Rückwärtsantriebsrad 17, das Rückwärtslaufrad 21 und das angetriebene Rad 22 für den Rückwärtsbetrieb übertragen und somit wird das Fahrzeug in Rückwärtsrichtung angetrieben.
Durch Steuern/Regeln der hydraulischen Drücke, welche an der Ölkammer 9 der Antriebsriemenscheibe 6 und an der Ölkammer 14 der angetriebenen Riemenscheibe 11 des stufenlosen Getriebes vom Metallriementyp T angelegt sind, kann in diesem Zustand mittels einer hydraulischen Steuer-/Regeleinheit U₂, welche durch Kommandos von einer elektronischen Steuer-/Regeleinheit U₁ betrieben wird, das Übersetzungsverhältnis stufenlos eingestellt werden. Durch Erhöhen des an der Ölkammer 14 der angetriebenen Riemenscheibe 11 angelegten hydraulischen Drucks relativ zum an der Ölkammer 9 der Antriebsriemenscheibe 6 angelegten hydraulischen Druck verringert sich nämlich die Nutbreite der angetriebenen Riemenscheibe 11, wodurch der effektive Radius vergrößert wird. Gleichzeitig damit vergrößert sich die Nutbreite der Antriebsriemenscheibe 6, wodurch der effektive Radius verringert wird, und daher verändert sich das Übersetzungsverhältnis des stufenlosen Getriebes T vom Metallriementyp in stufenloser Weise in Richtung „Untersetzung". Andererseits wird durch Erhöhen des an die Ölkammer 9 der Antriebsriemenscheibe 6 angelegten hydraulischen Drucks relativ zum an die Ölkammer 14 der angetriebenen Riemenscheibe 11 angelegten hydraulischen Druck die Nutbreite der Antriebsriemenscheibe 6 verringert, wodurch der effektive Radius vergrößert wird. Gleichzeitig damit wird die Nutbreite der angetriebenen Riemenscheibe 11 vergrößert, wodurch der effektive Radius verringert wird und somit ändert sich das Übersetzungsverhältnis des stufenlosen Getriebes vom Metallriementyp T in kontinuierlicher Weise in Richtung „Übersetzung".
Wie in 2 gezeigt, umfasst das Metallelement 32, welches gebildet wird, indem eine Metallplatte einem Stanzvorgang unterzogen wurde, einen Elementhauptkörper 34 von im Wesentlichen trapezartiger Form sowie einen Ohrenabschnitt 36 von im Wesentlichen dreieckiger Form, welcher mit der Oberseite des Hauptkörpers 34 über ein Paar rechte und linke Ringschlitze 35, 35, in welche die Metallringanordnungen 31, 31 eingesetzt werden, verbunden ist. An sowohl der rechten als auch der linken Seite des Elementhauptkörpers 34 sind ein Paar Riemenscheibenkontaktflächen 37, 37 ausgebildet, welche die V-Flächen 30, 30 der Antriebsriemenscheibe 6 oder der angetriebenen Riemenscheibe 11 berühren (siehe 3 und 4). Der Ohrenabschnitt 36 und der Elementhauptkörper 34 des Metallelements 32 sind über einen schmalen Halsabschnitt 38 verbunden, wobei die Ringschlitze 35, 35 an drei Seiten durch den Elementhauptkörper 34, den Ohrenabschnitt 36 und den Halsabschnitt 38 eingeschlossen sind und die verbleibende eine Richtung (lateral auswärts) durch die V-Flächen 30, 30 der Antriebsriemenscheibe 6 oder der angetriebenen Riemenscheibe 11 geschlossen ist, welche die Riemenscheibenkontaktflächen 37, 37 berühren.
Wie aus 3 und 4 deutlich ist, ist die radial innere Fläche der in den Ringschlitz 35 des Metallelements 32 eingesetzten Metallringanordnung 31 in Kontakt mit einer Sattelfläche 39, welche am Ringschlitz 35 ausgebildet ist. Der Abstand Wt zwischen der V-Fläche 30 der Antriebsriemenscheibe 6 oder der angetriebenen Riemenscheibe 11 und dem Halsabschnitt 38 des Metallelements 32 wird so gesetzt, dass er um einen Zwischenraum β größer ist als die laterale Breite Wr der Metallringanordnung 31, und die Metallringanordnung 31 kann sich daher lateral innerhalb des Zwischenraums β bewegen. 3 zeigt einen Zustand, in welchem die Metallringanordnung 31 sich in dem Ringschlitz 35 lateral nach außen bewegt hat und sich die lateral äußere Kante derselben in Kontakt mit der V-Fläche 30 befindet, und an diesem Punkt ist die lateral innere Kante der Metallringanordnung 31 dem Halsabschnitt 38 unter Belassung eines Zwischenraums β zwischen diesen zugewandt. 4 zeigt einen Zustand, in welchem sich die Metallringanordnung 31 in den Ringschlitz 35 lateral nach innen bewegt hat und die lateral innere Kante derselben befindet sich in Kontakt mit dem Halsabschnitt 38, wobei an diesem Punkt die lateral äußere Kante der Metallringanordnung 31 der V-Fläche 30 unter Belassung eines Zwischenraums β zwischen diesen zugewandt ist.
Die laterale Breite Ws der Sattelfläche 39 des Metallelements 32 ist so gesetzt, dass sie nicht größer ist als die laterale Breite Wr der Metallringanordnung 31 und in dem in 3 gezeigten Zustand hängt daher die lateral innere Kante der Metallringanordnung 31 an der Seite des Halsabschnitts 38 über die lateral innere Kante der Sattelfläche 39. Dabei wird der Wert, welcher durch Dividieren der lateralen Breite Ws der Sattelfläche 39 durch die laterale Breite Wr der Metallringanordnung 31 erhalten wird, als das Kontaktverhältnis C = Ws/Wr ≤ 100% definiert.
Wie in 5 gezeigt, ist in einem stufenlosen Riemengetriebe, in welchem ein Metallriemen 15 um eine Antriebsriemenscheibe 6 und eine angetriebene Riemenscheibe 11 herum gewunden ist, die stationäre Riemenscheibenhälfte 7 der Antriebsriemenscheibe 6 bezüglich der stationären Riemenscheibenhälfte 12 der angetriebenen Riemenscheibe 11 diagonal angeordnet und die bewegliche Riemenscheibenhälfte 8 der Antriebsriemenscheibe 6 ist bezüglich der beweglichen Riemenscheibenhälfte 13 der angetriebenen Riemenscheibe 11 diagonal angeordnet. Wenn sich daher die beweglichen Riemenscheibenhälften 8 und 13 der Antriebsriemenscheibe 6 und der angetriebenen Riemenscheibe 11 auf die stationären Riemenscheibenhälften 7, 12 zu und von diesen weg bewegen, so fällt die Mittellinie La der V-Nut der Antriebsriemenscheibe 6 nicht mit der Mittellinie Lb der V-Nut der angetriebenen Riemenscheibe 11 zusammen, was in einem geringen Versatz α resultiert. Wenn somit zwischen der Antriebsriemenscheibe 6 und der angetriebenen Riemenscheibe 11 ein Versatz α vorliegt, so bewegen sich die Metallringanordnungen 31, 31 lateral nach innen in die Ringschlitze 35, 35 des Metallelements 32.
In 6 repräsentiert die Abszisse das Übersetzungsverhältnis i (–log i) des stufenlosen Riemengetriebes und die Ordinaten bezeichnen den Versatz sowie den lateralen Hub der Metallringanordnung 31. Aus der Figur ist ersichtlich, dass bei einer Veränderung des Übersetzungsverhältnisses i (–log i) sich der Versatz parabelartig verändert und sich der laterale Hub in der Metallrnganordnung 31 linear verändert.
Das Setzen des oben erwähnten Kontaktverhältnisses C zum Steigern der Haltbarkeit des Metallriemens 15, wird im Folgenden erläutert.
Der in 7 gezeigte Graph entspricht einem Zustand, in welchem sich die Metallringanordnung 31 zur lateral äußeren Kante des Ringschlitzes 35 bewegt hat und in Kontakt mit der V-Fläche 30 der Antriebsriemenscheibe 6 oder der angetriebenen Riemenscheibe 11 befindet (siehe 3), wobei die Abszisse das Kontaktverhältnis C und die Ordinate die prozentuale Änderung der Kraftübertragungskapazität des Metallriemens 15 repräsentieren. Das rechte Ende der Abszisse entspricht einem Zustand, in welchem das Kontaktverhältnis C = 100% ist (ein Zustand, in welchem die laterale Breite Wr der Metallringanordnung 31 so gesetzt ist, dass sie gleich der lateralen Breite Ws der Sattelfläche 39 ist), und wird die laterale Breite Wr der Metallringanordnung 31 allmählich von dem oben genannten Niveau aus vergrößert, während die laterale Breite Ws der Sattelfläche 39 konstant gehalten wird, so nimmt das Kontaktverhältnis C ausgehend von 100% allmählich ab.
Werden 3 und 7 zusammen betrachtet, so wird deutlich, dass bei einer Erhöhung der lateralen Breite Wr der Metallringanordnung 31 der Querschnitt derselben ebenfalls erhöht wird, wodurch die Übertragungskapazität des Metallriemens 15 erhöht wird. Wird daher der Zustand, in welchem das Kontaktverhältnis C = 100% ist, als Bezug gewählt, so steigt die prozentuale Änderung der Übertragungskapazität linear von 0 aus in positiver Richtung an, wenn die laterale Breite Wr der Metallringanordnung 31 größer wird (d. h., das Kontaktverhältnis C nimmt ab).
Nimmt andererseits die laterale Breite Wr der Metallringanordnung 31 zu, so vergrößert sich das Ausmaß, in welchem die lateral innere Kante der Metallringanordnung 31, deren lateral äußere Kante so definiert ist, dass sie in Kontakt mit der V-Fläche 30 ist, in Richtung des Halsabschnitts 38 überhängt. Wenn somit die Metallringanordnung 31 über die Sattelfläche 39 überhängt, dann tritt die Kante der Sattelfläche 39 in starken Kontakt mit der radial inneren Fläche der Metallringanordnung 31, wodurch die Dauerfestigkeit verschlechtert wird. Im Ergebnis nimmt dann, wenn der Zustand, in welchem das Kontaktverhältnis C = 100% ist, als Bezug gewählt wird, die prozentuale Änderung der Übertragungskapazität quadratisch von Null aus in negativer Richtung ab, wenn die laterale Breite Wr der Metallringanordnung 31 größer wird (d. h. wenn das Kontaktverhältnis C kleiner wird) (siehe die gepunktete unterbrochene Linie in 7).
Wird die mit der Erhöhung des Querschnitts der Metallringanordnung 31 einhergehende Erhöhung der Übertragungskapazität kompensiert durch die mit der Erhöhung des Betrags des Überhangs der Metallringanordnung 31 einhergehenden Verringerung der Übertragungskapazität, so kann die Gesamtänderung der Übertragungskapazität durch die durchgezogene Linie in 7 illustriert werden. Diese Gesamtänderung der Übertragungskapazität ist im Bereich, in welchem sich das Kontaktverhältnis C im Bereich von 100% bis 70% befindet, positiv, was darauf hindeutet, dass dann, wenn sich das Kontaktverhältnis C im Bereich von 100% bis 70% befindet, eine Übertragungskapazität erhalten werden kann, die größer ist als die bei einem Kontaktverhältnis C = 100% erhaltene Übertragungskapazität.
Nimmt die laterale Breite Wr der Metallringanordnung 31 zu, so gelangt zusätzlich selbst dann, wenn der Versatz α = 0 ist, bei einem Kontaktverhältnis C = 80,8% die lateral innere Kante der Metallringanordnung 31 in Kontakt mit dem Halsabschnitt 38. Wird der Versatz α mit berücksichtigt, so gelangt die lateral innere Kante der Metallringanordnung 31 bei einem Kontaktverhältnis C = 85% in Kontakt mit dem Halsabschnitt 38 und somit erstreckt sich der tatsächlich erlaubte Bereich für das Kontaktverhältnis C von 100% bis 85%. In dem tatsächlich erlaubten Bereich für das Kontaktverhältnis C, d. h. von 100% bis 85%, wird, wie oben beschrieben, die prozentuale Änderung der Übertragungskapazität positiv und es wird erwartet, dass die Haltbarkeit des Metallriemens 15 verbessert wird.
Der in 8 gezeigte Graph entspricht einem Zustand, in welchem sich die Metallringanordnung 31 zur lateral inneren Kante des Ringschlitzes 35 hin bewegt hat und sich im Kontakt mit dem Halsabschnitt 38 des Metallelements 32 befindet (siehe 4). Wie oben erwähnt, entspricht das rechte Ende der Abszisse einem Zustand, in welchem das Kontaktverhältnis C = 100% ist (einem Zustand, in welchem die laterale Breite Wr der Metallringanordnung 31 so gesetzt ist, dass sie gleich der lateralen Breite Ws der Sattelfläche 39 ist), und wenn die laterale Breite Wr der Metallringanordnung 31 von dem oben genannten Niveau aus allmählich zunimmt, während die laterale Breite Ws der Sattelfläche 39 konstant gehalten wird, so nimmt das Kontaktverhältnis C ausgehend von 100% allmählich ab.
Werden 4 und 8 zusammen betrachtet, so wird deutlich, dass dann, wenn die laterale Breite Wr der Metallringanordnung 31 vergrößert wird, der Querschnitt derselben vergrößert wird, wodurch die Übertragungskapazität des Metallriemens 15 vergrößert wird. Wird daher der Zustand, in welchem das Kontaktverhältnis C = 100% ist, als Bezug gewählt, so steigt die prozentuale Änderung der Übertragungskapazität linear von Null aus in positiver Richtung an, wenn die laterale Breite Wr der Metallringanordnung 31 größer wird, d. h. wenn das Kontaktverhältnis C abnimmt (siehe unterbrochene Linie in 8).
Wird jedoch andererseits die laterale Breite Wr der Metallringanordnung 31 vergrößert, so nimmt der Anteil an Überhang relativ zur radialen Breite Wr der Metallringanordnung 31 ab, da bei der Metallringanordnung 31, deren lateral innere Kante als im Kontakt mit dem Halsabschnitt 28 stehend definiert ist, der im Kontakt mit der Sattelfläche 39 befindliche Betrag zunimmt. Als Ergebnis nimmt die prozentuale Änderung der Übertragungskapazität linear zu, wenn die laterale Breite Wr der Metallringanordnung 31 zunimmt, d. h. wenn das Kontaktverhältnis C abnimmt (siehe gepunktete unterbrochene Linie in 8). Die prozentuale Änderung der Übertragungskapazität ist negativ (–10%), wenn das Kontaktverhältnis C = 100% beträgt, da als Bezug der Zustand gewählt wurde, in welchem der Betrag an Überhang Null ist (einen Zustand, in welchem die lateral äußere Kante der Metallrnganordnung 31 in Kontakt mit der V-Fläche 30 ist).
Wird die Vergrößerung der Übertragungskapazität, welche mit der Vergrößerung des Querschnitts der Metallringaordnung 31 einhergeht, kombiniert mit der Vergrößerung der Übertragungskapazität, welche mit der Reduzierung des überhängenden Anteils der Metallringanordnung 31 einhergeht, so kann die Gesamtänderung der Übertragungskapazität durch die durchgezogene Linie in 8 illustriert werden. Diese Gesamtänderung der Übertragungskapazität ist negativ in dem Bereich, in welchem das Kontaktverhältnis C zwischen 100% und 92% liegt, und positiv in dem Bereich, in welchem das Kontaktverhältnis C 92% oder weniger beträgt, was darauf hindeutet, dass dann, wenn das Kontaktverhältnis C bei 92% oder weniger gehalten wird, eine Vergrößerung der Übertragungskapazität möglich ist.
Wenn jedoch, wie oben beschrieben, die laterale Breite Wr der Metallringanordnung 31 zunimmt, so ist selbst dann, wenn der Versatz α = 0 ist, die lateral innere Kante der Metallringanordnung 31 bei einem Kontaktverhältnis C = 80,8% im Kontakt mit dem Halsabschnitt 38. Wird der Versatz α mit berücksichtigt, so ist die lateral innere Kante der Metallringanordnung 31 bei einem Kontaktverhältnis von C = 85% in Kontakt mit dem Halsabschnitt 38 und somit liegt das tatsächlich erlaubte Kontaktverhältnis C im Bereich von 100% bis 85%. Folglich kann daher die Haltbarkeit des Metallriemens 15 verbessert werden, wenn das Kontaktverhältnis C im Bereich von 92% bis 85% liegt.
Um das Vorstehende zusammenzufassen, wird in dem in 3 gezeigten Zustand, in welchem die Metallringanordnung 31 sich zur lateral äußeren Kante des Ringschlitzes 35 bewegt hat und im Kontakt mit der V-Fläche 30 der Antriebsriemenscheibe 6 oder der angetriebenen Riemenscheibe 11 befindet, die prozentuale Änderung der Übertragungskapazität im gesamten Bereich des tatsächlich erlaubten Kontaktverhältnisses C, wenn ein Versatz α berücksichtigt wird, d. h. dem Bereich, in welchem das Kontaktverhältnis C bei 100% bis 85% liegt, positiv. Andererseits wird in dem in 4 gezeigten Zustand, in welchem die Metallringanordnung 31 sich zur lateral inneren Kante des Ringschlitzes 35 bewegt hat und in Kontakt mit dem Halsabschnitt 38 des Metallelements 32 ist, die prozentuale Änderung der Übertragungskapazität innerhalb des tatsächlich erlaubten Bereichs für das Kontaktverhältnis C, wenn ein Versatz α berücksichtigt wird, d. h. im Bereich, in welchem das Kontaktverhältnis C bei 100% bis 85% liegt, nur in dem Bereich von 92% bis 85% positiv. Die obere Grenze C_max des geeigneten Bereichs für das Kontaktverhältnis C ist daher 92%, an welchem Punkt die prozentuale Änderung der Übertragungskapazität sich vom Negativen zum Positiven in einem in 4 gezeigten Zustand ändert, und die untere Grenze C_min des geeigneten Bereichs für das Kontaktverhältnis C ist somit 85%, was tatsächlich zulässig ist, wenn der Versatz α mit berücksichtigt wird.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als nächstes unter Bezugnahme auf 9 und 10 erläutert. In der zweiten Ausführungsform werden die Bauteile, welche denen der ersten Ausführungsform entsprechen, unter Verwendung derselben Bezugszeichen bezeichnet.
In der oben erwähnten ersten Ausführungsform umfasst der Metallriemen 15 zwei Metallringanordnungen 31, 31, die zweite Ausführungsform umfasst jedoch eine Metallringanordnung 31. Das Metallelement 32 umfasst rechte und linke Halsabschnitte 38, 38, rechte und linke Ringschlitze 35, 35 auf sowohl der rechten als auch der linken Seite der zentralen Sattelfläche 39 sowie Ohrenabschnitte 36, 36, die verbunden mit jeweils dem rechten und linken Halsabschnitt 38, 38 an den radial äußeren Seiten ausgebildet sind, wobei die Innenseiten der rechten und linken Halsabschnitte 38, 38 in der radialen Richtung integral über einen Elementhauptkörper 34 verbunden sind. Damit die Metallringanordnung 31, in welcher mehrere Metallringe 33 übereinander gelegt sind, innerhalb der rechten und linken Schlitze 35, 35 gehalten wird, überlappen Halter 40, 40, welche eine größere Breite als die Metallringanordnung 31 aufweisen, die Metallringanordnung 31 an der radialen Außenseite.
Der Abstand Wt zwischen dem rechten und dem linken Halsabschnitt 38, 38 wird so gesetzt, dass er um einen Zwischenraum β größer ist als die laterale Breite Wr der Metallringanordnung 31, und die Metallringanordnung 31 kann sich daher lateral zwischen dem rechten und dem linken Halsabschnitt 38, 38 innerhalb eines Zwischenraums β bewegen. 9 zeigt einen Zustand, in welchem die Metallringanordnung 31 in der Mitte der Sattelfläche 39 angeordnet ist, und 10 zeigt einen Zustand, in welchem die Metallringanordnung 31 sich nach rechts bewegt hat und sich die rechte Seite derselben im Kontakt mit dem rechten Halsabschnitt 38 befindet. In diesem Fall ist die linke Kante der Metallringanordnung 31 dem linken Halsabschnitt 38 unter Belassung eines Zwischenraums β zwischen diesen zugewandt. In der vorliegenden Erfindung ist auch die laterale Breite Ws der Sattelfläche 39 des Metallelements 32 so gesetzt, dass sie nicht größer ist als die laterale Breite Wr der Metallringanordnung 31 und wie bei der ersten Ausführungsform wird der Wert, welcher durch Dividieren der lateralen Breite Ws der Sattelfläche 39 durch die laterale Breite Wr der Metallringanordnung 31 erhalten wird, als das Kontaktverhältnis C = Ws/Wr ≤ 100% definiert.
Der in 10 gezeigte Zustand, in welchem sich die Metallringanordnung 31 nach rechts bewegt hat und in Kontakt mit dem rechten Halsabschnitt 38 ist, entspricht dem in 4 gezeigten Zustand, in welchem sich die Metallringanordnung 31 lateral nach innen bewegt hat und die rechte Kante derselben ist im Kontakt mit dem Halsabschnitt 38. In der in 10 gezeigten zweiten Ausführungsform ist die linke Kante der Metallringanordnung 31 dem linken Halsabschnitt 38 unter Belassung eines Zwischenraums β zwischen diesen zugewandt, wobei in der in 4 gezeigten ersten Ausführungsform die lateral äußere Kante der Metallringanordnung 31 der V-Fläche 30 der Antriebsriemenscheibe 6 oder der angetriebenen Riemenscheibe 11 unter Belassung eines Zwischenraums β zwischen diesen zugewandt ist.
Somit nimmt in dem in 10 gezeigten Zustand, in welchem die Metallringanordnung 31 sich nach rechts bewegt hat und in Kontakt mit dem rechten Halsabschnitt 38 ist, das Kontaktverhältnis C ausgehend von 100% allmählich ab, wenn die laterale Breite Wr der Metallringanordnung 31 allmählich vergrößert wird, während die laterale Breite Ws der Sattelfläche 39 konstant gehalten wird. Wenn das Kontaktverhältnis C den oberen Grenzwert C_max, beispielsweise 92% von 100%, erreicht, so ändert sich wie bei der ersten Ausführungsform die prozentuale Änderung der Übertragungskapazität vom Negativen zum Positiven und somit ist es möglich, die Übertragungskapazität zu erhöhen, indem das Kontaktverhältnis C unterhalb des oberen Grenzwertes C_max gehalten wird.
Wie oben beschrieben, wird ferner, wenn die laterale Breite Wr der Metallringanordnung 31 erhöht wird und das Kontaktverhältnis C ausgehend von 100% den Minimalwert C_min erreicht (beispielsweise 80,8%, wenn ein Versatz α nicht berücksichtigt wird, oder beispielsweise 85%, wenn ein Versatz α mit berücksichtigt wird), so liegt ferner, wie oben beschrieben, das tatsächlich zulässige Kontaktverhältnis C im Bereich zwischen der obere Grenze C_max und der unteren Grenze C_min, da der linke Rand der Metallringanordnung 31 in Kontakt mit dem Halsabschnitt 38 gelangt.
Da gemäß der Erfindung, wie vorstehend beschrieben wurde, das maximale Kontaktverhältnis definiert ist als das Kontaktverhältnis, bei welchem oder unterhalb welchem eine positive prozentuale Änderung der Kraftübertragungskapazität beibehalten werden kann, und das minimale Kontaktverhältnis definiert ist als das Kontaktverhältnis, bei welchem oder oberhalb welchem die lateralen Kanten der Metallringe an einer Berührung mit beiden Halsabschnitten der Metallelemente und den V-Flächen der Riemenscheiben gehindert werden können, kann eine Verschlechterung der Übertragungskapazität aufgrund einer zu kleinen lateralen Breite der Metallringe und somit eines unzureichenden Querschnitts der Metallringe oder aufgrund einer zu großen lateralen Breite der Metallringe und somit eines Überhängens der Metallringe über die Sattelflächen der Metallelemente verhindert werden und eine Verschlechterung der Haltbarkeit aufgrund des Kontakts der lateralen Kanten der Metallringe mit den Halsabschnitten oder den V-Flächen kann verhindert werden.
Da die untere Grenze des Kontaktverhältnisses unter Berücksichtigung des Versatzes zwischen der Antriebsriemenscheibe und der angetriebenen Riemenscheibe definiert ist, können die lateralen Kanten der Metallringe selbst dann, wenn ein Versatz vorliegt, effektiv daran gehindert werden, in Kontakt mit den Halsabschnitten der Metallelemente oder den V-Flächen der Riemenscheiben zu gelangen.
Da ferner die obere Grenze des Kontaktverhältnisses als die obere Grenze des Kontaktverhältnisses definiert ist, bei welchem eine positive prozentuale Änderung der Kraftübertragungskapazität beibehalten werden kann, und die untere Grenze des Kontaktverhältnisses definiert ist als das Kontaktverhältnis, bei welchem oder oberhalb welchem verhindert werden kann, dass die lateralen Kanten des Metallrings in Kontakt mit den rechten oder den linken Halsabschnitten der Metallelemente gelangen, kann eine Verschlechterung der Übertragungskapazität aufgrund einer zu geringen lateralen Breite des Metallrings und somit eines unzureichenden Querschnitts des Metallrings oder aufgrund einer zu großen lateralen Breite des Metallrings und somit eines Überhängens des Metallrings über die Sattelflächen der Metallelemente verhindert werden und eine Verschlechterung der Haltbarkeit durch eine Berührung der lateralen Kanten des Metallrings mit den rechten oder den linken Halsabschnitten kann verhindert werden.
Da die untere Grenze des Kontaktverhältnisses unter Berücksichtigung eines Versatzes zwischen der Antriebsriemenscheibe und der angetriebenen Riemenscheibe definiert ist, kann selbst dann, wenn ein Versatz auftritt, effektiv verhindert werden, dass die lateralen Kanten des Metallrings in Kontakt mit den rechten oder den linken Halsabschnitten der Metallelemente gelangen.
Die vorliegende Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden, ohne dass von ihren Charakteristiken abgewichen wird. Die hier offenbarten Ausführungsformen sind daher in allen Hinsichten als illustrativ und nicht beschränkend anzusehen, wobei der Inhalt der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und weniger durch die vorstehende Beschreibung angegeben wird, und alle Änderungen, die in die Bedeutung der Ansprüche fallen, sind somit in diese eingeschlossen.
Durch Definieren des Kontaktverhältnisses, welches durch Dividieren der lateralen Breite einer Sattelfläche eines Metallelements eines Metallriemens für ein stufenloses Getriebe durch die laterale Breite eines Metallrings erhalten wird, kann die Übertragungskapazität und Haltbarkeit des Metallriemens verbessert werden. Durch allmähliches Vergrößern der Breite des Metallrings in einem Zustand, in welchem die lateral inneren Kanten des Metallrings in Kontakt mit den Halsabschnitten der Metallelemente sind, so dass das Kontaktverhältnis allmählich verringert wird, wird einhergehend damit die prozentuale Änderung der Kraftübertragungskapazität allmählich von der negativen Seite aus erhöht und wechselt bei einem vorbestimmten Kontaktverhältnis zum Positiven. Indem das Kontaktverhältnis bei der prozentualen Änderung, bei welcher die Übertragungskapazität vom Negativen zum Positiven wechselt, als die obere Grenze des Kontaktverhältnisses (92%) gesetzt wird, kann daher verhindert werden, dass die prozentuale Änderung der Übertragungskapazität negativ wird, wodurch verhindert wird, dass die Übertragungskapazität und die Haltbarkeit der Metallringe verschlechtert werden. Die untere Grenze des Kontaktverhältnisses (85%) wird bei Berücksichtigung eines Versatzes zwischen den Riemenscheiben auf einen Wert gesetzt, bei welchem sich die lateralen Kanten der Metallringe nicht in Kontakt mit den Halsabschnitten der Metallelemente oder den V-Flächen der Riemenscheiben befinden.

Claims

Stufenloses Getriebe, umfassend eine Antriebsriemenscheibe (6) und eine angetriebene Riemenscheibe (11), einen Riemen (15), der rechte und linke, in endlose Metallbänder geformte Metallringe (31, 31) sowie eine Mehrzahl von an den Metallbändern angeordneten Metallelementen (32) umfasst, wobei der Riemen (15) um die Antriebsriemenscheibe (6) und die angetriebene Riemenscheibe (11) herum gewunden ist und Kraft von der Antriebsriemenscheibe (6) auf die angetriebene Riemenscheibe (11) überträgt, wobei jedes der Metallelemente (32) einen Halsabschnitt (38) sowie rechte und linke Ringschlitze (35), welche von dem Halsabschnitt (38) aus in voneinander weg führende Richtungen verlaufen und an den V-Flächen (30) der Antriebsriemenscheibe (6) und der angetriebenen Riemenscheibe (11) zugewandten Seiten geöffnet sind, umfasst, und wobei die Metallelemente (32) Sattelflächen (39) aufweisen, derart, dass radial innere Flächen der rechten und linken Metallringe (31, 31) in die Ringschlitze (35) mit einem Zwischenraum (β) in lateraler Richtung und im Kontakt mit den Sattelflächen (39) der Ringschlitze (35) eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontaktverhältnis, welches bestimmt wird durch Dividieren der lateralen Breite (Ws) der Sattelfläche (39) durch die laterale Breite (Wr) des Metallrings (31), zwischen einer oberen Grenze und einer unteren Grenze liegt, wobei die obere Grenze des Kontaktverhältnisses kleiner oder gleich 0,92 ist, und zwar angesichts eines positiven Beitrags zur Übertragungskapazität aufgrund einer Vergrößerung der lateralen Breite (Wr) der Metallringe (31) relativ zur Breite (Ws) der Sattelflächen (39) der Metallelemente (32), welcher in einem Zustand, in dem die lateral inneren Kanten der Metallringe (31) in Kontakt mit den Halsabschnitten (38) der Metallelemente (32) sind, kompensiert wird durch einen negativen Beitrag zur Übertragungskapazität aufgrund des Überhangs der Metallringe (31) über die Sattelflächen (39), und wobei die untere Grenze des Kontaktverhältnisses größer als oder gleich 0,85 ist, und zwar darauf bezogen, dass während des Betriebs des Getriebes die lateral inneren Kanten der Metallringe (31) in Kontakt mit den Halsabschnitten (38) der Metallelemente (32) gelangen und die lateral äußeren Kanten der Metallringe (31) in Kontakt mit wenigstens einer der V-Flächen (30) der Antriebsriemenscheibe (6) und der angetriebenen Riemenscheibe (11) gelangen.
Stufenloses Getriebe, umfassend eine Antriebsriemenscheibe (6) und eine angetriebene Riemenscheibe (11), einen Riemen (15), der einen in ein endloses Band geformten Metallring (31) sowie eine Mehrzahl von an dem Metallband angeordneten Metallelementen (32) umfasst, wobei der Riemen (15) um die Antriebsriemenscheibe (6) und die angetriebene Riemenscheibe (11) herum gewunden ist und Kraft von der Antriebsriemenscheibe (6) auf die angetriebene Riemenscheibe (11) überträgt, und wobei die Metallelemente (32) rechte und linke Halsabschnitte (38) sowie rechte und linke Ringschlitze (35), die von den rechten und linken Halsabschnitten (38) in aufeinander zu orientierte Richtungen verlaufen und an ihren einander zugewandten Seiten geöffnet sind, umfassen, und wobei die Metallelemente (32) Sattelflächen (39) aufweisen, derart, dass die radial innere Fläche des Metallrings (31) in die Ringschlitze eingesetzt und in Kontakt mit den Sattelflächen (39) zwischen den rechten und linken Ringschlitzen (35) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die radial innere Fläche des Metallrings in die Ringschlitze mit einem Zwischenraum (β) in lateraler Richtung eingesetzt ist, wobei ein Kontaktverhältnis, welches bestimmt wird durch Dividieren der lateralen Breite (Ws) der Sattelfläche (39) durch die laterale Breite (Wr) des Metallrings (31), zwischen einer oberen Grenze und einer unteren Grenze liegt, wobei die obere Grenze des Kontaktverhältnisses kleiner oder gleich 0,92 ist, und zwar angesichts eines positiven Beitrags zur Übertragungskapazität aufgrund einer Vergrößerung der lateralen Breite (Wr) des Metallrings (31) relativ zur Breite (Ws) der Sattelflächen (39) der Metallelemente (32), welcher in einem Zustand, in dem eine laterale Kante des Metallrings in Kontakt mit den Halsabschnitten (38) auf einer Seite der Metallelemente (32) ist, kompensiert wird durch einen negativen Beitrag zur Übertragungskapazität aufgrund des Überhangs des Metallrings (31) über die Sattelflächen (39), und wobei die untere Grenze des Kontaktverhältnisses größer als oder gleich 0,85 ist, und zwar darauf bezogen, dass während des Betriebs des Getriebes eine laterale Kante des Metallrings (31) in Kontakt mit den Halsabschnitten (38) auf einer Seite der Metallelemente (32) gelangt und die andere laterale Kante des Metallrings (31) in Kontakt mit den Halsabschnitten (38) auf der anderen Seite gelangt.