DE102017217933A1

DE102017217933A1 - Method and device for producing a gear component of a transmission, in particular a wind power planetary gear

Info

Publication number: DE102017217933A1
Application number: DE102017217933.3A
Authority: DE
Inventors: Pieter Siebelink
Original assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-10-09
Filing date: 2017-10-09
Publication date: 2019-04-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnradbauteils (1; 1') für ein Getriebe (4), insbesondere für ein Windkraftgetriebe, bei welchem das Zahnradbauteil (1; 1') nach einer mehrstufigen spanenden Bearbeitung (A) zur Erstellung einer Zahnradgeometrie aus einem Halbzeug (2) zumindest im Bereich der Zahnflanken durch Schleifen (B) zur Erstellung einer Verzahnungs-Mikrogeometrie nachbearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnradbauteil (1; 1') vor einer Montage (E) in das Getriebe (4) einen nachfolgenden Herstellungsschritt durchläuft, nach welchem ein Einlaufen (C) des Zahnradbauteils (1; 1') gegen mindestens ein Master-Zahnrad (3; 3a, 3b) erfolgt, das eine höhere Zahnflanken-Oberflächenhärte als das Zahnradbauteil (1; 1') aufweist, um die Zahnflanken des Zahnradbauteils (1; 1') zu glätten. Weiterhin betrifft die Erfindung auch eine dieses Verfahren ausführende Vorrichtung zum Einlaufen (C) des Zahnradbauteils (1; 1').

The invention relates to a method for producing a gear component (1, 1 ') for a gearbox (4), in particular for a wind power gearbox, in which the gear component (1, 1') is designed to produce a gear geometry after a multistage machining operation (A) a semifinished product (2) is machined at least in the region of the tooth flanks by grinding (B) to produce a toothed microgeometry, characterized in that the gear component (1; 1 ') before mounting (E) in the transmission (4) a subsequent A manufacturing step is performed, according to which a shrinkage (C) of the gear member (1, 1 ') against at least one master gear (3, 3a, 3b) takes place, which has a higher tooth surface hardness than the gear member (1, 1'), to smooth the tooth flanks of the gear component (1, 1 '). Furthermore, the invention also relates to an apparatus for running in this method (C) of the gear component (1, 1 ').

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnradbauteils für ein Getriebe, insbesondere für ein Windkraftgetriebe höherer Leistung, bei welchem das Zahnradbauteil nach einer mehrstufigen spanenden Bearbeitung zur Erstellung einer Zahnradgeometrie aus einem Halbzeug zumindest im Bereich der Zahnflanken durch Schleifen zur Erstellung einer Verzahnungs-Mikrogeometrie nachbearbeitet wird. Ferner betrifft die Erfindung auch ein nach diesem Verfahren hergestelltes Zahnradbauteil sowie eine hierfür vorgesehene Vorrichtung.The present invention relates to a method for producing a gear component for a gear, in particular for a wind power gear of higher power, wherein the gear member after a multi-stage machining to create a gear geometry of a semi-finished at least in the region of the tooth flanks by grinding to create a gearing microgeometry is reworked. Furthermore, the invention also relates to a gear component manufactured by this method and a device provided for this purpose.

Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Herstellung von Zahnradbauteilen von Windkraftgetrieben. Wegen der komplexen Belastungssituation bei Windkraftgetrieben, insbesondere hinsichtlich der getriebeeingangsseitigen Getriebestufe, ist ein optimaler Zahneingriff aller Verzahnungsteile besonders bedeutsam. Denn je nach Bauart des Windkraftgetriebes lasten insbesondere auf der getriebeeingangsseitigen Getriebestufe neben Torsionsmomenten und radialen sowie axialen Belastungen insbesondere auch Biegemomente, welche durch die Rotorlast hervorgerufen werden und durch die Rotorwelle an den Getriebeeingang übertragen werden. Axial- und Radiallasten lassen sich gewöhnlich über die Rotorwellenlagerung hinreichend kompensieren. Auch kritische Biegemomente werden gewöhnlich durch besondere Lagerkonzepte weitestgehend eliminiert. Ein optimaler Zahneingriff der Verzahnungsteile ist trotz der komplexen Belastungssituation Voraussetzung für eine möglichst hohe Lebensdauer sowie Geräuscharmut von Windkraftgetrieben.The field of application of the invention extends primarily to the production of gear components of wind power transmissions. Because of the complex load situation with wind power transmissions, in particular with regard to the transmission input side gear stage, an optimal tooth engagement of all gear parts is particularly significant. Because depending on the design of the wind turbine load in particular on the transmission input side gear stage in addition to torsional and radial and axial loads in particular also bending moments, which are caused by the rotor load and transmitted through the rotor shaft to the transmission input. Axial and radial loads can usually be compensated sufficiently by the rotor shaft bearing. Even critical bending moments are usually largely eliminated by special storage concepts. An optimal meshing of the teeth parts is despite the complex load situation a prerequisite for the highest possible life and low noise of wind power transmissions.

In der Praxis benötigen Windkraftgetriebe eine gewisse Einlaufzeit, um in einen optimalen Zahneingriff zu kommen. Dabei kann jedoch infolge Gleitreibung ein Materialabtrag an den Zahnflanken erzeugt werden, welcher einen frühen ersten Ölwechsel erfordert, um die während der Einlaufzeit erzeugten Partikel aus dem Getriebe zu entfernen. Diese Maßnahme erhöht jedoch den Wartungsaufwand eines herkömmlichen Windkraftgetriebes.In practice, wind turbine gearboxes require a certain break-in period in order to achieve optimum meshing. However, as a result of sliding friction, a material removal at the tooth flanks can be generated, which requires an early first oil change in order to remove the particles generated during the run-in period from the transmission. However, this measure increases the maintenance of a conventional wind turbine gearbox.

Gemäß dem allgemeinen bekannten Stand der Technik kann daher ein Einlaufen eines Windkraftgetriebes auch direkt nach dessen Montage im Herstellungswerk, also vor der Auslieferung auf die Baustelle einer Windkraftanlage durchgeführt werden. Zwar vermeidet dies einen frühen ersten Ölwechsel nach Inbetriebnahme der Windkraftanlage, allerdings gestaltet es sich im Rahmen von Qualitätssicherungsmaßnahmen als schwierig, die Beschaffenheit der Zahnflankenoberfläche im montierten Zustand des Getriebes zu messen und zu dokumentieren. Ferner erhöht ein solches realitätsnahes Einlaufen eines Windkraftgetriebes im Herstellungswerk den Herstellungsaufwand und verzögert den Auslieferungszeitpunkt.According to the generally known prior art, therefore, a shrinkage of a wind power transmission can also be carried out directly after its assembly in the manufacturing plant, ie before delivery to the construction site of a wind turbine. Although this avoids an early first oil change after commissioning of the wind turbine, but it is in the context of quality assurance measures difficult to measure and document the nature of the tooth flank surface in the mounted state of the transmission. Furthermore, such a realistic entry of a wind power transmission in the manufacturing plant increases the production effort and delays the delivery time.

Außerdem wird durch eine herkömmliche Zahnflankenglättung durch ein Einlaufen der Zahnradbauteile im montierten Zustand des Getriebes auch nicht verhindert, dass Materialpartikel von den Zahnflanken abgelöst werden, was zu der eingangs erläuterten Problematik führt.In addition, a conventional tooth flank smoothing by running in of the gear components in the mounted state of the transmission also does not prevent material particles from being detached from the tooth flanks, which leads to the problem explained above.

Die EP 2 106 881 A1 offenbart eine technische Lösung, mit welcher ein Zahnradbauteil noch vor dessen Montage in einem Getriebe durch sogenanntes Superfinish-Bearbeiten geschlichtet werden kann. Dieser Herstellungsschritt des Superfinish-Bearbeitens findet nach der spanenden Bearbeitung zur Erstellung der Zahnradgeometrie des Zahnradbauteils und anschließendem Schleifen der Zahnflanken zur Erstellung einer Verzahnungs-Mikrogeometrie statt. Das Superfinish-Bearbeiten erfolgt in einer Gleitschleifwanne, die zunächst mit einer definierten Menge an Schleifmitteln befüllt wird. Anschließend wird das Zahnradbauteil eingelegt und eine definierte Menge einer aktiven Chemikalie zugeführt. Schließlich wird die Gleitschleifwanne mit einer Frequenz angeregt, welche ein Einsinken des Zahnradbauteils in das Schleifmittel bewirkt. Durch die Frequenzanregung und Wirkung der aktiven Chemikalie reagiert diese mit dem Metall des Zahnrades und bildet auf dessen Oberfläche einen Film, der eine verringerte Härte an der Oberfläche des Zahnrades aufweist, so dass das Schleifmittel den Film mit verringerter Härte von der Oberfläche des Zahnradbauteils infolge der Frequenzanregung abtragen kann. Anschließend bildet sich die Zusammensetzung, die den Film verringerter Härte aufweist, unmittelbar zu einem weiteren Verfeinern mittels des Schleifmittels durch die Reaktion zwischen dem Zahnrad und der aktiven Chemikalie neu. Hierdurch kann schrittweise eine abschließende Oberflächenrauigkeit von zumindest 0,25 µm erzielt werden. Durch den Einsatz von Schleifmitteln und aktiven Chemikalien und der erforderlichen Apparatur erscheint dieses Verfahren zum Schlichten der Oberfläche eines Zahnradbauteils jedoch fertigungstechnisch recht aufwendig. Außerdem wird hierdurch die Gesamtoberfläche des Zahnradbauteils bearbeitet und nicht gezielt die Zahnflanken, welche die Verzahnungsqualität bestimmen.The EP 2 106 881 A1 discloses a technical solution with which a gear member can be smoothed by so-called superfinishing before mounting in a gearbox. This superfine machining step occurs after machining to create the gear geometry of the gear member and then grinding the tooth flanks to create a gearing microgeometry. The superfinishing is done in a vibratory trough, which is initially filled with a defined amount of abrasives. Subsequently, the gear member is inserted and fed a defined amount of an active chemical. Finally, the vibratory sump is excited at a frequency which causes the gear member to sink into the abrasive. By the frequency excitation and action of the active chemical, it reacts with the metal of the gear and forms on its surface a film having a reduced hardness at the surface of the gear, so that the abrasive reduces the hardness of the film of the surface of the gear member due to the Ablate frequency excitation. Then, the composition having the reduced hardness film immediately reforms to further refining by the abrasive through the reaction between the gear and the active chemical. As a result, a final surface roughness of at least 0.25 μm can be achieved step by step. Due to the use of abrasives and active chemicals and the required apparatus, however, this process for finishing the surface of a gear component appears quite expensive in terms of manufacturing technology. In addition, thereby the entire surface of the gear member is processed and not specifically the tooth flanks, which determine the gear quality.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Zahnradbauteils für ein Getriebe - insbesondere für ein Windkraftgetriebe höherer Leistung - zu schaffen, welches ein gezieltes Glätten der Zahnflankenoberfläche des Zahnradbauteils mit einfachen technischen Mitteln ermöglicht, um die Verzahnungsqualität des Getriebes unmittelbar ab Inbetriebnahme zu steigern.It is therefore the object of the present invention to provide a method and an apparatus for producing a gear component for a transmission - in particular for a wind power transmission higher power - which allows targeted smoothing of the tooth flank surface of the gear member with simple technical means to the tooth quality of the To increase transmission immediately from commissioning.

Die Aufgabe wird verfahrenstechnisch durch Anspruch 1 gelöst. Hinsichtlich einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung wird auf Anspruch 5 verwiesen. Die jeweils rückbezogenen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. The problem is procedurally solved by claim 1. With regard to a device suitable for carrying out the method, reference is made to claim 5. The respective dependent dependent claims give advantageous developments of the invention again.

Die Erfindung schließt die verfahrenstechnische Lehre ein, dass zur Herstellung eines Zahnradbauteils für ein Getriebe, welches nach einer mehrstufigen spanenden Bearbeitung, beispielsweise Fräsen, zur Erstellung einer Zahnradgeometrie aus einem Halbzeug zumindest im Bereich der Zahnflanken nach dem Härten durch Schleifen nachbearbeitet wird, um eine hinreichend genaue Verzahnungs-Mikrogeometrie zu schaffen. Erfindungsgemäß erfolgt anschließend und noch vor einer Montage des Zahnradbauteils in einem Getriebe ein Einlaufen des Zahnradbauteils gegen mindestens ein Master-Zahnrad, das eine höhere Zahnflanken-Oberflächenhärte als das Zahnradbauteil aufweist, um gezielt die Zahnflanken des Zahnradbauteils zu glätten.The invention includes the procedural teaching that after a multi-stage machining, such as milling, to produce a gear geometry from a semi-finished at least in the region of the tooth flanks after curing by grinding post-processing to a sufficient to create accurate gearing microgeometry. According to the invention, then, before and even before the gear component is mounted in a gear, the gear member is engaged against at least one master gear which has a higher tooth surface hardness than the gear component in order to smoothly smooth the tooth flanks of the gear member.

Vorteilhafterweise wird hierdurch das Einlaufen des Zahnradbauteils imitiert und gegenüber dem eingangs diskutierten Stand der Technik vorweggenommen. Da das als Werkzeug fungierende Master-Zahnrad eine gegenüber dem Zahnradbauteil höhere Zahnflanken-Oberflächenhärte besitzt, kann dieses mehrfach, also zum Schlichten vieler Zahnradbauteile, genutzt werden, so dass mit dem erfindungsgemäßen Glätten der Zahnflanken ein relativ geringer zusätzlicher Fertigungsaufwand verbunden ist. Außerdem lässt sich das Endergebnis des erfindungsgemäßen Herstellungsschritts im Rahmen einer Qualitätskontrolle in einfacher Weise prüfen und dokumentieren. Entgegen einem chemischen Schlichten entstehen ferner keine umweltschädlichen Abfallprodukte. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann das Master-Zahnrad auch als Ritzel oder Hohlrad ausgebildet sein.Advantageously, the running-in of the gear component is thereby imitated and anticipated with respect to the prior art discussed at the beginning. Since the master gear acting as a tool has a higher tooth flank surface hardness compared to the gear component, it can be used multiple times, that is to say for finishing many gear components, so that a relatively small additional manufacturing outlay is associated with flattening the tooth flanks according to the invention. In addition, the final result of the production step according to the invention can be checked and documented in the context of a quality control in a simple manner. In addition to chemical finishing, no environmentally harmful waste products are formed. In the context of the present invention, the master gear can also be designed as a pinion or ring gear.

Gemäß einer die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass nach dem erfindungsgemäßen Einlaufen des Zahnradbauteils mittels Master-Zahnrad, dieses durch Waschen zum Entfernen von anhaftenden Partikeln zur anschließenden Montage vorbereitet wird. Die Montage sollte unmittelbar nach dem Waschen erfolgen.According to a further improvement of the invention measure is proposed that after the inventive running-in of the gear member by means of master gear, this is prepared by washing to remove adhering particles for subsequent assembly. The installation should be done immediately after washing.

Um eine noch bessere Zahnflankenglättung zu erzielen, kann das Einlaufen des Zahnradbauteils unter Zugabe eines Oberflächenrauigkeitsreduktionsöls durchgeführt werden. Dieses lässt sich nach einem Filtern wiederverwenden. Ein an sich bekanntes Oberflächenrauigkeitsreduktionsöl glättet die Zahnflanken durch Aufbringen einer Rauigkeitreduktionsschicht auf die Zahnflanken. Somit unterscheidet sich das hier so genannte Oberflächenrauigkeitsreduktionsöl von ebenfalls bekannten Läppölen, welche gewöhnlich harte Schleifpartikel enthalten, um die Zahnflankenqualität durch Materialabtrag nach dem Härten zu verbessern. Erfolgt das Einlaufen des Zahnradbauteils unter Zugabe eines Oberflächenrauigkeitsreduktionsöls, so lässt sich dieses durch das vorstehend erwähnte anschließende Waschen vor der Montage in einfacher Weise rückstandsfrei entfernen.To achieve even better tooth flank smoothing, the running-in of the gear component can be carried out with the addition of a surface roughness reduction oil. This can be reused after filtering. A per se known Oberflächenrauigkeitsreduktionsöl smooths the tooth flanks by applying a roughness reduction layer on the tooth flanks. Thus, the so-called surface roughness reduction oil also differs from known lapping oils, which usually contain hard abrasive particles, to improve tooth flank quality through post-hardening material removal. If the run-in of the gear member with the addition of a Oberflächenrauigkeitsreduktionsöls, this can be removed without residue by the above-mentioned subsequent washing before assembly in a simple manner.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich insbesondere bei Zahnradbauteilen einer Planetenstufe eines Planetengetriebes anwenden, also bei Hohlrädern, Planetenrädern oder Sonnenrädern. Daneben ist es natürlich auch denkbar, dass Zahnradbauteile einer Stirnradstufe nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet werden.The method according to the invention can be used in particular for gear components of a planetary stage of a planetary gear, that is, for ring gears, planetary gears or sun gears. In addition, it is of course also conceivable that gear components of a spur gear be processed by the method according to the invention.

Das Verfahren zum Einlaufen eines Zahnradbauteils gegen mindestens ein Master-Zahnrad wird vorzugsweise mit einer eigens hierfür konstruierten Vorrichtung durchgeführt, welche mindestens ein solches Master-Zahnrad als Werkzeug aufweist mit vorzugsweise einer anderen Verzahnungsgeometrie, insbesondere einem anderen Wälzkreisdurchmesser, als das im montierten Zustand im Getriebe hiermit korrespondierende Zahnrad versehen ist. Denn die Verzahnungsgeometrie des Master-Zahnrads ist speziell auf den Herstellungsschritt des Einlaufens angepasst. Bezieht sich dieser Aspekt auf vorzugsweise den Wälzkreisdurchmesser, so wird sichergestellt, dass der Berührungsbereich der Zahnflankenpaarung zwischen Master-Zahnrad und dem zu bearbeitenden Zahnradbauteil vorwiegend ein Gleitreiben erzeugt.The method for running a gear member against at least one master gear is preferably carried out with a specially constructed device having at least one such master gear as a tool with preferably a different gear geometry, in particular a different pitch circle diameter, as in the mounted state in the transmission Hereby corresponding gear is provided. Because the gearing geometry of the master gear is specially adapted to the manufacturing step of running. If this aspect relates preferably to the pitch circle diameter, it is ensured that the contact area of the tooth flank pairing between the master gearwheel and the gearwheel component to be machined generates predominantly sliding friction.

Der Berührungsbereich des Gleitreibens während des erfindungsgemäßen Einlaufens kann abweichen vom Berührungsbereich im montierten Zustand des Zahnradbauteils im Getriebe. Vorteilhafter Weise ist der zum Einlaufen benutzte Wälzkreisdurchmesser D_W kleiner als der gemäß DIN-Norm 3960 definierte Kopfnutzkreisdurchmesser d_Na und größer als der in besagter DIN-Norm definierte Fußnutzkreisdurchmesser d_Nf . Hierdurch wird sichergestellt, dass der maßgebliche Kontaktbereich korrespondierender Zahnräder durch das spezielle Einlaufen hinreichend geglättet wird.The contact region of the sliding friction during the run-in according to the invention can deviate from the contact region in the mounted state of the gear component in the transmission. Advantageously, the pitch circle diameter used for running in is D _W smaller than the head circle diameter defined according to DIN standard 3960 d _na and greater than the root circle diameter defined in said DIN standard d _Nf , This ensures that the relevant contact area of corresponding gears is sufficiently smoothed by the special shrinkage.

Gemäß einer weiteren die erfindungsgemäße Vorrichtung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass zumindest die Zahnflanken des mindestens einen Master-Zahnrads durch Karburieren oder durch Hartstoffbeschichten eine höhere Zahnflanken-Oberflächenhärte als das Zahnradbauteil erhalten. Hierdurch wird eine hinreichende Standfestigkeit des als Werkzeug genutzten Master-Zahnrads erzielt. Beispielsweise können die Zahnflanken des Master-Zahnrads mit einer DLC-Beschichtung (Diamond-Like Carbon) versehen werden. DLC-Beschichtungen werden üblicherweise im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt, um bewegliche Teile, wie Nockenwellen, Kolbenringe und dergleichen, vor Verschleiß zu schützen und die Reibung zu minimieren.According to a further measure improving the device according to the invention, it is proposed that at least the tooth flanks of the at least one master gear be given a higher tooth flank surface hardness than the gear component by carburizing or by hard coating. As a result, a sufficient stability of the master gear used as a tool is achieved. For example, the tooth flanks of the master gear can be provided with a DLC coating (Diamond-Like Carbon). DLC coatings are commonly used in the field of Automotive technology used to protect moving parts, such as camshafts, piston rings and the like, from wear and minimize friction.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Einlaufen eines Zahnradbauteils wird vorgeschlagen, dass dieses im Rahmen einer planetenträgerlosen Planetenstufen-Konfiguration erfolgt, die mindestens ein Master-Zahnrad beinhaltet. Vorzugsweise bilden ein Hohlrad sowie ein Sonnenrad der Planetenstufen-Konfiguration Master-Zahnräder, wobei mehrere dazwischen angeordnete Planetenräder gleichzeitig zu bearbeitende Zahnradbauteile darstellen.According to a preferred embodiment of a device for carrying out the method for running in a gear component, it is proposed that this takes place in the context of a planet carrierless planetary stage configuration which includes at least one master gear. Preferably, a ring gear and a sun gear of the planetary stage configuration form master gears, wherein a plurality of planet gears arranged therebetween simultaneously constitute gear components to be machined.

Um das Einlaufen zum Schlichten der Zahnflanken mit einem hohen Wirkungsgrad durchzuführen, wird vorgeschlagen, dass das Hohlrad und das Sonnenrad im Längsschnitt gleichsinnig konisch ausgebildet und axial verschiebbar gegenüber den Planetenträgern angeordnet sind. Hierdurch lässt sich die Zustellkraft während des Einlaufens im Hinblick auf das angestrebte Endergebnis steuern. Ein weiterer Vorteil der Planetenstufen-Konfiguration besteht darin, dass beide an den einzelnen Zähnen gegenüberliegende Zahnflanken gleichzeitig geschlichtet werden. Denn während das Hohlrad auf die eine Zahnflanke eines Zahnes des Zahnradbauteils wirkt, wirkt das Sonnenrad auf die gegenüberliegende Zahnflanke eines Zahnes.In order to carry out the shrinkage for finishing the tooth flanks with a high degree of efficiency, it is proposed that the ring gear and the sun gear be conically formed in the same direction in a longitudinal section and arranged to be axially displaceable with respect to the planet carriers. As a result, the delivery force can be controlled during running in terms of the desired end result. Another advantage of the planetary stage configuration is that both tooth flanks opposite the individual teeth are simultaneously sized. Because while the ring gear acts on the one tooth flank of a tooth of the gear member, the sun gear acts on the opposite tooth flank of a tooth.

Daneben sind auch anders konstruierte Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens denkbar, beispielsweise in Form von zwei einander gegenüberliegenden Master-Zahnrädern, welche ein einzelnes zu bearbeitende Zahnradbauteil einschließen.In addition, differently constructed devices for carrying out the method according to the invention are conceivable, for example in the form of two opposing master gears, which include a single gear member to be machined.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Zahnradbauteils für ein Getriebe, insbesondere für ein Windkraftgetriebe, gemäß der Erfindung,
2 eine schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Einlaufen mehrerer Zahnradbauteile nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in Form einer Planetenstufen-Konfiguration, und
3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Einlaufen eines Zahnradbauteils nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of preferred embodiments of the invention with reference to FIGS. It shows:

1 1 a schematic representation of a method for producing a gear component for a transmission, in particular for a wind power transmission, according to the invention,
2 a schematic side view of a first embodiment of an apparatus for running several gear components according to the inventive method in the form of a planetary stage configuration, and
3 a schematic representation of a second embodiment of an apparatus for running a gear member according to the inventive method.

Gemäß 1 wird im Rahmen eines Herstellungsverfahrens für ein Zahnradbauteil 1 zunächst ein Halbzeug 2 aus einer geeigneten Stahllegierung in einem Schritt A mehrstufig spanend bearbeitet und gehärtet, um eine belastbare Zahnradgeometrie zu erzeugen. In einem nachfolgenden Schritt B erfolgt ein Schleifen der Zahnflanken, um eine Verzahnungs-Mikrogeometrie zu erstellen, also die Verzahnung hinsichtlich eines vorgegebenen engen Toleranzfelds nachzubearbeiten und die Oberfläche der Zahnflanken zu glätten.According to 1 is used in a manufacturing process for a gear component 1 first a semi-finished product 2 from a suitable steel alloy in one step A Multi-stage machining and hardening to produce a durable gear geometry. In a subsequent step B A grinding of the tooth flanks takes place in order to create a toothed microgeometry, ie to rework the toothing with respect to a given narrow tolerance field and to smooth the surface of the tooth flanks.

Im nachfolgenden Schritt C erfolgt das erfindungsgegenständliche Einlaufen des Zahnradbauteils 1 gegen ein Master-Zahnrad 3, welches eine höhere Zahnflanken-Oberflächenhärte als das Zahnradbauteil 1 aufweist, um die Zahnflanken des Zahnradbauteils 1 zu glätten. Das Einlaufen des Zahnradbauteils 1 mit Hilfe des Master-Zahnrads 3 erfolgt unter Zugabe eines Oberflächenrauigkeitsreduktionsöls 5. In Schritt D wird das Zahnradbauteil 1 gewaschen, um anhaftende Partikel von der Oberfläche zu entfernen. Schließlich erfolgt im Schritt E die Montage des spanend hergestellten und eingelaufenen Zahnradbauteils 1 in einem Getriebe 4.In the following step C takes place according to the invention entering the gear member 1 against a master gear 3 , which has a higher tooth surface hardness than the gear member 1 to the tooth flanks of the gear member 1 to smooth. The running in of the gear component 1 with the help of the master gear 3 occurs with the addition of a Oberflächenrauigkeitsreduktionsöls 5 , In step D becomes the gear component 1 washed to remove adherent particles from the surface. Finally, in the step e the assembly of the machined and run gear component 1 in a transmission 4 ,

In 2 ist eine exemplarische Vorrichtung zum gleichzeitigen Einlaufen (gemäß des vorhergehend beschriebenen Schritts C) mehrerer Zahnradbauteile 1, 1' in einer planetenträgerlosen Planetenstufen-Konfiguration dargestellt, welche zwei Master-Zahnräder 3a und 3b umfasst. Das erste Master-Zahnrad 3a ist dabei als ortsfest angeordnetes Hohlrad ausgeführt, wohingegen das zweite Master-Zahnrad 3b als Sonnenrad fungiert. Die dazwischen mit beiden Master-Zahnrädern 3a und 3b in Zahneingriff stehenden Zahnradbauteile 1, 1' werden bei dieser Vorrichtung gleichzeitig dem Einlaufprozess unterzogen, wobei eine beidseitige Zahnflankenglättung stattfindet.In 2 is an exemplary simultaneous run-in device (according to the previously described step C ) of several gear components 1 . 1' in a planet carrierless planetary stage configuration, showing two master gears 3a and 3b includes. The first master gear 3a is designed as stationary arranged ring gear, whereas the second master gear 3b acts as a sun wheel. The in between with both master gears 3a and 3b toothed gear components 1 . 1' are simultaneously subjected to the running-in process in this device, wherein a bilateral tooth flattening takes place.

Beim Einlaufprozess wird die Zahnflankenqualität der Zahnradbauteile 1 und 1' verbessert, wobei die Verzahnungsgeometrie der Master-Zahnräder 3a und 3b derart an die Verzahnungsgeometrie der Zahnradbauteile 1 und 1' angepasst ist, dass eine Gleitreibung zwischen den Zahnflanken vermieden wird und stattdessen weitestgehend Rollreibung stattfindet. Dies wird durch eine geeignete Abstimmung der Wälzkreisdurchmesser zwischen Master-Zahnrädern 3a und 3b und den zu schlichtenden Zahnradbauteilen 1 und 1' gewährleistet.During the running-in process, the tooth flank quality of the gear components becomes 1 and 1' improved, with the gearing geometry of the master gears 3a and 3b such to the tooth geometry of the gear components 1 and 1' is adapted that a sliding friction between the tooth flanks is avoided and instead takes place largely rolling friction. This is done by suitably tuning the pitch circle diameter between master gears 3a and 3b and the gear components to be finished 1 and 1' guaranteed.

Das Hohlrad 3a und das Sonnenrad 3b (Master-Zahnräder) sind im Längsschnitt gleichsinnig konisch ausgebildet, so dass ein Zustellen des Sonnenrades 3b in Axialrichtung zu einer Erhöhung der Bearbeitungsbelastung zum Glätten der Zahnflanken der Zahnradbauteile 1, 1' führt.The ring gear 3a and the sun wheel 3b (Master gears) are formed in the same direction conical in longitudinal section, so that a delivery of the sun gear 3b in the axial direction to increase the machining load for smoothing the tooth flanks of the gear components 1 . 1' leads.

Die in 3 dargestellte Vorrichtung eines anderen Ausführungsbeispiels bedient sich zweier Master-Zahnräder 3a' und 3b', welche ein Zahnradbauteil 1 zum Einlaufen - also zum Glätten der Zahnflanken des Zahnradbauteils 1 - einschließen. Die beiden Master-Zahnräder 3a' und 3b' haben dabei unterschiedliche Verzahnungsgeometrien in der Art, dass das hiervon zu bearbeitende Zahnradbauteil 1 gegenüber beiden Master-Zahnrädern 3a und 3b unterschiedliche Wälzkreisdurchmesser d_W1 bzw. d_W2 aufweisen. Hierdurch wird bei relativ langen Zahnflanken eine gleichmäßige Glättung durch Gleitreibung erzielt. Die auf den unterschiedlichen Wälzkreisdurchmessern d_W1 sowie d_W2 angeordneten Berührungsstellen c₁ und c₂ zwischen den Master-Zahnrädern 3a' und 3b' gegenüber dem Zahnradbauteil 1 sind entsprechend unterschiedlich. Der Kopfnutzkreisdurchmesser d_Na1 des Master-Zahnrads 3a' und der Kopfnutzkreisdurchmesser d_Na2 des anderen Master-Zahnrads 3b' korrespondieren mit dem Fußnutzkreisdurchmesser d_Nf des Zahnradbauteils 1. Umgekehrt gilt das auch für den Kopfnutzkreisdurchmesser d_Na des Zahnradbauteils 1. In the 3 illustrated device of another embodiment uses two master gears 3a ' and 3b ' which is a gear component 1 for running in - so for smoothing the tooth flanks of the gear member 1 - lock in. The two master gears 3a ' and 3b ' have different toothing geometries in the way that the gear component to be machined by this 1 opposite to both master gears 3a and 3b different pitch circle diameter d _W1 respectively. d _W2 exhibit. As a result, a uniform smoothing is achieved by sliding friction at relatively long tooth flanks. The on the different pitch circle diameters d _W1 such as d _W2 arranged contact points c ₁ and c ₂ between the master gears 3a ' and 3b ' opposite the gear component 1 are different accordingly. The head circle diameter d _Na1 of the master gear 3a ' and the head circle diameter d _Na2 of the other master gear 3b ' correspond with the foot circle diameter d _Nf of the gear component 1 , Conversely, this also applies to the head circle diameter d _na of the gear component 1 ,

Im Ergebnis gestattet die erfindungsgemäße Lösung ein Einlaufen von Zahnradbauteilen außerhalb des endmontierten Zustands innerhalb des Getriebes, also in einem vorgezogenen Stadium. Partikel, welche sich beim Einlaufen von der Zahnflankenoberfläche ablösen, gelangen so nicht in das Getriebeinnere, um einen vorzeitigen Verschleiß der Getriebebauteile zu verursachen. Das vorgezogene Einlaufen der Zahnradbauteile sollte gegenüber einem härteren Master-Zahnrad erfolgen, mit welchem -je nach Konstruktionsform der Einlaufvorrichtung - auch mehrere Zahnradbauteile gleichzeitig bearbeitet werden können. Das Einlaufen kann unter Zugabe eines Oberflächenrauigkeitsreduktionsöls durchgeführt werden, um auf die Zahnflanken während des Einlaufens eine Rauigkeitsreduktionsschicht aufzubringen, was eine weitere Glättung bewirkt. Ist eine Vorrichtung zum Einlaufen eines Zahnradbauteils in einer planetenträgerlosen Planetenstufen-Konfiguration ausgebildet, so besteht die Möglichkeit, mehrere Zahnradbauteile derart zu bearbeiten, dass zugleich die gegenüberliegenden Zahnflanken geglättet werden. Hierfür sind die Zahnradbauteile als Planetenräder zu verwenden.As a result, the solution according to the invention allows a run-in of gear components outside the final assembled state within the transmission, ie in an advanced stage. Particles which detach from the tooth flank surface during running in such a way do not get into the gearbox interior in order to cause premature wear of the gear components. The advanced shrinkage of the gear components should be compared to a harder master gear, with which - depending on the design form of the inlet device - and several gear components can be processed simultaneously. The shrinkage may be carried out with the addition of a surface roughness reduction oil to deposit a roughness reduction layer on the tooth flanks during break-in, causing further smoothening. If a device for running in a gear component in a planet carrierless planetary stage configuration is formed, it is possible to process a plurality of gear components in such a way that at the same time the opposing tooth flanks are smoothed. For this purpose, the gear components are to be used as planetary gears.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abweichungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, eine Vorrichtung zum Einlaufen eines Zahnradbauteils vor dessen Montage anders auszubilden und anstelle eines Master-Zahnrads ein Master-Ritzel zu verwenden. Auch Hohlräder von Planetenstufen können erfindungsgemäß bearbeitet werden.The invention is not limited to the preferred embodiments described above. On the contrary, deviations from this are also conceivable, which are included in the scope of protection of the following claims. For example, it is also possible to form a device for running in a gear component before mounting it differently and to use a master pinion instead of a master gear. Even ring gears of planetary stages can be processed according to the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Zahnradbauteilpinion member
22: HalbzeugWorkpiece
33: Master-ZahnradMaster gear
44: Getriebetransmission
55: Oberflächenrauigkeitsreduktionsöl Oberflächenrauigkeitsreduktionsöl
AA: Bearbeitungprocessing
BB: Schleifengrind
CC: Einlaufenenter
DD: WaschenTo wash
Ee: Montage Assembly
d_W d _W: Wälzkreisdurchmesserpitch circle
d_Nf d _Nf: FußnutzkreisdurchmesserFußnutzkreisdurchmesser
d_Na d _na: Kopfnutzkreisdurchmesserusable tip
cc: Berührungsstellecontact point

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2106881 A1 [0006]

Claims

Method for producing a gear component (1, 1 ') for a gearbox (4), in particular for a wind power gearbox, in which the gear component (1, 1') is made from a semifinished product (2) after a multistage machining (A) to produce a gear geometry ) is machined at least in the region of the tooth flanks by grinding (B) to produce a toothed microgeometry, characterized in that the gear component (1; 1 ') passes through an additional manufacturing step before assembly (E) into the gearbox (4) which is a run-in (C) of the gear member (1, 1 ') against at least one master gear (3, 3a, 3b) having a higher tooth surface hardness than the gear member (1, 1') to the tooth flanks of To smooth the gear component (1; 1 ').

Method according to Claim 1 characterized in that the shrinkage (C) of the gear member (1; 1 ') is performed by adding a surface roughness reducing oil (5).

Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that after running in (C) of the gear member (1; 1 '), this is prepared by washing (D) for removing adhering particles for mounting (E).

Gear component (1, 1 ') produced by a method according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the gear member (1, 1 ') is formed as a ring gear, planetary gear or sun gear of a planetary stage of a planetary gear.

Device for running in (C) of the gear component (1; 1 ') against at least one master gear (3; 3a, 3b) for carrying out the method according to one of the Claims 1 to 3 , wherein the at least one master gear (3; 3a, 3b) has a tooth geometry which generates at least predominantly sliding friction, in particular a different pitch circle diameter, than the toothed gear corresponding thereto in the final assembled state in the gearbox (4).

Device after Claim 5 , characterized in that at least the tooth flanks of the at least one master gear (3, 3a, 3b) by carburizing or by hard coating has a higher tooth surface surface hardness than the gear member (1, 1 ').

Device after Claim 6 , characterized in that the hard coating of the tooth flanks of the master gear (3; 3a, 3b) is formed as a DLC coating.

Device after Claim 5 characterized in that the running in (C) of the at least one gear member (1; 1 ') is in a planet carrierless planetary stage configuration including at least one master gear (3a, 3b).

Device after Claim 8 , characterized in that a ring gear (3a) and a sun gear (3b) of the planetary stage configuration as master gears (3a, 3b) are formed, wherein a plurality of arranged therebetween planet gears simultaneously to be machined gear members (1, 1 ') form.

Device after Claim 9 , characterized in that the ring gear (3a) and the sun gear (3b) are conically formed in longitudinal section and axially displaceable with respect to the gear wheels to be machined (1; 1 ') trained planetary gears are arranged to vary the machining load.