專利名稱：被涂層的齒輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種被涂層的齒輪和一種用于制造被涂層的齒輪的方法。
背景技術(shù)：
表面硬化是一種用于硬化驅(qū)動(dòng)部件和齒輪的常見(jiàn)的方法，該方法例如在DE569453A和DE2109494B中進(jìn)行了描述。由此產(chǎn)生高的表面硬度和壓縮應(yīng)力，這防止了由赫茲壓力所引起的磨損和故障形式。此外已知的是，齒輪的壓力負(fù)荷區(qū)域的特殊涂層能進(jìn)一步減少磨損。DE19724661C2描述了一種帶有在類金剛石結(jié)構(gòu)中的碳的咬合的傳動(dòng)部件以及一種陶瓷的TiN-涂層。當(dāng)然，被涂層的齒輪在不均勻的負(fù)荷的情況下，可能會(huì)出現(xiàn)這樣的涂層的剝落，從而極大地限制了齒輪的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種沒(méi)有這種缺點(diǎn)的被涂層的齒輪。該目的通過(guò)一種被涂層的齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)，該齒輪包括由基礎(chǔ)材料制成的齒輪體，其中，至少在該齒輪體的一個(gè)部分上布置有涂層，該涂層比基礎(chǔ)材料更硬并且通過(guò)接縫被劃分為多個(gè)相互分離的區(qū)段。該目的還通過(guò)一種用于制造被涂層的齒輪的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，該方法包括以下步驟:提供由基礎(chǔ)材料制成的齒輪體；以及在該齒輪體的至少一個(gè)部分上布置涂層，其中，該涂層比基礎(chǔ)材料更硬并且被劃分為多個(gè)通過(guò)接縫相互分離的區(qū)段。在實(shí)際應(yīng)用中，負(fù)荷幾乎決不會(huì)均勻地分布在齒輪的負(fù)荷區(qū)域上面，特別是在齒面上面，例如受軸的傾斜位置或者殼體的撓性制約。這種不均勻性也可能并不總是通過(guò)校正而被抑制，因?yàn)樾Ｕ冀K僅對(duì)于確定的負(fù)荷來(lái)講是優(yōu)化的。負(fù)荷區(qū)域、例如齒面因此必須附加地通過(guò)彈性變形或者通過(guò)跑合磨損以適應(yīng)不均勻的負(fù)荷，并且使之均勻化。由于這兩種機(jī)制在傳統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用的磨損保護(hù)涂層設(shè)計(jì)中作為完全封閉的涂層而變得困難，因而至今為止該涂層經(jīng)常剝落。這一缺點(diǎn)通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的磨損保護(hù)涂層的分割得以避免。本發(fā)明以這種認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)，即通過(guò)相對(duì)較硬的涂層的分割，該涂層在齒輪中作為磨損保護(hù)被涂覆在由較軟的基礎(chǔ)材料制成的齒輪體上，可能的是，兩個(gè)有利的性能、即堅(jiān)固性和柔韌性分布在齒輪的不同的表面水平面上。以下，“層”，“涂層”和“磨損保護(hù)涂層”作為意義相同的概念而被使用。這一被分割的層通過(guò)它的硬度提供了磨損保護(hù)，而在區(qū)段之間的接縫能使單個(gè)的區(qū)段在負(fù)荷的情況下特別地對(duì)準(zhǔn)。與沒(méi)有分割的情況相比，被涂層的齒輪的不均勻的負(fù)荷可以通過(guò)這種方式更好地得到補(bǔ)償，從而避免涂層的剝落。總體而言，在齒輪的負(fù)荷方面可以產(chǎn)生一個(gè)更好的性能特征，因?yàn)?，一方面通過(guò)堅(jiān)硬的表面層提供了磨損保護(hù)，并且另一方面通過(guò)將層劃分為單獨(dú)的區(qū)段而提供了柔韌性和撓性。因此齒輪可以在其被涂層的區(qū)域中集這兩種通常被視為相對(duì)立的特性于一體。不中斷的、即封閉的涂層在負(fù)荷情況下通常表現(xiàn)為欠缺柔韌性，與此情況相比，通過(guò)本發(fā)明或者說(shuō)通過(guò)有利的設(shè)計(jì)方案，在齒輪表面上、特別是在齒面表面上的均勻的負(fù)荷分布是可能的。這改進(jìn)了對(duì)于磨損的保護(hù)。本發(fā)明的有利的設(shè)計(jì)方案和改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中給出。另外，根據(jù)本發(fā)明的方法也可以根據(jù)從屬的裝置權(quán)利要求進(jìn)一步改進(jìn)，并且反之亦然。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，涂層形成被涂層的齒輪的表面。用作磨損保護(hù)的涂層與制成齒輪體的基礎(chǔ)材料相比更硬并且通常情況下更不柔韌，該涂層也就優(yōu)選地設(shè)計(jì)為齒輪的外表面。由此該涂層能優(yōu)化地起到磨損保護(hù)涂層的作用。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，涂層布置在齒輪體的至少一個(gè)齒面上。齒面一般是齒輪的受到特定程度的負(fù)荷的并且因而受到磨損的區(qū)域。甚至可能的是，被分割的涂層只布置在齒輪體的齒面上。通過(guò)這種方式，例如在齒根區(qū)域內(nèi)的必要的彈性不會(huì)受到影響。為了提高齒輪齒的承載能力，該齒輪齒設(shè)置有涂層，該涂層不是被設(shè)計(jì)為連貫的、或者說(shuō)封閉的，而是分割的。在互相鄰近的區(qū)段之間形成接縫，該接縫不具有涂層。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，涂層通過(guò)這些接縫完全分割開(kāi)(durchtrennen)。通過(guò)這種方式，涂層的單個(gè)的區(qū)段互相完全分離，并且由此能夠互相完全獨(dú)立對(duì)準(zhǔn)。涂層中的應(yīng)力因而繼續(xù)地得以避免，并且由此防止涂層的剝落。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，接縫延伸至齒輪體內(nèi)。這意味著，在其上涂覆有涂層的基礎(chǔ)材料也優(yōu)選地在接縫的區(qū)域內(nèi)被切割。通過(guò)這種方式形成了齒輪表面、例如齒面，它具有不同硬度的多個(gè)突出部(Plateaus)。分割的效果也就可以由此加強(qiáng)，即不僅是涂層、而且基礎(chǔ)材料也在表面附近的區(qū)域內(nèi)被“切割”。由此可產(chǎn)生齒輪的負(fù)荷區(qū)域，例如一個(gè)齒面，其由不同硬度以及也優(yōu)選的具有不同彈性的突出部組成。突出部的上部區(qū)域通過(guò)堅(jiān)硬的涂層而加強(qiáng)，并且突出部由接縫、或者說(shuō)凹槽彼此分離。接縫的深度應(yīng)這樣選擇，即突出部能夠靈活地根據(jù)負(fù)荷情況對(duì)準(zhǔn)相對(duì)的齒面。通過(guò)基礎(chǔ)材料的切割加強(qiáng)了堅(jiān)固性與柔韌性這兩種性能的有利的結(jié)合，因?yàn)榻涌p為當(dāng)發(fā)生壓力負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)的橫向膨脹(Querdehnung)留出空間，并且因此減小了磨損保護(hù)涂層的撓性。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，接縫這樣寬，即接縫為當(dāng)被涂層的齒輪受到壓力負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)的橫向膨脹留出空間。通過(guò)接縫的足夠的寬度，加強(qiáng)了堅(jiān)固性與柔韌性這兩種性能的有利的結(jié)合，因?yàn)榻涌p為當(dāng)發(fā)生壓力負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)的橫向膨脹留出空間，并且因此減小了磨損保護(hù)涂層的撓性。被涂層的區(qū)域的形狀以及未被涂層的區(qū)域的大小在這里應(yīng)適應(yīng)于其它邊緣條件?；旧厦恳环N形狀都是可能的。涂層的類型也是可自由選擇的，因?yàn)楸痉椒ɑ旧线m用于所有涂層類型。區(qū)段能通過(guò)對(duì)最初封閉的涂層的切割或是通過(guò)利用掩模覆蓋隨后的接縫，接下來(lái)涂覆涂層并且最后移除掩模來(lái)形成。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)方案，涂層的布置包括以下步驟:利用覆蓋件覆蓋接縫的區(qū)域；將涂層涂覆在齒輪體的未被覆蓋的區(qū)域上；以及移除覆蓋件。在此，涂層直接被分離地涂覆，這由此實(shí)現(xiàn)，即例如利用一個(gè)結(jié)構(gòu)覆蓋中間區(qū)域，使得基礎(chǔ)材料在那里保持為未被涂層?？赡艿氖牵繉拥牟贾冒ㄒ韵虏襟E:將封閉的涂層涂覆在齒輪體上；以及通過(guò)形成接縫來(lái)對(duì)封閉的涂層進(jìn)行分割。在此，涂層首先被封閉地涂覆并且然后被分為單個(gè)的區(qū)段。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，接縫的形成借助于激光光束來(lái)實(shí)現(xiàn)。但其它的方法、例如機(jī)械的、化學(xué)的或是電的材料去除也是可能的。


本發(fā)明的前述的性能、特征和優(yōu)點(diǎn)以及如何實(shí)現(xiàn)這些性能、特征和優(yōu)點(diǎn)的方式和方法可通過(guò)對(duì)以下實(shí)施例的描述更清楚以及更明確地理解，結(jié)合附圖對(duì)該實(shí)施例予以詳細(xì)說(shuō)明。分別示意性地示出并且并不與比例尺相一致。圖1示出齒輪體；圖2示出被涂層的齒面；圖3示出被分割的涂層；圖4-6示出制造方法的第一實(shí)施例；圖7-8示出制造方法的另一個(gè)實(shí)施例；以及圖9示出穿過(guò)帶有延伸至齒輪體內(nèi)的接縫的、被涂層的齒面的截面。
具體實(shí)施例方式圖1示出了需要被涂層的齒輪體10的視圖，該齒輪體由基礎(chǔ)材料、例如由經(jīng)硬化處理的鋼、如16MnCr5或18CrNiMo7_6制成。沿著齒輪體10的外周邊布置有輪齒2，輪齒分別具有齒根3,齒面4以及齒頂5。圖2示出了在圖1中所展示的齒輪體10的輪齒2的透視圖。在輪齒2的兩個(gè)齒面4上布置有涂層6，該涂層比齒輪體10的基礎(chǔ)材料更硬并且由此減少了齒面4的磨損。厚度d的涂層6并不是封閉地形成于齒面4上面，而是被分為多個(gè)區(qū)段8。兩個(gè)相鄰的區(qū)段8被一個(gè)具有接縫寬度f(wàn)的接縫7彼此分開(kāi)。區(qū)段8分別具有寬度b和高度h。齒根3和齒頂5沒(méi)有涂層6，以便在這些區(qū)域中不限制彈性。圖3示出了在圖2中所展示的齒面4的前視圖。布置在齒面4上的涂層6不是連貫的，而是被分開(kāi)的。在彼此相鄰的區(qū)段8之間形成有接縫7，該接縫不具有涂層。圖4至6示出了制造方法的第一實(shí)施例。圖4示出了齒輪體的輪齒2的一個(gè)截面。在第一個(gè)方法步驟中，覆蓋件11涂覆在齒面4上的區(qū)域中，在該區(qū)域中設(shè)有接縫7。這種掩蓋能通過(guò)例如涂覆優(yōu)選為水溶性的或溶劑可溶的漆層11或者通過(guò)借助于覆蓋元件(圖中未示出)覆蓋接縫7的區(qū)域來(lái)實(shí)現(xiàn)。在圖5中所展示的另一個(gè)步驟中，利用降低摩擦的或降低磨損的涂層材料，如類金剛石碳(=DLC)或者TiN來(lái)涂覆齒面4，以便形成磨損保護(hù)涂層。在這里，涂層材料可涂覆在齒面4的整個(gè)表面上，即在被覆蓋的區(qū)域11中和未被覆蓋的區(qū)域中。在被覆蓋的區(qū)域11之間的部段中的磨損保護(hù)裝置的厚度在實(shí)踐中當(dāng)然要比在圖5中所示出的要低很多。在圖6中所展示的第三個(gè)步驟中，齒面4的掩蓋裝置11被再次移除。通過(guò)移除掩模層11也一起移除了被涂覆在覆蓋件11上的涂層材料。最終結(jié)果就是，涂層6以多個(gè)互相分離的區(qū)段8的形式存在。將設(shè)計(jì)為漆層的掩模層11移除可通過(guò)化學(xué)蝕刻、通過(guò)沖洗以及以機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)，例如借助于水噴射或者通過(guò)刷拂實(shí)現(xiàn)。
圖7和8示出了制造方法的另一個(gè)實(shí)施例。圖7示出齒輪體的輪齒2的截面。在第一方法步驟中，利用降低摩擦的和降低磨損的涂層材料，例如類金剛石碳(=DLC)或是TiN，作為連貫或者說(shuō)封閉設(shè)計(jì)的涂層6來(lái)涂覆齒面4，以便形成磨損保護(hù)涂層。在圖8中所展示的一個(gè)進(jìn)一步的步驟中，在連貫的、即不中斷的或者說(shuō)封閉的涂層6中形成接縫7，從而使連貫的涂層6被劃分為區(qū)段8。接縫7的形成可借助于激光光束或是機(jī)械的蝕刻，例如利用雕刻刀來(lái)實(shí)現(xiàn)。也可能的是，接縫通過(guò)已知的化學(xué)的掩蓋方法形成。圖9展示了穿過(guò)由基礎(chǔ)材料制成的齒輪體10的一個(gè)截面，齒輪體的表面9由涂覆在齒輪體10上的涂層6所形成。涂層6通過(guò)延伸至齒輪體10內(nèi)的接縫7被劃分為分離的區(qū)段8。涂層6也就這樣設(shè)計(jì)，即該涂層由多個(gè)單個(gè)的涂層區(qū)域8組成，它們?nèi)绱纱u一樣彼此間以一個(gè)間距f平放在基礎(chǔ)材料上，例如在齒面上。雖然本發(fā)明通過(guò)優(yōu)選的實(shí)施例在細(xì)節(jié)上被詳細(xì)地顯示和說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于所公開(kāi)的實(shí)施例，并且可由技術(shù)人員由此推導(dǎo)出其它的變體，而不背離本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種被涂層的齒輪(1)，包括由基礎(chǔ)材料制成的齒輪體(10)，其中，至少在所述齒輪體(10)的一個(gè)部分上布置有涂層(6)，所述涂層比所述基礎(chǔ)材料更硬并且通過(guò)接縫(7)被劃分為多個(gè)相互分離的區(qū)段(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被涂層的齒輪(I)，其特征在于，所述涂層(6)形成所述被涂層的齒輪(I)的表面(9)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的被涂層的齒輪(1)，其特征在于，所述涂層(6)布置在所述齒輪體(10)的至少一個(gè)齒面(4)上。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的被涂層的齒輪(1)，其特征在于，所述接縫(7)完全分割開(kāi)所述涂層(6)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的被涂層的齒輪(1)，其特征在于，所述接縫(7)延伸至所述齒輪體(10)內(nèi)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的被涂層的齒輪(1)，其特征在于，所述接縫(7)這樣寬，即所述接縫為當(dāng)所述被涂層的齒輪(I)受到壓力負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)的橫向膨脹留出空間。
7.一種用于制造被涂層的齒輪(I)的方法，包括以下步驟: 提供由基礎(chǔ)材料制成的齒輪體(10);以及 在所述齒輪體(IO )的至少一個(gè)部分上布置涂層(6 )，其中，所述涂層(6 )比所述基礎(chǔ)材料更硬并且被劃分為多個(gè)通過(guò)接縫(7)相互分離的區(qū)段(8)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述 的方法，其特征在于，所述涂層(6)的布置包括以下步驟: 利用覆蓋件(11)覆蓋所述接縫(7)的區(qū)域； 將所述涂層(6)涂覆在所述齒輪體(10)的未被覆蓋的區(qū)域上；以及 移除所述覆蓋件(11)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述涂層(6)的布置包括以下步驟: 將封閉的涂層(6)涂覆在所述齒輪體(10)上；以及 通過(guò)形成所述接縫(7 )來(lái)對(duì)所述封閉的涂層(6 )進(jìn)行分割。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述接縫(7)的形成借助于激光光束來(lái)實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種被涂層的齒輪以及一種相應(yīng)的制造方法。該被涂層的齒輪包括由基礎(chǔ)材料制成的齒輪體。至少在該齒輪體的一個(gè)部分上，優(yōu)選地在輪齒(2)的齒面(4)上布置有涂層(6)，該涂層比基礎(chǔ)材料更硬。在這里，涂層(6)通過(guò)接縫(7)被劃分為多個(gè)相互分離的區(qū)段(8)。
文檔編號(hào)F16H55/06GK103216602SQ20131001769
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者讓·安德烈·邁斯 申請(qǐng)人:西門子公司