DE102008032656A1

DE102008032656A1 - Vefahren zur Beschichtung eines Zahnrads

Info

Publication number: DE102008032656A1
Application number: DE102008032656A
Authority: DE
Inventors: Serge Dr. Kursawe; Johann Dr. Schnagl; Holger Dr. Ziegele
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2010-01-14

Abstract

Verfahren zur Beschichtung eines Zahnrads mit folgenden Schritten: - Bereitstellen eines Zahnrads, - Aufbringen einer reibungsmindernden, verschleißarmen Beschichtung aurf die Zahnflanken der Zähne des Zahnrads. Vor dem Aufbringen der Beschichtung werden zwischen den einzelnen Zähnen des Zahnrads befindliche Zahngrundbereiche maskiert. Die maskierten Zahngrundbereiche bleiben somit unbeschichtet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Zahnrads gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Die DE 103 51 258 A1 beschreibt ein Zahnrad, dessen Zahnflanken mit einer harten, verschleißbeständigen Schicht versehen sind. Erwähnt ist sowohl die Beschichtung von Zahnrädern aus gehärtetem Stahl als auch aus nicht wärmegebehandeltem Stahl. Als Beschichtungsmaterial wird insbesondere sogenanntes ”Diamond-Like Carbon” vorgeschlagen, wobei es sich um ein verschleißfestes Material aus amorphem Kohlenstoff handelt, das zusätzlich reibmindernd wirkt.
Das FVA-Informationsblatt FVA Nr. 393/II Zahnradbeschichtung vom 09.06.2008 der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V. erläutert Versuche, bei denen beschichtete Zahnräder getestet wurden. Dabei hat sich herausgestellt, dass die übertragbare Zahnfuss-Nennspannung der getesteten beschichteten Zahnräder rund 5% unter der übertragbaren Zahnfuss-Nennspannung vergleichbarer unbeschichteter Zahnräder liegt. Eine der Kernaussagen des FVA-Informationsblatts besteht somit darin, dass man durch eine Beschichtung von Zahnrädern zwar die Reibung und den Reibverschleiß verringern kann, gleichzeitig aber auch eine Verringerung der Zahnfluss-Dauerfestigkeit um ca. 5% in Kauf nehmen muss.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Beschichtung von Zahnrädern anzugeben, bei dem die Beschichtung nicht zu einer Verringerung der Zahnfuss-Dauerfestigkeit führt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verfahren, bei dem auf Zahnflanken der Zähne eines Zahnrads eine reibungsmindernde, verschleißarme Beschichtung aufgebracht wird. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass vor dem Aufbringen der Beschichtung zwischen den einzelnen Zähnen des Zahnrads befindliche Zahngrundbereiche maskiert, d. h. abgedeckt werden, so dass die Zahngrundbereiche unbeschichtet bleiben. Das Auftragen der harten, reibungsmindernden, verschleißarmen Beschichtung wird somit gezielt auf diejenigen Bereiche beschränkt, die im Betrieb verschleißgefährdet sind, d. h. auf die Zahnflanken. Da die reibungsmindernde, verschleißarme aber auch spröde Beschichtung nicht auf die Zahngrundbereiche aufgebracht wird, bleiben diese vergleichsweise ”elastisch”. Ein derart beschichtetes Zahnrad weist somit im Wesentlichen dieselbe Zahnfuss-Dauerfestigkeit auf, wie ein vergleichbares unbeschichtetes Zahnrad.
Als Beschichtungsmaterial kommt insbesondere amorpher Kohlenstoff, auch bekannt unter der Bezeichnung ”Diamand-Like Carbon”, in Frage.
Um bei der Beschichtung der Zahnflanken die Zahngrundbereiche vor Beschichtungsmaterial zu schützen, können diese durch vorheriges Aufbringen einer Lackschicht geschützt werden. Alternativ dazu können die Zahngrundbereiche während des Beschichtungsvorgangs auch durch Abdecken mittels Abdeckelementen, wie z. B. Blechen, vor Beschichtungsmaterial geschützt werden.
Vorzugsweise wird die Maskierung der Zahngrundbereiche nach der Beschichtung der Zahnflanken wieder entfernt, so dass das Zahnrad im Bereich seiner Zahngrundbereiche wieder die ursprüngliche Oberfläche aufweist.
Bei dem zu beschichtenden Zahnrad kann es sich insbesondere um ein wärmebehandeltes bzw. gehärtetes Zahnrad handeln. Beispielsweise kann das Zahnrad vor dem Beschichten einsatzgehärtet oder nitriert werden. Vorzugsweise erfolgt nach der Wärmebehandlung und vor der Beschichtung des Zahnrads eine Glättung der Zahnradoberflächen, insbesondere der Zahnflanken des Zahnrads. Die Glättung kann beispielsweise durch Gleitschleifen, Elektropolieren oder Strahlen mit einem geeigneten Strahlmaterial erfolgen.
Das Beschichtungsverfahren gemäß der Erfindung eignet sich prinzipiell für alle Zahnräder, insbesondere für Stirn- oder Kegelräder.
Durch die Maskierung des Zahngrunds vor dem Beschichten bleibt die ursprüngliche Zahnfussfestigkeit des Zahnrads erhalten, während der Wälzkontakt auf der Zahnflanke von der durch die Beschichtung verringerten Reibung und dem damit einhergehenden, geringeren Verschleiß profitiert.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die 1–3 zeigen das Grundprinzip des Beschichtungsverfahrens gemäß der Erfindung.
1 zeigt ein zu beschichtendes Zahnrad 1 mit Zähnen 2, 3, 4, 5. In einem ersten Verfahrensschritt werden die zwischen den einzelnen Zähnen 2, 3 bzw. 3, 4 bzw. 4, 5 befindlichen Zahngrundbereiche 6, 7, 8 maskiert. Das Maskieren kann z. B. durch Aufbringen einer Lackschicht 9, 10, 11 oder durch Abdecken der Zahngrundbereiche 6, 8 mittels Abdeckelementen (nicht dargestellt) erfolgen.
In einem weiteren, in 2 dargestellten Schritt werden die Oberflächen der Zähne 2–5, insbesondere die Zahnflanken 12–17 der Zähne 2–5 mit einem Beschichtungsmaterial, wie z. B. Diamond-Like Carbon (DLC), das reibungs- und verschleißmindernd wirkt, beschichtet. Die DLC-Schichten werden in der Praxis natürlich wesentlich dünner sein als dies in 2 dargestellt ist.
In einem dritten Schritt wird die Maskierung der Zahngrundbereiche 6–8 wieder entfernt. Das fertige, beschichtete Zahnrad hat somit im Wesentlichen dieselbe Zahnfuss-Dauerfestigkeit wie ein vergleichbares unbeschichtetes Zahnrad.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10351258 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Beschichtung eines Zahnrads (1) mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Zahnrads (1), – Aufbringen einer reibungsmindernden, verschleißarmen Beschichtung (18–21) auf die Zahnflanken (12–17) der Zähne (2–5) des Zahnrads (1), dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der Beschichtung (18–21) zwischen den einzelnen Zähnen (2–5) des Zahnrads (1) befindliche Zahngrundbereiche (6–8) maskiert werden, so dass die maskierten Zahngrundbereiche (6–8) unbeschichtet bleiben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungsmaterial amorpher Kohlenstoff, insbesondere Diamond-Like Carbon (DLC), verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich Zahnflanken (12–17) des Zahnrads (1) beschichtet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahngrundbereiche (6–8) durch Aufbringen einer Lackschicht (9–11) vor Beschichtungsmaterial geschützt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahngrundbereiche (6–8) durch Überdecken mit Abdeckelementen, insbesondere mit Blechen, vor Beschichtungsmaterial geschützt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierung der Zahngrundbereiche (6–8) nach der Beschichtung der Zahnflanken (12–17) wieder entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zu beschichtende Zahnrad (1) vor dem Maskieren wärmebehandelt, insbesondere gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (1) einsatzgehärtet oder nitriert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass Oberflächen des Zahnrads (1), insbesondere Zahnflanken (12–17) des Zahnrads (1) nach der Wärmebehandlung des Zahnrads (1) geglättet werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Glätten durch Gleitschleifen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Glätten durch Polieren erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Glätten durch Strahlen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Zahnrad (1) um ein Stirnrad handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Zahnrad (1) um ein Kegelrad handelt.