DE10215569B4

DE10215569B4 - Verfahren zum Herstellen eines starren innenverzahnten Zahnrads eines Wellgetriebes

Info

Publication number: DE10215569B4
Application number: DE10215569A
Authority: DE
Inventors: Masaru Kobayashi; Yoshihiro Tanioka; Rolf Slatter
Original assignee: Harmonic Drive SE; Harmonic Drive Systems Inc
Current assignee: Harmonic Drive SE; Harmonic Drive Systems Inc
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2022-04-10
Also published as: US20020184766A1; US20040103537A1; US6874231B2; DE10215569A1; US20040103536A1; JP2002307237A

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines starren Innenzahnrads eines Wellgetriebes, wobei das starre Innenzahnrad einen Zahnrad-Hauptring (11) und einen eine Verzahnung bildenden Ring (12) aufweist, auf dessen Innenumfangsfläche eine Innenverzahnung (2a) ausgebildet wird, und wobei der die Verzahnung bildende Ring in dem Zahnrad-Hauptring angeordnet wird und in integraler Weise mit diesem verbunden wird,
wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Aluminisieren einer Außenumfangsfläche des die Verzahnung bildenden Rings, um eine Überzugsschicht mit darin dispergiertem Aluminium zu bilden; und
Ausführen eines Umschließungs- Gießvorgangs an dem Zahnrad-Hauptring (11) und dem die Verzahnung bildenden Ring (12), um diese miteinander zu vereinigen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines starren innenverzahnten Zahnrads bzw. Innenzahnrads einer Getriebevorrichtung mit wellenartiger Bewegung, d. h. eines Wellgetriebes sowie auf ein durch dieses Herstellungsverfahren hergestelltes starres Innenzahnrad. Im Spezielleren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines starren Innenzahnrads, das ohne Verlust an Festigkeit, Abriebbeständigkeit usw. leichter ausgebildet ist, sowie auf ein derartiges starres Innenzahnrad.
Ein typisches Wellgetriebe beinhaltet ein kreisförmiges starres innenverzahntes Zahnrad bzw. Innenzahnrad, ein becherförmiges, flexibles, außenverzahntes Zahnrad bzw. Außenzahnrad, das im Inneren des starren Innenzahnrads angeordnet ist, sowie einen Wellgenerator, der in dem flexiblen Außenzahnrad sitzt. Der Wellgenerator weist normalerweise einen elliptischen Umriss auf, und das flexible Außenzahnrad wird elliptisch gebogen, so dass die flexiblen Außenverzahnungszähne auf seiner Außenumfangsfläche in partiellem kämmenden Eingriff mit den Innenverzahnungszähnen des starren Innenzahnrads stehen. Wenn der Wellgenerator durch einen Motor oder dergleichen gedreht wird, bewegen sich die in Eingriff stehenden Bereiche der beiden Zahnräder in Umfangsrichtung. Da eine Differenz in der Anzahl von Zähnen zwischen dem Außenzahnrad und dem Innenzahnrad besteht, erfolgt zwischen den Zahnrädern eine relative Rotation entsprechend der Differenz der Anzahl von Zähnen. Wenn eines der Zahnräder festgelegt ist, lässt sich somit ein Ausgangsdrehmoment mit reduzierter Drehzahl von dem anderen Zahnrad abnehmen.
Ein Wellgetriebe zeichnet sich dadurch aus, dass es eine geringe Anzahl von Teilen besitzt sowie leichter als andere Typen von Untersetzungsgetrieben ist. Zur Erzielung einer weiteren Gewichtsreduzierung ist es jedoch erforderlich, das starre Innenzahnrad des Wellgetriebes leichter zu bauen. Genauer gesagt, muss ein starres Innenzahnrad fest und abriebbeständig sein und wird somit unter Verwendung von hartem Material, wie z. B. Stahl- oder Kupfermaterial, hergestellt. Daher macht das starre Innenzahnrad einen großen Anteil des Gewichts des Wellgetriebes aus. Insbesondere in Fällen, in denen ein Befestigungsflansch zum Anbringen eines Motors oder eines ausgangsseitigen Elements in integraler Weise ausgebildet ist oder ein Gehäuse in integraler Weise ausgebildet ist, erlangt die Vorrichtung beträchtliches Gewicht, so dass die Vorteile eines Wellgetriebes mit geringem Gewicht verloren gehen.
Aus dem vorstehend genannten Grund ist es vorstellbar, einen Ring aus einem Stahl- oder Kupfermaterial mit hoher Festigkeit und Abriebbeständigkeit zur Bildung desjenigen Teils des starren Innenzahnrads zu verwenden, in dem die Innenverzahnung gebildet ist (d.h. desjenigen Teils, für den Festigkeit und Abriebbeständigkeit erforderlich sind), sowie einen Ring aus einem leichten Material, wie z. B. einer Aluminiumlegierung, zum Bilden des übrigen Hauptkörpers des Zahnrads zu verwenden und das starre Innenzahnrad durch Verbinden dieser Ringe unter Vereinigung derselben zu einer einzigen Komponente zu bilden.
Daher ist es notwendig, dass die Verbindung zwischen dem Hauptring des Zahnrads und dem verzahnungsbildenden Ring ein großes Drehmoment überträgt, so dass die Verbindung unter Verwendung von Fixiereinrichtungen, wie z. B. Schrauben, in zuverlässiger Weise gesichert werden muss. Wenn die Ringe auf diese Weise miteinander verbunden werden, ist es notwendig, den Hauptring des Zahnrads sowie den die Verzahnung bildenden Ring als dicke Elemente herzustellen, so dass sich Gewichtsreduzierungen nur schwer erzielen lassen. Wenn die Ringe unter Verwendung von Schrauben oder dergleichen verbunden werden, kommt es auch zu einem entsprechenden Anstieg beim Gewicht auf Grund solcher Fixiereinrichtungen.

Die DE 751 470 C zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines Zahnrads mit entweder äußeren oder inneren Verzahnungsringen, wobei der eine Verzahnung bildende Ring mit einem Zahnrad-Hauptring durch Einpressen oder Einschrumpfen verbunden wird.

Aus der DE 40 21 923 A1 ist ein Wellgetriebe bekannt, welches den oben beschriebenen allgemeinen Aufbau aufweist. Ein ähnliches Wellgetriebe (auch: Spannungswellengetriebe) ist aus der DE 38 15 118 A1 bekannt.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht u.a. in der Schaffung eines Verfahrens zum Herstellen eines starren Innenzahnrads, das durch Vereinigen eines eine Verzahnung bildenden Rings und eines Hauptrings des Zahnrads gebildet wird, wobei der die Verzahnung bildende Ring nur einen Teil bildet, in dem die Innenverzahnung gebildet ist und aus einem Material mit höherer Festigkeit und Abriebbeständigkeit gebildet wird, als der Hauptring des Zahnrads, der einen übrigen Teil bildet und aus einem Material mit geringem Gewicht gebildet wird, wobei das Verfahren eine zuverlässige Vereinigung der beiden Ringe ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 8, oder 15.

Hierbei ist es bevorzugt, an der Außenumfangsfläche des die Verzahnung bildenden Rings feine Vertiefungen und Erhebungen auszubilden, bevor der Aluminisierungsschritt durchgeführt wird, da dies die zuverlässige Bildung einer Überzugsschicht mit darin dispergiertem Aluminium auf der Außenumfangsfläche ermöglicht.

Ferner ist es auch bevorzugt, den die Verzahnung bildenden Ring dem Umschließungs-Gießvorgang in dem Zahnrad-Hauptring zu unterziehen, nachdem der die Verzahnung bildende Ring zuerst auf eine Temperatur von mindestens 150°C erwärmt worden ist, da dies das Entstehen von Defekten, wie z. B. Gaseinschlüssen, unterdrückt sowie eine Vereinigung der beiden Elemente mit einer ausreichend hohen Verbindungsfestigkeit ermöglicht.

Normalerweise kann der die Verzahnung bildende Ring aus duktilem Gusseisen (wie z. B. FCD), das äußerst abriebbeständig ist, oder austenitischem Kugelgrafiteisen (wie z. B. FCAD) gebildet werden, während der Zahnrad-Hauptring aus einem Material aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Aluminiumlegierung, Magnesium und Magnesiumlegierung gebildet werden kann.

Dabei kann die Dicke an den Basen der Zähne des die Verzahnung bildenden Rings in einem Bereich von 1 m bis 5 m gewählt werden, wobei m ein Modul des starren Innenzahnrads ist.

Im Hinblick auf Genauigkeit ist es bevorzugt, den Prozess zum Schneiden der Innenverzahnung in den die Verzahnung bildenden Ring nach der Vereinigung des die Verzahnung bildenden Rings mit dem Zahnrad-Hauptring auszuführen.

Als ein Beispiel kann dann, wenn das erste Material eine Titanlegierung mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 8,8 × 10^–6 ist, ein Eisenmaterial mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 12,0 × 10^–6 als zweites Material verwendet werden.

Als weiteres Beispiel kann dann, wenn das erste Material ein Keramikmaterial mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 7,8 × 10^–6 ist, ein rostfreies Stahlmaterial mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 17,0 × 10^–6 als zweites Material verwendet werden.

Als noch ein weiteres Beispiel kann dann, wenn das erste Material eine Aluminiumlegierung mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten in einem Bereich von 6,2 × 10^–6 bis 10,0 × 10^–6 ist, eine Aluminiumlegierung mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten in einem Bereich von 20 × 10^–6 bis 24 × 10^–6 als zweites Material verwendet werden.

Bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung liefern der durch das Einpressen verursachte Druck sowie der durch den Unterschied in den linearen Ausdehnungskoeffizienten bedingte Druck die Drückkraft an der Verbindungsgrenzfläche, die für einen Diffusionsschweißvorgang erforderlich ist. Als Ergebnis hiervon können die beiden Ringe fest miteinander vereinigt werden.

Bei der vorliegenden Erfindung kann die Drückkraft, die an der Verbindungsfläche der beiden Ringe erzeugt wird, wenn der die Verzahnung bildende Ring eingepresst wird, dadurch gesteigert werden, dass man eine Innenumfangsfläche des Zahnrad-Hauptrings abschrägt, man eine Außenumfangsfläche des die Verzahnung bildenden Rings abschrägt, so dass der die Verzahnung bildende Ring in die abgeschrägte Innenumfangsfläche des Zahnrad-Hauptrings eingepresst werden kann, und man den die Verzahnung bildenden Ring in die Innenumfangsfläche des Zahnrad-Hauptrings einpresst und man den die Verzahnung bildenden Ring sowie den Zahnrad-Hauptring durch Diffusionsschweißen miteinander verbindet.

Bei dem vorstehenden Verfahren lässt sich der Druck erhöhen, der während der Diffusionsschweißung auf die Verbindungsflächen der Ringe einwirkt, so dass die beiden Ringe in zuverlässiger Weise miteinander verbunden und vereinigt werden können.

Bei dem Verfahren nach Anspruch 15 kann der Zahnrad-Hauptring aus einem Material aus der Gruppe bestehend aus einer Aluminiumlegierung, einer Titanlegierung und einem Keramikmaterial gebildet werden, und der die Ver zahnung bildende Ring kann aus einem Material aus der Gruppe bestehend aus einem Eisenmaterial und einem Kupfermaterial gebildet werden.

Bei diesem Verfahren schneidet sich der die Verzahnung bildende Ring in den Zahnrad-Hauptring hinein, während er in den Zahnrad-Hauptring eingepresst wird, so dass sich die Verbindungsfestigkeit der beiden Ringe steigern lässt.

Es ist darauf hinzuweisen, dass es für den Vorgang zum Einschneiden der Innenverzahnung in den die Verzahnung bildenden Ring bevorzugt ist, dass dieser erst nach der Vereinigung des die Verzahnung bildenden Rings mit dem Zahnrad-Hauptring ausgeführt wird. Dadurch kann die Innenverzahnung exakt gebildet werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Schnittansicht unter Darstellung eines Wellgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine schematische Frontansicht des Wellgetriebes der 1.
3 zeigt ein allgemeines Flussdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens zum Herstellen des starren Innenzahnrads des Wellgetriebes nach 1.
4 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen eines starren Innenzahnrads.
5 zeigt eine erläuternde Ansicht unter Darstellung von weiteren Beispielen eines die Verzahnung bildenden Rings und eines Hauptrings des Zahnrads.
6 zeigt eine erläuternde Ansicht unter Darstellung eines Teils der Außenumfangsfläche eines die Verzahnung bildenden Rings, der bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines starren Innenzahnrads verwendet wird.
7 zeigt ein allgemeines Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen eines starren Innenzahnrads unter Verwendung des die Verzahnung bildenden Rings der 6.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Wellgetriebes des vorliegenden Ausführungsbeispiels, während 2 eine schematische Frontansicht dieses Wellgetriebes zeigt. Wie in diesen Zeichnungen zu sehen ist, ist das Wellgetriebe 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem kreisförmigen Innenzahnrad bzw. innenverzahnten Zahnrad 2, einem becherförmigen, flexiblen Außenzahnrad bzw. außenverzahnten Zahnrad 3, das in dem starren Innenzahnrad 2 angeordnet ist, sowie aus einem Wellgenerator 4 gebildet, der in dem flexiblen Außenzahnrad 3 sitzt. Der Wellgenerator 4 besitzt einen elliptischen Umriss und biegt das flexible Außenzahnrad 3 in eine elliptische Gestalt, so dass Außenverzahnungszähne 3a mit Innenverzahnungszähnen 2a an den beiden Enden der Hauptachse der Ellipsenform in partiellem Kämmeingriff stehen. Wenn der Wellgenerator 4 mittels einer Drehantriebsvorrichtung mit hoher Drehzahl, wie z. B. einen Motor, gedreht wird, bewegen sich die miteinander in Kämmeingriff befindlichen Bereiche der Zahnräder 2 und 3 in Umfangsrichtung. Die Differenz in der Anzahl von Zähnen zwischen den Zahnrädern 2 und 3 ist üblicherweise mit zwei gewählt, wobei diese Differenz eine relative Drehung der Zahnräder 2 und 3 hervorruft. Normalerweise ist das starre Innenzahnrad 2 festgelegt, so dass ein Ausgangsdrehmoment mit beträchtlich reduzierter Drehzahl von dem flexiblen Außenzahnrad 3 abgenommen wird.
Bei dem starren Innenzahnrad 2 des vorliegenden Ausführungsbeispiels handelt es sich um ein Verbundzahnrad, das aus einem kreisförmigen Zahnrad-Hauptring 11 sowie einem eine Verzahnung bildenden Ring 12 zusammengesetzt ist, der die Innenverzahnung 3a auf seiner Innenumfangsfläche ausgebildet hat. Der die Verzahnung bildende Ring 12 wird an der kreisförmigen Innenumfangsfläche 13 des Zahnrad-Hauptrings 11 derart angebracht, dass die beiden Elemente miteinander vereinigt sind.
3 zeigt ein allgemeines Flußdiagramm zur Erläuterung des Herstellungsvorgangs des starren Innenzahnrads 2 des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
Wie in der Zeichnung dargestellt ist, werden ein kreisförmiger, die Verzahnung bildender Ring 12, an dem die Innenverzahnung 2a noch nicht ausgebildet ist, sowie ein Zahnrad-Hauptring 11 voneinander getrennt hergestellt (Schritte ST1, ST2). Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der die Verzahnung bildende Ring 12 aus einem duktilen Gusseisen (wie z. B. FCD), das äußerst abriebbeständig ist, oder aus austenitischem Kugelgrafiteisen (wie z. B. FCAD) gebildet. Der Zahnrad-Hauptring 11 wird aus leichtem Aluminium, Magnesium, Aluminiumlegierung oder Magnesiumlegierung gebildet.
Als Nächstes erfolgt ein Prozess zum Bilden feiner Rändelungen oder eines feinen Schraubgewindes auf einer Außenumfangsfläche 14 des die Verzahnung bildenden Rings 12, um Erhebungen und Vertiefungen in der Außenumfangsfläche 14 zu bilden (Schritt ST3). Anschließend wird die Außenumfangsfläche 14 aluminiert, um eine dispergierte Aluminiumbeschichtung 15 zu bilden.
Als Nächstes wird der die Verzahnung bildende Ring 12 durch Umschließungs-Formung (engl.: enveloped casting) in den Zahnrad-Hauptring 11 eingebracht, um diese Teile zu einem einzigen Körper zu vereinigen (Schritt ST5). Bei der Ausführung dieser Umschließung-Formung ist es bevorzugt, den die Verzahnung bildenden Ring 12 im Voraus auf eine Temperatur von 150°C oder höher zu erwärmen, um das Auftreten von Formgebungsfehlern, wie z. B. Gaseinschlüssen, zu unterdrücken und die beiden Elemente somit mit einer ausreichend hohen Verbindungsfestigkeit miteinander zu vereinigen.
Nachdem die Elemente auf diese Weise vereinigt worden sind, wird ein Verzahnungs-Schneidvorgang an der Innenumfangsfläche des die Verzahnung bildenden Rings 12 durchgeführt, um die Innenverzahnung 2a zu bilden, und es erfolgt eine Endbearbeitung (Schritt ST6), so dass das zusammengesetzte Innenzahnrad 2 fertiggestellt wird. Die Dicke des Bodens des die Verzahnung bildenden Rings 12, in dem die Innenverzahnung 2a ausgebildet ist, kann in einem Bereich von 1 m bis 5 m gewählt werden, wobei m der Modul des starren Innenzahnrads 2 ist.
Wie vorstehend erläutert wurde, ist das starre Innenzahnrad 2 des Wellgetriebes des vorliegenden Ausführungsbeispiels aus einem die Verzahnung bildenden Ring 12 mit höherer Festigkeit und Abriebbeständigkeit sowie einem leichten Zahnrad-Hauptring 11 zusammengesetzt, wobei diese Teile derart zu einem einzigen Körper vereinigt sind, dass die zuverlässige Übertragung eines hohen Maßes an Drehmoment möglich ist. Somit ist es möglich, ein starres Innenzahnrad herzustellen, das leichter ist als herkömmliche Zahnräder, jedoch keine Verluste in den Drehmoment-Übertragungseigenschaften, der Festigkeit, der Abriebbeständigkeit usw. zeigt.
Zweites Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird ein anderes Verfahren zum Anbringen des die Verzahnung bildenden Rings 12 und des Zahnrad-Hauptrings 11 aneinander beschrieben.

4 zeigt ein allgemeines Flussdiagramm zur Erläuterung des Herstellungsvorgangs eines zusammengesetzten Innenzahnrads 2A des vorliegenden Ausführungsbeispiels. Wie in der Zeichnung gezeigt ist, werden ein die Verzahnung bildender Ring 12, in dem die Innenverzahnung 2a noch nicht ausgebildet ist, sowie ein Zahnrad-Hauptring 11 separat hergestellt (Schritte ST11, ST12). Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der die Verzahnung bildende Ring 12 aus einem abriebbeständigen und festen Material gebildet, während der Zahnrad-Hauptring 11 aus einem leichten Material gebildet wird. Ferner werden die Materialien derart gewählt, dass der lineare Ausdehnungskoeffizient des die Verzahnung bildenden Rings 12 größer ist als der des Zahnrad-Hauptrings 11. Beispielhafte Kombinationen des Materials und des linearen Ausdehnungskoeffizienten des die Verzahnung bildenden Rings 12 sowie des Zahnrad-Hauptrings 11 sind nachfolgend angegeben.

Zahnrad-Hauptring 11 (linearer	Verzahnung bildender Ring 12
Ausdehnungskoeffizient)	(linearer Ausdehnungskoeffizient)
Titanlegierung (8,8 × 10^–6)	Eisenmaterial (12,0 × 10^–6)
Keramik (7,8 × 10^–6)	Rostfreies Stahlmaterial (17,0 × 10^–6)
Aluminiumlegierung (6,2 bis 10,0 × 10^–6)	Aluminiumlegierung (20 bis 24 × 10^–6)

Als Nächstes werden der Zahnrad-Hauptring 11 und der die Verzahnung bildende Ring 12 durch Diffusionsschweißen in einem Diffusionsverbindungsofen miteinander verbunden (Schritt ST13). Das heißt, im Inneren eines Diffusionsverbindungsofens wird der die Verzahnung bildende Ring 12 unter einem vorgegebenen Druck in das Innere des Zahnrad-Hauptrings 11 eingepresst, und der Zahnrad-Hauptring 11 sowie der die Verzahnung bildende Ring 12 werden durch Diffusionschweißen miteinander verbunden.
Danach wird ein Verzahnungs-Schneidvorgang zum Bilden der Innenverzahnung 2a an der Innenumfangsfläche des die Verzahnung bildenden Rings 12 ausgeführt, und es erfolgt eine Endbearbeitung (Schritt ST14), wodurch das starre Innenzahnrad 2A gebildet wird, das durch den die Verzahnung bildenden Ring 12 und den Zahnrad-Hauptring 11 gebildet ist, die in integraler Weise miteinander verbunden sind.
Zum Erhöhen des Drucks, der bei der Kraftaufbringung während des Diffusionsverbindungsvorgangs auf die Verbindungsfläche des Zahnrad-Hauptrings 11 und des die Verzahnung bildenden Rings 12 wirkt, ist es bevorzugt, die Ringe in der nachfolgend beschriebenen Weise herzustellen.
Wie in 5(a) gezeigt ist, wird eine Innenumfangsfläche 13B des Zahnrad-Hauptrings 11B als abgeschrägte Innenumfangsfläche ausgebildet. In derselben Weise wird eine Außenumfangsfläche 14B des die Verzahnung bildenden Rings 12B als abgeschrägte Außenumfangsfläche ausgebildet, die komplementär zu der abgeschrägten Innenumfangsfläche ist. In Anbetracht der linearen Ausdehnungskoeffizienten dieser beiden Elemente 11B und 12B werden in der in 5(b) gezeigten Weise die Abmessungen der Elemente 11B und 12B derart gewählt, dass sich der die Verzahnung bildende Ring 12B bei der in dem Diffusionsverbindungsofen verwendeten Verbindungstemperatur nur in etwa halb in den Zahnrad-Hauptring 11B einpassen lässt. In dem in 5(b) gezeigten Zustand wird Druck von oben, wie dies durch den in durchgezogener Linie gezeichneten Pfeil dargestellt ist, oder von unten aufgebracht, wie dies durch den in unterbrochenen Linien gezeichneten Pfeil dargestellt ist, so dass der die Verzahnung bildende Ring 12B in den Zahnrad-Hauptring 11B eingepresst wird, wobei die Elemente 11B und 12B in dem in 5(c) dargestellten Zustand durch Diffusionsverbindung miteinander verbunden werden. Danach wird ein Verzahnungs-Schneidvorgang an der Innenumfangsfläche 15B des die Verzahnung bildenden Rings 12B ausgeführt, um die Innenverzahnung 2a zu bilden, und es wird eine Endbearbeitung durchgeführt, wodurch das in 5(d) gezeigte starre Innenzahnrad 2B gebildet wird.
Bei einem Beispiel, bei dem der Zahnrad-Hauptring 11B aus einer Al-Cu-Mg-Legierung der 2000-Serie (wie z. B. A2017) gebildet ist und der die Verzahnung bildende Ring 12B aus duktilem Eisen gebildet ist, hat es sich bestätigt, dass ein günstiger Verbindungszustand erreicht wird durch Einstellen der in dem Diffusionsverbindungsofen verwendeten Verbindungstemperatur auf einen Bereich von 400 bis 600°C und Einstellen des Verbindungsdrucks auf 2 bis 15 MPa.
Wie vorstehend beschrieben wurde, werden die starren Innenzahnräder 2A und 2B der Wellengetriebevorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils aus einem die Verzahnung bildenden Ring mit höherer Festigkeit und Abriebbeständigkeit sowie aus einem leichten Zahnrad-Hauptring gebildet, wobei der innen angeordnete, die Verzahnung bildende Ring 12 einen höheren linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist und die beiden Elemente durch Diffusionsschweißen miteinander vereinigt werden.
Somit werden der die Verzahnung bildende Ring 12 und der Zahnrad-Hauptring 11 mit einer ausreichenden Verbindungskraft durch Diffusionsschweißen miteinander verbunden, so dass die beiden Elemente fest miteinander vereinigt sind. Dies ermöglicht eine zuverlässige Übertragung eines hohen Ausmaßes an Drehmoment.
Insbesondere ist es auch bevorzugt, dass die miteinander in Verbindung stehenden Flächen der beiden Elemente als abgeschrägte Flächen ausgebildet sind. Dadurch lässt sich der Verbindungsdruck noch höher machen, wodurch sich die Ringe noch fester miteinander verbinden lassen.
Drittes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird ein anderes Verfahren zum Anbringen des die Verzahnung bildenden Rings und des Zahnrad-Hauptrings unter Bezugnahme auf die 6 und 7 erläutert.
6 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung eines Teils einer Außenumfangsfläche des die Verzahnung bildenden Rings 12C, wie diese bei dem Verbindungsverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels verwendet wird, und 7 zeigt ein allgemeines Flussdiagramm zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens eines zusammengesetzten starren Innenzahnrads 2C des vorliegenden Ausführungsbeispiels. Nachfolgend wird der Herstellungsvorgang des kombinierten starren Innenzahnrads 2C des vorliegenden Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf diese Zeichnungen beschrieben.
Zuerst wird ein die Verzahnung bildender Ring 12C, bei dem die Innenverzahnung 2a noch nicht ausgebildet ist, aus einem Eisenmaterial hergestellt, das fest und abriebbeständig ist (Schritt ST21 in 7). Ferner wird der Zahnrad-Hauptring 11C aus einer leichten Aluminiumlegierung hergestellt (Schritt ST22 in 7).
Als Nächstes wird ein Rändelvorgang an der Außenumfangsfläche 14C des die Verzahnung bildenden Rings 12C durchgeführt, um Rändelungen 15C zu bilden (Schritt ST23 in 7, siehe 6). Diese Rändelungen können mit einer Mittenbeabstandung von 0,5 bis 1,6 mm gebildet werden. Es werden eine oder mehrere, beispielsweise drei, Schneidkanten 16C, die sich in Umfangsrichtung erstrecken, von oberhalb dieser Rändelungen 15C herausgearbeitet (Schritt ST24 in 7, siehe 6).
Danach wird der die Verzahnung bildende Ring 12C in den Zahnrad-Hauptring 11C hineingepresst. Die Presspassung für diesen Pressvorgang kann zwischen 0,03 und etwa 0,3 mm gewählt werden. Während des Pressvorgangs wird der die Verzahnung bildende Ring 12C eingepresst, wobei die in der Außenumfangsfläche 14C des die Verzahnung bildenden Rings 12C ausgebildeten Schneidkanten 16C sich in die Innenumfangsfläche 13C des Zahnrad-Hauptrings 11C einschneiden. Als Ergebnis hiervon werden die beiden Ringe 11C und 12C fest miteinander verbunden.
Schließlich wird ein Verzahnungs-Schneidvorgang an der Innenumfangsfläche des die Verzahnung bildenden Ring 12C durchgeführt, um die Innenverzahnung 2a zu bilden, und es wird eine Endbearbeitung ausgeführt, wodurch das zusammengesetzte starre Innenzahnrad 2C gebildet wird.
Wie vorstehend beschrieben wurde, werden bei dem Verfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels Schneidkanten, die in Umfangsrichtung verlaufen, in der Außenumfangsfläche des die Verzahnung bildenden Rings zusätzlich zu den Rändelungen ausgebildet, und dieser die Verzahnung bildende Ring wird in den Zahnrad-Hauptring hineingepresst, und die beiden Ringe werden derart miteinander verbunden, dass sie zu einem einzigen Körper vereinigt werden. Beim Einpressen des die Verzahnung bildenden Rings schneiden sich somit die Schneidkanten, die in der Außenumfangsfläche des die Verzahnung bildenden Rings ausgebildet sind, in die Innenumfangsfläche des Zahnrad-Hauptrings, wenn der die Verzahnung bildende Ring in den Zahnrad-Hauptring eingepresst wird. Als Ergebnis hiervon werden die beiden Ringe fest miteinander verbunden.
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines starren Innenzahnrads eines Wellgetriebes der vorliegenden Erfindung wird das starre Innenzahnrad aus einem Zahnrad-Hauptring, der aus einem leichten Material gebildet wird, sowie aus einem die Verzahnung bildenden Ring, der aus einem festen und abriebbeständigen Material gebildet wird, zusammengesetzt, wobei diese Ringe fest miteinander verbunden werden. Das starre Innenzahnrad lässt sich somit leichter ausbilden, ohne dass Einschränkungen hinsichtlich der Drehmoment-Übertragungseigenschaften des starren Innenzahnrads bestehen.
Ferner kann unter Verwendung eines starren Innenzahnrads, das gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, eine leichte Wellengetriebevorrichtung mit günstigen Drehmomentübertragungseigenschaften realisiert werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines starren Innenzahnrads eines Wellgetriebes, wobei das starre Innenzahnrad einen Zahnrad-Hauptring (11) und einen eine Verzahnung bildenden Ring (12) aufweist, auf dessen Innenumfangsfläche eine Innenverzahnung (2a) ausgebildet wird, und wobei der die Verzahnung bildende Ring in dem Zahnrad-Hauptring angeordnet wird und in integraler Weise mit diesem verbunden wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Aluminisieren einer Außenumfangsfläche des die Verzahnung bildenden Rings, um eine Überzugsschicht mit darin dispergiertem Aluminium zu bilden; und Ausführen eines Umschließungs- Gießvorgangs an dem Zahnrad-Hauptring (11) und dem die Verzahnung bildenden Ring (12), um diese miteinander zu vereinigen.
Verfahren zum Herstellen eines starren Innenzahnrads nach Anspruch 1, wobei feine Vertiefungen und Erhebungen in der Außenumfangsfläche des die Verzahnung bildenden Rings (12) gebildet werden, bevor der Aluminisierungsschritt durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines starren Innenzahnrads nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Umschließungs-Gießvorgang in einem Zustand durchgeführt wird, in dem der die Verzahnung bildende Ring auf eine Temperatur von mindestens 150°C erwärmt ist.
Verfahren zum Herstellen eines starren Innenzahnrads nach einem der Ansprüche 1, 2 und 3, wobei der die Verzahnung bildende Ring (12) aus einem Material der Gruppe bestehend aus duktilem Gusseisen und austenitischem Kugelgrafiteisen gebildet wird und der Zahnrad-Hauptring (11) aus einem Material der Gruppe bestehend aus Aluminium, Aluminiumlegierung, Magnesium und Magnesiumlegierung gebildet wird.
Verfahren zum Herstellen eines starren Innenzahnrads nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Dicke der Basen des die Verzahnung bildenden Rings in einem Bereich von 1 m bis 5 m gewählt wird, wobei m ein Modul des starren Innenzahnrads ist.
Verfahren zum Herstellen eines starren Innenzahnrads nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem ferner ein Verzahnungs-Schneidvorgang zum Bilden der Innenverzahnung an dem die Verzahnung bildenden Ring (12) durchgeführt wird, wobei dieser Vorgang nach der Vereinigung des die Verzahnung bildenden Rings (12) mit dem Zahnrad-Hauptring (11) ausgeführt wird.
Starres Innenzahnrad einer Wellgetriebevorrichtung, hergestellt durch ein Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren zum Herstellen eines starren Innenzahnrads einer Wellgetriebevorrichtung, wobei das starre Innenzahnrad einen Zahnrad-Hauptring (11) und einen die Verzahnung bildenden Ring (12) aufweist, auf dessen Innenumfangsfläche eine Innenverzahnung (2a) ausgebildet wird, und wobei der die Verzahnung bildende Ring in dem Zahnrad-Hauptring angeordnet wird und in integraler Weise mit diesem verbunden wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bilden des Zahnrad-Hauptrings (11) aus einem ersten Material, das einen niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist; Bilden des die Verzahnung bildenden Rings (12) aus einem zweiten Material, das einen hohen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist; und Einpressen des die Verzahnung bildenden Rings in das Innere des Zahnrad-Hauptrings und durch Diffusionsschweißen erfolgende Vereinigung des die Verzahnung bildenden Rings (12) und des Zahnrad-Hauptrings (11).
Verfahren zum Herstellen eines starren Innenzahnrads nach Anspruch 8, wobei das erste Material eine Titanlegierung mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 8,8 × 10^–6 ist, und wobei das zweite Material ein Eisenmaterial mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 12,0 × 10^–6 ist.
Verfahren zum Herstellen eines starren Innenzahnrads nach Anspruch 8, wobei das erste Material ein Keramikmaterial mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 7,8 × 10^–6 ist, und wobei das zweite Material ein rostfreies Stahlmaterial mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 17,0 × 10^–6 ist.
Verfahren zum Herstellen eines starren Innenzahnrads nach Anspruch 8, wobei das erste Material eine Aluminiumlegierung mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten in einem Bereich von 6,2 × 10^–6 bis 10,0 × 10^–6 ist, und wobei das zweite Material eine Aluminiumlegierung mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten in einem Bereich von 20 × 10^–6 bis 24 × 10^–6 ist.
Verfahren zum Herstellen eines starren Innenzahnrads nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei eine Innenumfangsfläche des Zahnrad-Hauptrings (11) abgeschrägt wird, wobei eine Außenumfangsfläche des die Verzahnung bildenden Rings (12) abgeschrägt wird, so dass der die Verzahnung bildende Ring in die abgeschrägte Innenumfangsfläche des Zahnrad-Hauptrings eingepresst werden kann, und wobei der die Verzahnung bildende Ring (12) auf die Innenumfangsfläche des Zahnrad-Hauptrings (11) gepresst wird und der die Verzahnung bildende Ring (12) und der Zahnrad-Hauptring durch Diffusionsschweißen miteinander verbunden werden.
Verfahren zum Herstellen eines starren Innenzahnrads nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei ein Verzahnungs-Schneidvorgang zum Bilden der Innenverzahnung an dem die Verzahnung bildenden Ring ausgeführt wird, nachdem der die Verzahnung bildende Ring mit dem Zahnrad-Hauptring unter Bildung eines einzigen Körpers verbunden worden ist.
Starres Innenzahnrad einer Wellgetriebevorrichtung, hergestellt durch ein Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13.
Verfahren zum Herstellen eines starren Innenzahnrads einer Wellgetriebevorrichtung, wobei das starre Innenzahnrad einen Zahnrad-Hauptring (11) und einen die Verzahnung bildenden Ring (12) aufweist, auf dessen Innenumfangsfläche eine Innenverzahnung (2a) ausgebildet wird, und wobei der die Verzahnung bildende Ring in dem Zahnrad-Hauptring angeordnet und in integraler Weise mit diesem verbunden wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Einbringen von Rändelungen an einer Außenumfangsfläche des die Verzahnung bildenden Rings (12) und Herausarbeiten von mindestens einer in Umfangsrichtung verlaufenden Schneidkante aus der Oberseite der Rändelungen; und Einpressen des die Verzahnung bildenden Rings (12) in das Innere des Zahnrad-Hauptrings (11), wobei die mindestens eine, auf der Außenumfangsfläche des die Verzahnung bildenden Rings ausgebildete Schneidkante sich in eine Innenumfangsfläche des Zahnrad-Hauptrings (11) einschneidet und dadurch den Zahnrad-Hauptring und den die Verzahnung bildenden Ring in integraler Weise miteinander verbindet.
Verfahren zum Herstellen eines starren Innenzahnrads nach Anspruch 15, wobei der Zahnrad-Hauptring aus einem Material aus der Gruppe bestehend aus einer Aluminiumlegierung, einer Titanlegierung und einem Keramikmaterial gebildet wird, und wobei der die Verzahnung bildende Ring aus einem Material aus der Gruppe bestehend aus einem Eisenmaterial und einem Kupfermaterial gebildet wird.
Verfahren zum Herstellen eines starren Innenzahnrads nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, wobei ein Verzahnungs-Schneidvorgang zum Bilden der Innenverzahnung an dem die Verzahnung bildenden Ring nach der Vereinigung des die Verzahnung bildenden Rings mit dem Zahnrad-Hauptring durchgeführt wird.
Starres Innenzahnrad einer Wellgetriebevorrichtung, hergestellt durch ein Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17.