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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein/e verbesserte/s Vorrichtung
und Verfahren zum isolierten Glätten
oder plastischen Verformen der Fußabschnitte nur von Kraftfahrzeuggetriebe-Außenzahnradelementen,
um dadurch die Zahnradzahnbiegefestigkeit zu erhöhen.
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Hintergrund der Erfindung
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Zahnradsätze oder
Rädersätze sind
in mechanischen und elektromechanischen Systemen, die eine Rotationsbewegungs-
und Kraftübertragung
erfordern, üblich
und werden daher oft in Systemen verwendet, deren Komplexität von einer
einfachen Armbanduhr oder einem Aufzieh-Spielzeug bis zu fortgeschrittenen
modernen Kraftfahrzeuggetrieben reicht. Ein Zahnradsatz besteht
aus zwei oder mehreren mechanischen Zahnradelementen. Jedes Zahnradelement
ist mit mindestens einem weiteren Zahnradelement in dem Zahnradsatz
einrückbar, zum
Kämmen
bringbar oder anderweitig in Eingriff bringbar, um Kraft und Bewegung
zwischen den verschiedenen Zahnradelementen, die der Zahnradsatz umfasst,
zu übertragen.
Das spezifische Zahnradelement oder eine Reihe von Elementen, das/die
für eine
beliebige gegebene Anwendung ausgewählt ist, ist stark von der
Dynamik des Systems, in dem der Zahnradsatz verwendet wird, wie
auch von den entsprechenden Kräften
oder Belastungen, denen die einzelnen Zahnradelemente, die der Zahnradsatz umfasst,
unterworfen sind, abhängig.
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Komplexe
mechanische Systeme wie z. B. Kraftfahrzeuggetriebe verwenden üblicherweise
einen Planetenradsatz oder -sätze,
der/die aus einer beliebigen Anzahl von ineinandergreifenden Außenzahnradelementen
wie z. B. Sonnenrädern
oder Hohlrädern
und Innenzahnradelementen, z. B. Planetenrädern besteht/en, wobei die
Ausdrücke „außen" und „innen" sich auf die Vorstandsrichtung
der Zahnradzähne
beziehen, die das Zahnradelement bewegen. Jedes eingreifende Zahnradelement
innerhalb eines Planetenradsatzes eines Getriebes weist eine Vielzahl
von eingreifenden oder kämmenden Zahnradzähnen auf,
wobei jeder Zahnradzahn typischerweise ein Evolventen-Flächenprofil
aufweist. Bei einem Evolventenprofil wird der Kontakt zwischen eingreifenden
Zahnradzähnen
innerhalb einer flachen Ebene gehalten, da die gekrümmten Flanken der
Zahnradzähne
drehbar in und außer
Eingriff treten, um dadurch jeglichen physikalischen Kontakt zwischen
den eingreifenden Zahnradzähnen
auf den aktiven oder Kontaktflächenabschnitten
der Zahnradflanken isoliert zu halten. Zwischen den eingreifenden
Zahnradzähnen
befinden sich nicht in Kontakt bringbare Fußabschnitte, die jeweils ein
allgemein halbkreisförmiges
Profil aufweisen. Die halb-kreisförmigen Profile der Fußabschnitte
von Evolventenzahnradzähnen
werden als Teil des Zahnradherstellungsschritts typischerweise durch
Fräs- oder
Wälzfräsprozesse
gebildet, die überschüssiges Material von
den Metallzahnradrohlingen schneiden oder entfernen. Während die
evolventische Konstruktion viele bekannte natürliche Vorteile besitzt, ist
auch bekannt, dass die Rotationskräfte, denen die Evolventenzahnradelemente
unterworfen sind, den Fußabschnitten des
Zahnradzahnes eine beträchtliche
Zugspannung oder Biegekraft auferlegen.
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Es
ist daher von Vorteil, das Zahnradelement zu verstärken, um
einen Schaden infolge der verschiedenen darauf aufgebrachten Belastungen
zu verhindern. Ein Verstärken
erfolgt typischerweise in der Form eines Här tens mittels einer anfänglichen Wärmebehandlung
des gesamten Zahnradelements. Wärmebehandelte
Zahnradelemente werden dann üblicherweise
zusätzlichen
Endbearbeitungsschritten unterzogen, die angewendet werden, um das Oberflächenrauigkeitsprofil
der Zahnradflanken zu formen und die gesamte Mikrohärte des
Zahnradelements zu erhöhen.
Zwei der häufigeren
Endbearbeitungsschritte sind Bandschleifen und Kugelstrahlen. Beim
Bandschleifen wird ein Schleifwerkzeug verwendet, um das gesamte
Profil des Zahnradzahnes einschließlich der freiliegenden Zahnradfußabschnitte
mechanisch abzuschaben oder abzuschleifen. Ein vollständiges Abschaben
des gesamten Zahnradzahnprofils wird oft als notwendig erachtet,
um „Stufen" oder eine Unebenheit
entlang der kontinuierlichen Zahnradzahnoberflächen zu vermeiden. Übliche Bandschleifverfahren
umfassen Diamantschleifen und häufiger
Schleifen mit kubisch kristallinem Bornitrid oder CBN-Schleifen.
Beim Kugelstrahlen, auch als Metallkugelstrahlen bekannt, werden
Metallkies oder kleine Kugeln in die freiliegenden Zahnradoberflächen gestrahlt
oder geschossen, um die beaufschlagten Oberflächenschichten plastisch zu
verformen und dadurch Restdruckspannungen einzuführen und die Mikrohärte der
Oberflächen
zu erhöhen.
Da jedoch alle freiliegenden Oberflächen des Zahnradelements von
dem Bombardement des Metallkieses in gleicher Weise betroffen sind,
kann das Rauigkeitsprofil der freiliegenden Flanken des Zahnradzahnes über das
gewünschte
Ausmaß hinaus verändert sein,
und infolgedessen müssen
die Zahnradelemente möglicherweise
zusätzlichen
Endbearbeitungsschritten wie z. B. Polieren und/oder Glasstrahlen
unterzogen werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Demgemäß ist ein
verbessertes Zahnradzahn-Verstärkungsverfahren
vorgesehen, um die Lebensdauer eines Zahnradelements mit einer Vielzahl von
vorstehenden Zahnradzähnen
zu verlängern. Das
Verfahren umfasst das Wärmebehandeln
des Zahnradelements als einen vorbereitenden Schritt, und dass dann
die Oberflächen
der freiliegenden Zahnradfüße bis zu
einer bestimmten Tiefe plastisch verformt werden, ohne dabei auch
die freiliegenden aktiven Oberflächen
der Zahnradflanken plastisch zu verformen. Indem so nur die Zahnradfüße gehärtet werden,
wird die Restdruckspannung des Zahnradfußes erhöht, ohne das Profil der Zahnradflanken
zu ändern,
was zu einer verbesserten Gesamtbiegefestigkeit des Zahnradzahnes
führt.
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In
einem Aspekt der Erfindung wird die Fußhärte eines Außenzahnradelements
durch Verwenden eines verbesserten Ringwerkzeugs mit einer Vielzahl
von gehärteten,
nach innen vorstehenden Glättzähnen, die
mit den Zahnradzahnfüßen eines Außenzahnradelements
in Eingriff bringbar sind und dazu dienen, den Fußoberflächen einen
vorbestimmten Grad an plastischer Verformung zu verleihen, ohne
dabei die freiliegenden Zahnradflanken des Zahnradelements zu berühren, wenn
das Zahnradelement durch das Ringwerkzeug geführt wird, erhöht.
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In
einem weiteren Aspekt der Erfindung besteht das verbesserte Ringwerkzeug
zumindest teilweise aus Hartmetall und weist ferner eine Vielzahl von
Räumflächen auf,
die die Größe des gerade
gebildeten Zahnradelements geeignet machen, wobei das Zahnradelement
aus der Gruppe von Außenzahnradelementen
ausgewählt
ist, die aus einem Sonnenrad und einem Planetenrad besteht.
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Die
oben stehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und
Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung der besten Arten, die Erfindung auszuführen, in
Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung von eingreifenden Zahnradelementen
eines repräsentativen
Planetenradsatzes;
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2 ist
eine fragmentarische schematische Darstellung von eingreifenden
Zahnradzähnen,
die jeweils ein Evolventenprofil und Fußabschnitte gemäß der Erfindung
aufweisen;
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3 eine
schematische perspektivische Darstellung eines verbesserten Ringwerkzeugs
und eines eingreifenden Zahnradelements gemäß der Erfindung; und
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4 ist
eine fragmentarische schematische Darstellung eines Glättzahnabschnittes
des verbesserten Ringwerkzeugs.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, wobei gleiche Bezugsziffern in den
verschiedenen Fig. durchwegs gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen,
ist in 1 ein Zahnradsatz 10 gezeigt, der hier
als ein repräsentativer
Planetenradsatz gezeigt ist, der aus einem ersten Außenzahnradelement 12,
einem ersten Innenzahnradelement 13 und einer Vielzahl
von zweiten Außenzahnradelementen 14 besteht.
Auch wenn er in 1 als ein Planetenradsatz dargestellt
ist, kann der Zahnradsatz 10 auch die Form z. B. eines
linearen Rädersatzes
oder eines komplexeren Planetenradsatzes mit einer größeren Anzahl
von kämmenden
Zahnrädern besitzen.
Kämmende
erste und zweite Außenzahnradelemente 12, 14 sind
in 1 als ein repräsentatives
Sonnenrad bzw. Planetenrad gezeigt, die hierin nachfolgend zum Erklären der
Erfindung verwendet werden. Die Erfindung wäre jedoch in gleicher Weise für ein beliebiges
Paar eingreifender Zahnradelemente innerhalb eines Zahnradsatzes
oder Rädersatzes
geeignet.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt, weisen das erste
und das zweite Außenzahnradelement 12, 14 eine
Vielzahl von Zahnradzähnen 16a bzw. 16b auf,
die sich von den Zahnradelementen 12, 14 radial nach
außen
erstrecken. Die Zahnradzähne 16a, 16b sind
um den Außenumfang
der Zahnradelemente 12, 14 herum gleich beabstandet.
Das Zahnradelement 12 weist eine Vielzahl von Zahnradzähnen 16a auf, die
mit der Vielzahl von identischen zum Kämmen bringbaren Zahnradzähnen 16b eines
eingreifenden Zahnradelements 14 wechselseitig zum Kämmen bringbar
oder in Eingriff bringbar sind. Sobald sie daher wechselseitig in
Eingriff stehen, wirken die Zahnradzähne 16a, 16b dann
zusammen, um eine Rotationsbewegung, wie durch die verschiedenen
Pfeile 18 in 1 dargestellt, zu übertragen.
Die Profile der Zahnradzähne 16a, 16b sind
vorzugsweise Evolventenprofile, die bei Fahrzeuggetrieben und anderen Hochgeschwindigkeits-
und hochbelasteten Systemen üblich
sind. Solch ein Evolventenprofil ist in 2 in größerem Detail
gezeigt.
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Die
Vielzahl von Zahnradzähnen 16a des Zahnradelements 12 weist
jeweils ein Paar entgegengesetzter aktiver Oberflächen oder
Flanken 20a auf, wobei die Flanken 20a die gesamte
Ausdehnung der Kontaktflächen
zwischen den eingreifenden Zahnrädern
umfassen. Diese Kontaktflächen
sind in 2 als die Linie oder die Bahn
AB annähernd
dargestellt. In gleicher Weise weisen identische Zahnradzähne 16b jeweils
ein Paar Flanken 20b auf, die den Flanken 20a der
Zahnradzähne 16a gegenübergestellt
werden können,
wobei die Kontaktflächen der
Flanken 20b durch die Linie oder die Bahn CD annähernd beschrieben
sind. Das Zahnradele ment 12 weist einen allgemein oder
im Wesentlichen halbkreisförmigen
Fußabschnitt 22a mit
einer plastisch verformbaren Fußoberfläche 24a,
als eine punktierte Linie gezeigt, auf, die zwischen jedem der Zahnradzähne 16a angeordnet
ist. In gleicher Weise weist das Zahnradelement 14 einen
vorzugsweise identischen, allgemein oder im Wesentlichen halbkreisförmigen Fußabschnitt 22b mit
einer plastisch verformbaren Fußoberfläche 24b,
als eine punktierte Linie gezeigt, auf, die zwischen jedem der Zahnradzähne 16b angeordnet
ist.
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Wenn
die eingreifenden Zahnradzähne 16a, 16b durch
einen ganzen Drehzyklus hindurch in direkten dynamischen Kontakt
gelangen und in Eingriff treten, sich drehen und danach außer Eingriff
gelangen, wird eine wechselseitige entgegengesetzte Kraft auf die
aktiven Oberflächen
oder Flanken 20a, 20b von eingreifenden Zahnradelementen 12 bzw. 14 aufgebracht.
Auf Grund der wechselseitigen entgegengesetzten Kraft oder Zugspannung,
die auf die Flanken 20a, 20b ausgeübt wird,
wie durch die Pfeile 21a, 21b von 2 dargestellt,
kann daher unter den oder radial innerhalb der Flanken 20a, 20b der
jeweiligen Fußabschnitte 22a, 22b eine
Biegeermüdung auftreten.
Wenn die Füße 22a, 22b der
Zahnradelemente 12, 14 nicht stark genug sind,
um den Zugspannungen standzuhalten, kann es zu einem Materialversagen
oder einer Rissausbreitung ungefähr entlang
der Richtung der Pfeile 21a, 21b kommen. Gemäß der Erfindung
wird somit die Lebensdauer des Zahnradsatzes 10 verlängert, indem
die Fußabschnitte 22a, 22b gehärtet werden,
um eine plastisch verformte Fußoberfläche 24a, 24b zu
erzeugen und dadurch die Biegefestigkeit der Zahnradzähne 16a bzw. 16b zu
erhöhen,
ohne dabei auch mit den Flanken 20a, 20b in Kontakt
zu gelangen und/oder die Geometrie der Flanken 20a, 20b zu
verändern.
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Wendet
man sich neuerlich 2 zu, so besitzen die Zahnradelemente 12, 14 im
Wesentlichen halbkreisförmige
Fußabschnitte 22a bzw. 22b,
die jeweils eine plastisch verformbare Fußoberfläche 24a, 24b aufweisen,
wie hierin oben stehend beschrieben. Die Fußabschnitte 22a, 22b werden
während
des anfänglichen
Zahnradherstellungsverfahrens typischerweise aus einem Zahnradrohling
gefräst
oder wälzgefräst, wobei
die Kinematik des Zahnradwälzfräsverfahrens
typischerweise allein die endgültige
Geometrie der Fußabschnitte 22a, 22b bestimmt.
Im Gegensatz dazu ist gemäß der Erfindung
die Geometrie der Fußabschnitte 22a, 22b durch
das Räumen
und Glätten
bestimmt, was das Härten
auf die Fußabschnitte 22a, 22b der
Zahnradelemente 12, 14 eingrenzt.
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Um
das Härten
auf die Fußabschnitte 22a, 22b einzugrenzen,
ist ein verbessertes Formwerkzeug oder Ringwerkzeug 30 vorgesehen,
wie in den 3 und 4 gezeigt.
Das Ringwerkzeug 30 weist vorzugsweise einen kreisförmigen Umfang 28 und
eine Vielzahl von radial nach innen vorstehenden Glättzähnen 32 auf.
Unter Bezugnahme auf 4 weist jeder Glättzahn 32 eine
identische, allgemein halbkreisförmige
und im Wesentlichen konvexe, gehärtete
Formfläche 38 auf,
die derart ausgestaltet ist, dass sie die gegenüberliegenden Fußabschnitte 22a, 22b plastisch
verformt (2) und jegliches überschüssige Material
von den Oberflächen
eingreifender Fußabschnitte 22a, 22b räumt oder
schneidet. Eine plastische Verformung ist allgemein vorgesehen,
indem die Vielzahl von Glättzähnen 32 aus
einem Material gebildet oder mit einem solchen beschichtet ist,
das eine geeignet erhöhte
Oberflächenhärte in Bezug
auf die Oberflächenhärte der
Fußabschnitte 22a, 22b des
gerade gebildeten Zahnradelements aufweist. Ein Räumen ist
allgemein vorgesehen, indem eine Schneidfläche oder eine Räumkante 36 (siehe 4)
entlang der gesamten Formfläche 38 der
Glättzähne 32 gebildet
ist.
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Im
Spezielleren ist das Räumvermögen der Erfindung
durch eine vorstehende oder vorragende Räumkante 36, wie in 4 gezeigt,
vorgesehen, wobei die Räumkante 36 ungefähr den gesamten Umfang
einer allgemein oder im Wesentlichen halbkreisförmigen Glättkante 38 überspannt
und derart ausgestaltet ist, dass sie überschüssiges Material von dem gerade
gebildeten Zahnradelement entfernt. Vorzugsweise ist die Räumkante 36 eines
jeden der Glättzähne 32 in
der Form einer leicht konkaven Fläche 44 vorgesehen,
die von einer geeignet scharfen Schneidfläche umschlossen oder umgeben ist,
wie in 4 gezeigt. Das Entfernen von überschüssigem Material erfolgt, wenn
die Räumkante 36 überschüssiges Material
von dem mittleren Durchmesser 42 des Ringwerkzeugs 30 schneidet,
abschabt oder räumt,
wenn sich das gerade gebildete Zahnradelement durch das Ringwerkzeug 30 bewegt,
wie bei dem repräsentativen
Zahnradelement 12 in 3. Ein Räumen von überschüssigem Zahnrad-elementmaterial,
insbesondere von überschüssigem Material
um die Fußabschnitte 22a herum,
ist notwendig, um einen Schaden an dem Ringwerkzeug 30 und/oder
dem Zahnradelement 12 infolge des Vorhandenseins von überschüssigem Material
in den Fußabschnitten 22a und
um diese herum zu verhindern. Überschüssiges Material
kann in den Fußabschnitten
der gerade gebildeten Zahnradelemente wie z. B. 22a, 22b der
Zahnradelemente 12, 14 aufgrund der größeren Toleranzen
vorhanden sein, die bei der Bildung der Fußabschnitte 22a, 22b während der
Herstellung des Zahnradrohlings (nicht gezeigt) verwendet werden,
oder das Material kann nach dem anfänglichen Wälzfräsverfahren, das verwendet wird, um
die Fußabschnitte 22a, 22b zu
bilden, zurückbleiben.
Auch kann Wärme,
die während
der anfänglichen
Härtungs-Wärmebehandlung
aufgebracht wird, den Zahnradrohling nach dem Bilden ausdehnen und verdrehen
und die Geometrie des Zahnradelements erhöhen, bis die Geometrie nicht
mehr innerhalb der Toleranz liegt. Da Schäden an dem Zahnradelement und/oder
dem Ringwerkzeug 30 auftreten können, wenn das größer als
erwünschte und
gerade gebildete Zahnradelement durch das Ringwerkzeug 30 hindurch
gezwungen wird, sind gemäß der Erfindung Räumflächen 36 vorgesehen,
die dazu dienen, um das überschüssige Material
zu schneiden oder zu räumen
und dadurch solch einen Schaden verhindern.
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Das
Ringwerkzeug 30 sieht auch ein Glättvermögen vor und ist daher entsprechend
dimensioniert und geformt, um dem zu bildenden Zahnradelement die
gewünschte
plastische Verformungstiefe zu verleihen. In 3 ist das
Zahnradelement 12 als ein beispielhaftes oder repräsentatives
Zahnrad verwendet, obwohl der Fachmann erkennen wird, dass das Zahnradelement 14 oder
ein anderes Außenzahnradelement
in der gleichen Weise verwendet sein kann, wie hierin nachfolgend
erklärt.
Ein Außenzahnrad
wie z. B. das Zahnradelement 12 kann unter einer äußeren Kraft
geführt
werden, die geeignet ist, um für
die Fußoberflächen 24a der
kontaktierten Fußabschnitte 24a einen
vorbestimmten Grad an plastischer Verformung bereitzustellen. Die
plastisch verformten Schichten 22a der Fußabschnitte 22a der
Zahnradzähne 16a wie
auch die plastisch verformten Schichten 24b der Fußabschnitte 22b der
Zahnradzähne 16b sind
in 2 als punktierte Linien gezeigt. Da das Ringwerkzeug 30 als
Formwerkzeug dient, wird der Fachmann auf dem Gebiet des Werkzeugbaus verschiedene
Verfahren kennen, um das Ringwerkzeug 30 feststehend in
Bezug auf das gerade gebildete Zahnradelement zu halten. Zum Beispiel
kann das Ringwerkzeug 30 innerhalb einer manuellen Spanneinrichtung
oder innerhalb eines Spannabschnitts eines Teils einer Anlage wie
z. B. einer Presse befestigt sein, während das Zahnradelement, wie z.
B. das Zahnradelement 12 von 3 unter
einer Kraft durch das Ringwerkzeug 30 bewegt wird, die geeignet
ist, um der Fußoberfläche 24a den
gewünschten
Grad an plastischer Verformung zu verleihen.
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Variablen,
die die endgültige
Tiefe der plastisch verformbaren Fußoberflächen 24a, 24b und
die Geometrie der Fußabschnitte 22a, 22b beeinflussen, umfassen
sowohl die relative Härte
als auch die geometrische Varianz und/oder Toleranz zwischen dem eingreifenden
Ringwerkzeug 30 und dem gerade gebildeten Zahnradelement.
Idealerweise wird das gerade gebildete Zahnradelement vor dem Glätten wärmebehandelt,
um den Verlust der Vorteile der Restspannung des Glättens auf
Grund eines martensitischen Übergangs
zu verhindern. In gleicher Weise ist der Betrag der Kraft, die verwendet
wird, um das Zahnradelement durch das Ringwerkzeug 30 zu
bewegen, eine Funktion des erwünschten
vorbestimmten Räum-
und/oder Glättgrads
und kann verändert werden,
um die gewünschte
Oberflächenhärte an der Fußoberfläche wie
z. B. 24a des Zahnradelements 12 zu erzeugen.
Wie hierin zuvor festgestellt, sind, um ein richtiges Härten der
Fußoberflächen wie
z. B. 24a sicherzustellen, das Ringwerkzeug 30 und
insbesondere die Vielzahl von Glättzähnen 32 aus
einem Material gebildet, das eine ausreichend höhere Oberflächenhärte als die des gerade gehärteten Zahnradelements
aufweist, um die Fußoberfläche 24a, 24b als
Ergebnis eines wechselseitigen, kräftigen Kontakts zwischen dem
Ringwerkzeug 30 und dem Zahnradelement entsprechend plastisch
zu verformen.
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Vorzugsweise
ist zumindest der Abschnitt der Formfläche 38 des Glättzahnes 32 unter
Verwendung eines Hartmetalls oder eines geeigneten Schnellarbeitsstahls
mit einer Rockwell C-Härte
(Rc), die um mindestens ca. 5-10 Rc höher
ist als jene des gerade gebildeten Zahnradelements, hergestellt.
Da repräsentative
Außenzahnradelemente 12, 14 vorzugsweise
aus 5120-Stahl oder einem anderen geeigneten Material mit einer
Härte von
ca. 55-56 Rc hergestellt sind, beträgt die bevorzugte
Härte der
eingreifenden Glättzähne 32 ca.
60-75 Rc, auch wenn härtere Glättzähne unter Verwendung spezieller Hartmetalle
mit 75 Rc oder härtere Qualitäten ebenfalls
vorgesehen sein können.
Eine nicht formende Fläche 40 des Glättzahnes 32,
die die Ausdehnung der Zahnradzahnoberfläche ohne die Formfläche 38 beschreibt
und annähernd
durch die Linie dargestellt ist, die entlang der Kurve des Glättzahnes 32 zwischen
den Punkten E und F in 4 gezogen ist, stellt während des
Räum- oder
Glättverfahrens
keinen Kontakt mit irgendeiner Oberfläche des gerade gebildeten Zahnradelements
her. Daher ist die Härtung
der nicht formenden Flächen 40 nicht
von Bedeutung, obwohl ein gleiches Härtung aller Materialoberflächen des
Ringwerkzeugs 30 wünschenswert ist,
um die strukturelle Gesamtheit des Ringwerkzeugs 30 sicherzustellen.
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Die
Größe des Ringwerkzeugs 30 und
die Anzahl, Form und Größe der Glättzähne 32 sind
abhängig
von der Konstruktion des Zahnradelements, das gebildet werden soll.
Das heißt,
wenn das Ringwerkzeug 30 ein Werkzeug oder eine Form ist,
durch die ein gebildetes und wärmebehandeltes
Zahnradelement wie z. B. 12 geführt wird, ist die Geometrie des
Ringwerkzeugs 30 derart ausgestaltet, dass sie mit der
Geometrie des Zahnradelements 12, das gehärtet werden
soll, übereinstimmt.
Beispielsweise, wie in 3 gezeigt, wäre, wenn das Zahnradelement 12 zwanzig
separate Zahnradzähne 16a besäße, ein
Ringwerkzeug 30 mit zwanzig separaten, gegenüberliegenden
Glättzähnen 32 erforderlich,
wobei das Ringwerkzeug 30 geeignet dimensioniert wäre, um zuzulassen,
dass ein vorausgewähltes
eingreifendes Zahnradelement 12 durch das Ringwerkzeug 30 unter
der Kraft geführt
wird, die erforderlich ist, um die gewünschten Änderungen an dem Fußabschnitt 22a zu
bewirken.
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Wie
zuvor hierin erläutert,
erzeugen die eingreifenden rotierenden Zahnradelemente wie z. B. die
Zahnradelemente 12, 14 eine wechselseitige Zugspannung,
die sich dann als Biegeermüdung
manifestieren kann, die von den Fußabschnitten 22a bzw. 22b nach
außen
strahlt. Jedes der Zahnradelemente 12, 14 besitzt
eine vorbestimmte Materialfestigkeit.
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Wenn
die Zugspannung, die dem Zahnradzahn 16a, 16b verliehen
wird, diese Materialfestigkeit übersteigt,
wird eines oder beide der Zahnradelemente 12, 14 in
der Form eines Anrisses ausfallen, der sich dann mit der fortgesetzten
Aufbringung der Zugspannung ausbreiten kann. Indem den Fußabschnitten 22a, 22b der
repräsentativen
Zahnradelemente 12, 14 eine Restdruckspannung
hinzugefügt wird,
wird dadurch die Festigkeit des Materials der Zahnradelemente mit
dem Ziel erhöht,
die Festigkeit des Materials auf ein Niveau über jenem der den eingreifenden
Zahnradelementen 12, 14 verliehenen Zugspannung
zu erhöhen.
Die Verwendung des Ringwerkzeugs 30 wie hierin beschrieben,
erzeugt die erforderliche Restdruckspannung in Form einer plastischen
Verformung der Fußoberflächen wie
z. B. 24a eines Zahnradelements wie z. B. eines Sonnenrades 12,
nachdem das Zahnradelement 12 das verbesserte Ringwerkzeug 30 durchlaufen
hat.
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Der
Fachmann wird erkennen, dass eine übermäßige plastische Verformung
das Zahnradelement beschädigen
kann, während
eine ungenügende plastische
Verformung nicht die Grade an Restdruckspannung erzeugt, die ausreichend
sind, um die Festigkeit des Materials des Zahnradelements genügend zu
erhöhen,
um einen Schaden infolge einer Biegeermüdung zu verhindern. Um die
gewünschte
Bilanz zu ziehen, beträgt
die bevorzugte Tiefe einer plastischen Verformung von plastisch
verformbaren Fußoberflächen 24a, 24b gemäß der Erfindung
ca. 2 bis 5 Mikrometer (μ).
Zur Verleihung solch eines Grades an Verformung ist das Profil von
Zahnradelementen 12, 14 nach dem geeignet machenden
Räumen
um ca. 2 bis 5 μ größer als
das Profil des Ringwerkzeugs 30. Auf diese Weise ergibt
das Führen
des weicheren Zahnradelements durch das härtere Ringwerkzeug 30 die
gewünschte
Verformung von 2 bis 5 μ der
Fußabschnitte 22a, 22b.
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Während die
Erfindung hierin oben stehend in Bezug auf ein Außenzahnradelement
beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass die Erfindung
in gleicher Weise auf Innenzahnradelemente wie z. B. das Hohlrad 13 von 1 anwendbar
ist, indem die Orientierung der Glättzähne 32 des Ringwerkzeugs 30 umgedreht
wird, das heißt,
indem nach außen
vorstehende Glättzähne 32 derart
ausgestaltet sind, dass sie nur die Fußabschnitte der Zähne des
Hohlrads 13 glätten.
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Während die
besten Arten zum Ausführen der
Erfindung im Detail beschrieben wurden, wird der Fachmann auf dem
Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, verschiedene alternative
Konstruktionen und Ausführungsformen
erkennen, um die Erfindung innerhalb des Umfangs der beiliegenden
Ansprüche
auszuführen.