DE7737438U1

DE7737438U1 - Zahnrad

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Publication number: DE7737438U1
Application number: DE19777737438U
Authority: DE
Original assignee: Horsburgh & Scott Co Cleveland Ohio (vsta)
Current assignee: Horsburgh & Scott Co Cleveland Ohio (vsta)
Priority date: 1976-12-09
Filing date: 1977-12-08
Publication date: 1978-06-08
Also published as: US4070920A; DE2754602A1; FR2373358A1; AU3125977A; JPS5372955A; CA1073246A

Description

bin· angetan

The Horsburgh & Scott Company

5114 Hamilton Avenue, Cleveland. Ohio 44114 U.S.A.

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad. Näher im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf Zahnräder mit großem Durchmesser, die aus einem gehärteten Zahnkranz und aus einer hiervon getrennt hergestellten Nabe bestehen und sie hat ein Verfahren zur Herstellung eines solchen zusammengesetzten Zahnrades zum Gegenstand, mit dem es möglich ist, ein Verziehen oder Formänderungen insbesondere in der Verzahnung auszuschalten, die von dem Härteprozeß des Zahnkranzes herrühren.

Bei der Herstellung von großen Zahnrädern ist es üblich, die Zahnradnabe und den Zahnkranz getrennt voneinander herzustellen, die später miteinander verbunden werden, um das vollständige Zahnrad zu bilden. Es ist ferner üblich, wenigstens die Verzahnung des Zahnringes einer Kohlung oder Einsatzhärtung zu unterziehen, um den Verschleiß der Zähne des Zahnrades im Betrieb herabzusetzen.

Der Ausdruck "Härten" soll im folgenden in seinem weitesten Sinne verstanden werden und umfaßt auch das Einsatzhärten und andere ähnliche Härteverfahren.

Das erwünschte Ergebnis der Härtung ist die Bildung einer äußeren Schale auf dem behandelten Teil, die einen höheren Kohlenstoffgehalt von 0,90 Si oder mehr Kohlenstoff an der Oberfläche aufweist, als in dem da-

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runterliegenden, niedrig gekohltem Stahl, der im allgemeinen weniger als 0,25 % Kohlenstoff aufweist. Die gehärtete Schicht ist hierdurch härter und damit auch verschleißfester als der ursprüngliche Teil.

Die Härtung von Zahnrädern hat gewöhnlich ein Verziehen der behandelten Teile zur Folge, was zu einei* Vertiefung oder Mulde in der Außenkante der Zahnradzähne führt, wenn man diese in Umfangsrichtung im ierschnitt betrachtet. Diese Vertiefung muß dann durch eine Bearbeitung entfernt werden. Der Zahnkranz kann sich auch aus seiner kreisrunden Form und/oder aus seiner Hauptscheibenebene verziehen, so daß er nicht mehr genau eben oder kreisförmig ist. Dies trifft insbesondere bei großen Zahnrädern zu, da es Härtepressen für Zahnräder nicht gibt, deren Durchmesser größer als 0,915 m ist.

Härteschichten sind gewöhnlich nur o,25 bis 5,0 mm dick. Bei einer Bearbeitung der unebenen Teile des Zahnrades und/oder der Zahnradzähne, die so weit geht, daß die bearbeiteten Flächen wieder eben sind, kann jede wesentliche Bearbeitung zum Beseitigen des Verzuges auch Teile der bereits gehärteten Schicht schwächen oder beseitigen, wobei diese ihre Härte und Verschleißfestigkeit ganz oder teilweise verlieren. Außerdem ist die Bearbeitung der gehärteten Schicht der Härte des Metalles wegen sehr schwierig und zeitaufwendig. Bei der Bearbeitung eines Zahnrades mit großem Durchmesser werden mehr als 250 Arbeitsstunden auf einer großen und teuren Anlage benotigt, um die durch den HärteprozeB hervorgerufenen Verformungen zu beseitigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu ver-

meiden und ein zusammengesetztes Zahnrad zu schaffen, bei dein eine Nachbearbeitung wenigstens der gehärteten Zähne nicht erforderlich ist und bei dem das aus einem gehärteten Zahnkranzring und einer Nabe zusammengesetzte Zahnrad bereits durch den Zusammenbau die gewünschte Gestalt erhält.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung durch ein Zahnrad mit auf einer Nabe angeordnetem, gehärteten Zahnkranz gelöst, bei dem ein mittlerer Teil des Nabenumfangrandes unter Druck an einem mittleren Teil der inneren Umfangsfläche des Zahnkranzes formschlüssig anliegt und bei dem Nabenteile, die in Axialrichtung der Nabe im Abstand auf beiden Seiten des mittleren Teiles angeordnet sind, mit dem Zahnkranz unter Radialspannung verschweißt sind.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung haben der Zahnkranz und die Nabe in Axialrichtung aneinander anliegende Flächen und eine der Schweißnähte steht in Axialrichtung der Nabe unter Spannung, um diese an einander anliegende Flächen gegeneinanderzudrücken.

Ein Verfahren zum Herstellen eines zusammengesetzten Zahnrades nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein gehärteter Zahnkranzring, dessen äußere Umfangsfläche die Verzahnung trägt, deren Zähne in einem in Urafangsrichtung angesehenen Querschnitt infolge des Härteprozesses eine Vertiefung aufweisen, auf den mittleren Teil der Umfangsfläche einer Nabe aufgeschrumpft werden, die seitlich neben der mittleren Umfangsfläche und im axialen Abstand hiervon auf jeder Seite je ein weiter Umfangsfläche aufweist, daß dann diese weiteren

Umfan^sflächen an ausgewählte Teile auf der Innenseite des Zahnkranzes angeschweißt werden und daß man dann die Schweißnähte abkühlen läßt, um hierdurch Radialzugkräfte zu entwieklen, ./eiche die axialen Endflächen eines jeden Zahnkranzzahnes radial nach innen ziehen.

Besonders zweckmäßig ist es, hierbei wie folgt vorzugehen: Anordnen von einander gegenüberliegenden Axialflächen an der Nabe und der inneren Umfangsfläche des Zahnkranzes; Gegeneinanderdrücken dieser Flächen beim Aufschrumpfen des Zahnkranzes auf die Nabe; Anordnen eines sich radialerstreck enden Axialflansches auf jener Seite der Nabe, die neben der gegenüberliegenden Axialfläche liegt, wobei der Flansch eine der beiden Flächen an seinem äußeren Ende trägt; Verschweißen des Flansches mit der inneren Umfangsfläche des Zahnkranzes im Bogenschweißverfahren und anschließendes Abkühlen der Schweißnaht, um in dem Flansch AxialZugkräfte zu entwickeln, welche die gegenüberliegenden Axialflächen gegeneinanderpressen.

/Sätzlich Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann zu der Flansch vor dem elektrischen Verschweißen vorgewärmt werden, um in dem Flansch zusätzliche Zugkräfte beim Abkühlen zu entwickeln.

Besonders zweckmäßig ist es, w*nn nach der Erfl.ndung in den Flanschen genügend große Zugkräfte erzeugt werden, umfrLe axialen Enden der Zahnkranzzähne in eine gerade Linie zu ziehen, die in Axialrichtung mit dem mittleren Zahn-

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teil fluchtet, wenn man sie im Querschnitt in Umfangsrichtung ansieht.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden genügend hohe Zugkräfte in den Flanschen entwickelt, um die axialen Enden der Zähne des Zahnkranzes radial so weit nach innen zu ziehen, daß die Zähne eine ballige Form annehmen, wenn man sie im Querschnitt in Umfangsricfetung anschaut.

Besonders zweckmäßig kann es sein, wenn die gesamte Außenfläche des Zahnkranzes gehärtet wird und danach diejenigen Teile der gehärteten Innenfläche entfernt; werden, an denen die Schweißungen angebracht werden sollen.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß ein gehärtetes, zusammengesetztes Zahnrad mit geringen Kosten hergestellt werden kann und daß die Zähne nach dem Härteprozeß keiner oder nur einer geringen Bearbeitung bedürfen. Die Zähne des Zahnrades haben hierdurch efrie nach dem Härteprozeß unveränderte Oberfläche mit im wesentlichen gleichförmig dicker gehärteter Schicht.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine Nabe und ein gehärteter Zahnkranz im Schrumpfverfahren zusammengefügt und dann verschweißt werden, wobei die Schweißnähte Zugkräfte entwickeln, welche die axialen Endflächen der Zahnradzähne radial nach innen ziehen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die gegeneinanderstoßenden Axialflächen von Nabe und Zahnkranz&urch Axialzugkräfte gegeneinandergepreßt werden, die durch eine Schweißverbindung zwi-

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schen der Nabe und dem Zahnring entstehen.

Mit der Erfindung wird die durch den Härteprozeß hervorgerufene muldenförmige Vertiefung der Zahnradzähne beseitigt, ohne daß überhaupt eine oder eine wesentliche Nachbearbeitung vorgenommen werden muß..

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Oberfläche der Zähne des Zahnrades nach der Erfindung bo ist, wie sie gehärtet wurde und die Zahnspitz-en in Achsrichtung des Zahnrades ballig verformt werden können, um eine Spitzenbelastung der Zähne an ihren Enden im Betrieb zu vermeiden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Zahnradnabe, wenn sie an den gehärteten Zahnkranzring angeschweißt wird, die muldenförmige Verformung in den Zahnradzähnen durch Zugspannungen beseitigt, die zwischen den verschweißten Teilen der Nabe und des Zahnkranzes in der Schweißraupe auftreten.

Besonders vorteilhaft ist es, daß keine oder nur eine geringe Nachbearbeitung der Zahnradzähne erforderlich ist und daß deswegen die gehärtete Schicht auf den Zahnradzähnen nicht oder nur teilweise beseitigt wird, da die Verformung der Zähne infolge der Härtung durch Anbringen und Abkühlen der Schweißnaht beseitigt wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch das Anschweißen der Zahnradnabe an den Zahnkranz der Zahnring in eine Eblie gezogen und zugleich die verformten Außenränder der Z3hnradzähne in eine Ebene mit deren mittleren Teil gezogen werden, so daß die Außenränder der Zähne in Axialrichtung des Zahnrades

gradlinig verlaufen, wenn man die Zähne im Axialschnitt in Umfangsrichtung betrachtet.

Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß der auf eine Nabe aufgeschrumpfte Zahnkranz zusätzlich an geeigneten Stellen am Außenring der Nabe angeschweißt wird, um ihn an der Nabe festzuhalten, wodurch der Ring gleichzeitig in seine kreisrunde Gestalt und in die genaue Zahnradscheibenebene gezogen wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der anschließenden Beschreibung von Ausführungsformen, mit denen die Erfindung durch die Zeichnungen an Beispielen näher erläutert wird. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Teildarstellung

eines zusammengesetzten Zahnrades nach der Erfindung in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2a einen Teilquerschnitt des Zahnkranzes vor seiner Härtung,

Fig. 2b eine ähnliche Darstellung des Zahnkranzes nach der Aufkohlung,

Fig. 2c eine ähnliche Darstellung des gehärteten Zahnkranzes nach der Bearbeitung und Entfernung einiger gehärteter Flächen, wobei die entfernten Teile durch strichpunktierte Linien angedeutet sind,

Fig. 3 eine perspektivische Teildarstellung einer bevorzugten Ausführungsfonn der Zahnradnabe nach der Erfindung teilweise im Schnitt,

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Fig. 4a Zahnradnabe und Zahnkranz im zusammengebauten Zustand vor dem Schweißen,

Fig. 4 b das Zahnrad nach Fig. 4a, deren einer Teil zusammengeschweißt ist,

Fig. 4c das vollständige Zahnrad im Querschnitt,

Fig. 5 eine andere AusfUhrungsform der Erfindung in einer der Fig. 4c entsprechenden Darstellung,

Fig. 6 einen Zahnradzahn in einem Umfangsschnitt nach Linie 6-6 der Fig. 2b,

Fig. 7a einen Umfangsschnitt radial nach außen

gesehen des fertiggestellten Zahnradzahnes nach Linie 7-7 der Fig. 4c und

Fig. 7b eine der Fig. 7a ähnliche Darstellung,

welche die Wirkung zeigt, wenn die axialen Enden der Zahnradzähne weit genug gezogen werden, um eine Wölbung der Zahnradzähne hervorzurufen.

In Fig. 1 ist ein zusammengesetztes Zahnrad dargestellt, das aus einem äußeren Zahnkranz oder Zahnkranzring 10 besteht, der auf einer Inneren Nabe 12 aufgeschrumpft und dann an dieser mit zwei Schweißraupen 14a und 14b festgeschweißt ist, die sich zwischen der inneren Umfangsfläche des Zahnkranzes und den äußeren Umfangsflächen der Nabe 12 befinden.

Vor dem Zusammenbau mit der Nabe 12 besteht der Zahnkranz 10 im wesentlichen aus einem massiven, kreisförmigen Ring 22, dessen äußere Umfangsfläche mit einer

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Vielzahl von aus dieser ausgeformten Zahnradzähnen 20 vergehen ist und der axial gegenüberliegende Seitenflächen 24 und 26 und radial innen liegende Anlageflächen 28, 30, 32 von verschiedenem Durchmesser aufweist. Hierbei ist die Innenfläche 28 zwischen den Flächen 30 und 32 angeordnet und hat einen etwas größeren Durchmesser als die Ringflächen 30 und 32. Ferner ist der Durchmesser der inneren Ringflächen 32 geringfügig größer als der Durchmesser der Innenfläche 30.

Aufgrund des Durchmesserunterschiedes zwischen den ringförmigen Flächen 28 und 30 hat die Innenfläche des Zahnringes 10 eine in Axialrichtung gerichtete Schulter 29, und infolge des Durchmesserunterschiedes zwischen den Flächen 28 und 32 eine gegenüberliegende, axial gerichtete Schulter 33» die, wie sich im folgenden noch zeigen wird, während des Herstellungsprozesses beseitigt wird.

Der Unterschied in den Durchmesser zwischen den Flächen 28 und 32 ist vorzugsweise mindestens größer als die Tiefe der gekohlten Schicht, die erzeugt wird, nachdem die Zähne fertig bearbeitet sind. Der Unterschied im Durchmesser der Flächen 28 und 30 ist im wesentlichen größer als die Tiefe der gekohlten Schicht, so daß nach dem Entfernen der gekohlten Schicht auf der Fläche 30 eine axiale Schulter 29a übrig bleibt.

Nach der Erfindung wird der Zahnkranzring 10 in die im wesentlichen in Fig. 2a gezeigte Form gebracht und die Zähne 20 können soweit fertig bearbeitet werden, wie Verziehungen oder Verformungen bei diesen Zähnen, die durch das anschließende Erhitzen für die Aufkohlung oder auf andere Weise entstehen, durch die folgenden Bearbeitungsvorgänge beseitigt werden.

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So wird der Zahnkranz 10, wie er in Fig. 2a gezeigt ist, nach seiner Bearbeitung durch eines der verschiedenen, in der Technik bekannten Verfahren gehärtet, um eine Oberflächenschicht zu erzeugen, die einen höheren Kohlenstoffgehalt hat. In der Praxis ist es praktischer, den gesamten Zahnkranz einschließlich der Zahnoberflächen, der Seitenflächen 24 und 26, der inneren Anlageflächen 28, 30 und 32 und der Schultern 29 atf 33 dem Pärteprozeß zu unterwerfen.

In Fig. 2b ist die aufgekohlte Schicht A durch Doppelschraffur längs der Außenflächen angedeutet, wobei die Tiefe der gekohlten Schicht zu Illustrationszwecken übertrieben dargestellt ist. Man wird aber erkennen, daß diese gekohlte Schicht jede geeignete Dicke haben kann, die von der Endbeanspruchung des Zahnrades im Betrieb abhängt. Man erkennt auch, daß der Kohlenstoffgehalt innerhalb der Ringfläche in Wirklichkeit abnimmt, obgleich von einer "Schicht" höheren Kohlenstoff gehaltes die Rede ist. Wie bekannt, führt der Kohlungsprozeß auch dazu, daß die axialen Enden der ) Zahnkranzzähne 20 im Durchmesser und in der Breite wachsen, was zu einer Vertiefung oder schalenförmigen Ausbildung der Zahnenden sowohl im Umfangsschnitt als auch im radialen Querschnitt führt. Die erhöhten Enden sind in Fig. 2b mit 20a und 20b bezeichnet und erstrecken sich, wie dargestellt, über die Teile der Mittelachse der Zähne 20 hinaus radial nach außen. Fig. 6 zeigt die seitliche Erweiterung der axialen Enden der Zähne 20 nach der Härtung, was mit 20c und 2Od angedeutet ist. Die Ausschaltung dieser verzogenen Teile ist es, auf die die vorliegende Erfindung in erster Linie gerichtet ist.

Nach der Erfindung werden die gehärteten Teile der Flächen 30 und 32 durch «ine Bearbeitung entfernt, wo-

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bei die Menge des von der Fläche 32 abzutragenden Metalles größer oder mindestens ebenso groß wie die Tiefe der Schulter 33 in Radialrichtung ist, so daß die bearbeitete Fläche 32a schließlich einen Durchmesser hat, der mindestens glejdi oder größer ist als der Durchmesser der Fläche 28. Außerdem wird bei dieser bevorzugten Ausführungsform mindestens' die gehärtete Schicht der Fläche 30 abgetragen, wobei -.der Enddurchmssser dieser Fläche 30a kleiner ist als der Durchmesser der Mittelfläche 28, so daß ein Teil 29a der Schulter 29 übrig bleibt. Wie man sehen wird, stößt diese Schulter 29a nach dem Zusammenbau mit der Nabe 12 gegen die ebene Seitenfläche 51 a auf der Nabe 12. Obgleich die Schulter 29a öine wichtige Funktion erfüllt, kann sie doch in einigen Fällen auch fortgelassen werden, während im übrigen alle Teile der Erfindung Anwendung finden.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die gehärteten Zonen der Flächen 30 und 32 in erster Linie deshalb entfert werden, weil es notwendig ist, an diese Fläche zu einem späteren Zeitpunkt bei der Herstellung des Zahnrades etwas anzuschweißen. Schweißen einer gehärteten Fläche kann zum Bruch führen und sollte vermieden werden. Wenn die Aufkohlung der Flächen 30 und 32 während des Herstellungsprozesses, beispielsweise durch eine Abdeckung, vermieden werden kann, ist es auch möglich, mit der inneren Flächenausbildung zu beginnen, wie sie in Fig. 2c dargestellt ist, nämlich mit den zylindrischen Flächen 28 und 32a von gleichem Durchmesser und der zylindrischen Fläche 30a, die einen Durchmesser hat, der geringfügig kleiner ist aid der Durchmesser der Fläche 28, so da0 sich die Schulter 29 ergibt. Der gehärtete Teil der FlÄchei 2k und 26 wird vorzugsweise auch durch Bearbeitung entfernt, obgleich dies nur not wendig ist, um einen Bruch zu vermeiden, wenn der Ring

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an seinen axial außen liegenden Kanten geschweißt wird.

Die Nabe 12 ist in ihrer Grundform in der Technik bekannt, jedoch abgewanc It, um sie für die vorliegende Erfindung geeignet zu machen. Die Nabe 12 hat eine zentrale Öffnung 40zur Aufnahme einer Standatachse, einen die Öffnung 40 umgebenden, ringförmigen Kragen 42 und mehrere, sich in Radialrichtung erstreckende Speichen 44; zwischen den Speichen 44 können Scheibenteile 46 als zusätzliche Aussteifungen vorgesehen sein, in denen Öffnungen 48 angeordnet werden können, um das Gesamtgewicht der Nabe zu reduzieren.

Die Speichen 44 und Scheibenteile 46 erstrecken sich radial nach außen zu einem ringförmigen Eingriffsteil 49, der eine im wesentlichen zylindrische, äußere Umfangsflache 50 hat, die parallel zu der Nabenachse verläuft Lind der axial gerichtete ebene Seitenflächen 51a und 51b aufweist. Die Umfangsflache 50 ist sorgfältig bearbeitet, so daß sie genau zylindrisch ist und mindestens die Seitenfläche 51a ist derart bearbeitet, daß sie genau eben ist.

Es ist in der Technik bekannt, auf Zahnradnaben eine konische Umfangsflache vorzusehen, die in konische Inneumfangsflachen von Zahnkränzen paßt. Obgleich die genaue Passung von konischen Flächen einige Probleme aufwirft, ist es möglich und wird auch im Rahmen der Erfindung liegend angesehen, daß eine konische Sitzpassung vorgesehen wird. Aus Gründen des leichteren Zusammenbaues jedoch werden zylindrische Flächen vorgezogen. Der in dieser Beschreibung verwendete Ausdruck "im wesentlichen zylindrisch" wird so verstandden werden, daß er eine leicht konische Form ebenso

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umschließt, wie die bevorzugte zylindrische Form.

Ferner ist bei Raumtemperatur der Durchmesser der umfangsfläche 50 vorzugsweise geringfügig größer als der Durchmesser der inneren Umfangsfläche 28, so daß beim Erhitzen des Zahnkranzes 10 und/oder beim Abkühlen der Nabe 12 der Zahnkranz 10 über die Nabe 12 geschoben werdenkann und zwischen diesen Umfangsflächen ein Festsitz entsteht, wenn diese Teile zu der gleichen Temperatur zurückkehren und zwischen dem Ring 10 und der Nabe 12 an den Flächen 28 und 50 eine Anlagefläche entsteht. Man erkennt, daß auf diese Weise dieser Festsitz in der Anlagefläche den Zahnkranz in eine genaue zylindrische Form zurückzieht, wenn der Zahnkranz beim Erhitzen für den Härteprozeß und/oder für den Schrumpfsitz sich in eine unrunde Lage verzogen h~t.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird weiterhin die Schulter 29a, oder was hiervon nach der Bearbeitung der Flftche 30 und nach den» Entfernen der gehärteten Oberfläche noch übrig bleibt, dicht gegen die ä>ene Fläche 51a gedrückt, wenn der Zahnkranz 10 und die Nabe 12 zusammengebaut sind, und die Schulter 29a wird in dieser Stellung festgehalten, bis die Zahnradteile 10 und 12 die gleiche Temperatur wieder erreicht haben. Auf diese Weise wird der Zahnkranz, wenn er währen der Erwärmung zum Aufkohlen und/oder Aufschrumpfen sich zu einer unebenen Form verzogen hat, wieder in seine ebene Stellung gedrückt und in dieser Stellung fastgehalten, nachdem der Zahnkranz und die Nabe zu der gleichen Temperatur zurückgekehrt sind.

Nach einer bevorzugen Ausführungsform der Erfindung ist die Nabe 12 mit zwei kreisringförmigen Flanschen

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52 und 54 versehen, die sich von der Ebene der Flächen 51a und 5'*b radial und axial nach außen und von einem Bereich, der sich im radialen Abstand der Umfangsflache 50 nach innen befindet, derart erstrecken, daß sich ihre äußeren Enden in axialem Abstand von den Flächen 51a und 51b befinden und zwischen sich und diesen Luftspalte 60 und 62 bilden.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel haben die Flanschen 52 und 54 Außenflächen 56 bzw. 58, die zur Nabenachse unter einem Winkel von annähern 54° abgeschrägt sind. Der äußerste Durchmesser der Fläche 56 ist nur geringfügig kleiner als der Durchmesser der Umfangsflache 30a, während der äußerste Durchmesser der Fläche 58 geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der Umfangsflache 32a. Zweck der Abschrägung ist es, die Möglichkeit zu schaffen, eine Schweißraupe in der von den Flächen 56 und 30a und den Flächen 58 und 32a geschaffenen Nute unterzubringen. Man erkennt, Ceß der Neigungswinkel über einen verhältnismäßig weiten Bereich variiert werden kann, der von den Anforderungen der Schweiße abhängt, die anschließend in der so gebildeten Nute angebracht wird.

Die gegenseitige Lage der Nabe 12 und des Zahnkranzringes 10 vor dem Schweißen ist in Fig. 4a gezeigt.

Bei der Herstellung des Zahnrades nach der Erfindung wird der Zahnkranzring 10 zuerst in die in Fig. 2a gezeigte und weiter oben beschriebene Form gebracht. Hierbei werden die Zähne 20 des Zahnkranzes vollständig bis zu ihrer gewünschten Endform bearbeitet, d.h.,, die Zahnkoplinien verlaufen genau parallel zur Achse. Die Fläche 28 wird bis zu ihrem endgültigen, letÄich gewünschtsn Durchmesser bearbeitet. Die Flächen 30 und

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32 brauchen nicht mit so genauen Toleranzen bearbeitet zu werden. Danach wird der Zahnkranz 10 in einen Härteofen gebracht und die gesamte Oberfläche des Zahnkranzes wird gehärtet, wie dies in Fig. 2b dargestellt ist.

Danach werden der gehärtete Teil auf den Flächen 24 und 26 und die gehärteten Teile auf den Flächen 30 und 32 durch Bearbeitung soweit entfernt, daß die Umfangsflache 32a einen Durchmesser erhält, der mindestens ebenso groß, wenn nicht größer als der Durchmesser der Umfangsflache 28 ist und daß der Durchmesser der Umfangsfläche 30a mindestens kleiner als der Durchmesser der Umfangsflache 28 ist, so daß die Schulter 29a verbleibt. Man erkennt, daß im Anschluß an den Härteprozeß und diese Bearbeitung die Spieen der Zähne 20 in einem in Umfangsrichtung angeschauten Querschnitt einer leicht konkaven Linienfolgen, wie dies in den Fig. 2b und 6 übertrieben dargestellt ist. Aufgabe der Erfindung ist es in erster Linie, eine solche konkave Begrenzungslinie zu beseitigen.

Danach wird der Zahnkranz 10 erhitzt und/oder die Nabe 12 soweit abgekühlt, daß der Durchmesser der Umfangsfläche 28 mindestens ebenso groß und vorzugsweise geringfügig größer ist als der Durchmesser der Umfangsflache 50. Die Nabe 12 wird dann auf eine flache Stirnfläche gelegt, so daß ihre Drehachse senkrecht steht und die Seitenfläche 51a nach oben gerichtet ist. Der Zahnkranzring wird dann senkrecht nach unten auf die Umfangsfläche 50 aufgeschoben und in dieser Stellung derart festgeklemmt _t daß die Schulter 29a an der ebenen Fläche 51a fest anliegt. Offenbar kann auch der Zahnring 10 zuerst auf eine flache Stirnseite gelegt werden, so daß die Schulter 29a aufwärts gerichtet ist, und dann kann die Nabe 12 mit ihrer nach unten gerichteten Fläche

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51 a in ihre Stelleung abgesenkt werden. Die zwei Teile können dann die gleiche Temperatur wieder annehmen. Die Flächen 28 und 50 befinden sich dann in einem Festsitz. Eine solche Schrumpfverbindung ist natürlich bekannt. Danach wird eine Schweißraupe 14a in der von den Flächen 30a und 56 gebildeten Nute nach einen bekannten Schweißverfah^en, beispielsweise im Gras- oder vorzugsweise Elektroschweißverfahren angebracht. Solch ein Schweißprozeß schmilzt einen Teil der Fläche 30a und der Außenfläche 56 des Flansches 52 auf, wobei sich das abgelagerte Schweißmetall mit dem aufgeschmolzenen Teil dieser beiden Flächen verbindet.

Die Hitze des Schweißbogens erwärmt natürlich auch den Flansch 52, so daß dieser sich sowohl in axialer als auch in radialer Richtung so lange ausdehnt, wie sich geschmolzenes Metall im Schweißbad befindet. Danach erhärtet das geschmolzene Teil im Schweißbad und anschließend kühlen sich der Flansch 52 und das erhärtete Schweißmetall ab und schrumpfen gleichzeitig radial und axial nach innen. Die Axialschrumpfung zieht den Zahnkranzring 10 bei der in den Figuren gezeigten Darstellung nach links, wobei sich die Schulter 29a noch fester gegen die Fläche 51a anlegt. Die Radialschrumpfung des Flansches 52 ist bestrebt, den Durchmesser des Zahnkranzes 10 zu verkleinern, soweit jedoch bereits ein Schrumpfsitz zwischen den Flächen 28 und 50 besteht, kann sich der Durchmesser des Zahnkranzes 10 in diesem Bereich nicht weiter verkleinern. In Wirklichkeit setzt diese Schrumpfung die Schweißnaht 14, und die angrenzenden Teile des Zahnkranzes und des Flansches unter Spannung, welche den axial im Abstand unter der Fläche 50 liegenden Teil des Zahnkranzes 10 radial nach innen zieht, welcher wiederum das rechte, axiale Ende des Zahnes 20a radial nach innen zieht und hierdurch dessen Außendurchmesser verkleinert und die Vertiefung

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beseitigt, die durch die frühere Härtung an diesem axialen Ende 20a der Zähne hervorgerufen wurde.

Man erkennt, daß sich zu diesem Zeitpunkt die Flächen und 50 in fester gegenseitiger Anlage befinden. Die Schulter 29a und die Seitenfläche 51a liegen fest aneinander und die Vertiefung wenigstens auf der rechten Seite des Zahnkranzzahnes wurde beseitigt.

Anschließend wird der nun mit der Nabe 12 verbundene Zahnring umgedreht und eine Schweißraupe 14b in der von der Fläche 58 und der Fläche 32a gebildeten Nute angebracht. Die Hitze des Schweißbggens veranlaßt wieder den Flansch 54 sich axial und radial nach außen zu vergrößern, derart, daß, wenn die erhärtete Schweißraupe 14b und der Flansch 54 abkühlen, eine radiale Kontraktion entsteht, die dazu führt, daß das erhöhte Ende 20b des Zahnes 20 durch die sich im Schweißmetall und den angrenzenden Teilen des Flansches 54 und des Ringes 10 durch die Abkühlungs-Kontraktion entstehenden Zugkräfte radial nach innen gezogen wird.

Eine Querschnittsansicht ähnlich derjenigen, die vor dem Zusammenbau und Verschweißen in Fig. 6 dargestellt ist, ist in Fig. 7a nach vollständigem Zusammenbau und Verschweißen gezeigt. Der Querschnitt ist im wesentlichen rechtwinkelig, da die Enden 20a und 20b der Zähne 20 nach unten gezogen wurden. Die Oberflächen der Zähne befinden sich in dem Zustand (oder jedenfalls im wesentlichen in dem Zustand, in dem sie gehärtet wurden, d.h., keine, oder nur eine sehr geringe Bearbeitung wurde an den Zähnen nach dem Härteprozeß vorgenommen.

Bei dem geschweißten Zahnraa kann die Entwicklung zusätzlicher Zugkräfte wünschenswert sein. In diesem Falle können die Flanschen 52 und 54 nach der Erfindung vor dem Schweißen vorgewärmt werden, so daß sich der

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Flansch vor dem Schweißen über das von der Schweiß-•*ärme hervorgerufene Maß verlängert. Die Abkühlungszusammenziehung der vorgewärmten und anschließend verschweißten Flanschen ereeugt eine höhere Zugkraft in den verschweißten Teilen des Zahnrades, als ohne Vorwärmung. Durch genaue Proportion!erung der Abmessungen der Flanschen 52 und 54 und der Breite der Öffnungen 60 und 62 oder durch Anwendung der oben beschriebenen Vorwärmung der Flanschen 52 unc ' 4 wurde es als möglich gefunden, jede Vertiefung oder Auswärtsbiegung in der Kopflinie der Zahnkranzzähne vollständig auszuschalten. Die axialen Enden der Zahnflächen befinden sich mit dem mittleren Teil des Zahnes axial in einer Fluchtlinie. Das Zahnrad kann ohne weitere Bearbeitung in Betrieb genommen werden, d.h., die Zahnflächen befinden sich in einem Zustand, so wie sie gehärtet wurden oder nahezu in einem solchen Zustand.

Mit einem der oben beschriebenen Verfahren zum Steuern der Zugkräfte ist es auch möglich, die axialen Enden 20a und 20b ' über den mittleren Teil hinaus radial neo innen zu ziehen, so daß die Außenflächen der Zähne eine leicht gewölbte Gestalt erhalten, wie sie in Fig. 4c durch strichierte Linien angedeutet ist. Durch Wölbung der Zähne wird die Umfangsbreite der axialen Enden eines jeden Zahnes der Zahnteilungslinie und an anderen Stellen mit entsprechendem Radius auf einen Wert reduziert, der kleiner ist als die Umfangsbreite im mittleren Teil des Zahnes. Fig. 7b zeigt diese Wirkung in weit übertriebener Darstellung. Schwere Belastung auf den axialen Enden 20a und 20b der Zähne 20 kann hierdurch im Betrieb vermieden und/oder gemildert werden.

Zur Erläuterung der Abmessung wird in Verbindung mit dem in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Aus-

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führurigsbeispiel ein Zahnkranzring in Fig. 2a vorgestellt, dessen Außendurchmesser an den Außenflächen der Zähne 20 104 cm und einen Innendurchmesser an der inneren Umfangsfläche 18 von 86,738 cm aufweist. Die Schulter 29 ist etwa 1,928 cm und die Schulter ist etwa 1,285 cm tief. Nach dem Härten werden die Teile 30 und 32 soweit entfernt, daß die Umfangsfläche 30a einen Durchmesser von 86,1 cm und die Umfangsfläche32a einen Durchmesser von 86,738 cm hat, \f±e dies auch bei der inneren Umfangsfläche 28 der Fall ist. Die Schulter 29a hat eine Tiefe von 0,643 cm.

Die verwendete Nabe hat an ihrer äußeren Umfangsfläche 50 einen Durchmesser von 86,794 cm und eine Breite von 8,995 cm im Bereich der Fläche 50. Die Flanschen 52 und 54 sind etwa 1,59 cm breit und die Räume 60 und haben annähernd eine Breite von 2,57 cm. Der Flansch 52 hat einen größten Durchmesser von 86,018cm, während der Flansch 54 einen größten Durchmesser von 86,66 cm hat.

Man erkennt hieraus, daß der Durmesser der äußeren Umfangsfläche 50 etwa 0,057 cm größer ist als der Durchmesser der inneren Umfangsfläche 28 des Zahnkranzringes. Der Ring wird dann erwärmt, um an der Umfangsfläche 28 seinen Durchmesser zu vergrößern und den Schrumpfsitz des Ringes 10 auf der Nabe 12 zu ermöglichen, zu welchem Zeitpunkt die Vorrichtung abgekühlt wird und ein Schrumpfsitz zwischen Nabe und Zahnkranz entsteht und die Vorrichtung sich in der in Fig, 4a gezeigten Verfassung befindet. Man erkennt, daß sich der Flausch 52 jetzt in einem Abstand von 0,771 cm von der Umfangsfläche 30a und der Flansch 54 in einem Abstand von 0,077 cm von der Umfangsfläche 32a befindet.

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Von diesem Zeitpunkt an wird die Schweißung in den oben ausgeführten Verfahrensschritten zwischen dem Flansch 52 und der Umfangsfläche 30a und zwischen dem Flansch 54 und der Umfangsfläche 32a durchgeführt, die Zugkräfte entwickeln sich durch Kontaktion des Schwüißmetai: ,s, der Flanschen und angrenzenden Teile des Zahnkranzringes und führen dazu, daß eine Vertiefung von annähernd 0,321 cm beseitigt wird und daß die äußeren Kanten der Zahnradzähne 20 nicht langer verformt, sondern im Querschnitt gradlinig sind.

^ Fig. 5 zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Hier ist eine verhältnismäßig dicke Nabe 112 vorgesehen, die kreisförmig um ihre äußere umfangsfläche 150 herum bearbeitet ist, um zwei radial sich nach außen erstreckende, kreisförmige Flanschen 152 und 154 zu bilden, die sich neben der äußeren Urafangsflache 150 befinden und kreisringförmige Zwischenräume 160, 162 zwischen den Flanschen 152, 154 und innere Umfangsflachen 151a und 151 b haben, die sich neben der äußeren Umfangsfläche 150 befinden.

Fig. 5 ist eine Darstellung, die zur Zeit des Zusammenbaues der in Fig. 4c gezeigten ähnlich ist. Ein Zahnkranzring 10 vrurde bearbeitet, gehärtet, an den zu schweißenden Umfangsflachen 30a und 32a weiterbearbeitet und dann mit Schrumpfsitz an den Flächen 28 und 150 auf die Nabe 112 aufgezogen, wobei die Fläche 151a in gleicher Weise gegen die Schulter 29a stößt, wie dies in den anderen Figuren gezeigt ist. Die Flanschen 152 und 154 sind dann an den inneren Umfangsflächen 30a und 32a ähnlich wie bei der anderen Ausführungsform nach der Erfindung angeschweißt. Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungform wird jedoch in den Flanachen 152 und 154 kein Axialzug erzeugt, diese

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Flanschen erhalten durch die Kontraktion der Schweißnähte 14a und 14b nur eine Radialzugspannung.

Die Erfindung ist nicht nur auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es sind ein Reihe von Änderungen und auch ganz andere Ausführungsformen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

Schutzansprüche

1. Zahnrad mit einer kreisförmigen Zahnradnabe und einem kreisförmigen Zahnkranz, der auf seiner äußeren Unfangsfläche eine Vielzahl von Zähnen trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umfangsflache (50) der Nabe (12) in ihrem mittleren Teil unter Druck an dem mittleren Teil (28) der inneren Umfangsflache des Zahnkranzes (10) anliegt und daß zwischen der inneren Umfangsflä- ct..e des Zahnkranzes und den äußeren Umfangsflächen (30a, 32a) der Nabe (12) zylinderförmig sich erstreckende Schweißnähte (14a, 14b) angeordnet sind, die sich im axialen Abstand voneinandei^axial gegenüberliegenden Kanten der Verbindungsfläche (28, 50) zwischen Zahnkranz (10) und Nabe (12) befinden und daß die Schweißraupen (14a, 14b) und die benachbarten Teile (52, 30a bzw. 54, 32a) des Zahnkranzes (10) und der Nabe (12) sich mindestens unter einer radialen Zugspannung befinden.

2. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Schweißraupen (14a, 14b) und der Anlagefläche (28, 50) befindlichen Teile von Nabe (12) und Zahnring (10) mindestens keine wesentliche Druckverbindung haben.

II

3. Zahnrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Schweißnähten (i4a, 14b) und der Anlagefläche (23, 50) befindlichen Teile von Nabe (12) und Zahnkranz (10) nicht unter Druck aufeinanderliegen.

4. Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Schweißnähten und der Anlagefläche (28, 50) befindlichen Teile von Nabe (12) und Zahnkranz (10) sich im radialen AbsioPd voneinander befinden.

5. Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißraupen von den Teilen (30a, 32a) der xnneren Umfangsfläche des Zahnkranzes (10) zu zwei radial verlaufenden kreisringförmigen Flanschen (52, 54) auf der Nabe (12) verlaufen und daß diese Flansche (52 und 54) sich im axialen Abstand von den Seiten (51a und 51b) neben der Anlagefläche (28, 50) befinden und mit diesen kreisringförmige Nuten (60, 62) bilden.

6. Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe zwei kreisringförmige Flansche (52, 54) aufweist, die kreisringförmige Endränder (56 bzw. 58) haben und daß sich die Flansche (52 und 54) sowohl axial als auch radial von einer von der äußeren Umfangsfläche radial innen liegenden Ringfläche auswärts nach beiden Seiten der Nabo nach außen erstrecken und daß die Endkanten (56 und 58) sich axial im Abstand von den axialen Seiten der Anlagefläche (28, 50) und der dieser Kante entsprechenden Seite (51a, 51t>) befinden und daß die Schweißnähte (I4tt und 14a) zwischen den Endkanten (56, 58) der Innenfläche (30a bzw. 32a) der inneren Umfangsfläche angeordnet sind.

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III

7. Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (30a) der der Anlagefläche (28) des Zahnkranzes (10) benachbarten inneren Umfangsflachen einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser der inneren Umfangsfiäche (32a) und eine in Axialrichtung weisende Schulter (29a) bildet, welche gegen die gegenüberliegende Seite (51a) der Nabe (12) stößt, die dem Anlagebereich (28, 50) benachbart ist und sich von dem entsprechenden Flansch (52, 54) aus axial nach innen erstreckt.

8. Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Flansche (52, 54) auch unter Axialzugspannung befinden.

9. Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Oberflächen der Zähne in dem Zustand befinden, in dem sie gehärtet wurden.

10. Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Kopflinien der Zahnkranzzähne im Diametral schnitt gerade sind.

11. Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnköpfe der Zahnkranzzähne (20) im Diametralschnitt gewölbt sind.

12. Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Zähne (20) gehärtet und nach der Härtung unbearbeitet geblieben sind.

13. Zahnrad insbesondere nach ei~.2*»i der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Zahnradnabe (12), welche zwei zueinander parallele, kreisförmige, axial einander gegen-

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- IV -

überliegende Seitenflächen (51a und 51b) und eine äußere Umfangsfläche (50) aufweist, die sich in Achsrichtung zwischen den beiden Seitenflächen (51a und 51b) erstreckt und die von beiden Seiten eines von der äußeren Umfangsfläche aus radial einwärts liegenden Bereiches axial und radial sich nach außen erstreckende, mit der Nabe einstückige, kreisringförmige Flansche (>2, 54) aufweist, deren Außenränder (56, 58) sich im axialen Abstand von der Jeweiligen Seite (51a bzw. 51b) f der äußeren Umfangsfläche (50) befinden und deren Durch

messer kleiner ist als der Durchmesser der äußeren Umfangsfläche (50).

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