用于传动带的柔性环和用于无级变速器的包括柔性环的传动带的制作方法

1.本发明涉及一种柔性环，该柔性环被指定为用于具有两个带轮和传动带的无级变速器的传动带的一部分。这种传动装置是公知的并且例如应用于乘用车和其它机动车辆的传动系中。在变速器中，传动带围绕带轮并在带轮之间运行，每个带轮设置有两个锥形槽轮，锥形槽轮限定了v形槽，传动带的相应周向部分被保持在该v形槽中。带轮的v形槽的宽度可以通过将带轮槽轮移向或远离彼此而在相互相反的方向改变，以控制传动带与相应的带轮(有效)摩擦接触的半径，即将变速器提供的速比控制在最小和最大速比之间的连续范围内。


背景技术：

2.一种已知类型的传动带包括一排基本上连续的由钢制成的横向段，这些横向段围绕环堆组并安装在环堆组的周长上，环堆组由多个柔性环形带或环组成，这些环形带或环相互堆叠，一个围绕另一个，并且同样是钢制的。
3.在上文和下文的描述中，轴向、径向和周向方向是相对于以圆形姿势放置的传动带限定的。横向段的厚度方向和厚度尺寸被限定在所述周向方向上，横向段的高度方向和高度尺寸被限定在所述径向上，横向段的宽度方向和宽度尺寸被限定在所述轴向上。环和环堆组的厚度方向和厚度尺寸限定在所述径向方向上，环和环堆组的宽度方向和宽度尺寸限定在所述轴向方向上，环堆组的长度方向和长度尺寸限定在所述周向方向上。上下方向和上下位置分别限定为径向向外和径向向内。
4.尽管具有圆形的侧表面，已知的柔性环具有基本上为矩形的截面，使得其厚度远小于其宽度，通常宽度是厚度的至少四十倍到一百倍或更多的倍数。同样在绝对值上，环的厚度很小并且通常具有185到200微米的值，使得它可以在其周向方向上相对容易地弯曲。在环堆组中，多个这样的环相互同心布置、即以最小的间隙嵌套，使得当传动带在变速器中运行时这些环分担负载。
5.作为环的制造过程的一部分，在本领域中通常的做法是使环的内表面变粗糙，即在其上压印规则或不规则图案的压痕和/或隆起，目的是吸入和/或捕获环堆组中相邻环之间的润滑剂。这种表面型廓的压痕例如可以是封闭的凹处或相交的槽的形式，但在任何情况下其深度仍然很小，通常平均在2.5至10微米的范围内。此外，通常以相对精细的尺度提供表面型廓，使得相应环表面的所得iso标准ra粗糙度位于iso等级n5和n7之间(即0.4μm《ra《1.6μm)。
6.已知的横向段各自限定了朝向传动带的径向外侧开口的中央开口，并且该开口容纳和限制这种环堆组的相应周向区段，同时允许横向段沿着其周长移动。该中央开口由横向段的位于环堆组的径向内侧的基部与分别从基部的相应侧沿径向向外方向延伸的两个柱部限定并被限定在其之间。因此，两个柱部限定了中央开口的相应轴向边界，而在径向向内方向上，中央开口由基部界定。在径向向外的方向上，中央开口通过一些装置至少部分地
封闭，以便将环堆组限制到中央开口。这种类型的传动带例如从英国专利gb1286777-a以及从最近的国际专利公开wo2018/210456-a1中获知。应当注意，根据这些文件，用于在径向向外方向上限制环堆组的所述装置由柱部的各个钩部实施，每个钩部在相距基部一定距离处分别朝向彼此轴向地延伸、即轴向相对。横向段的这些钩部可以具有相同的轴向延伸，或者这种轴向延伸在两个钩部之间可以不同，在这种情况下，这些相应的钩部优选地设置在横向段的相反侧上以用于传动带中的顺续的横向段，如wo2018/210456-a1所教导的。
7.从径向方向看，已知横向段的外部具有基本恒定的厚度，而其内部的厚度沿径向向内方向减小。在所述内部和外部之间，所述横向段的面向所述传动带的周向方向的前表面包括在径向方向上弯曲并且在本领域中经常被称为摇摆边缘或倾斜区域的横向延伸的表面部分。摇摆边缘允许传动带中的连续横向段围绕轴向方向相互旋转，同时这些横向段在摇摆边缘处保持接触，由此传动带作为整体遵循弯曲轨迹。尽管摇摆边缘可以位于横向段的基部，但它优选地至少部分地位于其柱部中。
8.在变速器的操作过程中，环堆组通过被夹持在两个带轮的锥形盘之间而在两个带轮处沿径向向外方向推动的横向段而被张紧。在这些带轮处，传动带因此遵循弯曲轨迹，在该弯曲轨迹部分中，横向段至少通过位于柱部之间的基部的表面的一部分抵靠环堆组的径向内侧，该表面部分在下文中表示为支承表面。由于其在带轮处的所述张紧，环堆组在两个带轮之间基本上直线地延伸，同时当横向段从一个带轮移动到另一个带轮时引导这些横向段在这些直的轨迹部分中移动。
9.这种类型的传动带通常设计为使其在变速器中的使用寿命取决于环堆组在运行期间在张力下循环弯曲和拉伸的疲劳强度。因此，一般的发展目标是至少就环堆组的抗金属疲劳性来改进现有的传动带设计和现有的设计考虑。


技术实现要素：

10.本发明依赖于在生命周期测试条件下的观察，疲劳断裂开始经常发生在环堆组的径向最外环的内表面上，在其侧面之一的0.5至1.5mm内。特别地，这种起始位置似乎对应于径向最外环的外表面在操作期间到达与横向段的钩部接触的位置。此外，测试后对最外环的详细微观分析向申请人揭示，所述疲劳断裂的引发与所述环内表面上的所述表面型廓有关。
11.基于这些发现，本发明提出不在所述起始位置应用表面型廓，以至少提高环堆组的径向最外环的疲劳强度。换言之，根据本发明，环堆组的径向最外环的内表面的侧边缘被制成光滑，并且特别地，具有小于0.4μm的ra表面粗糙度(iso等级n4或更小)。更特别地，根据本发明，所述表面型廓或者根本不应用于环堆组的径向最外环，或者它仅应用于其内环表面的中央部分，从而使其侧边缘与中央部分相比相对光滑，或应用于其外环表面。在制造过程中仅内环表面的中央部分设置有表面型廓的情况下，该中央部分优选地跨越径向最外环的宽度的至多90％、更优选地至多80％。
附图说明
12.下面结合附图对上述发明及其技术工作原理作进一步说明，其中：
[0013]-图1是具有两个带轮和传动带的已知变速器的简化示意侧视图，传动带包括环堆
组和沿环堆组的周长安装在环堆组上的一排横向段；
[0014]-图2在面向其周向方向的截面中示意性地示出了已知传动带并且还包括仅单独横向段的横向截面；
[0015]-图3是环堆组的单个环的示意图；
[0016]-图4提供了环的已知整体制造过程的当前相关部分的图解表示；
[0017]-图5示意性地示出了根据本发明的环堆组的第一实施例中的径向最外环；以及
[0018]-图6示意性地示出了根据本发明的第二实施例中的环堆组的径向最外环。
具体实施方式
[0019]
图1在其截面中示意性地示出了用于例如乘用机动车辆的传动系中的无级变速器51的中央部分。该变速器51是众所周知的并且至少包括第一可变带轮52、第二可变带轮53和围绕这些带轮52、53安装的传动带50。在传动系中，第一带轮52耦接到车辆的原动机、例如电动机或内燃机并其驱动，第二带轮53通常经由多个齿轮耦接到车辆的驱动轮并驱动该驱动轮。带轮52、53通常均包括固定到相应带轮轴54、55的第一锥形槽轮和相对于这样的相应带轮轴54、55轴向可移位并且在旋转方向上固定到其上的第二锥形槽轮。如图1所示，变速器51中的传动带50的轨迹包括传动带50在带轮52、53之间交叉的两个直线部分st和传动带50缠绕在传动带50上并同时容纳在锥形槽轮之间的两个弯曲部分ct。
[0020]
传动带50由环堆组8和多个横向段1组成，横向段1沿环堆组8的周向以至少基本上连续一排地安装在环堆组8上。为了简单起见，在图1中仅示出了传动带50的几个横向段1，此外，这些横向段1没有相对于例如带轮52、53的直径按比例绘制。在传动带50中，横向段1可沿环堆组8的周长移动，环堆组8由相互嵌套的多个相对较薄且柔韧的环形钢带或环组成，如可以在图2中可以更清楚地看到，该图示出了具有八个单独的环的环堆组8。
[0021]
在变速器51操作期间，传动带50的横向段1可以由第一带轮52通过摩擦沿其旋转方向被驱动。这些被驱动的横向段1在环堆组8的周向方向上推动前面的横向段1，并且最终再次通过摩擦旋转地驱动第二带轮53。为了在横向段1和带轮52、53之间产生这种摩擦(力)，每个带轮52、53的所述带轮槽轮被推向彼此，由此在传动带50的相应弯曲轨迹部分ct将横向段1夹在它们之间。为此，在变速器51中提供了作用于每个带轮52、53的可动带轮槽轮上的电控和液压作用的运动装置(未示出)。这些运动装置还控制传动带50在带轮52、53处的相应径向位置r1和r2，并因此控制变速器51在传动系中提供的带轮轴54、55之间的速比。
[0022]
同样在变速器51传动带50的操作期间，横向构件通过被夹持在锥形带轮槽轮之间而被径向向外推，并且被迫与由此张紧的环堆组8的径向内侧接触。因为，如上所述，在传动带50中，横向段1可以沿其周长相对于环堆组8移动，相对于由传动带50在带轮52、53之间传递的扭矩，至少与其它类型的传动带相比，环堆组8被张紧到相对较低的水平。
[0023]
在图2中更详细地示意性地示出了已知的传动带50。在图2的左侧，传动带50在其面向圆周方向的截面中示出，在图2的右侧，仅包括横向段1的截面a-a。从图2可以看出，传动带50的横向段1的形状通常类似于字母“v”，即通常为v形。换言之，横向段1的与带轮52、53进行(摩擦)接触的侧面12通过以与带轮52、53的锥形槽轮之间存在的角度紧密匹配的角度定向而在径向向外方向上相互发散。横向段1的带轮接触面12通常由宏观型廓形成波纹
或设置有粗糙的表面结构，使得只有波纹或表面粗糙部的较高的峰与带轮52、53接触。横向段设计的这一特殊特征提供了传动带50和带轮52、53之间的摩擦通过允许施加在已知变速器51中以被放置在波纹或表面粗糙部的较低的部分的冷却油而优化。
[0024]
每个横向段1包括基部10和两个柱部11，其中基部10主要沿传动带50的轴向延伸，柱部11主要沿传动带50的径向延伸。在其厚度方向上，横向段1在主体前表面(即前表面2)和主体后表面(即其后表面3)之间延伸，两者均至少一般地定向在传动带50的周向方向上。开口5被限定在每个横向段1的柱部11和基部10之间的中央，在其中容纳环堆组8的周向区段。在径向向外的方向上，中央开口5被柱部11的相应钩部9部分地封闭。每个这种钩部9从相应的柱部11大致在相应的相对的柱部11的方向上延伸。因此，钩部9将环堆组8沿径向向外方向限制在横向段1的中央开口5。在柱部11之间，基部10限定了用于沿径向向内方向限制和支撑环堆组8的支承表面13。
[0025]
如图2所示，支承表面13是中央开口5的边界表面的中央部分，该边界表面由基部10沿径向向内方向限定并且因此主要在传动带的轴向和周向方向上延伸50。支承表面至少在轴向上以众所周知的方式凸出弯曲，以实现或至少促进横向段1和环堆组8之间的期望接触和相互作用。在支承表面13的任一侧，在基部10的所述边界表面还包括过渡表面15，该过渡表面15在支承表面13和相应柱部11的面向中央开口5的侧表面之间形成过渡。通常，这种过渡表面15包括与支承面13相邻的凸弯曲部分和与相应柱部11的所述侧面相邻的凹弯曲部分。注意，过渡表面15的凸弯曲部分根据比支承表面13的弯曲小得多的曲率半径(例如是其0.1倍或更小)来弯曲。环堆组8的宽度可以稍大于支承表面13的宽度，因为这允许传动带50的设计尽可能紧凑。
[0026]
横向段1的两个柱部11设置有从横向段1的前表面2沿厚度方向突出的突起6，并且在相应柱部11的相反侧、即在横向段1的后表面3中设置有相应的但稍大的空腔7。在传动带50中的横向段1排中，第一横向段1的突起6被接收在第二连续横向段1的空腔7中。通过连续横向段1的突起6和空腔7的这种接合，横向段1在传动带50的所述排中沿径向方向和轴向方向相互连接并彼此对正。在图2中，空腔7的直径相对于突起6的直径被夸大以说明存在于它们之间的间隙。
[0027]
同样在传动带50中的所述横向段1排中，第一横向段1的前表面2的至少一部分邻接第二连续的横向段1的后表面3的至少一部分。邻接的横向段1能够相对于彼此倾斜，同时在其前表面2的轴向延伸的凸弯曲表面部分4处并通过该处保持相互接触，该表面部分4在下文中表示为摇摆边缘4。在摇摆边缘4上方、即在这种摇摆边缘4的径向外侧，横向段1具有基本恒定的厚度，而在摇摆边缘4下方、即在这种摇摆边缘4的径向内侧，横向段1是锥形的，即具有沿径向向内方向减小的厚度(无论是渐进式、阶梯式或两者的组合)，以允许上述的相对倾斜，而不会在邻接的横向段1的各个基部10之间产生干扰。
[0028]
注意，虽然在图2中摇摆边缘4部分地位于柱部11中并且部分地位于横向段1的基部10中，使得它在径向上与支承表面13重叠，但也已知的是将摇摆边缘4完全定位在基部10中、即支承表面13的径向向内。在任一种情况下，摇摆边缘4优选地设置在由中央开口5和/或由横向段1的前表面2中的凹入区域14隔开的两个部分4a、4b中，该凹入区域相对于摇摆边缘4在厚度方向上凹入。凹入区域14在邻接的横向段1之间提供通道，允许润滑剂从传动带50的径向内部流动至环堆组8的径向内侧。这种润滑剂在运行期间被提供给变速器，不仅
用于冷却它，而且还用于润滑横向段1和环堆组8之间的动态接触以及环堆组8的各个环之间的接触。还应注意，在图2所示的横向段1的实施例中，摇摆边缘4部分地位于横向段1的柱部11和基部10中，凹入区域14部分地形成为横向段1的前表面2和支承表面13之间的弯曲过渡表面，这是优选的精冲制造横向段的方法的不可避免的副作用。在精冲中，通过将具有与横向段1的型廓相对应的型廓的冲头穿过母材冲出模板的横向段形孔而将横向段1切下，同时横向段由在其相对侧的反冲头支撑。反冲头的与母材接触的端面成形为以形成摇摆边缘4，并设置有用作形成突起6的模具的凹部，而冲头的与母材接触的端面是突出部分以形成空腔7。
[0029]
在图3中，示出了环堆组8的单个环41。在环41的内表面41i上存在相互交叉的之间具有凹处的连续隆起的精细表面型廓，并且在图3中由交叉影线示意性地表示。环41的外表面41o没有这种表面型廓，因此相对光滑。内表面41i的表面型廓通过减小它们之间的滑动接触的表面积以及通过在这种滑动接触中吸入和/或捕获润滑剂来减小环堆组8的各个环41之间的摩擦。
[0030]
图4示出了传动带环构件41的已知制造方法的相关部分，因为它通常在本领域中用于生产用于汽车应用的金属传动带50。已知制造方法的单独工艺步骤用罗马数字表示。
[0031]
在第一工艺步骤i中，将具有约0.4mm厚度的马氏体时效钢基材的薄片或板20弯曲成圆柱形，并且在第二工艺步骤ii中将接合板端部21焊接在一起以形成中空圆柱体或管22。在工艺的第三步骤iii中，管22在烘箱室60中退火。此后，在第四工艺步骤iv中，管22被切割成多个环形环41，这些环形环随后在第五工艺步骤v中被在两个轧辊之间轧制以将其厚度减小约二分之一，同时被拉长。在环轧过程中，所述表面型廓也通过位于环41内侧的设置有适当型廓的滚动表面的轧辊而压印在环41的内表面41i上，例如在专利申请公开wo2005/053867中描述的。
[0032]
如此轧制的环41经受进一步的、即环退火工艺步骤vi，以通过在烘箱室60中使环材料在显著高于600摄氏度、例如约800℃的温度下恢复和再结晶来消除先前轧制工艺步骤的加工硬化效果。在如此高的温度下，环材料的微观结构完全由奥氏体型晶体组成。然而，当环41的温度再次下降到室温时，这种微观结构根据需要转变回马氏体。在退火vi之后，环41在第七工艺步骤vii中通过围绕两个旋转辊安装并通过迫使所述辊分开而拉伸至预定周长长度而被校准。在环校准的第七工艺步骤vii中，内应力也施加在环41上。
[0033]
此后，环41在第八工艺步骤viii中进行热处理，该工艺步骤viii结合有老化、即整体沉淀硬化，和氮化、即表面硬化。更特别地，这种组合热处理包括将环41保持在烘箱室60中，烘箱室60包含在受控温度下的氨、氢气和氮气的混合物的受控工艺气氛。在本领域中已知将工艺气氛中的氨浓度控制在按体积计5％和25％之间的值，将工艺气氛中的氢浓度控制在按体积计5％和15％之间的值以及控制工艺气氛的温度值在450和525℃之间。在这方面实际应用的值是大约10％体积的氨气、大约5％体积的氢气和470℃。在烘箱室中，氨分子在环41的表面分解成氢气和氮原子，它们可以进入环41的晶体结构中。已知通过这些间隙氮原子，抗磨损性和抗疲劳断裂性得到显著改善。通常，执行组合环老化和氮化的第八工艺步骤viii，直到在环41的外表面形成的氮化层或氮扩散区达到例如25微米的期望厚度。
[0034]
尤其要注意的是，这种组合热处理可替代地在不含氨的处理气体中老化热处理之后或之前进行，即不同时进行氮化。当氮化热处理的持续时间太短而不能同时完成沉淀硬
化过程时，应用这种单独的老化热处理。
[0035]
多个如此处理的环41在第九工艺步骤ix中组装以通过径向堆叠、即选定环41的同心嵌套以实现每对相邻环41之间的最小径向游隙或间隙形成环堆组8。尤其要注意的是，本领域还已知在环校准的第七工艺步骤vii之后、即在环老化和环氮化的第八工艺步骤viii之前替代地组装环堆组8。
[0036]
众所周知，在变速器的操作过程中，环堆组8的各个环41通过所述夹紧力的径向定向的反作用力进行张紧。然而，所产生的环张力不是恒定的，并且不仅取决于由变速器传递的扭矩，而且还取决于传动带50在变速器中的旋转而变化。因此，除了环41的屈服强度和耐磨性之外，疲劳强度也是其重要的性能和设计参数。
[0037]
在这后一方面，本发明依赖于观察到疲劳断裂开始发生在环堆组8的径向最外环41的内表面上，在其侧面之一的0.5至1.5mm内，该起始位置可以与在变速器51的运行过程中径向最外环41与横向段1的钩部9的接触联系起来。为了提高径向最外环41在该特定位置处的疲劳强度，本发明提出通常，在局部制造尽可能光滑的环表面，特别是不要在该位置应用所述表面型廓。
[0038]
首先根据本发明并且如图5中示意性地示出的，环堆组8的径向最外环41的表面型廓可以提供到其外表面41o。优选地但不是必须地，环堆组8的所有单个环41在这种情况下在它们的外表面41o上设置有表面型廓，使得表面型廓存在于环堆组8中的所有邻接环41对之间。然而，从制造的角度来看，将表面型廓应用于其它环41的内表面41i可能是方便的，在这种情况下，在环堆组的径向最外面的一对相邻环41之间不存在表面型廓8。由于这对径向最外圈41之间的接触压力最低，因此表面型廓的润滑功能在这种情况下确实被认为是非必要的。此外，在这种情况下，环堆组8的径向最外环41可以具有光滑的内表面41i和光滑的外表面41o。
[0039]
其次，根据本发明并且如图6示意性所示，环堆组8的径向最外环41的表面型廓可以仅提供到其内表面41i的中央部分41cp，使得侧边缘41se没有这样的表面型廓、即相对光滑。优选地但不是必须地，环堆组8的所有单独的环41在这种情况下仅在其内表面41i的中央部分41cp中设置有表面型廓。从制造的角度来看，后一种选择更为可取。
[0040]
本发明除了前面的全部描述和附图的所有细节之外，还涉及并包括所附权利要求的所有特征。权利要求中的括号内的引用不限制其范围，而仅提供为各个特征的非约束性示例。要求保护的特征可以单独应用于给定的产品或给定的工艺，视情况而定，但也可以在其中应用两个或更多个这样的特征的任意组合。
[0041]
本发明不限于本文明确提及的实施例和/或示例，还包括其修改、变型和实际应用、特别是相关领域的技术人员能够理解的那些修改、变型和实际应用。