DE19851876A1 - Hochreiner Stahl und stufenloses Toroidgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft hochreinen Stahl, bei dem die Größe von Einlagerungen durch ein statistisches Extremalverfahren gesteu­ ert wird, und ein stufenloses Toroidgetriebe mit einer Ein­ gangsscheibe, einer Ausgangsscheibe, einer Antriebs- bzw. Treibrolle und einer Nockenscheibe, die sämtlich den hochreinen Stahl verwenden.

Bisher werden hauptsächlich Schaltgetriebe als herkömmliche Ge­ triebe für Fahrzeuge wie etwa Kraftfahrzeuge verwendet. Das Schaltgetriebe weist eine Vielzahl von Zahnrädern auf, und der Einrückmodus der Zahnräder wird geändert, um von einer Ein­ gangswelle ein Drehmoment auf eine Ausgangswelle zu übertragen. Bei den herkömmlichen Schaltgetrieben wird jedoch das Drehmo­ ment zum Zeitpunkt des Schaltvorgangs schrittweise und diskon­ tinuierlich geändert. Die Schaltgetriebe weisen also Nachteile wie einen Verlust bei der Kraftübertragung und Schwingungen zum Zeitpunkt des Schaltens auf.

Unter diesen Umständen ist vor einiger Zeit ein stufenloses Ge­ triebe in die Praxis eingeführt worden, bei dem das Drehmoment zum Schaltzeitpunkt nicht schrittweise oder diskontinuierlich geändert wird. Bei dem stufenlosen Getriebe tritt zum Schalt­ zeitpunkt keine Schwingung auf, und die Kraftübertragungsver­ luste sind geringer als bei den Schaltgetrieben. Außerdem be­ wirkt das stufenlose Getriebe, wenn es in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist, einen günstigen Kraftstoffverbrauch. Als Bei­ spiel des stufenlosen Getriebes ist in manchen Personenwagenty­ pen ein stufenloses Riemengetriebe vorgesehen.

Als ein weiteres Beispiel des stufenlosen Getriebes wurde ande­ rerseits ein stufenloses Toroidgetriebe vorgeschlagen. Das stu­ fenlose Toroidgetriebe umfaßt eine Antriebs- bzw. Eingangs­ welle, die von einer Antriebsquelle wie etwa einem Motor ge­ dreht wird, eine Eingangsscheibe, eine Ausgangsscheibe, eine Antriebs- bzw. Treibrolle und eine Druckeinrichtung. Die Ein­ gangsscheibe ist auf der Eingangswelle gehaltert und wird mit der Eingangswelle verblockt gedreht. Die Ausgangswelle ist auf der Eingangswelle so gehaltert, daß sie der Eingangsscheibe ge­ genübersteht, und wird mit der Ausgangswelle verblockt gedreht. Die Treibrolle ist schwingfähig zwischen der Eingangsscheibe und der Ausgangsscheibe vorgesehen und wird drehbar in Kontakt mit beiden Scheiben gebracht. Die Druckeinrichtung hat eine auf der Eingangswelle gehalterte Nockenscheibe und drängt we­ nigstens eine von der Eingangs- und der Ausgangsscheibe in eine solche Richtung, daß die Eingangs- und die Ausgangsscheibe ein­ ander angenähert werden.

Im Vergleich mit dem stufenlosen Riemengetriebe kann das stu­ fenlose Toroidgetriebe ein höheres Drehmoment übertragen. Es wird also davon ausgegangen, daß das stufenlose Toroidgetriebe in mittelgroßen und großen Fahrzeugen als stufenloses Getriebe effizient arbeitet.

Bei dem stufenlosen Toroidgetriebe ist jedoch die Übertragung eines höheren Drehmoments erforderlich. Im Vergleich mit allge­ meinen mechanischen Komponenten wie Zahnrädern und Lagern, auf die eine sich wiederholende Beanspruchung aufgebracht wird, wird auf die Eingangs- und Ausgangsscheiben, die Treibrolle und die Nockenscheibe eine viel höhere wiederholte Biegespannung und Schubspannung aufgebracht. Diese Scheiben, die Treibrolle und die Nockenscheibe müssen daher eine erhöhte Dauerstandfe­ stigkeit bzw. längere Lebensdauer haben.

Es sind einige Verfahren vorgeschlagen worden, um die Dauer­ standfestigkeit der Eingangs/Ausgangsscheiben, der Treibrolle und der Nockenscheibe zu verbessern. Beispielsweise beschreibt die JP-Patentanmeldung KOKAI 7-208568 ein Verfahren, bei dem die Scheiben und die Treibrolle, die die Komponenten des stu­ fenlosen Toroidgetriebes sind, einer vorbestimmten Aufkoh­ lung/Carbonitrierung unterworfen werden. Die JP-Patentanmeldung KOKAI 8-338493 beschreibt ein Verfahren zum Härten der Scheiben und der Treibrolle. Die JP-Patentanmeldung KOKAI 9-79338 be­ schreibt ein Verfahren, bei dem den Scheiben und der Treibrolle spezielle Legierungselemente hinzugefügt werden. Diese Verfah­ ren schlagen vor, die Dauerstandfestigkeit des stufenlosen Toroidgetriebes durch Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Werkstoffe zu verbessern.

Ferner sind Mikrodefekte und Mikrorisse, die in dem Material vorhanden sind, Bruchfaktoren. Es ist bekannt, daß der Grad von Mikrodefekten und Mikrorissen die Festigkeit eines Materials gegenüber der wiederholten Biegebeanspruchung stark beeinflußt. Beispielsweise beschreibt "Metal Fatigue, Influence of Micro­ defects and Inclusion" (YOKENDO, 1993), daß die Dauerfestig­ keitsgrenze σw des Materials, auf das wiederholte Biegebean­ spruchungen aufgebracht werden, durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt wird:

mit K: 1,43 (in einem Fall, in dem die Oberfläche Defekte oder Risse hat)
1,41 (in einem Fall, in dem Defekte oder Risse an­ grenzend an die Oberfläche vorhanden sind)
1,56 (in einem Fall, in dem Defekte oder Risse im Inneren vorhanden sind)
σw: Dauerfestigkeitsgrenze
Hv: Materialhärte (bezogen auf die Festigkeit des Mate­ rials)
√area: Wurzel (die die Größe und Gestalt eines Defekts oder Risses repräsentiert) einer Projektionsfläche, auf die der Defekt oder Riß in einer maximalen Hauptspan­ nungsrichtung projiziert wird.

Gemäß der Gleichung (1) wird bevorzugt, daß mechanische Kom­ ponenten beispielsweise des stufenlosen Toroidgetriebes, das unter rauhen Bedingungen verwendet wird und große wiederholte Biegespannungen und wiederholte Schubspannungen aufnimmt, aus Materialien hergestellt sind, bei denen Größe und Verteilung von Mikrodefekten und Mikrorissen kontrolliert bzw. gesteuert sind.

Es ist allgemein bekannt, daß ein Hauptdefekt von Stahl hoher Dauerstandfestigkeit, der für die Eingangs/Ausgangsscheiben, die Treibrolle und die Nockenscheibe des stufenlosen Toroidge­ triebes geeignet ist, ein Einschluß aus Nichtmetalloxid ist. Der Einschluß besteht aus unvermeidlichen Verunreinigungen, die tief eingemischt werden, während der Stahl durch die Schritte des Schmelzens, Formens und Walzens produziert wird.

Es sind einige Verfahren zum Steuern des Einschlusses bekannt, die dem JIS-Verfahren (JIS = Japanese Industrial Standard) und dem ASTM-Verfahren (ASTM = American Society for Testing and Ma­ terial) (ASTM E45) entsprechen.

Als Verfahren zur Steuerung des Einschlusses in dem Material, das für die Scheiben, die Treibrolle und die Nockenscheibe, die weniger Einschlüsse und hohe Reinheit erfordern, geeignet ist, beschreibt beispielsweise die JP-Patentanmeldung KOKAI 3-294435 ein Verfahren zur Steuerung der Materialreinheit, und das oben erwähnte Dokument "Metal Fatigue, Influence of Micro-defects and Inclusion" beschreibt ein statistisches Extremalverfahren.

Bei dem Verfahren nach JP-Anmeldung KOKAI 3-294435 wird der Werkstoff unter Anwendung von Elektronenstrahlen umgeschmolzen, und relativ große Einschlüsse werden zum Aufschwimmen gebracht, wodurch die Reinheit des Materials gesteuert wird.

Bei dem statistischen Extremalverfahren wird die Größe des größten Einschlusses innerhalb einer Flächeneinheit S₀ jedes einer Vielzahl von Prüflingen untersucht, und dann wird ein statistisches Verfahren durchgeführt, so daß die Größe des größten Einschlusses innerhalb einer Fläche (nachstehend "Schätzfläche") S, die geschätzt werden soll, geschätzt wird.

Bei dem statistischen Extremalverfahren (siehe "Metal Fatigue, Influence of Micro-defects and Inclusion", Keigi MURAKAMI, Yokendo, 1993, 8. März, 1^st ed., S. 233-261) wird die Größe des größten Einschlusses durch die nachstehenden Schritte ge­ schätzt.

Zuerst wird eine Ebene in einem Prüfling, die zu einer Haupt­ spannungsrichtung senkrecht ist, ausgeschnitten. Eine Oberflä­ che der ausgeschnittenen Ebene (nachstehend "Prüffläche") wird poliert und hochglanzpoliert. Als die vorgenannte Flächenein­ heit S₀ wird eine Referenz-Prüffläche bestimmt, die im wesent­ lichen gleich einen Sehfeld eines Lichtmikroskops oder einer Kamera ist. Die Referenz-Prüffläche S₀ ist eine je Prüfling zu betrachtende Fläche.

Danach wird die Prüffläche mit dem Lichtmikroskop oder der Kamera betrachtet, und ein maximaler Einschluß in der Referenz- Prüffläche S₀ wird ausgewählt. Die Wurzel √area_max der Fläche des maximalen Einschlusses wird gemessen. Die Messung von √area_max des maximalen Einschlusses wird n-mal wiederholt, so daß sich der geprüfte Bereich nicht überlappt. Die Wurzel √area_max der Fläche des maximalen Einschlusses bezeichnet die Größe des maximalen Einschlusses.

Die Wurzeln √area_max der Flächen einer Anzahl n von gemessenen maximalen Einschlüssen werden ausgehend von der kleinsten ange­ ordnet, und zu jeder Wurzel wird die Zahl j (j = 1 bis n) hin­ zuaddiert. Unter Anwendung der folgenden Gleichungen (2) und (3) werden eine kumulative Verteilungsfunktion F_j (%) und eine Standardisierungsvariable y_j berechnet.

F_j = {j/(n+1)} × 100 (2)

y_j = -ln [-ln{j/(n+1)] (3).

Die Wurzel √area_max wird auf der Abszisse eines Extremum-Wahr­ scheinlichkeitsnetzes aufgetragen, und F_j und y_j werden auf der Ordinate des Netzes aufgetragen. Daten hinsichtlich der Ein­ schlüsse 1 bis n werden auf dem Extremum-Wahrscheinlichkeits­ netz aufgetragen. Eine die maximale Einschlußverteilung be­ zeichnende Gerade wird in bezug auf die Standardisierungsva­ riable y_j und √area_max errechnet. Die die maximale Einschlußver­ teilung bezeichnende Gerade wird durch die folgende Gleichung (4) ausgedrückt:

√area_max = a x y + b (4)

mit y: Standardisierungsvariable und
a und b: Konstanten.

Die Standardisierungsvariable y wird durch die folgenden Glei­ chungen (5) und (6) ausgedrückt:

y = -ln [-ln{(T-1)/T}] (5)

T = (S + S₀)/S₀ (6)

mit T: Wiederkehrzeit,
S: Schätzfläche, und
S₀: Referenz-Prüffläche.

Die Schätzfläche S zur Schätzung der Größe des maximalen Ein­ schlusses ist frei vorgegeben, und unter Anwendung der Glei­ chungen (4) bis (6) wird die Wurzel √area_max der Fläche des ma­ ximalen Einschlusses als die Größe des maximalen Einschlusses in der Schätzfläche S geschätzt.

Durch das oben beschriebene Verfahren der Steuerung des Ein­ schlusses wird die Reinheit des Stahls eingestellt, der für die Funktionen eines Wälzlagers oder von Zahnrädern geeignet ist. Im Vergleich mit einem allgemeinen Wälzlager 53 oder Zahnrad, das in Fig. 15 gezeigt ist, wird jedoch auf eine Ein­ gangs/Ausgangsscheibe 50 (Fig. 12) und eine Treibrolle (Fig. 13), die Komponenten eines stufenlosen Halbringgetriebes vom Einzelhohlraumtyp oder eines stufenlosen Toroidgetriebes sind, und auf eine Nockenscheibe 52 (Fig. 14), die eine Komponente eines stufenlosen Halbringgetriebes vom Doppelhohlraumtyp ist, eine sich wiederholende Spannung mit einem hohen Absolutwert aufgebracht. Beispielsweise werden auf die Scheibe 50 und die Treibrolle 51 ein Kontaktdruck von ca. 4,0 GPa und eine Biege­ spannung von ca. 90 kgf/mm² aufgebracht.

Die Volumen von Bereichen S1, T1, S2 und T2, die in den Fig. 12 bis 14 gezeigt sind und auf die eine relativ große Spannung aufgebracht wird, sind größer als das Volumen des Bereichs U in Fig. 15, auf den eine relativ große Spannung aufgebracht wird.

Bei der in Fig. 14 gezeigten Nockenscheibe 52 wird auf den von einer Strichpunktlinie S2 umgebenen Bereich eine hohe Druck­ spannung aufgebracht, und auf den von einer Zweipunkt-Strichli­ nie T2 umgebenen Bereich wird eine hohe Zugspannung aufge­ bracht.

Wenn unter diesen Umständen die Scheibe 50, die Treibrolle 51 und die Nockenscheibe 52 des stufenlosen Toroidgetriebes kon­ struiert werden, wird eine Vielzahl von Prüflingen der Scheibe 50, der Treibrolle 51 und der Nockenscheibe 52 geformt. Unter­ schiedliche wiederholte Spannungen werden auf die Prüflinge aufgebracht, und die Anzahl der Wiederholungen der Spannungsbe­ anspruchungen bis zur Zerstörung wird ermittelt. Ein Wöhler­ schaubild wird erzeugt unter Anwendung einer wiederholten Span­ nung und der Anzahl von Spannungswiederholungen.

Die Dauerfestigkeitsgrenzen σw der Scheibe 50, der Treibrolle 51 und der Nockenscheibe 52 werden aus der Wöhler-Kurve in dem Wöhlerschaubild gefunden. Dann werden die Dauerfestigkeitsgren­ zen σw durch Sicherheitsfaktoren in dem Bereich von beispiels­ weise 1,2 bis 2,0 dividiert. Dadurch wird die zulässige Bean­ spruchung jeder von der Scheibe 50, der Treibrolle 51 und der Nockenscheibe 52 gefunden. Die so erhaltenen zulässigen Bean­ spruchungen werden für die Konstruktion genutzt.

Da das Verfahren zur Ermittlung der zulässigen Beanspruchung jeder von der Scheibe 50, der Treibrolle 51 und der Nocken­ scheibe 52 unter Anwendung des Wöhlerschaubilds an einer be­ grenzten Anzahl von Prüflingen durchgeführt wird, werden nicht unbedingt sämtliche Defekte in dem Material bewertet. Bei dem das Wöhlerschaubild verwendenden Verfahren wird daher eventuell keine ausreichende Lebensdauer erhalten. Außerdem müssen bei diesem Verfahren die vorstehend angegebenen wiederholten Prü­ fungen jedesmal durchgeführt werden, wenn die Spezifikationen des stufenlosen Toroidgetriebes geändert werden. Dadurch können sich die Entwicklungszeit und -kosten des stufenlosen Toroidge­ triebes erhöhen.

Ein in den Fig. 16A und 16B gezeigter Stahl 54 wird als Werk­ stoff für die Scheibe 50, die Treibrolle 51 und die Nocken­ scheibe 52 verwendet. Der Stahl 54 ist durch Walzen usw. zu einem Stab geformt. Nach dem Verfahren, das der vorgenannten JIS-Methode oder der ASTM-Methode entspricht, wird dann, wenn der Stahl 54 relativ dünn ist, eine Ebene 56, die einen Teil einer Oberfläche 55 des Stahls 54 und eine Mittellinie P1 auf­ weist, als zu prüfende Ebene verwendet.

Wenn andererseits der Stahl 54 relativ dick ist, wie Fig. 16B zeigt, wird als zu prüfende Ebene eine Ebene 57 verwendet, die sich in der Walzrichtung des Stahls 54 erstreckt und ein Zen­ trum an einem Mittelpunkt zwischen der Mittellinie P1 und der Oberfläche 55 hat. Auch nach dem statistischen Extremalverfah­ ren, das in dem vorher erwähnten Dokument "Metal Fatigue, In­ fluence of Micro-defects and Inclusion" beschrieben ist, wird die zu prüfende Ebene auf der Basis der vorgenannten Position bestimmt.

Im allgemeinen nimmt bei dem Stahl 54, der durch Walzen usw. zu einem Stab geformt ist, der Einschluß in Richtung zu dem zen­ tralen Teil des Stahls 54 zu, und die Reinheit nimmt ab. In dem Stahl 54 nimmt der Einschluß in Richtung zu der Oberfläche 55 ab, und die Reinheit nimmt zu.

Nach dem oben erwähnten herkömmlichen JIS-Verfahren, dem ASTM-Verfahren und dem statistischen Extremalverfahren ist der Be­ reich nahe der Oberfläche 55, der hohe Reinheit hat, in der zu prüfenden Ebene enthalten, und somit wird die Reinheit des Stahls 54 gemittelt. Infolgedessen kann es sein, daß bei dem herkömmlichen JIS-Verfahren, ASTM-Verfahren und statistischen Extremalverfahren die Reinheit des als Werkstoff verwendeten gesamten Stahls 54 ungenau bestimmt wird. Das heißt also, bei dem herkömmlichen JIS-Verfahren, dem ASTM-Vefahren und dem sta­ tistischen Extremalverfahren kann es sein, daß die Reinheit des zentralen Bereichs, die tatsächlich gering ist, als hoch fest­ gestellt wird. Man kann daher nicht sagen, daß die Größe des maximalen Einschlusses exakt geschätzt wird.

Diese Methoden sind insbesondere für die Prüfung von Einschlüs­ sen in dem Werkstoff der mechanischen Komponenten wie der Scheibe 50, der Treibrolle 51 und der Nockenscheibe 52 des stu­ fenlosen Toroidgetriebes ungeeignet, wo die Volumen der Berei­ che S1, T1, S2 und T2, die wiederholt Spannungen aufnehmen, groß sind und die zentralen und Oberflächenbereiche relativ hohe wiederholte Spannungen aufnehmen.

Bei dem stufenlosen Toroidgetriebe, das aus Stahl hergestellt ist, dessen Reinheit nach der oben beschriebenen Methode der Steuerung von Einschlüssen gesteuert wird, ist die zulässige Beanspruchung zum Zeitpunkt der Auslegung der mechanischen Fe­ stigkeit nicht unbedingt gewährleistet.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines hoch­ reinen Stahls, bei dem die Größe eines maximalen Einschlusses exakt geschätzt ist, und eines stufenlosen Toroidgetriebes, das Komponenten aufweist, die aus dem hochreinen Stahl hergestellt sind und eine zulässige Beanspruchung bei der Auslegung der mechanischen Festigkeit gewährleisten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein hochreiner Stahl angegeben, der dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Beziehung zwischen einer Größe eines maximalen Einschlusses in einer Referenz- Prüffläche S₀, gemessen durch Beobachtung mit dem Mikroskop, und einer Standardisierungsvariablen y einem statistischen Extremalverfahren unterzogen wird, und daß ein Schätzwert der Größe, √area_max, eines maximalen Einschlusses in einer Schätz­ fläche S = 30.000 mm², der durch eine Beziehung ausgedrückt ist, die durch die folgende, durch das statistische Extremal­ verfahren berechnete Gleichung gegeben ist, 50 µm oder weniger ist:

√area_max = ay + b

mit √area_max: eine Wurzel einer Fläche eines maximalen Einschlusses, der in der Referenz-Prüffläche vorhanden ist,
y: eine Standardisierungsvariable, und
a und b: Konstanten,
wobei die Referenz-Prüffläche S₀ eine Fläche eines Prüflings für die mikroskopische Untersuchung ist, eine Anzahl n von Prüflingen der mikroskopischen Untersuchung unterzogen wird und, wenn Größen √area_max von maximalen Einschlüssen, die durch die Betrachtung erhalten sind, in der Reihenfolge ausgehend von einer kleinsten angeordnet sind, eine Standardisierungsvariable y_j relativ zu einer j-ten √area_max ausgedrückt wird durch

y_j = -ln [-ln{j/(n+1)}]

und die Standardisierungsvariable y relativ zu der Schätzfläche S zur Schätzung der Größe des maximalen Einschlusses ausge­ drückt wird durch

y = -ln [-ln{[T-1)/T}]

wobei T einer Beziehung genügt, die gegeben ist durch

T = (S + S₀)/S₀.

Wenn bei der vorliegenden Erfindung die Größe √area_max des maxi­ malen Einschlusses geschätzt wird, wird das statistische Extre­ malverfahren angewandt, bei dem die Schätzfläche S mit 30.000 mm² oder mehr vorgegeben ist. Somit ist der hochreine Stahl insofern vorteilhaft, als die Größe √area_max des maximalen Einschlusses exakt geschätzt ist.

In dem hochreinen Stahl ist die Größe √area_max des maximalen Einschlusses, die geschätzt wird, wenn die Schätzfläche S mit 30.000 mm² oder mehr vorgegeben ist, 50 µm oder kleiner. Somit ist der hochreine Stahl vorteilhaft, da er gegenüber Beanspru­ chungen wie einer wiederholten Biegebeanspruchung beständig ist.

Bevorzugt ist die Referenz-Prüffläche S₀ 300 mm² oder mehr. Bei dem hochreinen Stahl wird die Größe √area_max des maximalen Ein­ schlusses durch das statistische Extremalverfahren geschätzt, wobei die Schätzfläche S mit 30.000 mm² oder mehr vorgegeben ist und die Referenz-Prüffläche S₀ 300 mm² oder größer ist. Somit ist der hochreine Stahl vorteilhaft, weil die Größe √area_max des maximalen Einschlusses exakt geschätzt ist.

Ferner wird ein hochreiner Stahl angegeben, der dadurch gekenn­ zeichnet ist, daß eine Beziehung zwischen einer Größe eines ma­ ximalen Einschlusses in einer Referenz-Prüffläche S₀, gemessen durch Beobachtung unter dem Mikroskop, und einer Standardisie­ rungsvariablen y einem statistischen Extremalverfahren unter­ worfen wird und ein Schätzwert der Größe √area_max eines maxima­ len Einschlusses in einer Schätzfläche S = 100.000 mm², der durch eine Beziehung ausgedrückt wird, die durch die nach dem statistischen Extremalverfahren errechnete nachfolgende Glei­ chung gegeben ist, 70 µm oder weniger ist:

√area_max = ay + b

mit √area_max: eine Wurzel einer Fläche eines maximalen Ein­ schlusses, der in der Referenz-Prüffläche vorhanden ist,
y: eine Standardisierungsvariable, und
a und b: Konstanten,
wobei die Referenz-Prüffläche S₀ eine Fläche eines Prüflings zur mikroskopischen Untersuchung ist, eine Anzahl n von Prüf­ lingen der mikroskopischen Untersuchung unterzogen wird und, wenn Größen √area_max maximaler Einschlüsse, die durch die Be­ trachtung erhalten werden, in der Reihenfolge ausgehend von einer kleinsten angeordnet sind, eine Standardisierungsvariable y_j relativ zu einer j-ten √area_max ausgedrückt wird durch

y_j = -ln [-ln{j/(n+1)}]

und die Standardisierungsvariable y relativ zu der Schätzfläche S zum Schätzen der Größe des maximalen Einschlusses ausgedrückt wird durch

y = -ln [-ln {(T-1)/T]]

wobei T einer Beziehung genügt, die gegeben ist durch

T = (S + S₀)/S₀.

Wenn bei der Erfindung die Größe √area_max des maximalen Ein­ schlusses geschätzt wird, wird das statistische Extremalverfah­ ren angewandt, bei dem die Schätzfläche S mit 100.000 mm² oder mehr vorgegeben ist. Somit ist der hochreine Stahl vorteilhaft, da die Größe √area_max des maximalen Einschlusses exakt geschätzt ist.

In dem hochreinen Stahl ist die Größe √area_max des maximalen Einschlusses, die geschätzt wird, wenn die Schätzfläche S mit 100.000 mm² oder mehr vorgegeben ist, 70 µm oder weniger. Somit ist der hochreine Stahl vorteilhaft, da er gegenüber Beanspru­ chungen wie wiederholter Biegebeanspruchung beständig ist.

Bevorzugt ist die Referenz-Prüffläche S₀ 300 mm² oder mehr. In dem hochreinen Stahl wird die Größe √area_max des maximalen Ein­ schlusses durch das statistische Extremalverfahren geschätzt, wobei die Schätzfläche S mit 100.000 mm² oder mehr vorgegeben ist und die Referenz-Prüffläche S₀ 300 mm² oder mehr ist. Somit ist der hochreine Stahl vorteilhaft, da die Größe √area_max des maximalen Einschlusses exakt geschätzt ist.

Stärker bevorzugt ist der hochreine Stahl zu einem Stab ge­ formt, und eine zu prüfende Oberfläche zur tatsächlichen Mes­ sung des maximalen Einschlusses wird innerhalb 40% einer Distanz zwischen einer Mittellinie, die in einer Längsrichtung des Stahls verläuft, und einer Oberfläche des Stahls in der Nähe der Mittellinie in einem die Mittellinie einschließenden Querschnitt definiert. In dem hochreinen Stahl wird der maxi­ male Einschluß tatsächlich an dem Bereich nahe der Mittellinie gemessen. Somit wird die Reinheit nicht als besser als im tat­ sächlichen Zustand bestimmt. In dem hochreinen Stahl kann daher die Größe √area_max des maximalen Einschlusses exakt geschätzt werden.

Ferner wird ein stufenloses Toroidgetriebe angegeben, das fol­ gendes aufweist:
eine Eingangswelle, die von einer Antriebsquelle gedreht wird;
eine Eingangsscheibe, die auf der Eingangswelle gehaltert ist;
eine Ausgangsscheibe, die auf der Eingangswelle gehaltert ist und der Eingangsscheibe gegenübersteht;
eine Treibrolle, die zwischen der Eingangsscheibe und der Ausgangsscheibe schwingbar vorgesehen ist und drehbar in Kon­ takt mit beiden Scheiben bringbar ist; und
eine Druckeinrichtung, die eine auf der Eingangswelle ge­ halterte Nockenscheibe hat,
wobei wenigstens eine von der Eingangsscheibe, der Aus­ gangsscheibe, der Treibrolle und der Nockenscheibe aus einem hochreinen Stahl geformt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem hochreinen Stahl eine Beziehung zwischen einer Größe eines maximalen Einschlusses in einer Referenz-Prüffläche S₀, gemessen durch Betrachtung mit dem Mikroskop, und einer Standardisierungsvariablen y einem statistischen Extremalverfahren unterzogen wird, und daß ein Schätzwert der Größe, √area_max, eines maximalen Einschlusses in einer Schätzfläche S = 30.000 mm², der durch eine Beziehung ausgedrückt ist, die durch die folgende, durch das statistische Extremalverfahren berechnete Gleichung gegeben ist, 50 µm oder weniger ist:

√area_max = ay + b

mit √area_max: eine Wurzel einer Fläche eines maximalen Ein­ schlusses, der in der Referenz-Prüffläche vorhanden ist,
y: eine Standardisierungsvariable, und
a und b: Konstanten,
wobei die Referenz-Prüffläche S₀ eine Fläche eines Prüflings für die mikroskopische Untersuchung ist, eine Anzahl n von Prüflingen der mikroskopischen Untersuchung unterzogen wird und, wenn Größen √area_max von maximalen Einschlüssen, die durch die Betrachtung erhalten sind, in der Reihenfolge ausgehend von einer kleinsten angeordnet sind, eine Standardisierungsvariable y_j relativ zu einer j-ten √area_max ausgedrückt wird durch

y_j = -ln [-ln{j/(n+1)}]

und die Standardisierungsvariable y relativ zu der Schätzfläche S zur Schätzung der Größe des maximalen Einschlusses ausgedrückt wird durch

y = -ln [-ln{[T-1)/T)]

wobei T einer Beziehung genügt, die gegeben ist durch

T = (S + S₀)/S₀.

Bei dem stufenlosen Toroidgetriebe ist wenigstens eines seiner Bauelemente, nämlich die Eingangsscheibe, die Ausgangsscheibe, die Treibrolle und die Nockenscheibe, aus einem hochreinen Stahl hergestellt, bei dem ein Schätzwert der Größe, √area_max, eines maximalen Einschlusses in einer Schätzfläche S = 100.000 mm² 70 µm oder weniger ist.

Insbesondere ist bei dem stufenlosen Toroidgetriebe wenigstens eine der Komponenten wie die Eingangsscheibe, die Ausgangs­ scheibe, die Treibrolle und die Nockenscheibe aus einem hoch­ reinen Stahl hergestellt, bei dem die Größe eines maximalen Einschlusses durch das statistische Extremalverfahren geschätzt ist.

Somit sind die Volumen beispielsweise der Eingangsscheibe, der Ausgangsscheibe, der Treibrolle und der Nockenscheibe in Flä­ chen geringer Dicke umgewandelt, und die Wurzeln der Flächen des maximalen Einschlusses in den durch die Umwandlung erhalte­ nen Flächen sind durch das statistische Extremalverfahren exakt geschätzt.

Es besteht also keine Notwendigkeit, wiederholte Spannungsprü­ fungen an Prüflingen jedesmal durchzuführen, wenn die Spezifi­ kationen des stufenlosen Toroidgetriebes geändert werden, und eine Verlängerung der Entwicklungszeit und ein Anstieg der Ent­ wicklungskosten können verhindert werden.

Ferner kann unter Anwendung der eingangs angegebenen Gleichung (1) die Dauerfestigkeitsgrenze zu einem Zeitpunkt, zu dem eine wiederholte Biegespannung aufgebracht wird, exakt geschätzt werden, und das kann sich in der Konstruktion des stufenlosen Toroidgetriebes niederschlagen.

Wenn die Wurzel der Fläche des maximalen Einschlusses durch das statistische Extremalverfahren geschätzt wird, wird stärker be­ vorzugt der Bereich des hochreinen Stahls, der innerhalb von 40% der Distanz zwischen der Mittellinie und der Oberfläche des Stahls in der Umgebung der Mittellinie definiert ist, als eine zu prüfende Oberfläche verwendet. Somit kann die Größe des maximalen Einschlusses in der Eingangs/Ausgangsscheibe, der Treibrolle und der Nockenscheibe exakt geschätzt werden.

Stärker bevorzugt ist die Referenz-Prüffläche S₀ bei dem stati­ stischen Extremalverfahren mit 300 mm² oder mehr vorgegeben. Dadurch sind die Größen maximaler Einschlüsse, die durch Prüfen der zu prüfenden Oberflächen an verschiedenen Positionen des­ selben Materials erhalten werden, zwischen den zu prüfenden Oberflächen nicht unterschiedlich. Da die Anzahl von Malen der Messung durch das statistische Extremalverfahren mit fünf oder mehr vorgegeben ist, wird eine Abweichung der Größe von maxi­ malen Einschlüssen, die durch mehrfaches Prüfen der zu prüfen­ den Oberflächen an demselben Material erhalten wird, geringer.

Ferner wird der Wert auf der Basis der Volumen der Ein­ gangs/Ausgangsscheibe, der Treibrolle und der Nockenscheibe des stufenlosen Toroidgetriebes, auf die eine Beanspruchung aufge­ bracht wird, als die Schätzfläche S genutzt. Somit kann die Größe des maximalen Einschlusses in der Eingangs/Ausgangs­ scheibe, der Treibrolle und der Nockenscheibe genau geschätzt werden.

Bevorzugt sind die Eingangs/Ausgangsscheibe, die Treibrolle und die Nockenscheibe des stufenlosen Toroidgetriebes aus einem hochreinen Stahl hergestellt, wobei die Schätzfläche mit einem Wert vorgegeben ist, der durch Division des Volumens, auf das die Beanspruchung aufgebracht wird, durch eine Auflösung des Mikroskops erhalten ist. In diesem Fall kann die Größe des Ein­ schlusses unter den Einschlüssen in den Scheiben, der Treib­ rolle und der Nockenscheibe des stufenlosen Toroidgetriebes genauer geschätzt werden.

Unter Anwendung der vorher angegebenen Gleichung (1) wird somit der zulässige Beanspruchungswert zum Zeitpunkt der Auslegung der mechanischen Festigkeit des stufenlosen Toroidgetriebes genau festgelegt.

Ferner sind bei dem stufenlosen Toroidgetriebe wenigstens die Eingangs/Ausgangsscheiben, die Treibrolle und die Nockenscheibe aus dem hochreinen Stahl hergestellt, wobei der Schätzwert der Wurzel der Fläche des maximalen Einschlusses dann, wenn die Schätzfläche S mit 30.000 mm² vorgegeben ist, 50 µm oder weni­ ger ist oder der Schätzwert der Wurzel der Fläche des maximalen Einschlusses dann, wenn die Schätzfläche S mit 100.000 mm² oder mehr vorgegeben ist, 70 µm oder weniger ist. In diesem Fall wird die Lebensdauer des stufenlosen Toroidgetriebes erheblich verlängert.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung und sind entweder teilweise daraus ersichtlich oder ergeben sich durch die praktische Anwendung der Erfindung. Die Ziele und Vorteile der Erfindung können durch die nachstehend speziell angegebenen Einrichtungen und Kombinationen realisiert und erhalten werden.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merk­ male und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 einen vertikalen Querschnitt durch einen Teil eines stufenlosen Toroidgetriebes vom Einzelhohlraumtyp gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt durch einen Teil eines stufenlosen Toroidgetriebes vom Doppelhohlraumtyp gemäß der Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3A eine Vorderansicht eines hochreinen Stahls, aus dem Eingangs/Ausgangsscheiben, eine Treibrolle und eine Nockenscheibe des stufenlosen Toroidgetriebes der Fig. 1 und 2 hergestellt sind;

Fig. 3B einen Querschnitt des hochreinen Stahls entlang der Linie IIIB-IIIB in Fig. 3A;

Fig. 4 ein Flußdiagramm, das einen Vorgang der Schätzung der Größe eines maximalen Einschlusses in dem hochreinen Stahl von Fig. 3 verdeutlicht;

Fig. 5 Änderungen der Wurzeln der Flächen von maximalen Ein­ schlüssen, bezogen auf Meßpositionen in dem hochrei­ nen Stahl von Fig. 3;

Fig. 6 die Beziehung zwischen Referenz-Prüfflächen und Wur­ zeln von Flächen von maximalen Einschlüssen, wenn die Größen der maximalen Einschlüsse in dem hochreinen Stahl von Fig. 3 nach einem statistischen Extremal­ verfahren geschätzt werden;

Fig. 7 die Beziehung zwischen der Anzahl von Malen der Mes­ sung und Wurzeln von Flächen maximaler Einschlüsse, wenn die Größen der maximalen Einschlüsse in dem hochreinen Stahl von Fig. 3 nach einem statistischen Extremalverfahren geschätzt werden;

Fig. 8 Schritte eines Erwärmungsvorgangs, der bei Prüflin­ gen, die in wiederholten Biegeversuchen verwendet werden, und Prüflingen, die in Haltbarkeitsversuchen des stufenlosen Toroidgetriebes verwendet werden, an­ gewandt wird;

Fig. 9 eine Beziehung zwischen wiederholten Biegebeanspru­ chungen und der Wurzel der Fläche eines maximalen Einschlusses;

Fig. 10 Ergebnisse von Haltbarkeitsversuchen des stufenlosen Toroidgetriebes;

Fig. 11 Ergebnisse von Haltbarkeitsversuchen der Nocken­ scheibe des stufenlosen Toroidgetriebes;

Fig. 12 eine Eingangs/Ausgangsscheibe eines herkömmlichen stufenlosen Toroidgetriebes;

Fig. 13 eine Antriebs- bzw. Treibrolle eines herkömmlichen stufenlosen Toroidgetriebes;

Fig. 14 einen vergrößerten Querschnitt, der einen Teil einer Nockenscheibe eines herkömmlichen stufenlosen Toroid­ getriebes zeigt;

Fig. 15 ein herkömmliches Wälzlager;

Fig. 16A eine Perspektivansicht eines Stahls, aus dem die Ein­ gangs/Ausgangsscheibe, die Treibrolle und die Nocken­ scheibe, die in den Fig. 12 bis 14 gezeigt sind, her­ gestellt sind; und

Fig. 16B eine Vorderansicht des Stahls, aus dem die Ein­ gangs/Ausgangsscheibe, die Treibrolle und die Nocken­ scheibe nach den Fig. 12 bis 14 hergestellt sind.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 11 wird nun eine Ausfüh­ rungsform der Erfindung beschrieben.

Die Querschnittsansicht von Fig. 1 zeigt einen Teil eines stu­ fenlosen Halbringgetriebes 20 vom Einzelhohlraumtyp, wobei es sich um eine Bauart eines stufenlosen Toroidgetriebes handelt. Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil eines stu­ fenlosen Halbringgetriebes 30 vom Doppelhohlraumtyp zeigt, wobei es sich um eine andere Bauart eines stufenlosen Toroidge­ triebes handelt.

Wie Fig. 1 zeigt, umfaßt das stufenlose Halbringgetriebe vom Einzelhohlraumtyp eine Eingangswelle 1, die von einer An­ triebsquelle E wie etwa einem Motor gedreht wird, eine Ein­ gangsscheibe 2, eine Ausgangsscheibe 3, eine Antriebs- bzw. Treibrolle 10 und eine Druckeinrichtung 6.

Die Eingangsscheibe 2 ist auf der Eingangswelle 1 gehaltert und wird mit der Eingangswelle 1 verblockt gedreht. Die Ausgangs­ scheibe 3 ist auf der Eingangswelle 1 so gehaltert, daß sie der Eingangsscheibe 2 gegenübersteht. Die Ausgangsscheibe 3 wird in Verblockung mit einer Ausgangswelle gedreht, die ihre Antriebs­ kraft von dem Drehmoment der Eingangswelle 1 erhält.

Die Treibrolle 10 ist zwischen der Eingangsscheibe 2 und der Ausgangsscheibe 3 schwingend vorgesehen und wird drehbar in Kontakt mit den Scheiben 2 und 3 gebracht. Die Druckeinrichtung 6 ist an der Rückseite der Eingangsscheibe 2 vorgesehen. Die Druckeinrichtung 6 umfaßt eine Nockenscheibe 4 und eine Nockenrolle 5, die an der Rückseite der Eingangsscheibe 2 ange­ ordnet sind. Die Nockenscheibe 4 und die Eingangsscheibe 2 sind auf die Eingangswelle 1 aufgekeilt und drehen sich gemeinsam mit der Eingangswelle 1. Die Nockenrolle 5 ist zwischen der Nockenscheibe 4 und der Eingangsscheibe 2 angeordnet. In der Druckeinrichtung 6 wird die Nockenrolle 5 gedreht, um die Ein­ gangsscheibe 2 zu der Ausgangsscheibe 3 hin zu drängen. Die Eingangs- und die Ausgangsscheibe 2 und 3, die Treibrolle 10 und die Nockenscheibe 4 sind Komponenten des stufenlosen To­ roidgetriebes 20.

Ein Zapfen 8 ist zwischen der Eingangsscheibe 2 und der Aus­ gangsscheibe 3 vorgesehen. Der Zapfen 8 kann auf einer Achse 7 in Richtung eines doppelköpfigen Pfeils R in Fig. 1 schwingen. Eine Verschiebeachse 9 ist an einem zentralen Bereich des Zapfens 8 vorgesehen. Die Treibrolle 10 ist auf der Verschiebe­ achse 9 drehbar gehaltert. Die Treibrolle 10 hat einen An­ triebsbereich 10a, der drehbar in Kontakt mit der Eingangs­ scheibe 2 und der Ausgangsscheibe 3 gebracht wird. Die Treib­ rolle 10 kann ihre Neigung um die Welle 7 in Richtung des Pfeils R zwischen der Eingangsscheibe 2 und der Ausgangsscheibe 3 entsprechend einem Drehzahländerungsverhältnis zwischen den Scheiben 2 und 3 ändern.

Ein Axialdruck-Kugellager 11, das als Treibrollenlager dient, ist zwischen dem Zapfen 8 und der Treibrolle 10 vorgesehen. Das Axialdruck-Kugellager 11 stützt eine Last in einer Axialrich­ tung ab, die auf die Treibrolle 10 von der Eingangsscheibe 2 und der Ausgangsscheibe 3 aufgebracht wird, und erlaubt die Ro­ tation der Treibrolle 10. Kugeln 12 in dem Axialdruck-Kugella­ ger 11 sind in einem ringförmigen Käfig 14 gehalten. Der Käfig 14 ist zwischen einem äußeren Laufring 13, der in dem Zapfen 8 ausgebildet ist, und der als einem Drehbereich wirkenden Treib­ rolle 10 vorgesehen.

Die Treibrolle 10 und der äußere Laufring 13 haben Laufnuten 15 bzw. 16, um die Kugeln 12 drehbar zu halten. Die Laufnuten 15 und 16 sind an Kontaktflächen zwischen der Treibrolle 10 und dem äußeren Laufring 13 und den Kugeln 12 vorgesehen. Die Lauf­ nuten 15 und 16 sind ringförmig und haben bogenförmigen Quer­ schnitt.

Das stufenlose Halbringgetriebe 30 vom Doppelhohlraumtyp wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Diejenigen Konstruktionselemente, die auch bei dem in Fig. 1 gezeigten stufenlosen Halbringgetriebe 20 vom Einzelhohlraumtyp vorgese­ hen sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und wer­ den nicht mehr beschrieben.

Wie Fig. 2 zeigt, umfaßt das stufenlose Halbringgetriebe 30 vom Doppelhohlraumtyp eine Eingangswelle 1, die von einer Antriebs­ welle E wie etwa einem Motor gedreht wird, ein Paar Eingangs­ scheiben 2, ein Paar Ausgangsscheiben 3, eine Vielzahl von Treibrollen 10 und eine Druckeinrichtung 6.

Die Eingangsscheiben sind auf der Eingangswelle 1 gehaltert und entlang einer Achse 0 der Eingangswelle 1 voneinander beabstan­ det und zueinander entgegengesetzt. Die Eingangsscheiben 2 sind koaxial miteinander angeordnet. Die Eingangsscheiben 2 sind auf der Eingangswelle 1 so koaxial gehaltert, daß sie in Ver­ blockung mit der Eingangswelle 1 gedreht werden.

Die Ausgangsscheiben 3 sind zwischen den Eingangsscheiben 2 so vorgesehen, daß sie den Eingangsscheiben 2 gegenüberstehen. Die Ausgangsscheiben 3 sind auf der Eingangswelle 1 lose gehaltert. Die Ausgangsscheiben 3 sind koaxial miteinander angeordnet und drehen synchron miteinander. Die Ausgangsscheiben 3 sind mit einem Ausgangszahnrad 32, das mit den Ausgangsscheiben 3 koaxial angeordnet ist, verblockt. Das Ausgangszahnrad 32 dreht in Verblockung mit einer Ausgangswelle, die ihren Antrieb von der Eingangswelle 1 erhält.

Zwischen den Eingangsscheiben 2 und den Ausgangsscheiben 3 sind Zapfen 8 vorgesehen. Die Zapfen 8 schwingen auf Achsen 7. Die Treibrollen 10 sind auf den Zapfen 8 so gehaltert, daß sie auf den Achsen 7, die zwischen den Eingangsscheiben 2 und den Aus­ gangsscheiben 3 vorgesehen sind, schwingen. Die Treibrollen 10 werden drehbar in Kontakt mit den zugehörigen Eingangsscheiben 2 und Ausgangsscheiben 3 gebracht.

Die Druckeinrichtung 6 ist an der Rückseite einer der Ein­ gangsscheiben 2 vorgesehen. Die Druckeinrichtung 6 umfaßt eine Nockenscheibe 4 und eine Nockenrolle 5. Die Eingangs- und die Ausgangsscheiben 2 und 3, die Treibrollen 10 und die Nocken­ scheibe 4 sind Komponenten des stufenlosen Toroidgetriebes 30.

Die Nockenscheibe 4 ist koaxial mit den Eingangsscheiben 2 an­ geordnet. Zwischen der Nockenscheibe 4 und der Eingangswelle 1 sind Kugeln 33 vorgesehen. Die Nockenscheibe 4 und die Ein­ gangswelle 1 haben Führungsnuten 34 und 35, die jeweils bogen­ förmigen Querschnitt an ihren mit den Kugeln 33 in Kontakt ge­ langenden Bereichen haben.

Die Nockenrolle 5 ist um eine Achse Q drehbar, die beispiels­ weise unter einem rechten Winkel die Achse 0 der Eingangswelle 1 schneidet. In der Druckeinrichtung 6 wird die Nockenrolle 5 um die Achse Q gedreht, um die Eingangsscheiben 2 zu den Aus­ gangsscheiben 3 hin zu drängen.

Bei dem stufenlosen Halbringgetriebe 30 vom Doppelhohlraumtyp, das den oben beschriebenen Aufbau hat, drängt die Druckeinrich­ tung 6 die Eingangsscheiben 2 zu den Ausgangsscheiben 3 hin. Dadurch wird das von der Eingangswelle 1 übertragene Drehmoment auf die Ausgangswelle über die Eingangsscheiben 2, die Treib­ rolle 10, die Ausgangsscheiben 3 und das Ausgangszahnrad 32 übertragen.

Wenigstens eine von der Eingangsscheibe 2, der Ausgangsscheibe 3, der Treibrolle 10, dem äußeren Laufring 13 und der Nocken­ scheibe 4 ist aus einem hochreinen Stahl 22 geformt, der in Fig. 3 gezeigt ist. Der hochreine Stahl 22 ist durch Walzen usw. zu einem Stab geformt. Der hochreine Stahl 22 weist einen Einschluß 22a als Verunreinigung auf, die in den Produktions­ schritten wie etwa Schmelzen, Formen und Walzen unvermeidlich eingemischt wird. Der Einschluß 22a enthält hauptsächlich ein nichtmetallisches Oxid. Fig. 3A zeigt eine Endfläche des hoch­ reinen Stahls 22, und Fig. 3B ist ein Querschnitt entlang der Linie IIIb-IIIb von Fig. 3A.

Der hochreine Stahl 22 ist zu Zylindergestalt mit einem Durch­ messer D geformt, der nicht kleiner als 30 mm und kleiner als 100 mm ist. Wenn beispielsweise der Durchmesser D des hochrei­ nen Stahls 22 kleiner als 30 mm ist, kann der Einschluß 22a durch den Einfluß des Walzens erweitert werden, da das Walzver­ hältnis des Stahls 22 selber hoch ist. Wenn der Durchmesser D des hochreinen Stahls 22 kleiner als 30 mm ist, ist zu erwar­ ten, daß der Einschluß 22a relativ groß ist. Es wird daher nicht bevorzugt, die Eingangs/Ausgangsscheiben 2 und 3, die Treibrolle 10, den äußeren Laufring 13 und die Nockenscheibe 4 unter Verwendung des hochreinen Stahls 22 mit einem Durchmesser D von weniger als 30 mm herzustellen.

Wenn beispielsweise der Durchmesser D des hochreinen Stahls 22 nicht kleiner als 100 mm ist, ist das Material selber zu groß. Dadurch ist die Stichprobennahme nicht einfach, und die Effi­ zienz von Prüfungen kann sich verschlechtern. Daher können die Scheiben 2, 3 und 4 und die Treibrolle 10, die relativ geringe Einschlüsse 22a enthalten, erhalten werden, indem der hochreine Stahl 22 verwendet wird, der zylindrisch geformt ist und einen Durchmesser D von nicht weniger als 30 mm und weniger als 100 mm hat. Außerdem kann durch Verwendung des hochreinen Stahls 22 vermieden werden, daß der Prüfwirkungsgrad ver­ schlechtert wird.

Die Größe des maximalen Einschlusses 22a in dem hochreinen Stahl 22 wird nach dem statistischen Extremalverfahren ge­ schätzt, das in den Schritten S1 bis S5 in Fig. 4 verdeutlicht ist.

In Schritt S1 in Fig. 4 wird der hochreine Stahl 22 in einer Walzrichtung durch eine Mittellinie P in der Walzrichtung durchgeschnitten. Die Mittellinie P erstreckt sich in der Längsrichtung des hochreinen Stahls 22.

In Schritt S2 wird eine Oberfläche 24 eines Bereichs d eines durch den Schneidvorgang gebildeten Querschnitts 23 (Fig. 3B), wobei der Bereich d innerhalb von 40% eines Durchmessers D in dem Bereich der Mittellinie P definiert ist, poliert und hoch­ glanzpoliert. Diese Oberfläche 24 wird als Prüffläche verwen­ det. Anders ausgedrückt ist die Prüffläche 24 innerhalb von 40% einer Distanz zwischen der Mittellinie P und der Oberflä­ che 25 des hochreinen Stahls 22 in der Umgebung der Mittellinie P in dem Querschnitt definiert, die die Mittellinie P des hoch­ reinen Stahls 22 einschließt.

Der Grund dafür, daß der Bereich d, der innerhalb 40% des Durchmessers D in dem Bereich der Mittellinie P definiert ist, als die Prüffläche 24 verwendet wird, ist folgender. Die Erfin­ der haben die Größe des Einschlusses 22a an unterschiedlichen Meßpositionen an dem Querschnitt 23 gemessen, der die Mittelli­ nie P desselben hochreinen Stahls 22 einschließt. Fig. 5 zeigt die Meßergebnisse der Größe des Einschlusses 22a. In Fig. 5 bezeichnet d1 einen Wert, der durch Verdoppeln der Distanz zwi­ schen der Mittellinie P und der Meßposition erhalten ist. Nach den Meßergebnissen wurde gefunden, daß, wie Fig. 5 zeigt, der Einschluß 22a, der in dem Bereich der Mittellinie P innerhalb von 40% der Distanz zwischen der Mittellinie P und der Ober­ fläche 25 des hochreinen Stahls 22 vorhanden ist, groß ist und der Einschluß 22a, der nahe der Oberfläche 25 vorhanden ist, klein ist.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Messung wurden drei Prüflinge A, D und H verwendet, die in bezug auf die Schmelzbedingungen und -schritte verschieden waren. In Fig. 5 ist der Prüfling A ein SCM420-Stahl, der Prüfling D ist SCr42O-Stahl, und der Prüfling H ist SCM420-Stahl.

Wenn der Bereich nahe der Oberfläche 25 in die Prüffläche ein­ geschlossen wird, wie das bei der oben beschriebenen herkömm­ lichen JIS-Methode und ASTM-Methode der Fall ist, wird eine bessere Reinheit des Bereichs d des hochreinen Stahls 22 fest­ gestellt, als sie im tatsächlichen Zustand ist. Die Verwendung der Prüffläche einschließlich des Bereichs nahe der Oberfläche 25 ist nicht geeignet für die Prüfung des Einschlusses in dem Material, das für die mechanischen Komponenten wie die Ein­ gangs/Ausgangsscheiben 2 und 3, die Treibrolle 10, den äußeren Laufring 13 und die Nockenscheibe 4 verwendet werden soll, die wiederholte Beanspruchungen in großen Volumen aufnehmen und sowohl an dem zentralen Bereich als auch an dem Oberflächenbe­ reich wiederholte hohe Beanspruchungen erfahren. Daher kann durch Messen der Größe des Einschlusses 22a in dem Bereich die Größe des maximalen Einschlusses in dem hochreinen Stahl 22 exakt geschätzt werden.

Ferner haben die Erfinder die Scheiben 2 und 3, die Treibrolle 10 und den äußeren Laufring 13 tatsächlich hergestellt und Dauerfestigkeitsprüfungen des stufenlosen Toroidgetriebes 20, 30 durchgeführt. Gemäß den Ergebnissen der Dauerfestigkeitsprü­ fungen wurde bei der Untersuchung der gebrochenen Prüflinge gefunden, daß der Bruch an Stellen nahe der Mittellinie P des hochreinen Stahls 22 begann.

Um die Reinheit des Materials der Komponenten wie etwa der Ein­ gangs/Ausgangsscheiben 2 und 3, der Treibrolle 10, des äußeren Laufrings 13 (insbesondere der Treibrolle 10) und der Nocken­ scheibe 4 sicherzustellen, die wiederholte Beanspruchungen in großen Volumen aufnehmen und hohe wiederholte Spannungen sowohl am zentralen Bereich als auch am Oberflächenbereich erfahren, ist es wie beschrieben erforderlich, Prüfungen unter Verwendung der Bereiche geringerer Reinheit durchzuführen. Daher kann die Größe des maximalen Einschlusses, der der Anfangspunkt eines Bruchs wird, exakt geschätzt werden, indem als die Prüffläche 24 der Bereich d verwendet wird, der innerhalb von 40% des Durchmessers D in der Umgebung der Mittellinie P definiert ist.

In Schritt S3 ist die Referenz-Prüffläche S₀ mit 300 mm² oder mehr innerhalb der Prüffläche 24 vorgegeben. Unter Verwendung eines Lichtmikroskops usw. wird die Wurzel √area_max der Fläche des maximalen Einschlusses, die die Größe des maximalen Ein­ schlusses in der Referenz-Prüffläche S₀, die nicht kleiner als 300 mm² ist, ist, fünfmal oder häufiger gemessen, so daß sich die geprüften Bereiche nicht überlappen.

Der Grund für die Vorgabe der Referenz-Prüffläche S₀ mit 300 mm² oder mehr ist folgender: Die Erfinder haben die Wurzel √area_max der Fläche des maximalen Einschlusses geschätzt, wäh­ rend sie gleichzeitig die Größe der Referenz-Prüffläche S₀ in demselben hochreinen Stahl 22 verändert haben. Die Erfinder haben die Wurzel √area_max der Fläche des maximalen Einschlusses mehrfach für die Referenz-Prüffläche S₀ einer Größe nach dem statistischen Extremalverfahren geschätzt. Fig. 6 zeigt Schätzergebnisse der Wurzel √area_max der Fläche des maximalen Einschlusses.

Wie Fig. 6 zeigt, wird gefunden, daß der Wert von √area_max, der durch das statistische Extremalverfahren erhalten wurde, sich änderte, wenn die Referenz-Prüffläche S₀ kleiner als 300 mm² war. Es wurde gefunden, daß sich der Wert von √area_max geringer änderte, wenn die Referenz-Prüffläche S₀ nicht kleiner als 300 mm² war. Daher kann die Größe des maximalen Einschlusses exakt geschätzt werden, wenn die Referenz-Prüffläche S₀ mit 300 mm² oder mehr vorgegeben wird.

Bei dem Schätzvorgang wurden zwei Arten von Prüflingen B und G mit unterschiedlichen Schmelzbedingungen und -schritten verwen­ det. In bezug auf die Referenz-Prüffläche S₀ einer Größe wurde √area_max dreimal geschätzt. Beide Prüflinge B und G sind SCr420- Stahl.

Der Grund für die Vorgabe der fünfmaligen oder häufigeren Mes­ sung ist folgender. Die Erfinder schätzten die Wurzel √area_max der Fläche des maximalen Einschlusses in demselben hochreinen Stahl 22 unter Veränderung der Anzahl von Malen der Messung. Die Wurzel √area_max der Fläche des maximalen Einschlus­ ses wurde mehrfach als die Anzahl von Malen der Messung ge­ schätzt.

Wie Fig. 7 zeigt, wird gefunden, daß dann, wenn die Anzahl der Meßvorgänge weniger als fünf war, der Wert von √area_max, der durch das statistische Extremalverfahren erhalten wurde, verän­ derlich war. Es wurde gefunden, daß dann, wenn die Anzahl der Meßvorgänge fünf oder mehr war, die Abweichung des Werts von √area_max geringer wurde. Daher kann die Größe des maximalen Ein­ schlusses exakt geschätzt werden, indem die Anzahl von Malen der Messung mit fünf oder häufiger vorgegeben wird. Bei dem Schätzvorgang, dessen Ergebnisse in Fig. 7 gezeigt sind, wurden die gleichen Prüflinge B und G wie im Fall von Fig. 6 ver­ wendet, und √area_max wurde dreimal als die Anzahl von Malen der Schätzung geschätzt.

In Schritt S4 wurden die Werte von √area_max der Fläche des maxi­ malen Einschlusses, die fünfmal oder häufiger gemessen wurden, in der Reihenfolge ausgehend vom kleinsten angeordnet, und die Maximaleinschluß-Verteilungsgerade, die durch die Gleichung (4) ausgedrückt ist, wird auf der Grundlage der Gleichungen (2), (3), (5) und (6) gefunden.

In Schritt S5 wird die Schätzfläche S zum Schätzen der Größe des maximalen Einschlusses mit einem Wert vorgegeben, der nicht kleiner als 30.000 mm² ist. Unter Anwendung der Maximalein­ schluß-Verteilergeraden wird die Wurzel √area_max der Fläche des maximalen Einschlusses, die die Größe des maximalen Einschlus­ ses in der Schätzfläche S ist, geschätzt.

Wenn beispielsweise die Schätzfläche S mit einem relativ klei­ nen Wert vorgegeben ist, wird der Unterschied zwischen Materia­ lien in der geschätzten Größe eines maximalen Einschlusses gering, und die Unterscheidung der Materialien wird erschwert. Daher kann die Größe des maximalen Einschlusses geschätzt wer­ den, indem die Schätzfläche S mit 30.000 mm² oder mehr vorgege­ ben wird. Wenn die Schätzfläche S mit einem relativ hohen Wert vorgegeben wird, wird die geschätzte Größe des maximalen Ein­ schlusses im Vergleich mit der tatsächlichen Größe zu groß. Es wird daher bevorzugt, als die Schätzfläche S den Wert zu ver­ wenden, der auf den Volumen der Eingangs/Ausgangsscheiben 2 und 3, der Treibrolle 10, des äußeren Laufrings 13 und der Nocken­ scheibe 4 basiert.

Beispielsweise wird es bevorzugt, als Schätzfläche S die Fläche zu verwenden, die durch Division der Volumen der Ein­ gangs/Ausgangsscheiben 2 und 3, der Treibrolle 10, des äußeren Laufrings 13 und der Nockenscheibe 4 durch die Auflösung der Prüfeinrichtung wie etwa eines Lichtmikroskops, das bei der Prüfung des Einschlusses verwendet wird, erhalten wird. Wenn in bezug auf das gezeigte Beispiel die Volumen der Eingangs/Aus­ gangsscheibe 2 und 3, der Treibrolle 10, des äußeren Laufrings 13 und der Nockenscheibe 4 durch die Auflösung der Prüfeinrich­ tung dividiert wurden, wurde als die Schätzfläche S 100.000 mm² erhalten.

Die Erfinder haben dann Drehbiegeprüfungen der Äquivalente der stufenlosen Toroidgetriebe 20 und 30 unter Verwendung von Prüf­ lingen A bis H aus acht Werkstoffarten vorgenommen. Die Prüf­ stücke A bis H bestehen aus SCM420-Stahl oder SCr420-Stahl mit jeweils verschiedenen Bedingungen, Schritten und Zusammen­ setzungen zum Zeitpunkt des Schmelzens. Die TABELLE 1 zeigt die Prüfergebnisse. Die TABELLE 1 zeigt außer den Prüfergebnissen Wurzeln √area_max der Flächen der maximalen Einschlüsse, die nach dem statistischen Extremalverfahren geschätzt wurden.

Die Wurzeln √area_max der Flächen der maximalen Einschlüsse, die nach dem statistischen Extremalverfahren entsprechend der TABELLE 1 geschätzt sind, werden unter den folgenden Bedingun­ gen geschätzt. Der hochreine Stahl 22 mit einem Durchmesser D von 60 mm wurde verwendet, die Referenz-Prüffläche S₀ war 300 mm², und die Anzahl n von Malen der Meßvorgänge war 10. Die Schätzfläche S wurde mit 100.000 mm² und mit 30.000 mm² vorge­ geben.

Die Schätzfläche S von 100.000 mm² wurde verwendet, weil sie ein Wert war, der durch Division des Volumens jedes Prüflings der Drehbiegeprüfung, auf den eine Beanspruchung aufgebracht wird, durch die Auflösung der Prüfeinrichtung wie etwa eines Lichtmikroskops erhalten wurde.

Die Prüflinge A bis H sind als Prüflinge Nr. 1 gemäß der De­ finition in JIS (Japanese Industrial Standard) Z2274 geformt, und zwar mit einer Größe von d = 8 mm, R = 24 mm und L = 17 mm. Jeder Prüfling A bis H wurde einem in Fig. 8 gezeigten Erwär­ mungsvorgang unterzogen.

Die vorgenannte Drehbiegeprüfung basiert auf der Drehbiegeprü­ fung vom ONO-Typ, beschrieben in "ZAIRYO SHIKEN BINRAN"("Material Test Handbook"), 1957, Nippon Zairyo Shiken Kyokai (Japan Material Test Society), Maruzen.

Eine wiederholte Biegespannung wurde auf jeden Prüfling A bis H in der TABELLE 1 aufgebracht, und eine Dauerfestigkeitskurve jedes Prüflings A bis H wurde erstellt. Bei den Prüfungen wurde eine Bruchspannung (Biegespannung) bei der Wiederholungszahl von 10⁷ Zyklen gefunden. Es scheint, daß der Bruch von dem maximalen Einschluß als Anfangspunkt ausgeht.

Nachdem die Prüflinge A bis H gebrochen waren, wurde daher die Größe (mittlere Flächenwurzeln) des maximalen Einschlusses, der der Anfangspunkt des Bruchs jedes der Prüflinge A bis H war, gemessen. Durch Messen der Größe des Einschlusses, der der Anfangspunkt des Bruchs war, wurde die Größe des maximalen Ein­ schlusses jedes der Prüflinge A bis H gemessen.

Bei diesen Prüfungen wurde, wie die TABELLE 1 zeigt, gefunden, daß die Wurzeln √area_max der Flächen der maximalen Einschlüsse, die nach dem statistischen Extremalverfahren erhalten wurden, wenn die Schätzfläche S 100.000 mm² war, im wesentlichen gleich denen der Flächen von maximalen Einschlüssen waren, die die Anfangspunkte eines Bruchs waren.

Es wurde daher gefunden, daß die Größe des maximalen Ein­ schlusses in jedem Prüfling exakt geschätzt werden kann, indem der Wert genutzt wird, der durch Division des Volumens, auf das wiederholte Beanspruchung tatsächlich aufgebracht wird, durch die Auflösung der Prüfeinrichtung wie etwa eines Lichtmikro­ skops erhalten wird.

Weiterhin wird es durch Verwendung des hochreinen Stahls 22, der den geschätzten maximalen Einschluß hat, und durch Ermit­ teln der Dauerfestigkeitsgrenze σw auf der Basis der Gleichung (1) möglich, die zulässige Beanspruchung zum Zeitpunkt der Auslegung der mechanischen Festigkeit der mechanischen Kompo­ nenten wie der Eingangs/Ausgangsscheiben 2 und 3, der Treib­ rolle 10, des äußeren Laufrings 13 und der Nockenscheibe 4, auf die relativ hohe wiederholte Biegespannungen aufgebracht werden, sicherzustellen.

Fig. 9 zeigt eine Beziehung zwischen der Wurzel √area_max der Fläche des maximalen Einschlusses in einem Fall, in dem die Schätzfläche S 30.000 mm² ist, bei den Drehbiegeprüfungen und der Bruchspannung (Biegespannung) bei einer Wiederholungszahl von 10⁷ Zyklen.

In Fig. 9 sind die Wurzeln √area_max der Flächen des geschätzten maximalen Einschlusses zwischen den Prüflingen verschieden. Damit ist klargestellt, daß die Materialien unterschieden wer­ den können, indem die Wurzel √area_max der Fläche des maximalen Einschlusses nach dem statistischen Extremalverfahren unter den Bedingungen geschätzt wird, daß die Referenz-Prüffläche S₀ mit 300 mm² vorgegeben ist und die Schätzfläche S mit 30.000 mm² bei dem zylindrischen hochreinen Stahl 22 mit einem Durchmesser von 60 mm vorgegeben ist.

Es ist also deutlich, daß die Größe des maximalen Einschlusses exakt geschätzt werden kann und die Materialien unterschieden werden können, wenn die Referenz-Prüffläche S₀ bei dem stati­ stischen Extremalverfahren mit 300 mm² und die Schätzfläche S mit 30.000 mm² in dem zylindrischen hochreinen Stahl 22 mit einem Durchmesser von nicht weniger als 30 mm und weniger als 100 mm vorgegeben ist.

Gemäß Fig. 9 ist ferner deutlich, daß dann, wenn die Wurzel √area_max der Fläche des maximalen Einschlusses, die nach dem statistischen Extremalverfahren erhalten wird, wenn die Schätz­ fläche S mit 30.000 mm² oder mehr vorgegeben ist, mit 50 µm oder weniger vorgegeben ist, das Material erhalten werden kann, das hohe Festigkeit gegenüber wiederholten Biegebeanspruchungen hat. Es wird deutlich, daß die Eingangs/Ausgangsscheiben 2 und 3, die Treibrolle 10, der äußere Laufring 13 und die Nocken­ scheibe 4, die gegenüber wiederholten Biegebeanspruchungen fest sind, erhalten werden können, indem das Material verwendet wird, bei dem die Wurzel √area_max der Fläche des maximalen Ein­ schlusses 50 µm oder kleiner ist.

Die Erfinder haben dann Haltbarkeitsprüfungen des stufenlosen Halbringgetriebes 20 durchgeführt unter Verwendung der Ein­ gangs/Ausgangsscheiben 2 und 3, der Treibrolle 10 und des äuße­ ren Laufrings, die unter Verwendung von acht Stahlarten (Prüflinge A bis H) gemäß der TABELLE 1 ausgebildet waren.

Bei den Haltbarkeitsprüfungen waren die Prüflinge A bis H der Eingangs/Ausgangsscheiben 2 und 3, der Treibrolle 10 und des äußeren Laufrings 13 des stufenlosen Halbringgetriebes 20 aus acht Stahlarten, die in der TABELLE 1 gezeigt sind, herge­ stellt. Die Eingangs/Ausgangsscheiben 2 und 3, die Treibrolle 10 und der äußere Laufring 13, die als die Prüflinge A bis H verwendet werden, wurden dem in Fig. 8 gezeigten Erwärmungs­ vorgang unterzogen. Der Härtungszeitpunkt ist mit einem Zeit­ punkt vorgegeben, mit dem eine erforderliche gehärtete Schicht­ tiefe in jedem Teil erhalten werden kann.

Die Prüfungen basieren auf dem in Fig. 3 gezeigten stufenlosen Toroidgetriebe vom Doppelhohlraumtyp, das in "Research on To­ roidal CVT for Automobile" (Japan Machine Society, Lectures of the Element Lubrication Design Department, Juli 1997) gezeigt ist. Bei den Prüfungen wurde das Eingangsdrehmoment mit 340 N.m und die Drehzahl zum Eingangszeitpunkt mit 4000 U/min vorgegeben, und die Treibrolle 10 wurde in einen Zustand maxi­ maler Verzögerung gebracht. Es wurden drei Prüfungen für jeden Prüfling A bis H durchgeführt. Die Prüfresultate sind in der TABELLE 2 und in Fig. 10 gezeigt.

Gemäß den Prüfergebnissen in der TABELLE 2 und in Fig. 10 wurde gefunden, daß die Prüflinge A bis D, bei denen die Schätzfläche S 30.000 mm² und die Wurzel √area_max der Fläche des maximalen Einschlusses 50 µm oder kleiner ist, eine relativ lange Lebens­ dauer haben. Es ist daher möglich, die Eingangs/Ausgangsschei­ ben 2 und 3, die Treibrolle 10 und den äußeren Laufring 13 des stufenlosen Halbringgetriebes 20, die eine relativ lange Le­ bensdauer haben, durch Verwendung des Materials zu erhalten, in dem die Wurzel √area_max der Fläche des maximalen Einschlusses, die der Schätzwert ist, der durch das statistische Extremalver­ fahren erhalten ist, wobei die Schätzfläche S mit 30.000 mm² vorgegeben ist, 50 µm oder weniger ist.

Aus der TABELLE 2 ist deutlich, daß die Prüflinge A bis E, bei denen die Schätzfläche S 100.000 mm² und die Wurzel √area_max der Fläche des maximalen Einschlusses 70 µm oder weniger ist, eine relativ lange Lebensdauer haben. Es ist also möglich, die Ein­ gangs/Ausgangsscheiben 2 und 3, die Treibrolle 10 und den äußeren Laufring 13 des stufenlosen Halbringgetriebes 20 mit einer relativ langen Lebensdauer zu erhalten unter Verwendung des Materials, bei dem die Wurzel √area_max der Fläche des maxi­ malen Einschlusses, die der durch das statistische Extremalver­ fahren erhaltene Schätzwert ist, wobei die Schätzfläche S mit 100.000 mm² vorgegeben ist, 70 µm oder weniger ist.

In der TABELLE 2 bezeichnet Treibrollenbruch einen Bruch entwe­ der der Treibrolle 10 oder des äußeren Laufrings 13. In den meisten Fällen bricht die Treibrolle 10.

Als nächstes haben die Erfinder Haltbarkeitsprüfungen des stu­ fenlosen Toroidgetriebes 30 durchgeführt unter Verwendung der Nockenscheiben 4 des stufenlosen Toroidgetriebes 30, die aus acht Stahlarten (Prüflinge A bis H) hergestellt sind und in der TABELLE 1 aufgeführt sind.

Bei den Haltbarkeitsprüfungen wurden Proben von Nockenscheiben 4 eines stufenlosen Toroidgetriebes 30 aus acht Stahlarten gemäß der TABELLE 1 hergestellt, und die Proben wurden als Prüflinge AA bis HH verwendet. Die als Prüflinge AA bis HH ver­ wendeten Nockenscheiben 4 wurden dem in Fig. 8 gezeigten Er­ wärmungsvorgang unterzogen. Der Härtungszeitpunkt ist mit einem Zeitpunkt vorgegeben, zu dem eine erforderliche gehärtete Schichttiefe in jeder Komponente erhalten werden kann.

Die Prüfungen basieren auf dem stufenlosen Toroidgetriebe vom Doppelhohlraumtyp gemäß Fig. 3 von "Research on Toroidal CVT for Automobile" (Japan Machine Society, Lectures of the Element Lubrication Design Department, Juli 1997, S. 532).

Bei den Prüfungen wurde das Eingangsdrehmoment sinuswellenför­ mig zwischen -340 N.m und +340 N.m geändert, und die Drehzahl zum Eingangszeitpunkt wurde mit 4000 U/min vorgegeben. Die Anzahl Zyklen bis zum Bruch der Nockenscheibe 4 wurde unter­ sucht. Für jeden Prüfling AA bis HH wurden drei Prüfungen durchgeführt. Die Prüfungsergebnisse sind in der TABELLE 3 und in Fig. 11 gezeigt.

Gemäß den in der TABELLE 3 und in Fig. 11 gezeigten Prüfungs­ ergebnissen wurde gefunden, daß die Prüflinge AA bis DD, bei denen die Schätzfläche S 30.000 mm² und die Wurzel √area_max der Fläche des maximalen Einschlusses 50 µm oder weniger ist, hin­ sichtlich der Haltbarkeit nicht stark verschieden sind und relativ große Haltbarkeit haben. Es ist also möglich, die Nockenscheibe 4 des stufenlosen Toroidgetriebes 30 mit einer relativ langen Lebensdauer zu erhalten, indem das Material ver­ wendet wird, bei dem die Wurzel √area_max der Fläche des maxima­ len Einschlusses, die der durch das statistische Extremalver­ fahren erhaltene Schätzwert ist, wobei die Schätzfläche mit 30.000 mm² vorgegeben ist, 50 µm oder weniger ist.

Gemäß der TABELLE 3 wurde gefunden, daß die Prüflinge AA bis EE, bei denen die Schätzfläche S 100.000 mm² und die Wurzel √area_max der Fläche des maximalen Einschlusses 70 µm oder we­ niger ist, hinsichtlich der Haltbarkeit nicht stark verschieden sind und relativ lange Lebensdauer haben. Es ist also möglich, die Nockenscheibe 4 des stufenlosen Toroidgetriebes 30 mit einer relativ langen Lebensdauer zu erhalten unter Verwendung des Materials, bei dem die Wurzel √area_max der Fläche des maximalen Einschlusses, die der durch das statistische Extre­ malverfahren erhaltene Schätzwert ist, wobei die Schätzfläche S mit 100.000 mm² vorgegeben ist, 70 µm oder weniger ist.

Der oben erwähnte SCM420-Stahl und SCr420-Stahl haben Zusam­ mensetzungen, die durch JIS (Japanese Industrial Standard) de­ finiert sind.

Die vorliegende Ausführungsform richtet sich auf den hochreinen Stahl, der für mechanische Komponenten geeignet ist, die unter erschwerten Bedingungen im Gebrauch sind, wie etwa Ein­ gangs/Ausgangsscheiben 2 und 3, eine Treibrolle 10 und eine Nockenscheibe 4 von stufenlosen Toroidgetrieben 20, 30, und auf die große wiederholte Biegespannungen und große wiederholte Schubspannungen aufgebracht werden. Der hochreine Stahl der Er­ findung ist nicht nur bei dem stufenlosen Toroidgetriebe an­ wendbar, sondern auch bei drehenden oder gleitenden Komponenten wie etwa einem äußeren Laufring, einem inneren Laufring, einem Drehelement und einem Nockenfolger eines Wälzlagers.

Die Erfindung richtet sich ferner auf einen hochreinen Stahl, der als Material für die Treibrollen 10 geeignet ist, die in den stufenlosen Toroidgetrieben 20 und 30 verwendet werden. Der hochreine Stahl gemäß der Erfindung kann auch als Material des äußeren Laufrings 13 des Lagers 11 der Treibrolle verwendet werden.

Weitere Vorteile und Modifikationen ergeben sich für den Fach­ mann ohne weiteres. Die Erfindung ist daher in ihren breiter gefaßten Aspekten nicht auf die speziellen Einzelheiten und hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Es können somit verschiedene Modifikationen ohne Abweichung vom Umfang des allgemeinen Erfindungsgedankens, wie er in den bei­ gefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert ist, vor­ genommen werden.

Claims (12)

1. Hochreiner Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beziehung zwischen einer durch mikroskopische Be­ trachtung gemessenen Größe eines maximalen Einschlusses in einer Referenz-Prüffläche S₀ und einer Standardisierungsvaria­ blen y einem statistischen Extremumverfahren unterzogen wird und ein Schätzwert der Größe, √area_max, eines maximalen Ein­ schlusses in einer Schätzfläche S = 30.000 mm², der durch eine Beziehung ausgedrückt ist, die durch die nachfolgende, nach dem statistischen Extremumverfahren errechnete Gleichung gegeben ist, 50 µm oder weniger ist:
√area_max = ay + b
mit √area_max = eine Wurzel einer Fläche eines maximalen Ein­ schlusses, der in der Referenz-Prüffläche anwesend ist,
y: eine Standardisierungsvariable, und
a und b: Konstanten,
wobei die Referenz-Prüffläche S₀ eine Fläche eines Prüflings für die mikroskopische Betrachtung ist, eine Anzahl n von Prüf­ lingen der mikroskopischen Betrachtung unterzogen wird und, wenn Größen √area_max von maximalen Einschlüssen, die durch die Betrachtung erhalten sind, in der Reihenfolge beginnend mit einer kleinsten angeordnet sind, eine Standardisierungsvariable y_j relativ zu einer j-ten √area_max ausgedrückt wird durch
y_j = -ln [-ln {j/(n+1)}]
und die Standardisierungsvariable Y relativ zu der Schätzfläche S zum Schätzen der Größe des maximalen Einschlusses ausgedrückt wird durch
y = -ln [-ln {{T-1)/T}
wobei T einer Beziehung genügt, die gegeben ist durch
T = (S + S₀)/S₀.

2. Hochreiner Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenz-Prüffläche S₀ 300 mm² oder größer ist.

3. Hochreiner Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beziehung zwischen einer durch mikroskopische Be­ trachtung gemessenen Größe eines maximalen Einschlusses in einer Referenz-Prüffläche S₀ und einer Standardisierungsvaria­ blen Y einem statistischen Extremumverfahren unterzogen wird und ein Schätzwert der Größe, √area_max, eines maximalen Ein­ schlusses in einer Schätzfläche S = 100.000 mm², der durch eine Beziehung ausgedrückt ist, die durch die nachfolgende, nach dem statistischen Extremumverfahren errechnete Gleichung gegeben ist, 70 µm oder weniger ist:
√area_max = ay + b
mit √area_max = eine Wurzel einer Fläche eines maximalen Ein­ schlusses, der in der Referenz-Prüffläche anwesend ist,
y: eine Standardisierungsvariable, und
a und b: Konstanten,
wobei die Referenz-Prüffläche S₀ eine Fläche eines Prüflings für die mikroskopische Betrachtung ist, eine Anzahl n von Prüf­ lingen der mikroskopischen Betrachtung unterzogen wird, und, wenn Größen √area_max von maximalen Einschlüssen, die durch die Betrachtung erhalten sind, in der Reihenfolge beginnend mit einer kleinsten angeordnet sind, eine Standardisierungsvariable y_j relativ zu einer j-ten √area_max ausgedrückt wird durch
y_j = -ln [-ln {j/(n+1)}]]
und die Standardisierungsvariable y relativ zu der Schätzfläche S zum Schätzen der Größe des maximalen Einschlusses ausgedrückt wird durch
y = -ln [-ln {(T-1)/T}
wobei T einer Beziehung genügt, die gegeben ist durch
T = (S + S₀)/S₀.

4. Hochreiner Stahl nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenz-Prüffläche S₀ 300 mm² oder größer ist.

5. Hochreiner Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hochreine Stahl zu einem Stab geformt ist, und daß eine Prüffläche (24) zum tatsächlichen Messen des maximalen Einschlusses definiert ist innerhalb von 40% der Quer­ schnittsfläche des Stabs, wobei die Distanz zwischen einer Mit­ tellinie (P), die in einer Längsrichtung des Stahls verläuft, und einer Querschnittsfläche (25) des Stahls in dem Bereich der Mittellinie (P) die Mittellinie (P) einschließt.

6. Hochreiner Stahl nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hochreine Stahl zu einem Stab geformt ist, und daß eine Prüffläche (24) zum tatsächlichen Messen eines maxi­ malen Einschlusses definiert ist innerhalb von 40% der Quer­ schnittsfläche des Stabs, wobei die Distanz zwischen einer Mit­ tellinie (P), die in einer Längsrichtung des Stahls verläuft, und einer Querschnittsfläche (25) des Stahls in dem Bereich der Mittellinie (P) die Mittellinie (P) einschließt.

7. Hochreiner Stahl nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der hochreine Stahl zu einem Stab geformt ist, und daß eine Prüffläche (24) zum tatsächlichen Messen des maximalen Einschlusses definiert ist innerhalb von 40% der Quer­ schnittsfläche des Stabs, wobei die Distanz zwischen einer Mit­ tellinie (P), die in einer Längsrichtung des Stahls verläuft, und einer Querschnittsfläche (25) des Stahls in dem Bereich der Mittellinie (P) die Mittellinie (P) einschließt.

8. Hochreiner Stahl nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der hochreine Stahl zu einem Stab geformt ist, und daß eine Prüffläche (24) zum tatsächlichen Messen des maximalen Einschlusses definiert ist innerhalb von 40% der Quer­ schnittsfläche des Stabs, wobei die Distanz zwischen einer Mit­ tellinie (P), die in einer Längsrichtung des Stahls verläuft, und einer Querschnittsfläche (25) des Stahls in dem Bereich der Mittellinie (P) die Mittellinie (P) einschließt.

9. Stufenloses Toroidgetriebe, das folgendes aufweist: eine Eingangswelle (1), die von einer Antriebsquelle gedreht wird;
eine Eingangsscheibe (2), die auf der Eingangswelle (1) gehal­ tert ist;
eine Ausgangsscheibe (3), die auf der Eingangswelle (1) gehal­ tert ist und der Eingangsscheibe (2) gegenübersteht;
eine Treibrolle (10), die schwingend zwischen der Eingangs­ scheibe (2) und der Ausgangsscheibe (3) vorgesehen ist und drehbar in Kontakt mit beiden Scheiben (2, 3) gebracht wird; und
eine Druckeinrichtung (6), die eine auf der Eingangswelle (1) gehalterte Nockenscheibe (4) hat,
wobei wenigstens eine von der Eingangsscheibe (2), der Aus­ gangsscheibe (3), der Treibrolle (10) und der Nockenscheibe (4) aus einem hochreinen Stahl hergestellt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem hochreinen Stahl (22) eine Beziehung zwischen einer durch mikroskopische Betrachtung ge­ messenen Größe eines maximalen Einschlusses in einer Referenz- Prüffläche S₀ und einer Standardisierungsvariablen y einem sta­ tistischen Extremumverfahren unterzogen wird und ein Schätzwert der Größe, √area_max, eines maximalen Einschlusses in einer Schätzfläche S = 30.000 mm², der durch eine Beziehung ausge­ drückt ist, die durch die nachfolgende, nach dem statistischen Extremumverfahren errechnete Gleichung gegeben ist, 50 µm oder weniger ist:
√area_max = ay + b
mit √area_max = eine Wurzel einer Fläche eines maximalen Ein­ schlusses, der in der Referenz-Prüffläche anwesend ist,
y: eine Standardisierungsvariable, und
a und b: Konstanten,
wobei die Referenz-Prüffläche S₀ eine Fläche eines Prüflings für die mikroskopische Betrachtung ist, eine Anzahl n von Prüf­ lingen der mikroskopischen Betrachtung unterzogen wird, und, wenn Größen √area_max von maximalen Einschlüssen, die durch die Betrachtung erhalten sind, in der Reihenfolge beginnend mit einer kleinsten angeordnet sind, eine Standardisierungsvariable y_j relativ zu einer j-ten √area_max ausgedrückt wird durch
y_j = -ln [-ln {j/(n+1)}]
und die Standardisierungsvariable y relativ zu der Schätzfläche S zum Schätzen der Größe des maximalen Einschlusses ausgedrückt wird durch
y = -ln [-ln {(T-1)/T)
wobei T einer Beziehung genügt, die gegeben ist durch
T = (S + S₀)/S₀.

10. Stufenloses Toroidgetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenz-Prüffläche S₀ des hochreinen Stahls (22) im Fall einer tatsächlichen Messung des maximalen Einschlusses durch die mikroskopische Betrachtung mit 300 mm² oder mehr vor­ gegeben ist.

11. Stufenloses Toroidgetriebe, das folgendes aufweist:
eine Eingangswelle (1), die von einer Antriebsquelle gedreht wird;
eine Eingangsscheibe (2), die auf der Eingangswelle (1) gehal­ tert ist;
eine Ausgangsscheibe (3), die auf der Eingangswelle (1) gehal­ tert ist und der Eingangsscheibe (2) gegenübersteht;
eine Treibrolle (10), die schwingend zwischen der Eingangs­ scheibe (2) und der Ausgangsscheibe (3) vorgesehen ist und drehbar in Kontakt mit beiden Scheiben (2, 3) gebracht wird; und
eine Druckeinrichtung (6), die eine auf der Eingangswelle (1) gehalterte Nockenscheibe (4) hat,
wobei wenigstens eine von der Eingangsscheibe (2), der Aus­ gangsscheibe (3), der Treibrolle (10) und der Nockenscheibe (4) aus einem hochreinen Stahl hergestellt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem hochreinen Stahl (22) eine Beziehung zwischen einer durch mikroskopische Betrachtung ge­ messenen Größe eines maximalen Einschlusses in einer Referenz- Prüffläche S₀ und einer Standardisierungsvariablen y einem sta­ tistischen Extremumverfahren unterzogen wird und ein Schätzwert der Größe, √area_max, eines maximalen Einschlusses in einer Schätzfläche S = 100.000 mm², der durch eine Beziehung ausge­ drückt ist, die durch die nachfolgende, nach dem statistischen Extremumverfahren errechnete Gleichung gegeben ist, 70 µm oder weniger ist:
√area_max = ay + b
mit √area_max = eine Wurzel einer Fläche eines maximalen Ein­ schlusses, der in der Referenz-Prüffläche anwesend ist,
y: eine Standardisierungsvariable, und
a und b: Konstanten,
wobei die Referenz-Prüffläche S₀ eine Fläche eines Prüflings für die mikroskopische Betrachtung ist, eine Anzahl n von Prüf­ lingen der mikroskopischen Betrachtung unterzogen wird, und, wenn Größen √area_max von maximalen Einschlüssen, die durch die Betrachtung erhalten sind, in der Reihenfolge beginnend mit einer kleinsten angeordnet sind, eine Standardisierungsvariable y_j relativ zu einer j-ten √area_max ausgedrückt wird durch
y_j = -ln [-ln {j/ (n+1) }]
und die Standardisierungsvariable y relativ zu der Schätzfläche S zum Schätzen der Größe des maximalen Einschlusses ausgedrückt wird durch
y = -ln [-ln ((T-1)/T}
wobei T einer Beziehung genügt, die gegeben ist durch
T = (S + S₀)/S₀.

12. Stufenloses Toroidgetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenz-Prüffläche S₀ des hochreinen Stahls (22) im Fall der tatsächlichen Messung des maximalen Einschlusses durch die mikroskopische Betrachtung mit 300 mm² oder mehr vorgegeben ist.