WO2015044249A2 - Zahnradherstellungsverfahren - Google Patents

Zahnradherstellungsverfahren Download PDF

Info

Publication number
WO2015044249A2
WO2015044249A2 PCT/EP2014/070453 EP2014070453W WO2015044249A2 WO 2015044249 A2 WO2015044249 A2 WO 2015044249A2 EP 2014070453 W EP2014070453 W EP 2014070453W WO 2015044249 A2 WO2015044249 A2 WO 2015044249A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gear
welding
ring gear
individual components
hardening
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/070453
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2015044249A3 (de
Inventor
Arno Klein-Hitpass
Jean-Andre Meis
Jan-Dirk Reimers
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to US15/024,897 priority Critical patent/US20160229009A1/en
Priority to CN201480053291.9A priority patent/CN105579190B/zh
Priority to EP14780798.6A priority patent/EP3022010A2/de
Publication of WO2015044249A2 publication Critical patent/WO2015044249A2/de
Publication of WO2015044249A3 publication Critical patent/WO2015044249A3/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/14—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass gear parts, e.g. gear wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/211—Bonding by welding with interposition of special material to facilitate connection of the parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H48/00—Differential gearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/06—Use of materials; Use of treatments of toothed members or worms to affect their intrinsic material properties
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/17—Toothed wheels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/56—Investigating resistance to wear or abrasion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/08—General details of gearing of gearings with members having orbital motion

Definitions

  • the present invention relates to a method for the manufacture of a multi ⁇ lung individual components end-toothed gear.
  • a fundamental goal of the gear design is to achieve the highest possible torque transmission at the desired speed.
  • the application-related safety of the individual transmission components must be achieved.
  • the construction must be economical to produce.
  • the key components are in this case include the toothed components such as gears, planetary gears, sun gears, pinion shafts and gears, the latter being maxed out in their teeth due to their diameter and weight in Hoechsmann ⁇ th degree.
  • the spur gears from a high-quality gear steel with a low probability of error and high purity.
  • they must be manufactured with the highest possible precision.
  • To achieve the required flank and foot strength it is necessary in most cases, at least to harden the toothed portion of a gear. Maximum flank and cognfestbericht of the teeth is achieved by the sogenann ⁇ te case hardening, the machining steps
  • the body part in a first step, is first cut to length. Subsequently, the shell component is pre-turned and ge ⁇ drilled, so that it receives an annular design.
  • pre-turning and drilling are also first carried out.
  • the teeth are produced in both possible blank designs, for example by means of tooth milling or the like.
  • a deburring of the teeth In the hardening non-toothed in the event of case hardening in a first step regions of the component are draw ⁇ covers. This is followed by carburizing the component, in which the component boundary layer is enriched with carbon.
  • the component is cured, for example, by quenching the component in a liquid or gaseous quenching medium, whereby a component with high surface hardness and hardness is achieved.
  • a component with high surface hardness and hardness is achieved.
  • he ⁇ follows the tempering of the component, wherein the hardness is slightly reduced again, but also unfavorable residual stresses are largely reduced.
  • the component core remains in a tough tempered state. Case hardening, make sure that all component surfaces that need to be covered during Här ⁇ least the component, be accessible should. Covered are all surfaces that are to be further processed later, such as shaft seats, Nu ⁇ ten, short teeth, holes or threads, if they are not already implemented.
  • the component can be hard turned in a first step and then grooved. This is followed by a Schleifbear ⁇ processing of the toothing.
  • a gear for example, a crack test, a
  • the grinding burn test is used to check the hard-worked component for damage caused by grinding the hardened toothing.
  • the grinding burn test is used to check the hard-worked component for damage caused by grinding the hardened toothing.
  • local overheating of the grinding areas can occur in the case of unfavorable process control, which leads to re-hardening zones or tempering processes, which can lead to later failures of the gearwheel.
  • One of the most common grinding fire tests is carried out using the Nitaltician- method. In such Nitaliserung the gear is completely immersed in a nitric acid bath, which leads to superficial detachment or etching of the structure structure.
  • a disadvantage of the one-piece design of gears is with increasing outer diameter of the gears is that they are extremely unfavorable in terms of material requirements and the produc ⁇ tion weight.
  • large gears Ltdsickt exodus ⁇ Stalten.
  • material is removed from the wheel side surfaces as part of a turning process. In this way, the production costs are adversely affected because more metal removal rates required for the Einsicken and already has Doomed? ⁇ gently this material in Rohteilantler costs.
  • hybrid gears are known, which are composed of several components, at least from a hub, arranged on the hub wheel body and arranged on the outer circumference of the wheel body sprocket.
  • Such hybrid gears have to be comparable in their power conversion with the same reliability. You have to be produced economically and have an equally high quality pro ⁇ dutationsquote as enable today's one piece out ⁇ formed and hardened gears.
  • a variety of such hybrid forms of execution ⁇ gears are known, which differ primarily by the manner in which the individual components are secured together, and by the formation of the individual components.
  • the attachment of the individual components to each other can be done mechanically, so the sprocket may be bolted to the wheel body, for example.
  • a shrinking of the ring gear on the wheel body is known, wherein the ring gear is secured relative to the wheel body often by appropriate positive locking against relative movement.
  • the individual components can also be connected to one another in a material-locking manner by means of welding.
  • Welded gears must be additionally designed in addition to the gear safety with respect to their interface properties.
  • the joining interfaces are made up of the component combinations spider and wheel body (so-called bandage), hub and hub as well as hub and shaft. These joints must be included in the design calculations and production planning. Furthermore, you are manufacturing technology Expense and its repercussion on the component function.
  • a well-known production process for hybrid large gear toothed wheels is, for example, in the provision of
  • the sprocket is always made of tempered steel in known large gear wheels.
  • a disadvantage of currently available hybrid gears over one-piece gears is that a grinding burn test by Nitaliserung is not easily feasible. After dipping in the etching bath, the acid must, as previously described, be removed from the construction ⁇ in part to prevent a further attack on the metal. Such removal of the acid is in integrally formed gears not a problem. In hybrid gears proper acid removal will toggle against through between the individual gear components after welding remaining column more difficult or even verhin be ⁇ changed, and therefore on the disadvantages associated with associated with the component remaining acid can hardly or not be met.
  • the present invention provides a method for producing a front-toothed gear consisting of a plurality of individual components, comprising the steps:
  • the at least one hub Providing the individual components, the at least one hub, a disc wheel and a ring gear umfas ⁇ sen,
  • a beam welding method is used in step c) for connecting the individual components.
  • a beam welding method has the advantage over welding methods with a consumable electrode that only slight internal stress is introduced into the component during welding, which is of great advantage, in particular, in the manufacture of large gearboxes.
  • the beam welding method can be, for example, an electron beam welding method or a laser beam welding method, the latter being preferably carried out in a vacuum or partial vacuum.
  • the gaps are sealed by re-welding from the back, wherein the re-welding is preferably carried out with a beam welding method of the aforementioned type.
  • each connection area between two components of the gear to be joined is welded twice - once from the front and once from behind.
  • seal rings of material used before carrying out the welding in step c) in the sealed column where ⁇ with the sealing rings of material during the joining of the individual components in step c) are at least melted by the welding heat, whereby the sealing of the column takes place.
  • the sealing material may be solder or brazing material.
  • the sealing material should in this case be such ge ⁇ selected such that its liquidus temperature during the curing in step d) is not exceeded in order to prevent re-melting of the sealing material.
  • sealant rings are inserted into the gap to be sealed prior to joint welding in step c), wherein the sealing material rings are at least fused during curing in step d) by the heat supplied to the components in an oven, whereby the seal the column takes place.
  • the joint welding are ACCORDING step c) and the sealing of the) weld seams existing column prepared conducted back in the region in step c separated from each other is used for the Ab ⁇ seal the process heat of curing in step d).
  • a soft solder or a brazing filler metal can be selected ⁇ as the sealing material.
  • the second and third variant of the OF INVENTION ⁇ to the invention are used in particular advantageous if the individual components have two disk wheels, which are axially spaced from each other, since the respective mutually facing sides of the disc wheel according to their mounting on a back again Welding for sealing said column are no longer accessible. A back again welding is ent ⁇ speaking impossible.
  • the provision of two disc wheels is particularly advantageous for achieving a higher stiffness of the gear.
  • the disc wheels are connected to each other by means of pipe stiffeners, whereby an additional stiffening of the gear is achieved.
  • both disc wheels are mounted on the ring gear from one side and softened in step b) from the same side, which can be carried out in one setting.
  • the advantage is achieved that the two disc wheels are aligned in their seat in the ring gear to each other.
  • a re-clamping with two-sided machining would make this more difficult.
  • it can be advantageously dispensed with a re-clamping of the workpiece during manufacture, whereby the procedure is made simpler and cheaper.
  • the welding of the two disc wheels in accordance with step c) is then carried out from both sides of the Zahnra ⁇ .
  • the sealing of the column after the curing in step d) is carried out, wherein for sealing an organic metalli ⁇ specific or inorganic matrix is used as a sealing material.
  • an organic metalli ⁇ specific or inorganic matrix is used as a sealing material.
  • usual seam sealing materials can be used, such as silicones, MS polymers, polyurethanes, rubbers, butylenes, bitumens, acrylates or metal clays and organic potting compounds.
  • the ring gear is made of a case-hardened steel, wherein the hardening in step d) takes place by means of case-hardening.
  • case hardening a toothed wheel with the highest edge strength can be provided, so that with the invented Gear wheels produced according to the invention can withstand even the highest loads.
  • the steps a) to f) are preferably carried out in the order mentioned.
  • This sequence is particularly Before ⁇ part in herstel ⁇ development of a large transmission gear when the joining in step c) is performed using a beam welding process and the hardening is used in hardening in step d).
  • a jet ⁇ welding method and a case hardening only a small component distortion associated that with little effort as part of the final hard machining step compensates ⁇ the can without the need for a large allowance must be left.
  • Applicant believes that the residual stresses introduced into the component by the beam welding process are so small that they are completely degraded during case hardening.
  • ⁇ remains only the associated with the case hardening component delay, which is at least comparable with the corresponding delay in the production of one-piece large gear wheels and controllable accordingly.
  • the ⁇ ser distortion can be modified according to the invention by means of the interpreting ⁇ Lich flexible organization of such Rad stresseskonstrument further, that there is little distortions.
  • step e hard turning and tooth grinding.
  • a toothing of the highest quality can be produced ⁇ the.
  • the disc wheel is advantageously at least provided with a centrally disposed recess except ⁇ , in particular with a plurality of eccentrically arranged recesses.
  • Recesses generally provide for vapor escape, flushability and cleanability, and in the case of a deployment Hardening for a good penetration of the carburizing gases and quenching medium.
  • the disc wheel is formed asymmetrically, in particular to adapt the rigidity of a large gear to application-specific loads.
  • the stiffness of the large gear wheel is adjusted by asymmetrical formation of the thickness of the ring gear, whereby a uniform load bearing behavior over a wide load range can be achieved.
  • a uniform load bearing behavior over a wide load range can be achieved.
  • At least a welding joint it is preferable according to one embodiment of the invention shown SEN process, seen in the welding direction, the rear end is formed by a radially projecting projection of which is part of a with each other of the components to be welded.
  • a projection at the end of a welded joint serves as a welding pool support and simplifies the execution of the welding process.
  • the ring gear comprises a connecting portion with a connecting surface, along which the ring gear is welded in step c) with the disc wheel, and a ring gear portion on which the toothing is formed, wherein between the connecting portion and the Zahnkranzab ⁇ cut at least one transition radius is provided the at a distance (a) to be generated in step c), the ring gear and the disc wheel interconnecting
  • Weld seam is arranged.
  • the distance between the over ⁇ transition radii and the weld is to decouple the notching effect produced by the weld.
  • Figure 1 is a schematic side view of a gear GE measured a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a schematic cross-sectional view of the gear according to the first embodiment along the line II-II in Figure 1;
  • Figure 3 is a schematic enlarged view of the in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic enlarged view of the in FIG. 1
  • Figure 5 is a schematic side view of a gear ge ⁇ according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a schematic cross-sectional view of the gear according to the second embodiment along the line VI-VI in Figure 5;
  • Figure 7 is a schematic enlarged view of the in FIG.
  • Ches which shows a transition between a disc wheel and a ring gear of the gear
  • Figure 8 is a schematic diagram showing the tooth profile of a
  • Figure 9 is a schematic enlarged cross-sectional view of a transition between a disc wheel and ei ⁇ nem ring gear of a gear according to a third embodiment of a gear according to the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing the stiffness profile of the in
  • FIG. 9 shows the toothed rim over the tooth rim width
  • Figure 11 is a schematic cross-sectional view of a gear according to a fourth embodiment of the present invention, wherein the ring gear and disc wheel are radially welded together;
  • Figure 12 is a schematic side view of a gear ge ⁇ according to a fifth embodiment of the present invention.
  • Figures 1 and 2 show a large transmission gear 1 according to a first embodiment of the present invention having an outer diameter of 600 mm or more.
  • a hybrid gear wheel which is made of a plurality of individual components, of a substantially cylindrically shaped hub 2, a disc wheel 3 and a case hardened ring gear 4, which at the positions indicated by the arrows A. welded together.
  • the at least one disc wheel 3 is provided with off-center angeord ⁇ Neten recesses 5.
  • the recesses 5 each have different shapes and are asymmetrical. shares at the at least one disc wheel 3 arranged, as shown in Figure 1.
  • the large transmission gear 1 is manufactured as follows.
  • the individual components are provided, ie the hub 2, the disc wheel 3 and the ring gear 4.
  • a mechanical soft ⁇ processing of the individual components ie the hub 2, the disc wheel 3 and the ring gear 4.
  • the hub 2 is subjected to a turning operation.
  • the ring gear 4 is provided with its teeth, which can be done for example in the context of a Wälzfräsbearbeitung.
  • the disc wheel 3 between hub 2 and ring gear 4 is inserted or pressed.
  • Disk wheel 3 can be used.
  • the individual components are then connected to one another at the positions indicated by the arrows A using a beam welding method, wherein the beam welding method is preferably an electron beam welding method.
  • the beam welding method is preferably an electron beam welding method.
  • laser beam welding under vacuum or partial vacuum can also be used.
  • the large transmission gear 1 is case hardened in the welded state, whereby the ring gear 4 a edge strength of 1250 N / mm 2 , preferably 1500 N / mm 2 or more receives.
  • a hard machining in which at least the sprocket is ground.
  • the disk wheel 3 and the ring gear 4 are initially used for the subsequent operation
  • the disc wheel 3 and the toothed rim 4 ⁇ from one side of the gear 1 are Nander welded using the aforementioned beam welding method mitei- circumferentially, which is indicated by the arrow A.
  • radially outwardly extending projection 7 is provided, which engages in a correspondingly formed recess circumferentially on the Rear end of the inner circumference of the tooth ⁇ ring 4 is formed.
  • the back present in the region of the weld ring-shaped gap 6 is closed by the disc wheel 3 and the tooth kränz are welded to 4 from the other side of the gear wheel 1 again MITEI ⁇ Nander, which is indicated by the arrow B.
  • a beam welding method is advantageously used, which is preferably an electron beam welding method or alternatively a laser beam welding method under vacuum or partial vacuum. In this way, the gap is sealed against the penetration of 6 Salpe ⁇ terklare during subsequent grinding burn.
  • a 3 Dichtma ⁇ terialring 8 of the overall preferably made of a brazing material is manufactured.
  • this can also be positioned according to the sprocket 4.
  • the disc wheel 3 and the ring gear 4 for the subsequent welding work are zueinan- properly the positioned, whereupon the disc wheel 3 and the tooth ⁇ rim 4 from one side of the gear 1 are welded together as indicated by the arrow A. is indicated.
  • the height h of the projection 7 and the material of the sealing material ring 8 are selected such that in the region of the sealing material ring 8 by the connection welding in the direction of the arrow A, the temperature is so high that the sealing material ring 8 is at least fused, whereby the gap 6 is sealed. It should be ensured that the liquidus temperature of the sealing material is so high that the sealing material is not melted again during subsequent treatmen ⁇ development in the hardening furnace.
  • the melting process advantageously stabilizes the depth of penetration of the beam welding process due to its latent heat requirement, as a result of which a lower bath support which is customary today can be used. This effect corresponds to the specification of economic production.
  • the sealing material ring 8 is firstly fitted on the outer circumference of the projection 7 of FIG. 4,
  • the white ⁇ ticket ⁇ Benrad 3 and the ring gear 4 are to be positioned properly on ⁇ closing welding operation to one another analogous to the second variant. Then the disc wheel 3 and the ring gear 4 are under
  • the sealing material ring 8 is so far away from the weld that it is not melted by the welding heat. Only in the course of the subsequent case hardening of the sealing material ring 8 is melted within the curing oven by the prevailing temperatures there, whereby the gap 6 is sealed. Accordingly, the connecting fall the disk wheel 3 and the ring gear 4 with time of the sealing of the gap 6 apart.
  • a sealing material is preferably used in this case a brazing whose
  • the sealing means advantageously provides an additional seal against unfavorable hardening of the seam root by carbon, which is highly desirable from a fracture mechanical point of view.
  • the disc wheel 3 and the ring gear 4 are positioned to each other and welded together by means of beam welding according to a fourth variant of the invention. Then the gear 1 is cured in the curing oven and then hartbear ⁇ processed. Only after the hard machining is a sealing material ⁇ ring 8 inserted and sealed in the gap 6.
  • the sealing material may be an organic matrix, a metallic matrix or an inorganic matrix.
  • a significant advantage of the method described is that during the beam welding of the individual components little heat is introduced into the component, with the result that the induced by the welding process residual stresses in comparison to the conventionally used welding processes with abschmelzender electrode are comparatively low. Accordingly , these can be broken down by the heat treatment which takes place during case-hardening (low-stress annealing). Thanks to the case hardening the ring gear 4 is given a very high edge strength so that the large gear ⁇ gear 1 can withstand the highest loads. The component distortion that can not be avoided during case hardening is minimized by appropriate choice of the shape and position of the recesses 5. These recesses 5 provide a voltage ord ⁇ proper penetration during Aufkohlgasen
  • the quenching agent is evenly distributed during the quenching process so that the Temperature distribution in the individual areas of the large transmission gear 1 during cooling or quenching is ⁇ lichst uniform, whereby a component distortion due to local temperature differences is effectively counteracted.
  • the recesses 5 may be formed of ⁇ and arranged differently. For example, a symmetrical arrangement circular recesses 5 can be selected, if this results in a low-distortion component.
  • Another advantage of the method according to the invention is that the hard machining can be performed with relatively little effort due to the low component distortion during the previous process steps, which is why the costs for hard machining are relatively low.
  • Yet another advantage of the inventive process is that by the sealing of the column 6 with sal ⁇ peter acid-resistant sealing material 8 during Schleifbrandprü- Fung penetration of nitric acid is prevented, so that the problems associated with penetration of nitric problems that already initially portrayed were, can not occur and thereby at all enables the controlled Fer ⁇ actuation of this component.
  • FIGS 5 to 7 show a large transmission gear 10 according to a second embodiment of the present invention.
  • the large gear 10 is a hybrid gear that is made of a plurality of individual components, namely a hub 11, two disc wheels 12 and 13 and a ring gear 14, which are welded together at the positions indicated by the arrows A.
  • the hub 11 is substantially cylindrical and comprises a radially projecting shoulder 15 which extends substantially centrally along the circumference of the hub 11 and serves as a stop for positioning the disc wheels 12 and 13.
  • the disk wheels 12 and 13 are each provided with eccentrically ⁇ to ordered recesses 16.
  • the recesses 16 each have different shapes and are arranged asymmetrically distributed on the disc wheels 12 and 13, as shown in Figure 5.
  • the ring gear 14 is made of case hardened steel and case hardened. It comprises a connecting section 17 and a toothed rim section 18 formed integrally therewith, which are connected to one another via a transition radius 19.
  • the connecting portion 17 is provided with two annular connecting surfaces 20 and 21 along which the ring gear 14 is welded to the disk wheels 12 and 13. Between the connecting surfaces 20 and 21 extends a radially inwardly projecting shoulder 22 which serves as a stop for the disc wheels 12 and 13.
  • the dimension a drawn in FIG. 7 denotes the radial distance between the transition radius 19 and the connecting surfaces 20 and 21 or the weld seams provided there.
  • the distance a is so large to choose that the notch effect, which is generated by a CLOSED ⁇ sene welds provided welds, is securely isolated.
  • the drawn in FIG 7 Dimension b designated ⁇ net, the minimum rim strength of the disc wheels 12 and 13 to perform a thermally acceptable weld along the intended on the disc wheels 12 and 13, recesses 16, in order to ensure a largely undisturbed and asymmetric varnishab ⁇ line.
  • the large gear 10 shown in Figures 5 to 7 is according to an embodiment of an inventive fahrens made as follows.
  • the individual components are provided, ie the hub 11, the two disc wheels 12 and 13 and the ring gear 14.
  • a mechanical soft machining of the individual components In a further step, a mechanical soft machining of the individual components.
  • the hub 11 is subjected to a Drehbe ⁇ processing.
  • the ring gear 14 is provided with its toothing, which can be done for example in the context of a Wälzfräsbearbeitung.
  • the disc wheels 12 and 13 are inserted or pressed between the hub 11 and the ring gear 14. For this slight Presspas ⁇ measurements of disc wheels should be 12 and 13 used.
  • the radii in the paragraphs of the fitting surfaces for the disks in the region of the radial and axial abutment surface are to be taken into account in accordance with the inner bevel of the wheel to be inserted.
  • the discs further advantageously have a larger inside radius than on the outside, in which will be welded.
  • the weld seam preparation should nevertheless be carried out taking into account the costs and avoid unnecessary cuts.
  • the individual components are then connected to one another at the positions indicated by the arrows A using a beam welding method, wherein the beam welding method is preferably an electron beam welding method.
  • a laser beam welding process under vacuum or partial vacuum can be used.
  • the large gear 10 is case hardened in the welded state, whereby the ring gear 14 a Flan ⁇ kenfestmaschine of 1250 N / mm 2 , preferably 1500 N / mm 2 or more receives.
  • the ring gear 14 a Flan ⁇ kenfestmaschine of 1250 N / mm 2 , preferably 1500 N / mm 2 or more receives.
  • a hard machining in the context of which at least the ring gear 14 is ground.
  • a hard machining of the hub 11 and / or the disc wheels 12 and 13 may follow, for example in the context of a hard turning operation.
  • the gear 10 of a grinding ⁇ fire test is subjected using the Nitaliserbacters.
  • gaps 23 remaining on the rear side in the area of the respective weld seams are sealed with a sealing material 24 in order to prevent penetration of salicylic acid during the welding fire test.
  • a sealing method according to the second or third variant described above with reference to FIG. 4 can optionally be selected.
  • the first variant is excluded, since the use of two disc wheels 12 and 13 a liensseiti- re welding is not possible for lack of accessibility.
  • the fourth variant is also eliminated because of lack of accessibility.
  • a significant advantage of the method described is that during the beam welding of the individual components little heat is introduced into the component, with the result that the induced by the welding process residual stresses in comparison to the conventionally used welding processes with abschmelzender electrode are comparatively low. Accordingly, these can be broken down by the heat treatment which occurs during case hardening (stress relief ).
  • the notch effect is also decoupled. Thanks to the case hardening the ring gear 14 is given a very high edge strength so that the large gear ⁇ gear 10 can withstand the highest loads.
  • the component distortion which can not be avoided during case-hardening is minimized by appropriate choice of the shape and position of the recesses 16.
  • These recesses 16 provide for proper penetration of carburizing gases during carburizing.
  • the quenching agent is evenly distributed during the quenching process in such a way that the temperature distribution in the individual regions of the large gear 10 during cooling or quenching is as uniform as possible, as a result of which component distortion due to local temperature differences is effectively counteracted.
  • the recesses 16 may be formed and arranged differently. For example, a symmetrical arrangement of circular recesses 16 can be selected if this results in a low-distortion component.
  • Another advantage of the method according to the invention is that the hard machining can be performed with relatively little effort due to the low component delay during the preceding method steps, which is why the costs for hard machining are comparatively low.
  • Yet another advantage of the inventive method is that the penetration of nitric acid is prevented by the sealing of the column 23 with nitric acid-resistant sealing material 24 during the grinding ⁇ fire test so that with a penetration of nitric acid mono- reciprocating problems that already initially portrayed wur ⁇ den, can not occur.
  • FIG. 8 schematically shows the tooth profile 25 of a helical toothing of a toothed ring 14 in plan view and in side view.
  • the driving gear 26 engages the driven wheel (not shown) during operation with the sharper tooth edge 27.
  • This tooth edge 27 is inherently less rigid than the obtuse angled opposite tooth edge 28.
  • the contact pattern of the helical toothing moves with increasing load from the tooth edge 27 to the tooth edge 28 and is optimized according ei ⁇ ner special topographic correction in the contact pattern.
  • the bearing behavior of gears is superimposed by a noticeable deformation of the elastic transmission components and components, in particular in the case of high-strength, case-hardened gear materials which enable a high load utilization.
  • the bending on the tooth heads is usually a Many of the production-related form deviations on the tooth.
  • the overload also causes by bends and twists of pinion and wheel shaft, pinion and Scheibenradkör ⁇ per as well as bearing subsidence and housing deformations. This results in misalignments of the tooth flanks, which are often considerably higher than the production-related flank line deviations. There is thus an uneven wear of the tooth surface in height and width, which adversely affects both the carrying capacity and the noise behavior.
  • FIGS. 9 and 10 show a stiffness variation which can be produced according to the invention. Thanks to a sprocket thickness increase to one side according to the invention, the rigidity for Bet ⁇ tion of the sprocket can be manipulated.
  • FIG. 9 shows a toothed rim 31 welded to disk wheels 29 and 30, which is the toothed ring 26 of the driving wheel shown in FIG. 8 in the modified state.
  • An advantage of this modification of the invention is that the edges of the teeth of the sprocket 31 are supported softer on ⁇ ground locally reduced sprocket thicknesses in order, so to avoid corner supports a disproportionate and Vermin ⁇ royal wearing only the refueling.
  • the interfaces between the disc wheels 29 and 30 and the ring gear 31 by the reduction of the tooth rim thickness at the radially inner edge regions of the ring gear 31 are easily accessible, which in a positive manner a
  • Figure 11 is a schematic view of a hybrid greyge ⁇ gear gear 32 according to another embodiment of the present invention, which is also made of a hub 33, two disc wheels 34 and 35 and a ring gear 36. While the hub with the disc wheels 34 and 35 are welded together in the axial direction as in the previous embodiments, the disc wheels 34 and 35 are welded to the ring gear 36 in the radial direction in this embodiment.
  • FIG 12 shows a schematic side view of a Profge ⁇ drives gear 39 according to another embodiment of the present invention.
  • the large transmission gear 39 is also a hybrid gear having a hub 40, two disc wheels 41 and 42 and a ring gear 43 welded together.
  • the construction of the large gear ⁇ gear 39 corresponds substantially to that of the large gear 10 shown in Figures 5 to 7.
  • the recesses 44 are arranged symmetrically in the gear 39 and have a circular shape.
  • axially occidentalre ⁇ ckende tube stiffeners 45 are provided which connect the disc wheels 41 and 42 together, whereby the construction is additionally stiffened.
  • the constructions of the large transmission gears 10 and 39 correspond to each other.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus mehreren Einzelkomponenten bestehenden stirnverzahnten Zahnrads (1; 10; 32; 39), das die Schritte aufweist: a) Bereitstellen der Einzelkomponenten, die zumindest eine Nabe (2; 11; 33; 40), ein Scheibenrad (3; 12, 13; 34, 35; 41, 42) und einen Zahnkranz (4; 14; 36; 43) umfassen, b) zumindest teilweises mechanisches Weichbearbeiten der Einzelkomponenten, c) Verbinden der Einzelkomponenten unter Verwendung eines Schweißverfahrens, d) Härten zumindest des Zahnkranzes (4; 14; 36; 43), e) Hartbearbeiten zumindest des Zahnkranzes (4; 14; 36; 43) und f) Durchführen einer Schleifbrandprüfung unter Einsatz des Nitalätzverfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchführung des Schrittes f) ein Abdichten von rückseitig im Bereich der in Schritt c) hergestellten Schweißnähte vorhandenen Spalten (6; 23; 37) unter Verwendung eines salpetersäurefesten Dichtmaterials (8; 24; 38) erfolgt.

Description

Beschreibung
Zahnradherstellungsverfahren Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel¬ lung eines aus mehreren Einzelkomponenten bestehenden stirnverzahnten Zahnrads.
Ein grundsätzliches Ziel der Getriebekonstruktion besteht da- rin, eine höchstmögliche Drehmomentübertragung bei gewünschter Drehzahl zu erreichen. Hierbei müssen zum einen die anwendungsbedingten Sicherheiten der einzelnen Getriebebauteile erreicht werden. Zum anderen muss sich die Konstruktion wirtschaftlich herstellen lassen. Die Schlüsselbauteile sind hierbei u.a. die verzahnten Komponenten wie Hohlräder, Planetenräder, Sonnenräder, Ritzelwellen und Stirnräder, wobei letztere aufgrund ihres Durchmessers und Gewichtes im höchs¬ ten Maße im Rahmen ihrer Verzahnung ausgereizt werden. Zu diesem Zweck ist es unter allen Umständen erforderlich, die Stirnräder aus einem hochwertigen Verzahnungsstahl mit geringer Fehlerwahrscheinlichkeit und hoher Reinheit herzustellen. Darüber hinaus müssen sie mit höchstmöglicher Präzision gefertigt werden. Zur Erzielung der erforderlichen Flanken- und Fußfestigkeit ist es in den meisten Fällen erforderlich, zumindest den verzahnten Bereich eines Zahnrades zu härten. Eine maximale Flanken- und Fußfestigkeit der Zähne wird durch das sogenann¬ te Einsatzhärten erzielt, das die Bearbeitungsschritte
Aufkohlen, Härten und Anlassen umfasst. Nach dem derzeitigen Stand der Technik ist nur mit einem solchen Einsatzhärten die höchste spezifische Leistungsdichte und Sicherheit zu errei¬ chen, wie sie insbesondere bei hochbelasteten, unter Umständen langsam laufenden Großgetriebezahnrädern gefordert sein kann.
Es ist bekannt, kleinere Zahnräder sowie Großgetriebezahnrä¬ der, also Zahnräder mit Außendurchmessern von 600 mm und mehr, aus einem einteiligen Rohling herzustellen. Der fertigungstechnische Ablauf solcher Zahnräder gliedert sich in drei Hauptbearbeitungsphasen und eine sich anschließende Qua¬ litätsprüfung. Die Bearbeitungsphasen sind die Weichbearbei- tung, die Härterei und die Hartbearbeitung. Diese werden wie¬ derum in jeweilige Unterbearbeitungsschritte unterteilt.
Bei der Weichbearbeitung erfolgt im Falle von Stangenmaterial in einem ersten Schritt zunächst ein Ablängen des Rohbau- teils. Anschließend wird das Rohbauteil vorgedreht und ge¬ bohrt, so dass es eine ringförmige Ausbildung erhält.
Im Falle von vorgeschmiedeten Lochscheiben, die insbesondere bei größeren Durchmessern wirtschaftlich sinnvoll sind, er- folgt ebenfalls zuerst das Vordrehen und Bohren. Hier stellt es sich derart dar, dass die Materialeinsparung durch die vorgefertigte Mittelbohrung bereits wirtschaftlich vertretbar ist . Im Anschluss wird bei beiden möglichen Rohteilausführungen die Verzahnung hergestellt, beispielsweise mittels Zahnfräsen oder dergleichen. Abschließend erfolgt dann ein Entgraten der Verzahnung . In der Härterei werden im Falle des Einsatzhärtens in einem ersten Schritt nicht verzahnte Bereiche des Bauteils abge¬ deckt. Daraufhin erfolgt das Aufkohlen des Bauteils, bei dem die Bauteilerandschicht mit Kohlenstoff angereichert wird. Anschließend wird das Bauteil gehärtet, beispielsweise durch Abschrecken des Bauteils in einem flüssigen oder gasförmigen Abschreckmedium, wodurch ein Bauteil mit hoher Oberflächenhärte und Härte erzielt wird. In einem weiteren Schritt er¬ folgt das Anlassen des Bauteils, wobei die Härte wieder etwas reduziert wird, aber auch ungünstige Eigenspannungen weitge- hend reduziert werden. Der Bauteilkern hingegen bleibt in einem zähvergüteten Zustand. Beim Einsatzhärten ist darauf zu achten, dass sämtliche Bauteilflächen, die während des Här¬ tens des Bauteils abgedeckt werden müssen, zugänglich sein sollten. Abgedeckt werden alle Flächen, die später weiterbearbeitet werden sollen, wie beispielsweise Wellensitze, Nu¬ ten, Kurzverzahnungen, Bohrungen oder Gewinde, wenn sie nicht schon implementiert sind. Die Chargierung im Härtereiofen er- folgt unter Berücksichtigung der Wärmeübergänge und der Verzüge durch das Eigengewicht der Bauteile. Für das Abschrecken sind ebenfalls Vorgaben zu berücksichtigen. Das Abschreckmit¬ tel sollte ungehindert das Bauteil umströmen können, weshalb Hinterschneidungen und Hohlräume zu vermeiden sind. Unter Um- ständen sind Hinterschneidungen und vor allem Hohlräume mit Durchströmungsbohrungen zu versehen, die jedoch zu einer ungleichmäßigen Abschreckung führen, auch wenn der Einschluss von Luft dadurch vermieden wird. In einem sich anschließenden Schritt wird das Bauteil norma¬ lerweise mittels Reinigungsstrahlen gereinigt. Das Reini¬ gungsstrahlen ist darauf angewiesen, die betreffenden Flächen direkt erreichen zu können. Hohlräume können entsprechend nicht gereinigt werden. Das Granulat sollte aus den Bauteil- hohlräumen entfernt werden können.
Bei der sich anschließenden Hartbearbeitung erfolgt eine mechanische Bearbeitung des Bauteils im gehärteten Zustand. So kann das Bauteil in einem ersten Schritt hartgedreht und im Anschluss genutet werden. Daraufhin erfolgt eine Schleifbear¬ beitung der Verzahnung.
Zur Durchführung von Dreh-, Fräs- und Schleifbearbeitungen im Rahmen der Weich- und Hartbearbeitung muss das Bauteil in der entsprechenden Maschine aufgenommen werden. Hierzu werden
Spannplatten, Spanndorne oder Spreizdorne verwendet. Weiter¬ hin besteht die Möglichkeit der Verwendung von Nullspannplat¬ ten. Während einer Innenbearbeitung wird über die Außenflächen gespannt, wobei vor einem Umspannen allgemeine Richtflä- chen auf die Kopfkreisfläche angebracht werden. Die Seiten¬ flächen haben eine Vorzugsseite zum Spannen. Grundsätzlich sind die Vorgaben der Spannflächen und Spannmittel, der Werkzeugausläufe und Werkzeugradien zu berücksichtigen. Bei der Toleranzvergabe ist zu beachten, ob die Bearbeitung innerhalb einer Aufspannung oder innerhalb mehrerer Aufspannungen erfolgen muss. Nach der Durchführung der Hartbearbeitung wird das so hergestellte Bauteil geprüft, gemessen und entgratet.
Im Rahmen der Qualitätsprüfung werden in Abhängigkeit der zu prüfenden Parameter unterschiedliche Verfahren eingesetzt. So kann ein Zahnrad beispielsweise einer Rissprüfung, einer
Oberflächenhärteprüfung, einer Schleifbrandprüfung oder dergleichen unterzogen werden.
Die Schleifbrandprüfung dient dazu, das hartbearbeitete Bau- teil auf Beschädigungen zu überprüfen, die durch das Schleifen der gehärteten Verzahnung erzeugt wurden. Beim Schleifen kann es im Falle einer ungünstigen Prozessführung zur örtlichen Überhitzung der Schleifbereiche kommen, wodurch Neuhärtezonen oder Anlassvorgänge hervorgerufen werden, die zu spä- teren Ausfällen des Zahnrads führen können. Eine der gängigsten Schleifbrandprüfungen wird unter Einsatz des Nitalätz- verfahrens durchgeführt. Bei einer solchen Nitalätzung wird das Zahnrad vollständig in ein Salpetersäurebad eingetaucht, was zur oberflächlichen Ablösung bzw. zur Ätzung der Gefüge- struktur führt. Dieser Säureangriff erfolgt abhängig von der Kornorientierung und der Mikrostruktur des Gefüges unterschiedlich stark, wodurch bei geeigneter Prozessführung mit dem Auge erkennbare Schattierungen des Gefüges sichtbar werden, die sich bei Neuhärtung oder Reduktion der Einsatzhärte im Unterschied zur ordnungsgemäß gehärteten Struktur abzeichnen. Die Säure muss nach dem Nitalätzen wieder von dem Bauteil entfernt werden, um nachteiligen Effekten entgegenzuwirken, wie beispielsweise einer Schädigung des Bauteils durch Wasserstoffinduzierte Spannungsrisskorrosion, einer Ver- schmutzung des Getriebeöls durch Korrosionsprodukte oder durch schwer lösliche Salze oder gar durch eine Säureverschleppung in die Reinigungsbäder aufgrund mangelnden Abtrop- fens etc., um nur einige Beispiele zu nennen. Ein Nachteil der einteiligen Ausbildung von Zahnrädern besteht mit zunehmendem Außendurchmesser der Zahnräder darin, dass diese hinsichtlich des Materialbedarfs und des Ferti¬ gungsgewichts extrem ungünstig sind. Als Lösung des Gewichts- problems ist es bekannt, Großzahnräder eingesickt auszuge¬ stalten. Mit anderen Worten wird im Rahmen einer Drehbearbeitung von den Radseitenflächen Material entfernt. Hierdurch werden die Fertigungskosten jedoch nachteilig beeinflusst, da für das Einsicken weitere Zerspanungsleistungen nötig sind und dieses Material im Rohteilankauf bereits Kosten verur¬ sacht hat.
Ein weiteres Problem tritt mit zunehmendem Außendurchmesser des Zahnrades beim Einsatzhärten auf. Bei diesem Prozess wird viel Energie in das Bauteil eingebracht, was beim Abschreck- prozess zu einem massiven Bauteilverzug führen kann. Dieser Bauteilverzug ist sowohl vorab durch aufwendige konstruktive Maßnahmen als auch nachträglich durch entsprechenden Materialabtrag zu kompensieren. Zur Verbesserung der Härtbarkeit bzw. des Abschreckprozesses ist es beispielsweise bekannt, Bohrlöcher in das Bauteil einzubringen, die gewährleisten sollen, dass das Bauteil gleichmäßiger von dem Abschreckmedi¬ um umspült wird, um einen besseren Temperaturverlauf des Bau¬ teils während seiner Abkühlung und damit einen verminderten Verzug zu erzielen. Für einen nachträglichen Materialabtrag muss das Bauteil mit entsprechenden Aufmaßen ausgelegt wer¬ den, so dass der nachträgliche Materialabtrag auf die Soll- Abmessungen erfolgen kann. Der nachträgliche Materialabtrag muss allerdings im gehärteten Zustand des Bauteils erfolgen, was mit erheblichen Kosten verbunden und entsprechend unwirt¬ schaftlich ist.
Trotz dieser teuren und aufwendigen Gegenmaßnahmen ist der Bauteilverzug in der Praxis jedoch nur schwer in enge Berei- che und kontrolliert einzuschränken. Im Ergebnis sind insbe¬ sondere einteilig ausgebildete Großzahnräder, die in der zu¬ vor beschriebenen Weise hergestellt werden, ein wirtschaftli- eher Kompromiss aus Materialkosten und Fertigungskosten und in der Summe nur bedingt wirtschaftlich.
Als Alternative zu einteilig ausgebildeten Zahnrädern der zu- vor beschriebenen Art sind hybride Zahnräder bekannt, die aus mehreren Komponenten zusammengesetzt sind, und zwar zumindest aus einer Nabe, einem an der Nabe angeordneten Radkörper und einem am Außenumfang des Radkörpers angeordneten Zahnkranz. Solche hybriden Zahnräder müssen vergleichbar in ihrem Leis- tungsumsatz bei gleicher Sicherheit sein. Sie müssen wirtschaftlich herstellbar sein und eine ebenso hochwertige Pro¬ duktionsquote aufweisen, wie es die heutigen einteilig ausge¬ bildeten und einsatzgehärteten Zahnräder ermöglichen. Im Stand der Technik sind bereits verschiedenste Ausführungs¬ formen solcher hybrider Zahnräder bekannt, die sich in erster Linie durch die Art unterscheiden, wie die Einzelkomponenten aneinander befestigt sind, sowie durch die Ausbildung der Einzelkomponenten .
Die Befestigung der Einzelkomponenten aneinander kann mechanisch erfolgen, so kann der Zahnkranz beispielsweise mit dem Radkörper verschraubt sein. Alternativ ist auch ein Aufschrumpfen des Zahnkranzes auf den Radkörper bekannt, wobei der Zahnkranz gegenüber dem Radkörper häufig durch entsprechende Formschlusssicherungen gegen eine Relativbewegung gesichert ist.
Alternativ können die Einzelkomponenten auch stoffschlüssig mittels Schweißen miteinander verbunden werden. Geschweißte Zahnräder müssen neben der Verzahnungssicherheit zusätzlich bezüglich ihrer Schnittstelleneigenschaften ausgelegt werden. Die Fügeschnittstellen setzen sich aus den Bauteilkombinationen Zahnkranz und Radkörper (sogenannte Bandage) , Radkörper und Nabe sowie Nabe und Welle zusammen. Diese Fügestellen müssen in die Auslegungsberechnungen und Fertigungsplanung mit einbezogen werden. Ferner sind ihr fertigungstechnischer Aufwand und ihre Rückwirkung auf die Bauteilfunktion zu berücksichtigen .
Ein bekannter Fertigungsablauf für hybride Großgetriebezahn- räder besteht beispielsweise in der Bereitstellung der
Rohteile, dem Vordrehen, dem Schweißen, dem Verzahnen, ggf. einem Induktionshärten, dem Verzahnungsschleifen und der sich anschließenden Qualitätssicherung . Die Schweißarbeiten werden bei Großgetriebezahnrädern bislang ausnahmslos mittels MSG-Schweißen (Metallschutzgasschweißen) , Elektrodenschweißen oder Unterpulverschweißen gefertigt - alles Verfahren mit abschmelzender Elektrode und im Vergleich hoher Streckenenergie und daher starker Auswirkung auf die metallurgischen Eigenschaften der Verbindung und des Grundwerkstoffes. Der Schweißprozess als solcher induziert aller¬ dings große Eigenspannungen in die Stahlbaustruktur. Vor diesem Hintergrund ist es für den Fachmann heute üblich, im An- schluss an die Schweißbearbeitung zum Spannungsabbau ein Spannungsarmglühen durchzuführen, um zu verhindern, dass weitere Fertigungsschritte diese Spannungen eventuell in Verfor¬ mung freisetzen würden, wie beispielsweise beim Eindrehen von Sicken, bei einer asymmetrischen Wanddickenreduzierung oder dergleichen. Diese fertigungsbegleitenden Verformungen sind bekannt und führen zu Verwerfungen der geschweißten Struktur. Entsprechend ist eine hochpräzise Maßbearbeitung eines ge¬ schweißten Großgetriebezahnrads nur nach der Durchführung eines Spannungsarmglühens möglich. Das Härten des geschweißten Bauteils erfolgt zumindest bei
Großgetriebezahnrädern mittels Induktionshärten. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass lediglich lokal eine verhältnis¬ mäßig geringe Wärmeenergie in das Bauteil eingebracht wird, wodurch ein starker Bauteilverzug verhindert wird.
Ein Einsatzhärten des geschweißten Bauteils, wie es bei den einteilig ausgebildeten Großgetriebezahnrädern zum Einsatz kommt, wird bei hybriden Großgetriebezahnrädern aufgrund der hohen, durch den Schweißprozess mit abschmelzender Elektrode eingebrachten Eigenspannungen nicht angewendet. Bei Großgetriebezahnrädern führen bereits geringe Abweichungen
abmaßbedingt zu größeren Formabweichungen. Der Verzug auf- grund des Schweiß-Eigenspannungsabbaus und der Härteverzug werden kumulativ so groß, dass eine aufwändige mechanische Bearbeitung im gehärteten Zustand des Bauteils erforderlich wäre. Dies ist jedoch unerwünscht, da es erhebliche Kosten verursacht. Entsprechend ist der Zahnkranz bei bekannten Großgetriebezahnrädern stets aus Vergütungsstahl gefertigt.
Bei kleinen Zahnrädern führen durch einen Bauteilverzug entstehende Abweichungen abmaßbedingt hingegen zu geringeren Formabweichungen als bei Großgetriebezahnrädern, weshalb die vorab für hybride Großgetriebezahnräder geschilderte Proble¬ matik des durch das Schweißen und Härten in das Bauteil eingebrachten Verzugs hier nur eine untergeordnete Rolle spielt, insbesondere wenn dabei noch geringwertigere Verzahnungsgüten aufgrund eines Einsatzes im Rahmen der Zeitfestigkeit gefor- dert ist. Dies ist bei mobilen Getriebeanwendungen der Fall, wie beispielsweise bei Kraft- und Nutzfahrzeugen.
Zur Fertigung von hybriden Kleinzahnrädern ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem zunächst die Rohteile bereit- gestellt werden, woraufhin ein Vordrehen der entsprechenden Bauteile erfolgt. Anschließend schließt sich ein Einsatzhär¬ ten an, woraufhin die Zähne ggf. geschliffen werden. In einem weiteren Schritt werden die Einzelbauteile mittels Elektro- nenstrahlschweißen im gehärteten Zustand miteinander verbun- den. Das Elektronenstrahlschweißen wird bei diesem Verfahren also an einsätzgehärten Kleinverzahnungen angewendet, genauer gesagt an fertig gehärteten und nach Bedarf geschliffenen Verzahnungen. Das Elektronenstrahlschweißen, das auch für die Serienfertigung geeignet ist, gilt als im Vergleich sehr ver- zugsarm und ermöglicht diese Fertigungsreihenfolge bei klei¬ nen Zahnrädern. Ein Nachteil derzeit erhältlicher hybrider Zahnräder gegenüber einteilig ausgebildeten Zahnrädern besteht darin, dass eine Schleifbrandprüfung mittels Nitalätzung nicht problemlos durchführbar ist. Nach dem Eintauchen in das Ätzbad muss die Säure, wie es zuvor bereits beschrieben wurde, von dem Bau¬ teil entfernt werden, um einem weiteren Angriff auf das Metall zu begegnen. Ein solches Entfernen der Säure stellt bei einteilig ausgebildeten Zahnrädern kein Problem dar. Bei hybriden Zahnrädern kann die ordnungsgemäße Säureentfernung hin- gegen durch zwischen den einzelnen Zahnradkomponenten nach dem Schweißen verbliebene Spalte erschwert oder gar verhin¬ dert werden, weshalb den geschilderten Nachteilen, die mit auf dem Bauteil verbleibender Säure einhergehen, kaum oder gar nicht begegnet werden kann.
Ein weiterer Nachteil bei heute erhältlichen hybriden Großgetriebezahnrädern, also Zahnrädern mit einem Außendurchmesser von 600 mm oder mehr, besteht gegenüber einteilig ausgebilde¬ ten Großzahnrädern darin, dass sie nur für geringwertige Flä- chenbelastungen einsetzbar sind, da die vergüteten Zahnkränze eine geringere Tragfähigkeit als einsatzgehärtete Zahnkränze aufweisen. Während die Flankenfestigkeit bei hybriden Großge¬ triebezahnrädern im Bereich von etwa 600 - 800 N/mm2 liegt, verfügen einteilig ausgebildete und einsatzgehärtete Großge- triebezahnräder über eine Flankenfestigkeit von etwa 1.500
N/mm2, bei Carbonitrierung bis zu 1.700 N/mm2. Noch ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die bislang bei der Ferti¬ gung hybrider Großgetriebezahnräder eingesetzten Schweißverfahren mit abschmelzender Elektrode einen stark manuellen und gleichzeitig extrem zeitintensiven Charakter aufweisen, weshalb sie nur in der kleinen Serienfertigung wirtschaftlich einsetzbar sind. Eine Prozessdatenerfassung während der Serienfertigung ist heute dabei nicht Stand der Technik und nur mittels nachträglicher Qualitätskontrollen dokumentierbar.
Weiterer Stand der Technik ist in den Druckschriften
DE 911500 B, DE 917 589 B, DE 26 06 245 AI, DE 34 27 837 C2,
DE 10 2007 040 894 B4 und DE 10 2006 025 524 AI offenbart. Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung, insbesondere zur seriellen Herstellung eines stirnverzahnten Zahnrads zu schaffen, mit dem ein Zahnrad mit geringem Eigengewicht hergestellt werden kann, das für höchs¬ te Belastungen ausgelegt werden kann, selbst wenn es sich um ein Großgetriebe-Zahnrad handelt, und das sich im Rahmen ei¬ ner Nitalätzung problemlos auf Schleifbrand überprüfen lässt, ohne dass infolge der Schleifbrandprüfung Beschädigungen des Zahnrades zu befürchten sind.
Zur Lösung zumindest von Teilaspekten dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines aus mehreren Einzelkomponenten bestehenden stirnverzahnten Zahnrads, das die Schritte aufweist:
Bereitstellen der Einzelkomponenten, die zumindest eine Nabe, ein Scheibenrad und einen Zahnkranz umfas¬ sen,
zumindest teilweises mechanisches Weichbearbeiten der Einzelkomponenten,
Verbinden der Einzelkomponenten unter Verwendung eines Schweißverfahrens,
Härten zumindest des Zahnkranzes,
Hartbearbeiten zumindest des Zahnkranzes und
Durchführen einer Schleifbrandprüfung unter Einsatz des Nitalätzverfahrens , wobei vor der Durchführung des Schrittes f) ein Abdichten von rückseitig im Bereich der in Schritt c) hergestellten
Schweißnähte vorhandenen Spalten unter Verwendung eines salpetersäurefesten Dichtmaterials erfolgt.
Ein wesentlicher Vorteil, der damit einhergeht, dass das Zahnrad gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren aus mehreren
Einzelkomponenten hergestellt wird, besteht darin, dass sich gegenüber einem einteilig hergestellten Zahnrad das Eigenge¬ wicht des Zahnrades ohne überflüssigen Materialverlust redu- zieren lässt. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass Dank des Abdichtens der rückseitig im Bereich der Schweißnähte vorhandene Spalte, die beim einseitigen Verbindungsschwei¬ ßen der Einzelkomponenten verbleiben, unter Verwendung eines salpetersäurefesten Dichtmaterials bei der Schleifbrandprü- fung keine Salpetersäure in die Spalte eindringen kann. Ent¬ sprechend lässt sich die Salpetersäure nach der Durchführung der Schleifbrandprüfung problemlos abspülen und/oder neutralisieren, ohne dass eine unerwünschte Beschädigung des Zahn- rades durch den Verbleib von Säure zu befürchten ist. Auch eine Verschleppung von Salpetersäure in die Reinigungsbäder wird vermieden.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird in Schritt c) zum Verbinden der Einzelkomponenten ein Strahlschweißverfahren eingesetzt. Ein solches Strahlschweißverfahren hat gegenüber Schweißverfahren mit abschmelzender Elektrode den Vorteil, dass während des Schweißens nur in geringem Maße Eigenspannungen in das Bauteil eingebracht werden, was insbesondere bei der Herstellung von Großgetriebezahnrädern von großem Vorteil ist. Bei dem Strahlschweißverfahren kann es sich beispielsweise um ein Elektronenstrahlschweißverfah- ren oder um ein Laserstrahlschweißverfahren handeln, wobei letzteres bevorzugt im Vakuum bzw. Teilvakuum durchgeführt wird.
Gemäß einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Spalte durch erneutes Schweißen von der Rückseite abgedichtet, wobei auch das erneute Schweißen bevorzugt mit einem Strahlschweißverfahren der zuvor genannten Art durchgeführt wird. Mit anderen Worten wird jeder Verbindungsbereich zwischen zwei zu fügenden Einzelkomponenten des Zahnrades zweifach geschweißt - einmal von vorne und einmal von hinten. Gemäß einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vor der Durchführung des Schweißens in Schritt c) in die abzudichtenden Spalte Dichtmaterialringe eingesetzt, wo¬ bei die Dichtmaterialringe während des Verbindens der Einzel- komponenten in Schritt c) durch die Schweißwärme zumindest angeschmolzen werden, wodurch die Abdichtung der Spalte erfolgt. In Abhängigkeit von der Entfernung des abzudichtenden Spaltes von der Schweißstelle und damit abhängig von der wäh- rend des Schweißens im abzudichtenden Spalt erzielbaren Temperatur kann es sich bei dem Dichtmaterial um Weichlot oder um Hartlot handeln. Das Dichtmaterial sollte dabei derart ge¬ wählt werden, dass dessen Liquidustemperatur während des Härtens in Schritt d) nicht überschritten wird, um ein erneutes Aufschmelzen des Dichtmaterials zu verhindern. Die Abdichtung der rückseitig im Bereich der Schweißnähte vorhandenen Spalte gemäß der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens hat den Vorteil, dass das Verbindungsschweißen gemäß Schritt c) und das Abdichten der rückseitig im Bereich der in Schritt c) hergestellten Schweißnähte zeitgleich unter Verwendung ein und derselben Wärmequelle durchgeführt werden können.
Gemäß einer dritten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vor dem Verbindungsschweißens in Schritt c) in die ab- zudichtenden Spalte Dichtmaterialringe eingesetzt, wobei die Dichtmaterialringe während des Härtens in Schritt d) durch die den Komponenten in einem Ofen zugeführte Wärme zumindest angeschmolzen werden, wodurch die Abdichtung der Spalte erfolgt. Mit anderen Worten werden das Verbindungsschweißen ge- mäß Schritt c) und das Abdichten der rückseitig im Bereich der in Schritt c) hergestellten Schweißnähte vorhandenen Spalte getrennt voneinander durchgeführt, wobei für das Ab¬ dichten die Prozesswärme des Härtens in Schritt d) genutzt wird. In Abhängigkeit von der Temperatur des Härteofens kann als Dichtmaterial ein Weichlot oder ein Hartlot gewählt wer¬ den .
Die zuvor beschriebene zweite und dritte Variante des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens werden insbesondere dann vorteilhaft eingesetzt, wenn die Einzelkomponenten zwei Scheibenräder aufweisen, die axial im Abstand voneinander angeordnet werden, da die jeweils zueinander weisenden Seiten der Scheibenräder nach deren Montage für ein rückseitiges erneutes Schweißen zum Abdichten der besagten Spalte nicht mehr zugänglich sind. Ein rückseitiges erneutes Schweißen ist ent¬ sprechend nicht möglich. Das Vorsehen von zwei Scheibenrädern ist insbesondere zur Erzielung einer höheren Steifigkeit des Zahnrades von Vorteil.
Bevorzugt werden die Scheibenräder mittels Rohrsteifen miteinander verbunden, wodurch eine zusätzliche Aussteifung des Zahnrades erzielt wird.
Vorteilhaft werden beide Scheibenräder bezogen auf den Zahnkranz von einer Seite montiert und in Schritt b) von der gleichen Seite weichbearbeitet, was in einer Aufspannung durchgeführt werden kann. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass die beiden Scheibenräder in ihrem Sitz im Zahnkranz zueinander fluchten. Ein Umspannen mit Beidseitenbearbeitung würde dies erschweren. Entsprechend kann auf ein Umspannen des Werkstücks während der Fertigung vorteilhaft verzichtet werden, wodurch der Verfahrensablauf einfacher und preisgüns- tiger gestaltet wird. Das Schweißen der beiden Scheibenräder gemäß Schritt c) erfolgt dann von beiden Seiten des Zahnra¬ des .
Gemäß einer vierten Variante der vorliegenden Erfindung wird das Abdichten der Spalte nach dem Härten gemäß Schritt d) durchgeführt, wobei zum Abdichten eine organische, metalli¬ sche oder anorganische Matrix als Dichtmaterial verwendet wird. Hier können die zum Beispiel im Karosseriebau von Fahr¬ zeugen oder im Bereich der weißen Ware üblichen Nahtabdicht- materialien verwendet werden, wie beispielsweise Silikone, MS-Polymere, Polyurethane, Kautschuke, Butylene, Bitumen, Acrylate oder auch Metalllone und organische Vergussmassen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfin- dung ist der Zahnkranz aus einem Einsatzstahl hergestellt, wobei das Härten in Schritt d) mittels Einsatzhärten erfolgt. Durch das Einsatzhärten kann ein Zahnrad mit höchster Flankenfestigkeit bereitgestellt werden, so dass mit dem erfin- dungsgemäßen Verfahren hergestellte Zahnräder auch höchsten Belastungen standhalten können.
Bevorzugt werden die Schritte a) bis f) in der genannten Rei- henfolge durchgeführt. Diese Reihenfolge ist bei der Herstel¬ lung eines Großgetriebezahnrades insbesondere dann von Vor¬ teil, wenn das Verbinden in Schritt c) unter Verwendung eines Strahlschweißverfahrens durchgeführt wird und beim Härten in Schritt d) das Einsatzhärten verwendet wird. Überraschend hat sich herausgestellt, dass mit der Kombination eines Strahl¬ schweißverfahrens und eines Einsatzhärtens nur ein geringer Bauteilverzug einhergeht, der mit geringem Aufwand im Rahmen des abschließenden Hartbearbeitungsschrittes kompensiert wer¬ den kann, ohne dass hierfür ein großes Aufmaß belassen werden muss. Die Anmelderin geht davon aus, dass die Eigenspannungen, die durch das Strahlschweißverfahren in das Bauteil eingebracht werden, derart gering sind, dass sie während des Einsatzhärtens vollständig abgebaut werden. Entsprechend ver¬ bleibt lediglich der mit dem Einsatzhärten einhergehende Bau- teilverzug, der mit dem entsprechenden Verzug bei der Herstellung einteilig ausgebildeter Großgetriebezahnräder mindestens vergleichbar und entsprechend beherrschbar ist. Die¬ ser Verzug kann weiterhin erfindungsgemäß mittels der deut¬ lich flexibleren Gestaltung der Radkörperkonstruktion derart modifiziert werden, dass es zu geringen Verzügen kommt.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen im Rahmen der in Schritt e) durchgeführten Hartbearbeitung ein Hartdrehen und Verzahnungsschleifen. Auf diese Weise kann eine Verzahnung höchster Qualität hergestellt wer¬ den .
Vorteilhaft wird das Scheibenrad mit zumindest einer außer¬ mittig angeordneten Aussparung versehen, insbesondere mit mehreren außermittig angeordneten Aussparungen. Derartige
Aussparungen sorgen allgemein für Dampfaustritt , Durchspülfähigkeit und Reinigungsfähigkeit und im Falle eines Einsatz- härtens für eine gute Durchdringung der Aufkohlgase und des Abschreckmediums .
Vorzugsweise wird das Scheibenrad asymmetrisch ausgebildet, um insbesondere die Steifigkeit eines Großgetriebezahnrades an anwendungsspezifische Belastungen anzupassen.
Gemäß einer Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch asymmetrische Ausbildung der Dicke des Zahnkranzes die Steifigkeit des Großgetriebezahnrades eingestellt, wodurch ein gleichmäßiges Tragverhalten über einen breiten Lastbereich erzielbar ist. Durch lokale Verringerung der Zahnkranzdicke in den Randbereichen können insbesondere Eckträger vermieden werden.
Bevorzugt wird gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemä¬ ßen Verfahrens, in Schweißrichtung betrachtet, das hintere Ende zumindest einer Schweißfügestelle durch einen radial vorstehenden Vorsprung gebildet, der Teil einer der miteinan- der zu verschweißenden Komponenten ist. Ein solcher Vorsprung am Ende einer Schweißfügestelle dient als Schweißbadabstüt- zung und vereinfacht die Durchführung des Schweißverfahrens.
Vorteilhaft umfasst der Zahnkranz einen Verbindungsabschnitt mit einer Verbindungsfläche, entlang welcher der Zahnkranz in Schritt c) mit dem Scheibenrad verschweißt wird, und einen Zahnkranzabschnitt, an dem die Verzahnung ausgebildet wird, wobei zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem Zahnkranzab¬ schnitt zumindest ein Übergangsradius vorgesehen ist, der in einem Abstand (a) zu der in Schritt c) zu erzeugenden, den Zahnkranz und das Scheibenrad miteinander verbindenden
Schweißnaht angeordnet ist. Der Abstand zwischen den Über¬ gangsradien und der Schweißnaht dient zur Entkopplung der durch die Schweißnaht erzeugten Kerbwirkung.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbei- spielen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist
Figur 1 eine schematische Seitenansicht eines Zahnrads ge- maß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
Figur 2 eine schematische Querschnittansicht des Zahnrads gemäß der ersten Ausführungsform entlang der Linie II-II in Figur 1 ;
Figur 3 eine schematische vergrößerte Ansicht des in Figur
2 mit dem Bezugszeichen III gekennzeichneten Bereiches, der einen geschweißten Übergang zwischen ei- nem Scheibenrad und einem Zahnkranz des Zahnrads zeigt, wobei ein rückseitig im Bereich der Schwei߬ naht vorhandener Spalt gemäß einer ersten Variante der vorliegenden Erfindung abgedichtet ist; Figur 4 eine schematische vergrößerte Ansicht des in Figur
2 mit dem Bezugszeichen III gekennzeichneten Bereiches, der einen Übergang zwischen einem Scheibenrad und einem Zahnkranz des Zahnrads zeigt, wobei ein rückseitig im Bereich der Schweißnaht vorhandener Spalt gemäß alternativer Varianten der vorliegenden
Erfindung abgedichtet ist;
Figur 5 eine schematische Seitenansicht eines Zahnrads ge¬ mäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 6 eine schematische Querschnittansicht des Zahnrads gemäß der zweiten Ausführungsform entlang der Linie VI-VI in Figur 5;
Figur 7 eine schematische vergrößerte Ansicht des in Figur
6 mit dem Bezugszeichen VII gekennzeichneten Berei- ches, der einen Übergang zwischen einem Scheibenrad und einem Zahnkranz des Zahnrads zeigt;
Figur 8 eine Prinzipskizze, die das Zahnprofil einer
Schrägverzahnung eines Zahnkranzes zeigt;
Figur 9 eine schematische vergrößerte Querschnittansicht eines Übergangs zwischen einem Scheibenrad und ei¬ nem Zahnkranz eines Zahnrads gemäß einer dritten Ausführungsform eines Zahnrads gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 10 ein Diagramm, das den Steifigkeitsverlauf des in
Figur 9 dargestellten Zahnkranzes über die Zahn- kranzbreite zeigt;
Figur 11 eine schematische Querschnittansicht eines Zahnrads gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der Zahnkranz und Scheibenrad radial miteinander verschweißt sind; und
Figur 12 eine schematische Seitenansicht eines Zahnrads ge¬ mäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung .
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Großgetriebezahnrad 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das einen Außendurchmesser von 600 mm oder mehr aufweist. Bei dem Großgetriebezahnrad 1 handelt es sich um ein hybrides Zahn- rad, das aus mehreren Einzelkomponenten hergestellt ist, und zwar aus einer im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Nabe 2, einem Scheibenrad 3 und einem einsatzgehärteten Zahnkranz 4, die an den mit den Pfeilen A gekennzeichneten Positionen miteinander verschweißt sind.
Das zumindest eine Scheibenrad 3 ist mit außermittig angeord¬ neten Aussparungen 5 versehen. Die Aussparungen 5 weisen jeweils unterschiedliche Formen auf und sind asymmetrisch ver- teilt an dem zumindest einen Scheibenrad 3 angeordnet, wie es in Figur 1 dargestellt ist.
Das Großgetriebezahnrad 1 wird wie folgt hergestellt. In ei- nem ersten Schritt werden die Einzelkomponenten bereitgestellt, also die Nabe 2, das Scheibenrad 3 und der Zahnkranz 4. In einem weiteren Schritt erfolgt eine mechanische Weich¬ bearbeitung der Einzelkomponenten. Hierbei wird die Nabe 2 einer Drehbearbeitung unterzogen. Danach wird der Zahnkranz 4 mit seiner Verzahnung versehen, was beispielsweise im Rahmen einer Wälzfräsbearbeitung erfolgen kann. Im Anschluss wird das Scheibenrad 3 zwischen Nabe 2 und Zahnkranz 4 eingelegt bzw. eingepresst. Hier sollte eine leichte Pressung des
Scheibenrads 3 verwendet werden. In einem weiteren Schritt werden die Einzelkomponenten dann an den mit den Pfeilen A gekennzeichneten Positionen unter Verwendung eines Strahlschweißverfahrens miteinander verbunden, wobei es sich bei dem Strahlschweißverfahren bevorzugt um ein Elektronenstrahl- schweißverfahren handelt. Alternativ kann auch ein Laser- strahlschweißen unter Vakuum oder Teilvakuum verwendet werden .
Im Anschluss wird das Großgetriebezahnrad 1 im verschweißten Zustand einsatzgehärtet, wodurch der Zahnkranz 4 eine Flan- kenfestigkeit von 1.250 N/mm2, vorzugsweise 1.500 N/mm2 oder mehr erhält. Daraufhin schließt sich eine Hartbearbeitung an, im Rahmen derer zumindest der Zahnkranz geschliffen wird. Zudem kann aber auch eine Hartbearbeitung der Nabe 2 und/oder des Scheibenrads 3 folgen, beispielsweise im Rahmen einer Hartdrehbearbeitung.
Im Anschluss an die Hartdrehbearbeitung wird eine Schleif¬ brandprüfung unter Einsatz des Nitalätzverfahrens durchge¬ führt. Um zu verhindern, dass während der Schleifbrandprüfung Salpetersäure in rückseitig im Bereich der hergestellten
Schweißnähte verbleibende Spalte 6 eindringen kann, erfolgt vor der Durchführung der Schleifbrandprüfung erfindungsgemäß ein Abdichten der besagten Spalte 6. Verschiedene Abdichtva- rianten gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 erläutert, die bei¬ spielhaft den Übergangsbereich zwischen dem Scheibenrad 3 und dem Zahnkranz 4 in vergrößerter Ansicht zeigen. Die nachfol- genden Erläuterungen sind aber ebenso auf den Übergang zwischen der Nabe 2 und dem Scheibenrad 3 übertragbar.
Zur Herstellung der in Figur 3 dargestellten Anordnung werden gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Variante das Scheibenrad 3 und der Zahnkranz 4 zunächst für die sich anschließende
Schweißbearbeitung ordnungsgemäß zueinander positioniert. In einem weiteren Schritt werden unter Einsatz des zuvor genannten Strahlschweißverfahrens das Scheibenrad 3 und der Zahn¬ kranz 4 von der einen Seite des Zahnrads 1 umfänglich mitei- nander verschweißt, was durch den Pfeil A angedeutet ist. Zur Erzielung einer inneren Schweißbadabstützung ist das Scheibenrad 3 an seinem - in Schweißrichtung (Pfeil A) betrachtet - hinteren Ende entlang seines Außenumfangs mit einem umlau¬ fenden, radial auswärts vorstehenden Vorsprung 7 versehen, der in eine korrespondierend ausgebildete Ausnehmung greift, die umlaufend an dem hinteren Ende des Innenumfangs des Zahn¬ kranzes 4 ausgebildet ist. In einem weiteren Schritt wird der rückseitig im Bereich der Schweißnaht vorhandene ringförmige Spalt 6 geschlossen, indem das Scheibenrad 3 und der Zahn- kränz 4 von der anderen Seite des Zahnrades 1 erneut mitei¬ nander verschweißt werden, was durch den Pfeil B angedeutet ist. Auch hier wird vorteilhaft ein Strahlschweißverfahren eingesetzt, bei dem es sich bevorzugt um ein Elektronen- strahlschweißverfahren oder alternativ um ein Laserstrahl- schweißverfahren unter Vakuum oder Teilvakuum handelt. Auf diese Weise wird der Spalt 6 gegen ein Eindringen von Salpe¬ tersäure während der sich anschließenden Schleifbrandprüfung abgedichtet . Zur Herstellung der in Figur 4 dargestellten Anordnung wird gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Variante zunächst am Außenumfang des Vorsprungs 7 des Scheibenrads 3 ein Dichtma¬ terialring 8 angeordnet, der bevorzugt aus einem Hartlot ge- fertigt ist. Alternativ kann dieser natürlich auch entsprechend am Zahnkranz 4 positioniert werden. In einem weiteren Schritt werden das Scheibenrad 3 und der Zahnkranz 4 für die sich anschließende Schweißbearbeitung ordnungsgemäß zueinan- der positioniert, woraufhin das Scheibenrad 3 und der Zahn¬ kranz 4 von der einen Seite des Zahnrads 1 miteinander verschweißt werden, wie es durch den Pfeil A angedeutet ist. Bei der zweiten Variante sind die Höhe h des Vorsprungs 7 und das Material des Dichtmaterialrings 8 derart gewählt, dass im Be- reich des Dichtmaterialrings 8 durch das Verbindungsschweißen in Richtung des Pfeils A die Temperatur derart hoch ist, dass der Dichtmaterialring 8 zumindest angeschmolzen wird, wodurch der Spalt 6 abgedichtet wird. Dabei ist darauf zu achten, dass die Liquidustemperatur des Dichtmaterials derart hoch ist, dass das Dichtmaterial während der nachfolgenden Behand¬ lung im Härtereiofen nicht erneut aufgeschmolzen wird. In vorteilhafter Weise stabilisiert der Schmelzprozess durch seinen latenten Wärmebedarf die Einschweißtiefe des Strahlschweißprozesses, wodurch eine geringere als heute übliche Badabstützung Verwendung finden kann. Dieser Effekt entspricht der Vorgabe der wirtschaftlichen Herstellung.
Zur Herstellung der in Figur 4 dargestellten Anordnung wird gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Variante zunächst der Dichtmaterialring 8 am Außenumfang des Vorsprungs 7 des
Scheibenrads 3 bzw. am Zahnkranz 4 angeordnet. In einem wei¬ teren Schritt werden analog zur zweiten Variante das Schei¬ benrad 3 und der Zahnkranz 4 ordnungsgemäß für die sich an¬ schließende Schweißbearbeitung zueinander positioniert. Da- raufhin werden das Scheibenrad 3 und der Zahnkranz 4 unter
Einsatz des zuvor genannten Strahlschweißverfahrens miteinander verschweißt, was durch den Pfeil A angedeutet ist. Dabei ist der Dichtmaterialring 8 von der Schweißstelle derart weit beabstandet, dass er nicht durch die Schweißwärme angeschmol- zen wird. Erst im Zuge des nachfolgenden Einsatzhärtens wird der Dichtmaterialring 8 innerhalb des Härtereiofens durch die dort vorherrschenden Temperaturen aufgeschmolzen, wodurch der Spalt 6 abgedichtet wird. Entsprechend fallen das Verbinden des Scheibenrades 3 und des Zahnkranzes 4 zeitlich mit dem Abdichten des Spaltes 6 auseinander. Als Dichtmaterial wird in diesem Fall bevorzugt ein Hartlot eingesetzt, dessen
Liquidustemperatur im Bereich der im Einsatzofen vorherr- sehenden Temperaturen liegt. Hier und in der vorherigen Anwendung bewirkt das Abdichtmittel in vorteilhafter Weise eine zusätzliche Abdichtung gegen ein ungünstiges Aufhärten der Nahtwurzel durch Kohlenstoff, was aus bruchmechanischer Sicht höchst wünschenswert ist.
Zur Herstellung der in Figur 4 dargestellten Anordnung werden gemäß einer vierten erfindungsgemäßen Variante das Scheibenrad 3 und der Zahnkranz 4 zueinander positioniert und mittels Strahlschweißen miteinander verschweißt. Daraufhin wird das Zahnrad 1 im Härtereiofen gehärtet und anschließend hartbear¬ beitet. Erst nach der Hartbearbeitung wird ein Dichtmaterial¬ ring 8 in den Spalt 6 eingefügt und abgedichtet. In diesem Fall kann es sich bei dem Dichtmaterial um eine organische Matrix, eine metallische Matrix oder eine anorganische Matrix handeln.
Ein wesentlicher Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass beim Strahlschweißen der Einzelkomponenten wenig Wärme in das Bauteil eingebracht wird, was dazu führt, dass die durch das Schweißverfahren induzierten Eigenspannungen im Vergleich zu den herkömmlich verwendeten Schweißverfahren mit abschmelzender Elektrode vergleichsweise gering sind. Ent¬ sprechend können diese durch die während des Einsatzhärtens erfolgende Wärmebehandlung abgebaut werden ( Spannungsarmglü- hen) . Dank des Einsatzhärtens wird dem Zahnkranz 4 eine sehr hohe Flankenfestigkeit verliehen, so dass das Großgetriebe¬ zahnrad 1 den höchsten Belastungen standhalten kann. Der während des Einsatzhärtens nicht zu vermeidende Bauteilverzug wird durch entsprechende Wahl der Form und Lage der Ausspa- rungen 5 minimiert. Diese Aussparungen 5 sorgen für eine ord¬ nungsgemäße Durchdringung mit Aufkohlgasen während des
Aufkohlens. Darüber hinaus wird das Abschreckmittel während des Abschreckprozesses gleichmäßig derart verteilt, dass die Temperaturverteilung in den einzelnen Bereichen des Großgetriebezahnrads 1 während des Abkühlens bzw. Abschreckens mög¬ lichst gleichmäßig ist, wodurch einem Bauteilverzug aufgrund lokaler Temperaturunterschiede effektiv entgegengewirkt wird. Es sollte klar sein, dass die Aussparungen 5 auch anders aus¬ gebildet und angeordnet sein können. Beispielsweise kann auch eine symmetrische Anordnung kreisrunde Aussparungen 5 gewählt werden, wenn sich dadurch ein verzugsarmes Bauteil ergibt. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Hartbearbeitung aufgrund des geringen Bauteilverzugs während der vorangegangenen Verfahrensschritte mit verhältnismäßig wenig Aufwand durchgeführt werden kann, weshalb die Kosten für die Hartbearbeitung vergleichsweise gering ausfallen.
Noch ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch das Abdichten der Spalte 6 mit sal¬ petersäurefestem Dichtmaterial 8 während der Schleifbrandprü- fung ein Eindringen von Salpetersäure verhindert wird, so dass die mit einem Eindringen von Salpetersäure einhergehenden Probleme, die eingangs bereits geschildert wurden, nicht auftreten können und dadurch überhaupt die kontrollierte Fer¬ tigung dieses Bauteils ermöglicht.
Die Figuren 5 bis 7 zeigen ein Großgetriebezahnrad 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dem Großgetriebezahnrad 10 handelt es sich um ein hybrides Zahnrad, das aus mehreren Einzelkomponenten hergestellt ist, und zwar aus einer Nabe 11, zwei Scheibenrädern 12 und 13 und einem Zahnkranz 14, die an den mit den Pfeilen A gekennzeichneten Positionen miteinander verschweißt sind.
Die Nabe 11 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und umfasst einen radial vorstehenden Absatz 15 der sich im Wesentlichen mittig entlang des Umfangs der Nabe 11 erstreckt und als Anschlag zur Positionierung der Scheibenräder 12 und 13 dient. Die Scheibenräder 12 und 13 sind jeweils mit außermittig an¬ geordneten Aussparungen 16 versehen. Die Aussparungen 16 weisen jeweils unterschiedliche Formen auf und sind asymmetrisch verteilt an den Scheibenrädern 12 und 13 angeordnet, wie es in Figur 5 dargestellt ist.
Der Zahnkranz 14 ist aus einem Einsatzstahl hergestellt und einsatzgehärtet. Er umfasst einen Verbindungsabschnitt 17 und einen einteilig mit diesem ausgebildeten Zahnkranzabschnitt 18, die über einen Übergangsradius 19 miteinander verbunden sind. Der Verbindungsabschnitt 17 ist mit zwei ringförmigen Verbindungsflächen 20 und 21 versehen, entlang welcher der Zahnkranz 14 mit den Scheibenrädern 12 und 13 verschweißt ist. Zwischen den Verbindungsflächen 20 und 21 erstreckt sich ein radial einwärts vorstehender Absatz 22, der als Anschlag für die Scheibenräder 12 und 13 dient. Das in Figur 7 eingezeichnete Maß a bezeichnet den radialen Abstand zwischen dem Übergangsradius 19 und den Verbindungsflächen 20 und 21 bzw. den dort vorgesehenen Schweißnähten. Der Abstand a ist derart groß zu wählen, dass die Kerbwirkung, die durch als geschlos¬ sene Rundnähte vorgesehene Schweißnähte erzeugt wird, sicher entkoppelt wird. Das in Figur 7 eingezeichnete Maß b bezeich¬ net die Mindestkranzstärke der Scheibenräder 12 und 13 zur Ausführung einer thermisch vertretbaren Schweißnaht entlang der an den Scheibenrädern 12 und 13 vorgesehenen Aussparungen 16, um eine weitgehend ungestörte und asymmetrische Wärmeab¬ leitung zu gewährleisten. Bei dem Maß c in Figur 7 handelt es sich um die Differenz zwischen der radialen Höhe des Kranzabsatzes 22 des Zahnkranzes 14 und der Mindestkranzstärke b der Scheibenräder 12 und 13, die dazu erforderlich ist, eine durchström- und ablauffähige Struktur für die beim Einsatzhärten verwendeten Medien zu bilden, wie es nachfolgend noch näher beschrieben ist. Die Maße a, b und c werden im Rahmen der Konstruktion basierend auf einer entsprechenden Berech- nung gewählt.
Das in Figuren 5 bis 7 dargestellte Großgetriebezahnrad 10 wird gemäß einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ver- fahrens wie folgt hergestellt. In einem ersten Schritt werden die Einzelkomponenten bereitgestellt, also die Nabe 11, die beiden Scheibenräder 12 und 13 und der Zahnkranz 14. In einem weiteren Schritt erfolgt eine mechanische Weichbearbeitung der Einzelkomponenten. Hierbei wird die Nabe 11 einer Drehbe¬ arbeitung unterzogen. Danach wird der Zahnkranz 14 mit seiner Verzahnung versehen, was beispielsweise im Rahmen einer Wälzfräsbearbeitung erfolgen kann. Im Anschluss werden die Scheibenräder 12 und 13 zwischen der Nabe 11 und dem Zahnkranz 14 eingelegt bzw. eingepresst. Hierzu sollten leichte Presspas¬ sungen der Scheibenräder 12 und 13 verwendet werden. Die Radien in den Absätzen der Einpassflächen für die Scheiben im Bereich radialer und axialer Anschlagsfläche sind gemäß der inneren Fase der einzulegenden Scheibe zu berücksichtigen. Die Scheiben haben weiterhin vorteilhafterweise innen einen größeren Radius als auf der außenliegenden Seite, bei der eingeschweißt werden wird. Die Schweißnahtvorbereitung sollte dennoch unter Berücksichtigung der Kosten erfolgen und unnötige Absätze vermeiden. In einem weiteren Schritt werden die Einzelkomponenten dann an den mit den Pfeilen A gekennzeichneten Positionen unter Verwendung eines Strahlschweißverfahrens miteinander verbunden, wobei es sich bei dem Strahlschweißverfahren bevorzugt um ein Elektronenstrahlschweißver- fahren handelt. Alternativ kann auch ein Laserstrahlschweiß- verfahren unter Vakuum oder Teilvakuum verwendet werden.
Im Anschluss wird das Großgetriebezahnrad 10 im verschweißten Zustand einsatzgehärtet, wodurch der Zahnkranz 14 eine Flan¬ kenfestigkeit von 1.250 N/mm2, vorzugsweise 1.500 N/mm2 oder mehr erhält. Daraufhin schließt sich eine Hartbearbeitung an, im Rahmen derer zumindest der Zahnkranz 14 geschliffen wird. Ferner kann aber auch eine Hartbearbeitung der Nabe 11 und/oder der Scheibenräder 12 und 13 folgen, beispielsweise im Rahmen einer Hartdrehbearbeitung.
In einem weiteren Schritt wird das Zahnrad 10 einer Schleif¬ brandprüfung unter Einsatz des Nitalätzverfahrens unterzogen. Auch bei dem in den Figuren 5 bis 7 dargestellten Zahnrad 10 werden rückseitig im Bereich der jeweiligen Schweißnähte verbleibende Spalte 23 mit einem Dichtmaterial 24 abgedichtet, um während der Schweißbrandprüfung ein Eindringen von Salpe- tersäure zu verhindern. Zum Abdichten der Spalte 23 kann wahlweise ein Abdichtungsverfahren gemäß der zuvor unter Bezugnahme auf Figur 4 beschriebenen zweiten oder dritten Variante gewählt werden. Die erste Variante ist ausgeschlossen, da beim Einsatz zweier Scheibenräder 12 und 13 ein rückseiti- ges erneutes Schweißen mangels Zugänglichkeit nicht möglich ist. Die vierte Variante scheidet ebenfalls wegen mangelnder Zugänglichkeit aus.
Ein wesentlicher Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass beim Strahlschweißen der Einzelkomponenten wenig Wärme in das Bauteil eingebracht wird, was dazu führt, dass die durch das Schweißverfahren induzierten Eigenspannungen im Vergleich zu den herkömmlich verwendeten Schweißverfahren mit abschmelzender Elektrode vergleichsweise gering sind. Ent- sprechend können diese durch die während des Einsatzhärtens erfolgende Wärmebehandlung abgebaut werden (Spannungsarmglü¬ hen) . Durch entsprechende Wahl der Maße a, also des Abstands der Übergangsradien 19 zu den Schweißnähten bzw. Verbindungsflächen 20 und 21 wird darüber hinaus die Kerbwirkung entkop- pelt. Dank des Einsatzhärtens wird dem Zahnkranz 14 eine sehr hohe Flankenfestigkeit verliehen, so dass das Großgetriebe¬ zahnrad 10 den höchsten Belastungen standhalten kann. Der während des Einsatzhärtens nicht zu vermeidende Bauteilverzug wird durch entsprechende Wahl der Form und Lage der Ausspa- rungen 16 minimiert. Diese Aussparungen 16 sorgen für eine ordnungsgemäße Durchdringung mit Aufkohlgasen während des Aufkohlens. Darüber hinaus wird das Abschreckmittel während des Abschreckprozesses gleichmäßig derart verteilt, dass die Temperaturverteilung in den einzelnen Bereichen des Großge- triebezahnrads 10 während des Abkühlens bzw. Abschreckens möglichst gleichmäßig ist, wodurch einem Bauteilverzug auf¬ grund lokaler Temperaturunterschiede effektiv entgegengewirkt wird. Darüber hinaus wird durch die Aussparungen 16 auch die Reinigungsfähigkeit des Großgetriebezahnrads 10 verbessert. Es sollte klar sein, dass die Aussparungen 16 auch anders ausgebildet und angeordnet sein können. Beispielsweise kann auch eine symmetrische Anordnung kreisrunde Aussparungen 16 gewählt werden, wenn sich dadurch ein verzugsarmes Bauteil ergibt .
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Hartbearbeitung aufgrund des geringen Bau- teilverzugs während der vorangegangenen Verfahrensschritte mit verhältnismäßig wenig Aufwand durchgeführt werden kann, weshalb die Kosten für die Hartbearbeitung vergleichsweise gering ausfallen. Noch ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch das Abdichten der Spalte 23 mit salpetersäurefestem Dichtmaterial 24 während der Schleif¬ brandprüfung ein Eindringen von Salpetersäure verhindert wird, so dass die mit einem Eindringen von Salpetersäure ein- hergehenden Probleme, die eingangs bereits geschildert wur¬ den, nicht auftreten können.
Figur 8 zeigt schematisch das Zahnprofil 25 einer Schrägverzahnung eines Zahnkranzes 14 in Draufsicht und in Seitenan- sieht. Das treibende Zahnrad 26 rückt während des Betriebs mit der spitzeren Zahnkante 27 in das getriebene Rad (nicht gezeigt) ein. Diese Zahnkante 27 ist prinzipbedingt weniger steif als die stumpf gewinkelte gegenüberliegende Zahnkante 28. Das Tragbild der Schrägverzahnung wandert mit steigender Last von der Zahnkante 27 zur Zahnkante 28 und wird gemäß ei¬ ner speziellen topografischen Korrektur im Tragbild optimiert .
Das Tragverhalten von Zahnrädern wird insbesondere bei hoch- festen, einsatzgehärteten Zahnradwerkstoffen, die eine hohe Lastausnutzung ermöglichen, durch eine merkliche Verformung der elastischen Getriebebauteile und Komponenten überlagert. Auch die Biegung an den Zahnköpfen beträgt in der Regel ein Vielfaches der fertigungsbedingten Formabweichungen am Zahn. Die Überlastung bewirkt außerdem durch Biegungen und Verdrillungen von Ritzel- und Radwelle, Ritzel- und Scheibenradkör¬ per sowie Lagerabsenkungen und Gehäuseverformungen. Hieraus ergeben sich Schiefstellungen der Zahnflanken, die häufig beträchtlich höher liegen als die fertigungsbedingten Flanken- linienabweichungen . Es kommt somit zu einem ungleichmäßigen Tragen der Verzahnungsfläche in Höhe und Breite, was sowohl die Tragfähigkeit als auch das Geräuschverhalten ungünstig beeinflusst.
Um das hohe Tragvermögen von hochfesten Zahnrädern wiederherzustellen und vermehrte Geräuschbildung zu senken, werden gezielte Abweichungen von der Evolvente (Höhenmodifikation) und von der theoretischen Flankenlinie (Breitenmodifikation) gefertigt, um so unter Last wieder nahezu ideale Geometrien mit gleichmäßiger Lastverteilung zu erhalten. Bei der Ermittlung der Höhen- und Breitenmodifikation muss der Gesamteinflussbereich der Substruktur berücksichtigt werden. Die Verformungs- kette muss über das Zahnrad, die Welle, die Lagerung, das Ge¬ häuse und die Gehäuseanbindung zur Hauptwelle berücksichtigt werden. Durch Höhenmodifikation am Zahnkopf oder auch am Zahnfuß sowie durch Flankenmodifikation oder Breitenmodifika¬ tion wird der Evolvente eine Korrekturform überlagert, die in ein gleichmäßiges Tragen der Zähne und den Abbau der Lastkon¬ zentration an den Zahnenden bei Achsverlagerungen ermöglichen soll. Diese Einflüsse werden an den Einzelbauteilen berechnet und dann als Schnittstelle an die sich anschließende Verzah¬ nungsauslegung aufsummiert übergeben und müssen auch die je- weiligen Fügestellen der geschweißten Großgetriebezahnräder berücksichtigen. Zu beachten sind insbesondere die Wellenverformung, die Lagerverformung, die Fertigungstoleranzbetrachtung, die Verformung der Verzahnung sowie die Verformung der gefügten Scheibenräder. Daher besteht ein weiteres Problem darin, die Verformung des geschweißten Großgetriebezahnrads gerade bei hochbelasteten Zahnrädern explizit zu berücksichtigen . Die Figuren 9 und 10 zeigen eine erfindungsgemäß erzeugbare Steifigkeitsvariation . Dank einer Zahnkranzdickenerhöhung zu einer Seite hin kann erfindungsgemäß die Steifigkeit zur Bet¬ tung des Zahnkranzes manipuliert werden. Diese kann für das treibende, wie für das getriebene Rad, gegeneinander gepaart werden, so dass eine Überlagerung mit der Formkorrektur der Verzahnungen zu einem gleichmäßigeren Tragverhalten über einen breiten Lastbereich erfolgt. Figur 9 zeigt einen mit Scheibenrädern 29 und 30 verschweißten Zahnkranz 31, bei dem es sich um den in Figur 8 dargestellten Zahnkranz 26 des treibenden Rades im modifizierten Zustand handelt. Ein Vorteil dieser erfindungsgemäßen Modifikation besteht darin, dass die Randbereiche der Verzahnung des Zahnkranzes 31 auf¬ grund lokal verringerter Zahnkranzdicken weicher gestützt werden, um Eckträger, also ein überproportionales und schäd¬ liches Tragen nur über die Tanken, zu vermeiden. Weiterhin sind die Schnittstellen zwischen den Scheibenrädern 29 und 30 und dem Zahnkranz 31 durch die Reduzierung der Zahnkranzdicke an den radial innenliegenden Randbereichen des Zahnkranzes 31 gut zugänglich, wodurch in positiver Art und Weise eine
Schweißstrahlenkopplung in Richtung der Pfeile A ermöglicht wird. Ein weiterer positiver Effekt besteht darin, dass eine einseitige Drehbearbeitung des Zahnkranzes 31 während der Weichbearbeitung möglich ist, wodurch ein aufwendiges Umspan- nen des Bauteils vermieden wird.
Figur 11 ist eine schematische Ansicht eines hybriden Großge¬ triebezahnrads 32 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das ebenfalls aus einer Nabe 33, zwei Scheibenrädern 34 und 35 und einem Zahnkranz 36 hergestellt ist. Während die Nabe mit den Scheibenrädern 34 und 35, wie bei den vorangegangenen Ausführungsformen in axiale Richtung miteinander verschweißt sind, sind die Scheibenräder 34 und 35 mit dem Zahnkranz 36 bei dieser Ausführungsform in radia- 1er Richtung verschweißt. Die Abdichtung der Spalte 37 mit
Dichtmaterial 38 erfolgt auch hier entweder gemäß der vorbe¬ schriebenen zweiten Variante oder der dritten Variante. Figur 12 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Großge¬ triebezahnrads 39 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dem Großgetriebezahnrad 39 handelt es sich ebenfalls um ein hybrides Zahnrad mit einer Nabe 40, zwei Scheibenrädern 41 und 42 und einem Zahnkranz 43, die miteinander verschweißt sind. Der Aufbau des Großgetriebe¬ zahnrads 39 entspricht im Wesentlichen demjenigen des in den Figuren 5 bis 7 dargestellten Großgetriebezahnrads 10. Im Ge¬ gensatz zum Großgetriebezahnrad 10 sind bei dem Zahnrad 39 die Aussparungen 44 jedoch symmetrisch angeordnet und weisen eine Kreisform auf. Darüber hinaus sind sich axial erstre¬ ckende Rohrsteifen 45 vorgesehen, welche die Scheibenräder 41 und 42 miteinander verbinden, wodurch die Konstruktion zusätzlich versteift wird. Im Übrigen entsprechen die Konstruk- tionen der Großgetriebezahnräder 10 und 39 einander.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurden, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele ein- geschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh- rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines aus mehreren Einzelkomponenten bestehenden stirnverzahnten Zahnrads (1; 10; 32; 39), das die Schritte aufweist:
a) Bereitstellen der Einzelkomponenten, die zumindest eine Nabe (2; 11; 33; 40), ein Scheibenrad (3; 12, 13; 34, 35; 41, 42) und einen Zahnkranz (4; 14; 36; 43) umfassen,
b) zumindest teilweises mechanisches Weichbearbeiten der
Einzelkomponenten,
c) Verbinden der Einzelkomponenten unter Verwendung eines Schweißverfahrens ,
d) Härten zumindest des Zahnkranzes (4; 14; 36; 43), e) Hartbearbeiten zumindest des Zahnkranzes (4; 14; 36; 43) und
f) Durchführen einer Schleifbrandprüfung unter Einsatz des NitalätzVerfahrens , dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchführung des Schrit¬ tes f) ein Abdichten von rückseitig im Bereich der in Schritt c) hergestellten Schweißnähte vorhandenen Spalten (6; 23; 37) unter Verwendung eines salpetersäurefesten Dichtmaterials (8; 24; 38) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) ein Strahlschweißverfahren eingesetzt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die Spalte (6) durch erneutes
Schweißen von der Rückseite abgedichtet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt f) ein Strahlschweißverfahren eingesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchführung des Schweißens in Schritt c) in die abzudichtenden Spalte (6; 23; 37) Dichtmaterialringe (8; 24; 38) eingesetzt werden, und dass die Dichtmaterialringe (8; 24; 38) während des Verbindens der Einzelkomponenten in Schritt c) durch die Schweißwärme zumindest angeschmolzen werden, wodurch die Abdichtung der Spalte (6; 23; 37) er- folgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchführung des Schweißens in Schritt c) in die abzudichtenden Spalte (6; 23; 37) Dichtmaterialringe (8; 24; 38) eingesetzt werden, und dass die Dichtmaterialrin¬ ge (8; 24; 38) während des Härtens in Schritt d) durch die den Komponenten in einem Ofen zugeführte Wärme zumindest angeschmolzen werden, wodurch die Abdichtung der Spalte (6; 23; 37) erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelkomponenten zwei Scheibenräder (12, 13; 34, 35; 41, 42) aufweisen, die axial im Abstand voneinander angeordnet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenräder (41, 42) mittels Rohrsteifen (45) miteinander verbunden werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass beide Scheibenräder bezogen auf den Zahnkranz von einer Seite montiert und in Schritt b) von der gleichen Seite weichbearbeitet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichten der Spalte (6; 23; 37) nach dem Härten gemäß Schritt d) durchgeführt wird, wobei zum Abdichten eine organische, metallische oder anorganische Matrix als Dichtmaterial verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (4; 14; 36; 43) aus einem Einsatzstahl hergestellt ist, und dass das Härten in Schritt d) mittels Einsatzhärten erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis f) in der genannten Reihenfolge durchge¬ führt werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (1; 10; 32; 39) ein Großgetriebezahnrad ist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der in Schritt e) durch¬ geführten Hartbearbeitung ein Hartdrehen und Verzahnungs- schleifen erfolgen.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenrad (3; 12, 13; 34, 35) mit zumindest in mit zumindest einer außermittig angeord- neten Aussparung (5; 16) versehen wird, insbesondere mit meh¬ reren außermittig angeordneten Aussparungen (5; 16).
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenrad (3; 12, 13; 34, 35) asymmetrisch ausgebildet wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch asymmetrische Ausbildung der Dicke des Zahnkranzes (36) die Steifigkeit des Zahnrades (32) eingestellt wird.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schweißrichtung betrachtet das hintere Ende zumindest einer Fügestelle durch einen radial vorstehenden Vorsprung (7) gebildet wird, der Teil einer der miteinander zu verschweißenden Komponenten ist.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (14) einen Verbindungsabschnitt (17) mit einer Verbindungsfläche (20), entlang welcher der Zahnkranz (14) in Schritt c) mit dem Scheibenrad (12, 13) verschweißt wird, und einen Zahnkranzabschnitt (18) aufweist, an dem die Verzahnung ausgebildet ist, wobei zwi¬ schen dem Verbindungsabschnitt (17) und dem Zahnkranzab¬ schnitt (18) zumindest ein Übergangsradius (19) vorgesehen ist, der in einem Abstand (a) zu der in Schritt c) zu erzeu- genden, den Zahnkranz (14) und das Scheibenrad (12, 13) miteinander verbindenden Schweißnaht angeordnet ist.
PCT/EP2014/070453 2013-09-26 2014-09-25 Zahnradherstellungsverfahren WO2015044249A2 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/024,897 US20160229009A1 (en) 2013-09-26 2014-09-25 Gear wheel production method
CN201480053291.9A CN105579190B (zh) 2013-09-26 2014-09-25 齿轮制造方法
EP14780798.6A EP3022010A2 (de) 2013-09-26 2014-09-25 Zahnradherstellungsverfahren

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013219445.5A DE102013219445A1 (de) 2013-09-26 2013-09-26 Zahnradherstellungsverfahren
DE102013219445.5 2013-09-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2015044249A2 true WO2015044249A2 (de) 2015-04-02
WO2015044249A3 WO2015044249A3 (de) 2015-05-21

Family

ID=51660454

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/070453 WO2015044249A2 (de) 2013-09-26 2014-09-25 Zahnradherstellungsverfahren

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20160229009A1 (de)
EP (1) EP3022010A2 (de)
CN (1) CN105579190B (de)
DE (1) DE102013219445A1 (de)
WO (1) WO2015044249A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3205443A1 (de) 2016-02-09 2017-08-16 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum herstellen eines zahnrades, zahnrad, getriebeverdichter

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9982748B2 (en) * 2012-12-12 2018-05-29 Magna International Flexplates and method for capacitor discharge welding of flexplates
ES2658171T3 (es) 2015-04-17 2018-03-08 Flender Gmbh Transmisión planetaria
JP6607124B2 (ja) * 2016-03-31 2019-11-20 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 差動装置の部材接合構造
DK3284975T3 (da) 2016-08-19 2020-05-04 Flender Gmbh Planetaksel
ES2753876T5 (es) 2017-01-23 2023-07-11 Flender Gmbh Engranaje planetario con un soporte para portaplanetas mejorado
EP3421843B1 (de) 2017-06-27 2021-08-04 Flender GmbH Planetenträger, giessverfahren und planetengetriebe
US10767732B2 (en) 2017-08-22 2020-09-08 Ecolab Usa Inc. Eccentric gear drive with reduced backlash
DE102018125026A1 (de) * 2018-10-10 2020-04-16 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verfahren zum Herstellen eines Planetengetriebes und aktiver Wankstabilisator eines Kraftfahrzeuges mit diesem Planetengetriebe
DE102018220105B4 (de) * 2018-11-22 2021-01-21 Audi Ag Differentialgetriebe für ein Kraftfahrzeug mit einem durch zwei Presspassungen am Gehäuse aufgepressten Abtriebsrad
FR3101689B1 (fr) * 2019-10-04 2021-10-15 Alstom Transp Tech Roue dentée adaptée à être fixée à un essieu de véhicule, notamment ferroviaire
FR3101688B1 (fr) * 2019-10-04 2022-05-20 Alstom Transp Tech Dispositif d’entraînement pour véhicule, notamment ferroviaire
EP3878985A1 (de) * 2020-03-09 2021-09-15 Areospace Trasmission Technologies GmbH Verfahren und anordnung zur fertigung wärmebehandelter werkstücke, insbesondere schräg verzahnter zahnräder
CN113203643B (zh) * 2021-04-30 2022-11-18 上海新建设工程咨询有限公司 一种钢结构牢固性检测系统及检测方法
JP2022181302A (ja) * 2021-05-26 2022-12-08 トヨタ自動車株式会社 動力伝達装置及びその製造方法
EP4198352A1 (de) * 2021-12-16 2023-06-21 IMS Gear SE & Co. KGaA Planetenrad für ein planetengetriebe sowie planetenträger für ein solches planetenrad
CN114161101B (zh) * 2021-12-27 2023-04-28 郑州航空工业管理学院 一种有效确保组合式斜齿轮磨齿余量的对齿组装方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE911500C (de) 1950-09-03 1954-05-17 Licentia Gmbh Achszahnrad fuer elektrische Bahnantriebe
DE917589C (de) 1950-12-28 1954-09-06 Licentia Gmbh Verfahren zum Herstellen eines aus einem stern- oder scheibenfoermigen Radkoerper weniger hochwertigen Werkstoffs und einem aufgeschweissten Zahnkranz hochwertigen Werkstoffs bestehenden Grosszahnrades fuer elektrische Bahngetriebe
DE2606245A1 (de) 1976-02-13 1977-08-18 Mannesmann Ag Verfahren zur herstellen eines auf einer welle oder nabe sitzenden zahnrades
DE3427837C2 (de) 1984-07-27 1987-03-05 Ford-Werke Ag, 5000 Koeln, De
DE102006025524A1 (de) 2006-06-01 2007-12-06 Zf Friedrichshafen Ag Sensorsystem, Messvorrichtung und Messverfahren zur photothermischen Ermittlung der Materialeigenschaften eines Festkörpers
DE102007040894B4 (de) 2007-08-24 2010-12-16 Gleason-Pfauter Maschinenfabrik Gmbh Werkzeug und Verfahren zum diskontinuierlichen Profilschleifen

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005023230B4 (de) * 2005-05-04 2010-10-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Verschweißen eines Tellerrads mit einem Ausgleichsgehäuse eines Getriebes
CN101349517B (zh) * 2008-09-05 2012-04-25 哈尔滨工业大学 一种微型平板热管的封装方法
US8353739B2 (en) * 2009-12-08 2013-01-15 Allison Transmission, Inc. Method for detecting and/or preventing grind burn
CN101898297B (zh) * 2010-04-15 2011-09-07 南通振华重型装备制造有限公司 大型焊接式渗碳淬火齿轮的制造方法
US10005161B2 (en) * 2012-09-17 2018-06-26 Flender Gmbh Large transmission gearwheel and process for producing a large transmission gearwheel

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE911500C (de) 1950-09-03 1954-05-17 Licentia Gmbh Achszahnrad fuer elektrische Bahnantriebe
DE917589C (de) 1950-12-28 1954-09-06 Licentia Gmbh Verfahren zum Herstellen eines aus einem stern- oder scheibenfoermigen Radkoerper weniger hochwertigen Werkstoffs und einem aufgeschweissten Zahnkranz hochwertigen Werkstoffs bestehenden Grosszahnrades fuer elektrische Bahngetriebe
DE2606245A1 (de) 1976-02-13 1977-08-18 Mannesmann Ag Verfahren zur herstellen eines auf einer welle oder nabe sitzenden zahnrades
DE3427837C2 (de) 1984-07-27 1987-03-05 Ford-Werke Ag, 5000 Koeln, De
DE102006025524A1 (de) 2006-06-01 2007-12-06 Zf Friedrichshafen Ag Sensorsystem, Messvorrichtung und Messverfahren zur photothermischen Ermittlung der Materialeigenschaften eines Festkörpers
DE102007040894B4 (de) 2007-08-24 2010-12-16 Gleason-Pfauter Maschinenfabrik Gmbh Werkzeug und Verfahren zum diskontinuierlichen Profilschleifen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3022010A2

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3205443A1 (de) 2016-02-09 2017-08-16 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum herstellen eines zahnrades, zahnrad, getriebeverdichter
WO2017137209A1 (de) 2016-02-09 2017-08-17 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum herstellen eines zahnrades, zahnrad, getriebeverdichter

Also Published As

Publication number Publication date
CN105579190B (zh) 2018-03-09
DE102013219445A1 (de) 2015-03-26
WO2015044249A3 (de) 2015-05-21
CN105579190A (zh) 2016-05-11
US20160229009A1 (en) 2016-08-11
EP3022010A2 (de) 2016-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015044249A2 (de) Zahnradherstellungsverfahren
EP2879832B1 (de) Grossgetriebezahnrad und verfahren zur herstellung eines grossgetriebezahnrads
DE10013429C1 (de) Ausgleichgetriebe
EP3416832B1 (de) Fahrzeugrad und verwendung
DE60010340T2 (de) Achs-/rolleneinheit für raupenfahrzeuge
DE112013005927B4 (de) Mitnehmerscheiben und Verfahren zum Kondensatorschweißen von Mitnehmerscheiben
EP2844424B1 (de) Verfahren zur herstellung eines kolbens für einen verbrennungsmotor
DE112005000616T5 (de) Antriebsritzel und Verfahren zum Herstellen eines Antriebsritzels
DE102008026695A1 (de) Differentialgetriebeanordnung
WO2006103021A2 (de) Geschweisster wälzlagerring aus wälzlagerstahl
DE10013430A1 (de) Verfahren zum Verbinden von Bauteilen aus einsatzgehärtetem Stahl untereinander und mit Bauteilen aus Gußeisen
DE102017008493A1 (de) Hohlwelle für einen Rotor eines Elektromotors und Verfahren zum Herstellen einer Hohlwelle für einen Rotor eines Elektromotors
DE102004043337B4 (de) Querdifferential eines Kraftfahrzeuges sowie Herstellungsverfahren desselben
DE102016221705B4 (de) Zahnrad aus einem Zahnradverbund und Verfahren zur Herstellung eines Zahnradverbundes
DE10238236B4 (de) Querdifferential eines Kraftfahrzeuges und Herstellungsverfahren für ein solches
DE102011077562A1 (de) Verfahren zum Verschweißen zweier Teile, sowie aus den beiden Teilen gebildete Baugruppe
DE102019114276B4 (de) Profilierte Mutter eines Gewindetriebes, insbesondere Kugelgewindemutter eines Kugelgewindetriebes und Verfahren zu deren Herstellung
AT517751B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Sinterzahnrades
EP2347148B1 (de) Zahnrad und trommelantrieb
EP1967763A1 (de) Mitnehmerscheiben und Verfahren zu deren Herstellung
DE3920956A1 (de) Verschleissplatte und verfahren zu deren herstellung
DE102020128306A1 (de) Planetenträger-Baugruppe, Verfahren zur Herstellung einer Planetenträger-Baugruppe und Planetengetriebe
WO2020074029A1 (de) Verfahren zum herstellen eines planetengetriebes und aktiver wankstabilisator eines kraftfahrzeuges mit diesem planetengetriebe
DE102015203078A1 (de) Fahrwerksaktuatorvorrichtung, insbesondere Wankstabilisator
DE102007024308A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Gelenkaußenteils eines Gleichlaufgelenks

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201480053291.9

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14780798

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014780798

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15024897

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE