KR20100096249A - 구동 벨트를 포함하는 연속 가변 변속기, 그 동작 방법 및 구동 벨트 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변 폭의 사실상 V형 원주방향 홈을 각각 형성하는 두 개의 풀리와, 풀리 둘레에 감겨진 구동 벨트로서 벨트의 무단 인장 수단 상에 제공된 다수의 케이스 경화된 강철 횡방향 요소들을 포함하는 구동 벨트와, 재순환 방식으로 벨트에 냉각제를 공급함으로써 변속기 동작 동안 벨트를 냉각하기 위한 냉각 장치를 포함하는 연속 가변 변속기에 관한 것이다. 본 발명에 따라서, 변속기는 냉각제 자체의 냉각을 증진시키거나 다른, 냉각제 자체의 냉각 목적 전용의 구성요소를 포함하지 않는다.

Description

구동 벨트를 포함하는 연속 가변 변속기, 그 동작 방법 및 구동 벨트 제조 방법 {CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION INCORPORATING A DRIVE BELT, METHOD FOR OPERATING IT AND METHOD FOR MANUFACTURING THE DRIVE BELT}

본 발명은 하기의 청구항 1의 전제부에 따른 연속 가변 변속기에 관한 것으로, 이러한 변속기는 예로서, 유럽 특허 출원 공개 EP-A-1 167 829호로부터 본 기술 분야에 잘 알려져 있다.

이런 변속기는 예로서 유럽 특허 출원 공개 EP-A-0 626 526호로부터 그 자체가 공지되어 있는 소위 푸시 벨트 형태의 구동 벨트를 포함하는 것이 일반적이다. 공지된 푸시 벨트는 강철 횡방향 요소를 포함하며, 이 강철 횡방향 요소는 주로 이 횡방향 요소를 속박 및 안내하는 기능을 갖는 그 무단 인장 수단(endless tensile means)의 원주에 대해 자유롭게 미끄럼 가능하도록 벨트 내에 포함된다. 통상적으로, 무단 인장 수단은 두 세트의 다수의 서로 겹쳐진, 즉, 방사상으로 적층된 평탄하고 얇은 금속 링들로 구성된다.

이런 변속기에서, 클램핑력의 영향 하에 각각의 풀리의 원추형 강철 디스크들 사이에 벨트를 클램핑함으로써 하나의 풀리로부터 다른 풀리로 토크가 전달되고, 이러한 클램핑 목적을 위해, 풀리의 적어도 하나의 디스크는 작동기에 의해 축방향으로 이동가능하게 구성된다. 상기 토크의 전달은 구동 풀리의 회전 운동을 벨트로 마찰식으로 전달함으로써 실현되며, 벨트의 요소들은 풀리의 디스크와 접촉하기 위한 축방향 접촉 영역을 구비한다. 다른 풀리, 즉, 피동 풀리에서, 구동 풀리의 상기 회전 운동의 근간이 되는 힘은 반대로, 역시, 마찰식으로, 상기 벨트로부터 피동 풀리의 디스크로 전달된다. 벨트가 각 풀리 내에서 연장하는 반경은 서로에 관한 각 풀리에서의 클램핑력을 변경함으로써 변화될 수 있으며, 그에 의해, 이런 반경들 사이의 수학적 비율은 소위 변속기의 형상비를 나타내는 반면, 풀리의 회전 속도 사이의 비율은 변속기의 실제 속도비를 나타낸다.

변속기의 동작 동안 마찰 접촉시 불가피하게 발생되는 열을 제거하기 위해 변속기의 벨트 및 풀리 구성요소들을 냉각하는 것이 필수적이다. 이에 관하여, 벨트의 횡방향 요소들은 일반적으로 가장 중요한 구성요소이며, 그 이유는, 현재의 변속기 디자인에 통상적으로 적용되는 높은 레벨의 상기 클램핑력을 신뢰성있게 감당할 수 있게 하기 위해 그 강철이 가열(오스테나이징), 켄칭 및 후속 템퍼링에 의해 경화되어 있기 때문이다. 특정 임계 온도를 초과하여 가열되면, 템퍼링 처리가 이어지고, 횡방향 요소들은 클램핑력의 영향 하에 급속히 마모되거나, 심지어 파괴된다. 따라서, 공지된 변속기는 합성 윤활유 같은 냉각제를 벨트에 공급하고, 후속하여 이를 펌프에 의해 저장조를 통해 재순환시키기 위한 냉각 장치를 추가로 포함하며, 공지된 냉각 장치는 냉각제 자체를 냉각시키기 위한 구성요소, 즉, 오일 냉각기 같은 열교환 장치를 더 포함한다.

이 때문에, 벨트에 공급되는 냉각제의 유동 및 온도는 그에 의해 제거되는 열, 그리고, 이에 따라, 궁극적으로는 변속기의 동작 동안 벨트가 도달하는 최대 온도를 크게 좌우한다. 실제로, 냉각제의 공급 유동이 높을수록 및/또는 냉각제의 공급 온도가 낮을수록 냉각 장치에 의해 소비되는 동력의 양의 증가로 인해 변속기의 전체 효율이 더 낮아진다는 것이 사실이다. 따라서, 예로서, 관련 변속기 상태에 따라 공급 유동을 제어하여 공급 유동을 저하시킴으로써 및/또는 변속기의 최고온 부분에 먼저 공급 유동을 안내함으로써 변속 효율을 증가시키는 것이 일반적 개발 목적이었다. 이들 공지된 노력의 몇몇 예는 특허 출원 공보 JP-A-09/053711호, EP-A-0 688 980호 및 US-A-7,125,355호에 의해 제공된다.

본 발명의 목적은 공지된 변속기를 개선하는 것이며, 특히 냉각 장치의 동작을 위해 필요한 동력의 양을 감소시킴으로써 변속기의 동작 효율을 개선하는 것이다.

본 발명에 따라서, 상술한 목적은 청구항 1의 특징부의 특징을 포함하는 변속기에 의해 실현된다. 본 발명은 냉각 장치 자체를 최적화하는 것이 아니라, 놀랍게도 변속기에 필요한 냉각 노력을 먼저 감소시키는 방식으로 변속기의 디자인을 변경하는 해법을 발견하였다. 본 발명은 횡방향 요소를 위해 지정된 재료 경도가 풀리 디스크와의 마찰 접촉부의 마모 및 파열을 견디기 위한 표면 경도만큼만 실제 요구된다는 개념으로부터 출발한다. 원론적으로, 횡방향 요소에 대해 여전히 충분한 강도를 제공하면서 상당히 더 낮은 코어 경도 값이 허용될 수 있다. 횡방향 요소가 표면에 의해 추가로 경화, 즉, 케이스 경화 처리(case hardening treatment)된다면, 요소의 켄치 경화 코어 재료는 이에 따라 가능하게는 심지어 변속기의 동작 동안, 현저히 더 낮은 코어 경도 값으로 템퍼링될 수 있다. 따라서, 이렇게 설계된 변속기는 상당히 더 높은 온도에서 동작될 수 있으며, 그래서, 변속기에 요구되는 냉각 노력이 감소된다. 실제로, 이는 냉각제의 최소 요구 공급 유동이 바람직하게 감소되고, 그리고/또는 냉각제의 최대 허용 공급 온도가 바람직하게 증가된다는 것을 의미한다.

따라서, 본 발명의 가장 양호한 실시예에서, 본 발명은 냉각 장치를 포함하지만, 그러나, 냉각 장치가 오일 냉각기 같은 열 교환 장치를 구비하지 않는 연속 가변 변속기에 관한 것이다. 이 조치는 냉각 노력을 크게 감소시키며, 특히, 냉각제를 순환시키기 위해 필요한 펌핑 노력이 감소된다. 이에 관하여, 변속기의 동작 동안 종래의 냉각제의 공급 온도는 약 80-90℃로 제한되는 반면, 본 발명에 따른 변속기에서는 100℃를 초과한 공급 온도가 쉽게 허용될 수 있으며, 가능하게는 110℃를 초과하여 125℃까지, 가능하게는 심지어 미소하게 이를 초과하는 수준, 예를 들어, 130℃까지의 공급 온도가 허용된다. 이는 단지 순간적인 것이 아니며, 긴 시간 기간 동안, 즉, 변속기의 전체 동작 또는 서비스 시간의 대부분 동안 유지된다.

또한, 본 발명은 벨트에 냉각제의 유동을 연속적으로 공급함으로써 변속기의 벨트를 냉각하기 위한 냉각 장치를 구비한 연속 가변 변속기를 동작시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법에서, 냉각제의 공급 유동은 동작 동안 그 온도가 100℃ 이상에 도달하도록 조절된다. 이렇게 제어된 변속기에서는 상기 공급 유동이 종래에 적용되는 유동에 비해 현저히 감소될 수 있거나, 그리고/또는 종래에 적용되던 열 교환기 장치의 냉각 용량이 크기가 감소될 수 있거나 가능하게는 심지어 변속기로부터 전체적으로 생략될 수 있다.

본 발명에 따라서, 횡방향 요소의 추가적 표면 경도는 구동 벨트의 제조시, 적절한 코팅 재료, 예를 들어, 티타늄 질화물을 사용한 코팅, 쇼트-피닝(shot-peening) 및/또는 (침탄-)질화[(carbo-)nitriding] 같은 (오스테나이트로부터 마르텐사이트로의) 강철 매트릭스의 상 변화에 의존하지 않는 다수의 잘 알려진 케이스 경화 처리 중 하나를 사용함으로써 실현될 수 있다. 특히, 구동 벨트를 제조하는 방법은 요소들을 오스테나이징 및 켄칭하고, 후속하여 예로서 암모니아를 함유하는 처리 분위기에서 동시에 질화 및 템퍼링하는 단계를 요소에 적용하는 상기 단계들에 의해 횡방향 요소를 조합식으로 표면 및 코어 경화하는 것을 포함하는 것이 바람직하다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 오스테나이징 처리 단계에서, 횡방향 요소는 동시에 침탄, 즉, 침탄 처리 분위기에서 오스테나이징이 수행된다. 그러나, 이 후자의 침탄 처리는 또한 예로서, 요소들을 용융 염(molten salt) 내에 먼저 침지함으로써 고온 및 탄소 농후 환경에서 횡방향 요소를 코어 경화하는 처리 단계 이전에 수행될 수도 있다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 횡방향 요소의 궁극적 코어 경도는 54 내지 64 HRC(로크웰 C-스케일 경도) 사이, 더 바람직하게는 56 내지 60 HRC 사이의 값을 가지는 반면, 횡방향 요소의 표면 경도는 60 HRC를 초과, 더 바람직하게는 64 HRC를 초과한다. 또한, 본 발명에 따라서, 풀리 디스크도 케이스 경화 처리에 의해 추가로 경화되며, 바람직하게는 횡방향 요소의 표면 경도값에 비견할 만한 표면 경도에 도달하고, 다시 말하면, 바람직하게는 횡방향 요소의 표면 경도값으로부터 4 HRC 포인트 미만의 편차가 있고, 더 바람직하게는 횡방향 요소의 표면 경도값으로부터 5% 미만의 편차가 있는 값을 갖는다. 각 표면 경도값들의 이런 균등화에 의해, 상기 마찰 접촉부 내의 접촉면의 조합된 기계적 마모가 바람직하게 최소화된다. 바람직하게는, 풀리 디스크의 코어 재료는 그 표면보다 더 연성이고, 따라서 더 유연하다. 바람직하게는 풀리 디스크는 50과 60 HRC 사이의 값을 갖는 코어 경도를 갖는다.

본 발명은 예로서, WO-A-2006/062400호로부터 공지된 바와 같은 볼록하게 굴곡된 풀리 디스크를 갖는 변속기에 특히 양호하게 적용된다. 이런 변속기는 각각의 필요한 요소 표면 및 코어 경도 값 사이의 편차가 특히 상당하며, 그 이유는 풀리 디스크와 그 벨트의 횡방향 요소 사이의 매우 집중된 마찰 접촉 때문이다.

Claims (13)

1. 가변 폭의 사실상 V형 원주방향 홈을 각각 형성하는 두 개의 풀리와, 풀리 둘레에 감겨진 구동 벨트로서 벨트의 무단 인장 수단 상에 제공된 다수의 케이스 경화된 강철 횡방향 요소들을 포함하는 구동 벨트와, 재순환 방식으로 벨트에 냉각제를 공급함으로써 변속기 동작 동안 벨트를 냉각하기 위한 냉각 장치를 포함하는 연속 가변 변속기에 있어서,
   변속기는 냉각제 자체의 냉각을 증진시키거나 다른, 냉각제 자체의 냉각 목적 전용의 구성요소를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는
   연속 가변 변속기.
2. 제1항에 있어서,
   횡방향 요소는 54와 64 HRC 사이, 바람직하게는 56과 60 HRC 사이의 값을 갖는 코어 경도를 가지며, 60 HRC를 넘는, 바람직하게는 64 HRC를 넘는 값을 갖는 케이스 또는 표면 경도를 갖는 것을 특징으로 하는
   연속 가변 변속기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   풀리 디스크는 횡방향 요소의 표면 경도값으로부터 4 HRC 포인트 미만 또는 5% 미만의 편차를 갖는 값을 갖는 케이스 또는 표면 경도를 가지고, 바람직하게는 50과 60 HRC 사이의 코어 경도값을 갖는 것을 특징으로 하는
   연속 가변 변속기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   풀리 디스크는 방사상 외향 방향으로 볼록하게 굴곡되어 있는 것을 특징으로 하는
   연속 가변 변속기.
5. 가변 폭의 사실상 V형 원주방향 홈을 각각 형성하는 두 개의 풀리와, 풀리 둘레에 감겨진 구동 벨트로서 벨트의 무단 인장 수단 상에 제공된 다수의 케이스 경화된 강철 횡방향 요소들을 포함하는 구동 벨트와, 벨트에 냉각제의 유동을 연속적으로 공급하고 후속하여 이를 펌프에 의해 재순환시킴으로써 벨트를 냉각하기 위한 냉각 장치를 포함하는 연속 가변 변속기, 특히, 제1항에 따른 변속기를 동작시키는 방법에 있어서,
   냉각제의 공급 유동은 그 온도가 100℃ 이상에 도달하도록 조절되는 것을 특징으로 하는
   연속 가변 변속기 동작 방법.
6. 제5항에 있어서,
   냉각제의 공급 유동은 그 온도가 130℃를 초과하지 않도록 조절되는 것을 특징으로 하는
   연속 가변 변속기 동작 방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   횡방향 요소는 54와 64 HRC 사이, 바람직하게는 56과 60 HRC 사이의 값을 갖는 코어 경도를 가지며, 60 HRC를 넘는, 바람직하게는 64 HRC를 넘는 값을 갖는 케이스 또는 표면 경도를 갖는 것을 특징으로 하는
   연속 가변 변속기 동작 방법.
8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   풀리 디스크는 횡방향 요소의 표면 경도값으로부터 4 HRC 포인트 미만 또는 5% 미만의 편차를 갖는 값을 갖는 케이스 또는 표면 경도를 가지고, 바람직하게는 50과 60 HRC 사이의 코어 경도값을 갖는 것을 특징으로 하는
   연속 가변 변속기 동작 방법.
9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   풀리 디스크는 방사상 외향 방향으로 볼록하게 굴곡되어 있는 것을 특징으로 하는
   연속 가변 변속기 동작 방법.
10. 구동 벨트가 벨트의 무단 인장 수단 상에 제공된 다수의 강철 횡방향 요소를 포함하는, 연속 가변 변속기, 특히, 제1항에 따른 변속기 및/또는 제5항 또는 제6항에 따라 동작되는 변속기에 사용되는 구동 벨트를 제조하는 방법에 있어서,
    적절한 코팅 재료를 사용한 코팅, 쇼트-피닝, 침탄 및/또는 (침탄-)질화 같은 횡방향 요소를 케이스 경화하는 처리 단계를 포함하는
    구동 벨트 제조 방법.
11. 제10항에 있어서,
    횡방향 요소를 오스테나이징 및 켄칭하고 후속하여 횡방향 요소를 동시에 템퍼링 및 질화하는 처리 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는
    구동 벨트 제조 방법.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    침탄 처리 분위기에서의 오스테나이징 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    구동 벨트 제조 방법.
13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    횡방향 요소는 54와 64 HRC 사이, 바람직하게는 56과 60 HRC 사이의 값을 갖는 코어 경도를 가지며, 60 HRC를 넘는, 바람직하게는 64 HRC를 넘는 값의 케이스 또는 표면 경도를 갖는 것을 특징으로 하는
    구동 벨트 제조 방법.