CN102459959A - 齿轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种圆柱齿轮，具有由烧结材料制成的齿轮体(4、5)，该齿轮体具有这样的圆周，在该圆周上分布地设置有沿径向方向凸出的齿(6、7)，并且该齿轮体沿轴向方向由两个端面(8、9、10、11)限定。在齿(6、7)的区域中在至少一个端面(8、9、10、11)上和/或沿径向方向在齿(6、7)下方设置有至少一个成型元件(12)，所述成型元件是凹部(13)和/或凸起(14)和/或压实区域的形式。

Description

齿轮
技术领域
本发明涉及一种圆柱齿轮/正齿轮，该圆柱齿轮具有由烧结材料制成的齿轮体，该齿轮体具有这样的圆周，在该圆周上分布地设置有沿径向方向凸出的齿，并且该齿轮体沿轴向方向由两个端面限定；以及本发明还涉及一种齿轮传动装置，该齿轮传动装置具有至少两个相互啮合的齿轮或具有至少两个通过牵引器件彼此作用连接的齿轮。
背景技术
与由实心材料制成的齿轮相比，由烧结材料制成的齿轮的优点在于：即使是几何结构更复杂的齿轮也能较简单地制造并且因而制造成本更加低廉。出于这个原因，例如在现代传动装置中更多地使用烧结齿轮。当然，这种烧结材料相对于实心材料也有缺点，即，利用可接受的费用只能将各个烧结颗粒、即烧结粉末压实到一定的密度，该密度通常低于材料的实心密度。因此结果是，机械强度小于由实心材料制成的齿轮。为了避免这点，现今通常对圆柱齿轮的齿进行后处理、例如通过轧制过程的事后压实等，在此，根据强度要求附加地对齿顶和/或齿面和/或齿根区域进行压实。表面处理、例如淬火、回火等亦是常用方法。在事后的机械压实中，通过在径向方向上的压应力来加载烧结齿轮。
发明内容
由该现有技术出发，本发明的目的在于，改进由烧结材料制成的圆柱齿轮的表面承压曲线图。
在本发明的意义中，圆柱齿轮的表面承压曲线图一方面理解为这种圆柱齿轮的机械强度，另一方面也理解为在圆柱齿轮运行时的噪声生成。
本发明的所述目的一方面通过圆柱齿轮来解决，在该圆柱齿轮中，在齿的区域中在至少一个端面上和/或沿径向方向在齿下方设置有至少一个成型元件，所述成型元件是凹部和/或凸起和/或压实区域的形式；本发明的所述目的还通过开头所提的齿轮传动装置来解决，在该齿轮传动装置中，齿轮中的至少一个是根据本发明构造的。
因此本发明针对于在根据现有技术的圆柱齿轮中一般构造为平面的圆柱齿轮端面的特殊造型。特殊造型在本发明的意义中也指：该端面不是强制必须具有凸起或凹陷，该端面也可构造为平面，但在该端面上制造压实区域，所述压实区域与端面的其余部分成平面地/齐平地终止。但是在本发明中，这些压实区域并不是直接连接在圆柱齿轮的齿部的齿根圆上，而是与该齿根圆间隔开地设置。
迄今为止，在齿轮加工中为了提高圆柱齿轮的机械强度一般并不重视这些端面，因为齿轮的应力通常在径向或切向方向上产生。然而令人惊奇地表明，借助根据本发明的圆柱齿轮可达到更高的齿根强度。裂纹通常在齿根区域中从所谓的30°切线开始。该区域的加强对于端面造型之后的热处理带来优点。通过这些成型元件可以改变齿轮体、尤其是齿部的刚度特性，由此一方面改善例如在齿轮啮合时的噪声形成，另一方面改善机械的表面承压曲线图、也就是说齿轮体的机械强度、尤其是在齿部区域中。也可观察到圆柱齿轮的涂油的改善。另外，在此有利的是，成型元件可以与相应的烧结材料协调。通过在端面中构成阴性形状、即凹陷区域，可这样改善表面承压曲线图，使得齿部的边缘区域可设计成“更软的”，从而棱边因此可在负荷下更好地变形并且因此能够更好地避免棱边载体
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根据一种实施方案规定：成型元件沿径向方向最多延伸直到齿的齿根圆下方的区域中、为齿轮体的最大直径的、亦即在相互对置的齿顶之间的直径的35％。由此通过边缘区域可设计成更软的和由此在负荷下更好地变形来改善表面承压曲线图。
在对此的变型方案中规定：成型元件沿径向方向最多延伸直到齿齿根圆下方的区域中、为齿轮体最大直径的30％，或成型元件沿径向方向最多延伸直到齿根圆下方的区域中、为齿轮体最大直径的25％。
但要注意：在本发明的范畴中也可能的是，成型元件沿径向方向延伸直到轮毂区域中。
成型元件可沿着端面的外轮廓延伸。例如可能的是，在一个端面或多个端面上构成唯一的成型元件，该成型元件沿齿部的外轮廓实现。通过成型元件的这种对称设置，可不仅在齿顶中而且在齿根中以及在齿面区域中看到圆柱齿轮的表面承压曲线图的改善。
尤其有利的是，成型元件至少以5％的齿面积份额在端面上延伸。虽然成型元件占齿总面积的更小的面积份额同样引起改善表面承压曲线图，但从5％的面积份额起可看到机械强度的明显提高和/或噪声级的降低。
在特别的实施方案中对此规定：成型元件至少以10％的齿面积份额在端面上延伸，或成型元件至少以30％的齿面积份额在端面上延伸。
成型元件可以至少近似从齿顶圆开始沿径向方向向内延伸，由此尤其是在阳性成型元件的情况下可实现齿部的更好的涂油，而在阴性成型元件、即凹陷的情况下可进一步减少棱边载体形成。在齿区域、即在齿部的侧面中构造有压实区域的方案中，可确定强度的相应改善。
但另一方面也可能的是，成型元件至少近似从齿根圆开始沿径向方向向内延伸，也就是说，齿本身不具有成型元件，或者这些成型元件附加于齿端面区域中的成型元件设置在齿根圆下方。尤其是在成型元件构造为凸起的情况下，当这种成型元件设置在齿根圆下方时，可进一步改善齿部的涂油。
根据一种实施方案规定：成型元件附加地在齿顶和/或齿根上沿轴向方向延伸，也就是说，该成型元件在方向改变后在齿部区域、即齿区域中延续，或者说在该实施方案中成型元件可在齿区域中这样继续，使得在圆柱齿轮的相互对置的端面的相互对置的区域上的成型元件通过齿区域中的成型元件本身相互连接。例如通过构造从端面开始在齿顶和/或齿根上延伸的凹陷，可将齿调整成“更软的”，以致齿构造成在负荷下更顺从的。通过该顺从性又可更好地排除棱边载体，从而能够在总体上改善齿部的表面承压曲线图。
此外，根据一种实施方案规定：为改善表面承压曲线图，压实区域至少在端面的区域中具有至少7.2g/cm3的密度。
在此，压实区域至少在端面的区域中也可具有至少7.3g/cm3或至少7.4g/cm3的密度。
如上所述，非强制必需的是，成型元件必须构造成凸起的或凹陷的，而是压实区域可与端面成平面地构成。通过该实施方案实现，可一如既往地构成平面，尽管如此可通过压实区域、即该成型元件改善机械强度。
此外，根据一种实施方案对表面承压曲线图起积极作用的是，成型元件的轮廓至少在成型元件的轮廓线方向转变的区域中设有倒圆，也就是说，该成型元件在其外轮廓的区域中不具有尖棱的过渡部。在此一方面在成型元件本身的造型、尤其是在挤压工具冲头的脱模方面实现改善，因为由此减小了成型元件棱边区域折断的危险；另一方面，本发明的该方案已被证明在圆柱齿轮运行时是有利的。
如上所述，可能的是，成型元件具有这样的轮廓，该轮廓至少近似相应于齿的轮廓，以致齿本身——根据成型元件的构型——又可在端面的区域中具有改善的机械承载能力或在负荷下更好的可变形性。
在该实施方案的一种改进方案中规定：成型元件沿轴向方向具有蘑菇状的横截面，其中，“蘑菇头”可沿径向方向向内延伸越过齿根圆，由此可通过齿根区域改善机械强度和/或齿部的涂油。
但也可能的是，在简单的实施方案中成型元件近似具有沿轴向方向观察圆形或椭圆形的横截面，由此挤压冲头设计更加简单并且从而可更加低成本地实施用于制造该圆柱齿轮的方法。
此外有利的是，在成型元件和端面之间的过渡部构造成倒角的或倒圆的，以致在该区域中也不存在端面和成型元件之间的尖棱式的过渡部。本发明的该实施方案已被证明在齿轮传动装置中的圆柱齿轮运行时是有利的。另外，利用该实施方案可避免成型元件到平面构造的端面区域中的过渡部的突然的特性改变，由此表面承压曲线图根据应用情况可连续地或依据另一曲线、例如指数函数形式的曲线变化。
本发明的目的独立地也通过这样一种圆柱齿轮来解决，在该圆柱齿轮中齿部构造成不一致的。令人惊奇地发现：通过这种不一致性可降低噪声。之所以令人惊奇是因为齿轮的齿为了减小噪声的该目的通常被磨削得尽可能准确并且一致。但是实验表明：几何结构“不好”的齿部可能比几何结构“好”的齿部声音要小。通过不一致的齿部，能量可在齿与另一齿轮的齿部啮合期间分布到多个频率上，以致一定频率的激励不再强烈，尤其是以此降低齿轮啮合频率的谐波激励，从而齿轮噪声被感觉为较轻。
为了形成不一致性，可影响至少个别齿的齿几何结构和/或齿强度，使得至少个别齿的齿几何结构和/或齿强度不同于其余齿的齿几何结构和/或齿强度。尤其是在使用烧结材料时，可由此通过挤压模具或压实模具的相对简单的造型来提供一种低成本的方案用以制造齿部的不一致性。由此还可简单地匹配于齿轮的希望的噪声特性。
但也可能的是，至少个别的齿隙深度大于或小于其余齿隙的齿隙深度，由此同样也可降低噪声。
在此有利的是，齿的齿高变化在具有最大齿高的齿的齿高的10％至20％之间的范围中。已证明在该范围中对频率特性的影响是最有效的。
但也可能的是，齿的齿高变化在具有最大齿高的齿的齿高的0％至100％之间的范围中。
在齿隙深度方面已发现：齿隙深度变化在具有最深齿隙的齿的齿隙深度的5％至15％之间的范围中，这样的齿隙深度特别有利于降低噪声。
但齿隙深度也可变化在具有最深齿隙的齿的齿隙深度的0％至100％之间的范围中。
此外，在几何结构变化方面有利的是，沿圆周方向的齿宽变化在具有最大齿宽的齿的齿宽的50％至100％之间的范围中。也已证明该范围在噪声特性方面是有利的。
在此，沿圆周方向的齿宽也可变化在具有最大齿宽的齿的齿宽的0％至100％之间的范围中或者优选变化在具有最大齿宽的齿的齿宽的70％至100％之间的范围中。
除了齿部的几何结构“不精确性”外，已证明对于降低噪声来说也有利的是，各齿的齿刚度是不同的。在此，齿刚度变化在具有最大齿刚度的齿的齿刚度的50％至90％之间的范围中。
齿刚度也可变化在具有最大齿刚度的齿的齿刚度的0％至100％之间的范围中。
齿部的几何结构偏差也可通过不同分布(间隔)地设置各齿、亦即各齿在圆周上具有不同的节距来获得。
至少一个齿的齿高可从端面朝第二端面的方向变化，尤其是齿的齿顶在其沿径向方向观察的端面上可沿轴向方向设有锥度。由此可这样改变表面承压曲线图，使得在齿与另一齿轮的齿部啮合时首先仅一个点或一个小的区域开始承载。由此可减弱在与另外的齿部啮合时出现的啮合冲击。
当至少一个齿的齿宽从端面朝第二端面的方向变化，尤其是齿面在齿顶区域中沿轴向方向设有锥度时，也可实现减弱的啮合冲击的该效果。
此外可规定：至少一个齿在其至少一个齿面中具有至少一个凹陷，所述凹陷尤其是连续地从一个端面直至第二端面在齿深上沿轴向方向延伸。虽然由此减少了在两个齿部的齿之间提供用于表面挤压的面积，但在从拉动的滑动向冲击的滑动过渡时减小了噪声。此外，本发明的该实施方案对于润滑油膜的形成有积极的作用、尤其是在高速运行的齿轮中。
本发明的目的独立地还通过这样一种圆柱齿轮来解决，在该圆柱齿轮中齿轮体沿径向方向至少构造为三层，具有两个边缘层和一个中间层，其中，中间层的硬度小于这两个边缘层的硬度。在此有利的是，通过这两个边缘层一方面实现承载能力(外层)并且另一方面实现对轴的可压紧能力(内层)，同时可通过中间层实现振动衰减。因此同样可提供具有减小的噪声发生的齿轮。
在此优选中间层由塑料制成。由此一方面可实现良好的层结合。另一方面塑料在其硬度方面易于调整，因而可简化齿轮的可制造性。
塑料优选是热固性塑料。特别是所述塑料不仅在齿轮运行期间的耐久性方面、而且在衰减特性方面被证明是积极的。
为了进一步改善振动衰减，中间层具有这样的层厚值，该层厚值可从下限为径向最靠外的边缘层的层厚的5％且上限为径向最靠外的边缘层的层厚的700％之间的范围中选出。在下限之下，中间层仅展现出衰减特性的稍微改善。在层厚的上限之上会发生齿轮的强度下降，以致存在过早失效的危险，尽管衰减特性本身更好。
层厚值也可从下限为径向最靠外的边缘层的层厚的10％且上限为径向最靠外的边缘层的层厚的500％之间的范围中选出，或者尤其是可从下限为径向最靠外的边缘层的层厚的50％且上限为径向最靠外的边缘层的层厚的250％之间的范围中选出。
最后，本发明的目的还独立地通过这样一种圆柱齿轮来解决，在该圆柱齿轮中，齿具有最大为750HV5的硬度。通过该特殊的设计方案可减小到另一与之啮合的齿轮中的啮合冲击，由此又导致噪声生成的降低。
齿尤其是具有最大为650HV5的硬度，或优选具有最大为520HV5的硬度。
在此附加有利的是：齿具有这样的高度，该高度的值从下限为齿轮最大直径的0％或1％且上限为齿轮最大直径的50％之间的范围中选出；和/或根据另一种实施方案，齿具有这样的宽度，该宽度的值从下限为齿轮最大直径的1％且上限为齿轮最大直径的50％之间的范围中选出。除了齿的“弯曲柔软性”外，当在齿轮上构成相对高的、细长的齿时，可进一步减小啮合冲击。
尤其是齿可以具有这样的高度，该高度的值从下限为齿轮最大直径的5％且上限为齿轮最大直径的40％之间的范围中选出，或该高度的值优选从下限为齿轮最大直径的20％且上限为齿轮最大直径的30％之间的范围中选出。
尤其是齿可以具有这样的宽度，该宽度的值可从下限为齿轮最大直径的4％且上限为齿轮最大直径的45％之间的范围中选出，或该宽度的值优选从下限为齿轮最大直径的12％且上限为齿轮最大直径的29％之间的范围中选出。
附图说明
为了更好地理解本发明，下面借助附图进一步解释本发明。
附图分别以强烈示意性简化的视图示出：
图1至4为两个相互啮合的齿轮的局部侧视图，其中，成型元件在端面上构造为凸起；
图7至9为两个相互啮合的齿轮在齿部区域中的局部侧视图，其中，成型元件成形为阴性的；
图10为具有几何结构不同的齿的齿部的局部图；
图11为按本发明的齿轮的噪声特性与传统齿轮相比较的曲线图；
图12为多层的齿轮；
图13为具有本发明不同实施方案的齿轮齿部的局部斜视图。
具体实施方式
首先要指出，在不同的实施方式中相同的部件设有相同的附图标记或相同的构件名称，其中，在整个说明书中包含的公开内容可以按意义转用到具有相同附图标记或相同构件名称的部件上。在说明书中选择的位置说明如上、下、侧面等也涉及直接描述的以及示出的图并且在位置改变时须按意义转到新的位置。此外，所示的和描述的不同实施例中的单个特征或特征组合可以构成本身独立的、有创造性的或根据本发明的解决方案。
关于说明书中值域的所有说明可这样理解，即，这些说明包括来自该值域的任意的与所有的部分范围，例如，说明1至10可这样理解，即包括从下限1和上限10开始的所有部分范围，也就是说，所有部分范围从下限1或更大的值开始并且以上限10或更小的值结束，例如1至1.7、3.2至8.1或5.5至10。
图1至9分别示出一由两个彼此啮合的齿轮2、3构成的齿轮传动装置1的局部斜视图。虽然并未示出，但根据本发明的齿轮传动装置1也可通过带传动装置、例如齿形带传动装置或链传动装置构成。在这种情况下自然通常未设置相互啮合的齿轮2、3。
齿轮2、3构造为圆柱齿轮并且由烧结材料制成。该烧结材料例如可以由烧结钢SK 7201或P-FL05M1中速地(mod.)形成。该烧结钢按意大利标准(It.Norm)调质处理到碳的质量百分比为0.6％。该标准基于质量百分比为0.85％的钼基粉末。
由于这种齿轮2、3的烧结技术的制造原理已由现有技术已知，所述齿轮例如可通过方法途径：粉末混合、粉末挤压、烧结、调整来获得，其中必要时可进行中间烧结步骤以及通过淬火等的最终后处理，所以在此可参见有关文献。相应的温度控制以及其它的过程温度视所使用的烧结材料而定。
齿轮2、3分别具有一个齿轮体4、5，所述齿轮体在其圆周上设有用于构成齿部的齿6、7。齿轮体4、5分别具有沿轴向方向相互对置的端面8、9或10、11。根据本发明，在至少一个齿轮2、3的这些端面8至11中的至少一个上、优选在两个齿轮2、3的两个端面8、9或10、11上，设置或者说构成有成型元件12。原则上，该成型元件12可构造为阴性、中性或阳性的，亦即，成型元件可以以凹部13或者说凹陷、凸起14的形式或作为压实区或者说区域与端面8至11成平面地构成。在图1至4示出的本发明的实施方案中，该成型元件12以凸起14的形式存在；在图5至9示出的本发明的实施方案中，该成型元件12以凹部13的形式存在。
原则上，示出的本发明优选的实施方案仅仅是成型元件12在齿轮2、3上在端面8至11区域中的几种设置可能性，而本发明不限于成型元件12的示出的实施方案。亦即，该成型元件12的其它造型也是可能的，或者可以在同一个齿轮2、3上设置多个不同的成型元件12，例如以不同高度的凸起14和/或不同深度的凹部13和/或不同轮廓的形式和/或以凹部13和凸起14的形式。也可能的是，齿轮2、3的端面8、9或10、11带有不同的成型元件12，例如在端面8和10上设有凹部13形式的成型元件12，而在端面9、11上设有凸起14形式的成型元件12。
此外，如上所述，可以将成型元件12构造为压实区域的形式，其中，该压实区域不是强制必须凸出于端面8至11或者必须构造成凹陷的，而是可构造成与这些端面8至11成平面的。该成型元件12的形状可以与图1至9中所示的那些形状相符，或该成型元件12也可具有其它任意的形状。
如上所述，在按照图1至4的实施方案中，成型元件12构造为凸起14。在图1所示的实施方案中，凸出的成型元件12一方面仿形于齿6、7的形状，并且在其后、即在齿部的齿根圆下方构造有至少近似隆起状的板条，该板条可沿整个齿根圆延伸。也就是说，在该实施方案中，在齿顶、齿面的区域中和在齿根圆的区域中在端面8、10上构造有沉降部，这就是说在这些区域中端面8、10是可见的。
图6在成型元件12的轮廓方面示出本发明的与此类似的实施方案，其中在此情况下，成型元件12构造为轮廓与图1所示相同的凹陷或者说凹部13。在此实施方案中，在齿顶、齿面和齿根的区域中也存在沉降部。
在按照图2的实施方案中，成型元件12在沿轴向方向的俯视图中观察构造为至少近似蘑菇状的，其中，成型元件12也至少近似仿形于齿6、7的轮廓并且在齿根圆下方构造有看起来呈蘑菇头状的扩展部。
对此，图9示出成型元件12的对应的相应物，该成型元件的形式为也至少近似构造成蘑菇状的凹部13或者说凹陷。
在按照图3的实施方案中，成型元件12也至少近似地仿形于齿6、7的轮廓，其中，该成型元件12成形为在端面8、10上的隆起状的凸起14。如图所示，在齿顶区域中、即在齿顶区域下方，该成型元件12可构造成具有更大的横截面(在沿轴向方向的俯视图中观察)。在该实施方案中，成型元件12也沿齿轮2、3的整个齿部延伸。
在按照图4的实施方案中，成型元件12也构造为凸起14，不过具有至少近似圆形的横截面(在沿轴向方向的俯视图中观察)，其中，该成型元件12可在齿根圆的和/或齿2、3的区域中延伸。该成型元件12的直径在此约为沿圆周方向的齿厚的50％，其中，成型元件12也可沿圆周方向在整个齿宽上延伸。
在此要指出：在本发明的范畴中通常既可以将唯一的成型元件12设置在端面8至11中的至少一个的区域中，使得该成型元件12环绕地构造在整个齿部上，也可以将这些成型元件12设置在离散的区域中。它们的混合形式也是可能的，例如在齿6、7的区域中在端面8、10上设置离散的成型元件12并在齿根圆下方的区域中设置各一个环绕的成型元件12。
按照图5的实施方案也示出凹部13形式的成型元件12，所述凹部在齿6、7的区域中构造在齿轮2、3的外轮廓下方，因此该成型元件12也仿形于齿部的轮廓。
在按照图7的实施方案中，成型元件12构造为至少近似缝槽状的凹陷或者说凹部13的形式，其中，所述凹部13在齿顶区域处开始径向向向内延伸地在端面8、10上构成，并且可以附加地在齿根区域中设置如此成形的成型元件12。在此可能的是，凹部13的深度在齿顶或齿根圆处开始沿径向方向向内变小，使得成型元件12如图7所示地持续延伸直至端面8至11中。所述成型元件的最大净宽度可以是齿顶宽度的80％。
在一种对此的变型方案中存在这样的可能性，即，该成型元件12沿轴向方向在齿根或齿顶上延伸，在一种对此特殊的实施方案中，这可以导致在端面8、9或10、11上的各两个相互对置的成型元件12因此相互连接。
在图8示出的实施方案中，成型元件12也构造为凹部13或者说凹陷，在此情况下，齿6、7的齿顶相对于其余端面8至11下沉地构造，并且在成型元件12和端面8至11之间优选构成有斜坡状的过渡部，所述过渡部可以以斜面或倒圆的形式形成。在此情况下也可能的是，凹部13、即成型元件12也沿轴向方向在齿顶上延伸。
通常要注意，凹部13的深度优选相当于在齿轮2、3沿轴向方向的宽度的1％至20％之间的范围中。另一方面，凸起14形式的成型元件12相对于端面8至11可以具有这样的高度，该高度在齿轮6、7沿轴向方向的宽度的1％至20％之间的范围中。
另外也可能的是，凹部13的深度优选相当于在齿轮2、3沿轴向方向的宽度的2％至15％之间的范围中。另一方面，凸起14形式的成型元件12相对于端面8至11可以具有这样的高度，该高度在齿轮6、7沿轴向方向的宽度的3％至16％之间的范围中。
此外可能的是，成型元件至少以5％的齿面积份额在端面上延伸。
此外通常可能的是，在成型元件和端面8至11之间的过渡部构造为尖棱的或优选倒圆的或者倒角的。在各个成型元件之间的过渡部也可如此构造。
此外按照一种实施方案，成型元件12在其整个走向上具有不同的高度或者说不同的深度，使得成型元件具有这样的成型元件区域，所述成型元件区域更远地凸出于端面8至11或更深地成型到端面8至11中。
在成型元件12是压实区域的情况下优选的是，压实区域至少在端面8至11的区域中具有至少为7.2g/cm3的密度、尤其是至少为7.3g/cm3的密度。
为了制造根据本发明的齿轮2、3、尤其是成型元件12，优选在挤压烧结粉末时就已经进行造型。也就是说，使用模具、即上模和下模，所述模具具有用于制造凹部13的相应的凸起或用于制造凸起14的相应的凹部。为了制造压实的成型元件存在这样的可能性，即，事后对成型元件进行挤压。如果应当使该压实区域与端面8至11齐平地终止，则可相应挤压该压实区域。在此也可在第一挤压步骤中单独制成凸起14，并且在另一个接下来的挤压步骤中如此挤压该凸起14，以致形成平面的端面8至11。但也可在烧结之后、例如在调整期间进行成型元件12的造型。
通过构成具有凹陷或者说凹部13的阴性成型元件12，可这样改善齿轮2、3的表面承压曲线图，使得例如在按照图1或8的实施方案中，边缘区域比端面8至11的其余区域“更软”，以致棱边在机械应力时可更好地变形并且由此可更好地避免棱边载体。棱边载体还可通过下述方式来排除，即，在烧结之前例如在齿上形成凸度或者在齿上的所述凸度可在烧结时形成或增强，由此也可更好地排除棱边载体。另外尤其有利的是，在齿根圆区域中在30°切线的区域中构造增强部，以便可以更好地避免在齿6、7的应力时形成裂纹。也可以下述方式制造压实区域：在烧结之后的调整步骤中，对阳性形状、即作为凸起14的成型元件12进行压实并由此将端面8至11制成平面。
除了成型元件12的所示的轮廓或者说形状外，该成型元件也可具有与此不同的形状，例如在沿轴向方向的俯视图中观察为椭圆形、矩形、正方形、三角形、多边形等。
此外也可以在端面8至11中的至少一个上设置组合的成型元件12、例如压实的凹陷或者说凹部13或压实的凸起14。在后一种情况下，必须在齿轮2、3造型期间提供相应较多量的烧结粉末。
在图10中示出具有齿6、7和16的齿部15的局部。图中夸张地示出，齿部15构造成不一致的，其中，与相应“理想”齿形的该几何偏差可单独地或者相互组合地设置于齿轮2上。
在所示的方案中，齿16(左侧的齿)具有这样的形状，该形状作为齿部15的其它齿6、7的基准尺寸。亦即是“标准形状”，该标准形状在根据现有技术的齿轮中为了希望的齿部而制造。在所述齿轮的现有技术中，齿部的其余齿也具有此形状。
现在根据本发明规定：齿部15的其余齿5、6中的至少个别齿具有不同于此的几何结构。例如，齿7(中间的齿)具有比齿16更小的齿高17，从齿顶端部直至在齿16和齿7之间的齿隙的最深部位测量。齿7的相应于齿16的高度在图10中以虚线示出。齿6又具有和齿16相同的高度，不过齿隙深度18小于在两个相同的齿16(标准齿)之间的齿隙深度。换句话说，齿轮2具有多个直径不同的齿根圆。
除了这些几何变化外，齿宽19也可变化，其中，该变化既可关于相同的齿形变大或变小(分别在齿6、7、16的最宽部位处测量)，也可关于走向在齿面上变化，亦即不同的齿形本身可以形成齿部15。(图10中仅示出一种齿形)。亦即，齿6、7、16的齿面斜度也可设计成在齿部15上可变的。
关于变化的优选范围参见上述说明。
此外存在这样的可能性，即，齿部15的节距变化，也就是说，齿6、7、16以不同距离间隔开设置。
如上所述，齿6、7、16的该几何偏差可彼此单独地或以两种或更多种或全部可能性组合地用于齿轮2内。
此外，附加于或代替几何变化，也可在齿部15中设置硬度彼此不同的齿6、7、16，其中，关于硬度值可参见上述说明。
在本发明的意义中，有意将齿轮2的齿部15设计为“错误的”、亦即具有不相同的齿6、7、16。在此，不是所有的齿6、7、16都必须是不同的，而只是个别齿可不同于其余相同的齿。可根据齿轮的整体几何结构或齿轮的应用领域来选择设计。
图11示出关于根据本发明的齿轮2与转速有关的噪声特性的曲线图。在此，上方的曲线A表示根据现有技术的齿轮的噪声特性。下方的曲线B从根据本发明的齿轮2绘出，该齿轮除了齿部之外与根据现有技术的齿轮相当。关于齿部，在根据本发明的齿轮2中齿沿径向方向构造成具有不同的高度。除了750rpm至约1000rpm的转速范围之外，根据本发明的齿轮2表现出比根据现有技术的齿轮明显更低的噪声生成。
有利的是，齿部15的不精确性不具有周期性、即不存在例如齿6、7、16的高-低顺序，在该顺序中会发生振动激励。因此，不精确性或者说几何偏差优选非周期地或者说按照随机原则设置，但在此要注意：不出现齿部15与另一齿部的啮合故障、即在存在多个齿根圆和/或齿顶圆的情况下它们相互协调，例如它们借助常用的计算机辅助的模拟方法来计算。
齿高17通常在各区域中变化，从而轮廓重合度尽可能不低于1。
在齿部高的情况下可能的是，完全省略一个齿，使得齿高17在此情况下可变化原齿高17的+/-100％。在此尤其是也应考虑齿轮2的强度要求。后者也适用于齿根深度。
图12示出多层齿轮2的一种实施方案。该齿轮在此包括一个外部的边缘层20或者说一个外环、一个中间层21或者说一个中间环以及一个内部的边缘层22或者说一个内环，其中各个层沿径向方向上下叠置，使得内部的边缘层靠置在未示出的轴上并且外部的边缘层具有齿部15。这两个边缘层20、22优选由烧结材料制成。
根据本发明，中间层21由塑料制成，该塑料尤其是选自热固性塑料。但原则上该塑料也可以是热塑性塑料或弹性体。例如可以使用氟塑料。
所述中间层的硬度小于这两个边缘层20、22的硬度，使得可通过该中间层21实现振动衰减。
在本发明的范畴中也可以在齿轮2中设置多于三个层、例如四个、五个或更多个层，其中，这些其余层的硬度可以处于中间层21和两个边缘层20、22的硬度之间，以便能够使衰减特性更精细地分级。
各层彼此间优选通过材料锁合和/或形锁合相互连接，但也可以彼此粘接。
中间层21尤其是具有上述范围的层厚。
在本发明的范畴中，可以构造这样的齿部15，所述齿部具有“弯曲柔软的”齿6、7、16，其中，“弯曲柔软的”是指齿刚度最大为20N/(mm·μm轮宽)、尤其是最大为10N/(mm·μm轮宽)。
除了这些“弯曲柔软的”的齿6、7、16之外，所述齿还可构造成相对窄的和/或高的，其中，齿宽19或齿高17的数值可以由上述范围中选择。
本发明的该方案尤其是适合于具有逆转间隙的齿部。由此可减弱啮合冲击。
在图13中示出根据本发明的齿6的四种不同的实施方案。但要指出：在本发明的范畴中，所示出的或所描述的实施方案的混合方案也是可能的。
图13左侧的第一个完整示出的齿6在齿顶23处在径向外部的顶端面24上具有齿顶缩回部，由此形成齿顶23的锥度。通过该锥度，齿6在齿深25上从端面8出发朝向端面9、即沿轴向方向具有沿径向方向减小的齿高26，齿的高度从齿根圆开始测量。齿高26的减小量在此可以在该齿6的最大齿高的0％至100％、尤其是10％至90％、例如12％至75％的范围中。
除了所示的齿高23的线性减小外，该齿高也可按照其它函数减小，亦即例如设有倒圆。因此例如可能的是，齿高23从端面8开始向端面9方向首先较强地减小，并且在端面9的区域中顶端面24较平缓地、即以较小的斜度延伸。
此外也可能的是，端面8、9到顶端面24的过渡部中的至少一个设有斜面或倒圆。
在图13中与完全示出的左侧的第一齿6邻接的齿6同样具有锥度，但并不是顶端面24的锥度，如上所述地，而是在从顶端面24向与之邻接的齿面27的过渡区域中的锥度。如图13所示，过渡区域在此构造成至少近似三角形的，但也可以具有其它几何形状。在齿顶区域中的齿宽19由此从端面8出发朝向端面9方向变化，以致例如齿6在该区域中沿所述方向变宽或者说沿相反方向变窄。齿宽19的减小量可以处于在同一平面中的最大齿宽的1％至10％、尤其是2％至7％、例如3％至6％的范围中。
尽管在图13中仅示出了在顶端面24-齿面27的过渡区域中的锥度，但齿6的第二齿面当然可以设有齿宽19的这样减小，其中，这两个减小也可以镜像对称地延伸。
通过所述两种实施方案实现减小所谓的啮合冲击，如这在上面已经提到过。
在图13中与刚描述过的所述齿6在右侧邻接的各齿6在这两个齿面27的至少一个中具有至少一个凹陷28，其中，这两个齿6中的右侧的齿具有三个凹陷28，而与之邻接的左侧的齿6仅具有一个凹陷28，不过这一个凹陷更宽。
通常，凹陷28的宽度29可以在齿高26的1％至20％、尤其是2％至17％、例如7％至16％之间。凹陷28的深度30可以在该齿的最大齿宽19的1％至5％、例如2％至3％之间。
也可能的是，在一个齿面27中设置与所示数目的凹陷28不同数目的凹陷28。此外，一个齿6的设置的各凹陷可以具有不同的深度30和/或宽度29。凹陷28也不必沿轴向方向在整个齿深25上延伸，如这在图13中用虚线所示。凹陷28例如可以沿轴向方向在这样的范围上延伸，该范围由下限为一个齿6沿轴向方向的整个齿深25的2％且上限为该整个齿深的10％、尤其是在3％至8％、例如在3％至6％之间的范围中选出。在一个或两个齿面27上的从端面8直至端面9中连续延伸的凹陷与不连续的凹陷的组合也是可能的。另外，可在两个齿面上设有这种凹陷28。此外，至少个别的凹陷28可以相对于轴向方向倾斜延伸地设置。
有利的是，设置这种凹陷28用于快速运行的齿轮、即圆周速度超过15m/s的齿轮以及用于形成润滑油膜或者用于降低噪声，如这在上文已经描述过。
在本发明的范畴中存在这样的可能性，即，齿部的每个齿6设有一种根据图13的本发明的实施方案，同样可以仅每二个、每三个、每四个等中有一个齿6如此构造。另外存在这样的可能性，即，设有本发明意义中的这种形状“不规则性”的齿6的顺序是无规律的，亦即例如两个并排的齿6具有这样的形状偏差，与之邻接地构成一个规则的齿6，然后仅连接一个或三个具有形状偏差的齿6，等等。
在此要再次指出：一个齿部的至少个别的齿6彼此间构造成不一致的，亦即在本发明的与此有关的实施方案中至少存在一个与齿部的其它齿6不相同的齿6。
当然，本发明的各实施方案可相互结合。可以在一个齿轮上实现成型元件12和/或不相同的齿部15和/或齿轮的多层结构和/或“弯曲柔软的”齿6、7、16。
各实施例示出齿轮2、3的可能的实施方案，在此要注意：本发明不限于本发明的特别示出的实施方案，而是各个实施方案彼此间的各种组合也是可能的，并且这些变型可能性基于本发明技术手段的教导在本领域技术人员的能力之内。
最后为清晰起见要指出：为了更好地理解齿轮2、3的结构，该齿轮或其组成部分部分未按比例和/或放大和/或缩小地示出。
附图标记列表
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Claims (33)

1.圆柱齿轮，具有由烧结材料制成的齿轮体(4、5)，该齿轮体具有这样的圆周，在该圆周上分布地设置有沿径向方向凸出的齿(6、7)，并且该齿轮体沿轴向方向由两个端面(8、9、10、11)限定，其特征在于，在齿(6、7)的区域中在至少一个端面(8、9、10、11)上和/或沿径向方向在齿(6、7)下方设置有至少一个成型元件(12)，所述成型元件是凹部(13)和/或凸起(14)和/或压实区域的形式。
2.根据权利要求1所述的圆柱齿轮，其特征在于，所述成型元件(12)沿径向方向最多延伸到齿(6、7)的齿根圆下方的区域中，为齿轮体(4、5)的最大直径的35％。
3.根据权利要求1或2所述的圆柱齿轮，其特征在于，所述成型元件(12)沿着端面(8、9、10、11)的外轮廓延伸。
4.根据权利要求1至3之一所述的圆柱齿轮，其特征在于，所述成型元件(12)至少以5％的齿(6、7)面积份额在端面(8、9、10、11)上延伸。
5.根据权利要求1至4之一所述的圆柱齿轮，其特征在于，成型元件(12)至少近似从齿顶圆开始沿径向方向向内延伸。
6.根据权利要求1至5之一所述的圆柱齿轮，其特征在于，成型元件(12)至少近似从齿根圆开始沿径向方向向内延伸。
7.根据权利要求5或6所述的圆柱齿轮，其特征在于，所述成型元件(12)附加地在齿顶和/或齿根上沿轴向方向延伸地设置。
8.根据权利要求1至7之一所述的圆柱齿轮，其特征在于，所述压实区域至少在端面(8、9、10、11)的区域中具有至少为7.2g/cm3的密度。
9.根据权利要求1至8之一所述的圆柱齿轮，其特征在于，所述压实区域构造成与端面(8、9、10、11)成平面的。
10.根据权利要求1至9之一所述的圆柱齿轮，其特征在于，所述成型元件(12)的轮廓至少在轮廓线方向转变的区域中设有倒圆。
11.根据权利要求1至9之一所述的圆柱齿轮，其特征在于，所述成型元件(12)具有这样的轮廓，该轮廓至少近似相应于齿(6、7)的轮廓。
12.根据权利要求11所述的圆柱齿轮，其特征在于，所述成型元件(12)近似具有沿轴向方向观察蘑菇状的横截面。
13.根据权利要求1至10之一所述的圆柱齿轮，其特征在于，所述成型元件(12)近似具有沿轴向方向观察圆形或椭圆形的横截面。
14.根据权利要求1至12之一所述的圆柱齿轮，其特征在于，所述成型元件(12)和端面(8、9、10、11)之间的过渡部构造成倒角的或倒圆的。
15.圆柱齿轮，尤其是根据上述权利要求之一所述的圆柱齿轮，具有尤其是由烧结材料制成的齿轮体(4、5)，该齿轮体具有这样的圆周，在该圆周上分布地设置有齿部(15)的沿径向方向凸出的齿(6、7、16)，并且该齿轮体沿轴向方向由两个端面(8、9、10、11)限定，其特征在于，所述齿部(15)构造成不一致的。
16.根据权利要求15所述的圆柱齿轮，其特征在于，至少个别齿(6、7、16)的齿几何结构和/或齿强度不同于其余齿(6、7、16)的齿几何结构和/或齿强度。
17.根据权利要求15所述的圆柱齿轮，其特征在于，至少个别齿隙深度(18)大于或小于其余齿隙的齿隙深度(18)。
18.根据权利要求15至17之一所述的圆柱齿轮，其特征在于，齿高(17)变化在具有最大齿高(17)的齿(6、7、16)的齿高(17)的10％至20％之间的范围中。
19.根据权利要求16至18之一所述的圆柱齿轮，其特征在于，齿隙深度(18)变化在具有最大齿隙深度的齿(6、7、16)的齿隙深度(18)的5％至15％之间的范围中。
20.根据权利要求15至19之一所述的圆柱齿轮，其特征在于，沿圆周方向的齿宽(19)变化在具有最大齿宽(16)的齿(6、7、16)的齿宽(19)的50％至100％之间的范围中。
21.根据权利要求15至20之一所述的圆柱齿轮，其特征在于，齿刚度变化在具有最大齿刚度的齿(6、7、16)的齿刚度的50％至90％之间的范围中。
22.根据权利要求15至21之一所述的圆柱齿轮，其特征在于，所述齿(6、7、16)以不同的节距在圆周上分布地设置。
23.根据权利要求15至22之一所述的圆柱齿轮，其特征在于，至少一个齿(6)的齿高(17)从端面(8)朝第二端面(9)的方向变化，尤其是齿顶()沿轴向方向设有锥度。
24.根据权利要求15至23之一所述的圆柱齿轮，其特征在于，至少一个齿(6)的齿宽(19)至少局部地从端面(8)朝第二端面(9)的方向变化，尤其是齿面( )在齿顶( )区域中沿轴向方向设有锥度。
25.根据权利要求15至24之一所述的圆柱齿轮，其特征在于，至少一个齿(6)在其至少一个齿面( )中具有至少一个凹陷，所述凹陷尤其是连续地从一个端面(8)直至第二端面(9)在齿深( )上沿轴向方向延伸。
26.圆柱齿轮，尤其是根据上述权利要求之一所述的圆柱齿轮，具有尤其是部分地由烧结材料制成的齿轮体(4、5)，该齿轮体具有这样的圆周，在该圆周上分布地设置有齿部(15)的沿径向方向凸出的齿(6、7、16)，并且该齿轮体沿轴向方向由两个端面(8、9、10、11)限定，其特征在于，所述齿轮体(4、5)沿径向方向至少构造为三层、具有两个边缘层(20、22)和一个中间层(21)，其中，中间层(21)的硬度小于这两个边缘层(20、22)的硬度。
27.根据权利要求26所述的圆柱齿轮，其特征在于，所述中间层(21)由塑料制成。
28.根据权利要求27所述的圆柱齿轮，其特征在于，所述塑料是热固性塑料。
29.根据权利要求26至28之一所述的圆柱齿轮，其特征在于，所述中间层(21)具有这样的层厚值，该层厚值从下限为径向最靠外的边缘层(20)的层厚的5％且上限为径向最靠外的边缘层的层厚的700％之间的范围中选出。
30.圆柱齿轮，尤其是根据上述权利要求之一所述的圆柱齿轮，具有尤其是由烧结材料制成的齿轮体(4、5)，该齿轮体具有这样的圆周，在该圆周上分布地设置有沿径向方向凸出的齿(6、7、16)，并且该齿轮体沿轴向方向由两个端面(8、9、10、11)限定，其特征在于，所述齿(6、7、16)具有最大为750HV5的硬度。
31.根据权利要求30所述的圆柱齿轮，其特征在于，所述齿(6、7、16)具有这样的高度，该高度的值从下限为齿轮最大直径的1％且上限为齿轮最大直径的50％之间的范围中选出。
32.根据权利要求30或31所述的圆柱齿轮，其特征在于，所述齿(6、7、16)具有这样的宽度，该宽度的值从下限为齿轮最大直径的1％且上限为齿轮最大直径的50％之间的范围中选出。
33.齿轮传动装置(1)，具有至少两个相互啮合的齿轮(6、7)或具有至少两个通过牵引器件彼此作用连接的齿轮(6、7)，其特征在于，所述齿轮(6、7)中的至少一个是根据上述权利要求之一构造的。
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