DE10144979C5

DE10144979C5 - Schaltgetriebewellen und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE10144979C5
Application number: DE10144979A
Authority: DE
Inventors: Bernd Beltrame; Volkmar Krauss; Thomas Böttcher; Wolfgang Lesch; Dr. Brandt Horst
Original assignee: Koki Technik Transmission Systems GmbH
Current assignee: Koki Technik Transmission Systems GmbH
Priority date: 2001-09-12
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2011-12-15
Anticipated expiration: 2021-09-13
Also published as: DE10144979A1; DE10144979B4

Abstract

Schaltgetriebewelle, deren Oberfläche mit Korrosions- und/oder Verschleissschutzschichten versehen sind, wobei die Schaltgetriebewelle (1) aus zwei Bauteilen (2.1, 2.2) als ein Hauptstück (3) und ein Kopfstück (4) aus unterschiedlichen Werkstoffen zusammengesetzt ist, die axial hintereinander und stirnseitig miteinander formschlüssig verbunden sind, wobei ein von einer Stirnseite (5) des Hauptstückes (3) herausragendes Zapfenelement (7) in eine in einer Stirnseite (6) des Kopfstückes (4) vorgesehene Ausnehmung (8) formschlüssig und passgenau eingreift, eine stirnseitige Verbindungsstelle (9) der Bauteile (2.1, 2.2) radial laserverschweisst ist und die Schaltgetriebewelle einer Nachbehandlung zur Erzeugung von Korrosions- und/oder Verschleiss-Schutzschichten unterzogen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schaltgetriebewellen, deren Oberflächen zur Erzeugung von Korrosions- und Verschleissschutzschichten behandelt werden sowie eine nach dem Verfahren hergestellte Schaltgetriebewelle.
Derartige Verfahren zur Herstellung von Schaltgetriebewellen sind in vielfältiger Form und Ausführung auf dem Markt bekannt. Bei derartigen Verfahren werden bspw. nach der Herstellung einer Schaltgetriebewelle, welche aus niedrig legierten und korrosionsanfälligen Einsatz- und/oder Vergütungsstählen hergestellt sind, diese unterschiedlichen Oberflächenbehandlungsverfahren unterzogen, um einerseits eine gewisse Härte und andererseits einen gewissen hohen Korrosionsschutz zu erreichen. Nachteilig hieran ist, dass in gewissen Bereichen der Schaltgetriebewelle, höhere Anforderungen an Korrosionsschutz und an die Härte gestellt werden, so dass ggf. gewisse Bereiche separat durch entsprechende Oberflächenbehandlungsverfahren behandelt werden müssen.
Dabei hat sich bisher als sehr nachteilig erwiesen, dass in bestimmten Bereichen nie der geforderte Korrosionsschutz erreicht werden konnte.
Daher ist die Herstellung von herkömmlichen Schaltgetriebewellen sehr aufwendig, zeit- und kostenintensiv, insbesondere durch aufwendige Härte- und/oder Oberflächenbehandlungsverfahren, was unerwünscht ist.
In der EP 0 849 502 A2 ist eine Getriebewelle offenbart, die aus drei Elementen zusammengesetzt und verschweisst ist. Durch Ausnehmungen in diesen Elementen werden Hohlräume in der zusammengesetzten Welle gebildet, um Gewicht einzusparen.
Die DE 19 22 488 A legt eine zusammengesetzte Kurbelwelle für mehrzylindrische Kolbenmaschinen offen. Die Wellenzapfen, die über ein Antriebszahnrad und einen Zentrierbund verbunden sein können, werden durch Elektronenstrahlschweissen miteinander verbunden.
Aus der DE 299 14 802 U1 ist eine hochfeste korrosionsbeständige Welle bekannt, deren Materialeigenschaften durch einen ausscheidungshärtbaren austenitischen Stahl bestimmt werden.
Die DE 37 28 142 C2 beschreibt eine zusammengesetzte Kurbelwelle. Einzelne Teile der Kurbelwelle umfassen Verbindungsflächen, die eine konische Form aufweisen und dort miteinander verlötet sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Schaltgetriebewelle zu schaffen, mit welchen die genannten Nachteile beseitigt werden und mit welchen wesentlich kostengünstiger, bei hohen Anforderungen an Härte, Korrosionsschutz und Zentrierung eine Schaltgetriebewelle hergestellt werden kann.
Zudem sollen die Eigenschaften der Schaltgetriebewellen in unterschiedlichen Bereichen, was insbesondere die Oberflächenhärte und den Korrosionsschutz betrifft, individuell angepasst werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltgetriebewelle mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und eine Schaltgetriebewelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Bei der vorliegenden Erfindung sind wenigstens zwei Bauteile aus wenigstens zwei unterschiedlichen Werkstoffen, vorzugsweise einem Einsatzstahl und einem hochlegierten Edelstahl miteinander verbunden, wobei durch dieses Verbinden unterschiedliche Bereiche mit unterschiedlichen Materialeigenschaften einer Schaltgetriebewelle entstehen. Einzelne Bauteile, die vorzugsweise als Kopfstück und Hauptstück ausgebildet sind, sind stirnseitig miteinander formschlüssig verbunden und durch Verschrumpfen oder Schweissen, insbesondere Laserschweissen, miteinander verbunden.
Hierdurch entsteht eine Schaltgetriebewelle, die aus vorzugsweise zwei Bauteilen gebildet ist, die unterschiedliche Materialeigenschaften, was insbesondere die Drehmomentenaufnahme, Korrosionsbeständigkeit und Härte entspricht.
Dabei lässt sich bspw. nach dem Verbinden der beiden Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen die Schaltgetriebewelle sehr kostengünstig schnell und effektiv einer Oberflächenbehandlung, vorzugsweise Nitrierhärten unterziehen, wobei insbesondere das Hauptstück aus dem Einsatzstahl nitriergehärtet wird, ohne dass sich die Härte oder Korrosionsbeständigkeit des aus dem hochlegierten Edelstahl gebildeten Kopfstückes, durch vorzugsweise einen hohen Chromanteil, verändert.
Es wird gewährleistet, dass die Einsatzbedingung der Schaltgetriebewelle für Anforderungen von Lager, Kraft- und Drehmomente für sämtliche Schaltbewegungen der Schaltgetriebewelle erheblich verbessert werden. Hierdurch kann eine kostensparende thermo-chemische Wärmebehandlung nach dem Verbinden der beiden Bauteile nachgeschaltet werden, um sicher zu stellen, dass die Eigenschaftsanforderung der einzelnen Bauteile nicht beeinträchtigt wird. Dabei hat sich als vorteilhaft erwiesen durch spezielle Wärmebehandlungsanlagen unter einer Atmosphäre aus Ammoniak und Sauerstoff als Trägergas die Schaltgetriebewelle nachzubehandeln, um. durch Oxidieren die Korrosionsbeständigkeit weiter zu erhöhen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Neuerung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
1 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf ein Getriebeelement, insbesondere auf eine Schaltgetriebewelle;
Gemäss 1 weist ein erfindungsgemässes Getriebeelement R₁, ausgebildet als Schaltgetriebewelle 1 ein erstes Bauteil 2.1 und ein stirnseitig daran anschliessendes zweites Bauteil 2.2 auf. Das erste Bauteil 2.1 ist als Hauptstück 3 und das daran stirnseitig anschliessende zweite Bauteil 2.2 als Kopfstück 4 ausgebildet. Wichtig bei der vorliegenden Erfindung ist, dass beide Bauteile 2.1, 2.2 sehr genau zu einer Mittelachse M zentriert ausgerichtet sind. Dabei schliesst eine Stirnseite 5 des Hauptstückes 3 an eine Stirnseite 6 des Kopfstückes 4 passgenau und plan an, wobei ein von der Stirnseite 5 des Hauptstückes 3 herausragendes Zapfenelement 7 in eine in der Stirnseite 6 des Kopfstückes 4 vorgesehene Ausnehmung 8 formschlüssig und passgenau eingreift. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Bauteile 2.1 und 2.2 passgenau zentriert in der Mittelachse M liegen.
Die Bauteile 2.1, 2.2 können formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander stirnseitig verbunden werden. Nach dem Verbinden wird an einer stirnseitigen Verbindungsstelle 9 zwischen Stirnseite 5 und 6 das Bauteil 2.1 mit dem Bauteil 2.2 durch Schweissen, insbesondere durch Laserschweissen exakt, hochfest, präzise und passgenau zur Schaltgetriebewelle 1 verbunden.
Einends des Kopfstückes 4 ist eine Verzahnung 10 und daran anschliessend ein Wellenabsatz 11 gebildet.
Anderenends des Hauptstückes 3 schliesst an diese stirnseitig ein Flansch 12 an.
Wichtig bei der vorliegenden Erfindung ist, dass die Bauteile 2.1, 2.2 bzw. Hauptstück 3 und Kopfstück 4 aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sind. Das Hauptstück 3 ist vorzugsweise aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstahl hergestellt.
Das daran anschliessende Bauteil 2.2 bzw. Kopfstück 4 ist aus einem hochvergütetem Edelstahl, insbesondere aus einem hochlegierten Edelstahl mit einem nicht unerheblichen Chromanteil hergestellt. Durch das Verbinden der beiden Bauteile 2.1, 2.2 aus unterschiedlichen Werkstoffen, wobei durch Laserschweissen eine sehr präzise und exakte und hochfeste Verbindungsstelle 9 geschaffen wird, entsteht eine Schaltgetriebewelle 1, die ohne zusätzliche Härteverfahren insbesondere im Bereich des Kopfstückes 4 hohe Anforderungen für Lagerungen sowie Aufnahme von hohen Kraft- und Drehmomenten bei sämtlichen Schaltbewegungen der Schaltgetriebewelle 1 gerecht wird.
Gegebenenfalls kann nach dem Verbinden der beiden Bauteile 2.1, 2.2 noch zusätzlich die Schaltgetriebewelle 1 einer thermo-chemischen Behandlung unterzogen, wobei speziell durch die Bauteile 2.1, 2.2 ein zugeschnittenes Nitrierverfahren angewendet wird, welches gewährleistet, dass der hoch vergütete Edelstahl des Kopfstückes 4 seine bisherige Rost- und Säurebeständigkeit sowie seine bisherige Korrosionsbeständigkeit und Härte beibehält, wobei hierbei hilfreich ist, wenn ein Edelstahl mit einem erheblichen Chromanteil verwendet wird, wobei der Einsatz- und/oder Vergütungsstahl des Hauptstückes 3 die erforderlichen Eigenschaften wie Oberflächenhärte, die Nitriertiefe und Korrosionsbeständigkeit nach dem Nitrieren oder Oxidieren erreicht.
Dabei hat sich als vorteilhaft erwiesen, insbesondere bei der thermo-chemischen Behandlung der Schaltgetriebewelle 1 diese einer Wärmebehandlung in einer Wärmebehandlungsanlage auszusetzen und das Nitrieren in einer Atmosphäre aus Ammoniak und Sauerstoff als Gasträger durchzuführen.
Gegebenenfalls können Weiterbehandlungsmassnahmen, durch bspw. Oxidieren, die Korrosionsbeständigkeit der Schaltgetriebewelle 1 weiter erhöhen.

Claims

Schaltgetriebewelle, deren Oberfläche mit Korrosions- und/oder Verschleissschutzschichten versehen sind, wobei die Schaltgetriebewelle (1) aus zwei Bauteilen (2.1, 2.2) als ein Hauptstück (3) und ein Kopfstück (4) aus unterschiedlichen Werkstoffen zusammengesetzt ist, die axial hintereinander und stirnseitig miteinander formschlüssig verbunden sind, wobei ein von einer Stirnseite (5) des Hauptstückes (3) herausragendes Zapfenelement (7) in eine in einer Stirnseite (6) des Kopfstückes (4) vorgesehene Ausnehmung (8) formschlüssig und passgenau eingreift, eine stirnseitige Verbindungsstelle (9) der Bauteile (2.1, 2.2) radial laserverschweisst ist und die Schaltgetriebewelle einer Nachbehandlung zur Erzeugung von Korrosions- und/oder Verschleiss-Schutzschichten unterzogen ist.
Schaltgetriebewelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kopfstück (4) als Bauteil (2.2) aus einem hochlegierten Edelstahl und ein weiteres Bauteil (2.1) als Hauptstück (3) aus kohlenstoffhaltigem Einsatz- und/oder Vergütungsstahl hergestellt ist.
Schaltgetriebewelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfstück (4) aus rost- und säurebeständigem Edelstahl hergestellt ist, wobei das Hauptstück (3) aus Einsatz- und/oder Vergütungsstahl hergestellt ist, und beide Bauteile nitriert sind.
Schaltgetriebewelle nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Verbinden der beiden Bauteile (2.1, 2.2) die Schaltgetriebewelle (1) thermo-chemisch behandelbar und/oder durch Oxidieren zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit nachbehandelbar ist.
Verfahren zur Herstellung von Schaltgetriebewellen (1) nach Anspruch 1, deren Oberflächen zur Erzeugung von Korrosions- und Verschleissschutzschichten behandelt werden, wobei die Schaltgetriebewelle (1) aus zwei Bauteilen (2.1, 2.2) als ein Hauptstück (3) und ein Kopfstück (4) aus unterschiedlichen Werkstoffen zusammengesetzt wird, die axial hintereinander miteinander verbunden werden, wobei ein von einer Stirnseite (5) des Hauptstückes (3) herausragendes Zapfenelement (7) in eine in einer Stirnseite (6) des Kopfstückes (4) vorgesehene Ausnehmung (8) formschlüssig und passgenau eingreift und anschliessend das Hauptstück (3) und das Kopfstück (4) miteinander durch Laserschweissung radial verbunden werden, wobei nach dem Verbinden der zumindest beiden Bauteile (2.1, 2.2) und nach einem Verschweissen die Schaltgetriebewelle (1) einer Behandlung zur Erzeugung von Korrosions- und Verschleissschutzschichten unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verbinden der zumindest beiden Bauteile (2.1, 2.2) und nach einem Verschweissen die Schaltgetriebewelle (1) einer thermochemischen Behandlung zur Erzeugung von Korrosions- und Verschleissschutzschichten unterzogen werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Bauteil (2.1) aus einem Einsatz- und/oder Vergütungsstahl mit Kohlenstoffbestandteilen und das weitere Bauteil (2.2) aus einem korrosionsbeständigen hochlegierten Edelstahl hergestellt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander verschweissten Bauteile (2.1, 2.2) nitriert werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das thermo-chemische Behandeln in einer Wärmebehandlungsanlage unter einer Ammoniak und Sauerstoffatmospähre als Trägergas erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Oberflächenbehandlung zusätzlich die verschweissten Bauteile (2.1, 2.2) durch Oxidieren und/oder weitere korrosionsvermindernde Massnahmen behandelt werden.