DE102007035846B4 - Ringwerkzeug, sowie Verfahren zum Räumen und Glätten der Fußabschnitte eines Zahnradelements - Google Patents

Ringwerkzeug, sowie Verfahren zum Räumen und Glätten der Fußabschnitte eines Zahnradelements Download PDF

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Abstract

Ringwerkzeug (30) zum Räumen und Glätten der Fußabschnitte (22a) eines wärmebehandelten Außenzahnradelements (12) eines Fahrzeuggetriebes, wobei das Ringwerkzeug (30) einen allgemein kreisförmigen Hauptring mit einer Vielzahl von gehärteten Glättzähnen (32) umfasst, die von diesem radial nach innen vorstehen, wobei jeder der Glättzähne (32) in Radialrichtung durch eine Formfläche (38) begrenzt wird, die dazu ausgebildet ist, den Fußabschnitten (22a) eine plastisch verformte Schicht zu verleihen, wenn das Zahnradelement (12) durch das Ringwerkzeug (30) geführt wird, und die in einer Axialrichtung mit einer sich in Umfangrichtung erstreckenden Räumkante (36) abschließt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein/e verbesserte/s Vorrichtung und Verfahren zu gleichzeitigen Räumen und Glätten oder plastischen Verformen der Fußabschnitte von Kraftfahrzeuggetriebe-Außenzahnradelementen, um dadurch die Zahnradzahnbiegefestigkeit zu erhöhen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Zahnradsätze oder Rädersätze sind in mechanischen und elektromechanischen Systemen, die eine Rotationsbewegungs- und Kraftübertragung erfordern, üblich und werden daher oft in Systemen verwendet, deren Komplexität von einer einfachen Armbanduhr oder einem Aufzieh-Spielzeug bis zu fortgeschrittenen modernen Kraftfahrzeuggetrieben reicht. Ein Zahnradsatz besteht aus zwei oder mehreren mechanischen Zahnradelementen. Jedes Zahnradelement ist mit mindestens einem weiteren Zahnradelement in dem Zahnradsatz einrückbar, zum Kämmen bringbar oder anderweitig in Eingriff bringbar, um Kraft und Bewegung zwischen den verschiedenen Zahnradelementen, die der Zahnradsatz umfasst, zu übertragen. Das spezifische Zahnradelement oder eine Reihe von Elementen, das/die für eine beliebige gegebene Anwendung ausgewählt ist, ist stark von der Dynamik des Systems, in dem der Zahnradsatz verwendet wird, wie auch von den entsprechenden Kräften oder Belastungen, denen die einzelnen Zahnradelemente, die der Zahnradsatz umfasst, unterworfen sind, abhängig.
  • Komplexe mechanische Systeme wie z. B. Kraftfahrzeuggetriebe verwenden üblicherweise einen Planetenradsatz oder -sätze, der/die aus einer beliebigen Anzahl von ineinandergreifenden Außenzahnradelementen wie z. B. Sonnenrädern oder Hohlrädern und Innenzahnradelementen, z. B. Planetenrädern besteht/en, wobei die Ausdrücke „außen” und „innen” sich auf die Vorstandsrichtung der Zahnradzähne beziehen, die das Zahnradelement bewegen. Jedes eingreifende Zahnradelement innerhalb eines Planetenradsatzes eines Getriebes weist eine Vielzahl von eingreifenden oder kämmenden Zahnradzähnen auf, wobei jeder Zahnradzahn typischerweise ein Evolventen-Flächenprofil aufweist. Bei einem Evolventenprofil wird der Kontakt zwischen eingreifenden Zahnradzähnen innerhalb einer flachen Ebene gehalten, da die gekrümmten Flanken der Zahnradzähne drehbar in und außer Eingriff treten, um dadurch jeglichen physikalischen Kontakt zwischen den eingreifenden Zahnradzähnen auf den aktiven oder Kontaktflächenabschnitten der Zahnradflanken isoliert zu halten. Zwischen den eingreifenden Zahnradzähnen befinden sich nicht in Kontakt bringbare Fußabschnitte, die jeweils ein allgemein halbkreisförmiges Profil aufweisen. Die halb-kreisförmigen Profile der Fußabschnitte von Evolventenzahnradzähnen werden als Teil des Zahnradherstellungsschritts typischerweise durch Fräs- oder Wälzfräsprozesse gebildet, die überschüssiges Material von den Metallzahnradrohlingen schneiden oder entfernen. Während die evolventische Konstruktion viele bekannte natürliche Vorteile besitzt, ist auch bekannt, dass die Rotationskräfte, denen die Evolventenzahnradelemente unterworfen sind, den Fußabschnitten des Zahnradzahnes eine beträchtliche Zugspannung oder Biegekraft auferlegen.
  • Es ist daher von Vorteil, das Zahnradelement zu verstärken, um einen Schaden infolge der verschiedenen darauf aufgebrachten Belastungen zu verhindern. Ein Verstärken erfolgt typischerweise in der Form eines Här tens mittels einer anfänglichen Wärmebehandlung des gesamten Zahnradelements. Wärmebehandelte Zahnradelemente werden dann üblicherweise zusätzlichen Endbearbeitungsschritten unterzogen, die angewendet werden, um das Oberflächenrauigkeitsprofil der Zahnradflanken zu formen und die gesamte Mikrohärte des Zahnradelements zu erhöhen. Zwei der häufigeren Endbearbeitungsschritte sind Bandschleifen und Kugelstrahlen. Beim Bandschleifen wird ein Schleifwerkzeug verwendet, um das gesamte Profil des Zahnradzahnes einschließlich der freiliegenden Zahnradfußabschnitte mechanisch abzuschaben oder abzuschleifen. Ein vollständiges Abschaben des gesamten Zahnradzahnprofils wird oft als notwendig erachtet, um „Stufen” oder eine Unebenheit entlang der kontinuierlichen Zahnradzahnoberflächen zu vermeiden. Übliche Bandschleifverfahren umfassen Diamantschleifen und häufiger Schleifen mit kubisch kristallinem Bornitrid oder CBN-Schleifen. Beim Kugelstrahlen, auch als Metallkugelstrahlen bekannt, werden Metallkies oder kleine Kugeln in die freiliegenden Zahnradoberflächen gestrahlt oder geschossen, um die beaufschlagten Oberflächenschichten plastisch zu verformen und dadurch Restdruckspannungen einzuführen und die Mikrohärte der Oberflächen zu erhöhen. Da jedoch alle freiliegenden Oberflächen des Zahnradelements von dem Bombardement des Metallkieses in gleicher Weise betroffen sind, kann das Rauigkeitsprofil der freiliegenden Flanken des Zahnradzahnes über das gewünschte Ausmaß hinaus verändert sein, und infolgedessen müssen die Zahnradelemente möglicherweise zusätzlichen Endbearbeitungsschritten wie z. B. Polieren und/oder Glasstrahlen unterzogen werden.
  • Ferner ist es aus den Druckschriften DE 196 25 285 A1 , CH 130 484 A DE 806 511 B und DE 197 51 639 C1 bekannt, die Zahnflanken und Zahngründe eines Zahnrads einer nichtspanenden Oberflächenbearbeitung zu Zwecken der Verfestigung zu unterziehen, indem die Zähne über ein Werkzeug einzeln und nacheinander mit einer bleibenden Druckspannung beaufschlagt werden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Demgemäß ist ein verbessertes Zahnradzahn-Verstärkungsverfahren vorgesehen, um die Lebensdauer eines Zahnradelements mit einer Vielzahl von vorstehenden Zahnradzähnen zu verlängern, das die Merkmale des Anspruchs 7 umfasst.
  • In einem Aspekt der Erfindung kann die Fußhärte eines Außenzahnradelements durch Verwenden eines verbesserten Ringwerkzeugs erhöht werden, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung besteht das verbesserte Ringwerkzeug zumindest teilweise aus Hartmetall und weist ferner eine Vielzahl von Räumflächen auf, die die Größe des gerade gebildeten Zahnradelements geeignet machen, wobei das Zahnradelement aus der Gruppe von Außenzahnradelementen ausgewählt ist, die aus einem Sonnenrad und einem Planetenrad besteht.
  • Die oben stehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten, die Erfindung auszuführen, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlich.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Darstellung von eingreifenden Zahnradelementen eines repräsentativen Planetenradsatzes;
  • 2 ist eine fragmentarische schematische Darstellung von eingreifenden Zahnradzähnen, die jeweils ein Evolventenprofil und Fußabschnitte gemäß der Erfindung aufweisen;
  • 3 eine schematische perspektivische Darstellung eines verbesserten Ringwerkzeugs und eines eingreifenden Zahnradelements gemäß der Erfindung; und
  • 4 ist eine fragmentarische schematische Darstellung eines Glättzahnabschnittes des verbesserten Ringwerkzeugs.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, wobei gleiche Bezugsziffern in den verschiedenen Fig. durchwegs gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, ist in 1 ein Zahnradsatz 10 gezeigt, der hier als ein repräsentativer Planetenradsatz gezeigt ist, der aus einem ersten Außenzahnradelement 12, einem ersten Innenzahnradelement 13 und einer Vielzahl von zweiten Außenzahnradelementen 14 besteht. Auch wenn er in 1 als ein Planetenradsatz dargestellt ist, kann der Zahnradsatz 10 auch die Form z. B. eines linearen Rädersatzes oder eines komplexeren Planetenradsatzes mit einer größeren Anzahl von kämmenden Zahnrädern besitzen. Kämmende erste und zweite Außenzahnradelemente 12, 14 sind in 1 als ein repräsentatives Sonnenrad bzw. Planetenrad gezeigt, die hierin nachfolgend zum Erklären der Erfindung verwendet werden. Die Erfindung wäre jedoch in gleicher Weise für ein beliebiges Paar eingreifender Zahnradelemente innerhalb eines Zahnradsatzes oder Rädersatzes geeignet.
  • Wie in den 1 und 2 gezeigt, weisen das erste und das zweite Außenzahnradelement 12, 14 eine Vielzahl von Zahnradzähnen 16a bzw. 16b auf, die sich von den Zahnradelementen 12, 14 radial nach außen erstrecken. Die Zahnradzähne 16a, 16b sind um den Außenumfang der Zahnradelemente 12, 14 herum gleich beabstandet. Das Zahnradelement 12 weist eine Vielzahl von Zahnradzähnen 16a auf, die mit der Vielzahl von identischen zum Kämmen bringbaren Zahnradzähnen 16b eines eingreifenden Zahnradelements 14 wechselseitig zum Kämmen bringbar oder in Eingriff bringbar sind. Sobald sie daher wechselseitig in Eingriff stehen, wirken die Zahnradzähne 16a, 16b dann zusammen, um eine Rotationsbewegung, wie durch die verschiedenen Pfeile 18 in 1 dargestellt, zu übertragen. Die Profile der Zahnradzähne 16a, 16b sind vorzugsweise Evolventenprofile, die bei Fahrzeuggetrieben und anderen Hochgeschwindigkeits- und hochbelasteten Systemen üblich sind. Solch ein Evolventenprofil ist in 2 in größerem Detail gezeigt.
  • Die Vielzahl von Zahnradzähnen 16a des Zahnradelements 12 weist jeweils ein Paar entgegengesetzter aktiver Oberflächen oder Flanken 20a auf, wobei die Flanken 20a die gesamte Ausdehnung der Kontaktflächen zwischen den eingreifenden Zahnrädern umfassen. Diese Kontaktflächen sind in 2 als die Linie oder die Bahn AB annähernd dargestellt. In gleicher Weise weisen identische Zahnradzähne 16b jeweils ein Paar Flanken 20b auf, die den Flanken 20a der Zahnradzähne 16a gegenübergestellt werden können, wobei die Kontaktflächen der Flanken 20b durch die Linie oder die Bahn CD annähernd beschrieben sind. Das Zahnradele ment 12 weist einen allgemein oder im Wesentlichen halbkreisförmigen Fußabschnitt 22a mit einer plastisch verformbaren Fußoberfläche 24a, als eine punktierte Linie gezeigt, auf, die zwischen jedem der Zahnradzähne 16a angeordnet ist. In gleicher Weise weist das Zahnradelement 14 einen vorzugsweise identischen, allgemein oder im Wesentlichen halbkreisförmigen Fußabschnitt 22b mit einer plastisch verformbaren Fußoberfläche 24b, als eine punktierte Linie gezeigt, auf, die zwischen jedem der Zahnradzähne 16b angeordnet ist.
  • Wenn die eingreifenden Zahnradzähne 16a, 16b durch einen ganzen Drehzyklus hindurch in direkten dynamischen Kontakt gelangen und in Eingriff treten, sich drehen und danach außer Eingriff gelangen, wird eine wechselseitige entgegengesetzte Kraft auf die aktiven Oberflächen oder Flanken 20a, 20b von eingreifenden Zahnradelementen 12 bzw. 14 aufgebracht. Auf Grund der wechselseitigen entgegengesetzten Kraft oder Zugspannung, die auf die Flanken 20a, 20b ausgeübt wird, wie durch die Pfeile 21a, 21b von 2 dargestellt, kann daher unter den oder radial innerhalb der Flanken 20a, 20b der jeweiligen Fußabschnitte 22a, 22b eine Biegeermüdung auftreten. Wenn die Füße 22a, 22b der Zahnradelemente 12, 14 nicht stark genug sind, um den Zugspannungen standzuhalten, kann es zu einem Materialversagen oder einer Rissausbreitung ungefähr entlang der Richtung der Pfeile 21a, 21b kommen. Gemäß der Erfindung wird somit die Lebensdauer des Zahnradsatzes 10 verlängert, indem die Fußabschnitte 22a, 22b gehärtet werden, um eine plastisch verformte Fußoberfläche 24a, 24b zu erzeugen und dadurch die Biegefestigkeit der Zahnradzähne 16a bzw. 16b zu erhöhen, ohne dabei auch mit den Flanken 20a, 20b in Kontakt zu gelangen und/oder die Geometrie der Flanken 20a, 20b zu verändern.
  • Wendet man sich neuerlich 2 zu, so besitzen die Zahnradelemente 12, 14 im Wesentlichen halbkreisförmige Fußabschnitte 22a bzw. 22b, die jeweils eine plastisch verformbare Fußoberfläche 24a, 24b aufweisen, wie hierin oben stehend beschrieben. Die Fußabschnitte 22a, 22b werden während des anfänglichen Zahnradherstellungsverfahrens typischerweise aus einem Zahnradrohling gefräst oder wälzgefräst, wobei die Kinematik des Zahnradwälzfräsverfahrens typischerweise allein die endgültige Geometrie der Fußabschnitte 22a, 22b bestimmt. Im Gegensatz dazu ist gemäß der Erfindung die Geometrie der Fußabschnitte 22a, 22b durch das Räumen und Glätten bestimmt, was das Härten auf die Fußabschnitte 22a, 22b der Zahnradelemente 12, 14 eingrenzt.
  • Um das Härten auf die Fußabschnitte 22a, 22b einzugrenzen, ist ein verbessertes Formwerkzeug oder Ringwerkzeug 30 vorgesehen, wie in den 3 und 4 gezeigt. Das Ringwerkzeug 30 weist vorzugsweise einen kreisförmigen Umfang 28 und eine Vielzahl von radial nach innen vorstehenden Glättzähnen 32 auf. Unter Bezugnahme auf 4 weist jeder Glättzahn 32 eine identische, allgemein halbkreisförmige und im Wesentlichen konvexe, gehärtete Formfläche 38 auf, die derart ausgestaltet ist, dass sie die gegenüberliegenden Fußabschnitte 22a, 22b plastisch verformt (2) und jegliches überschüssige Material von den Oberflächen eingreifender Fußabschnitte 22a, 22b räumt oder schneidet. Eine plastische Verformung ist allgemein vorgesehen, indem die Vielzahl von Glättzähnen 32 aus einem Material gebildet oder mit einem solchen beschichtet ist, das eine geeignet erhöhte Oberflächenhärte in Bezug auf die Oberflächenhärte der Fußabschnitte 22a, 22b des gerade gebildeten Zahnradelements aufweist. Ein Räumen ist allgemein vorgesehen, indem eine Schneidfläche oder eine Räumkante 36 (siehe 4) entlang der gesamten Formfläche 38 der Glättzähne 32 gebildet ist.
  • Im Spezielleren ist das Räumvermögen der Erfindung durch eine vorstehende oder vorragende Räumkante 36, wie in 4 gezeigt, vorgesehen, wobei die Räumkante 36 ungefähr den gesamten Umfang einer allgemein oder im Wesentlichen halbkreisförmigen Glättkante 38 überspannt und derart ausgestaltet ist, dass sie überschüssiges Material von dem gerade gebildeten Zahnradelement entfernt. Vorzugsweise ist die Räumkante 36 eines jeden der Glättzähne 32 in der Form einer leicht konkaven Fläche 44 vorgesehen, die von einer geeignet scharfen Schneidfläche umschlossen oder umgeben ist, wie in 4 gezeigt. Das Entfernen von überschüssigem Material erfolgt, wenn die Räumkante 36 überschüssiges Material von dem mittleren Durchmesser 42 des Ringwerkzeugs 30 schneidet, abschabt oder räumt, wenn sich das gerade gebildete Zahnradelement durch das Ringwerkzeug 30 bewegt, wie bei dem repräsentativen Zahnradelement 12 in 3. Ein Räumen von überschüssigem Zahnrad-elementmaterial, insbesondere von überschüssigem Material um die Fußabschnitte 22a herum, ist notwendig, um einen Schaden an dem Ringwerkzeug 30 und/oder dem Zahnradelement 12 infolge des Vorhandenseins von überschüssigem Material in den Fußabschnitten 22a und um diese herum zu verhindern. Überschüssiges Material kann in den Fußabschnitten der gerade gebildeten Zahnradelemente wie z. B. 22a, 22b der Zahnradelemente 12, 14 aufgrund der größeren Toleranzen vorhanden sein, die bei der Bildung der Fußabschnitte 22a, 22b während der Herstellung des Zahnradrohlings (nicht gezeigt) verwendet werden, oder das Material kann nach dem anfänglichen Wälzfräsverfahren, das verwendet wird, um die Fußabschnitte 22a, 22b zu bilden, zurückbleiben. Auch kann Wärme, die während der anfänglichen Härtungs-Wärmebehandlung aufgebracht wird, den Zahnradrohling nach dem Bilden ausdehnen und verdrehen und die Geometrie des Zahnradelements erhöhen, bis die Geometrie nicht mehr innerhalb der Toleranz liegt. Da Schäden an dem Zahnradelement und/oder dem Ringwerkzeug 30 auftreten können, wenn das größer als erwünschte und gerade gebildete Zahnradelement durch das Ringwerkzeug 30 hindurch gezwungen wird, sind gemäß der Erfindung Räumkanten 36 vorgesehen, die dazu dienen, um das überschüssige Material zu schneiden oder zu räumen und dadurch solch einen Schaden verhindern.
  • Das Ringwerkzeug 30 sieht auch ein Glättvermögen vor und ist daher entsprechend dimensioniert und geformt, um dem zu bildenden Zahnradelement die gewünschte plastische Verformungstiefe zu verleihen. In 3 ist das Zahnradelement 12 als ein beispielhaftes oder repräsentatives Zahnrad verwendet, obwohl der Fachmann erkennen wird, dass das Zahnradelement 14 oder ein anderes Außenzahnradelement in der gleichen Weise verwendet sein kann, wie hierin nachfolgend erklärt. Ein Außenzahnrad wie z. B. das Zahnradelement 12 kann unter einer äußeren Kraft geführt werden, die geeignet ist, um für die Fußoberflächen 24a der kontaktierten Fußabschnitte 24a einen vorbestimmten Grad an plastischer Verformung bereitzustellen. Die plastisch verformten Schichten 22a der Fußabschnitte 22a der Zahnradzähne 16a wie auch die plastisch verformten Schichten 24b der Fußabschnitte 22b der Zahnradzähne 16b sind in 2 als punktierte Linien gezeigt. Da das Ringwerkzeug 30 als Formwerkzeug dient, wird der Fachmann auf dem Gebiet des Werkzeugbaus verschiedene Verfahren kennen, um das Ringwerkzeug 30 feststehend in Bezug auf das gerade gebildete Zahnradelement zu halten. Zum Beispiel kann das Ringwerkzeug 30 innerhalb einer manuellen Spanneinrichtung oder innerhalb eines Spannabschnitts eines Teils einer Anlage wie z. B. einer Presse befestigt sein, während das Zahnradelement, wie z. B. das Zahnradelement 12 von 3 unter einer Kraft durch das Ringwerkzeug 30 bewegt wird, die geeignet ist, um der Fußoberfläche 24a den gewünschten Grad an plastischer Verformung zu verleihen.
  • Variablen, die die endgültige Tiefe der plastisch verformbaren Fußoberflächen 24a, 24b und die Geometrie der Fußabschnitte 22a, 22b beeinflussen, umfassen sowohl die relative Härte als auch die geometrische Varianz und/oder Toleranz zwischen dem eingreifenden Ringwerkzeug 30 und dem gerade gebildeten Zahnradelement. Idealerweise wird das gerade gebildete Zahnradelement vor dem Glätten wärmebehandelt, um den Verlust der Vorteile der Restspannung des Glättens auf Grund eines martensitischen Übergangs zu verhindern. In gleicher Weise ist der Betrag der Kraft, die verwendet wird, um das Zahnradelement durch das Ringwerkzeug 30 zu bewegen, eine Funktion des erwünschten vorbestimmten Räum- und/oder Glättgrads und kann verändert werden, um die gewünschte Oberflächenhärte an der Fußoberfläche wie z. B. 24a des Zahnradelements 12 zu erzeugen. Wie hierin zuvor festgestellt, sind, um ein richtiges Härten der Fußoberflächen wie z. B. 24a sicherzustellen, das Ringwerkzeug 30 und insbesondere die Vielzahl von Glättzähnen 32 aus einem Material gebildet, das eine ausreichend höhere Oberflächenhärte als die des gerade gehärteten Zahnradelements aufweist, um die Fußoberfläche 24a, 24b als Ergebnis eines wechselseitigen, kräftigen Kontakts zwischen dem Ringwerkzeug 30 und dem Zahnradelement entsprechend plastisch zu verformen.
  • Vorzugsweise ist zumindest der Abschnitt der Formfläche 38 des Glättzahnes 32 unter Verwendung eines Hartmetalls oder eines geeigneten Schnellarbeitsstahls mit einer Rockwell C-Härte (Rc), die um mindestens ca. 5–10 Rc höher ist als jene des gerade gebildeten Zahnradelements, hergestellt. Da repräsentative Außenzahnradelemente 12, 14 vorzugsweise aus 5120-Stahl oder einem anderen geeigneten Material mit einer Härte von ca. 55–56 Rc hergestellt sind, beträgt die bevorzugte Härte der eingreifenden Glättzähne 32 ca. 60–75 Rc, auch wenn härtere Glättzähne unter Verwendung spezieller Hartmetalle mit 75 Rc oder härtere Qualitäten ebenfalls vorgesehen sein können. Eine nicht formende Fläche 40 des Glättzahnes 32, die die Ausdehnung der Zahnradzahnoberfläche ohne die Formfläche 38 beschreibt und annähernd durch die Linie dargestellt ist, die entlang der Kurve des Glättzahnes 32 zwischen den Punkten E und F in 4 gezogen ist, stellt während des Räum- oder Glättverfahrens keinen Kontakt mit irgendeiner Oberfläche des gerade gebildeten Zahnradelements her. Daher ist die Härtung der nicht formenden Flächen 40 nicht von Bedeutung, obwohl ein gleiches Härtung aller Materialoberflächen des Ringwerkzeugs 30 wünschenswert ist, um die strukturelle Gesamtheit des Ringwerkzeugs 30 sicherzustellen.
  • Die Größe des Ringwerkzeugs 30 und die Anzahl, Form und Größe der Glättzähne 32 sind abhängig von der Konstruktion des Zahnradelements, das gebildet werden soll. Das heißt, wenn das Ringwerkzeug 30 ein Werkzeug oder eine Form ist, durch die ein gebildetes und wärmebehandeltes Zahnradelement wie z. B. 12 geführt wird, ist die Geometrie des Ringwerkzeugs 30 derart ausgestaltet, dass sie mit der Geometrie des Zahnradelements 12, das gehärtet werden soll, übereinstimmt. Beispielsweise, wie in 3 gezeigt, wäre, wenn das Zahnradelement 12 zwanzig separate Zahnradzähne 16a besäße, ein Ringwerkzeug 30 mit zwanzig separaten, gegenüberliegenden Glättzähnen 32 erforderlich, wobei das Ringwerkzeug 30 geeignet dimensioniert wäre, um zuzulassen, dass ein vorausgewähltes eingreifendes Zahnradelement 12 durch das Ringwerkzeug 30 unter der Kraft geführt wird, die erforderlich ist, um die gewünschten Änderungen an dem Fußabschnitt 22a zu bewirken.
  • Wie zuvor hierin erläutert, erzeugen die eingreifenden rotierenden Zahnradelemente wie z. B. die Zahnradelemente 12, 14 eine wechselseitige Zugspannung, die sich dann als Biegeermüdung manifestieren kann, die von den Fußabschnitten 22a bzw. 22b nach außen strahlt. Jedes der Zahnradelemente 12, 14 besitzt eine vorbestimmte Materialfestigkeit.
  • Wenn die Zugspannung, die dem Zahnradzahn 16a, 16b verliehen wird, diese Materialfestigkeit übersteigt, wird eines oder beide der Zahnradelemente 12, 14 in der Form eines Anrisses ausfallen, der sich dann mit der fortgesetzten Aufbringung der Zugspannung ausbreiten kann. Indem den Fußabschnitten 22a, 22b der repräsentativen Zahnradelemente 12, 14 eine Restdruckspannung hinzugefügt wird, wird dadurch die Festigkeit des Materials der Zahnradelemente mit dem Ziel erhöht, die Festigkeit des Materials auf ein Niveau über jenem der den eingreifenden Zahnradelementen 12, 14 verliehenen Zugspannung zu erhöhen. Die Verwendung des Ringwerkzeugs 30 wie hierin beschrieben, erzeugt die erforderliche Restdruckspannung in Form einer plastischen Verformung der Fußoberflächen wie z. B. 24a eines Zahnradelements wie z. B. eines Sonnenrades 12, nachdem das Zahnradelement 12 das verbesserte Ringwerkzeug 30 durchlaufen hat.
  • Der Fachmann wird erkennen, dass eine übermäßige plastische Verformung das Zahnradelement beschädigen kann, während eine ungenügende plastische Verformung nicht die Grade an Restdruckspannung erzeugt, die ausreichend sind, um die Festigkeit des Materials des Zahnradelements genügend zu erhöhen, um einen Schaden infolge einer Biegeermüdung zu verhindern. Um die gewünschte Bilanz zu ziehen, beträgt die bevorzugte Tiefe einer plastischen Verformung von plastisch verformbaren Fußoberflächen 24a, 24b gemäß der Erfindung ca. 2 bis 5 Mikrometer (μ). Zur Verleihung solch eines Grades an Verformung ist das Profil von Zahnradelementen 12, 14 nach dem geeignet machenden Räumen um ca. 2 bis 5 μ größer als das Profil des Ringwerkzeugs 30. Auf diese Weise ergibt das Führen des weicheren Zahnradelements durch das härtere Ringwerkzeug 30 die gewünschte Verformung von 2 bis 5 μ der Fußabschnitte 22a, 22b.
  • Während die Erfindung hierin oben stehend in Bezug auf ein Außenzahnradelement beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass die Erfindung in gleicher Weise auf Innenzahnradelemente wie z. B. das Hohlrad 13 von 1 anwendbar ist, indem die Orientierung der Glättzähne 32 des Ringwerkzeugs 30 umgedreht wird, das heißt, indem nach außen vorstehende Glättzähne 32 derart ausgestaltet sind, dass sie nur die Fußabschnitte der Zähne des Hohlrads 13 glätten.

Claims (8)

  1. Ringwerkzeug (30) zum Räumen und Glätten der Fußabschnitte (22a) eines wärmebehandelten Außenzahnradelements (12) eines Fahrzeuggetriebes, wobei das Ringwerkzeug (30) einen allgemein kreisförmigen Hauptring mit einer Vielzahl von gehärteten Glättzähnen (32) umfasst, die von diesem radial nach innen vorstehen, wobei jeder der Glättzähne (32) in Radialrichtung durch eine Formfläche (38) begrenzt wird, die dazu ausgebildet ist, den Fußabschnitten (22a) eine plastisch verformte Schicht zu verleihen, wenn das Zahnradelement (12) durch das Ringwerkzeug (30) geführt wird, und die in einer Axialrichtung mit einer sich in Umfangrichtung erstreckenden Räumkante (36) abschließt.
  2. Ringwerkzeug nach Anspruch 1, wobei der Hauptring und/oder die Glättzähne (32) zumindest teilweise aus Hartmetall bestehen.
  3. Ringwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Zahnradzähnen (16a) jeweils ein Evolventenprofil aufweist und wobei die Vielzahl von Zahnradzahnoberflächen (20a) jeweils ein allgemein halbkreisförmiges Profil aufweist.
  4. Ringwerkzeug nach Anspruch 1, wobei das Außenzahnradelement (12) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Sonnenrad (12) und einem Planetenrad (14) besteht.
  5. Ringwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die plastisch verformte Schicht ca. 2 bis 5 Mikrometer beträgt.
  6. Ringwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die Oberflächenhärte der Glättzähne (32) um ca. 5 bis 10 Rc größer ist als jene der Fußabschnitte (22a).
  7. Verfahren zum Verlängern der Lebensdauer eines Zahnradelements (12) mit einer Vielzahl von vorstehenden Zahnradzähnen (16a), die jeweils ein Paar Flankenabschnitte (20a) aufweisen, wobei jeder der Zahnradzähne (16a) ferner einen im Wesentlichen konkaven Fußabschnitt (22a) aufweist, der zwischen jedem der Zahnradzähne (16a) angeordnet ist, und wobei jeder Fußabschnitt (22a) eine plastisch verformbare Fußoberfläche (24a) aufweist, die unter Verwendung des Ringwerkzeugs (30) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6 erzeugt wird, indem das Zahnradelement (12) derart durch das Ringwerkzeug (30) geführt wird, dass zunächst jeder der Fußabschnitte (22a) durch eine entsprechende Räumkante (36) des Ringwerkzeugs (30) geräumt wird, bevor er unmittelbar anschließend durch die jeweils an die Räumkante (36) angrenzende Formfläche (38) des des Ringwerkzeugs (30) bis zu einer ausreichenden Tiefe plastisch verformt wird, um dadurch die Biegefestigkeit der Zahnradzähne (16a) zu erhöhen, ohne die Flankenabschnitte (20a) plastisch zu verformen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die ausreichende Tiefe mit ca. 2 bis 5 Mikrometer vorbestimmt ist.
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