DE10144979A1

DE10144979A1 - Verfahren zur Herstellung von Getriebeelementen, insbesondere Schaltgetriebewellen

Info

Publication number: DE10144979A1
Application number: DE10144979A
Authority: DE
Inventors: Bernd Beltrame; Volkmar Krauss; Thomas Boettcher; Wolfgang Lesch; Horst Brandt
Original assignee: Kochendorfer and Kiep Metallverarbeitung GmbH
Current assignee: Koki Technik Transmission Systems GmbH
Priority date: 2001-09-12
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2021-09-13
Also published as: DE10144979C5; DE10144979B4

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung von Getriebeelementen (R¶1¶, R¶2¶), insbesondere Schaltgetriebewellen (1), deren Oberflächen zur Erzeugung von Korrosions- und Verschleißschutzschichten behandelt werden, soll das Getriebeelement (R¶1¶, R¶2¶) aus wenigstens zwei Bauteilen (2.2, 2.2) aus unterschiedlichen Werkstoffen zusammengesetzt sein.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Getriebeelementen, insbesondere Schaltgetriebewellen, deren Oberflächen zur Erzeugung von Korrosions- und Verschleißschutzschichten behandelt werden sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes Getriebeelement.
Derartige Verfahren zur Herstellung von Getriebeelementen, insbesondere Schaltgetriebewellen sind in vielfältiger Form und Ausführung auf dem Markt bekannt. Bei derartigen Verfahren werden bspw. nach der Herstellung eines Getriebeelementes, insbesondere einer Schaltgetriebewelle, welche aus niedrig legierten und korrosionsanfälligen Einsatz- und/oder Vergütungsstählen hergestellt sind, diese unterschiedlichen Oberflächenbehandlungsverfahren unterzogen, um einerseits eine gewisse Härte und andererseits einen gewissen hohen Korrosionsschutz zu erreichen. Nachteilig hieran ist, dass in gewissen Bereichen des Getriebeelementes, insbesondere der Schaltgetriebewelle höhere Anforderungen an Korrosionsschutz und an die Härte gestellt werden, so dass ggf. gewisse Bereiche separat durch entsprechende Oberflächenbehandlungsverfahren behandelt werden müssen. Dabei hat sich bisher als sehr nachteilig erwiesen, dass in bestimmten Bereichen nie der geforderte Korrosionsschutz erreicht werden konnte.
Daher ist die Herstellung von herkömmlichen Schaltgetriebewellen sehr aufwendig Zeit und kostenintensiv, insbesondere durch aufwendige Härte- und/oder Oberflächenbehandlungsverfahren. Was unerwünscht ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie ein Getriebeelement zu schaffen, mit welchen die genannten Nachteile beseitigt werden und mit welchen wesentlich kostengünstiger, bei höheren Anforderungen an Härte und Korrosionsschutz eine Schaltgetriebewelle hergestellt werden kann.
Zudem sollen die Eigenschaften des Getriebeelementes, insbesondere der Schaltgetriebewellen in unterschiedlichen Bereichen, was insbesondere die Oberflächenhärte und den Korrosionsschutz betrifft, individuell angepasst werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass das Getriebeelement aus wenigstens zwei Bauteilen aus unterschiedlichen Werkstoffen zusammengesetzt wird.
Bei der vorliegenden Erfindung sind wenigstens zwei Bauteile aus wenigstens zwei unterschiedlichen Werkstoffen, vorzugsweise einem Einsatzstahl und einem hochlegierten Edelstahl miteinander verbunden, wobei durch dieses Verbinden unterschiedliche Bereiche mit unterschiedlichen Materialeigenschaften einer Schaltgetriebewelle entstehen.
Vorzugsweise können einzelne Bauteile, die vorzugsweise als Kopfstück und Hauptstück ausgebildet sind, stirnseitig miteinander kraft- und/oder formschlüssig verbunden werden.
Dabei können diese bspw. durch Verschrumpfen, Schweißen, Laserschweißen miteinander verbunden werden.
Hierdurch entsteht eine Schaltgetriebewelle, die aus vorzugsweise zwei Bauteilen gebildet ist, die unterschiedliche Materialeigenschaften, was insbesondere die Drehmomentenaufnahme, Korrosionsbeständigkeit und Härte entspricht.
Dabei läßt sich bspw. nach dem Verbinden der beiden Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen, die Schaltgetriebewelle sehr kostengünstig schnell und effektiv einer Oberflächenbehandlung vorzugsweise Nitrierhärten unterziehen, wobei insbesondere das Hauptstück, aus dem Einsatzstahl nitriergehärtet wird, ohne dass sich die Härte oder Korrosionsbeständigkeit des aus dem hochlegierten Edelstahl gebildeten Kopfstückes, durch vorzugsweise einen hohen Chromanteil verändert.
Es wird gewährleistet, dass die Einsatzbedingung der Schaltgetriebewelle für Anforderungen von Lager, Kraft- und Drehmomente für sämtliche Schaltbewegungen der Schaltgetriebewelle erheblich verbessert werden. Hierdurch kann eine kostensparende thermo-chemische Wärmebehandlung nach dem Verbinden der beiden Bauteile nachgeschaltet werden, um sicher zu stellen, dass der Eigenschaftsanforderungen die einzelnen Bauteile nicht beeinträchtigt wird. Dabei hat sich als vorteilhaft erwiesen durch spezielle Wärmebehandlungsanlagen unter einer Atmosphäre aus Ammoniak und Sauerstoff als Trägergas die Schaltgetriebewelle nachzubehandeln, um durch Oxidieren die Korrosionsbeständigkeit weiter zu erhöhen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
Fig. 1 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf ein Getriebeelement, insbesondere auf eine Schaltgetriebewelle;
Fig. 2 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schaltgetriebewelle gemäß Fig. 1.
Gemäß Fig. 1 weist ein erfindungsgemäßes Getriebeelement R₁, ausgebildet als Schaltgetriebewelle 1 ein erstes Bauteil 2.1 und ein stirnseitig daran anschließendes zweites. Bauteil 2.2 auf. Das erste Bauteil 2.1 ist als Hauptstück 3 und das daran stirnseitig anschließende zweite Bauteil 2.2 als Kopfstück 4 ausgebildet. Wichtig bei der vorliegenden Erfindung ist, dass beide Bauteile 2.1, 2.2 sehr genau zu einer Mittelachse M zentriert ausgerichtet sind. Dabei schließt eine Stirnseite 5 des Hauptstückes 3 an eine Stirnseite 6 des Kopfstückes 4 passgenau und plan an, wobei ein von der Stirnseite 5 des Hauptstückes 3 herausragendes Zapfenelement 7 in eine in der Stirnseite 6 des Kopfstückes 4 vorgesehene Ausnehmung 8 formschlüssig und passgenau eingreift. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Bauteile 2.1 und 2.2 passgenau zentriert in der Mittelachse M liegen.
Die Bauteile 2.1, 2.2 können formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander stirnseitig verbunden werden. Nachdem Verbinden wird an einer stirnseitigen Verbindungsstelle 9 zwischen Stirnseite 5 und 6 das Bauteil 2.1 mit dem Bauteil 2.2 durch Schweißen, insbesondere durch Laserschweißen exakt, hochfest, präzise und passgenau zur Schaltgetriebewelle 1 verbunden.
Einends des Kopfstückes 4 ist eine Verzahnung 10 und daran anschließend ein Wellenabsatz 11 gebildet.
Anderenends des Hauptstückes 3 schließt an diese stirnseitig ein Flansch 12 an.
Wichtig bei der vorliegenden Erfindung ist, dass die Bauteile 2.1, 2.2 bzw. Hauptstück 3 und Kopfstück 4 aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sind. Das Hauptstück 3 ist vorzugsweise aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstahl hergestellt.
Das daran anschließende Bauteil 2.2 bzw. Kopfstück 4 ist aus einem hochvergütetem Edelstahl, insbesondere aus einem hochlegierten Edelstahl mit einem nicht unerheblichen Chromanteil hergestellt. Durch das Verbinden der beiden Bauteile 2.1, 2.2 aus unterschiedlichen Werkstoffen, wobei durch Laserschweißen eine sehr präzise und exakte und hochfeste Verbindungsstelle 9 geschaffen wird, entsteht eine Schaltgetriebewelle 1, die ohne zusätzliche Härteverfahren insbesondere im Bereich des Kopfstückes 4 hohe Anforderungen für Lagerungen sowie Aufnahme von hohen Kraft- und Drehmomenten bei sämtlichen Schaltbewegungen der Schaltgetriebewelle 1 gerecht wird.
Gegebenenfalls kann nach dem Verbinden der beiden Bauteile 2.1, 2.2 noch zusätzlich die Schaltgetriebewelle 1 einer thermo-chemischen Behandlung unterzogen, wobei speziell durch die Bauteile 2.1, 2.2 ein zugeschnittenes Nitrierverfahren angewendet wird, welches gewährleistet, dass der hoch vergütete Edelstahl des Kopfstückes 4 seine bisherige Rost- und Säurebeständigkeit sowie seine bisherige Korrosionsbeständigkeit und Härte beibehält, wobei hierbei hilfreich ist, wenn ein Edelstahl mit einem erheblichen Chromanteil verwendet wird, wobei der Einsatz- und/oder Vergütungsstahl des Hauptstückes 3 die erforderlichen Eigenschaften wie Oberflächenhärte, die Nitriertiefe und Korrosionsbeständigkeit nach dem Nitrieren oder Oxidieren erreicht.
Dabei hat sich als vorteilhaft erwiesen, insbesondere bei der thermo-chemischen Behandlung der Schaltgetriebewelle 1 diese einer Wärmebehandlung in einer Wärmebehandlungsanlage auszusetzen und das Nitrieren in einer Atmosphäre aus Ammoniak und Sauerstoff als Gasträger durchzuführen.
Gegebenenfalls können Weiterbehandlungsmaßnahmen, durch bspw. Oxidieren, die Korrosionsbeständigkeit der Schaltgetriebewelle 1 weiter erhöhen.
In den Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 2 ist ein Getriebeelement R₂ aufgezeigt, bei welchem die Schaltgetriebewelle 1 in etwa der oben beschriebenen entspricht. Unterschiedlich ist, dass die Stirnseiten 5, 6 der Bauteile 2.1, 2.2 stirnseitig stumpf aneinanderliegen und ggf. durch Reibschweißen, vorzugsweise durch Laserschweißen an der Verbindungsstelle 9 die beiden Bauteile 2.1, 2.2 miteinander verbunden werden. Auch hier sind die Bauteile 2.1, 2.2 in oben beschriebener Weise aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt.
Dabei soll auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen, die Stirnseiten 5, 6 nicht nur durch Schweißen sondern durch andere Verbindungsverfahren, wie bspw. Reibschweißen, Verkleben, formschlüssiges Verschrumpfen od. dgl. miteinander zu verbinden, um eine präzise und torsionsfeste und hochfeste Verbindung herzustellen. Dabei sind die Bauteile 2.1 und 2.2 in oben beschriebener Weise aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt. Positionszahlenliste 1 Schaltgetriebewelle
2 Bauteil
3 Hauptstück
4 Kopfstück
5 Stirnseite
6 Stirnseite
7 Zapfenelement
8 Ausnehmung
9 Verbindungsstelle
10 Verzahnung
11 Wellenabsatz
12 Flansch
R₁ Getriebeelement
R₂ Getriebeelement
M Mittelachse

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Getriebeelementen (R₁, R₂), insbesondere Schaltgetriebewellen (1), deren Oberflächen zur Erzeugung von Korrosions- und Verschleißschutzschichten behandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeelement (R₁, R₂) aus wenigstens zwei Bauteilen (2.1, 2.2) aus unterschiedlichen Werkstoffen zusammengesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Bauteile (2.1, 2.2) axial hintereinander miteinander verbunden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest beiden Bauteile (2.1, 2.2) stirnseitig formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden und anschließend miteinander verschweißt, insbesondere durch Laserschweißung verbunden werden.

4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verbinden der zumindest beiden Bauteile (2.1, 2.2) und nach einem Verschweißen die Schaltgetriebewelle (1) einer thermochemischen Behandlung zur Erzeugung von Korrosions- und Verschleißschutzschichten unterzogen werden.

5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Bauteil (2.1) aus einem Einsatz- und/oder Vergütungsstahl mit Kohlenstoffbestandteilen und das weitere Bauteil (2.2) aus einem korrosionsbeständigen hochlegierten Edelstahl hergestellt wird.

6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander verschweißten Bauteile (2.1, 2.2) nitriert werden, wobei das rost- und säurebeständige Bauteil (2.2) aus Edelstahl während dem Nitrieren eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit und Härte beibehält und der Einsatz- und/oder Vergütungsstahl des Bauteiles (2.1) die geforderte Oberflächenhärte, Nitriertiefe und Korrosionsbeständigkeit nach dem Nitrieren erlangt.

7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das thermo-chemische Behandeln in einer Wärmebehandlungsanlage unter einer Ammoniak und Sauerstoffatmospähre als Trägergas erfolgt.

8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dass nach der Oberflächenbehandlung zusätzlich die verschweißten Bauteile (2.1, 2.2) durch Oxidieren und ggf. weitere korrosionserhöhende Maßnahmen behandelt werden.

9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kopfstück (4) als Bauteil (2.2) aus einem hochlegierten Werkstoff und ein Hauptstück (3) als Bauteil (2.1) aus einem Einsatz- und/oder Vergütungsstahl hergestellt werden, welche stirnseitig axial miteinander form- und/oder kraftflüssig verbunden und anschließend im Bereich einer Verbindungsstelle (9) miteinander verschweißt werden.

10. Getriebeelement, insbesondere Schaltwellengetriebe (1), deren Oberfläche mit Korrosions- und/oder Verschleißschutzschichten versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltgetriebewelle (1) aus wenigstens zwei Bauteilen (2.1, 2.2) aus unterschiedlichen Werkstoffen zusammengesetzt ist.

11. Getriebeelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bauteile (2.1, 2.2) axial hintereinander und stirnseitig miteinander formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbindbar sind.

12. Getriebeelement nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kopfstück (4) als Bauteil (2.2) aus einem hochlegierten Edelstahl und ein weiteres Bauteil (2.1) als Hauptstück (3) aus kohlenstoffhaltigem Einsatz- und/oder Vergütungsstahl hergestellt ist.

13. Getriebeelement nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine stirnseitige Verbindungsstelle (9) zweier benachbarter Bauteile (2.1, 2.2) verschweißt, insbesondere laserverschweißt ist.

14. Getriebeelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfstück (4) aus rost- und säurebeständigem Edelstahl mit ausreichender Korrosionsbeständigkeit und Härte hergestellt ist, wobei das Hauptstück (3) aus Einsatz- und/oder Vergütungsstahl hergestellt ist, und beide Bauteile nach einem Nitrieren eine ausreichende Oberflächenhärte, Nitriertiefe und Korrosionsbeständigkeit erreichen.

15. Getriebeelement nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Verbinden der beiden Bauteile (2.1, 2.2) die Schaltgetriebewelle (1) thermo-chemisch behandelbar, und ggf. durch Oxidieren zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit nachbehandelbar ist.