CN103216602A

CN103216602A - 被涂层的齿轮

Info

Publication number: CN103216602A
Application number: CN2013100176945A
Authority: CN
Inventors: 让·安德烈·迈斯
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2013-07-24
Also published as: EP2618029A1; US20130180352A1; EP2618029B1

Abstract

本发明涉及一种被涂层的齿轮以及一种相应的制造方法。该被涂层的齿轮包括由基础材料制成的齿轮体。至少在该齿轮体的一个部分上，优选地在轮齿（2）的齿面（4）上布置有涂层（6），该涂层比基础材料更硬。在这里，涂层（6）通过接缝（7）被划分为多个相互分离的区段（8）。

Description

被涂层的齿轮

技术领域

本发明涉及一种被涂层的齿轮和一种用于制造被涂层的齿轮的方法。

背景技术

表面硬化是一种用于硬化驱动部件和齿轮的常见的方法，该方法例如在DE569453A和DE2109494B中进行了描述。由此产生高的表面硬度和压缩应力，这防止了由赫兹压力所引起的磨损和故障形式。

此外已知的是，齿轮的压力负荷区域的特殊涂层能进一步减少磨损。DE19724661C2描述了一种带有在类金刚石结构中的碳的咬合的传动部件以及一种陶瓷的TiN-涂层。当然，被涂层的齿轮在不均匀的负荷的情况下，可能会出现这样的涂层的剥落，从而极大地限制了齿轮的寿命。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种没有这种缺点的被涂层的齿轮。

该目的通过一种被涂层的齿轮来实现，该齿轮包括由基础材料制成的齿轮体，其中，至少在该齿轮体的一个部分上布置有涂层，该涂层比基础材料更硬并且通过接缝被划分为多个相互分离的区段。该目的还通过一种用于制造被涂层的齿轮的方法来实现，该方法包括以下步骤：提供由基础材料制成的齿轮体；以及在该齿轮体的至少一个部分上布置涂层，其中，该涂层比基础材料更硬并且被划分为多个通过接缝相互分离的区段。

在实际应用中，负荷几乎决不会均匀地分布在齿轮的负荷区域上面，特别是在齿面上面，例如受轴的倾斜位置或者壳体的挠性制约。这种不均匀性也可能并不总是通过校正而被抑制，因为校正始终仅对于确定的负荷来讲是优化的。负荷区域、例如齿面因此必须附加地通过弹性变形或者通过跑合磨损以适应不均匀的负荷，并且使之均匀化。由于这两种机制在传统实际应用的磨损保护涂层设计中作为完全封闭的涂层而变得困难，因而至今为止该涂层经常剥落。这一缺点通过根据本发明的磨损保护涂层的分割得以避免。

本发明以这种认识为基础，即通过相对较硬的涂层的分割，该涂层在齿轮中作为磨损保护被涂覆在由较软的基础材料制成的齿轮体上，可能的是，两个有利的性能、即坚固性和柔韧性分布在齿轮的不同的表面水平面上。以下，“层”，“涂层”和“磨损保护涂层”作为意义相同的概念而被使用。

这一被分割的层通过它的硬度提供了磨损保护，而在区段之间的接缝能使单个的区段在负荷的情况下特别地对准。与没有分割的情况相比，被涂层的齿轮的不均匀的负荷可以通过这种方式更好地得到补偿，从而避免涂层的剥落。总体而言，在齿轮的负荷方面可以产生一个更好的性能特征，因为，一方面通过坚硬的表面层提供了磨损保护，并且另一方面通过将层划分为单独的区段而提供了柔韧性和挠性。因此齿轮可以在其被涂层的区域中集这两种通常被视为相对立的特性于一体。

不中断的、即封闭的涂层在负荷情况下通常表现为欠缺柔韧性，与此情况相比，通过本发明或者说通过有利的设计方案，在齿轮表面上、特别是在齿面表面上的均匀的负荷分布是可能的。这改进了对于磨损的保护。

本发明的有利的设计方案和改进方案在从属权利要求中给出。另外，根据本发明的方法也可以根据从属的装置权利要求进一步改进，并且反之亦然。

根据本发明的一个优选的设计方案，涂层形成被涂层的齿轮的表面。用作磨损保护的涂层与制成齿轮体的基础材料相比更硬并且通常情况下更不柔韧，该涂层也就优选地设计为齿轮的外表面。由此该涂层能优化地起到磨损保护涂层的作用。

根据本发明的一个优选的设计方案，涂层布置在齿轮体的至少一个齿面上。齿面一般是齿轮的受到特定程度的负荷的并且因而受到磨损的区域。甚至可能的是，被分割的涂层只布置在齿轮体的齿面上。通过这种方式，例如在齿根区域内的必要的弹性不会受到影响。

为了提高齿轮齿的承载能力，该齿轮齿设置有涂层，该涂层不是被设计为连贯的、或者说封闭的，而是分割的。在互相邻近的区段之间形成接缝，该接缝不具有涂层。根据本发明的一个优选的设计方案，涂层通过这些接缝完全分割开（durchtrennen）。通过这种方式，涂层的单个的区段互相完全分离，并且由此能够互相完全独立对准。涂层中的应力因而继续地得以避免，并且由此防止涂层的剥落。

根据本发明的一个优选的设计方案，接缝延伸至齿轮体内。这意味着，在其上涂覆有涂层的基础材料也优选地在接缝的区域内被切割。通过这种方式形成了齿轮表面、例如齿面，它具有不同硬度的多个突出部（Plateaus）。

分割的效果也就可以由此加强，即不仅是涂层、而且基础材料也在表面附近的区域内被“切割”。由此可产生齿轮的负荷区域，例如一个齿面，其由不同硬度以及也优选的具有不同弹性的突出部组成。突出部的上部区域通过坚硬的涂层而加强，并且突出部由接缝、或者说凹槽彼此分离。接缝的深度应这样选择，即突出部能够灵活地根据负荷情况对准相对的齿面。通过基础材料的切割加强了坚固性与柔韧性这两种性能的有利的结合，因为接缝为当发生压力负荷时出现的横向膨胀（Querdehnung）留出空间，并且因此减小了磨损保护涂层的挠性。

根据本发明的一个优选的设计方案，接缝这样宽，即接缝为当被涂层的齿轮受到压力负荷时出现的横向膨胀留出空间。通过接缝的足够的宽度，加强了坚固性与柔韧性这两种性能的有利的结合，因为接缝为当发生压力负荷时出现的横向膨胀留出空间，并且因此减小了磨损保护涂层的挠性。被涂层的区域的形状以及未被涂层的区域的大小在这里应适应于其它边缘条件。基本上每一种形状都是可能的。涂层的类型也是可自由选择的，因为本方法基本上适用于所有涂层类型。

区段能通过对最初封闭的涂层的切割或是通过利用掩模覆盖随后的接缝，接下来涂覆涂层并且最后移除掩模来形成。

根据本发明的一个优选的改进方案，涂层的布置包括以下步骤：利用覆盖件覆盖接缝的区域；将涂层涂覆在齿轮体的未被覆盖的区域上；以及移除覆盖件。在此，涂层直接被分离地涂覆，这由此实现，即例如利用一个结构覆盖中间区域，使得基础材料在那里保持为未被涂层。

可能的是，涂层的布置包括以下步骤：将封闭的涂层涂覆在齿轮体上；以及通过形成接缝来对封闭的涂层进行分割。在此，涂层首先被封闭地涂覆并且然后被分为单个的区段。

根据本发明的一个优选的设计方案，接缝的形成借助于激光光束来实现。但其它的方法、例如机械的、化学的或是电的材料去除也是可能的。

附图说明

本发明的前述的性能、特征和优点以及如何实现这些性能、特征和优点的方式和方法可通过对以下实施例的描述更清楚以及更明确地理解，结合附图对该实施例予以详细说明。分别示意性地示出并且并不与比例尺相一致。

图1示出齿轮体；

图2示出被涂层的齿面；

图3示出被分割的涂层；

图4-6示出制造方法的第一实施例；

图7-8示出制造方法的另一个实施例；以及

图9示出穿过带有延伸至齿轮体内的接缝的、被涂层的齿面的截面。

具体实施方式

图1示出了需要被涂层的齿轮体10的视图，该齿轮体由基础材料、例如由经硬化处理的钢、如16MnCr5或18CrNiMo7-6制成。沿着齿轮体10的外周边布置有轮齿2，轮齿分别具有齿根3，齿面4以及齿顶5。

图2示出了在图1中所展示的齿轮体10的轮齿2的透视图。在轮齿2的两个齿面4上布置有涂层6，该涂层比齿轮体10的基础材料更硬并且由此减少了齿面4的磨损。厚度d的涂层6并不是封闭地形成于齿面4上面，而是被分为多个区段8。两个相邻的区段8被一个具有接缝宽度f的接缝7彼此分开。区段8分别具有宽度b和高度h。齿根3和齿顶5没有涂层6，以便在这些区域中不限制弹性。

图3示出了在图2中所展示的齿面4的前视图。布置在齿面4上的涂层6不是连贯的，而是被分开的。在彼此相邻的区段8之间形成有接缝7，该接缝不具有涂层。

图4至6示出了制造方法的第一实施例。

图4示出了齿轮体的轮齿2的一个截面。在第一个方法步骤中，覆盖件11涂覆在齿面4上的区域中，在该区域中设有接缝7。这种掩盖能通过例如涂覆优选为水溶性的或溶剂可溶的漆层11或者通过借助于覆盖元件（图中未示出）覆盖接缝7的区域来实现。

在图5中所展示的另一个步骤中，利用降低摩擦的或降低磨损的涂层材料，如类金刚石碳（=DLC）或者TiN来涂覆齿面4，以便形成磨损保护涂层。在这里，涂层材料可涂覆在齿面4的整个表面上，即在被覆盖的区域11中和未被覆盖的区域中。在被覆盖的区域11之间的部段中的磨损保护装置的厚度在实践中当然要比在图5中所示出的要低很多。

在图6中所展示的第三个步骤中，齿面4的掩盖装置11被再次移除。通过移除掩模层11也一起移除了被涂覆在覆盖件11上的涂层材料。最终结果就是，涂层6以多个互相分离的区段8的形式存在。将设计为漆层的掩模层11移除可通过化学蚀刻、通过冲洗以及以机械方式实现，例如借助于水喷射或者通过刷拂实现。

图7和8示出了制造方法的另一个实施例。

图7示出齿轮体的轮齿2的截面。在第一方法步骤中，利用降低摩擦的和降低磨损的涂层材料，例如类金刚石碳（=DLC）或是TiN，作为连贯或者说封闭设计的涂层6来涂覆齿面4，以便形成磨损保护涂层。

在图8中所展示的一个进一步的步骤中，在连贯的、即不中断的或者说封闭的涂层6中形成接缝7，从而使连贯的涂层6被划分为区段8。接缝7的形成可借助于激光光束或是机械的蚀刻，例如利用雕刻刀来实现。也可能的是，接缝通过已知的化学的掩盖方法形成。

图9展示了穿过由基础材料制成的齿轮体10的一个截面，齿轮体的表面9由涂覆在齿轮体10上的涂层6所形成。涂层6通过延伸至齿轮体10内的接缝7被划分为分离的区段8。涂层6也就这样设计，即该涂层由多个单个的涂层区域8组成，它们如瓷砖一样彼此间以一个间距f平放在基础材料上，例如在齿面上。

虽然本发明通过优选的实施例在细节上被详细地显示和说明，但本发明并不限于所公开的实施例，并且可由技术人员由此推导出其它的变体，而不背离本发明的保护范围。

Claims

1.一种被涂层的齿轮（1），包括由基础材料制成的齿轮体（10），其中，至少在所述齿轮体（10）的一个部分上布置有涂层（6），所述涂层比所述基础材料更硬并且通过接缝（7）被划分为多个相互分离的区段（8）。

2.根据权利要求1所述的被涂层的齿轮（1），其特征在于，所述涂层（6）形成所述被涂层的齿轮（1）的表面（9）。

3.根据前述权利要求中任一项所述的被涂层的齿轮（1），其特征在于，所述涂层（6）布置在所述齿轮体（10）的至少一个齿面（4）上。

4.根据前述权利要求中任一项所述的被涂层的齿轮（1），其特征在于，所述接缝（7）完全分割开所述涂层（6）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的被涂层的齿轮（1），其特征在于，所述接缝（7）延伸至所述齿轮体（10）内。

6.根据前述权利要求中任一项所述的被涂层的齿轮（1），其特征在于，所述接缝（7）这样宽，即所述接缝为当所述被涂层的齿轮（1）受到压力负荷时出现的横向膨胀留出空间。

7.一种用于制造被涂层的齿轮（1）的方法，包括以下步骤：

提供由基础材料制成的齿轮体（10）；以及

在所述齿轮体（10）的至少一个部分上布置涂层（6），其中，所述涂层（6）比所述基础材料更硬并且被划分为多个通过接缝（7）相互分离的区段（8）。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述涂层（6）的布置包括以下步骤：

利用覆盖件（11）覆盖所述接缝（7）的区域；

将所述涂层（6）涂覆在所述齿轮体（10）的未被覆盖的区域上；以及

移除所述覆盖件（11）。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述涂层（6）的布置包括以下步骤：

将封闭的涂层（6）涂覆在所述齿轮体（10）上；以及

通过形成所述接缝（7）来对所述封闭的涂层（6）进行分割。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述接缝（7）的形成借助于激光光束来实现。