CN105579190B - 齿轮制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造由多个单个组件构成的端面齿轮(1；10；32；39)的方法，该方法具有以下步骤：a)提供单个组件，其包括至少一个毂(2；11；33；40)，圆盘轮(3；12，13；34，35；41，42)和齿环(4；14；36；43)，b)至少部分地机械软加工单个组件，c)在使用焊接工艺的情况下连接单个组件，d)硬化至少一个齿环(4；14；36；43)，e)硬加工至少一个齿环(4；14；36；43)以及f)在使用硝酸浸蚀液腐蚀工艺的情况下执行烧损研磨测试，其特征在于，在执行步骤f)之前在使用耐硝酸的密封材料(8；24；38)的情况下实现对在步骤c)中制成的焊缝的区域中存在的后侧的缝隙(6；23；37)的密封。

Description

齿轮制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造由多个单个组件构成的端面齿轮的方法。

背景技术

传动结构的基本目的在于，在预期的转数时实现尽可能高的转矩传递。在此，一方面必须实现各个传动组件的取决于应用的安全性。另一方面必须能够经济地制造该结构。在此，关键组件是咬合的组件，如内齿轮，行星齿轮，太阳轮，小齿轮轴和正齿轮，其中后者由于其直径和重量的原因在其齿部的框架下被最大程度地充分利用。为此目的所有情况下都必需的是，以较小的误差概率和较高的纯净度由高价值的齿轮钢来制造圆柱齿轮。

为了实现必要的边缘强度和根部强度，在多数情况下必须至少对齿轮的咬合的区域进行硬化。齿的最大的边缘强度和根部强度通过所谓的表面硬化实现，其加工步骤包括渗碳，硬化和退火。在这种类型的现有技术中仅仅利用这样的表面硬化实现了最高的特定功率密度和安全性，如其尤其会在高负载的、此外缓慢运行的大型传动齿轮所要求的那样。

已知的是，较小的齿轮以及大型传动齿轮，也就是具有600mm和更大的外直径的齿轮由一体的毛坯制造。这样的齿轮的制造技术上的流程划分成三个主要加工阶段和以及接下来的质量检验过程。这些加工阶段是软加工，淬火和硬加工。其又被再次划分成相应的子加工步骤。

在软加工时，在棒材的情况中首先在第一步骤中切短原材料部件。接下来该原材料部件被预车削并且钻孔，从而获得环形的构造。

在预先做成的圆孔盘的情况中，其尤其在较大的直径的情况下是成本经济地有意义的，同样要求首先进行预车削和钻孔。在此其表现为，通过预先制造出的中心孔已经在经济上表现出材料节省。

接下来，在两种可能的原材料设计中制造出齿部，例如通过铣齿或者类似的方法。最后实现对齿部去毛刺。

在硬化车间中，在表面硬化的情况中，在第一步骤中遮盖部件的无需咬合的区域。接下来实现对部件的渗碳，其中部件边缘涂层以碳材料积聚。接下来部件被硬化，例如通过在液态的或者气态的淬火介质中对部件进行淬火，由此实现了具有高的表面硬度和硬度的部件。在另外的步骤中实现了对部件的退火，其中硬度又略微被降低，但是也进一步降低了不利的内应力。部件核心相反保持在韧性调质的状态。在表面硬化时要注意，在部件的硬化期间必须被遮盖的整个部件表面是能够被触及的。覆盖所有接下来应该被进一步加工处理的面，例如像轴座、槽、短齿部、钻孔、螺纹，当其还没有实施时。在硬化炉中的批处理在考虑到热转移和通过组件的自重造成的弯曲的情况下实现。为了进行退火也同样要考虑这些规定。淬火剂应该能够无阻碍地环绕部件流动，因此要避免底切部和空腔。此外，底切部和尤其是空腔具有穿流孔，其然而会导致不均匀的淬火，即使在尤其避免空气的影响时。

在接下来的步骤中，部件通常通过清洁射流来清洗。该清洁射流要能够直接达到所涉及的面上。空腔会相应地不能被清洁。颗粒应当能够从部件空腔中去除。

在接下来的硬加工时实现在硬化的状态中的机械加工。因此，部件能够在第一步骤中硬车削并且在接下来被使用。此后实现对齿部的打磨加工。

为了执行在软加工和硬加工的范畴中车削、铣削和打磨加工，部件必须容纳在相应的机床中。为此使用张力板，扩管芯棒或者芯轴。此外存在使用零张力板的可能性。在内加工期间，在外表面上夹紧，其中在夹紧之前通常将定向面安装到顶圆面上。侧面具有用于夹紧的首选侧。原则上应考虑预设的夹紧面和夹紧件、工具磨损和工具倾斜度。在给定的容差的情况中要考虑该加工是否必须在一个夹紧过程内或者在多个夹紧过程内实现。

在执行硬处理之后对如此制造的部件进行检验，测量和去毛刺。

在质量检验的范畴中，取决于待检验的参数使用不同的方法。因此齿轮能够例如经受裂纹检验，表面硬度检验，烧损研磨检验或者类似。

烧损研磨检验用于对硬加工的部件的损坏进行检验，该损坏通过硬化的齿部的磨损产生。在磨损时，其在不利的过程引导的情况中出现磨损区域的局部过热，由此引起新的硬化区域或者退火过程，其会导致齿轮迟些时候的失效。常见的烧损研磨检验在使用硝酸腐蚀工艺的情况下执行。在这样的硝酸腐蚀时齿轮被完全浸入到硝酸池中，这导致接合部的表面松脱或者腐蚀。该酸侵蚀取决于晶粒取向和接合部的微结构而不同程度地实现，由此在合适的过程引导中利用眼睛能够识别到接合部的可见的深浅程度，这表示出在重新硬化或者降低表面硬化的情况中与按照规定硬化的结构的不同。酸溶液必须在硝酸腐蚀之后再次从部件上去除，从而避免不利的影响，如例如通过氢气诱导的应力裂纹腐蚀造成的部件的损坏，通过腐蚀产物或者通过难以去除的盐或者甚至通过酸转结由于在清洁池中没有滴完而导致的传动装置油的污染等等，对此仅仅提及若干实例。

齿轮的一体构造的缺点在于，随着齿轮逐渐变小的外直径，其在材料要求和制造重量方面是非常不利的。作为重量问题的解决方案已知的是，大型齿轮被卷边地(eingesickt)设计。换句话说，在车削加工的范畴中从轮侧面去除材料。然而由此对制造成本产生不利的影响，因为为了进行卷边需要另外的加工力量并且该材料已经在原材料采购中产生费用。

另外的问题在表面硬化时随着齿轮的增大的外直径出现。在该过程中，很多能量被引入到部件中，这在淬火工艺中会导致严重的部件弯曲。该部件弯曲不仅之前通过复杂的结构性措施而且之后还要通过相应的材料去除来补偿。为了改善硬化或者淬火工艺，例如已知的是，这在部件中引入空洞，其应该确保部件均匀地由淬火介质冲洗，从而在其冷却期间实现组件的更好温度曲线并进而实现最小的弯曲。对于后续的材料去除来说，部件必须设计具有相应的加工余量，从而能够在额定尺寸上实现后续的材料去除。该后续的材料去除然而必须在组件的硬化的状态下实现，这导致提高的成本和相应的不经济性。

尽管该昂贵的和复杂的应对措施，然而在实践中该部件也很难在狭窄的区域受控地得到控制。结果是，以之前描述的方法制造的尤其是一体设计的大型齿轮在材料成本和制造成本并且在总体上仅仅有条件地在经济上做出妥协。

作为之前描述的类型的一体设计的齿轮的替代方案，公开了一种混合型齿轮，其由多个组件组成，也就是至少由毂、布置在毂上的齿轮体和在齿轮体的外边缘上布置的齿环组成。这样的混合型齿轮必须在相同的安全性的情况中在其功率转换上是能进行参照的。其必须能够经济地制造并且具有同样高品质的生产配额。

在现有技术中已经公开了这样的混合型齿轮的极不同的设计方案，其首先通过类型来区分，单个组件彼此如何固定，以及通过单个组件的设计来区分。

单个组件的彼此固定可以机械地实现，因此齿环可以例如与轮体旋拧在一起。可替换的是，将齿环热缩在轮体上也是已知的，其中齿环相对于轮体经常通过相应的形状配合保险装置防止相对运动。

可替换的是，单个组件也能通过焊接彼此形状配合地连接。被焊接的齿轮除了齿部保险装置之外附加地在其接口特性上进行设计。接合接口由齿环和轮体(所谓的轮缘)，轮体和毂以及毂和轴的部件组合构成。该接合位置必须在设计规划和制造规划上一同进行考虑。此外，其制造技术上的成本和其对部件功能的影响也要被考虑。

用于混合型大型齿轮的已知的制造流程例如为毛坯件的提供，预车削，焊接，铣齿，可能还有感应硬化，齿部打磨和接下来的质量保证。

焊接工序在大型齿轮的情况中至今为止毫无例外地通过MSG焊接(金属惰性气体保护焊接)，电极焊接或者埋弧焊接实现-所有的方法都具有熔接的电极和相对高的拉伸能量并进而对连接和基础材料的冶金特性产生强烈影响。这些焊接工艺一定会在钢构造结构中诱导出很大的内应力。基于该背景，对于本领域技术人员来说常常在焊接工序之后为了瓦解应力而执行减应力退火，从而阻止了另外的加工步骤也许将该应力释放导致变形，例如在车削卷边时，在非对称地降低壁厚时或者类似情况。这种制造伴随的变形是已知的并且导致焊接结构的废弃。相应地，被焊接的大型传动装置齿轮的高精度的尺寸加工仅仅能够在还行减应力退火之后才能实现。

被焊接的部件的硬化至少在大型传动装置齿轮的情况中通过感应硬化实现。该方法具有优点，即仅仅局部地将相对较小的热能引入到部件中，由此阻止部件的强烈变形。

在混合型的大型传动装置齿轮的情况中，由于高的、通过焊接工艺利用熔接的电极引入的内应力而不使用如在一体设计的大型传动装置齿轮的情况中使用的被焊接的部件的表面硬化。在大型传动装置尺寸的情况中较小的偏差就已经导致较大的形状偏差。由于焊接内应力瓦解导致的弯曲和硬化弯曲累积到如此之大，即在部件的硬化的状态中需要进行复杂的机械加工。然而这是不希望的，因为这导致巨大的成本。相应的，齿环在已知的大型传动装置齿轮中一直由调制钢制成。

相反，在小的齿轮中通过部件弯曲产生的偏差由尺寸决定地导致与大型传动装置齿轮相比较小的形状偏差，因此之前对于混合型大型传动装置齿轮来说产生的通过焊接和硬化而在部件中引入弯曲的问题在此扮演次要的角色，尤其是当在此基于在持久强度方面的应用的原因需要低价值的齿轮物品时。这对应于移动的传动装置应用的情况，例如像货车和商用车。

为了制造混合型的小型齿轮，例如已知一种方法，其中首选提供毛坯件，之后实现对相应的部件的预车削。接下来进行表面硬化，然后也许对齿进行打磨。在另外的步骤中单个部件通过电子束焊接在硬化的状态中彼此连接。电子束焊接在该方法中也就是在表面硬化的小齿部上使用，精确地说在完成硬化的并且根据需求被打磨过的齿部上应用。也适合用于批量生产的电子束焊接相对来说具有非常小的弯曲并且实现在较小的齿轮时的生产制造。

现在可用的混合型齿轮相对于一体制造的齿轮的缺点在于，不能毫无问题地通过硝酸浸蚀液腐蚀工艺执行烧损研磨测试。在浸入到腐蚀池中之后，酸如之前已经描述的那样必须从部件上去除，从而防止对金属的进一步侵蚀。酸的去除在一体地设计的齿轮中是没有问题的。在混合型齿轮的情况中，符合规定的酸去除相反会通过在单个的齿轮组件之间的在焊接后留下的缝隙变得困难或者完全被阻止，因此由在部件上保留的酸所引发的被描述的缺点几乎不能或者完全不能被消除。

在当今可用的混合型大型传动装置齿轮的情况中的另外的缺点，也就是具有600mm或者更大的外直径的齿轮的情况中的另外的缺点在于，相对于一体地设计的大型传动装置而言，其仅仅能够适用于较小的表面负载，因为退火的齿环具有比表面硬化的齿环更小的承载能力。边缘强度在混合型大型传动装置齿轮的情况中在600-800N/mm²的范围中，一体设计的并且表面硬化的大型传动装置齿轮提供大约1500N/mm²的边缘强度，在渗碳的情况中提供1700N/mm²的边缘强度。另外的缺点还在于，至今为止在混合型大型传动装置齿轮的制造中使用的具有熔接的电极的焊接工艺都具有强烈的手动以及特别耗时的特征，因此其仅仅能经济地应用在小的批量生产中。在批量生产中的过程数据测定现在还不是现有技术并且仅仅能够借助后续的质量控制来记录。

另外的现有技术在文献DE 911500B，DE 917 589B，DE2606245A1，DE3427837C2，DE102007040894B4和DE102006025524A1中公开。

发明内容

由该现有技术出发，本发明的目的在于实现一种用于制造，尤其是用于批量制造端面齿轮的方法，利用该方法能够制造出具有较小的自重的齿轮，其能够设计用于最高的负载，甚至在涉及大型传动装置齿轮时，并且其能够在硝酸浸蚀液腐蚀工艺的情况下毫无问题地进行烧损研磨测试，而不会出现因为烧损研磨测试导致的齿轮的损害。

为了实现该目的的至少部分方面，本发明提出一种用于制造由多个单个组件构成的端面齿轮的方法，该方法具有以下步骤：

a)提供单个组件，其包括至少一个毂，圆盘轮和齿环，

b)至少部分地机械软加工单个组件，

c)在使用焊接工艺的情况下连接单个组件，

d)硬化至少一个齿环，

e)硬加工至少一个齿环以及

f)在使用硝酸浸蚀液腐蚀工艺的情况下执行烧损研磨测试，

其中，在执行步骤f)之前在使用耐硝酸的密封材料的情况下实现对在步骤c)中制成的焊缝的区域中存在的后侧的缝隙的密封。

根据本发明的方法的、制成由多个单个组件构成的齿轮所带来的重要的优点在于，相对于一体制成的齿轮能在没有过多的材料损失的情况下降低齿轮的自重。另外的优点在于，通过在焊缝的区域中存在的后侧的缝隙(其在单侧地对单个组件进行连接焊接时保留下来)的密封，在使用耐硝酸的密封材料的情况下，在烧损研磨测试时不会有硝酸浸入到缝隙中。相应地，该硝酸在执行完烧损研磨测试之后能够被毫无问题地冲洗掉和/或中和，而不会通过保留的酸造成对齿轮的不希望的损害。硝酸在清洁池中的滴落也被避免。

根据本发明的一个设计方案，在步骤c)中为了连接单个组件而采用束焊。这样的束焊工艺相对于具有熔接的电极的焊接方法具有优点，即在焊接期间仅仅在部件中引入很少程度的内应力，这有尤其在制造大型传动装置齿轮的情况中具有优点。束焊工艺可以例如是束焊工艺或者是激光束焊接工艺，其中后者优选地在真空或者部分真空中执行。

根据本发明的方法的第一变体，缝隙通过再次焊接从后侧密封，其中该再次焊接优选地通过之前描述的类型的束焊工艺执行。换句话说在齿轮的两个待接合的单个组件之间的连接区域被焊接两次-一次从前侧并且与一次从后侧。

根据本发明的方法的第二变体，在执行步骤c)中的焊接之前将密封材料环装入到待密封的缝隙中，其中，该密封材料环在步骤c)中连接单个组件期间通过焊接热量至少熔接，由此实现对缝隙的密封。取决于待密封的缝隙从焊接位置的去除以及进而取决于在焊接期间在待密封的缝隙中能够达到的温度，密封材料可以是软焊料或者硬焊料。该密封材料在此应该这样地选择，即其液化温度在步骤d)的硬化期间不被超过，从而阻止了密封材料的再次熔化。根据本发明的第二变体的在焊缝的区域中存在的后侧的缝隙的密封具有以下优点，即根据步骤c)的连接焊接和在步骤c)中产生的后侧的焊缝的密封能够同时在使用一个且同一个的热源的情况下实现。

根据本发明的方法的第三变体，在步骤c)中的焊接之前将密封材料环装入到待密封的缝隙中，其中，该密封材料环在步骤d)中的硬化期间通过组件在炉子中输送的热量至少熔接，由此实现对缝隙的密封。换句话说，根据步骤c)的焊接连接和在步骤c)中产生的后侧的焊缝的密封彼此分开地执行，其中为了密封而使用在步骤d)中的硬化的过程热。取决于硬化炉的温度，可以选择软焊料或者硬焊料作为密封材料。

之前描述的根据本发明的方法的第二和第三变体尤其能在此时被有利地应用，即单个组件具有两个圆盘轮，二者彼此轴向上保持间隔地布置时，因为圆盘轮的分别指向彼此的侧面在其装配之后对于为了密封所述缝隙的后侧的再次焊接来说而不再能够触及。后侧的再次焊接也就相应地不能实现。两个圆盘轮的设置尤其为了实现齿轮的高刚性是有利的。

优选地，圆盘轮借助刚性管彼此连接，由此实现了齿轮的附加的加固。

有利的是，两个圆盘轮相对于齿环从一个侧面装配并且在步骤b)中从相同的侧面进行软加工，这能够在夹紧的情况中执行。由此实现了一个优点，即两个圆盘轮在其在齿环中的座中彼此对齐。具有双侧加工的包夹使其变得困难。相应地可以在制造期间有利地放弃对工件的包夹，由此简化地和成本低廉地设计该工艺流程。根据c)步骤对两个圆盘轮的焊接此时从齿轮的两侧实现。

根据本发明的第四变体，对缝隙的密封在根据步骤d)的硬化之后执行，其中为了进行密封而使用有机的、金属的或者无机的基体作为密封材料。在此可以使用例如在机动车的车身结构中或者在白色家电领域中通常的缝隙密封材料，例如硅树脂，MS聚合物，聚氨酯，橡胶，丁烯，沥青，丙烯酸酯或者金属离子和有机填料。

在本发明的一个优选的设计方案中，齿环由表面硬化刚制成，其中在步骤d)中的硬化通过表面硬化实现。通过表面硬化，齿轮可以提供具有最高的边缘强度，从而使得利用根据本发明的方法制造的齿轮也能承受住最高的负载。

优选的是，步骤a至步骤f)以所提及的顺序执行。该顺序在制造大型传动装置齿轮的情况中尤其具有优点，当在步骤c)中在使用束焊工艺执行焊接时并且在步骤d)中的硬化时使用表面硬化时。令人惊讶地提出，利用束焊工艺和表面硬化仅仅带来部件的较小的弯曲，这在后续的硬加工步骤中能够以较小的耗费来补偿，而不必为此预留较大的加工余量。申请人由此出发，即通过束焊工艺引入到部件中的内应力是如此的小，即其在表面硬化期间被完全地瓦解。相应地仅仅保留由表面硬化期间带来的部件弯曲，该弯曲至少能够与在制造一体地设计的大型传动齿轮时的相应的弯曲相参照并相应地进行控制。该弯曲此外可以根据本发明借助轮体构造的明显灵活的设计来这样地调整，即其出现很小的弯曲。

根据本发明的方法的一个设计方案，在步骤e)中执行的硬加工的范畴中实现硬车削和磨齿。通过这种方式能够制造较高质量的齿部。

有利的是，圆盘轮具有至少一个偏心布置的凹处，尤其是具有多个偏心布置的凹处。这种类型的凹处通常用于蒸汽排放，穿流清洗和清洁能力并且在表面硬化的情况中用于渗碳气体和淬火介质的良好的穿过。

优选的是，圆盘轮非对称地设计，从而尤其使得大型传动装置齿轮的刚性匹配于应用专有的负载。

根据本发明的方法的一个设计方案，通过齿环的厚度的非对称设计来调节大型传动装置齿轮的刚性，由此能够实现在较宽的负载范围上的均匀的承载特性。通过局部地降低在边缘区域中的齿环厚度尤其可以避免角支承。

优选的是，根据本发明的方法的一个设计方案，在焊接方向上看，至少一个接合位置的后端部通过径向突出的凸起部形成，该凸起部是彼此待焊接在一起的组件的一部分。在焊接接合位置的端部处的这样的凸起部作为焊接池支承部使用并且简化了焊接工艺的执行。

有利的是，齿环具有：带有连接面的连接部段，齿环在所述步骤c)中沿着连接面与圆盘轮焊接在一起；以及齿环部段，在齿环部段处形成有齿部，其中在连接部段和齿环部段之间设置有至少一个过渡半径，过渡半径以间距(a)相对于在步骤c)中产生的、将齿环和圆盘轮彼此连接在一起的焊缝布置。在过渡半径和焊缝之间的该间距用于分离通过焊缝产生的切口效应。

附图说明

本发明的另外的特征和优点根据接下来参考附图对本发明的实施例的进一步描述变得清晰。其中

图1是根据本发明的第一设计方案的齿轮的示意性侧视图；

图2是沿着图1中的线II-II的根据第一设计方案的齿轮的示意性横截面图；

图3是图2中以标号III标识的区域的示意性放大图，其示出了在圆盘轮和齿轮的齿环之间的焊接的过渡部，其中在焊缝中存在的后侧的缝隙根据本发明的第一变体被密封；

图4是图2中以标号III标识的区域的示意性放大图，其示出了在圆盘轮和齿轮的齿环之间的焊接的过渡部，其中在焊缝中存在的后侧的缝隙根据本发明的第二变体被密封；

图5是根据本发明的第二设计方案的齿轮的示意性侧视图；

图6是沿着图5中的线VI-VI的根据第二设计方案的齿轮的示意性横截面图；

图7是图6中以标号VII标识的区域的示意性放大图，其示出了在圆盘轮和齿轮的齿环之间的过渡部；

图8是原理图，其示出了齿环的倾斜齿部的齿形；

图9是根据本发明的第三设计方案的齿轮的齿环和圆盘轮之间的过渡部的示意性放大图；

图10是一个图标，其示出了在图9中示出的齿环在齿环宽度上的刚性曲线；

图11是根据本发明的第四设计方案的齿轮的示意性横截面图，其中齿环和圆盘轮在径向上彼此焊接在一起；以及

图12是根据本发明的第五设计方案的齿轮的示意性侧视图。

具体实施方式

图1和图2示出了根据本发明的第一实施例的大型传动装置齿轮1，其具有600mm或者更大的外直径。该大型传动装置齿轮是混合型齿轮，其由多个单个组件制成，也就是由基本上设计成柱形的毂2，圆盘轮3和表面硬化的齿环4构成，其在利用箭头A标识的位置彼此焊接。

至少一个圆盘轮3设有偏心布置的凹处5。这些凹处分别具有不同的形状并且非对称地分布地布置在至少一个圆盘轮3处，如在图1中所示出的那样。

大型传动装置齿轮1如下地制造。在第一步骤中提供单个组件，也就是毂2，圆盘轮3和齿环4。在后续的步骤中实现组件的机械软加工。在此毂2进行车削加工。之后齿环4配备了其齿部，这例如能够在滚齿加工中实现。接下来将圆盘轮3置入或者压入到毂2和齿环4之间。在此应该使用对圆盘轮3的轻压。在后续的步骤中，单个组件然后在利用箭头A示出的位置处在使用束焊工艺的情况下彼此焊接在一起，其中该束焊工艺优选的是电子束焊工艺。可替换的是也可以在真空或者部分真空的情况中使用激光束焊接工艺。

接下来，大型传动装置齿轮1在焊接状态下被表面硬化，由此使得齿环4获得1250N/mm²，优选是1500N/mm²的边缘强度。之后进行硬加工，在硬加工的范畴中至少齿环被打磨。为此但是也可以跟随有对毂2和/或圆盘轮3的硬加工，例如在硬车削加工的范畴中。

在硬车削加工之后，在使用硝酸浸蚀液腐蚀工艺的情况下执行烧损研磨测试。为了避免在烧损研磨测试期间硝酸能够浸入到在产生焊缝的区域中存在的后侧的缝隙6中，在执行烧损研磨测试之前根据本发明实现了对所述的缝隙6的密封。根据本发明的不同的密封变体在接下来参考图3和4进行说明，其例如在放大图中示出了在圆盘轮3和齿环4之间的过渡区域。但是，接下来的描述同样适用于在毂2和圆盘轮3之间的过渡部。

为了产生在图3中示出的布置，根据本发明的第一变体，圆盘轮3和齿环4首先为了接下来的焊接加工而符合规定地相对彼此定位。在后续的步骤中，在使用之前所述的束焊工艺的情况下将圆盘轮3和齿环4从齿轮1的一个侧面周向地彼此焊接在一起，这通过箭头A示出。为了实现内部的焊接池支承，圆盘轮3在其-在焊接方向上看(箭头A)-后端部沿着其外圆周配有环绕的，径向向外突出的凸起部7，其啮合到相对应地设计的凹进部中，该凹进部环形地设计在齿环4的内圆周的后端部处。在后续的步骤中，在焊缝的区域中存在的后侧的环形缝隙6通过以下方式被封闭，即圆盘轮3和齿环4从齿轮1的另外的侧面被再次焊接在一起，这通过箭头B示出。在此也有利地使用束焊工艺，其中其优选地是电子束焊工艺或者可替换的是在真空或者部分真空的情况下的激光束焊接工艺。通过这种方式，缝隙6能够被密封以防止在接下来的烧损研磨测试期间的硝酸浸入。

为了产生在图4中示出的布置，根据本发明的第二变体，首先在圆盘轮3的凸起部7的外圆周处布置密封材料环8，其优选地由硬焊料制成。可替换的是，其当然也能相应地定位在齿环4上。在后续的步骤中，圆盘轮3和齿环4为了接下来的焊接加工而符合规定地彼此相对定位，之后圆盘轮3和齿环4从齿轮1的一个侧面彼此焊接在一起，如通过箭头A所示的那样。在该第二变体中，凸起部7的高度h和密封材料环8的材料被这样地选择，即在密封材料环8的区域中通过在箭头A的方向上的连接焊接使得温度如此之高，即密封材料环8至少熔接，由此对间隙6进行密封。在此需要注意的是，密封材料的液化温度如此的高，即该密封材料在接下来在硬化炉中的处理期间不会再次融化。在有利的方式中，该熔化过程通过其潜在的温度要求稳定了束焊工艺的焊接深度，由此可以获得了相对于现今通常的焊接池支承更少的使用。该效果与经济的制造的预设相符。

为了产生在图4中示出的布置，根据本发明的第三变体，首先将密封材料环8布置在圆盘轮3的凸起部7的外圆周处或者布置在齿环4处。在后续的步骤中，类似于第二变体，圆盘轮3和齿环4为了接下来的焊接加工而按照规定地相对彼此定位。之后，圆盘轮3和齿环4在使用之前所述的束焊工艺的情况下彼此焊接，这通过箭头A示出。在此，密封材料环8与焊接位置这样地间隔开，即其不通过焊接热量融化。在进入到后续的表面硬化中时，该密封材料环8才在硬化炉中通过主要的温度融化，由此对缝隙6进行密封。相应地圆盘轮3和齿环4的连接在时间上与缝隙6的密封彼此分开。作为密封材料在该种情况下优选地使用硬焊料，其液化温度处于在硬化炉中占主导地位的温度的区域中。在此以及在之前的应用中，密封材料以有利的方式引起附加的密封，以防止通过碳材料造成的对焊缝根部的不利的硬化，这从断裂机械的角度上看是最被期待的。

为了产生在图4中示出的布置，根据本发明的第四变体，圆盘轮3和齿环4相对彼此定位并且通过束焊彼此焊接在一起。之后，齿轮1在硬化炉中被硬化并且接下来被硬加工。在硬加工之后才将密封材料环8插入到缝隙6中并且将其密封。在该种情况中，密封材料是有机基体，金属基体或者无极基体。

所描述的方法的重要的优点在于，在单个组件的束焊时很少的热量被引入到部件中，这导致了通过焊接工艺感生出的内应力相比于常规使用的具有熔接的电极的焊接方法更小。相应地，其能够通过在表面硬化期间实现的热处理来瓦解(减应力退火)。通过表面硬化，为齿环4提供非常高的边缘强度，从而使得大型传动装置齿轮1可以承受最高的负载。在表面硬化期间没有避免的组件弯曲通过相应地选择凹处5的形状和位置来减小。该凹处5用于符合规定地在渗碳期间被渗碳气体穿过。此外，淬火剂在淬火过程中被这样地均匀分配，即在冷却或者淬火期间温度能够尽可能均匀地分配在大型传动装置齿轮1的各个区域中，由此有效地避免了由于局部的温度差造成的部件弯曲。应该清楚的是，凹处5也能够不同地设计和布置。例如可以选择圆形的凹处5的对称布置，当由此获得很少弯曲的部件时。

根据本发明的方法的另外的优点在于，硬加工基于在之前的方法步骤期间较小的部件弯曲的原因能够以相对小的耗费来执行，因此使得用于硬处理的费用下降至较小。

根据本发明的方法的另外的优点还在于，通过利用耐硝酸的密封材料8对缝隙6的密封在烧损研磨测试期间阻止了硝酸的浸入，从而使得在开头已经描述过的、由硝酸的浸入引起的问题不会出现并且由此完全实现了该部件的受控制造。

图5至7示出了根据本发明的第二设计方案的大型传动装置齿轮10。该大型传动装置齿轮10是混合型齿轮，其由多个单个组件制成，也就是由毂11，两个圆盘轮12和13以及齿环14构成，其在利用箭头A标识的位置处彼此焊接在一起。

毂11基本上设计成柱形的并且包括径向凸出的凸肩15，其基本上中间地沿着毂11的周向延伸并且作为用于定位圆盘轮12和13的止挡部使用。

圆盘轮12和13分别具有偏心布置的凹处16。这些凹处16分别具有不同的形状并且非对称分布地布置在圆盘轮12和13处，如在图5中所示的那样。

齿环14由表面硬化钢制成。其包括连接部段17和与之一体地形成的齿环部段18，其通过过渡半径19彼此连接。连接部段17配有两个环形的连接面20和21，齿环14沿着该连接面与圆盘轮12和13焊接。在连接面20和21之间延伸有径向向内伸入的凸肩22，其作为用于圆盘轮12和13的止挡部。在图7中示出的尺度a描述了在过渡半径19和连接面20和21或者在那里设置的焊缝之间的间距。间距a选择为如此的大，即通过设置为封闭的圆形缝的焊缝产生的切口效应被可靠地退耦。在图7中示出的尺度b描述了圆盘轮12和13的最小环厚度，用于实施沿着在圆盘轮12和13处设置的凹处16的热学上可接受(vertretbaren)的焊缝，从而确保尽可能无干扰的和非对称的热排导。图7中示出的尺度c是在齿环14的环凸肩22的径向高度和圆盘轮12和13的最小环厚度b之间的差，其是必要的，以便形成用于在表面硬化时使用的介质的穿流和排流结构。尺度a，b，c在构造的范畴中以相应的计算为基础进行选择。

在图5至7中示出的大型传动装置齿轮10按照根据本发明的方法的一个设计方案如下地制造。在第一步骤中，提供单个组件，也就是毂11，两个圆盘轮12和13以及齿环14。在接下来的步骤中实现对单个组件的机械软加工。在此毂11承受车削加工。之后，齿环14配备了其齿部，这例如能在滚齿加工的范畴中实现。接下来，圆盘轮12和13被置入或者压入到毂11和齿环14之间。为此，应该使用对圆盘轮12和13的轻的压配合。在径向和轴向的抵靠面中的范围中的圆盘的配合面的凸肩中的半径根据待置入的圆盘的内铣削来考虑。该圆盘此外有利地具有内部的比处于外面的、其中被焊接的侧面上的更大的半径。焊缝准备因此应在考虑到成本的情况下实现并且避免不必要的凸肩。在后续的步骤中，单个组件然后在以箭头A示出的位置处在使用束焊工艺的情况下彼此连接，其中束焊工艺优选地是电子束焊工艺。可替换的是也可以使用在真空或者部分真空的情况下的激光束焊接工艺。

接下来，大型传动装置齿轮10在焊接的状态下被表面硬化，由此使得齿环14获得1250N/mm²，优选1500N/mm²或者更多的边缘强度。之后进行硬加工，在硬加工的范畴中至少对齿环14进行打磨。此外，但是也可以对毂11和/或圆盘轮12和13进行硬加工，例如在硬车削加工的范畴中。

在后续的步骤中，齿轮10在使用硝酸浸蚀液腐蚀工艺的情况下经受烧损研磨测试。在图5至7中示出的齿轮10中，也对在相应的焊缝的区域中保留的后侧的缝隙23以密封材料24进行密封，从而在烧损研磨测试期间避免硝酸的浸入。为了密封缝隙23，可以选择性地选择根据之前参考图4描述的第三或者第四变体的密封工艺。第一变体被排除，因为在使用两个圆盘轮12和13时由于不能触及而不能实现后侧的再次焊接。第四变体同样因为缺少可触及性的情况下被排除。

所描述的方法的一个重要的优点在于，在束焊单个组件时较少的热量浸入到部件中，这导致了通过焊接工艺感生出的内应力相对于常规使用的具有融化的电极的焊接工艺来说相对较小。相应地，其能够通过在表面硬化期间实现的热处理来瓦解(减应力退火)。此外，通过相应地选择尺度a，也就是在过渡半径19至焊缝或者连接面20和21的间距分离切口效应。通过表面硬化，为齿环14提供非常高的边缘强度，从而使得大型传动装置齿轮10可以承受最高的负载。在表面硬化期间没有避免的组件弯曲通过相应地选择凹处16的形状和位置来减小。该凹处5用于符合规定地在渗碳期间被渗碳气体穿过。此外，淬火剂在淬火过程中被这样地均匀分配，即在冷却或者淬火期间温度能够尽可能均匀地分配到大型传动装置齿轮10的各个区域中，由此有效地避免了由于局部的温度差造成的部件弯曲。此外，通过凹处16也改善了对大型传动装置齿轮10的清洁能力。应该清楚的是，凹处16也能够不同地设计和布置。例如可以选择圆形的凹处16的对称布置，当由此获得很少弯曲的部件时。

根据本发明的方法的另外的优点在于，硬加工基于在之前的方法步骤期间较小的部件弯曲的原因能够以相对小的成本来执行，因此使得用于硬处理的费用下降至较小。

根据本发明的方法的另外的优点还在于，通过利用耐硝酸的密封材料24对缝隙23的密封在烧损研磨测试期间阻止了硝酸的浸入，从而使得在开头已经描述过的、由硝酸的浸入引起的问题不会出现并且由此完全实现了该部件的受控制造。

图8以俯视图和侧视图示意性地示出了齿环14的倾斜齿部的齿形25。进行驱动的齿轮26在运行期间利用尖的齿顶27插入到被驱动的齿轮(未示出)中。该齿顶27根据原理比钝角的相对置的齿顶28强度低。倾斜的齿部的表面承压曲线图随着从齿顶27转移至齿顶28的上升的负载而变化并且根据特定的地形校正在表面承压曲线图中优化。

齿轮的承载特性尤其在允许高的负载应用中使用的高强度的、表面硬化的齿轮材料的情况中通过弹性的传动部件和组件的可注意到的变形来叠加。在齿轮头处的弯曲也通常为由制造决定的形状偏差的几倍。该过载此外通过小齿轮轴和齿轮轴，小齿轮体和圆盘轮体的弯曲和扭转以及轴承下沉和壳体变形产生影响。此外获得齿面的倾斜，其经常有害地高于由制造决定的齿面线偏差。由此得到齿部面在高度和宽度上的不均匀的承载，这不仅不利地影响承载能力也影响噪音特性。

为了再次获得高强度的齿轮的高的承载能力并降低增加的噪音，制造与渐开线(高度调整)和与理论齿面线(宽度调整)的有针对性的偏差，从而在负载下再次获得具有均匀的负载的几乎理想的几何形状。在对高度和宽度调整进行测定时，子结构的整个影响区域必须被考虑。变形链必须考虑经过齿轮、轴、轴承、壳体和壳体连接部到主轴。通过在齿头处还有在齿底处的高度调整以及通过齿面调整或者宽度调整，渐开线重叠了校正轮廓，其应该允许齿的均匀承载和在轴移位时对在齿根部的负载集中的瓦解。该影响在单个部件处进行计算并且然后作为接口被加和地传递到接下来的齿部设计处并且也必须考虑到被焊接的大型传动装置齿轮的相应的接合位置。要注意的尤其是轴变形、轴承变形，制造容差分析，齿部变形以及接合的圆盘轮的变形。因此另外的问题在于，被焊接的大型传动装置齿轮的变形刚好在高负载的齿轮时要明确地加以考虑。

图9和10示出了根据能根据本发明产生的刚性变体。通过朝向一侧的齿环厚度提高，根据本发明能够修改用于齿环的支座的刚性。这些可以配合于进行驱动的齿轮，如与用于被驱动的齿轮一样，从而在宽的负载范围上实现了对齿部的形状校正的叠加而导致的均匀的承载特性。图9示出了与圆盘轮29和30焊接的齿环31，其中，其为在修改状态下的在图8中示出的进行驱动的齿轮的齿环26。该根据本发明的修改方案的优点在于，齿环31的齿部的边缘区域由于局部减小的齿环厚度而被更轻地支承，从而避免了角支承，也就是仅仅通过油箱的超比例的和有害的支承。此外，在圆盘轮29和30以及齿环31之间的接口位置通过降低在齿环31的径向内部的边缘区域处的齿环厚度而能够良好地触及，由此以积极的方式和方法实现了在箭头A的方向上的焊接束耦合。另外的积极效果在于，实现了在软加工期间对齿环31的单侧车削加工，由此避免了对部件的复杂的包夹。

图11是根据本发明的另外的设计方案的混合型大型传动装置齿轮32的示意图，其同样由毂33，两个圆盘轮34和35以及齿环36制成。在毂与圆盘轮34和35如在之前的设计方案中一样在轴向方向上彼此焊接在一起期间，圆盘轮34和35与齿环36在该设计方案中在径向方向上焊接。缝隙37利用密封材料38的密封也在此或者根据之前描述的第二变体实现或者根据第三变体实现。

图12示出了根据本发明的另外的设计方案的大型传动装置齿轮39的示意性侧视图。该大型传动齿轮39同样是混合型齿轮，其具有彼此焊接在一起的毂40，两个圆盘轮41和42以及齿环43，这些彼此焊接。大型传动装置齿轮39的构造基本上对应于在图5至7中示出的大型传动装置齿轮10的构造。与大型传动装置10不同的是，在齿轮39中，凹处44然而是对称地布置的并且因此具有圆形形状。此外设置有轴向延伸的刚性管45，其将圆盘轮41和42彼此连接，由此附加地加强了结构。大型传动装置齿轮10和39在其他方面是彼此相应的。

尽管本发明在细节上通过优选的实施例进一步描述和说明，然而本发明并不受公开的实例的限制并且本领域技术人员能够由此推导出其他的变体，而不会脱离本发明的保护范围。

Claims (24)

1.一种用于制造由多个单个组件构成的端面齿轮(1；10；32；39)的方法，所述方法具有以下步骤：

a)提供所述单个组件，所述单个组件包括至少一个毂(2；11；33；40)，圆盘轮(3；12，13；34，35；41，42)和齿环(4；14；36；43)，

b)至少部分地机械软加工所述单个组件，

c)在使用焊接工艺的情况下连接所述单个组件，

d)硬化至少一个所述齿环(4；14；36；43)，

e)硬加工至少一个所述齿环(4；14；36；43)，以及

f)在使用硝酸浸蚀液腐蚀工艺的情况下执行烧损研磨测试，

其中，在执行所述步骤f)之前在使用耐硝酸的密封材料(8；24；38)的情况下实现对在所述步骤c)中制成的焊缝的区域中存在的后侧的缝隙(6；23；37)的密封，

其特征在于，所述圆盘轮(3；12，13；34，35)非对称地设计。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤c)中使用束焊工艺。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述缝隙(6)通过再次焊接从后侧密封。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤f)中使用束焊工艺。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在执行所述步骤c)中的焊接之前将密封材料环(8；24；38)装入到待密封的所述缝隙(6；23；37)中，以及所述密封材料环(8；24；38)在于所述步骤c)中连接所述单个组件期间通过焊接热量熔接，由此实现对所述缝隙(6；23；37)的密封。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在执行所述步骤c)中的焊接之前将密封材料环(8；24；38)装入到待密封的所述缝隙(6；23；37)中，以及所述密封材料环(8；24；38)在所述步骤d)中的所述硬化期间通过在炉子中输送给组件的热量熔接，由此实现对所述缝隙(6；23；37)的密封。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述单个组件具有两个圆盘轮(12，13；34，35；41，42)，所述圆盘轮彼此轴向上保持间隔地布置。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述单个组件具有两个圆盘轮(12，13；34，35；41，42)，所述圆盘轮彼此轴向上保持间隔地布置。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述圆盘轮(41，42)借助刚性管(45)彼此连接。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述圆盘轮(41，42)借助刚性管(45)彼此连接。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，两个所述圆盘轮相对于所述齿环从一个侧面装配并且在所述步骤b)中从相同的所述侧面进行软加工。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，两个所述圆盘轮相对于所述齿环从一个侧面装配并且在所述步骤b)中从相同的所述侧面进行软加工。

13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，两个所述圆盘轮相对于所述齿环从一个侧面装配并且在所述步骤b)中从相同的所述侧面进行软加工。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，两个所述圆盘轮相对于所述齿环从一个侧面装配并且在所述步骤b)中从相同的所述侧面进行软加工。

15.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对所述缝隙(6；23；37)的密封在根据所述步骤d)的硬化之后执行，其中为了进行密封而使用有机的、金属的或者无机的基体作为密封材料。

16.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述齿环(4；14；36；43)由表面硬化刚制成，以及在所述步骤d)中的所述硬化通过表面硬化实现。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述步骤a)至所述步骤f)以所提及的顺序执行。

18.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述齿轮(1；10；32；39)是大型齿轮箱齿轮。

19.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤e)中执行的硬加工的范畴中进行硬车削和磨齿。

20.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述圆盘轮(3；12，13；34，35)具有至少一个偏心布置的凹处(5；16)。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述圆盘轮(3；12，13；34，35)具有多个偏心布置的凹处(5；16)。

22.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过所述齿环(36)的厚度的非对称设计来调节所述齿轮(32)的刚性。

23.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在焊接方向上看，至少一个接合位置的后端部通过径向突出的凸起部(7)形成，所述凸起部是彼此待焊接在一起的组件的一部分。

24.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述齿环(14)具有：带有连接面(20)的连接部段(17)，所述齿环(14)在所述步骤c)中沿着所述连接面与所述圆盘轮(12，13)焊接在一起；以及齿环部段(18)，在所述齿环部段处形成有齿部，其中在所述连接部段(17)和所述齿环部段(18)之间设置有至少一个过渡半径(19)，所述过渡半径以间距(a)相对于在所述步骤c)中待产生的，使所述齿环(14)和所述圆盘轮(12，13)彼此连接的焊缝进行布置。