DE102017122921A1

DE102017122921A1 - Verfahren zur Herstellung eines Planetenradbolzens mit erhöhter Härte

Info

Publication number: DE102017122921A1
Application number: DE102017122921.3A
Authority: DE
Inventors: Shawn PIERCE; Earl Goldsberry; Alfred Thomas; Joseph T. Griffin
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2017-10-04
Publication date: 2018-05-03
Also published as: US20180119243A1; US10077484B2

Abstract

Ein Verfahren zum Härten eines Planetenradbolzens beinhaltet Karbonitrieren einer äußeren Umfangsfläche des Planetenradbolzens und Abschrecken des Planetenradbolzens in Öl bei einer Temperatur von zwischen ungefähr 120° und 150° C. Das Verfahren beinhaltet auch ein Abschrecken des Planetenradbolzens in einer Flüssigkeit bei einer Temperatur von zwischen ungefähr -70 und -120° C und Anlassen des Planetenradbolzens. Nach dem Anlassen besitzt die äußere Umfangsfläche des Planetenradbolzens eine Oberflächenhärte von HV 832 oder mehr, wobei der Bolzenwerkstoff bis zu einer Tiefe von mindestens 0,5 mm eine Härte von mindestens HV 513 beibehält. Es ist auch möglich, zusätzliche Schritte wie Hochtemperaturanlassen und Induktionshärten durchzuführen, um für ein Verstemmen weiche Enden am Bolzen zu realisieren.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Planetenradbolzens, insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung eines Planetenradbolzens mit erhöhter Härte.
Hintergrund
Planetenräder und Planetenradsätze werden in verschiedenen Arten von Anwendungen einschließlich Fahrzeugsystemen eingesetzt. Ein Beispiel eines Planetenrads ist ein durch ein Radiallager drehbar auf einem Bolzen montiertes Ritzelrad. Der Bolzen ist an beiden Seiten mit einem Träger verbunden, der auch zusätzliche Ritzelräder aufweisen kann. In einigen Anwendungen sind Planetenradbolzen hohen Flächenkontaktdrücken und hohen Temperaturen unterworfen. Ein zunehmender Bedarf an kleineren Planetenradsätzen und Planetenradbauteilen oder höhere Drehmomenteinleitungen in Fahrzeuganwendungen haben zu höherer Leistungsdichte und höheren Flächenkontaktdrücken an Planetenradbolzen geführt.
Solche Planetenradbolzen könnten ausreichende Härte und mechanische Festigkeit benötigen, um Flächenkontaktdrücken von 5000 MPa oder mehr zu widerstehen und gleichzeitig eine ausreichend lange Dauerfestigkeit unter Wälzkontakt und Maßbeständigkeit unter erhöhten Temperaturen aufrechtzuerhalten. Diese Eigenschaften sind mit kostengünstigen Werkstoffen und Verfahren schwer zu erreichen.
Insbesondere können aktuell übliche Wärmebehandlungsverfahren zum Härten von Planetenradbolzen im Falle von kleineren Bolzen die notwendige Härte nicht herstellen. Alternative Optionen zum Erreichen von örtlich begrenzter Oberflächenhärte, wie zum Beispiel Kugelstrahlen, Plattieren, Beschichten usw. erzeugen keine ausreichende Oberflächenhärte und/oder Härtetiefe und eventuell auch keine Qualitätslaufbahnflächen bei Radiallagern. Weiterhin, Werkstoffe, die die notwendigen Eigenschaften inhärent besitzen, sind wirtschaftlich nicht rentabel. Folglich existiert eine Notwendigkeit für ein Verfahren zum Härten von kostengünstigen Werkstoffen (z.B. Stahllegierungen), welche für die Herstellung von Planetenradbolzen mit ausreichenden Härteeigenschaften zum Widerstehen von auf die Bolzen wirkenden erhöhten Flächenkontaktdrücken geeignet sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, Wege zum Überwinden dieser und anderer im Stand der Technik vorhandenen Probleme vorzuschlagen.
Zusammenfassung
Gemäß einer Ausführung betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Härten eines Planetenradbolzens. Das Verfahren beinhaltet Karbonitrieren einer äußeren Umfangsfläche des Planetenradbolzens und Abschrecken des Planetenradbolzens in Öl bei einer Temperatur zwischen ungefähr 120 und 150° C. Das Verfahren beinhaltet auch ein Tieftemperaturabschrecken des Planetenradbolzens in einer Tieftemperaturflüssigkeit bei einer Temperatur zwischen ungefähr -70 und -120° C, und Anlassen des Planetenradbolzens. Nach dem Anlassen besitzt die äußere Umfangsfläche des Planetenradbolzens eine Oberflächenhärte von HV 832 oder mehr, wobei der Bolzenwerkstoff bis zu einer Tiefe von mindestens 0,5 mm eine Härte von mindestens HV 513 beibehält.
Gemäß einer anderen Ausführung betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines Planetenradsatzes. Das Verfahren beinhaltet Härten eines Planetenradbolzens durch: Karbonitrieren einer äußeren Umfangsfläche des Planetenradbolzens und Abschrecken des Planetenradbolzens in Öl bei einer Temperatur zwischen ungefähr 120 und 150° C. Das Verfahren beinhaltet auch ein Tieftemperaturabschrecken des Planetenradbolzens in einer Tieftemperaturflüssigkeit bei einer Temperatur zwischen ungefähr -70 und -120° C, und Anlassen des Planetenradbolzens. Nach dem Anlassen besitzt die äußere Umfangsfläche des Planetenradbolzens eine Oberflächenhärte von HV 832 oder mehr, wobei der Bolzenwerkstoff bis zu einer Tiefe von mindestens 0,5 mm eine Härte von mindestens HV 513 beibehält. Das Verfahren beinhaltet außerdem das Befestigen einer mit Rollen versehenen Radiallagereinheit und eines eine Getriebeverzahnung aufweisenden Radkörpers an einem Planetenradbolzen, und Befestigen von sich gegenüberliegenden Enden des Planetenradbolzens an einen Träger.
In einigen Ausführungen beinhaltet das Härten ein Hochtemperaturanlassen des Planetenradbolzens und ein Induktionshärten der Oberfläche des Planetenradbolzens nach dem Abschrecken in Öl und vor dem Abschrecken in der Tieftemperaturflüssigkeit. In einem Verfahren, das diese zusätzlichen Schritte beinhaltet, haben Endflächen des Planetenradbolzens eine Härte von zwischen HV 170 und HV 350.
In noch anderen Ausführungen beinhaltet das Härten zusätzlich zu dem Anlassen nach dem Abschrecken in der Tieftemperaturflüssigkeit, ein Anlassen des Planetenradbolzens nach dem Abschrecken in Öl und vor dem Hochtemperaturanlassen.
Figurenliste
Die vorangehende Zusammenfassung und die nachfolgende ausführliche Beschreibung werden besser zu verstehen sein, wenn mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen, in denen eine bevorzugte Ausführung der Erfindung dargestellt ist. Die Figuren zeigen:

1 eine Querschnittsansicht eines Abschnittes eines Planetenradsatzes,
2 eine Darstellung eines Bolzens, der in Zusammenhang mit dem Planetenradsatz gemäß 1 verwendet werden kann,
3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Härtungsverfahrens für die Behandlung eines Bolzens,
3A eine Darstellung eines Bolzens nach einem Karbonitrierungs-Schritts, und
4 ein Ablaufdiagramm eines anderen beispielhaften Härtungsverfahrens für die Behandlung eines Bolzens, einschließlich der Schritte für die Herstellung von weicheren Enden für das Verstemmen.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
In 1 ist ein Abschnitt eines beispielhaften Planetenradsatzes 10 dargestellt. Der Planetenradsatz 10 weist einen Träger 12 und ein Planetenrad 14 auf. Obwohl nur ein Planetenrad 14 gezeigt ist, ist es zu verstehen, dass der Träger 12 auch zusätzliche Planetenräder 14 aufweisen kann. Zum Beispiel kann das Planetenrad 14 ein Ritzelrad einer Mehrzahl von Planetenrädern sein, welche sternförmig um ein axiales Zentrum des Trägers 12 angeordnet sind.
In einer beispielhaften Ausführung weist das Planetenrad 14 einen Radkörper 16 auf, der eine Mehrzahl von Radzähnen 18 aufweist, sowie eine Lagereinheit 20 und einen Bolzen 22. Der Radkörper 16 hat im Wesentlichen eine zylindrische Form und weist eine zentrale Bohrung zur Aufnahme von der Lagereinheit 20 auf. Die Lagereinheit 20 ist ein mit Rollen 24 versehenes Radiallager. Die Rollen 24 haben vorzugsweise eine zylindrische Form, können aber auch andere Formen besitzen. Die Rollen 24 können auch in einem Lagerkä26 gehalten und positioniert werden.
Die Rollen 24 sind derart ausgebildet, dass sie sich zwischen zwei gegenüber einander liegenden Laufbahnen wälzen können. Zum Beispiel kann eine erste Laufbahn durch eine innere Fläche des Radkörpers 16 oder durch ein separates Bauteil der Lagereinheit 20 gebildet werden. Eine zweite Laufbahn wird vorzugsweise durch den Bolzen 22 gebildet. Anders ausgedrückt sind die Rollen 24 in Kontakt mit und wälzen sich an einer äußeren Fläche 28 des Bolzens 22.
Während des Betriebs kommt das Planetenrad 14 in Eingriff mit anderen Getriebebauteilen (z.B. einem Sonnenrad und/oder einem Hohlrad), wodurch eine betreibende Kraft auf das Planetenrad 14 aufgetragen wird. Die betreibende Kraft schließt einen Flächenkontaktdruck ein, der auf den Bolzen 22 übertragen wird. In einigen Fällen kann dieser Flächenkontaktdruck 5000 MPa oder mehr betragen. Gekoppelt mit den hohen Betriebstemperaturen, die herrschen könnten, kann der Bolzen 22 anfällig für Verformung sein. Aus diesem Grund muss der Bolzen 22 Merkmale besitzen, die diesen Bedingungen Widerstand leisten können, damit des Planetenrad 14 während einer gewünschten Lebensdauer seiner Teile betriebsfähig bleibt.
In 2 ist weiterhin der Bolzen 22 dargestellt. Der Bolzen 22 weist einen mittleren Abschnitt 30 und ein Paar von sich gegenüberliegenden Endabschnitten 32 auf. Die äußere Fläche 28 des Bolzens 22 erstreckt sich durch den mittleren Abschnitt 30 und durch die zwischen den sich gegenüberliegenden Endflächen 34 liegenden Endabschnitten 32. Die Endflächen 34 sind kreisrunde Flächen, die sich im Wesentlichen rechtwinklig zu der äußeren Fläche 28 und parallel zueinander erstrecken. Im Wesentlichen entspricht der mittlere Abschnitt 30 dem Abschnitt der äußern Fläche 28, der in Kontakt mit den Rollen 24 steht. Anders ausgedrückt ist die Länge des mittleren Abschnitts 30 ungefähr so groß wie eine Länge der Rollen 24. Die Endabschnitten 32 sind jeweils zwischen dem mittleren Abschnitt 30 und einer jeweiligen Endfläche 34 begrenzt.
Es muss mindestens der mittlere Abschnitt 30 eine ausreichende Härte besitzen, um eine stabile Lauffläche für die Rollen 24 zur Verfügung zu stellen, welche geeignet ist, einem hohen Flächenkontaktdruck bei hohen Temperaturen zu widerstehen. In einer beispielhaften Ausführung wurde es festgestellt, dass diese ausreichende Härte mindestens HV 832 entsprechen muss. Weiterhin, um eine stabile Lauffläche zu bilden, muss diese Härte sich tief genug von der äußeren Oberfläche 28 in den Körper des Bolzens 22 hinein erstrecken. Insbesondere muss diese Härte eine Tiefe 36 von gehärtetem Werkstoff aufweisen, um ausreichend zu sein. In mindestens einigen Ausführungen wurde festgestellt, dass die Tiefe von gehärtetem Werkstoff bei der die Härte nicht unter HV 513 fällt, soll mindestens 0,5 mm betragen. Diese Flächenausdehnung ist an einem gehärteten Abschnitt 40 identifiziert. Obwohl dieser gehärtete Abschnitt 40 lediglich nahe der Oberfläche des Bolzens 22 gezeigt ist, ist es zu verstehen, dass die Tiefe des gehärteten Abschnitts der Größe des Radius des Bolzens 22 betragen kann, so dass die Größe des gehärteten Abschnitts 40 des Bolzens 22 bis zu der Größe des gesamten Körpers des Bolzens 22 besitzen kann. Die Tiefe des gehärteten Abschnitts 40 wird von mehreren Faktoren einschließlich des Werkstoffes des Bolzens 22 und der Parameter des Härtungsverfahrens abhängen.
Die Art und Weise der Befestigung Bolzens 22 an den Träger 12 wird auch einen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Bolzens 22 ausüben. Zum Beispiel in einigen Ausführungen ist der Bolzen 22 vorzugsweise durch ein Stemmverfahren an den Träger 12 befestigt. Wie in 1 gezeigt, beinhaltet ein Stemmverfahren eine Verformung eines Abschnitts 38 der Endflächen 34 des Bolzens 22, um einen Presssitz zwischen dem Bolzen 22 und dem Träger 12 zu kreieren. Um die Enden des Bolzens 22 verstemmen zu können, muss jedoch die Härte der Endabschnitte 32 und insbesondere der Endflächen 34 weniger als HV 832 betragen, welche Härte aber für die äußere Fläche 28 im mittleren Abschnitt 30 notwendig ist. Vorzugsweise zum Beispiel haben die Endflächen 34 eine Härte von zwischen HV 170 und HV 350. Es ist zu verstehen, dass auch andere Verfahren für die Befestigung des Bolzens 22 an den Träger 12 zum Einsatz kommen können. In diesen anderen Verfahren (z.B. bei Schraub- oder Klebverbindungen usw.) ist es nicht notwendig, dass die Endabschnitte 34 weicher sind.
Die Erfindung offenbart ein Härtungsverfahren, um die oben beschriebenen mechanischen Eigenschaften in dem Bolzen 22 zu erhalten, der aus einem wirtschaftlich geeigneten Werkstoff wie einer Stahllegierung gefertigt wird. Das Härtungsverfahren wird variieren, je nach der Art und Weise, wie der Bolzen 22 an den Träger 12 befestigt werden soll. Zum Beispiel, in dem Fall, in dem der Bolzen 22 in den Träger 12 verstemmt werden soll, wird das Härtungsverfahren zusätzliche Schritte aufweisen, um die weicheren Endabschnitte 32 zu produzieren.
In 3 ist ein beispielhaftes Härtungsverfahren 300 für die Behandlung des Bolzens 22 dargestellt. Das Härtungsverfahren 300 beinhaltet eine Karbonitrierung des Bolzens 22 (Schritt 310). Zum Beispiel wird eine äußere Umfangsfläche 28 des Bolzens 22 einer Gasmischung ausgesetzt, die bewirkt, dass Kohlenstoffatome und/oder Stickstoffatome in den Bolzen 22 hinein diffundieren.
In 3A ist der Bolzen 22 nach dem Karbonitrierungsschritt dargestellt. Insbesondere ist ein angereicherter Bereich 42 gebildet (sich ausdehnend von der äußeren Umfangsfläche 28 bis zu einer gewählten Tiefe), der eine hohe Konzentration von Kohlenstoffatomen und Stickstoffatomen enthält, welche Eigenschaften produzieren, die nach dem Abschrecken in Öl die Härte erhöhen und weiteres Härten ermöglichen.
Nach der Karbonitrierung wird der Bolzen 22 in einem Ölbad abgeschreckt (Schritt 320). Zum Beispiel wird der Bolzen 22 in Öl bei ungefähr 120-150° C abgeschreckt. Als Ergebnis des Abschreckens in Öl bekommt der angereicherte Bereich 42 eine Oberflächenhärte von ungefähr HV 800-940. Die Tiefe der erhöhten Oberflächenhärte hängt von dem Grundwerkstoff des Bolzens 22 ab.
Zum Beispiel, wenn der Bolzen 22 aus einem niedriggekohlten Stahl angefertigt ist, beschränkt sich der gehärtete Abschnitt 40 in der Regel auf eine Fläche in der Nähe der Oberflächen des Bolzens 22, wie in 2 gezeigt. Ist der Bolzen 22 aus einem Hartstahl angefertigt, wird der gehärtete Abschnitt 40 sich durch den gesamten Körper des Bolzens 22 ausdehnen (z.B. wird er nicht an irgendeiner Tiefe wesentlich kleiner), derart, dass die Tiefe des gehärteten Abschnitts 40 gleich groß ist wie der Radius des Bolzens 22.
Das Abschrecken in Öl verwandelt Austenit in Martensit, wodurch die erhöhte Härte im gehärteten Abschnitt 40 entsteht. Es ist jedoch möglich, dass die Menge des verbleibenden Austenits (z. B. Austenit, der nicht in Martensit verwandelt wurde) nach dem Abschrecken in Öl noch relativ groß ist. Zum Beispiel kann der verbleibende Austenit ungefähr 5 bis 25% des Werkstoffs im gehärteten Abschnitt 40 des Bolzens 22 ausmachen. In Ausführungen aus Hartstahl, in denen der Bolzen 22 nach dem Abschrecken in Öl durchgehärtet sein kann, könnte die Menge von verbleibendem Austenit von zwischen 5 und 25% nur für die dem angereicherten Abschnitt 42 entsprechende Fläche gelten.
Um den Bolzen 22 noch weiter zu härten, wird der Bolzen 22 dann mit Tieftemperaturabschrecken (Schritt 330) behandelt. Zum Beispiel wird der Bolzen 22 in eine Tieftemperaturflüssigkeit eingetaucht (z.B. in flüssigen Stickstoff) bei einer Temperatur von zwischen ungefähr -70 und -120° C. Das Tieftemperaturabschrecken verwandelt den Austenit weiter (z.B. verbleibender Austenit nach dem Abschrecken in Öl) in Martensit, wodurch der Bolzen 22 weiter gehärtet wird. Zum Beispiel ist die Menge des verbleibenden Austenits im gehärteten Abschnitt 40 nach dem Tieftemperaturabschrecken weniger als 5%. Dies kann, je nach dem für den Bolzen 22 verwendeten Werkstoff, für den gesamten angereicherten Abschnitt 40 oder nur für die dem angereicherten Abschnitt 42 entsprechende Fläche gelten.
Danach wird der tieftemperaturabgeschreckte Bolzen 22 angelassen (Schritt 340). Die Anlassbehandlung trägt dazu bei, Restspannungen in dem Bolzen 22 zu mindern, wodurch die Dehnbarkeit erhöht und die Sprödigkeit reduziert wird. Zum Beispiel wird spröder tetragonaler Martensit in dehnbareren kubischen Martensit verwandelt. In einer Ausführung beinhaltet die Anlassbehandlung ein Aussetzen des Bolzens 22 einer Temperatur von ungefähr 180 - 230° C, gefolgt von einer Luftkühlung bei Umgebungstemperatur.
Nach dem Anlassschritt ist es mindestens die äußere Umfangsfläche des Bolzens 22, die den gehärteten Abschnitt 40 mit einer Härte von mindestens HV 832 und einer Tiefe des gehärteten Werkstoffs von mindestens 0,5 mm enthält, in der die Härte nicht unter HV 513 fällt. Als Ergebnis des Verfahrensschritts 300 können die Endflächen 34 eine ähnliche Härte aufweisen wie die äußere Umfangsfläche 28. Folglich können durch das Verfahren 300 gehärtete Planetenradbolzen durch ein anderes Verfahren als Verstemmen oder ein anders geartetes Verformen des Bolzens 22 an den Träger 12 befestigt werden. Wie weiter unter beschrieben, können, um weichere Endabschnitte 32 zu erhalten, zusätzliche Behandlungsschritte durchgeführt werden.
In 4 ist ein weiteres Härtungsverfahren 400 für die Behandlung des Bolzens 22 dargestellt. Das Härtungsverfahren 400 beinhaltet Schritte, die weichere Endabschnitte 32 produzieren, und hierdurch ein Verstemmen des Bolzens 22 in den Träger 12 ermöglichen. Das Härtungsverfahren 400 beinhaltet Karbonitrierung (Schritt 410) und Abschrecken in Öl (Schritt 420) ähnlich wie bei Verfahren 300 beschrieben. An diesem Punkt kann ein optionaler Anlassschritt (Schritt 425) durchgeführt werden.
Nach dem Abschrecken in Öl (oder dem optionalen Anlassen) wird der Bolzen 22 bei hoher Temperatur angelassen (Schritt 430), um die benötigte niedrige Härte in den Endabschnitten 32 zu erhalten. Der Schritt des Hochtemperaturanlassens kann ein Erhitzen des Bolzens 22 auf ungefähr 650° C oder höher während einer Zeitdauer von 2-4 Stunden gefolgt von einem langsamen Abkühlen zurück auf die Umgebungstemperatur enthalten. Der Schritt des Hochtemperaturanlassens reduziert die Härte des Bolzens 22 zum Beispiel auf ca. HV 170-350. In diesem Zustand ist das Mikrogefüge für ein Nachhärten vorbereitet und die Enden des Bolzens 22 sind weich genug, um ein Durchführen des Verstemmens zu ermöglichen. Der Schritt des Hochtemperaturanlassens kann alternativ als ein Glühen betrachtet werden.
Als Nächstes wird der Bolzen 22 induktionsgehärtet (Schritt 440). Der Schritt des Induktionshärtens wird nur auf den mittleren Abschnitt 30 des Bolzens 22 durchgeführt, um die Laufbahnabschnitte des Bolzens 22 zu härten (d.h. nicht auf die Endflächen 34). Dies wird realisiert durch Induktionshärten der äußeren Fläche 28 gefolgt von Abschrecken. In einer beispielhaften Ausführung beinhaltet der Schritt des Induktionshärtens ein Erwärmen bei einer Temperatur von 800-1050° C gefolgt von Abschrecken in Öl.
Nach der Durchführung des mit dem Schritt des Induktionshärtens assoziierten Abschreckens enthält der gehärtete Abschnitt 40 ungefähr 5-25% verbleibenden Austenit und eine Härte von ca. HV 700-900. Die Endflächen andererseits werden durch den Schritt des Induktionshärtens nicht wesentlich beeinflusst, und behalten eine weichere, bearbeitbare Struktur bei.
Um die äußere Fläche 28 weiter zu härten, beinhaltet das Verfahren 400 weiterhin ein Tieftemperaturabschrecken des Bolzens 22 (Schritt 450) und ein Anlassen (Schritt 460). Diese Schritte können mit den Schritten 330 und 340 des oben beschriebenen Verfahrens 300 identisch sein. Zum Beispiel wird der induktionsgehärtete Bolzen 22 in eine Tieftemperaturflüssigkeit eingetaucht (z.B. in flüssigen Stickstoff) bei einer Temperatur von ungefähr zwischen -70° und - 120° C. Das Tieftemperaturabschrecken verwandelt weiterhin Austenit (z.B. den nach dem Abschrecken in Öl verbleibenden Austenit) in Martensit, der den Bolzen 22 weiter härtet. Nach dem Tieftemperaturabschrecken beträgt der Anteil des verbleibenden Austenits in dem gehärteten Abschnitt 40 weniger als 5%. Der Anlassschritt reduziert die Restspannungen und verbessert die Dehnbarkeit.
Nach dem Anlassschritt weist die äußere Umfangsfläche des Bolzens 22 den gehärteten Abschnitt 40, der eine Härte von mindestens HV 832 und eine effektive Einsatzhärtetiefe 36 von mindestens 0,5 mm bei HV 513 besitzt. Als Ergebnis des Verfahrens 400 bleiben die Endflächen 34 weich und besitzen eine Härte von zwischen HV 170 und HV 350. Folglich können durch das Verfahren 400 gehärtete Planetenradbolzen durch Verstemmen an den Träger 12 befestigt werden, in welchem die Enden verformt werden, um den Bolzen 22 an den Träger 12 zu befestigen.
Die beispielhaft offenbarten Verfahren 300 und 400 bilden alternative Verfahren zum Härten eines Planetenradbolzens derart, dass eine äußere Umfangsfläche des Planetenradbolzens einen gehärteten Abschnitt aufweist, der eine Oberflächenhärte von HV 832 oder mehr besitzt, wobei der Bolzenwerkstoff eine Härte von mindestens HV 513 bis zu einer Tiefe von mindestens 0,5 mm beibehält. Die Verfahren beinhalten mehrere gemeinsame Schritte einschließlich eines Tieftemperaturabschreckens, welches schließlich zu hohen Härtemerkmalen führt. Die hohe, durch das Tieftemperaturabschrecken kreierte Härte, führt zu einer bislang in aus einem kostengünstigen Werkstoff, zum Beispiel einer Stahllegierung, hergestellten Planetenradbolzen, nicht zu findenden mechanischen Festigkeit. Durch diese Festigkeit sind die Bolzen in der Lage höheren Flächenkontaktdrücken Widerstand zu leisten als herkömmliche Bolzen (z.B. Kontaktdrücke von mehr als 5000 MPa). Auf diese Weise kann ein Satz von Planetenradbolzen mit kleineren Planetenradbolzen zum Einbau in kleineren Betriebseinbauräumen hergestellt werden. Weiterhin können die Bolzen in anderen Situationen verwendet werden, in denen eine Verformung der Bolzen auf Grund eines hohen Kontaktdrucks ein Problem darstellt.
Ein zugehöriges Verfahren zur Herstellung eines Planetenradbolzensatzes ist ebenfalls offenbart. Das Verfahren kann ein Härten des Planetenradbolzens nach einem der oben beschriebenen Verfahren 300 oder 400 beinhalten. Eine Lagereinheit mit Rollen und einem Radkörper mit Getriebeverzahnung werden anschließend an den Planetenradbolzen befestigt. Zusätzlich werden sich gegenüberliegenden Enden des Planetenradbolzens an einen Träger befestigt. In einigen Ausführungen (d.h. wenn der Planetenradbolzen durch das Verfahren 400 gehärtet wird) beinhaltet das Befestigen des Planetenradbolzens an den Träger ein Verstemmen, bei dem die Enden des Planetenradbolzens verformt werden. Weiter, beinhaltet das Verfahren in einigen Ausführungen ein Härten von einer Mehrzahl von Planetenradbolzen und ein Befestigen jedes der Planetenradbolzen an einer anderen Stelle an den Träger.
Nach der vorhergehenden ausführlichen Beschreibung der aktuell bevorzugten Ausführungen muss es verstanden werden und für den Fachmann klar und naheliegend sein, dass zahlreiche physische Änderungen, von denen nur einige in der vorhergehenden ausführlichen Beschreibung beispielhaft angeführt sind, vorgenommen werden könnten, ohne die hierin verkörperten erfinderischen Ideen und Prinzipien zu verändern. Es muss auch verstanden werden, dass zahlreiche Ausführungen, welche nur Teile der bevorzugten Ausführung beinhalten, möglich sind, und, mit Bezug auf diese Teile die hierin verkörperten erfinderischen Ideen und Prinzipien der Erfindung nicht verändern. Aus diesem Grund sind die vorliegende Ausführung und optionale Ausbildungen der Erfindung in jeder Hinsicht als beispielhaft und/oder als erklärend und nicht als einschränkend zu verstehen, weil der Schutzbereich der Erfindung durch die angeführten Ansprüche angegeben wird und nicht durch die vorhergehende Beschreibung, so dass alle alternativen Ausführungen und an der vorliegenden Ausführung vorgenommenen Änderungen, welche im Sinne der Ansprüche zu verstehen sind und im Gleichwertigkeitsbereich der Ansprüche liegen, somit durch die Ansprüche abgedeckt sind.
Bezugszeichenliste

10: Planetenradbolzensatz
12: Träger
14: Planetenrad
16: Radkörper
18: Getriebeverzahnung
20: Lagereinheit
22: Bolzen
24: Radialrollenlager
26: Lagerkäfig
28: Äußere Fläche
30: Mittlerer Abschnitt
32: Endabschnitte
34: Endflächen
36: Einsatztiefe
38: Abschnitt
40: Gehärteter Abschnitt
42: Angereicherter Abschnitt

Claims

Verfahren zum Härten eines Planetenradbolzens, beinhaltend: Karbonitrierung einer äußeren Umfangsfläche des Planetenradbolzens, Abschrecken des Planetenradbolzens in Öl bei einer Temperatur zwischen ungefähr 120° und 150° C, Abschrecken des Planetenradbolzens in einer Tieftemperaturflüssigkeit bei einer Temperatur zwischen ungefähr -70° C und -120° C, und Anlassen des Planetenradbolzens, worin nach dem Anlassen die äußere Umfangsfläche des Planetenradbolzens einen gehärteten Abschnitt aufweist, der eine Oberflächenhärte von HV 832 oder mehr hat und wobei der Werkstoff des Bolzens eine Härte von mindestens HV 513 bis zu einer Tiefe von mindestens 0,5 mm beibehält.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin nach dem Abschrecken in Öl der gehärtete Abschnitt zwischen 5% und 25% verbleibenden Austenit aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 2, worin nach dem Abschrecken in einer Tieftemperaturflüssigkeit der gehärtete Abschnitt weniger als 5% verbleibenden Austenit aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, weiter aufweisend: Hochtemperaturabschrecken des Planetenradbolzens, und Induktionshärten der Oberfläche des Planetenradbolzens.
Verfahren gemäß Anspruch 4, worin Hochtemperaturabschrecken und Induktionshärten nach dem Abschrecken in Öl und vor dem Abschrecken in der Tieftemperaturflüssigkeit durchgeführt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Planetenradbolzensatzes beinhaltend: Härten eines Planetenradbolzens durch: Karbonitrierung einer äußeren Umfangsfläche des Planetenradbolzens, Abschrecken des Planetenradbolzens in Öl bei einer Temperatur von zwischen ungefähr 120° und 150° C, Abschrecken des Planetenradbolzens in einer Tieftemperaturflüssigkeit bei einer Temperatur von zwischen ungefähr -70° und -120° C, und Anlassen des Planetenradbolzens, worin nach dem Anlassen, die äußere Umfangsfläche des Planetenradbolzens eine Oberflächenhärte von HV 832 oder mehr aufweist und der Werkstoff des Bolzens eine Härte von mindestens HV 513 bis zu einer Tiefe von mindestens 0,5 mm beibehält, Befestigen einer Lagereinheit mit Radialrollenlagern und einem eine Getriebeverzahnung aufweisenden Radkörper an den Planetenradbolzen, und Befestigen von sich gegenüberliegenden Enden des Planetenradbolzens an einen Träger.
Verfahren gemäß Anspruch 6, weiter aufweisend ein Hochtemperaturabschrecken des Planetenradbolzens und ein Induktionshärten der Oberfläche des Planetenradbolzens.
Verfahren gemäß Anspruch 7, worin Hochtemperaturabschrecken und Induktionshärten nach dem Abschrecken in Öl und vor dem Abschrecken in der Tieftemperaturflüssigkeit durchgeführt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 8, worin nach dem Anlassen, Endflächen des Planetenradbolzens eine Härte von zwischen HV 170 und HV 350 aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 9, worin ein Befestigen der sich gegenüberliegenden Enden des Planetenradbolzens an den Träger ein Verstemmen der sich gegenüberliegenden Enden beinhaltet.