KR101802539B1

KR101802539B1 - 스틸 링의 적층 세트를 가지는 구동 벨트

Info

Publication number: KR101802539B1
Application number: KR1020127008805A
Authority: KR
Inventors: 베르트 펜닝스; 민-뒤 트란
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2009-10-06
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2017-11-28
Also published as: WO2011043648A1; EP2486303A1; EP2486303B1; CN102549301A; CN102549301B; KR20120083882A; NL1037364C2

Abstract

본 발명은 스틸 횡방향 요소를 포함하는 구동 벨트에 관한 것으로, 각각의 횡방향 요소는 구동 벨트의 무한 캐리어(31)의 일부분을 수용하는 리세스를 가지고 있으며, 무한 캐리어(31)는 반경방향으로 포개진, 스틸 링(32)의 적층 세트로 구성되며, 각각의 링(32)은 질화 표면 층(50)을 포함한다. 적어도 무한 캐리어(31)의 반경방향 최외측(32-O)의 반경방향 외향으로 배향된 표면(51)의 질화물 층(50) 및/또는 적어도 무한 캐리어(31)의 반경방향 최내측 링(32-I)의 반경방향 내향으로 배향된 표면(52)의 적어도 질화물 층(50)은 무한 캐리어(31)의 중간 링(32-B)의 질화물 층(50)보다 더 두껍다.

Description

스틸 링의 적층 세트를 가지는 구동 벨트{DRIVE BELT PROVIDED WITH A LAMINATED SET OF STEEL RINGS}

본 발명은 일반적으로 자동차에 적용되는 주지된 풀리 타입 무단 변속기 또는 CVT에 사용하기 위한 구동 벨트에 관한 것이다. 하나의 주지된 타입의 구동 벨트는 EP-A-1 403551에서 상세하게 개시되어 있으며, 본 기술 분야에서 푸시 벨트로 언급된다. 공지된 구동 벨트는 적어도 하나, 그러나 일반적으로 두 개의 리세스를 가지는 다수의 스틸 세그먼트를 포함하며, 각각의 리세스는 구동 벨트의 많은 서로 동심으로 포개어지는 스틸 링의 세트를 수용한다. 본 기술분야에서 스틸 세그먼트는 횡방향 요소로, 링은 후프 또는 무한 밴드로서, 링들의 적층 세트는 무한 인장 수단 또는 캐리어로 언급된다. 본 타입의 구동 벨트에서 횡방향 요소는 무한 캐리어와는 연결되지 않지만, CVT의 작동 동안 무한 캐리어의 주연을 따라서 활주한다. 또한 무한 캐리어의 개별의 링들은 작동 동안 서로에 대하여 활주한다.

본 구동 벨트 용례을 위해, 링은 머레이징 스틸로 제조되며, 이 타입의 스틸은 적어도 적절한 열처리 후에 연삭 마모와 굽힘 및/또는 인장 응력 피로 모두에 대해 양호한 내성 및 상당한 인장 강도의 특성과 비교적 바람직한 재료의 소성 변형 및 용접성을 겸비한다. 공지된 링은 금속 피로에 대해 높은 내성과 조합된 양호한 인장, 항복 및 굽힘 강도의 특성을 실현하기 위해 상당한 경도의 코어 재료를 가지며, 링 코어는 실질적으로 경도가 더 높은 따라서 내마모성이 더 높은 링 재료의 외부 표면 층으로 둘러싸여 진다. 상기 경질 표면 층의 두께는 피로 파괴에 대한 내성뿐만 아니라 종방향 굽힘을 허용하기에 충분한 탄성을 가진 링을 제공하고 내부 링 응력을 제한하기 위해 제조시에 주의깊게 조절된다. 물론, 특히 피로 파괴에 대한 내성의 특징은 유효 수명 동안 수많은 하중 및 굽힘 주기에 영향을 받기 때문에 링의 푸시 벨트 용례에서 매우 중요하다.

이런 링들의 공지된 제조 방법의 기본은 본 기술분야에서 주지되어있다. 특히, 즉, 전술한 경질 표면 층을 생성하기 위한, 공지된 링 제조 방법은 적어도 링 재료를 질화시키는 처리 단계, 일반적으로는 가스 연질화 처리 단계, 즉, 약 450℃의 온도에서 암모니아 가스를 함유하는 분위기에서 링 재료를 유지하며, 그 결과 질소 원자가 상기 표면 층으로 확산하여 질화물 층을 형성하는 처리 단계를 포함한다. 질소 확산 거리, 즉 질화물 층의 두께는 링 표면에서 암모니아 농도와 처리 온도와 지속 시간과 같은 질화 처리의 몇몇의 인자에 의존한다. 일본 특허 JP-A 2000-337453는 전체 링의 두께의 10 내지 20%인 질화물 층 두께가 구동 벨트 링의 용례를 위한 최적 두께를 나타낸다고 주장한다. 공지된 구동 벨트 링들은 0.185mm 두께이기 때문에, 공지된 기술에 따르면 19 내지 37㎛ 두께의 질화물 층이 제공되어야 한다. 본 출원에 관하여, 질화물 층의 두께는 연마되고 적절히 에칭된 링의 단면 표면 상에서 광학적으로(현미경을 사용하여) 결정된다는 것을 인지하여야 한다.

본 발명은 위에 개시된 현 시점의 기술 수준을 개선하고 구동 벨트의 유효 수명을 더 증가시키고 그리고/또는 제조 비용을 감소시키는 것을 목표로 한다. 본 발명에 따르면, 이런 목표는 스틸 세그먼트와, 스틸 세그먼트의 리세스에 수용되고 반경 방향으로 서로 포개어진 복수의 가요성 스틸 링들로 구성되고 질화된 표면 층을 가지는 적어도 하나의 캐리어를 가진 구동 벨트이며, 캐리어의 반경방향 최외측 링과 반경방향 최내측 링 중간에 위치된 링의 질화물 층의 두께는 반경방향 최외측 링의 반경방향 외향으로 배향된 표면의 질화물 층의 두께와, 반경방향 최내측 링의 반경방향 내향으로 배향된 표면의 질화물 층의 두께 중 적어도 하나보다 작은 것을 특징으로 하는 구동 벨트에 의해 실현된다. 본 발명에 따르면, 캐리어의 중간 링들 중 적어도 하나의 중간 링의 질화물 층의 두께는 하나의 중간 링의 전체 두께의 10%보다 적고 상기 전체 두께의 5%보다 크다. 캐리어의 중간 링의 질화물 층의 두께는 캐리어의 중간 링의 전부에 대해 실질적으로 동일한 두께일 수 있다. 본 발명에 따르면, 적어도 반경방향 외향으로 배향된 표면의 위치에서 반경 방향으로 측정된, 반경방향 최외측 링의 질화물 층의 두께가 그 방향으로 측정된 최외측 링의 전체 두께의 10%보다 크고, 20% 미만이거나, 또는 적어도 반경방향 내향으로 배향된 표면의 위치에서 반경 방향으로 측정된 반경방향 최내측 링의 질화물 층의 두께가 이 방향으로 측정된 최내측 링의 전체 두께의 10%보다 크고, 20% 미만일 수 있다. 본 발명에 따르면, 반경 방향으로 측정된 중간 링의 질화물 층의 두께는 적어도 반경방향 외향으로 배향된 표면의 위치에서 반경 방향으로 측정된, 반경방향 최외측 링의 질화물 층의 두께와, 적어도 반경방향 내향으로 배향된 표면의 위치에서 반경 방향으로 측정된 반경방향 최내측 링(32-I)의 질화물 층의 두께 중 적어도 하나의 두께의 25% 내지 66%일 수 있다. 본 발명에 따르면, 캐리어의 링들의 반경 방향의 전체 두께는 0.185mm이며, 이 방향에서 중간 링들의 질화물 층의 두께는 10 내지 18㎛의 값을 가지고, 적어도 반경방향 외향으로 배향된 표면의 위치에서 반경방향 최외측 링의 질화물 층 및 적어도 반경방향 내향으로 배향된 표면의 위치에서 반경방향 최내측 링의 질화물 층의 두께가 25 내지 35㎛의 값을 가질 수 있다. 본 발명에 따르면, 캐리어의 링들이 17 내지 19 질량%의 니켈, 4 내지 6 질량%의 몰리브덴, 8 내지 18 질량%의 코발트와 나머지가 철, 1 질량% 미만의 티타늄 및 소량의 불가피한 오염물을 갖는 조성을 가진 머레이징 스틸로 이루어질 수 있다. 본 발명에 따르면, 무한 캐리어의 피로 강도는 링 세트의 분리 링들의 질화물 층의 두께를 상이하게 함으로써, 전체적으로 개선될 수 있다. 특히, 무한 캐리어의 두 개의 인접한 링 사이의 미끄럼 접촉에서, 링의 표면은 횡방향 요소와의 미끄럼 접촉부에서보다 마모 및/또는 접촉 하중을 상당히 덜 받는다는 것이 발견되었다. 따라서, 본 발명에 따르면, 캐리어의 중간 링들의 즉, 반경방향 최외측 링과 반경방향 최내측 링 중간에 위치한 링들의 질화물 층 두께는 캐리어의 반경 외측 즉, 반경방향 최외측 링의 반경 외향으로 배향된 표면에서의 질화물 층 두께보다 작으며, 그리고/또는 캐리어의 반경방향 내측 즉, 반경방향 최내측 링의 반경방향 내향으로 배향된 표면에서의 질화물 층의 두께보다 더 작다. 바람직하게는, 캐리어의 반경 외측 및/또는 캐리어의 반경 내측에서의 질화물 층의 두께는 중간 링들의 질화물 층의 두께보다 1.5 내지 4배이며, 더 바람직하게는 약 2배의 두께이다.

본 발명에 따른 구동 벨트의 무한 캐리어의 적어도 중간 링들은 더 비용 효율적이고 그리고/또는 빠르게 제조, 특히 질화될 수 있다. 또한, 전체적인 구동 벨트의 피로 강도는 본 발명에 의해 개선된다.

구체적으로는, 17 내지 19 질량%의 니켈, 4 내지 6 질량%의 몰리브덴, 8 내지 18 질량%의 코발트 및 잔여부는 철과 가능하게는 약간의 즉, 1 질량% 미만의 티타늄이 첨가되어 있는 기본 조성을 가진 합금으로 형성된 머레이징 스틸 합금에 대하여, 질화물 층의 최적 두께가 조사되었다. 본 발명에 따르면, 중간 링들은 최적의 경우에 10 내지 18㎛ 두께의 질화물 층을 가지며, 무한 캐리어의 반경 외측 및/또는 무한 캐리어의 반경 내측의 질화물 층은 25 내지 35㎛ 사이의 두께를 가진다.

본 발명의 기본 원리는 도면에 따라서, 예시로서 설명될 것이다.
도 1은 구동 벨트에 제공된 주지된 무단 변속기의 개략적으로 도시된 예시를 제공한다.
도 2는 사시도에 도시된 구동 벨트의 일 섹션이다.
도 3은 구동 벨트의 링 구성요소의 공지된 제작 방법의 현용의 관련 부분을 일정한 형으로 나타낸다.
도 4는 종래의 기술에 따른 구동 벨트의 무한 캐리어의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 구동 벨트의 무한 캐리어의 개략적인 단면도이다.

도 1은 엔진과 구동 휠 사이에서 자동차의 구동 라인에 통상적으로 적용되는 공지된 무단 변속기 또는 CVT의 중심 부분을 도시한다. 변속기는 두 개의 풀리(1, 2)를 포함하며, 풀리 각각은 두 개의 원추형 풀리 디스크(4, 5)를 가지며, 그 사이에 주로 V 모양 풀리 홈이 형성되고 하나의 디스크(4)는 이것이 위치된 각각의 풀리 축(6, 7)을 따라서 축방향으로 이동가능하다. 구동 벨트(3)는 하나의 풀리(1, 2)로부터 다른 풀리(2, 1)까지 회전 운동(ω) 및 동반되는 토크(T)를 전달하기 위해 풀리(1, 2) 둘레로 감긴다. 변속기는 또한 대체로 각각의 다른 풀리 디스크(5)를 향해 지향된 축방향 배향 클램핑력(Fax)을 상기 적어도 하나의 디스크(4)에 부과하는 활성화 수단을 포함하며, 이에 의해 이들 사이에 벨트(3)가 클램핑된다. 또한, 이에 의해 피동 풀리(2)의 회전 속도와 구동 풀리(1)의 회전 속도 사이의 변속기의 (속도)비가 결정된다.

공지된 구동 벨트(3)의 하나의 실시예는 하나의 섹션으로 도 2에서 상세하게 도시되며, 벨트(3)는 무한 캐리어(31)를 포함한다. 무한 캐리어(31)는 일부만이 도시되어 있고, 이 예시에서, 얇고 평평한 즉, 밴드형의 가요성 스틸 링(32)들의 두 개의 세트로 구성된다. 벨트(3)는 횡방향 요소(33)의 리세스(37)에 위치된 무한 캐리어(31)에 의해 함께 보유된 다수의 판형 횡방향 요소(33)를 더 포함한다. 횡방향 요소(33)는 상기 클램핑력(Fax)을 취하며, 입력 토크(Tin)가 소위 구동 풀리(1)에 가해질 때, 디스크(4, 5)들과 벨트(3) 사이의 마찰력은 구동 풀리(1)의 회전을 마찬가지로 회전하는 구동 벨트(3)를 통해 소위 피동 풀리(2)로 전달되게 한다.

CVT의 작동 동안, 구동 벨트(3) 및 특히 구동 벨트의 링(32)들은 주기적으로 변하는 인장 및 굽힘 응력 즉, 피로 하중에 영향을 받는다. 따라서, 일반적으로 금속 피로에 대한 내성 즉, 링(32)들의 피로 강도는 이에 의해 전달될 주어진 토크(T)에서의 구동 벨트(3)의 기능적 수명을 결정한다. 그러므로, 최소한의 재료 및 처리 비용의 조합으로 필요한 링 피로 강도를 실현하는 것은 구동 벨트 재료 방법의 개발에서 장기간 지속된 일반적인 목표였다.

도 3은 구동 벨트 링 구성요소(32)를 위한 공지된 제조 방법과 관련된 부분을 도시하며, 분리된 처리 단계는 로마 숫자에 의해 표시된다. 제1 처리 단계(Ⅰ)에서, 일반적으로 0.4mm 내지 0.5mm 범위의 두께를 가지는 베이스 재료의 얇은 시트 또는 판(11)은 원통형 모양으로 굴곡되고 만나는 플레이트 단부(12)들은 열려진 중공 원통 또는 튜브(13)를 형성하기 위해 제2 처리 단계(Ⅱ)에서 함께 용접된다. 제3 처리 단계(Ⅲ)에서 튜브(13)는 어닐링된다. 그 후, 제4 처리 단계(Ⅳ)에서 튜브(13)는 많은 환형 후프(14)로 절단되고, 이 환형 후프는 이어서, 제5 처리 단계(Ｖ)에서 두께를 0.250mm보다 작게 감소시키기 위해, 일반적으로 약 185㎛으로 압연되고 길어지게 된다. 압연 후에 후프(14)는 일반적으로 링(32)으로 언급된다. 그 후 링(32)들은 600 섭씨 온도보다 높은, 예를 들어 약 800 섭씨 온도의 온도에서 링 재료의 회복 및 재결정화에 이전의 압연 단계[즉, 단계(Ⅴ)]의 가공 경화 영향의 제거를 위해 추가 또는 링 어닐링 처리 단계(Ⅵ)를 받게 된다. 그 후, 제7 처리 단계(Ⅶ)에서, 링(32)들은 캘리브레이팅, 즉, 링들은 두 개의 회전 롤러 둘레에 장착되고 상기 롤러에 개별적으로 힘을 가함으로써 미리 정해진 원주 길이로 신장된다. 제7 처리 단계(Ⅶ)에서, 또한 내부 응력 분포가 링(32)에 부과된다. 그 후, 링(32)들은 두 개의 분리된 처리 단계 즉, 시효 또는 벌크 석출 경화의 제8 처리 단계(Ⅷ)와 질화 또는 표면 경화의 제9 처리 단계(Ⅸ)에서 열처리된다. 특히, 이런 열처리 모두 일반적으로 질소와 기타, 예를 들어 약 5 체적% 링 시효를 위한 수소와 링 질화를 위한 질소 및 암모니아로 구성되는 제어된 가스 분위기를 함유하는 산업용 오븐 또는 노에서 링(32)을 열처리하는 것을 수반한다. 이들 양자의 열처리는 400 섭씨 온도 내지 500 섭씨 온도의 범위의 온도 내에서 일반적으로 이루어지고 링(32)들을 위한 베이스 재료(머레이징 스틸 합금 조성) 뿐만 아니라 링(32)에 요구된 기계적 특성에 따라서 약 45분에서 120분을 초과하여 지속될 수 있다. 기계적 특성에 관련하여, 520 HV1.0 이상의 코어 경도 값, 875 HV0.1이상의 표면 경도 값 및 19 내지 37㎛ 범위의 질소 확산 구역이라고도 지칭되는 질화된 표면 층의 두께를 목표로 하는 것이 일반적이다. 제10 처리 단계(Ⅹ)로 도 3에 추가로 나타나있는 바와 같이, 최종적으로, 처리된 링들(32)의 적층 세트(31) 즉, 무한 캐리어(31)가 많은 링(32)들의 반경방향 적층, 즉, 포갬에 의해 형성된다. 분명히, 적층 세트(31)의 링(32)들은 바람직하게 특정의 치수로 만들어져야 하며, 예를 들어, 링(31)들을 하나가 다른 것의 둘레에 끼워질 수 있게 하기 위해 주연 길이를 약간 다르게 가져야 한다. 이를 위해, 적층 세트(31)의 링(32)은 일반적으로 많은 링(32)들 중에서 목적에 맞게 선택된다.

도 4는 실제에서는 각각의 캐리어(31)에 일반적으로 6 내지 12개의 링(32)들이 적용되는 것과 달리 오직 3 개의 링(32)들을 포함하는 공지된 무한 캐리어(31)의 매우 확대되고, 개략적으로 도시된 단면도를 나타낸다. 도 4는 링들(32)의 질화 표면 층(50)(더 어두운 회색)의 특징부 및 링(32)들의 전체 두께와 관련한 그것의 두께를 도시한다. 공지된 기술에 따르면 도 4에서 각각의 질화물 층(50)의 두께(T)는 각각의 링(32)들의 전체 두께(D)의 20% 이다.

그러나, 본 발명에 따른 이런 질화물 층의 두께(T)는 링(32)들의 최적 피로 특징들을 달성하기 위해 전체 링 두께(D)의 10% 보다 작아야 한다. 반면에, 전체적인 무한 캐리어(31)는 작동 동안 횡방향 요소(33)에 미끄럼 접촉에 의해 야기되는 마모 및 접촉 하중에 저항할 수 있어야 하며, 전체 링 두께(D)의 10%보다 더 두꺼운 질화물 층을 필요로 하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 전체적인 무한 캐리어(31)의 개선으로서, 캐리어(31)의 중간 링들(32-B) 즉, 반경방향 최외측 링(32-O)과 반경방향 최내측 링(32-I) 중간에 위치된 캐리어(31)의 링들(32-B)은 반경방향 최외측 링(32-O)의 적어도 반경방향 외향으로 배향된 표면(51)의 질화물 층(50-O) 및/또는 반경방향 최내측 링(32-I)의 적어도 반경방향 내향으로 배향된 표면(52)의 질화물 층(50-I)보다 더 얇은 질화물 층(50-B)을 가지도록 캐리어(31)를 구성하는 것이 제안되며, 질화물 층 두께(T-B)가 질화물 층 두께(T-O) 및/또는 질화물 층 두께(T-I)보다 작게 도 5에서 개략적으로 도시된다.

Claims

스틸 세그먼트(33)와, 스틸 세그먼트(33)의 리세스(37)에 수용되고 반경 방향으로 서로 포개어진 복수의 가요성 스틸 링들(32)로 구성되고 질화된 표면 층(50)을 가지는 적어도 하나의 캐리어(31)를 가진 구동 벨트(3)에 있어서,
캐리어(31)의 반경방향 최외측 링(32-O)과 반경방향 최내측 링(32-I) 중간에 위치된 링(32-B)의 질화물 층(50-B)의 두께는 반경방향 최외측 링(32-O)의 반경방향 외향으로 배향된 표면(51)의 질화물 층(50-O)의 두께와, 반경방향 최내측 링(32-I)의 반경방향 내향으로 배향된 표면(52)의 질화물 층(50-I)의 두께 중 적어도 하나보다 작은 것을 특징으로 하는
구동 벨트(3).
제1항에 있어서, 캐리어(31)의 중간 링들(32-B) 중 적어도 하나의 중간 링의 질화물 층(50-B)의 두께는 하나의 중간 링(32-B)의 전체 두께의 10%보다 적고 상기 전체 두께의 5%보다 큰 것을 특징으로 하는
구동 벨트(3).
제2항에 있어서, 캐리어(31)의 중간 링(32-B)의 질화물 층(50-B)의 두께는 캐리어(31)의 중간 링(32-B)의 전부에 대해 실질적으로 동일한 두께인 것을 특징으로 하는
구동 벨트(3).
제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 적어도 반경방향 외향으로 배향된 표면(51)의 위치에서 반경 방향으로 측정된, 반경방향 최외측 링(32-O)의 질화물 층(50-O)의 두께가 그 방향으로 측정된 최외측 링(32-O)의 전체 두께의 10%보다 크고, 20% 미만인 구성과, 적어도 반경방향 내향으로 배향된 표면(52)의 위치에서 반경 방향으로 측정된 반경방향 최내측 링(32-I)의 질화물 층(50-I)의 두께가 이 방향으로 측정된 최내측 링(32-I)의 전체 두께의 10%보다 크고, 20% 미만인 구성 중 어느 하나 또는 이 두 구성 모두를 특징으로 하는
구동 벨트(3).
제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 반경 방향으로 측정된 중간 링(32-B)의 질화물 층(50-B)의 두께는 적어도 반경방향 외향으로 배향된 표면(51)의 위치에서 반경 방향으로 측정된, 반경방향 최외측 링(32-O)의 질화물 층(50-O)의 두께와, 적어도 반경방향 내향으로 배향된 표면(52)의 위치에서 반경 방향으로 측정된 반경방향 최내측 링(32-I)의 질화물 층(50-I)의 두께 중 적어도 하나의 두께의 25% 내지 66%인 것을 특징으로 하는
구동 벨트(3).
제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 캐리어(31)의 링(32)들의 반경 방향의 전체 두께는 0.185mm이며, 이 방향에서 중간 링(32-B)들의 질화물 층(50-B)의 두께는 10 내지 18㎛의 값을 가지고, 적어도 반경방향 외향으로 배향된 표면(51)의 위치에서 반경방향 최외측 링(32-O)의 질화물 층(50-O) 및 적어도 반경방향 내향으로 배향된 표면(52)의 위치에서 반경방향 최내측 링(32-I)의 질화물 층(50-I)의 두께가 25 내지 35㎛의 값을 가지는 것을 특징으로 하는
구동 벨트(3).
제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 캐리어(31)의 링(32)들이 17 내지 19 질량%의 니켈, 4 내지 6 질량%의 몰리브덴, 8 내지 18 질량%의 코발트와 나머지가 철, 1 질량% 미만의 티타늄 및 소량의 불가피한 오염물을 갖는 조성을 가진 머레이징 스틸로 이루어지는 것을 특징으로 하는
구동 벨트(3).