DE102012006971A1

DE102012006971A1 - Sinter-Getriebeelement

Info

Publication number: DE102012006971A1
Application number: DE201210006971
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2013-10-10

Abstract

Die Erfindung betrifft Getriebeelemente aus härtbarem Sintermetall, insbesondere Stahl, mit unter Hertz'scher Pressung belasteten Kontaktflächen bzw. Laufflächen, insbesondere Zahnräder oder Wälzlager, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus offenporigem Sintermetall mit zueinander und zu den Kontaktflächen bzw. Laufflächen offenen Poren hergestellt und die Poren mit Dauerschmiermittel gefüllt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Getriebeelemente aus härtbarem Sintermetall, insbesondere aus Stahl, gemäß dem Oberbegriff des Patentsanspruchs 1.
Beispielsweise in Zahnrädern oder Wälzlagern treten höchste Hertz'sche Pressungen in den dort vorherrschenden konvex – konvexen oder konvex – konkaven Kontakten auf. Um die Reibung an diesen Stellen zu reduzieren, sind diese Kontakte durch äußere Schmiermittel (Tauchschmierung, etc.) geschmiert. Sowohl die Schmierung (Planschverluste) als auch die Abdichtung z. B. mittels Wellendichtringen in Getriebegehäusen verursachen jedoch Wirkungsgradverluste, so dass in dieser Hinsicht trocken laufende Getriebe von nicht unbeträchtlichem Vorteil wären.
Sehr poröse Sintermaterialien werden heute in verschiedenen Gleitlagern als Buchsen mit Notlaufeigenschaften eingesetzt, die dort herrschenden Pressungen sind allerdings mehr als eine Zehnerpotenz kleiner als die Pressungen in Hertz'schen Kontakten von z. B. Zahnrädern und Wälzlagern.
Es sind ferner aus Sintermaterialien hergestellte und oberflächengehärtete Zahnräder bekannt, die bereits konturengenau im Sinterverfahren herstellbar und deshalb bei großen Stückzahlen kostengünstiger sind als z. B. Zahnräder aus den Stählen 20MnCr5 oder 17CrNiMo6. Die gesinterten Zahnräder werden in Getrieben eingesetzt, herkömmlich geschmiert und weisen eine geringfügig verminderte Festigkeit auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, Getriebeelemente der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die bei einer kostengünstigen Herstellbarkeit eine verringerte Reibung aufweisen und ggf. sogar ohne äußere Schmiermittel einsetzbar sind.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Getriebeelemente aus offenporigem Sintermetall mit zueinander und zu den Kontaktflächen bzw. Laufflächen offenen Poren hergestellt und die Poren mit Dauerschmiermittel gefüllt sind. Überraschend hat sich in Versuchen herausgestellt, dass derartige Getriebeelemente ohne äußere Schmierung und mit geringen Reibungsverlusten über Laufzeiten einsetzbar sind, die ein beträchtliches Vielfaches herkömmlicher (trocken laufender) Getriebeelemente übersteigt. Bei diesen Versuchen war nur ein Wälzpartner des Kontaktes mit offenporigem Sintermaterial ausgeführt, der zweite Partner war aus normalen einsatzgehärteten Stahl gefertigt.
Daraus resultiert, dass abhängig von der Belastung der Getriebeelemente diese mit verringerten Reibwerten, mit geringerem Schmierungsaufwand (z. B. verringerte Schmiermittelmengen in Getrieben) oder sogar ohne äußere Schmierung eingesetzt werden können. Als Getriebeelemente können neben Zahnrädern und Wälzlagern z. B. auch axial belastete Anlaufscheiben, Schneckentriebe, etc. verwendet sein.
Das Schmiermittel kann z. B. unter Druck mittels einer geeigneten Vorrichtung von der einen Seite des Getriebeelements eingepresst werden, bis auf der gegenüber liegenden Seite das Schmiermittel austritt und somit alle Poren mit Schmiermittel gefüllt sind. Wird das Getriebeelement örtlich mit Punkt- oder Linienlast (Hertz'sche Pressung) belastet, so tritt das eingelagerte Schmiermittel aus den durch die Pressung verformten Poren aus und schmiert die Kontaktfläche derart, dass Reibungszahlen wie bei äußerlich geschmierten Getriebeelementen messbar sind.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können nach dem Befüllen der Poren mit Schmiermittel die Poren an den nicht belasteten Oberflächen verschlossen sein. Damit bleibt das Schmiermittel über eine lange Laufzeit des Getriebeelements gezielt dort vorgelagert, wo es zur Schmierung zur Verfügung stehen soll bzw. benötigt wird. Ein Verschließen der Poren ist ggf. dort nicht erforderlich, wo diese aufgrund deren baulicher Anordnung (z. B. unmittelbar angrenzende Getriebeelemente, umgebende Gehäuse) ohnehin abgedeckt sind.
Die Poren an den besagten Oberflächen können durch Abdeckteile, durch mechanische Verdichtung (z. B. Roll- oder Wälzverfahren) oder aber durch eine Beschichtung, insbesondere mittels eines Lacks, verschlossen sein.
Bei Wälzlagern als Getriebeelemente können bevorzugt der Außenring und/oder der Innenring aus dem offenporigen Sintermetall und die Wälzelemente in herkömmlicher Weise aus Stahl hergestellt sein.
Des Weiteren kann bei Zahnrädern aus offenporigem Sintermaterial, die ohne äußere Schmiermittelzufuhr natürlich wesentlich geringere Wärmeabfuhr zeigen, die Wärmeerzeugung an den Zahnflanken durch angepasste Verzahnungsgeometrien (z. B. low-loss-Verzahnungen) ausgeglichen sein.
Die offenporigen Getriebeelemente können ferner vorteilhaft bei Zahnradgetrieben – insbesondere bei Planetengetrieben – eingesetzt werden, bei denen eine Zahnradpaarung mit einem Außenzahnrad und einem Innenzahnrad bzw. Hohlrad vorliegt. Hier ist die Hertz`sche Pressung durch den Kontakt konvex – konkav niedriger und weist erheblich geringere, tangentiale Gleitgeschwindigkeiten als bei normalen, außenverzahnten Zahnradpaarungen auf, die dementsprechend zu geringerer Wärmeerzeugung im Kontakt führen.
Die Erfindung ist im Folgenden mittels zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel sind an einem Wälzlager als Getriebeelement – dies kann ein von der Konstruktion her bekanntes Kugellager oder Rollenlager sein – der Außenring und der Innenring aus einem offenporigen und an der Oberfläche gehärtetem Sinterstahl hergestellt.
Nach dem Härten der Lagerringe werden diese in eine Vorrichtung eingelegt, in der unter Druck ein Schmiermittel, insbesondere ein Schmierfett, in die zur Oberfläche offenen Poren eingepresst wird. Das Schmierfett wird dabei beispielsweise von der einen Radialfläche der Lagerringe eingepresst, bis auf der gegenüberliegenden Seite bzw. Radialfläche das Schmierfett austritt.
Je nach Einsatz des gefertigten Wälzlagers werden sodann die Poren an den frei liegenden, nicht in Hertz'scher Pressung beanspruchten Oberflächen der Lagerringe verschlossen. Die Oberflächen können insbesondere die seitlichen Radialflächen sein.
Das Verschließen der Poren wird bevorzugt mittels einer Beschichtung, z. B. durch Aufsprühen eines Lacks, vorgenommen.
Alternativ können aber auch Abdeckteile aus Kunststoff oder dünnwandige Blechscheiben verwendet sein oder die Poren können durch mechanische Bearbeitung mittels druckbeaufschlagter Rollen oder Walzen verschlossen werden.
Nach dem Zusammenbau des Wälzlagers mit den vorstehend hergestellten Lagerringen und herkömmlichen, ggf. in Lagerkäfigen geführten Wälzelementen aus Stahl ist dieses für den Einbau in Getriebe oder industrielle Maschinen für einen Betrieb ohne oder mit verringerter, äußerer Schmiermittelzufuhr geeignet.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden Zahnräder als Getriebeelemente so gefertigt, dass diese ohne oder mit verringerter, äußerer Schmiermittelzufuhr in Getrieben verwendbar sind.
Die Zahnräder können z. B. das innenverzahnte Hohlrad und ein außenverzahntes Zahnrad eines Planetengetriebes herkömmlicher Bauart sein. Die Zahnräder können alternativ auch nur außenverzahnte Zahnräder z. B. für ein Schaltgetriebe in Kraftfahrzeugen sein, die ggf. eine low loss Verzahnungsgeometrie aufweisen.
Die Zahnräder sind abweichend von der herkömmlichen Bauart aus einem offenporigen, Oberflächen gehärteten Sinterstahl mit zueinander und zu den Kontaktflächen offenen Poren hergestellt, die wie vorbeschrieben mit einem Dauerschmiermittel, insbesondere Schmierfett, gefüllt sind.
Anschließend sind die offenen Poren der Zahnräder wiederum an den frei liegenden, unbelasteten Oberflächen bzw. Seitenflächen verschlossen, um ein Austreten des eingelagerten Schmiermittels zu unterbinden bzw. nur an den Hertz'schen Pressungen unterliegenden Zahnflanken zuzulassen.
Das in die offenen Poren eingelagerte Schmiermittel bzw. Schmierfett ermöglicht eine dauerhafte Schmierung der Getriebeelemente, wobei bei Hertz'scher Belastung der Laufflächen (Wälzlagerringe) oder Kontaktflächen (Zahnräder oder Hohlräder) das Schmiermittel aus den Poren austritt und eine wirksame Schmierung sicherstellt. Die auftretenden Reibungszahlen können den Reibungszahlen von Getriebeelementen mit äußerer Schmiermittelzufuhr entsprechen.
Als Getriebeelemente können wie vorbeschrieben Wälzlager oder Zahnräder verwendet sein. Andere Anwendungsbeispiele können Anlaufringe, Schneckentriebe, etc. sein, bei denen Hertz'sche Pressungen an den Laufflächen und/oder Kontaktflächen auftreten.

Claims

Getriebeelemente aus härtbarem Sintermetall, insbesondere Stahl, mit unter Hertz'scher Pressung belasteten Kontaktflächen bzw. Laufflächen, insbesondere Zahnräder oder Wälzlager, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus offenporigem Sintermetall mit zueinander und zu den Kontaktflächen bzw. Laufflächen offenen Poren hergestellt und die Poren mit Dauerschmiermittel gefüllt sind.
Getriebeelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Befüllen der Poren mit Schmiermittel die Poren an nicht belasteten Oberflächen verschlossen sind.
Getriebeelemente nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen durch Abdeckteile verschlossen sind.
Getriebeelemente nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren der nicht belasteten Oberflächen durch mechanische Verdichtung verschlossen sind.
Getriebeelemente nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren an den nicht belasteten Oberflächen mittels eine Beschichtung, insbesondere mittels eines Lacks, versiegelt sind.
Getriebeelemente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Wälzlagern der Außenring und/oder der Innenring aus dem offenporigen Sintermetall und die Wälzelemente aus Stahl hergestellt sind.
Getriebeelemente nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Zahnrädern in Getrieben ohne äußeres Schmiermittel oder mit reduzierter, äußerer Schmiermittelmenge die verringerte Wärmeabfuhr durch angepasste Verzahnungsgeometrien (z. B. low loss Verzahnungen) ausgeglichen ist.
Getriebeelemente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Zahnrädern eines Getriebes bevorzugt eine Zahnradpaarung von Außenzahnrad und Innenzahnrad bzw. Hohlrad verwendet ist.