带-带轮型无级变速器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的无级变速器。
【背景技术】
[0002]这种“带-带轮型”变速器在本领域中众所周知，例如在EP0777069B1中获知，并用于在无级变速或扭矩比下，在机动车中将机械能从发动机传递至负载，即从动轮。在此机动车辆应用中，变速器传动带包括安装于环形承载件上的多个横向节。每个横向节的任一横向侧具有与变速器的带轮形成摩擦接触的带轮接触表面。进一步地，每个变速器带轮具有两个带轮盘，所述两个带轮盘都限定了用于传动带的相应的锥形工作表面，所述锥形工作表面彼此相对并以此限定了用于容纳传动带的大致V形的圆周凹槽。至少在变速器的操作过程中，两个带轮的各自两个带轮盘通过驱动装置(如液压操作的活塞-汽缸组件)被推向彼此，以通过传动带与每个带轮的带轮盘之间在圆周方向上的摩擦而在带轮间传递扭矩。
[0003]为防止带轮和传动带之间的摩擦接触过热，在现有的变速器中循环液体冷却剂或润滑油。带轮的工作表面以其相对低位置部分的形式具有用于容纳润滑油的凹部，同时工作表面的表面积的大部分以其相对高位置部分的形式提供用于摩擦接触，即用于承载负载。因此，这种表面粗糙度轮廓有利地避免了润滑油在与摩擦接触有关的表面(即较高位置部分)的接合之间的累积，从而避免了其间否则可能发生的牵引力损失。
[0004]为了变速器的高效动力传送，带轮与传动带间的摩擦接触的摩擦系数优选选择得尽可能高。进一步地，为了变速器的最佳耐久性，带轮和传动带的磨损优选选择得尽可能低。这些优选的高摩擦、低磨损情况在实际上是相互矛盾的。实际上，在不借助特殊技术措施的情况下，通常可用于增大摩擦的技术通常也增加了磨损作为副作用。例如，具有增加摩擦的添加剂的润滑油通常会导致更多磨损，即相对于没有使用这种提高摩擦式添加剂的类似润滑油而言增加了磨损率。另一示例是，在本领域中已知，增加与摩擦接触有关的表面的粗糙度一般将不仅增加这种接触中的摩擦(系数)，而且还将增大磨损率。
[0005]近年来，在带-带轮无级变速器设计领域中总体要求和发展目标是增加传动带与带轮间的摩擦而不有害地增加磨损率，即同时保持变速器的通常的耐久性。例如，EP0997670A2和DE 102004051360A1在这方面教导了，应用不规则表面结构，其特征为特定值的一个或多个(标准)表面粗糙度参数，如公知的算术平均粗糙度参数:Ra。替代性地，JP2005-273866A公开了设有大致圆形、同心的凹槽的带轮盘工作表面，同时在这种凹槽之间工作表面被平坦化。因此，在某种意义上，该后一篇文件中详细说明了用于工作表面的自重复的曲线或轮廓，而不是限定不规则或随意性的表面粗糙度。
[0006]可以看出，JP 2005-273866A中的已知表面规格通过传统地应用于制造变速器带轮的制造技术来实现，或通过已知的制造技术(如车削、喷丸加工、研磨(lapping)和精磨(grinding))来实现。尽管这些方法能够将JP 2005-273866A的表面规格的实施成本最小化，但在结果方面(即，能够以此实现的特定表面规格)还是有限的。
【发明内容】
[0007]本发明的一个目的是提供一种带-带轮无级变速器中实现高摩擦、低磨损地与传动带接触的带轮盘工作表面的新的表面规格。依据本发明，此表面规格在独立权利要求1、5和12中任一个的特征部分中给出。
[0008]关于权利要求1应当注意，通过提供一种具有凹窝的带轮盘工作表面来替代现有的连续凹槽，至少在带轮盘的圆周方向上更大的表面积可提供用于与传动带进行摩擦接触。这一特征被证明能够有益地减小磨损率，特别是传动带的带轮接触表面的磨损率。依据本发明，所述凹窝在带轮盘上以微米级设置，优选地在由整个带轮盘限定的锥形面上占据最小40至大约500平方微米的表面积。
[0009]凹窝的3D形状不是关键的，且例如可以是大致半球形、(截头的)圆锥形、圆柱形或锥体形状。并且，通过以短间距地(即以小的间隔)设置凹窝，所述凹窝优选地具有与现有凹槽的容积相当的容积。这种相当的容积被证明能有益地提供带轮盘与传动带间的通常的润滑条件(至少在摩擦系数方面)。在这方面的优选值是，带轮盘工作表面上的两个相邻凹窝之间的间隔为20-250微米。此外，所述凹窝优选地深度在3微米-10微米，优选地为大约5-8微米，即比JP 2005-273886A给出的0.5-2.5微米的已知凹槽深度更深一些。
[0010]关于权利要求5应当注意，通过使带轮盘工作表面具有至少部分地沿径向方向延伸的凹槽和凹窝行，相对于现有的、大致同心布置的连续凹槽而言，实现了摩擦系数的明显提高。这种提高与如下特征有关:传动带横向节的带轮接触表面具有沿带的圆周方向延伸的凹槽，使得工作表面上的凹槽或凹窝行相对于横向节的带轮接触表面的凹槽成一角度定向。工作表面的垂直地(即基本上径向)定向的凹槽和/或凹窝行被证明能提供最高摩擦系数，然而在某些情况下，当在操作过程中带轮盘转动时，润滑油能够很轻易地通过工作表面的这种径向定向的凹槽或凹窝行从与传动带的摩擦接触流走。因此，优选地，工作表面的凹槽和凹窝行可与径向方向成一角度地延伸。优选地，这种角度为75度或更小。替代性地，工作表面的凹槽和凹窝行相对于径向方向延伸所成的角度可沿径向向外的方向增大，使得每个这样的凹槽或凹窝行成弧形。在此种情况下，所述角度能够从在工作表面径向内侧边缘处的小至O度增大至在工作表面径向外侧边缘处的75度或更大。因此，工作表面的具有形状的凹槽和凹窝行的有益之处在于:使带轮盘与传动带间的摩擦系数由此相对于摩擦接触的径向位置增加而降低，从而可有助于提高变速器效率，如WO 2005/083304所述。
[0011]依据本发明，工作表面的凹槽的尺度或宽度和凹窝的直径应明显小于传动带横向节的带轮接触表面的凹槽的宽度。在实施中，这表示此凹槽宽度或凹窝直径应小于150微米，且至少在凹窝直径的情况下，优选地具有10-75微米的值。几微米的最小深度可理论上足以用于工作表面的凹槽或凹窝行，尤其当两个相邻的这种凹槽或凹窝行之间的间隔很小时。然而，实际中在这方面，3-10微米的深度在制造中能够更可靠地获得。所述间隔优选为20到250微米的数量级。在凹窝行的情况下，在这种行中的两个相继的凹窝之间的间隔为两个邻近的凹窝行之间的间隔的至少二分之一，优选五分之一至三分之一。
[0012]关于权利要求12应当注意，通过使带轮盘工作表面具有相互交叉的凹槽，即具有在工作表面上以交叉排布型式(比如棋盘格状(checkerboard)或键盘状(keyboard)型式)设置的凹槽，相比现有的、大致同心布置的连续凹槽而言，实现了摩擦系数显著增加。优选地，第一组平行凹槽至少大致地、但优选实质上沿着相应的带轮盘的径向方向定向，且第二组平行凹槽至少大致地、但优选基本上沿着相应的带轮盘的圆周方向定向。
[0013]考虑到，通过所述第一组的径向定向的凹槽和所述第二组的同心、圆周方向凹槽提供的操作特征的结合，使得摩擦增大。
[0014]依据本发明，工作表面的交叉凹槽的尺度或宽度应明显小于传动带横向节的带轮接触面的凹槽的宽度。在实际中，这表示这种交叉凹槽宽度应小于150微米，且优选具有25-100微米的值。几微米的最小深度可理论上足以用于交叉凹槽，尤其在第一组的和第二组的交叉凹槽之间的间隔小的情况下。然而，3-10微米的深度在制造中能够更可靠地获得。所述间隔优选为20到250微米的数量级。
[0015]本发明进一步地涉及变速器的、尤其是带轮盘的制造过程中的加工步骤，所述加工步骤被包括以用于提供带轮盘工作表面中的以上所述的凹窝和/或凹槽。依据本发明，所述加工步骤通过(聚焦)微波或激光束而进行带轮盘的局部照射以蒸发带轮盘材料，或通过蚀刻或电化学加工而进行带轮盘的局部电化学加工以去掉带轮盘材料。在任一情况中，凹槽和/或凹窝可以以按本发明所要求的微米级形成。
[0016]依据本发明，化学处理相对于照射处理的优点在于，带轮盘的整个工作表面能够同时加工。
[0017]在蚀刻加工步骤的情况下，带轮盘工作表面被惰性层部分地覆盖，该层不覆盖带轮盘工作表面的将成为凹槽和/或凹窝的表面区域部分。随后，工作表面在蚀刻剂中浸入受控的时间段，以在工作表面的所述表面区域部分溶解某一量的材料，从而形成所述凹槽和/或凹窝。最后，工作表面被清洁(例如通过化学惰性清洁剂(比如肥皂水)清洗掉蚀刻剂)，且覆盖层通常也被去除。
[0018]在电化学加工的加工步骤的情况下，带轮盘工作表面被浸入电解液中，且电极被定位成朝向并紧邻带轮盘工作