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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Festphasenverbinden
einer Eisenbasislegierung und einer Aluminiumbasislegierung. Das Verfahren
ist geeignet zur Verwendung in der Herstellung von leichten Zahnrädern, wobei
die Zähne aus
einer Eisenbasislegierung gebildet sind und die anderen Teile aus
einer Aluminiumbasislegierung gebildet sind, sowie in der Herstellung
von leichten Lagern, wobei der Teil der Laufbahnoberfläche aus
eisenbasierendem Material gebildet ist und die anderen Teile aus
einer Aluminiumlegierung gebildet sind.
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Stand der
Technik
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Um
das Gewicht von Zahnrädern
und Lagern zu reduzieren, sind Vorschläge gemacht worden, dass nur
die Zähne,
die Laufbahnoberflächen
und andere solche Teile, die Festigkeit und Verschleißbeständigkeit
erfordern, aus einer Eisenbasislegierung gebildet werden und dass
die anderen Teile aus leichten Aluminiumlegierungen gebildet werden.
Zum Beispiel schlägt
Patentdokument 1 ein Kreuzrollenlager vor, das aus einem Laufbahnoberflächenteil,
das aus einem aus einer Aluminiumbasislegierung hergestellten Element
gebildet ist und anderen Teilen, die aus Elementen gebildet sind,
die aus eisenbasierenden Materialien hergestellt sind, gebildet
wird, die dann zusammen in ein integriertes Ganzes verbunden werden.
Patentdokument 2 offenbart ein leichtes Lager, wobei ein aus einer
Aluminiumlegierung hergestelltes Laufbahnringhauptkörperelement
und ein aus einem Eisenbasismaterial hergestelltes Laufbahnoberflächenelement
zusammen durch Diffusionsverbinden integral vereinigt werden. Des
Weiteren offenbart Patentdokument 3 eine zusammengesetzte Struktur,
in der ein Innenzahnrad bzw. innenverzahntes Zahnrad einen zähnebildenden
Teilring, der aus einem eisenba sierenden Material hergestellt ist,
und einen Zahnradhauptkörper-seitigen
Ring aufweist, der aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist,
und in der die Ringe zusammen integral vereinigt sind.
- [Patentdokument
1] JP-A 2000-186718
- [Patentdokument 2] JP-A 2002-339991
- [Patentdokument 3] JP-A 2002-307237
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Offenbarung der Erfindung
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Probleme, welche die Erfindung
lösen soll
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Wenn
Lager, Zahnräder
und dergleichen hergestellt werden, indem Eisenbasislegierungselemente
auf diese Weise mit Aluminiumlegierungselementen verbunden werden,
ist es möglich,
leichte Lager und leichte Zahnräder
zu erhalten, die mit der erforderlichen Festigkeit ausgestattet
sind.
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Jedoch
ist das Verbinden mit Aluminiumbasislegierungen schwieriger als
mit anderen Legierungen. Wenn Diffusionsverbinden eingesetzt wird,
werden Aluminiumlegierungen, die zum Zeitpunkt des Verbindens großer Hitze
ausgesetzt werden, schmelzen, wobei die Abmessungsgenauigkeit der
verbundenen Elemente dazu neigt, abzunehmen und andere Probleme
auftreten.
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Angesichts
solcher Themen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Verbindung,
ein Verfahren des Festphasenverbindens anzugeben, das ein aus einer
Aluminiumbasislegierung hergestelltes Element fest mit einem aus
einer Eisenbasislegierung hergestellten Element verbinden kann,
ohne dass eine Verformung hervorgerufen wird.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum Herstellen von leichten Zahnrädern und leichten Lagerringlaufringen
vorzuschlagen, das dieses Verfahren des Festphasenverbindens anwendet.
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[Mittel zum Lösen der
oben erwähnten
Probleme]
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Um
die oben erwähnten
Probleme zu lösen, wird
das Verfahren für
das Festphasenverbinden einer Eisenbasislegierung und einer Aluminiumbasislegierung
gemäß der vorliegenden
Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte des Einfügens einer
Schicht eines Legierungspulvers der 7000er Serie (eine Legierung
aus Al, Zn und Mg), vorzugsweise ein Pulver einer 7075er Legierung,
die 5% oder mehr Zn und 2% oder mehr Mg enthält, zwischen einer Verbindungsfläche eines
aus einer Eisenbasislegierung hergestellten ersten Elements und
einer Verbindungsfläche
eines aus einer Aluminiumbasislegierung hergestellten zweiten Elements;
und des Diffusionsverbindens des ersten Elements und des zweiten Elements
in den resultierenden Zustand aufweist.
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Ein
Wert innerhalb eines Bereichs von 30–50 μm ist für die Dicke der Schicht des
Metallegierungspulvers zu bevorzugen.
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Das
Verfahren zum Herstellen eines leichten Zahnrads gemäß der vorliegenden
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte des Gestaltens
eines Zahnrads aus einem aus einer Aluminiumbasislegierung hergestellten
Zahnradhauptkörperelement
und einem zähnebildenden
Element, das aus einer Eisenbasislegierung hergestellt ist und das auf
einem Außen-
oder Innenumfang gebildete Zähne
hat; und des Verbindens des Zahnradhauptkörperelements und des zähnebildenden
Elements durch das oben erwähnte
Verfahren aufweist.
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Ein
Verfahren zum Herstellen eines leichten Lagerlaufrings gemäß der vorliegenden
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte des Gestaltens
des Laufrings des Lagers aus einem aus einer Aluminiumbasislegierung
hergestellten Laufringhauptkörperelements
und einem Laufbahnoberflächen-bildenden
Element, das aus einer Eisenbasislegierung hergestellt worden ist
und eine Laufbahnoberfläche
hat, die auf einem Außen-
oder Innenumfang gebildet ist; und des Verbindens und des integralen
Vereinigens des Laufringhauptkörperelements
und des Laufbahnoberflächen-bildenden
Elements durch das oben erwähnte
Verfahren aufweist.
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[Wirkung der Erfindung]
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Das
Verfahren des Festphasenverbindens gemäß der vorliegenden Erfindung
bestätigt,
dass Diffusionsverbinden bei niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden
kann, als wenn Diffusionsverbinden durchgeführt wird, indem die Verbindungsflächen beider
Elemente zusammen angeordnet werden. Dementsprechend kann die Verformung
des Aluminiumlegierungselements zum Zeitpunkt des Diffusionsverbindens
reduziert werden, und Lagerlaufbahnringe, Zahnräder und dergleichen, die fest integral
vereinigt sind, können
mit geringerem Abmessungsfehler hergestellt werden.
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Beste Ausführungsform
zum Ausführen
der Erfindung
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Eine
Wellgetriebeeinrichtung, bei der die vorliegende Erfindung verwendet
wird, wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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[Gesamtanordnung]
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1 ist
eine Schnittansicht einer Wellgetriebeeinheit, die mit einer zylinderhutförmigen Wellgetriebeeinrichtung
versehen ist, die ein Kreuzwälzlager
bzw. Kreuzrollenlager enthält,
wobei die Wellgetriebeeinrichtung und das Kreuzrollenlager gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt werden. 2 ist eine
erläuterte
Darstellung, die den Aufbau der zylinderhutförmigen Wellgetriebeeinrichtung zeigt.
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Eine
Wellgetriebeeinheit 1 gemäß dem vorliegenden Beispiel
hat eine erste Endplatte 2 und eine zweite Endplatte 3,
die voneinander in einem festgelegten Abstand in der Richtung einer
Einheitsachslinie 1a angeordnet sind, und ein Kreuzrollenlager 4,
das zwischen der ersten und der zweiten Endplatte 2, 3 positioniert
ist. Eine zylinderhutförmige Wellgetriebeeinrichtung 5 ist
innerhalb des Gehäuses
der Einheit enthalten, die aus der ersten und der zweiten Endplatte 2, 3 und
einem äußeren Laufring 41 des
Kreuzrollenlagers 4 zusammengesetzt ist. Zusätzlich ist
eine Öffnung
für die
Welle in der Mitte der ersten und der zweiten Endplatte 2, 3 gebildet,
durch die eine hohle Eingangswelle 8 verläuft, die
durch Kugellager 6, 7 drehbar gelagert ist.
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Das
Kreuzrollenlager 4 ist aus dem Außenlaufring 41, einem
Innenlaufring 42, und einer Vielzahl von Rollen 43 gebildet,
die in die toroidische Laufbahn eingesetzt sind und die zwischen
den Außen-
und Innenlaufringen definiert sind. Der Außenlaufring 41 ist
ein zusammengesetztes Bauelement, das mit einem toroidischen Außenlaufringhauptkörperelement 411 und
einem toroidischen Außenlaufring-seitigen
Laufbahnoberflächen-bildenden
Element 412 versehen ist, das integral auf dem Innenumfang
des Außenlaufringhauptkörperelement 411 gebildet
ist und das eine auf dem Innenumfang gebildete Laufbahnoberfläche hat.
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Der
Innenlaufring 42 ist ein zusammengesetztes Bauelement,
das mit einem breiten toroidischen Innenlaufringhauptkörperelement 421 und
einem toroidischen Innenlaufring-seitigen Laufbahnoberflächen-bildenden
Element 422 versehen ist, das integral auf dem Außenumfangsteil
auf einer Randseite des Innenlaufringhauptkörperelements 421 gebildet
ist und einen auf dem Außenumfang
gebildeten Laufring hat. Weiterhin weist der Innenlaufring 42 gemäß dem vorliegenden
Beispiel ein toroidisches zähnebildendes
Element 512 auf, das integral auf dem Innenumfangsteil
auf der anderen Randseite des Innenlaufringhauptkörperelements 421 gebildet
ist und auf dem Innenumfang gebildete Innenzähne 511 hat. Mit anderen
Worten, ist der Innenlaufring 42 gemäß dem vorliegenden Beispiel
ein Teil, das mit dem steifen innenverzahnten Zahnrad der unten
beschriebenen zylinderhutförmigen
Wellgetriebeeinheit 5 kombiniert ist. Das Innenlaufringhauptkörperelement 421 des
Innenlaufrings 42 dieses Aufbaus ist durch einen in den
Zeichnungen nicht gezeigten Befestigungsbolzen mit der zweiten Endplatte 3 befestigt
und festgelegt.
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Die
zylinderhutförmige
Wellgetriebeeineheit 5 ist aus einem toroidischen steifen
innenverzahnten Zahnrad 51, einem zylinderhutförmigen flexiblen
außenverzahnten
Zahnrad 52 und einem Wellgenerator 53 von eliptischer
Kontur zusammengesetzt. Das steife innenverzahnte Zahnrad 51 ist
integral mit dem Innenlaufring 42 des Kreuzrollenlagers 4 gebildet, wie
oben beschrieben. Nur das toroidische zähnebildende Element 512,
auf dessen Innenumfang die Innenzähne 511 gebildet sind,
wird durch ein separates Element gebildet und bildet eine integrierte
Einheit auf dem Innenumfang des Innenlaufrads 42, die als ein
innenverzahntes Zahnrad doppelt.
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Das
flexible, außenverzahnte
Zahnrad 52 ist aus einem rohrförmigen Rumpf 521,
einer ringförmigen
Membran 52, die mit einem Ende davon verbunden ist und
die sich nach außen
in einer radialen Richtung erstreckt, einer dicken ringförmigen Verdickung 523,
die mit einem Außenrand
der Membran 522 verbunden ist, und Außenzähnen 524 zusammengesetzt,
die auf dem Außenumfang
des anderen Endteils des Rumpfs 521 gebildet sind. Die
vollständige
Struktur ist wie ein Zylinderhut geformt. Die ringförmige Verdickung 523 ist
zwischen der ringförmigen
Endoberfläche
des Außenlaufrings 41 des Kreuzrollenlagers 4 und
der ersten Endplatte 2 eingefügt, und ist mit diesen Bauelementen
mittels eines Befestigungsbolzens (nicht gezeigt) verbunden und festgelegt.
Daher können
sich das flexible außenverzahnte
Zahnrad 52 und das steife innenverzahnte Zahnrad 51 auf
dem Kreuzrollenlager 4 relativ zueinander drehen.
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Der
Wellbewegungsgenerator 53 ist aus einem steifen Steuerflächenplattenteil 531 von
eliptischer Kontur, das auf dem Außenumfang der Antriebswelle 8 gebildet
ist, und einem Kugellager 532 zusammengesetzt. Das Kugellager 532 ist
in den Zwischenraum zwischen dem Außenumfang des steifen Steuerflächenplattenteils 531 und
dem Innenumfang des Abschnitts eingepasst, an dem die Außenzähne 524 des
flexiblen außenverzahnten
Zahnrads 52 gebildet sind.
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Eine
ringförmige
Platte 9, die als Bolzensitz verwendet wird, ist an dem
ringförmigen
Rand 415 des Außenhauptringkörperelements 411 des
Außenlaufrings 41 befestigt.
Ein Bolzenloch 414 ist in dem Außenhauptringkörperelement 411 des
Außenlaufrings 41 gebildet.
Die ringförmige
Platte 9 ist auch an der Seite des Außenlaufringhauptkörperelements 411 durch
einen Befestigungsbolzen befestigt und festgelegt. Ein Dichtungsring 91,
der als Öldichtung wirkt,
ist an das innere Randteil der ringförmigen Platte 9 angebracht.
Der Zwischenraum zwischen dem Außenlaufring 41 und
dem Innenlaufring 42 wird durch diesen Dichtungsring 91 abgedichtet.
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In
der zylinderhutförmigen
Wellgetriebeeinheit 1, die den obigen Aufbau hat, ist der
vorstehende Teil der rotierenden Antriebswelle 8, der aus
der ersten Endplatte 3 hervorsteht mit einer Motorabtriebswelle
oder einer anderen Rotationsquelle verbunden und befestigt. Des
Weiteren ist entweder die erste Endplatte 2 oder die zweite
Endplatte 3 mit der Lastseite verbunden und befestigt.
Wenn die rotie rende Antriebswelle 8 mit hoher Geschwindigkeit
rotiert, werden die Außenzähne 414 durch
den eliptischen Wellbewegungsgenerator 53 in eine eliptische
Form gebogen und werden mit den Innenzähnen 424 an zwei Stellen
entlang des Umfangs gekämmt
und die gegenseitig gekämmten
Abschnitte der Außenzähne bewegen
sich in Richtung des Umfangs. Zumal die Anzahl der Außenzähne und
Innenzähne
unterschiedlich ist, wird eine relative Rotation entsprechend des
Unterschieds in der Anzahl der Zähne
zwischen den Außenzähnen und
den Innenzähnen
erzeugt. Die Rotation reduziert sich im Wesentlichen in Abhängigkeit
der Anzahl der Antriebsrotationen. Entweder die erste Endplatte 2 oder
die zweite Endplatte 3 ist mit der Lastseite verbunden
und die andere wird fest in Position gehalten, so dass sie nicht
rotiert. Daher wird Rotation mit reduzierter Geschwindigkeit von
der mit der Lastseite verbundenen Endplatte ausgegeben und an die
Lastseite übertragen.
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[Materialien für einzelne
Bauelemente]
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Der
Außenlaufring 41 des
Kreuzrollenlagers 4 ist ein zusammengesetztes Bauelement,
das sich aus dem Außenringhauptkörperelement 411 und dem
Außenlaufring-seitigen
Laufbahnoberflächen-bildenden
Element 412 zusammensetzt. In gleicher Weise ist der Innenlaufring 42 ein
zusammengesetztes Bauelement, das sich aus dem Innenlaufringhauptkörperelement 421,
dem Innenlaufring-seitigen Laufbahnoberflächen-bildenden Element 422 und den
zähnebildenden
Elementen 512 zusammensetzt, auf dessen Innenumfang die
Innenzähne 511 gebildet
sind.
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Das
Außenlaufringhauptkörperelement 411 und
das Innenlaufringhauptkörperlement 421 sind aus
einer Aluminiumlegierung gebildet, die leichter als ein Eisenbasismaterial
ist. Eine allgemein verwendete Eisenbasislegierung wird für das Außenlaufring-seitige
Laufbahnoberflächen-bildende
Element 412 und das Innenlaufring-seitige Laufbahnoberflächen-bildende
Element 422, mit dem die Laufbahnoberflächen gebildet werden, sowie
das zähnebildende
Element 512 verwendet, auf dem die Innenzähne gebildet
sind.
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In
dem vorliegenden Beispiel ist die Antriebswelle 8 aus einer
Aluminiumlegierung, einer Titanlegierung oder einer anderen leichten
Metallegierung, einem Kunststoff, oder einem Keramikmaterial oder einem
anderen leichten Material gebildet. Der steife Steuerflächenplattenteil 531 des
Wellgenerators 53, der auf dessen Außenumfang gebildet ist, wird
auch aus dem gleichen leichten Material gebildet.
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[Verfahren zum Herstellen
von Außenlaufring
und Innenlaufring]
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Ein
Beispiel für
ein Verfahren zum Herstellen des zusammengesetzten Bauelements Außenring 41 wird
nun mit Bezug auf 3 beschrieben. Zunächst wird
das Außenlaufringhauptkörperelement 411 aus einer
Eisenbasislegierung (SUJ2) hergestellt (Schritt ST1) und das Außenlaufring-seitige
Laufbahnoberflächen-bildende
Element 412 wird aus einer Aluminiumbasislegierung (A5056)
hergestellt (Schritt ST2). Als Nächstes
wird eine 40 μm
dicke Schicht eines feinen, A7075 (2% oder mehr Mg, 5% oder mehr
Zn) Metallegierungspulvers 413 zwischen der Diffusionsverbindungsfläche 411a auf
dem Innenumfang des Außenringhauptkörperlements 411 und
der Diffusionsverbindungsfläche 412a auf
der Außenumfangsseite
des Außenlaufring-seitigen
Laufbahnoberflächen-bildenden
Elements 412 eingefügt,
wobei die Elemente 411, 412 in diesem Zustand
koaxial zusammengesetzt werden (ST3). Danach werden die Elemente 411, 412 durch
Diffusionsverbinden verbunden (Schritt ST4), was in den integrierten
Außenlaufring 41 resultiert.
Es hat sich bestätigt,
dass das Verbinden in einem Diffusionsverbindungsverfahren innerhalb
eines Temperaturbereichs von 500 bis 600°C erreicht werden kann.
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Der
Innenlaufring 42 kann auf ähnliche Weise hergestellt werden.
In dem Innenlaufring 42 gemäß dem vorliegenden Beispiel
ist das zähnebildende
Element 512 auch durch Diffusionsverbinden in den Innenlaufring 42 integriert.
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[Andere Ausführungsbeispiele]
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In
dem oben beschriebenen Beispiel wird die vorliegende Erfindung in
einem Laufring eines Kreuzrollenlagers verwendet, aber es ist ersichtlich,
dass die vorliegende Erfindung gleichermaßen verwendet werden kann,
um andere Formen von Laufringen für Kugellager und andere Lager
herzustellen. Die vorliegende Er findung kann auch gleichermaßen für generell
außenverzahnte
Zahnräder
und innenverzahnte Zahnräder
verwendet werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Schnittansicht einer zylinderhutförmigen Wellgetriebeeinheit,
wie sie für
die vorliegende Erfindung angewendet wird;
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2 ist
eine erläuternde
Darstellung, die den Aufbau der Wellgetriebeeinrichtung von 1 zeigt;
und
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3 ist
eine erläuternde
Darstellung, die den Schritt des Herstellens eines Außenlaufrings zeigt.
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- 1
- Wellgetriebeeinheit
- 2,
3
- Endplatte
- 4
- Kreuzrollenlager
- 41,
151
- Außenlaufring
- 411
- Außenlaufringhauptkörperelement
- 411a
- Diffusionsverbindungsfläche
- 412
- Außenlaufring-seitiges
Laufbahnoberflächen-bildendes
Element
- 412a
- Diffusionsverbindungsfläche
- 413
- Schicht
aus feinem Metallegierungspulver
- 42
- Innenlaufring
- 421
- Innenlaufringhauptkörperelement
- 422
- Innenlaufring-seitiges
Laufbahnoberflächen-bildendes
Element
- 43
- Rollen
- 5
- Wellgetriebeeinrichtung
- 51
- steifes
innenverzahntes Zahnrad
- 511
- Innenzähne
- 512
- zähnebildendes
Element
- 52
- flexibles
außenverzahntes
Zahnrad
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Zusammenfassung
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[Probleme]
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Ein
Verfahren bereitzustellen, um einen leichten Laufring herzustellen
durch stetige Vereinigung ohne eine Verformung, aus einem Aluminiumlegierungselement,
um einen Hauptkörper
eines Laufrings zu bilden, und einem Eisenbasislegierungselement,
um eine Laufbahnoberfläche
davon zu bilden.
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[Mittel zum Lösen der
Probleme]
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Ein
Außenring
(41) eines Kreuzrollenlagers ist ein zusammengesetztes
Teil, aufweisend ein Außenringhauptkörperelement
(411) aus Aluminiumlegierung und mit der Innenseite davon
verbunden, ein Außenring-seitiges
Laufbahnoberflächen-bildendes Element
(412) einer Eisenbasislegierung. Eine Schicht eines Legierungspulvers
vom Typ A7075 (413) wird zwischen eine Diffusionsverbindungsfläche (411a)
des Außenringhauptkörperelements
(411) und eine Diffusionsverbindungsfläche (412a) des Außenring-seitigen
Laufbahnoberflächen-bildenden Elements
(412) eingefügt
(Schritt ST3) und das Diffusionsverbinden der Elemente (411, 412)
wird ausgeführt
(Schritt ST4). Es ist nachgeprüft
worden, dass die Elemente (411, 412) fest verbunden
und miteinander vereinigt werden können, indem die Schicht des
Legierungspulvers (413) sogar bei geringeren Verbindungstemperaturen
als im Stand der Technik eingefügt
wird. Daher kann das Diffusionsverbinden ohne irgendeine Verformung
des Außenringhauptkörperelements
(411) aus einer Aluminiumlegierung erreicht werden.