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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft Hohlräder und Verfahren zur Herstellung eines Hohlrads.
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Stand der Technik
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Üblicherweise sind Planetengetriebeeinheiten mit einem Hohlrad, welche bei Automatikgetrieben für Fahrzeuge etc. verwendet werden, aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart
JP H04-285346 A eine solche Planetengetriebeeinheit.
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JP H04-285346 A offenbart eine Planetengetriebeeinheit zur Verwendung in Automatikgetrieben für Fahrzeuge, welche ein Hohlrad, ein Planetenrad, das mit einer Innenverzahnung des Hohlrads in Eingriff ist, und ein Sonnenrad aufweist, das innerhalb des Planetenrads angeordnet ist und mit dem Planetenrad in Eingriff ist. Da die Innenverzahnung des Hohlrads eine vorbestimmte Härte haben muss, wurde die Innenverzahnung des Hohlrads in der Planetengetriebeeinheit nach
JP H04-285346 A einer Nitrokarburisierung unterzogen, um eine Härte der Innenverzahnung zu verbessern. Um eine Härte der Innenverzahnung zu erhöhen, kann Induktionshärten verwendet werden. Da die Verarbeitungstemperatur der Nitrokarburisierung niedriger als die eines Induktionshärtens ist, ist jedoch ein Verzug aufgrund einer Nitrokarburisierung begrenzt und kann die Innenverzahnung mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden. Getriebelärm, welcher durch einen Eingriff zwischen dem Planetenrad und der Innenverzahnung des Hohlrads erzeugt wird, wird somit verglichen mit Induktionshärten verringert.
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In einer in
JP 4 867 430 B2 offenbarten Planetengetriebeeinheit ist eine Kupplung, welche ein Reibeingriffselement ist, radial außerhalb eines Hohlrads angeordnet. Die Kupplung hat äußere dünne Scheiben (Kupplungsscheiben)
43 aus ersten Reibungsmaterialien, innere dünne Scheiben (Kupplungslamellen)
44 aus zweiten Reibungsmaterialien, etc., und Profile, welche in der Außenumfangsfläche des Hohlrads
R1 ausgebildet sind, sind mit Profilen, welche in der Innenumfangsfläche der Kupplungslamellen
44 ausgebildet sind, in Eingriff. Das Hohlrad
R1 ist somit konfiguriert, um zudem als eine Nabe einer Kupplung Ca zu dienen. Gleichermaßen dient ein Hohlrad
R2 zudem als eine Nabe einer Kupplung Cb.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösendes Problem
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In dem Fall, in welchem ein solches konventionelles Hohlrad mit einer Innenverzahnung und einer Außenverzahnung, wie in
JP 4 867 430 B2 beschrieben, einer in
JP H04-285346 A beschriebenen Nitrokarburisierung unterzogen wird, wird jedoch eine Härte sowohl der Innenverzahnung als auch der Außenverzahnung durch die Nitrokarburisierung erhöht, da das Hohlrad während der Nitrokarburisierung in einem Ofen platziert wird. Zu dieser Zeit wird durch die Nitrokarburisierung eine Oberflächenhärte der Außenverzahnung des Hohlrads deutlich erhöht, auf einen höheren Wert als eine Oberflächenhärte der Kupplungslamellen, welche mit der Außenverzahnung in Eingriff kommen. Dies ist nachteilig, da die Kupplungslamellen aufgrund eines Kontakts mit der Außenverzahnung des Hohlrads verschleißen. Demgemäß ist es schwierig, ein Verschleißen eines Bauteils, welches mit der Außenverzahnung in Eingriff ist, zu begrenzen. Im Fall von Automatikgetrieben für Fahrzeuge kann nicht nur Getriebelärm erzeugt werden, sondern kann ferner ein Schaltstoß auftreten, falls die Kupplungslamellen verschleißen und der Verschleiß der Kupplungslamellen voranschreitet.
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Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um das vorstehende Problem zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hohlrad, dessen Innenverzahnung mit einer größeren Härte und mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden kann und welches einen Verschleiß eines in eine Außenverzahnung eingreifenden Bauteils begrenzt, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Hohlrads bereitzustellen.
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Mittel zum Lösen des Problems
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Um die vorstehende Aufgabe zu erfüllen, ist ein Hohlrad nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Hohlrad, welches zusammen mit einem Sonnenrad und einem Planetenrad, das radial außerhalb des Sonnenrads angeordnet ist und mit dem Sonnenrad in Eingriff ist, eine Planetengetriebeeinheit ausbildet, wobei eine mit dem Planetenrad in Eingriff stehende Innenverzahnung an wenigstens einem Teil einer Innenumfangsfläche des Hohlrads ausgebildet ist und eine Außenverzahnung, welche eine niedrigere Härte als die Innenverzahnung hat, an wenigstens einem Teil einer Außenumfangsfläche des Hohlrads ausgebildet ist, und eine Oberflächenstickstoffkonzentration an der Innenverzahnung höher als die an wenigstens Zahnflanken der Außenverzahnung ist.
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Bei dem Hohlrad gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend beschrieben, ist das Hohlrad derart ausgebildet, dass die Oberflächenstickstoffkonzentration an der Innenverzahnung höher als die an wenigstens den Zahnflanken der Außenverzahnung ist. Entsprechend ist an der Innenverzahnung einen Nitridschicht an Oberflächen der Innenverzahnung ausgebildet, wodurch die Innenverzahnung mit einer hohen Härte ausgebildet sein kann. Da die Nitridschicht durch Nitrieren bei einer niedrigen Verarbeitungstemperatur als Induktionshärten ausgebildet wird, wird ein Verzug aufgrund des Nitrierens beschränkt und kann die Innenverzahnung mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden. Dies ermöglicht, dass die Innenverzahnung einen ausreichenden Verschleißwiderstand hat, und verringert Getriebelärm, welcher erzeugt wird, wenn ein Zahnrad in einen Innenumfang des Hohlrads eingreift. An der Außenverzahnung kann eine Härte der Außenverzahnung verglichen mit dem Fall reduziert werden, in welchem die Nitridschicht an Oberflächen der Außenverzahnung vorliegt. Dies beschränkt einen Verschleiß eines Bauteils, welches mit der Außenverzahnung in Eingriff ist.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlrads gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlrads mit einer Innenverzahnung an seiner Innenumfangsfläche und einer Außenverzahnung an seiner Außenumfangsfläche aus einem ringförmigen Rohling, mit den Schritten: Ausbilden eines Zwischenkörpers durch Ausbilden der Innenverzahnung an einer Innenumfangsfläche des ringförmigen Rohlings; Ausbilden einer Nitridschicht an einer Oberfläche des Zwischenkörpers durch Nitrieren des gesamten Zwischenkörpers; Entfernen der aus dem Nitrieren resultierenden Nitridschicht, welche an einem Teil einer Außenumfangsfläche des Zwischenkörpers ausgebildet ist, welcher ein Teil ist, an dem die Außenverzahnung ausgebildet werden soll; und Ausbilden der Außenverzahnung an dem Teil des Zwischenkörpers, von welchem die Nitridschicht entfernt worden ist und wo die Außenverzahnung ausgebildet werden soll.
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Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Hohlrads gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend beschrieben, wird die Nitridschicht an Oberflächen der Innenverzahnung durch Nitrieren ausgebildet und wird die Nitridschicht an Oberflächen der Außenverzahnung entfernt. Entsprechend wird an der Innenverzahnung die Nitridschicht an den Oberflächen der Innenverzahnung ausgebildet, wodurch die Innenverzahnung mit hoher Härte ausgebildet werden kann. Da die Nitridschicht durch Nitrieren bei einer niedrigeren Verarbeitungstemperatur als bei Induktionshärten ausgebildet wird, wird ein Verzug aufgrund des Nitrierens beschränkt und kann die Innenverzahnung mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden. Dies ermöglicht, dass die Innenverzahnung eine ausreichende Verschleißresistenz hat, und verringert Getriebelärm, welcher erzeugt wird, wenn ein Zahnrad in einen Innenumfang des Hohlrads eingreift. Bei der Außenverzahnung kann eine Härte der Außenverzahnung verglichen mit dem Fall reduziert werden, in welchem die Nitridschicht an den Oberflächen der Außenverzahnung vorliegt. Dies begrenzt einen Verschleiß eines Bauteils, welches in die Außenverzahnung eingreift.
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Wirkung der Erfindung
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Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Innenverzahnung mit hoher Härte und mit hoher Genauigkeit ausgebildet und wird ein Verschleiß eines in die Außenverzahnung eingreifenden Bauteils beschränkt.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Schnittansicht, welche schematisch eine Planetengetriebeeinheit mit einem Hohlrad gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 2 ist eine perspektivische Ansicht des Hohlrads gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3 ist eine Ansicht, welche einen Teil einer Kupplungslamelle gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 4 zeigt Ansichten, welcher ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlrads gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
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Modi zum Ausführen der Erfindung
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Referenz auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Eine Planetengetriebeeinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Referenz auf 1 bis 3 beschrieben.
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Eine Planetengetriebeeinheit 100 ist konfiguriert, um als ein Teil für Automatikgetriebe von Fahrzeugen verwendet zu werden. Beispielsweise ist die Planetengetriebeeinheit 100 konfiguriert, um für Automatikgetriebe von Automobilen verwendet werden. Wie in 1 gezeigt, weist die Planetengetriebeeinheit 100 ein Hohlrad 1, ein Sonnenrad 2 und Planetenräder 3a, 3b auf. Das Hohlrad 1 ist derart konfiguriert, dass Kupplungslamellen 4a, 4b in dessen Außenumfang eingreifen. Die Planetengetriebeeinheit 100 weist ein Doppelplaneten-Planetengetriebe mit dem Planetenrädern 3a, 3b auf.
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Wie in 1 gezeigt, ist das Sonnenrad 2 radial innerhalb des Hohlrads 1 angeordnet. Das Sonnenrad 2 ist konfiguriert, um mit einer Vielzahl von Planetenrädern 3a in Eingriff zu sein, welche radial außerhalb des Sonnenrads 2 angeordnet sind. D. h., das Sonnenrad 2 ist in der Radialrichtung näherungsweise in der Mitte des Hohlrads 1 angeordnet. Das Sonnenrad 2 ist ferner näherungsweise in der Mitte der Vielzahl von Planetenrädern 3a angeordnet. Das Sonnenrad 2 ist um eine Welle 21 rotierbar.
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Die Planetenräder 3a, 3b sind radial innerhalb des Hohlrads 1 angeordnet. Die Planetenräder 3a, 3b sind radial außerhalb des Sonnenrads 2 angeordnet. D. h., die Planetenräder 3a, 3b sind zwischen dem Sonnenrad 2 und dem Hohlrad 1 angeordnet. Das Planetenrad 3a ist konfiguriert, um mit dem Sonnenrad 2 und dem Planetenrad 3b in Eingriff zu stehen. Das Planetenrad 3b ist konfiguriert, um mit dem Planetenrad 3a und dem Hohlrad 1 in Eingriff zu stehen. Eine Vielzahl der Planetenräder 3b ist durch einen Träger 31 gekoppelt. Das Planetenrad 3a ist um eine Welle 32a rotierbar. Das Planetenrad 3b ist um eine Welle 32b rotierbar. Die Vielzahl von Planetenräder 3a, 3b sind relativ zu dem Sonnenrad 2 um das Sonnenrad 2 rotierbar.
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Der Träger 31 hat eine Trägerplatte 31a und eine Trägerplatte 31b und die Trägerplatten 31a, 31b lagern die Wellen 32a, 32b. Die Welle 32a lagert das Planetenrad 3a rotierbar und die Welle 32b lagert das Planetenrad 3b rotierbar.
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Die Kupplungslamellen 4a, 4b sind radial außerhalb des Hohlrads 1 angeordnet. Eine Vielzahl der Kupplungslamellen 4a, 4b ist in der Richtung der Rotationsachse des Hohlrads 1 bereitgestellt. Insbesondere ist die Vielzahl von Kupplungslamellen 4a in der Axialrichtung an einer Seite des Hohlrads 1 angeordnet. Die Vielzahl von Kupplungslamellen 4b ist in der Axialrichtung an der anderen Seite des Hohlrads 1 angeordnet. Eine Kupplungsnabe 10 ist integral an dem Außenumfang des Hohlrads 1 ausgebildet. Die Kupplungsnabe 10 hat an ihrer Außenumfangsfläche ausgebildete Profile (eine Außenverzahnung). Die Kupplungslamellen 4a, 4b sind mit den Profilen der Kupplungsnabe 10 in Eingriff. Die Kupplungslamellen 4a sind mit einer Außenverzahnung 12b des Hohlrads 1 in Eingriff, wobei Zahnflanken der Kupplungslamellen 4a in Kontakt mit Zahnflanken der Außenverzahnung 12b des Hohlrads 1 sind. Die Kupplungslamellen 4b sind mit einer Außenverzahnung 12a des Hohlrads 1 in Eingriff, wobei Zahnflanken der Kupplungslamellen 4b in Kontakt mit Zahnflanken der Außenverzahnung 12a des Hohlrads 1 sind.
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Wie in 3 gezeigt, hat jede Kupplungslamelle 4a, 4b eine Vielzahl von an ihrem Innenumfang ausgebildeten Zähnen mit Kopfbereichen 41, Grundbereichen 42 und Zahnflanken 43. Jede Kupplungslamelle 4a, 4b hat eine Vielzahl von an ihrer Oberfläche gebondeten Reibungsmaterialien 40.
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Ein Hydraulikservo 50 hat eine Kupplungstrommel 5, ein Kolbenbauteil 52, eine Aufhebungsplatte 53 sowie eine Rückstellfeder 54 und diese Komponenten bilden eine Hydraulikölkammer 55 und eine Aufhebungsölkammer 56.
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Die Kupplungstrommel 5 ist radial außerhalb des Hohlrads 1 angeordnet und Kupplungsscheiben 51 sind mit Profilen in Eingriff, welche an der Innenumfangsfläche eines Trommelabschnitts 5a der Kupplungstrommel 5 ausgebildet sind. Die Vielzahl der Kupplungsscheiben 51 ist bereitgestellt, um der Vielzahl von Kupplungslamellen 4a gegenüberzuliegen. D. h., die Kupplungsscheiben 51 und die Kupplungslamellen 4a sind entlang der Rotationsachse abwechselnd angeordnet.
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Das Kolbenbauteil 52 zusammen mit der Kupplungstrommel 5 bildet dazwischen die öldichte Hydraulikölkammer 55, welche durch einen Dichtungsring 521 und ein Dichtungsbauteil 522 abgedichtet ist. Das Kolbenbauteil 52 hat an seinem Außenumfang einen verlängerten Druckabschnitt 52a. Der Druckabschnitt 52a ist derart angeordnet, dass sein Stirnende der in 1 am weitesten links liegenden Kupplungsscheibe 51 gegenüberliegt.
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Die Rückstellfeder 54 ist in einem komprimierten Zustand zwischen der Aufhebungsplatte 53 und dem Kolbenbauteil 52 angeordnet. Die Aufhebungsplatte 53, das Kolbenbauteil 52 und ein Dichtungsbauteil, welches an dem Außenumfangsabschnitt des Kolbenbauteils 52 angeordnet ist, bilden die öldichte Aufhebungsölkammer 56.
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Bei der vorstehenden Konfiguration wird das Kolbenbauteil 52 in der Axialrichtung durch die Balance zwischen Öldrücken bewegt, welche in der Hydraulikölkammer 55 und der Aufhebungsölkammer 56 erzeugt werden, sodass die Kupplungsscheiben 51 und die Kupplungslamellen 4a gegeneinander gedrückt oder voneinander getrennt werden. Eine Kupplung wird somit geschlossen oder geöffnet.
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Ein Hydraulikservo 60 hat eine Kupplungstrommel 6, ein Kolbenbauteil 62, eine Aufhebungsplatte 63 sowie eine Rückstellfeder 64 und diese Komponenten bilden eine Hydraulikölkammer 65 und eine Aufhebungsölkammer 66.
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Die Kupplungstrommel 6 befindet sich radial außerhalb des Hohlrads 1 und Kupplungsscheiben 61 sind mit Profilen in Eingriff, die an der Innenumfangsfläche eines Trommelabschnitts 6a der Kupplungstrommel 6 ausgebildet sind. Die Vielzahl der Kupplungsscheiben 61 ist bereitgestellt, um der Vielzahl von Kupplungslamellen 4b gegenüber zu liegen. D. h., die Kupplungsscheiben 61 und die Kupplungslamellen 4b sind entlang der Rotationsachse abwechselnd angeordnet.
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Das Kolbenbauteil 62 zusammen mit der Kupplungstrommel 6 bildet dazwischen die öldichte Hydraulikölkammer 65, die durch einen Dichtungsring 621 und ein Dichtungsbauteil 622 abgedichtet ist. Das Kolbenbauteil 62 hat einen verlängerten Druckabschnitt 62a an dessen Außenumfang. Der Druckabschnitt 62a ist derart angeordnet, dass dessen Stirnende der in 1 am weitesten rechts liegenden Kupplungsscheibe 61 gegenüberliegt.
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Die Rückstellfeder 64 ist in einem komprimierten Zustand zwischen der Aufhebungsplatte 63 und dem Kolbenbauteil 62 angeordnet. Die Aufhebungsplatte 63, das Kolbenbauteil 62 und ein Dichtungsbauteil, welches an dem Außenumfangsabschnitt des Kolbenbauteils 62 angeordnet ist, bilden die öldichte Aufhebungsölkammer 66.
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Bei der vorstehenden Konfiguration wird das Kolbenbauteil 62 in der Axialrichtung durch die Balance zwischen Öldrücken bewegt, welche in der Hydraulikölkammer 65 und der Aufhebungsölkammer 66 erzeugt werden, sodass die Kupplungsscheiben 61 und die Kupplungslamellen 4b gegeneinander gedrückt oder voneinander getrennt werden. Eine Kupplung wird somit geschlossen oder geöffnet.
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Wie in 2 gezeigt, weist das Hohlrad 1 eine Innenverzahnung 11 und eine Außenverzahnung 12 auf. Die Außenverzahnung 12 ist in zwei Ebenen ausgebildet und hat die Außenverzahnung 12a und die Außenverzahnung 12b. Das Hohlrad 1 ist radial außerhalb des Sonnenrads 2 angeordnet. D. h., das Hohlrad 1 bildet zusammen mit dem Sonnenrad 2, den Planetenrädern 3a, welche radial außerhalb des Sonnenrads 2 angeordnet sind und mit dem Sonnenrad 2 in Eingriff stehen, und den Planetenrädern 3b, welche radial außerhalb der Planetenräder 3a angeordnet sind und mit den Planetenräder an 3a in Eingriff stehen, die Planetengetriebeeinheit 100. Das Hohlrad 1 steht über die Innenverzahnung 11 mit den Planetenrädern 3b in Eingriff.
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Wie in 1 gezeigt, ist das Hohlrad 1 derart konfiguriert, dass dessen radial äußerer Abschnitt mit der Vielzahl von Kupplungslamellen 4a, 4b in Eingriff steht. D. h., das Hohlrad 1 ist konfiguriert, um als die Kupplungsnabe 10 verwendet zu werden. Das Hohlrad 1 ist ferner derart konfiguriert, dass dessen radial innerer Abschnitt mit der Vielzahl von Planetenrädern 3b in Eingriff ist.
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Das Hohlrad 1 ist ringförmig ausgebildet. Als ein Basismaterial für das Hohlrad 1 wird ein Stahl verwendet. Beispielsweise enthält der als das Basismaterial verwendete Stahl Eisen und Kohlenstoff als Elemente. Das Basismaterial kann ferner je nach Notwendigkeit Silizium, Mangan, Phosphor, Schwefel, Chrom, Aluminium, Stickstoff, etc. als Elemente enthalten.
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Wie in 2 gezeigt, ist die Innenverzahnung 11 an dem Innenumfang des Hohlrads 1 ausgebildet. Die Innenverzahnung 11 ist konfiguriert, um mit den Planetenrädern 3b in Eingriff zu stehen. In der vorliegenden Ausführungsform ist durch ein Nitrieren des Basismaterials des Hohlrads 1 eine Nitridschicht 13 an den Oberflächen der Innenverzahnung 11 ausgebildet. Insbesondere ist die Nitridschicht 13, welche eine höhere Stickstoffkonzentration als das Basismaterial hat, an den Oberflächen der Innenverzahnung 11 durch ein Nitrieren des Basismaterials des Hohlrads 1 ausgebildet.
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Wie in 2 gezeigt, ist die Außenverzahnung 12 an dem Außenumfang des Hohlrads 1 ausgebildet. Die Außenverzahnung 12 weist Kopfbereiche 121, Grundbereiche 122 und Zahnflanken 123 auf und ist derart konfiguriert, dass die Kupplungslamellen 4a, 4b, welche radial außerhalb des Hohlrads 1 angeordnet sind, mit der Außenverzahnung 12 in Eingriff stehen. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Basismaterial des Hohlrads 1 an der Oberfläche der Außenverzahnung 12 freigelegt. D. h., wenigstens an den Zahnflanken 123 der Oberflächen der Außenverzahnung 12 ist keine Nitridschicht 13 vorhanden. Insbesondere entspricht die Oberflächenstickstoffkonzentration wenigstens der Zahnflanken 123 der Außenverzahnung 12 der Stickstoffkonzentration des Basismaterials.
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Die Nitridschicht 13 wird durch ein Einbringen von Stickstoff in das oberflächennahe Basismaterial des Hohlrads 1 ausgebildet. Insbesondere wird die Nitridschicht 13 durch Gasnitrokarburisierung ausgebildet. Die Nitridschicht 13 ist härter als das Basismaterial des Hohlrads 1. Beispielsweise hat das Basismaterial eine Vickershärte von ca. 250 HV. Die Nitridschicht 13 hat eine Vickershärte von ca. 600 HV oder mehr und ca. 900 HV oder weniger. D. h., die Härte der Nitridschicht 13 beträgt das Doppelte oder mehr als die des Basismaterials.
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Herstellungsverfahren für ein Hohlrad
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Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Hohlrads 1 mit Referenz auf 4A bis 4E beschrieben.
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Wie in 4A gezeigt, wird zunächst durch Warmumformen aus einem Stahl (Basismaterial) zum Ausbilden des Hohlrads 1 ein Rohling 101 für das Hohlrad 1 ausgebildet. Insbesondere wird das Basismaterial in einer Ringform ausgebildet. Der Innendurchmesser der Ringform wird hinsichtlich einer Bearbeitungszugabe zum Ausbilden einer Innenverzahnung 11 angepasst. Zudem wird der Außendurchmesser der Ringform hinsichtlich einer Bearbeitungszugabe zum Abtrennen einer später auszubildenden Nitridschicht 13 und einer Bearbeitungszugabe zum Ausbilden der Außenverzahnung 12 angepasst. Der Innendurchmesser und der Außendurchmesser des Rohlings 101 und die Endfläche von beiden Enden in der Richtung der Rotationsachse des Rohlings 101 werden ebenfalls wie notwendig angepasst.
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Wie in 4B gezeigt, wird als Nächstes die Innenverzahnung 11 an dem Innenumfang des Rohlings 101 ausgebildet, um einen Zwischenkörper 102 zu erzeugen. Die Innenverzahnung 11 wird beispielsweise durch Räumen und Anfasen der Zahnenden ausgebildet. Wie in 4C gezeigt, wird der Zwischenkörper 102 anschließend nitriert, um einen Zwischenkörper 103 zu erzeugen. Der Zwischenkörper 103 weist somit an seiner Oberfläche die Nitridschicht 13 auf. Dieses Nitrieren wird durch Gasnitrokarburisierung ausgeführt.
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Anschließend, wie in 4D gezeigt, wird die aus dem Nitrieren resultierende Nitridschicht 13 an dem Außenumfang des Zwischenkörpers 103 entfernt, um einen Zwischenkörper 104 zu erzeugen. Zu dieser Zeit wird die Nitridschicht 13 entfernt, bis das Basismaterial an dem Außenumfang des Zwischenkörpers 103 freiliegt. D. h., die aus dem Nitrieren resultierende Nitridschicht 13, welche an einem Teil der Außenumfangsfläche des Zwischenkörpers 103 ausgebildet ist, nämlich an einem Teil, an welchem die Außenverzahnung 12 ausgebildet werden soll, wird entfernt. Vorzugsweise hat die Außenumfangsfläche des Zwischenkörpers 103 eine Zylinderform mit einer glatten Oberfläche, welche in der Umfangsrichtung eben ist, da dies ein Entfernen der an dem Außenumfang ausgebildeten Nitridschicht 13 durch Drehen vereinfacht.
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Wie in 4E gezeigt, wird nachfolgend die Außenverzahnung 12 an dem Außenumfang des Zwischenkörpers 104 ausgebildet, von welchem die Nitridschicht 13 entfernt worden ist, wodurch das Hohlrad 1 erzeugt wird. D. h., die Außenverzahnung 12 wird an dem Außenumfang des Zwischenkörpers 104 ausgebildet, wo das Basismaterial freiliegt. Insbesondere ist die Außenverzahnung 12 an dem Teil des Zwischenkörpers 104 ausgebildet, von welchem die Nitridschicht 13 entfernt wurde, nämlich an dem Teil, an welchem die Außenverzahnung 12 ausgebildet werden soll. Die Außenverzahnung 12 wird beispielsweise durch Fräsen mit einem Wälzfräser ausgebildet. Da an dem Außenumfang des Zwischenkörpers 104 keine Nitridschicht 13 vorhanden ist und der Zwischenkörpers 104 an seinem Außenumfang somit eine geringere Härte aufweist, kann die Außenverzahnung 12 an dem Außenumfang des Zwischenkörpers 104 einfach ausgebildet werden. Anschließend wird das Hohlrad 1 wie notwendig durch Abstrahlen entgratet und gereinigt. Das Hohlrad 1 wird auf diese Weise hergestellt.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie vorstehend beschrieben, die Nitridschicht 13 an den Oberflächen der Innenverzahnung 11 durch Nitrieren des Basismaterials für das Hohlrad 1 ausgebildet und die Oberflächen der Außenverzahnung 12 werden derart ausgebildet, dass das Basismaterial freiliegt. Dies ermöglicht, dass die Innenverzahnung 11 eine hohe Härte aufweist. Da die Nitridschicht 13 durch Nitrieren bei einer niedrigeren Verarbeitungstemperatur als bei Induktionshärten ausgebildet wird, kann ein Verzug aufgrund des Nitrierens begrenzt werden und kann die Innenverzahnung 11 mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden. Dies ermöglicht es, dass die Innenverzahnung 11 einen ausreichend hohen Verschleißwiderstand hat und reduziert Getriebelärm, welcher erzeugt wird, wenn die Planetenräder 3b mit dem Innenumfang des Hohlrads 1 in Eingriff kommen. Die Oberflächen der Außenverzahnung 12 sind derart ausgebildet, dass das Basismaterial freiliegt. Dies ermöglicht, dass die Außenverzahnung 12 eine niedrigere Härte als in dem Fall hat, in welchem die Nitridschicht 13 an der Oberfläche der Außenverzahnung 12 vorliegt. Dies begrenzt einen Verschleiß der Kupplungslamellen 4a, 4b, welche in die Außenverzahnung 12 eingreifen. Die Kupplungslamellen 4a, 4b und die Außenverzahnung 12 des Hohlrads 1 kontaktieren einander durch die Zahnflanken von Kernscheiben, welche die Kupplungslamellen 4a, 4b bilden, und die Zahnflanken der Außenverzahnung 12 des Hohlrads 1. Es ist somit wichtig, die Außenverzahnung 12 des Hohlrads 1 derart auszubilden, dass das Basismaterial an den Oberflächen der Zahnflanken der Außenverzahnung 12 freiliegt.
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Wie vorstehend beschrieben ist in der vorliegenden Ausführungsform die Außenverzahnung 12 des Hohlrads 1 derart konfiguriert, dass die radial außerhalb des Hohlrads 1 angeordneten Kupplungslamellen 4a, 4b in die Außenverzahnung 12 eingreifen, und ist die Nitridschicht 13 konfiguriert, um härter als das Basismaterial für das Hohlrad 1 zu sein. Da die Härte der Außenverzahnung 12 des Hohlrads 1, welche in die Kupplungslamellen 4a, 4b eingreift, geringer als die der Nitridschicht 13 bereitgestellt werden kann, wird ein Verschleiß der Kupplungslamellen 4a, 4b effektiv beschränkt, ohne die Härte der Kupplungslamellen 4a, 4b zu erhöhen.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie vorstehend beschrieben, die Nitridschicht 13 an dem Außenumfang des dem Nitrieren unterzogenen Zwischenkörpers 102 entfernt, bis das Basismaterial an dem Außenumfang des Hohlrads 1 freiliegt, und wird die Außenverzahnung 12 an dem Außenumfang des Zwischenkörpers 102 ausgebildet, an welchem das Basismaterial freigelegt wurde. Dies ermöglicht, dass die Außenverzahnung 12 des Hohlrads 1 derart ausgebildet ist, dass sie nicht die Nitridschicht 13 aufweist, und somit einen Verschleiß der mit der Außenverzahnung 12 in Eingriff stehenden Kupplungslamellen 4a, 4b zuverlässiger beschränkt wird.
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Wie vorstehend beschrieben, wird in der vorliegenden Ausführungsform die Nitridschicht 13 des Zwischenkörpers 102 durch Gasnitrokarburisierung ausgebildet. Dies ermöglicht es, die eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke aufweisende Nitridschicht 13 sowohl an den Zahnflanken (vorstehende Abschnitte) als auch den Grundbereichen (ausgesparte Abschnitte) der Innenverzahnung 11 auszubilden.
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Wie vorstehend beschrieben ist in der vorliegenden Ausführungsform die Außenumfangsfläche des dem Nitrieren unterzogenen Zwischenkörpers 102 eine glatte Oberfläche, die in der Umfangsrichtung eben ist. Dies vereinfacht ein Entfernen der Nitridschicht 13 an der Außenumfangsfläche des Zwischenkörpers 102.
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Wie vorstehend beschrieben wird in der vorliegenden Ausführungsform der Außenumfang des Zwischenkörpers 102 in einer glatten Zylinderform ausgebildet, die in der Umfangsrichtung eben ist, und wird die Nitridschicht 13 an dem Außenumfang durch Drehen entfernt. Die Nitridschicht 13 kann somit durch Drehen mit einem Span abgetrennt werden, welcher härter als ein Drehmeißel ist, was ein Entfernen der Nitridschicht 13 an dem Außenumfang des Zwischenkörpers 102 vereinfacht.
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Als Nächstes wird ein Beispiel beschrieben, in welchem die Erfinder tatsächlich die Nitridschicht 13 durch Nitrieren der Oberfläche des Hohlrads 1 durch Gasnitrokarburisierung ausgebildet haben und die Dicke der Nitridschicht 13 an den Zahnflanken (vorstehende Abschnitte) und den Grundbereichen (ausgesparte Abschnitte) gemessen haben, um die Wirkung der Gasnitrokarburisierung zu verifizieren.
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In diesem Beispiel wurde der Zwischenkörper 102 einer Gasnitrokarburisierung unterzogen, um die Nitridschicht 13 auszubilden. Diese Gasnitrokarburisierung wurde bei ca. 560 °C für zwei Stunden durchgeführt. Die Dicke der Nitridschicht 13 an den Zahnflanken (vorstehende Abschnitte) des Hohlrads 1 betrug 0,23 mm. Die Dicke der Nitridschicht 13 an den Grundbereichen (ausgesparte Abschnitte) des Hohlrads 1 betrug 0,27 mm. Dieses Ergebnis zeigt, dass die eine im Wesentlichen gleichförmige Dicke aufweisende Nitridschicht 13 sowohl an den Zahnflanken (vorstehende Abschnitte) als auch den Grundbereichen (ausgesparte Abschnitte) durch Gasnitrokarburisierung ausgebildet werden kann.
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Modifikationen
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Die hierin offenbarte Ausführungsform ist in jeder Hinsicht nur beispielhaft und sollte nicht als beschränkend ausgelegt werden. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die Ansprüche definiert, anstelle durch die vorstehende Beschreibung der Ausführungsform und des Beispiels, und die Erfindung soll alle Änderungen (Modifikationen) und Äquivalente abdecken, welche unter den Umfang der Ansprüche fallen.
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Beispielsweise zeigt die vorstehende Ausführungsform ein Beispiel, in welchem die Planetengetriebeeinheit der vorliegenden Erfindung ein Doppelplanetengetriebe aufweist. Es ist jedoch zu verstehen, dass die Planetengetriebeeinheit der vorliegenden Erfindung ein Einzelplanetengetriebe mit nur einer Bauart von Planetenrädern aufweisen kann. In diesem Fall befindet sich ein Hohlrad radial außerhalb eines Sonnenrads und die Planetengetriebeeinheit weist eine Vielzahl von Planetenrädern derselben Bauart auf, welche sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad in Eingriff sind. Die vorstehende Ausführungsform zeigt ein Beispiel, in welchem die Planetengetriebeeinheit der vorliegenden Ausführungsform als ein Teil für Automatikgetriebe für Fahrzeugen verwendet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Planetengetriebeeinheit der vorliegenden Erfindung kann bei anderen Anwendungen als einem Teil für Automatikgetriebe für Fahrzeuge verwendet werden.
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Die vorstehende Ausführungsform zeigt ein Beispiel, in welchem das Hohlrad der vorliegenden Erfindung für Planetengetriebeeinheiten verwendet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das Hohlrad der vorliegenden Erfindung kann in anderen Anwendungen als bei Planetengetriebeeinheiten verwendet werden.
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Die vorstehende Ausführungsform zeigt ein Beispiel der Konfiguration, in welchem die Nitridschicht in dem Hohlrad durch Gasnitrokarburisierung ausgebildet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. In der vorliegenden Erfindung kann die Nitridschicht in dem Hohlrad durch ein anderes Verfahren als durch Gasnitrokarburisierung ausgebildet werden. Beispielsweise kann die Nitridschicht durch Salzbadnitrieren ausgebildet werden.
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Die vorliegende Ausführungsform zeigt ein Beispiel der Konfiguration, in welchem die Nitridschicht an dem Außenumfang des Hohlrads durch Drehen entfernt wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Bei der vorliegenden Erfindung kann die Nitridschicht an dem Außenumfang des Hohlrads durch ein anderes Verfahren als durch Drehen entfernt werden. Beispielsweise kann die Nitridschicht an dem Außenumfang des Hohlrads durch Trennen mit einem Schaftfräser, einem Schneider, etc. entfernt werden.
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Die vorstehende Ausführungsform zeigt ein Beispiel der Konfiguration, in welchem die Kupplungslamellen radial außerhalb der Außenverzahnung des Hohlrads angeordnet sind und mit der Außenverzahnung des Hohlrads in Eingriff stehen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. In der vorliegenden Erfindung kann ein anderes Zahnrad anstelle der Kupplungslamellen radial außerhalb der Außenverzahnung des Hohlrads angeordnet sein und mit der Außenverzahnung des Hohlrads in Eingriff stehen.
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Die vorstehende Ausführungsform zeigt ein Beispiel der Konfiguration, in welchem die Innenverzahnung an der gesamten Innenumfangsfläche des Hohlrads ausgebildet ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. In der vorliegenden Erfindung muss die Innenverzahnung nur an wenigstens einem Teil der Innenumfangsfläche des Hohlrads ausgebildet sein. Der Bereich, an welchem die Innenverzahnung an der Innenumfangsfläche des Hohlrads ausgebildet werden soll, wird dadurch bestimmt, welcher Teil der Innenumfangsfläche des Hohlrads mit den Planetenrädern in Eingriff kommen soll.
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Die vorstehende Ausführungsform zeigt ein Beispiel der Konfiguration, in welcher die Außenverzahnung an der gesamten Außenumfangsfläche des Hohlrads ausgebildet ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. In der vorliegenden Erfindung muss die Außenverzahnung nur an wenigstens einem Teil der Außenumfangsfläche des Hohlrads ausgebildet sein. Der Bereich, an welchem die Außenverzahnung an der Außenumfangsfläche des Hohlrads ausgebildet werden soll, ist ebenso dadurch bestimmt, welcher Teil der Außenumfangsfläche des Hohlrads als eine Kupplungsnabe verwendet werden soll. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Außenumfangsfläche des Hohlrads als zwei Bauarten von Naben verwendet. Die Außenumfangsfläche des Hohlrads kann jedoch als eine einzelne Bauart von Nabe verwendet werden.
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Die vorstehende Ausführungsform zeigt ein Beispiel der Konfiguration, in welchem die Oberflächenstickstoffkonzentration an der Außenverzahnung der Stickstoffkonzentration des Basismaterials entspricht. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. In der vorliegenden Erfindung muss die Oberflächenstickstoffkonzentration nur wenigstens an den Zahnflanken der Außenverzahnung der Stickstoffkonzentration des Basismaterials entsprechen. Dies ist der Fall, da die Außenverzahnung und die Kupplungslamellen einander durch ihre Zahnflanken kontaktieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hohlrad
- 2
- Sonnenrad
- 3a, 3b
- Planetenrad
- 4a, 4b
- Kupplungslamelle
- 11
- Innenverzahnung
- 12, 12a, 12b
- Außenverzahnung
- 13
- Nitridschicht
- 100
- Planetengetriebeeinheit
- 102, 103, 104
- Zwischenkörper
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP H04285346 A [0002, 0003, 0005]
- JP 4867430 B2 [0004, 0005]
