DE19730400C2 - Kegelscheibe für stufenlos steuerbare Umschlingungsgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kegelscheibe für stufenlos steuerbare Umschlingungsgetriebe nach der im Oberbe­ griff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Stufenlose Getriebe in Form von Umschlingungsgetrieben werden mit zunehmender Tendenz auch in Fahrzeugen ein­ gesetzt. Da die Leistungsübertragung dabei prinzipiell durch Reibschluß zwischen den Kegelscheiben und dem Umschlingungsmittel, das jeweils zwischen zwei sich gegenüberliegenden Kegelscheiben angeordnet ist, er­ folgt, müssen relativ hohe Anpreßkräfte aufgebracht werden. Optimal für den Wirkungsgrad ist ein Betrieb unmittelbar unter der Rutschgrenze. Andererseits muß ein Durchrutschen des Umschlingungsmittels in jedem Falle vermieden werden, da dies zu Schäden im Kontakt­ bereich der Kegelscheiben führen würde und dadurch eine störungsfreie Funktion des Getriebes gefährdet wäre. Zur Abstimmung und zur gegenseitigen Anpassung zwischen den Kegelscheiben und dem Umschlingungsmittel ist es deshalb bereits bekannt, die Laufscheiben an ihren Kontaktflächen mit dem Umschlingungsmittel mit einer besonderen Beschichtung zu versehen.

In der gattungsgemäßen DE-OS 27 26 613 ist das Problem bei Herabsetzung des Reibwertes zwischen Scheibe und Umschlingungsmittel durch einen trennenden Ölfilm be­ schrieben. Daraus wird dann abgeleitet, daß die erfor­ derlichen Andrückkräfte der Scheiben entsprechend zu erhöhen sind. Außerdem soll die Oberfläche der Kegel­ scheiben aus einer aufgesinterten oder aufgespritzten körnigen Schicht aus metallischem oder keramischem Material, wie Karbiden oder Oxiden, bestehen. In die­ ser Veröffentlichung, ebenso wie in den japanischen Offenlegungen JP 01-87970 A oder JP 59-29870 A, soll dieses Problem durch eine entsprechende Porosität in der Oberfläche der Kontaktpartner, in der das Öl ver­ schwinden kann, gelöst werden.

In der JP 61-48656 A, wird darüber hinaus offenbart, wie der Reibwert durch ein Auftragen von entsprechend feinem, körnigen Material, z. B. durch Spritzen, Tau­ chen, Beschichten, oder ähnlichem, erhöht werden kann. Ein vergleichbarer Weg ist auch in der JP 61-171 946 beschrieben, hier wird metallisches Material mit dis­ pergierten Hartstoffen (Diamant) auf die Oberflächen der Kontaktpartner aufgebracht.

All diesen Vorschlägen ist gemeinsam, daß sie durch ihre vergleichsweise rauhe Oberfläche den Aufbau von für die Kraftübertragung schädlichen Ölfilmen verhin­ dern, gleichzeitig aber das Umschlingungsmittel, das im allgemeinen ein Gliederkeilriemen ist, durch Ab­ tragsverschleiß gefährden, da die Beschichtung auf den Kegelscheiben sehr hart und - im Gegensatz zu dem Werkstoff des Umschlingungsmittels bzw. der Keilrie­ menglieder - verschleißfest ausgeführt ist.

In der DE-OS 27 26 613 wird ausgeführt, daß durch die in dieser Druckschrift beschriebenen Maßnahmen auf den Scheiben der Anpreßdruck gesenkt werden kann. Setzt nun Rutschen oder ein Schlupf ein, wird durch die re­ duzierten Kontaktkräfte ein Fressen der Paarung ver­ mieden.

Durch das Aufbringen einer Laufschicht aus gehärtetem Stahl auf einen Scheibengrundkörper läßt sich ein Fressen der Kontaktflächen ebenfalls reduzieren. In wirtschaftlicher Art und Weise läßt sich die gehärtete Stahlschicht einfach mit einem Scheibengrundkörper verkleben, wie dies in der EP 0 462 637 A1 beschrieben wird.

In der JP 62-37536 A ist offenbart, daß neben einer Beschichtung des Umschlingungsmittels auch zusätzlich die Scheibenoberflächen mit einem der ersten Beschich­ tung ähnlichen Material versehen werden können. Be­ kanntermaßen neigen jedoch ähnliche Werkstoffe, insbe­ sondere unter Last, zum Fressen, so daß neben der sehr aufwendigen Maßnahme der Beschichtung des Umschlin­ gungsmittels, zumeist ein Band, hier keine Abhilfe gegen adhäsiven Verschleiß zu erwarten ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Beschichtung zu schaffen, die so ausge­ bildet ist, daß sich eine sehr tragfähige und ver­ schleißbeständige Kontaktzone zwischen dem Umschlin­ gungsmittel, hier insbesondere den metallischen Glie­ dern eines Gliederkeilriemens, und den Kegelscheiben ausbilden läßt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Beschichtung wird eine sehr tragfähige und verschleißbeständige Kontaktzone ge­ schaffen. Es wird eine sehr dichte und - gegebenen­ falls nach einer Schleifbearbeitung - sehr glatte Oberfläche mit geringen Rauhtiefen erreicht.

Die erfindungsgemäße Verwendung einer Kobalt-Basis­ legierung, bzw. Kobalt als Matrixwerkstoff mit zusätz­ lichen Hartstoffteilchen, ermöglicht es bei hohen Flä­ chendrücken ein leichtes Rutschen bzw. einen lei­ stungsproportionalen Schlupf des Umschlingungsmittels, insbesondere eines Gliederkeilriemens, zuzulassen, ohne daß Freßerscheinungen auftreten. Auf diese Weise ist es möglich, unter Beibehaltung der Übertragung ei­ ner bedeutenden Nennleistung, wirkungsgradoptimiert nahe der Rutschgrenze des Umschlingungsmittels zu ope­ rieren.

Erfindungsgemäß ist die Beschichtung auf einer durch eine Wärmebehandlung erzeugten, harten und starren Oberfläche des Kegelscheibengrundkörpers angeordnet. Die Beschichtung ist dabei im Vergleich mit dem Mate­ rial des Umschlingungsmittels elastischer ausgelegt, so daß sich durch eine Mikroanpassung der Oberflächen ein sehr hohes Maß an Mikro-Formschluß zwischen den Kontaktflächen der Kegelscheiben und dem Umschlin­ gungsmittel herausbilden kann. Dies läßt sich dann wiederum als erhöhter Reibwert feststellen. Das unter der Beschichtung liegende harte Material verhindert, daß sich das Umschlingungsmittel bzw. Teile davon durch Ermüdungs- oder Kriechprozesse dauerhaft in die Kegelscheibenoberflächen einarbeiten kann.

Bei Ausbildung der Beschichtung mit Kobalt als Ma­ trixwerkstoff, in den Hartstoffteilchen dispergiert sind, werden bei einer Gleitbeanspruchung Freßerschei­ nungen in den Kontaktbereichen verhindert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines stu­ fenlosen Umschlingungsgetriebes mit zwei Ke­ gelscheibenpaaren zur Kraftübertragung; und

Fig. 2 eine Detailvergrößerung eines erfindungsgemä­ ßen Kegelscheibenpaares.

Eine Eingangsleistung wird über eine Antriebswelle 1 und zwei mit ihr drehfest verbundene Kegelscheiben 2 und 3 über ein Gliederkeilriemen 4 als Umschlingungs­ mittel durch Reibschluß an Kontaktflächen 5a, 5b und 6a, 6b auf zwei Kegelscheiben 7 und 8 übertragen. Eine Abtriebswelle 9 überträgt die Leistung bei einem Ge­ triebe für ein Fahrzeug über einen nicht dargestellten Antriebsstrang zum Vortrieb des Fahrzeuges.

In der Fig. 2 ist in einer Detailvergrößerung ein Paar bzw. Satz Kegelscheiben 2, 7 bzw. 3, 8 dargestellt, die jeweils zusammenarbeiten. Die Kontaktflächen 5a, 5b und 6a, 6b sind mit einer Beschichtung 10 jeweils in den Bereichen der Kegelform der Scheiben versehen. Die Beschichtungen 10 sind jeweils auf einem Kegel­ scheibengrundkörper 11 aufgebracht. Durch nicht näher dargestellte Stellglieder läßt sich jeweils der Ab­ stand zwischen den Kegelscheiben 2 und 3 und zwischen 7 und 8 gleichermaßen gegensinnig verändern, wodurch in bekannter Weise durch eine entsprechende radiale Verschiebung des Umschlingungsmittels 4 entlang der Kontaktflächen 5a, 5b bzw. 6a, 6b eine stufenlose Übersetzung der Antriebsleistung erreicht wird.

Die Beschichtung 10 kann durch ein thermisches Spritz­ verfahren auf die Kontaktflächen 5a, 5b und 6a, 6b der Kegelscheibengrundkörper 11 aufgebracht werden. Die Beschichtung wird dabei so aufgebracht, daß sehr glat­ te Oberflächen mit einer maximalen Rauhtiefe von 3 µm entstehen. Durch die Beschichtung 10 mit ihrer gerin­ gen Porosität ist diese bei einer Schichtdicke von z. B. 0,1 bis 0,3 mm (zur besseren Darstellung ist die Beschichtung 10 in Fig. 2 stark überdimensioniert her­ vorgehoben) hoch tragfähig für die Belastung durch das Umschlingungsmittel 4 ausgelegt.

Bei einer Ausbildung der Beschichtung 10 mit einer Kobalt-Basislegierung, die durch ein thermisches Spritzverfahren auf einen Scheibengrundkörper 11 aus gehärtetem Material aufgebracht werden kann, wird eine hohe Verschleißfestigkeit der Kegelscheiben zugleich mit einer gewissen Nachgiebigkeit der Kontaktflächen 5a, 5b bzw. 6a, 6b erreicht.

Der Anteil von Kobalt an der Kobalt-Basislegierung der Beschichtung 10 kann zwischen 30 und 70 Gew.-% betra­ gen. Die restlichen Bestandteile können aus Chrom zwi­ schen 2 und 15 Gew.-%, Wolfram zwischen 2 und 6 Gew.-% bestehen und als Rest Eisen zwischen 1 und 5 Gew.-% aufweisen.

Bei einer alternativen Ausbildung der Beschichtung 10 mit Kobalt als Matrixwerkstoff, in welchen ein Hart­ stoff, wie z. B. Wolframkarbid, dispergiert ist, ver­ hindert dies bei Gleitbeanspruchung, d. h. bei einer Relativbewegung während des leistungsproportionalen Schlupfs des Umschlingungsmittels 4, Freßerscheinungen in den Kontaktbereichen 5a, 5b und 6a, 6b. Bei der Ausgestaltung der Beschichtung 10 mit Kobalt als Ma­ trixwerkstoff, kann der Anteil des Hartstoffes zwi­ schen 80 und 90 Gew.-%, vorzugsweise 83 bis 88 Gew.-% betragen. Der Rest ist dementsprechend im wesentlichen Kobalt. Die Teile des dispergierten Hartstoffs weisen eine Größe bis zu 2 µm auf.

Durch das Aufbringen der Beschichtung 10 mittels Hoch­ geschwindigkeitsflammspritzen, das für beide Beschich­ tungsarten in gleicher Weise geeignet ist, läßt sich eine sehr geringe Restporosität von unter 1% errei­ chen.

Claims (11)

1. Kegelscheibe für stufenlos steuerbare Umschlin­ gungsgetriebe, mit einem Kegelscheibengrundkörper, der an seiner Kontaktfläche mit dem Umschlingungs­ mittel mit einer Beschichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelscheibengrundkörper (11) aus Stahl be­ steht, der eine Wärmebehandlung durch eine Ein­ satzhärtung oder durch eine Vergütung erhalten hat, und daß die Beschichtung (10) im Bereich ih­ rer Oberfläche nachgiebiger ist als das Umschlin­ gungsmittel (4), wobei die Beschichtung (10) aus einer Kobalt-Basislegierung besteht.

2. Kegelscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (10) dispergierte Hartstoffteil­ chen aufweist.

3. Kegelscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffteilchen Wolframkarbid aufweisen.

4. Kegelscheibe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Hartstoffteilchen zwischen 80 und 90 Gew.-% vorzugsweise 83 bis 88 Gew.-% beträgt.

5. Kegelscheibe nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dispergierten Hartstoffteilchen eine Größe bis zu 2 µm aufweisen.

6. Kegelscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kobalt-Basislegierung zwischen 30 bis 70 Gew.-% Kobalt aufweist.

7. Kegelscheibe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den restlichen Gew.-% Chrom, Wolfram und Eisen enthalten sind.

8. Kegelscheibe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil von Chrom zwischen 2 und 15 Gew.-%, der Anteil von Wolfram zwischen 2 und 6 Gew.-% und der Anteil von Eisen zwischen 1 und 5 Gew.-% beträgt.

9. Kegelscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (10) durch Hochgeschwindigkeits­ flammspritzen aufgebracht ist.

10. Kegelscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (10) eine Dicke von 0,1 bis 0,3 mm aufweist.

11. Kegelscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (10) eine maximale Rauhtiefe von 3 µm aufweist.