DE102010053338A1 - Thrust washer, useful for planetary gear, comprises a washer body that exhibits a surface structure at least in sections, produced by shot peening, and a friction-and wear-reducing layer at least in sections, produced by phosphating - Google Patents
Thrust washer, useful for planetary gear, comprises a washer body that exhibits a surface structure at least in sections, produced by shot peening, and a friction-and wear-reducing layer at least in sections, produced by phosphating Download PDFInfo
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft eine Anlaufscheibe eines Planetengetriebes.The invention relates to a thrust washer of a planetary gear.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Anlaufscheiben dienen bekanntermaßen dem axialen Anlaufen des Planetenrades eines Planetengetriebes und sollen den Planetenradträger sowie das Planetenrad vor Verschleiß schützen. Das Planetenrad läuft dabei mit einer Stirnfläche an einer Anlauffläche der Anlaufscheibe bzw. des Scheibenkörpers an. Mithin sind die Anlaufscheiben als Gleitpartner für die in der Regel insbesondere über Nadelkränze wälzgelagerten Planetenräder und die der Wälzlagerung zugehörigen Lagerkäfige zu sehen, um ein reibungs- und verschleißintensives Einlaufen der Komponenten des Planetengetriebes zu verhindern.Thrust washers are known to serve the axial starting of the planetary gear of a planetary gear and to protect the planet and the planet from wear. The planet gear runs with an end face against a contact surface of the thrust washer or disk body. Consequently, the thrust washers are to be seen as a sliding partner for the roller bearings, which are generally roller-mounted in particular via needle rings, and the bearing cages associated with the roller bearing, in order to prevent a friction and wear-intensive shrinkage of the components of the planetary gear.
Die Anlaufscheiben sind typischerweise aus einem metallischen Werkstoff wie z. B. Buntmetall oder gehärtetem Stahl gefertigt. Dabei ist es gängig, die Anlaufscheiben durch Schleifen oder Beschichten entsprechend den diesen umgebenden Bauteilen reibungsarm auszubilden.The thrust washers are typically made of a metallic material such. As non-ferrous metal or hardened steel. It is common practice to form the thrust washers by grinding or coating according to the surrounding components friction.
Je nach Anwendung und Beanspruchung kommt es dennoch häufig zu Verschleißerscheinungen und Beschädigungen der Anlaufscheiben, was gleichermaßen zu Verschleiß und Beschädigungen der umgebenden Bauteile wie etwa den Planetenrädern, Planetenradträgern, etc. führen kann. Zur Reduzierung von Reibung und Verschleiß werden die Anlaufflächen der Anlaufscheiben zusätzlich geschmiert bzw. beölt. Hierbei ist es jedoch schwierig, alle reibungsaktiven Flächen ausreichend mit einem schützenden Schmierfilm zu versehen, weshalb es trotz Schmierung der Anlaufscheiben zu Verschleißerscheinungen bis hin zu einem Totalausfall des Planetengetriebes kommen kann.Depending on the application and stress, however, it often leads to signs of wear and damage to the thrust washers, which can lead equally to wear and damage to the surrounding components such as the planetary gears, planetary carriers, etc. To reduce friction and wear, the thrust surfaces of the thrust washers are additionally lubricated or oiled. However, it is difficult to provide all friction-active surfaces sufficiently with a protective lubricating film, which is why it can lead to wear despite lubrication of the thrust washers up to a total failure of the planetary gear.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine insbesondere im Hinblick auf Reibungs- und Verschleißerscheinungen verbesserte Anlaufscheibe für ein Planetengetriebe anzugeben.The invention is therefore based on the problem of specifying an improved in particular with regard to friction and wear discs thrust washer for a planetary gear.
Das Problem wird erfindungsgemäß durch eine Anlaufscheibe der eingangs genannten Art gelöst, welche sich durch einen Scheibenkörper, der wenigstens abschnittsweise eine durch Kugelstrahlen erzeugte Oberflächenstrukturierung aufweist, die wenigstens abschnittsweise mit einer durch Phosphatieren hergestellten Reibung und Verschleiß mindernden Schicht versehen ist, auszeichnet.The problem is solved according to the invention by a thrust washer of the type mentioned, which is characterized by a disk body having at least partially a surface structuring produced by shot peening, which is at least partially provided with a layer produced by phosphating friction and wear-reducing layer, characterized.
Die erfindungsgemäße Anlaufscheibe weist hervorragende tribologische Eigenschaften, d. h. insbesondere geringe Neigung zu Reibungs- und Verschleißerscheinungen auf, welche sich durch die Durchführung einer Kugelstrahlbehandlung von Teilen, jedoch bevorzugt des gesamten Scheibenkörpers im Bereich der belasteten Flächen, und dem anschließenden Phosphatieren wenigstens des kugelgestrahlten Bereichs ergeben. Kugelstrahlen oder Kugelstrahlverfestigen zählt zu den Verfahren der Oberflächenbearbeitung, bei welchen ein oder mehrere Strahlmittel mit hoher Geschwindigkeit auf eine Werkstückoberfläche gelenkt werden, wobei durch Kugelstrahlen die Oberflächenhärte des zu bearbeitenden Werkstücks, d. h. vorliegend des Scheibenkörpers, im Sinne einer Kaltverfestigung bzw. dessen Abriebfestigkeit erhöht werden können.The thrust washer according to the invention has excellent tribological properties, d. H. in particular low tendency to frictional and wear phenomena, which result from carrying out a shot peening treatment of parts, but preferably the entire disk body in the area of the loaded surfaces, and the subsequent phosphating at least the shot-blasted area. Shot peening or shot peening is one of the methods of surface treatment in which one or more blasting agents are directed at a high speed onto a workpiece surface, whereby by shot peening the surface hardness of the workpiece to be machined, i. H. in the present case of the disk body, in the sense of work hardening or its abrasion resistance can be increased.
Phosphatieren ist ein Verfahren der Oberflächentechnik, bei dem durch chemische Reaktionen von metallischen Oberflächen mit wässrigen Phosphatlösungen eine sogenannte Konversionsschicht auf der Oberfläche des Ausgangsmaterials bestehend aus fest haftenden Metall phosphatverbindungen gebildet wird, welche die Reibungs- und Verschleißeigenschaften der Anlaufscheibe insgesamt deutlich verbessern. Durch das dem Phosphatieren vorhergehende Kugelstrahlen des Scheibenkörpers erfolgt eine Oberflächenaktivierung, welche die Ausbildung einer festen, gut haftenden, feinkörnigen Metallphosphatschicht ermöglicht.Phosphating is a process of surface technology in which by chemical reactions of metallic surfaces with aqueous phosphate solutions, a so-called conversion layer on the surface of the starting material consisting of firmly adhering metal phosphate compounds is formed, which significantly improve the friction and wear properties of the thrust washer altogether. Due to the phosphating preceding shot peening of the disk body is a surface activation, which allows the formation of a solid, well-adherent, fine-grained metal phosphate layer.
Dabei weist die erfindungsgemäße Anlaufscheibe eine charakteristische Oberflächenstrukturierung mit durch das Kugelstrahlen erzeugten kalottenartigen Kugeleindrücken auf, welche bei Schmierung der Anlaufscheibe als Schmiermittelrückhaltevolumen dienen können, woraus sich hervorragende Notlaufeigenschaften der Anlaufscheibe mit geringer Verschleißneigung ergeben.In this case, the thrust washer according to the invention has a characteristic surface structuring with dome-shaped ball impressions produced by the shot peening, which can serve as a lubricant retention volume when the thrust washer is lubricated, resulting in excellent emergency running properties of the thrust washer with a low tendency to wear.
Die durch das Phosphatieren gebildete Schicht ist bevorzugt eine Manganphosphatschicht. Mit der Ausbildung einer Manganphosphatschicht auf dem kugelgestrahlten Scheibenkörper zeigten sich hinsichtlich der tribologischen Eigenschaften der Anlaufscheibe die besten Ergebnisse. Selbstverständlich sind in Ausnahmefällen auch andere durch Phosphatierung hergestellte Schichten wie etwa Zink- oder Eisenphosphatschichten denkbar.The layer formed by the phosphating is preferably a manganese phosphate layer. With the formation of a manganese phosphate layer on the shot-peened wheel body, the best results were obtained with regard to the tribological properties of the thrust washer. Of course, in other cases, other phosphatized layers such as zinc or iron phosphate layers are conceivable.
Die durch Phosphatieren gebildete Schicht weist bevorzugt eine Schichtdicke im Bereich von ca. 1–8 μm, insbesondere von ca. 2–6 μm auf. In Ausnahmefällen sind auch dünnere oder dickere Schichten vorstellbar.The layer formed by phosphating preferably has a layer thickness in the range of about 1-8 microns, in particular of about 2-6 microns. In exceptional cases, even thinner or thicker layers are conceivable.
Vorteilhaft weist die durch das Phosphatieren gebildete Schicht einen Rauwert RA, d. h. einen mittleren arithmetischen Rauwert von höchstens 1,5 μm, insbesondere höchstens 1 μm auf. In Ausnahmefällen sind Abweichungen nach oben denkbar. Grundsätzlich weist die erfindungsgemäße Anlaufscheibe respektive die durch Phosphatieren gebildete Schicht eine geringe Rauhigkeit auf, welche die hervorragenden tribologischen Eigenschaften positiv beeinflusst.Advantageously, the layer formed by phosphating a roughness value R A, that is an average arithmetic roughness value of not more than 1.5 micrometers, in particular at most 1 .mu.m. In exceptional cases, deviations upwards are conceivable. Basically, the thrust washer according to the invention or the layer formed by phosphating on a low roughness, which positively influences the excellent tribological properties.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Scheibenkörper aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere einem gehärteten Stahl, gebildet. Insoweit weist der Scheibenkörper von Haus aus eine hohe Härte, Verschleißfestigkeit und gegebenenfalls Oberflächengüte auf, welche das tribologische Verhalten der Anlaufscheibe verbessert. Der Scheibenkörper kann gegebenenfalls auch aus anderen metallischen Werkstoffen wie Bunt- oder Leichtmetallen respektive Metalllegierungen gebildet sein.In a development of the invention, the disk body is formed of a metallic material, in particular a hardened steel. In that regard, the disk body has inherently a high hardness, wear resistance and possibly surface quality, which improves the tribological behavior of the thrust washer. The disk body may optionally also be formed of other metallic materials such as non-ferrous or light metals or metal alloys.
Die Erfindung betrifft auch ein Planetengetriebe, umfassend wenigstens ein in wenigstens einem Planetenradträger gelagertes Planetenrad, wobei zwischen dem Planetenrad und dem Planetenradträger wenigstens eine axial zwischen diesen angeordnete Anlaufscheibe, wie vorstehend beschrieben, angeordnet ist. Das Planetengetriebe ist durch die hervorragenden tribologischen Eigenschaften der Anlaufscheibe vor durch das axiale Einlaufen des Planetenrads oder anderer dem Planetengetriebe zugehöriger Bauteile bedingten Beschädigungen geschützt.The invention also relates to a planetary gear, comprising at least one planet gear mounted in at least one planet carrier, wherein between the planet gear and the planet carrier at least one thrust washer axially arranged between them, as described above, is arranged. The planetary gear is protected by the excellent tribological properties of the thrust washer before caused by the axial shrinkage of the planet or other components associated with the planetary gear damage.
Daneben betrifft die vorliegende Erfindung ein neuartiges Herstellungsverfahren für hinsichtlich Reibung und Verschleiß verbesserte Anlaufscheiben für Planetengetriebe. Die verbesserten Reibungs- und Verschleißeigenschaften ergeben sich durch die wenigstens abschnittsweise, jedoch bevorzugt komplette Durchführung einer Kugelstrahlbehandlung eines insbesondere aus einem gehärteten Stahlband oder dergleichen ausgestanzten, mithin vorgefertigten Scheibenkörpers, welcher auch als Anlaufscheibenrohling bezeichnet werden kann, und dem anschließenden Phosphatieren wenigstens des kugelgestrahlten Bereichs des Scheibenkörpers. Durch das Kugelstrahlen ist es gleichermaßen möglich, nach dem Stanzvorgang des Scheibenkörpers überstehende Stanzgrate zu entfernen, d. h. übliche Methoden zur Stanzgratentfernung wie Schleifen oder dergleichen können gegebenenfalls wenigstens teilweise entfallen bzw. in ihrer Prozessdauer verkürzt werden.In addition, the present invention relates to a novel manufacturing method for friction and wear improved thrust washers for planetary gear. The improved friction and wear properties result from the at least in sections, but preferably complete implementation of a shot peening treatment of a particular punched from a hardened steel strip or the like, thus prefabricated disk body, which can also be referred to as thrust washer blank, and the subsequent phosphating at least the shot-blasted portion of disk body. By shot peening, it is equally possible to remove after the punching process of the disk body protruding burrs, d. H. conventional methods for punching deburring such as grinding or the like may optionally be at least partially eliminated or shortened in their process duration.
Beim Phosphatieren wird grundsätzlich zwischen nichtschichtbildender und schichtbildender Phosphatierung unterschieden, wobei im ersten Fall die an der Schichtbildung beteiligten Metallkationen dem Grundwerkstoff entstammen und im zweiten Fall die Schichtbildung vornehmlich durch Metallkationen aus der Phosphatlösung erfolgt. Beide Arten der Phosphatierung sind bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren denkbar. Die durch die Phosphatierung erzeugte Reibung und Verschleiß mindernde Schicht weist bevorzugt eine Schichtdicke im Bereich von 1–8 μm, insbesondere 2–6 μm auf. Wie erwähnt erfolgt durch das dem Phosphatieren vorhergehende Kugelstrahlen des Scheibenkörpers eine Oberflächenaktivierung, welche die Ausbildung einer festen, gut haftenden, feinkörnigen Metallphosphatschicht ermöglicht wird.In the case of phosphating, a distinction is generally made between non-layer-forming and layer-forming phosphating, in the first case the metal cations involved in the layer formation originating from the base material and in the second case the layer formation being primarily by metal cations from the phosphate solution. Both types of phosphating are conceivable in the production process according to the invention. The friction and wear-reducing layer produced by the phosphating preferably has a layer thickness in the range of 1-8 μm, in particular 2-6 μm. As mentioned above, surface activation takes place by means of shot peening of the disk body preceding the phosphating, which enables the formation of a solid, well-adhering, fine-grained metal phosphate layer.
Sowohl das Kugelstrahlen als auch das Phosphatieren des Scheibenkörpers kann in mehreren Schritten, mithin stufenweise erfolgen. Nach dem Kugelstrahlen und Phosphatieren des Scheibenkörpers liegt eine fertig einsetzbare Anlaufscheibe vor.Both the shot peening and the phosphating of the disk body can be carried out in several steps, thus gradually. After shot peening and phosphating the disk body is a ready-to-use thrust washer before.
Bevorzugt werden zum Kugelstrahlen Kugeln mit einem Durchmesser von ca. 0,1–0,8 mm, insbesondere von ca. 0,2–0,5 mm verwendet. Die Kugeln können aus beliebigen, insbesondere metallischen, d. h. hartmetallischen Werkstoffen oder Keramik gebildet sein und weisen eine höhere Harte als die Anlaufscheibe auf. In Ausnahmefällen können die zum Kugelstrahlen verwendeten Kugeln auch kleinere oder größere Durchmesser aufweisen. Es ist auch denkbar, dass diese von einer rein sphärischen Form abweichen und beispielsweise wenigstens anteilsmäßig eine elliptische Form aufweisen.For shot peening, balls with a diameter of about 0.1-0.8 mm, in particular of about 0.2-0.5 mm, are preferably used. The balls can be made of any, in particular metallic, d. H. hard metal materials or ceramics are formed and have a higher hardness than the thrust washer on. In exceptional cases, the balls used for shot peening may also have smaller or larger diameters. It is also conceivable that these deviate from a purely spherical shape and, for example, have at least proportionally an elliptical shape.
In Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Kugelstrahlen des Scheibenkörpers derart, dass der Scheibenkörper im Anschluss einen mittleren arithmetischen Rauwert RA von 0,5–5 μm, insbesondere im Bereich von 1–2 μm, aufweist.In a development of the invention, the shot peening of the disk body takes place in such a way that the disk body subsequently has a mean arithmetic roughness R A of 0.5-5 μm, in particular in the range of 1-2 μm.
Die Oberflächenbehandlung des kugelgestrahlten Anlaufscheibenrohlings durch Phosphatieren erfolgt bevorzugt derart, dass der Anlaufscheibenrohling im Anschluss einen Rauwert RA, d. h. einen mittleren arithmetischen Rauwert von höchstens 1,5 μm, insbesondere höchstens 1 μm, aufweist.The surface treatment of the shot-blasted starting wheel blank by phosphating is preferably carried out in such a way that the starting wheel blank subsequently has a roughness R A , ie an average arithmetic roughness value of at most 1.5 μm, in particular at most 1 μm.
Sowohl bezüglich des Rauwerts des Scheibenkörpers nach dem Kugelstrahlen als des Rauwerts der Reibung und Verschleiß mindernden durch Phosphatieren gebildeten Schicht sind in Ausnahmefällen Abweichungen nach oben denkbar.Both in terms of the roughness of the disk body after the shot peening and the roughness of the friction and wear-reducing layer formed by phosphating are deviations upward conceivable in exceptional cases.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be described in more detail below. Show it:
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing
Zwischen den Kontaktzonen
Eine schematische Darstellung einer Anlaufscheibe
Die in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Planetengetriebeplanetary gear
- 22
- Planetenradträgerplanet
- 33
- Planetenradträgerplanet
- 44
- Planetenbolzenplanet shaft
- 55
- Planetenradplanet
- 66
- Wälzlageranordnungroller bearing assembly
- 77
- KäfigCage
- 88th
- Wälzkörperrolling elements
- 99
- Außenverzahnungexternal teeth
- 1010
- Außenverzahnungexternal teeth
- 1111
- Sonnenradsun
- 1212
- Kontaktzonecontact zone
- 1313
- Kontaktzonecontact zone
- 1414
- Kontaktzonecontact zone
- 1515
- Anlaufscheibethrust washer
- 1616
- Schichtlayer
- 1717
- Vertiefungdeepening
Claims (10)
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Legal Events
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R081 | Change of applicant/patentee |
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