DE102007052016B4

DE102007052016B4 - System und Verfahren zum Herstellen von aufgekohlten Zahnrädern mit geringem Verzug

Info

Publication number: DE102007052016B4
Application number: DE102007052016A
Authority: DE
Inventors: Travis M. Ann Arbor Thompson; Stephen D. Saline Doubler; Jeffrey R. Tipton Lee
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-11-06
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2027-11-01
Also published as: CN101186013B; US20110206473A1; DE102007052016A1; CN101186013A; US20080120843A1

Abstract

System (30) zum Herstellen eines aufgekohlten Zahnrades (10, 10) mit geringem Verzug, wobei das System umfasst:
ein Transportmittel (32) zum Befördern eines Zahnradrohlings (18) mit einem ersten vordefinierten Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis, der an seinem Innen- und/oder Außenumfang (20, 22) eine Ringnut (23, 24) aufweist;
ein Formwerkzeug (34) zum Bilden einer Vielzahl von Zähnen (16) an dem Zahnradrohling (18), um das Zahnrad (10) zu bilden;
einen Ofen (36) zum Erhitzen des Zahnrades (10) mit der Vielzahl von daran gebildeten Zähnen (16) auf eine vordefinierte Temperatur über eine vordefinierte Zeitspanne; und
ein Schneidwerkzeug (38) zum Schneiden des Zahnrades (10) entlang der zumindest einen Ringnut (23, 24), um mindestens zwei separate Zahnräder (10, 10) zu bilden, die jeweils ein zweites und ein drittes Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von aufgekohlten Eisenzahnrädern, um einen Verzug der Zahnräder während einer Wärmebehandlung, insbesondere bei Zahnrädern mit einem hohen Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis, zu minimieren.
Bei der Herstellung von Zahnrädern ist es wünschenswert, jedoch nicht notwendig, die Zahnräder nach dem Zahnradbildungsprozess wärmezubehandeln. Eine Wärmebehandlung erhöht die Härteeigenschaften des Zahnrades und erhöht daher die Lebensdauer des Zahnrades. Ein Wärmebehandlungsverfahren besteht aus Aufkohlen/Abschrecken/Tempern. Die Aufkohlung beinhaltet das Lösen von Kohlenstoff in den Oberflächenschichten eines kohlenstoffarmen Stahlteils bei einer Temperatur von typischerweise 850 bis 1010°C (1560 bis 1850°F), die ausreicht, um den Stahl austenitisch zu machen, gefolgt von einem Abschrecken und Tempern, um eine martensitische Mikrostruktur zu bilden. Das Härten wird erreicht, indem die kohlenstoffreiche Oberflächenschicht abgeschreckt wird, um Martensit zu bilden. Das resultierende Teil weist eine kohlenstoffreiche martensitische Einsatzschicht mit guter Verschleiß- und Ermüdungsfestigkeit auf, die einem zähen, kohlenstoffarmen Stahlkern überlagert ist.
Der Aufkohlungsprozess umfasst eine Aufkohlung mit Gas und niedrigem Druck (Vakuum), gefolgt von einem Abschrecken in Medien. Die Gasaufkohlung wird in einem im Wesentlichen geschlossenen Ofen durchgeführt, in dem die Teile von einer kontinuierlichen (d. h. gasförmigen Kohlenwasserstoffen, verdampften Kohlenwasserstoff-Flüssigkeiten) kohlenstoffhaltigen Atmosphäre umgeben sind, die kontinuierlich wieder ergänzt wird, sodass ein hohes Kohlenstoffpotenzial aufrechterhalten werden kann. Das Abschrecken erfolgt typischerweise in Öl. Eine Niederdruck-Aufkohlung wird in einem im Wesentlichen geschlossenen Ofen unter Nutzung einer sauerstofffreien Umgebung mit einer nicht kontinuierlichen, kohlenstoffhaltigen Einzelkomponente (d. h. Propan, Azetylen)-Atmosphäre durchgeführt. Das Abschrecken erfolgt in einem Öl- oder Inertgasmedium. Das Tempern nach dem Abschrecken wird in jedem Aufkohlungsverfahren durchgeführt und beinhaltet das neuerliche Erhitzen des Zahnrades auf 150 bis 700°C (300 bis 1300°F), um eine wünschenswerte (nicht spröde) getemperte Martensit-Mikrostruktur zu erhalten. Das Aufkohlen (mit dem damit verbundenen Abschrecken und Tempern) als ein Wärmebehandlungsverfahren für Innenzahnräder ist wünschenswert, da es ein hochfestes Zahnrad bei relativ niedrigen Kosten erzeugt. Ein beispielhafter Aufkohlungsprozess wird beispielsweise in der US 4,152,177 A beschrieben.
Allerdings können derzeit manche Innenzahnräder wegen des durch die Wärmebehandlung verursachten Betrags des Verzugs in den Abmessungen (insbesondere Rundheit und Verwindung) nicht aufgekohlt werden. Diese Zahnräder weisen typischerweise ein hohes Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis auf. Infolgedessen sind/werden diese Zahnräder aus/mit anderen Materialien und Wärmebehandlungsverfahren hergestellt. Einige Innenzahnräder sind aus legiertem Hartstahl hergestellt und induktionsgehärtet, andere aus kernbehandeltem Material und nitriergehärtet. Beide Optionen weisen höhere Herstellungskosten (höhere Materialkosten und höhere Bearbeitungskosten) auf und besitzen einen geringeren Grad an Festigkeit im Vergleich mit einem aufgekohlten Zahnrad.
Der herkömmliche Herstellungsprozess beginnt mit: erstens dem Empfang eines vorbehandelten Rohlings; zweitens der Durchführung einer Grünbearbeitung (von Zahnrad- & Kerbzahnschneideschritten); und schließlich einer Wärmebehandlung (nach der das Zahnrad als fertiges Teil gilt). Optional kann auf den Wärmebehandlungsschritt ein Kugelstrahl- oder Sandstrahlschritt folgen.
Ferner wird in der DE 347 260 A ein Verfahren zum Herstellen von Zahnkränzen für Kegelräder vorgeschlagen, bei dem zwei Kränze mit den Rückseiten zusammenhängend in einem Stück hergestellt und erst nach erfolgter Härtung voneinander getrennt werden.
Es wäre wünschenswert, einen kostengünstigen Zahnradfertigungsprozess zum Erzeugen von Zahnrädern mit verschiedenen Ausgestaltungen, die ein hohes Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis aufweisen, vorzusehen. Außerdem sollten die Zahnräder minimale bis gar keine Fertigungsfehler aufweisen, die auf den Wärmebehandlungsprozess zurückzuführen sind.
Dementsprechend wird ein System zum Herstellen eines Innenzahnrades vorgesehen. Das System umfasst ein Transportmittel, ein Formwerkzeug, einen Ofen und ein Schneidwerkzeug. Das Transportmittel wird verwendet, um einen Zahnradrohling, der ein erstes vordefiniertes Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis und an seinem Innen- und/oder Außenumfang eine Ringnut aufweist, zu befördern. Das Formwerkzeug dient zum Bilden einer Vielzahl von Zähnen an dem Zahnradrohling und sieht weitere Zahnrad- und Kerbzahn-Bildungsschritte vor. Der Ofen erhitzt das Zahnrad mit der Vielzahl von daran gebildeten Zähnen auf eine vordefinierte Temperatur über eine vordefinierte Zeitspanne, um ein aufgekohltes Zahnrad zu bilden. Das Schneidwerkzeug ist vorgesehen, um das Zahnrad entlang der Ringnut zu schneiden, um mindestens zwei separate Zahnräder zu bilden, die jeweils ein zweites und ein drittes Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis aufweisen.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Zahnradrohling ein erstes Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis auf, das kleiner als sowohl das zweite als auch das dritte Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis ist.
In einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Vielzahl von Zähnen an einer inneren Fläche des Zahnradrohlings gebildet, um ein Innenzahnrad zu bilden.
In einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erhitzt der Ofen das Zahnrad auf eine Temperatur über 850°C (1560°F).
In einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erhitzt der Ofen den Zahnradrohling auf die vordefinierte Temperatur und hält das Zahnrad lange genug bei der vordefinierten Temperatur, um eine aufgekohlte Oberfläche mit einem geeigneten Kohlenstoffgehalt und einer geeigneten Tiefe zu erhalten.
In einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Erhitzen des Zahnrades ferner, dass das Zahnrad einem Aufkohlungsprozess unterzogen wird.
In einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Schneiden des Zahnrades an der vordefinierten Stelle entlang der Zahnradseite ferner, dass das Zahnrad halbiert wird, um zwei separate Zahnräder mit gleichen Zahnradseitenbreiten zu bilden.
In einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Schneiden des Zahnrades an der vordefinierten Stelle entlang der Zahnradseite ferner, dass das Zahnrad geschnitten wird, um zwei separate Zahnräder mit ungleichen Zahnradseitenbreiten zu bilden.
In einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Innenzahnrades vorgesehen. Das Verfahren umfasst die Schritte, dass ein Zahnradrohling mit einem ersten vordefinierten Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis ausgewählt wird, der an seinem Innen- und/oder Außenumfang eine Ringnut aufweist, eine Vielzahl von Zähnen an dem Zahnradrohling gebildet wird, das Zahnrad mit einer Vielzahl von daran gebildeten Zähnen in einem Ofen angeordnet wird, das Zahnrad mit einer Vielzahl von daran gebildeten Zähnen in dem Ofen auf eine vordefinierte Temperatur über eine vordefinierte Zeitspanne erhitzt wird, um ein wärmebehandeltes Zahnrad mit gehärteten Oberflächen zu bilden, und das Zahnrad entlang der Ringnut des Zahnrades geschnitten wird, um mindestens zwei separate Zahnräder zu bilden, die jeweils ein zweites und ein drittes Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis aufweisen.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen ist/sind:
1a eine perspektivische Darstellung eines unter Verwendung des Systems und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellten Zahnrades;
1b eine perspektivische Darstellung eines Zahnradrohlings, der verwendet wird, um das Zahnrad von 1a zu erzeugen, gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Systems zum Herstellen des Zahnrades von 1a gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ein Flussdiagramm, das das Verfahren zum Herstellen des Zahnrades von 1b gemäß der vorliegenden Erfindung, veranschaulicht; und
4 eine perspektivische Darstellung eines unter Verwendung des Prozesses von 2 und des in 1b gezeigten Zahnradrohlings hergestellten Paares von Zahnrädern gemäß der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche Komponenten beziehen, ist in 1a ein Innenzahnrad 10 gezeigt. Das Zahnrad 10 weist allgemein eine zylindrische Form und eine innere Zahnradseite 12 und eine äußere Zahnradseite 14 auf. Allgemein weist das Zahnrad 10 eine Vielzahl von Zahnradzähnen 16 auf, die an der inneren Zahnradseite 12 gebildet sind. Die Zahnradzähne oder weitere Elemente, die für die spezielle Anwendung des Zahnrades 10 spezifisch sind, können auch an der äußeren Zahnradseite 14 gebildet sein. Die äußere Zahnradseite 14 weist eine Seitenbreite auf, die in 1a mit Fw bezeichnet ist. Die Seitenbreite Fw ist die maßliche Breite der äußeren Zahnradseite 14 des Zahnrades 10. Ferner weist das Zahnrad 10 einen Teilkreisdurchmesser auf, der in 1a mit Pd bezeichnet ist. Der Teilkreisdurchmesser Pd ist der Innendurchmesser des Zahnrades 10. Das Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis ist eine sehr wichtige physikalische Beziehung, die beim Ermitteln des zum Erzeugen des Zahnrades 10 verwendeten geeigneten Fertigungsprozesses berücksichtigt werden muss. Der Fachmann wird einsehen, dass unter Verwendung der Lehre der vorliegenden Erfindung Zahnräder mit einer Vielzahl von Seitenbreiten und Teilkreisdurchmessern hergestellt werden können, die Innen- und Außenzahnräder umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind.
1b ist eine perspektivische Darstellung eines vorgeformten Zahnradrohlings 18. Der Zahnradrohling 18 ist das Rohmaterial, das verwendet wird, um das Innenzahnrad 10 zu bilden. Der Zahnradrohling 18 besitzt eine glatte innere Seite oder Fläche 20, an der die Vielzahl von Zähnen 16 gebildet wird, und eine glatte äußere Seite oder Fläche 22, an der Elemente gebildet werden können. Der Zahnradrohling 18 weist eine glatte äußere oder innere Fläche 20, 22 mit einer einzigen Ringnut 23, 24 (in 1b gezeigt) in einer oder beiden Flächen oder mehreren Ringnuten in der inneren oder äußeren Fläche 20, 22 (nicht gezeigt) auf. Der Zahnradrohling mit einer Ringnut in der äußeren Fläche 22 wird als Verbund-Zahnradrohling bezeichnet, da ein Schneiden des Zahnrades entlang des ringförmigen Zahnrades mehrere Zahnräder erzeugt. Der Zahnradrohling weist einen Innendurchmesser Di und eine äußere Seitenbreite Wo auf. Das Di/Wo-Verhältnis definiert vorzugsweise ein Zahnrad mit einem relativ niedrigen Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis. Wie hierin nachfolgend beschrieben und veranschaulicht, werden Zahnräder mit einem relativ hohen Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis aus einem Zahnrohling 18 mit einem niedrigen Di/Wo-Verhältnis gebildet.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 2 ist ein System 30 zum Herstellen eines Zahnrades 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das System 30 umfasst ein Transportmittel 32, ein Formwerkzeug 34, einen Ofen 36 und ein Schneidwerkzeug 38. Das Transportmittel 32 ist z. B. eine Schale, eine Halterung, eine Fördereinrichtung oder ein Roboter, die/der ausgestaltet ist, um das Zahnrad 18 aufzunehmen und zu bewegen, oder eine beliebige Kombination aus diesen Vorrichtungen. Der Zweck des Transportmittels 32 besteht darin, das Rohmaterial (d. h. einen Zahnradrohling) durch das Fertigungssystem 30 zu befördern. Das Formwerkzeug 34 ist eine Metallform- oder Zahnradschneidmaschine mit einem Metallschneidwerkzeug. Der Fachmann wird einsehen, dass das Formwerkzeug 34 eine einzige Maschine mit einer Vielzahl von Schneidklingen oder -vorrichtungen oder mehrere Maschinen mit einer einzigen oder Vielzahl von Schneidklingen oder -vorrichtungen sein kann. Der Hauptzweck des Formwerkzeugs 34 besteht darin, eine Vielzahl von Zähnen an der inneren Seite 20 des Zahnradrohlings 18 zu bilden, oder andere Zahnrad- und Kerbzahn-Schneideoperationen auszuführen.
Der Ofen 36 ist vorzugsweise ein Industrieofen, der in der Lage ist, ein einzelnes Zahnrad oder ein großes Volumen an Zahnrädern aufzunehmen. Ferner ist das Innere des Ofens 36 derart ausgestaltet, dass es Temperaturen 927°C (über 1700°F) erreicht. Der Hauptzweck des Ofens 36 besteht darin, das gebildete Zahnrad mit der Vielzahl von Zähnen auf eine vordefinierte Temperatur über eine vordefinierte Zeitspanne zu erhitzen, um ein wärmebehandeltes oder aufgekohltes Zahnrad zu bilden. Die Aufkohlung beinhaltet das Lösen von Kohlenstoff in den Oberflächenschichten eines kohlenstoffarmen Stahlteils bei einer Temperatur von typischerweise 850 bis 1010°C (1560 bis 1850°F), die ausreicht, um den Stahl austenitisch zu machen, gefolgt von einem Abschrecken und Tempern, um eine martensitische Mikrostruktur zu bilden. Das Härten wird erreicht, indem die kohlenstoffreiche Oberflächenschicht abgeschreckt wird, um Martensit zu bilden. Das resultierende Teil weist eine kohlenstoffreiche martensitische Einsatzschicht mit guter Verschleiß- und Ermüdungsfestigkeit auf, die einem zähen, kohlenstoffarmen Stahlkern überlagert ist.
Die vorliegende Erfindung zieht die Verwendung einer Aufkohlung mit Gas und niedrigem Druck (Vakuum), gefolgt von einem Abschrecken in Medien in Erwägung. Die Gasaufkohlung wird in einem im Wesentlichen geschlossenen Ofen durchgeführt, in dem die Teile von einer kontinuierlichen (d. h. gasförmigen Kohlenwasserstoffen, verdampften Kohlenwasserstoff-Flüssigkeiten) kohlenstoffhaltigen Atmosphäre umgeben sind, die kontinuierlich wieder ergänzt wird, sodass ein hohes Kohlenstoffpotenzial aufrechterhalten werden kann. Das Abschrecken erfolgt typischerweise in Öl. Eine Niederdruck-Aufkohlung wird in einem im Wesentlichen geschlossenen Ofen unter Nutzung einer sauerstofffreien Umgebung mit einer nicht kontinuierlichen, kohlenstoffhaltigen Einzelkomponente (d. h. Propan, Azetylen)-Atmosphäre durchgeführt. Das Abschrecken erfolgt in einem Öl- oder Inertgasmedium. Das Tempern nach dem Abschrecken wird in jedem Aufkohlungsverfahren durchgeführt und beinhaltet das neuerliche Erhitzen des Zahnrades auf 150 bis 700°C (300 bis 1300°F), um eine wünschenswerte (nicht spröde) getemperte Martensit-Mikrostruktur zu erhalten. Das Aufkohlen (mit dem damit verbundenen Abschrecken und Tempern) als ein Wärmebehandlungsverfahren für Innenzahnräder ist wünschenswert, da es ein hochfestes Zahnrad bei relativ niedrigen Kosten erzeugt.
Das Schneidwerkzeug 38 ist eine Vorrichtung oder Maschine, die eine einzige oder eine Vielzahl von Metallschneidklingen aufweist. Das Schneidwerkzeug 38 ist beispielsweise eine Drehmaschine. Der Fachmann wird einsehen, dass das Schneidwerkzeug 38 eine von dem Formwerkzeug 34 separate Maschine oder Vorrichtung oder dieselbe Vorrichtung sein kann wie das Formwerkzeug 34. Der Hauptzweck des Schneidwerkzeugs 38 besteht darin, das aufgekohlte Zahnrad an einer vordefinierten Stelle entlang seiner Seite zu schneiden, um mindestens zwei separate Zahnräder zu bilden, die jeweils ein zweites und ein drittes Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis aufweisen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 3 ist ein Flussdiagramm gezeigt, das ein Verfahren 50 zum Herstellen des Innenzahnrades von 1a unter Verwendung des in 2 veranschaulichten Systems 30 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Der Prozess wird bei Block 52 eingeleitet. Bei Block 54 wird ein Zahnradrohling (d. h. der Zahnradrohling 18) ausgewählt, der ein Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis aufweist, das unter einem vordefinierten Verhältnisschwellenwert liegt. Der Verhältnisschwellenwert ist definiert als das Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis, das ein Zahnrad mit minimalen Verzügen in den Abmessungen, nachdem es mit einem Wärmebehandlungsprozess wie einem Aufkohlungsprozess oder einem ähnlichem Prozess behandelt wurde, erzeugt. Des Weiteren wird der Zahnradrohling bei Block 56 in einem/r Transportmittel oder Halterung angeordnet, um den Zahnradrohling zum nächsten Schritt im Fertigungsprozess zu befördern. Bei Block 58 wird der Zahnradrohling unter Verwendung einer Metallformmaschine maschinell bearbeitet, um eine Vielzahl von Zahnradzähnen mit einer festgelegten Ausgestaltung entweder an der inneren oder der äußeren Fläche des Zahnrades zu erzeugen. Des Weiteren können je nach Bedarf für die spezielle Zahnradanwendung zusätzliche Elemente an der inneren oder der äußeren Zahnradfläche gebildet werden. Das gebildete Zahnrad mit einer Vielzahl von Zahnradzähnen und weiteren Elementen, die in den Flächen des Zahnrades gebildet sind, wird einem Aufkohlungsprozess oder einem Wärmebehandlungsprozess unterzogen. Zum Beispiel wird das gebildete Zahnrad in einem Ofen angeordnet, wie durch den Block 60 dargestellt. Der Aufkohlungsprozess ist der in dem US-Patent Nr. 4 152 177 A beschriebene oder ein beliebiger ähnlicher Prozess, der in der Lage ist, ein Zahnrad oder ein Metallwerkstück mit gehärteten Oberflächen zu erzeugen. Nachdem der Aufkohlungsprozess abgeschlossen ist, wird das wärmebehandelte Zahnrad aus dem Ofen entfernt und in einer/m Halterung oder Halter für eine Beförderung zu der nächsten Fertigungsstation angeordnet. Bei Block 62 wird das wärmebehandelte Zahnrad (das aus dem Zahnradrohling 18 von 1b gebildet ist) in einer Schneidvorrichtung oder -maschine mit einer Schneidklinge oder -klingen zum Schneiden des behandelten Zahnrades in mindestens zwei separate Zahnräder 10, 10 angeordnet, wie in 4 gezeigt ist. Im Spezielleren wird das wärmebehandelte Zahnrad bei Block 62 entlang seiner äußeren Zahnradseite an einer Stelle entlang der Zahnradseite geschnitten, um mindestens zwei separate Zahnräder zu erzeugen, die jeweils eine vordefinierte Zahnradseitenbreite und somit Teilkreisdurchmesser/Zahnradseiten-breiten-Verhältnis aufweisen. Selbstverständlich zieht die vorliegende Erfindung in Erwägung, das behandelte Zahnrad an mehreren Stellen entlang der Zahnradseite zu schneiden, um mehrere Zahnräder mit entweder demselben oder einem anderen Teilkreisdurchmesser/Zahnradseitenbreiten-Verhältnis zu erzeugen. Insbesondere wird hierbei das Zahnrad entlang der Ringnuten geschnitten, um die Zahnräder in zwei oder mehr Zahnräder zu trennen. Der Prozess ist abgeschlossen, wie durch den Block 64 dargestellt ist.
Durch diesen Prozess erzeugt die vorliegende Erfindung Zahnräder, die praktisch frei von Verzügen in den Abmessungen sind. Die vorliegende Erfindung erzielt Zahnräder, die im Wesentlichen frei von Verzug sind, indem ein Zahnradrohling ausgewählt wird, der ein Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis aufweist, das unter einem vordefinierten Schwellenwert liegt. Im Spezielleren ist der vordefinierte Schwellenwert das maximale Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis, das ein Zahnrad erzeugt, das im Wesentlichen frei von Verzügen in den Abmessungen und insbesondere Verzügen wie z. B. hinsichtlich der Rundheit und einer Verdrehung in Folge einer Wärmebehandlung oder Aufkohlung ist. Die vorliegende Erfindung zieht die Verwendung weiterer Wärmebehandlungsprozesse und Zahnräder und Zahnradrohlinge, die aus Stahl, Stahllegierungen und anderen geeigneten Metallen hergestellt sind, in Erwägung.

Claims

System (30) zum Herstellen eines aufgekohlten Zahnrades (10, 10) mit geringem Verzug, wobei das System umfasst: ein Transportmittel (32) zum Befördern eines Zahnradrohlings (18) mit einem ersten vordefinierten Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis, der an seinem Innen- und/oder Außenumfang (20, 22) eine Ringnut (23, 24) aufweist; ein Formwerkzeug (34) zum Bilden einer Vielzahl von Zähnen (16) an dem Zahnradrohling (18), um das Zahnrad (10) zu bilden; einen Ofen (36) zum Erhitzen des Zahnrades (10) mit der Vielzahl von daran gebildeten Zähnen (16) auf eine vordefinierte Temperatur über eine vordefinierte Zeitspanne; und ein Schneidwerkzeug (38) zum Schneiden des Zahnrades (10) entlang der zumindest einen Ringnut (23, 24), um mindestens zwei separate Zahnräder (10, 10) zu bilden, die jeweils ein zweites und ein drittes Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis aufweisen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis kleiner als sowohl das zweite als auch das dritte Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Zähnen (16) an einer inneren Fläche (20) des Zahnradrohlings (18) gebildet ist, um ein Innenzahnrad zu bilden.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (36) den Zahnradrohling auf eine Temperatur über 850°C (1560°F) erhitzt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ofenhitze ausgestaltet ist, um eine Aufkohlungsatmosphäre vorzusehen, um das Zahnrad (10) einem Aufkohlungsprozess zu unterziehen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (36) das Zahnrad (10) auf die vordefinierte Temperatur erhitzt und das Zahnrad (10) lange genug bei der vordefinierten Temperatur hält, um eine aufgekohlte Oberfläche mit einem vordefinierten Kohlenstoffgehalt und eine vordefinierte Tiefe zu erhalten.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidwerkzeug (38) das Zahnrad (10) schneidet, um mindestens zwei separate Zahnräder (10, 10') mit gleichen Zahnradseitenbreiten zu bilden.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidwerkzeug (38) das Zahnrad (10) schneidet, um mindestens zwei separate Zahnräder (10, 10') mit ungleichen Zahnradseitenbreiten zu bilden.
Verfahren zum Herstellen eines aufgekohlten Zahnrades (10, 10') mit geringem Verzug, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: ein Zahnradrohling (18) mit einem ersten vordefinierten Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis ausgewählt wird, der an seinem Innen- und/oder Außenumfang (20, 22) eine Ringnut (23, 24) aufweist; eine Vielzahl von Zähnen (16) an dem Zahnradrohling (18) gebildet wird, um das Zahnrad (10) zu bilden; das Zahnrad (10) mit einer Vielzahl von daran gebildeten Zähnen (16) in einem Ofen (36) angeordnet wird; das Zahnrad (10) mit einer Vielzahl von daran gebildeten Zähnen (16) in dem Ofen (36) auf eine vordefinierte Temperatur über eine vordefinierte Zeitspanne erhitzt wird, um ein Zahnrad (10) zu bilden; und das Zahnrad (10) entlang der zumindest einen Ringnut (23, 24) geschnitten wird, um mindestens zwei separate Zahnräder (10, 10') zu bilden, die jeweils ein zweites und ein drittes Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis kleiner als sowohl das zweite als auch das dritte Teilkreisdurchmesser/Seitenbreiten-Verhältnis ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilden einer Vielzahl von Zähnen (16) an dem Zahnradrohling (18) ferner umfasst, dass eine Vielzahl von Innenzahnradzähnen (16) in die innere Fläche des Zahnradrohlings (20) geschnitten wird, um ein Innenzahnrad zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen des Zahnrades (10) ferner umfasst, dass der Zahnradrohling (18) auf eine Temperatur über 850°C (1560°F) erhitzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen des Zahnrades (10) ferner umfasst, dass das Zahnrad (10) auf die vordefinierte Temperatur erhitzt und das Zahnrad (10) lange genug bei der vordefinierten Temperatur gehalten wird, um eine aufgekohlte Oberfläche mit einem vordefinierten Kohlenstoffgehalt und einer vordefinierten Tiefe zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneiden des Zahnrades (10) an der vordefinierten Stelle entlang der Ringnut (23, 24) ferner umfasst, dass das Zahnrad (10) halbiert wird, um zwei separate Zahnräder (10, 10') mit gleichen Zahnradseitenbreiten zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneiden des Zahnrades an der vordefinierten Stelle entlang der Ringnut (23, 24) ferner umfasst, dass das Zahnrad (10) geschnitten wird, um zwei separate Zahnräder (10, 10') mit ungleichen Zahnradseitenbreiten zu bilden.