DE10393256T5

DE10393256T5 - Planetenradsatz mit mehrlagig beschichtetem Sonnenrad

Info

Publication number: DE10393256T5
Application number: DE10393256T
Authority: DE
Inventors: Leonid Charles West Bloomfield Lev; Yang-Tse Bloomfield Hills Cheng; Neil E. Novi Anderson; Anita Miriam West Bloomfield Weiner; Robert F. Allenton Paluch
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: General Motors LLC
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2003-09-04
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2023-09-05
Also published as: AU2003268420A8; US20040048711A1; WO2004022273A2; CN1678848A; DE10393256B4; CN100378372C; WO2004022273A3; US6846261B2; AU2003268420A1

Abstract

Sonnenradelement zur Verwendung in einem Planetenradsatz, umfassend:
einen Sonnenradkörper, der aus einem Stahlmaterial hergestellt ist und einen Außenumfang mit mehreren daran ausgebildeten Zähnen aufweist, wobei jeder Sonnenradzahn mindestens eine Berührungsfläche aufweist, um mit Berührungsflächen an komplementären Zähnen an mindestens einem Planetenrad in Eingriff zu stehen, und eine ermüdungsbeständige Beschichtung, die auf die Berührungsflächen der Sonnenradzähne aufgebracht ist, wobei die Beschichtung härter und abschleifender als die Berührungsflächen der Planetenradzähne ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Zahnräder und Planetenradsätze und im Besonderen einen Planetenradsatz mit einem mehrlagig beschichteten Sonnenrad.
Zahnräder, die dazu benutzt werden, Drehmoment von einer rotierenden Welle auf eine andere zu übertragen, um eine rotierende Einrichtung anzutreiben, indem eingreifende Zahnräder benutzt werden, sind allgemein bekannt. Eine Vielzahl von miteinander verbundenen Zahnrädern ist in der Technik allgemein als Zahnradsatz bekannt. Ein typischer Planetenradsatz umfasst ein Sonnenradelement, mehrere Planetenradelemente, die an einem Trägerelement gelagert sind, und ein Hohlradelement.
In Kraftfahrzeugplanetenradsätzen ist das Sonnenradelement üblicherweise mit einer Antriebswelle verbunden und wird von dieser rotiert. Der Außenumfang des Sonnenradelements umfasst mehrere an diesem ausgebildete Zahnradzähne. Jedes der Sonnenradzähne umfasst Berührungsflächen, die mit entsprechenden Berührungsflächen an jeweiligen Zahnradzähnen mehrerer Planetenräder in Eingriff stehen. Die Zahnradzähne an den Planetenrädern stehen auch mit Zahnradzähnen an der Innenfläche eines Hohlrades in Eingriff.
Während des Betriebes von Kraftfahrzeugplanetenradsätzen steht das Sonnenrad mit den Planetenrädern in Eingriff und überträgt hohe Drehmomentniveaus. Infolgedessen sind die Sonnenradzähne starken periodischen Lasten ausgesetzt. Die Häufigkeit, mit der die Last auf jeden Sonnenradzahn während einer einzigen Umdrehung des Sonnenrades aufgebracht wird, ist proportional zur Anzahl von Planetenrädern in dem Planetenradsatz. Diese wiederholte Belastung führt oftmals zu einer Ermüdung der Berührungsflächen der Sonnenradzähne.
In einem typischen Kraftfahrzeuggetriebe, das einen Planetenradsatz benutzt, ist das Sonnenrad an der Antriebswelle nicht starr angebracht, sondern über einen Kerbverzahnungssatz, der mit einem entsprechenden Kerbverzahnungssatz an der Antriebswelle in Eingriff steht, verbunden. Die Kerbverzahnungen erlauben es, dass das Sonnenrad "schwimmen", d. h. geringe zufällige Bewegungen in einer radialen Richtung ausführen und dennoch das Drehmoment vollständig übertragen kann. Diese radialen Bewegungen helfen, das Drehmoment gleichmäßig zwischen den Planetenrädern umzuverteilen, wodurch die Drehmomentübertragungsfähigkeit des Zahnradsatzes insgesamt erhöht wird. Infolge dieser schwimmenden Verbindung erfahren die Sonnen- und Planetenräder gelegentlich zusätzlich zu der übertragenen Drehmomentlast dynamische Belastungen.
Ein typisches Verfahren, das dazu verwendet wird, Kraftfahrzeugzahnräder herzustellen, umfasst Wälzfräsen und Schaben, dem eine thermisch-chemische Behandlung, wie etwa ein Einsatzhärten folgt. Infolge dieser Herstellungsverfahren werden die Berührungsflächen der Zahnradzähne mit sich von diesen nach oben erstreckenden Unebenheiten oder kleinen Vorsprüngen bedeckt. Typischerweise erreicht die Oberflächenrauheit im bearbeiteten Zustand der Sonnen- und Planetenräder das Mikron-Niveau, wobei der Ra-Parameter normalerweise zwischen 0,20 und 0,50 Mikron liegt. Während des Betriebes des Zahnradsatzes können an den Spitzen der Unebenheiten Spannungen entstehen.
Die Form und Abmessungen der Zahnräder insgesamt und die Form und Abmessungen der Berührungsflächen der Zahnradzähne können infolge kleiner Bearbeitungsfehler ebenfalls von der gewünschten und vorgeschriebenen Form um bis zu 20 Mikron abweichen. Dies kann zu Flächen mit hoher Kontaktspannung oder führen.
Um die tribologischen Bedingungen während des Betriebes des Zahnradsatzes zu verbessern, werden die Berührungsflächen der Zahnradzähne mit Schmieröl versorgt. Aufgrund von hydrodynamischen Effekten bildet sich gewöhnlich zwischen sich bewegenden Teilen, wie etwa Berührungsflächen von Zahnradzähnen, ein dünner Ölfilm. Wenn die Höhen der Oberflächenunebenheiten gleich oder größer sind als die Ölfilmdicke, wird der Ölfilm durchstoßen und es tritt ein Kontakt von Metall zu Metall auf. Dies ist in der Technik als Grenzflächenschmierung bekannt. Grenzflächenschmierung kann zu örtlichen Mikroschweißungen, einer Zunahme der Oberflächenscherspannung und zu Oberflächenermüdung führen. Dies wird häufig bei nicht beschichteten Zahnrädern während der Einfahr- oder Einlaufperiode beobachtet. Wenn die Höhen der Oberflächenunebenheiten kleiner sind als die Dicke des hydrodynamischen Ölfilms hört der Kontakt von Metall zu Metall auf, der Reibungskoeffizient fällt ab, und die Ermüdungsprozesse werden insgesamt entweder angehalten oder wesentlich verlangsamt. Diese Art von Schmierung ist in der Technik als elasto-hydrodynamische Schmierung (EHD-Schmierung) bekannt.
Außerdem sind in einem Planetenradsatz die Planetenräder durch einen Planetenträger gelagert, der die Wechselwirkung der Planetenräder mit den Sonnen- und Hohlrädern beeinflusst. Aufgrund von Fertigungsfehlern und nicht kompensierten elastischen Auslenkungen aller miteinander verbundenen Teile einschließlich des Sonnenrades, der Planetenräder, des Hohlrades, des Trägers und der Wellen, ist eine Fehlausrichtung von Berührungsflächen unvermeidbar, was zu hohen Kontaktspannungen an den Berührungsflächen führt. Die örtliche Spannung zwischen Berührungsflächen von zwei fehlausgerichteten Zahnrädern kann das Niveau der Zahnradhärte erreichen, welches typischerweise im Bereich von 8 GPa liegt. Diese Spannung kann zu einer übermäßigen Ermüdung des Planetenradsatzes, zu vorzeitigem Ausfall der Zahnräder und zu Schäden an der getriebenen oder treibenden Einrichtung führen.
Es ist daher erwünscht, das Spannungsniveau, das an den Berührungsflächen der Zahnradzähne eines Planetenradsatzes wirkt, zu reduzieren. Es ist auch erwünscht, einen Planetenradsatz mit einem Sonnenrad bereitzustellen, welches die Lebensdauer des Planetenradsatzes und der zugehörigen angetriebenen Einrichtung verlängern wird. Es ist auch erwünscht, die Höhen der Unebenheiten zu verringern. Da die Ölfilmdicke unverändert bleibt, wird dies das Schmierungsverhalten von Grenzflächenschmierung zu Vollfilm-EHD-Schmierung verändern. Es ist zusätzlich erwünscht, Zahnradsätze mit weniger Fertigungsfehlern und einer geringeren Abweichung von der Sollform herzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Sonnenradelement zur Verwendung in einem Planetenradsatz. Das Sonnenradelement umfasst einen Sonnenradkörper, der aus einem Stahlmaterial gebildet ist und einen Außenumfang aufweist, an dem mehrere Zähne ausgebildet sind. Der Sonnenradkörper ist vorzugsweise aus einem kohlenstoffarmen Stahl gebildet, der aufgekohlt und wärmebehandelt (einsatzgehärtet) wird. Jeder Sonnenradzahn weist zumindest eine Berührungsfläche auf, um mit Berührungsflächen an komplementären Zähnen von zumindest einem Planetenrad in Eingriff zu stehen. Das Sonnenrad steht vorzugsweise mit Berührungsflächen an komplementären Zähnen mehrerer Planetenräder in Eingriff. Die Zähne an jedem der Planetenräder stehen mit einem Hohlrad in Eingriff, das mehrere Zähne aufweist, die an seinem Innenumfang ausgebildet sind. Das Hohlrad, das Sonnenrad, der Träger und die Planetenräder bilden zusammen einen Planetenradsatz. Eine ermüdungsbeständige Beschichtung ist auf die Berührungsflächen der Sonnenradzähne aufgebracht. Die Beschichtung ist härter und abschleifender als die komplementären Berührungsflächen der Planetenradzähne.
Die ermüdungsbeständige Beschichtung an dem Sonnenrad besteht vorzugsweise aus mehreren Lagen. Die äußerste Lage der Beschichtung ist vorzugsweise keramisch und kann aus Karbiden, Boriden und Nitriden von Übergangsmetallen bestehen. Andere Kombinationen für die äußerste Schicht können Chromnitrid (CrN), Titannitrid (TiN), Zirkoniumnitrid (ZrN), Titanchromat (TiC), Aluminiumnitrat (AlN), Aluminiumchromat (AlC) und andere Keramiken sein. Die innerste Schicht ist vorzugsweise metallisch und kann aus Titan (Ti), Chrom (Cr), Zirkonium (Zr) und Silicium (Si) bestehen. Andere Materialien für die innerste Schicht können Kobalt (Co), Nickel (Ni), Vanadium (V) und andere Metalle sein. Jede dieser Lagen kann auf den Berührungsflächen beispielsweise durch Unbalanced Magnetron-Sputtern abgeschieden werden. Die Dicke der innersten Lage liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,1 und 3 Mikron, und die Dicke der äußersten Lage liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 1 und 10 Mikron.
Alternativ ist zumindest eine Zwischenlage zwischen der äußersten Lage und der innersten Lage angeordnet. In dem Fall, dass die Beschichtung mehr als zwei Lagen umfasst, ist die äußerste Lage derart gewählt, dass sie einen hohen Widerstand gegenüber Verschleiß, Ermüdung und plastischer Verformung aufweist, und ist gewöhnlich keramisch. Die innerste Lage ist so gewählt, dass sie eine geeignete Glätte, eine allmähliche und kontinuierliche Änderung der Empfänglichkeit und des Widerstandes gegenüber plastischer Verformung zwischen dem Substratmaterial und den äußeren Lagen der Beschichtung aufweist und ist gewöhnlich metallisch. Die Zwischenlage oder -lagen sind so gewählt, dass sie sich einer glatten, kontinuierlichen und allmählichen Änderung des Widerstandes und der Anfälligkeit gegenüber plastischer Verformung zwischen der inneren Lage und der äußersten Lage einer Beschichtung annähern und können aus Metallen und Keramiken und Mischungen davon bestehen. Die Dicke der Zwischenlage liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 1 und 5 Mikron.
Die harte keramische äußerste Beschichtungslage schützt die Berührungsflächen des Sonnenrades vor Oberflächenermüdung und hilft bei der Bildung verbesserter Schmierbedingungen, indem die Berührungsflächen der Planetenräder über Verschleiß geglättet werden, und indem eine sehr glatte Oberfläche an dem Sonnenrad entsteht. Die keramische Beschichtung stoppt auch die Bildung von von der Oberfläche eingeleiteten Ermüdungsrissen an dem Sonnenrad und beseitigt Risse, die von dem Planetenrad ausgehen können.
Die metallische innerste Lage ist unterhalb der keramischen Beschichtung an dem Sonnenrad aufgebracht, um eine Absorption von Energie aufgrund dynamischer Lasten zuzulassen. Die Spannung, die zwischen den komplementären Berührungsflächen von nicht beschichteten Sonnen- und Planetenrädern entsteht, ist hoch und führt manchmal zu plastischer Verformung der Berührungsflächen der Sonnenradzähne. Die keramische Beschichtung verformt sich jedoch unter normalen Betriebsbedingungen nicht plastisch und könnte brechen oder reißen, wenn sie ohne eine zähe Lage darunter aufgebracht werden würde. Die zähe innerste metallische Lage unterhalb der äußersten keramischen Beschichtung schützt die keramische Beschichtung vor dieser Art von Bruch.
Wenn das beschichtete Sonnenrad im Betrieb mit mehreren nicht beschichteten Planetenrädern kämmt oder in Eingriff mit diesen gebracht wird, polieren die harten scharfen Spitzen der CrN-Körner die Berührungsflächen der Zähne der Planetenräder. Die ursprünglich relativ raue Berührungsfläche der Planetenräder, die das kennzeichnende Muster von Schabmarken ist, wird entfernt, und es entsteht ein neues extrem feines Rauheitsmuster. Die CrN-beschichtete Oberfläche verschleißt genauso, wenn auch bis zu einem geringeren Grad, wobei eine sehr glatte Auflagefläche erzeugt wird. Die Planetenräder verschleißen ungleichmäßig. Der Verschleiß ist typischerweise örtlich auf die Spitzen von Unebenheiten festgelegt, da die Flächen der Planetenräder, die einer höheren Spannung ausgesetzt sind, wie etwa die Spitzen von Unebenheiten, stärker verschleißen als die Flächen, die einer geringeren Spannung ausgesetzt sind. Dieser Verschleiß vermindert die Höhe der Unebenheiten, was das Schmierungsverhalten von Grenzflächenschmierung zu Vollfilm-EHD-Schmierung verändert. Dieser Verschleiß korrigiert auch die Abweichungen von der Sollzahnradform, so dass er zu einer gleichmäßigen Umverteilung der Spannung entlang der gesamten Berührungsfläche des Zahnradzahnes führt.
Ein selektiver örtlicher Verschleiß der Planetenräder aufgrund des Vorhandenseins der abschleifenden Beschichtung führt zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Spannung bzw. Beanspruchung. Infolge des beschriebenen örtlich festgelegten Oberflächenverschleißes fällt die Spannung an den Berührungsflächen auf das Entwurfsniveau von 2 GPa oder weniger ab.
Der Übergang zwischen Grenzflächenschmierungs- und Vollfilm-EHD-Schmierungsbedingungen tritt während des Einlaufens der beschichteten Zahnräder aufgrund von Polieren und örtlich festgelegtem Verschleiß auf. Somit beseitigt die beschriebene Verbesserung der Oberflächenrauheit, die von beschichtungseingeleitetem Verschleiß herrührt, den Kontakt von Metall zu Metall zwischen nicht beschichteten Zahnrädern und verändert das Schmierungsverhalten von Grenzflächenschmierung zu Vollfilm-EHD-Schmierung, wodurch die Lebensdauer des Sonnenrades und des Planetenradsatzes als Ganzes erhöht wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen sowie weiteren Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform im Lichte der begleitenden Zeichnungen betrachtet deutlicher werden, in denen:
1 eine Perspektivansicht eines Planetenradsatzes gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Querschnittsansicht eines beschichteten Zahnradzahnes gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
3 eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform eines beschichteten Zahnradzahnes gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Nun mit Bezug auf 1 ist ein Planetenradsatz allgemein mit 10 angegeben. Der Zahnradsatz 10 umfasst ein Sonnenradelement 12, mehrere Planetenradelemente 14 und ein Hohlradelement 16. Das Sonnenradelement 12, die Planetenradelemente 14 und das Hohlradelement 16 sind vorzugsweise aus einem Stahlmaterial hergestellt. Das Sonnenradelement 12 weist eine zentrale Öffnung 18 zur Anbringung an einer Antriebswelle (nicht gezeigt), wie etwa einer Antriebswelle von einem Kraftfahrzeug-Automatikgetriebe (nicht gezeigt) auf. Jedes der Planetenräder 14 ist an einer zugehörigen Welle 19 über Lager (nicht gezeigt) angebracht, die sich von ihrer Drehachse erstrecken, und weist mehrere an seinem Außenumfang ausgebildete Zähne 20 auf. Jeder der Zähne 20 der Planetenräder 14 umfasst eine Berührungsfläche 22, die mit einer entsprechenden Berührungsfläche (nicht gezeigt) an mehreren Zähnen 24 an einer Innenfläche des Hohlrades 16 in Eingriff steht.
Das Sonnenradelement 12 umfasst einen Sonnenradkörper 26, der einen Außenumfang mit mehreren daran ausgebildeten Zahnradzähnen 28 aufweist. Der Sonnenradkörper 26 ist vorzugsweise aus einem kohlenstoffarmen Stahl hergestellt, der aufgekohlt und wärmebehandelt ist. Jeder der Sonnenradzähne 28 weist mindestens eine Berührungsfläche 30 auf, um mit den Berührungsflächen 22 an den komplementären Zähnen 20 der Planetenräder 14 in Eingriff zu stehen. Jede der Berührungsflächen 30 und 22 umfasst sich nach oben erstreckende Unebenheiten (nicht gezeigt).
Nun mit Bezug auf 2 ist ein Sonnenradzahn 28 im Querschnitt gezeigt. Der Sonnenradzahn 28 umfasst eine ermüdungsbeständige Beschichtung 32, die auf die Berührungsfläche 30 des Zahnradzahnes 28 aufgebracht ist. Die Beschichtung 32 ist härter und abschleifender als die komplementären Berührungsflächen 22 der Planetenradzähne 22. Die Beschichtung 32 umfasst eine erste oder innere Lage 34, die auf die Berührungsfläche 30 aufgebracht ist, und eine zweite oder äußere Lage 36, die auf der ersten Lage 34 angeordnet ist. Die erste Lage 34 der Beschichtung 32 ist vorzugsweise metallisch und aus Titan (Ti), Chrom (Cr), Zirkonium (Zr) oder Silicium (Si) zusammengesetzt. Alternativ ist die erste Lage 34 der Beschichtung 32 aus Kobalt (Co), Nickel (Ni) oder Vanadium (V) zusammengesetzt. Die Dicke der ersten Lage 34 der Beschichtung 32 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,1 und 3 Mikron.
Die zweite Lage 36 der Beschichtung 32 ist vorzugsweise keramisch und kann aus Karbiden, Boriden und Nitriden von Übergangsmetallen zusammengesetzt sein. Alternativ ist die zweite Lage 36 der Beschichtung 32 aus Chromnitrid (CrN), Titannitrid (TiN), Zirkoniumnitrid (ZrN), Titanchromat (TiC), Aluminiumnitrat (AlN), Aluminiumchromat (AlC) oder anderen Keramiken zusammengesetzt. Die Dicke der zweiten Lage 36 der Beschichtung 32 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 1 und 10 Mikron.
Nun mit Bezug auf 3 ist eine alternative Ausführungsform eines Sonnenradzahnes 28' im Querschnitt gezeigt. Der Sonnenradzahn 28' umfasst eine ermüdungsbeständige Beschichtung 32', die auf die Berührungsflächen 30' des Zahnradzahnes 28' aufgebracht ist. Die Beschichtung 32' ist härter und abschleifender als die komplementären Berührungsflächen 22 der Planetenradzähne 20. Die Beschichtung 32' umfasst eine erste oder innerste Lage 34' neben der Berührungsfläche 30', eine Zwischenlage 38, die auf der ersten Lage 34' angeordnet ist, und eine zweite oder äußerste Lage 36', die auf der Zwischenlage 38 angeordnet ist. Die erste Lage 34' der Beschichtung 32' ist vorzugsweise metallisch und ist aus Titan (Ti), Chrom (Cr), Zirkonium (Zr) oder Silicium (Si) zusammengesetzt. Alternativ ist die erste Lage 34' aus Kobalt (Co), Nickel (Ni) oder Vanadium (V) zusammengesetzt. Die Dicke der ersten Lage 34' der Beschichtung 32' liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,1 und 3 Mikron.
Die zweite Lage 36' der Beschichtung 32' ist vorzugsweise keramisch und ist aus Karbiden, Boriden und Nitriden von Übergangsmetallen zusammengesetzt. Alternativ ist die zweite Lage 36' aus Chromnitrid (CrN), Titannitrid (TiN), Zirkoniumnitrid (ZrN), Titanchromat (TiC), Aluminiumnitrat (AlN), Aluminiumchromat (AlC) oder anderen Keramiken zusammengesetzt. Die Dicke der zweiten Lage 36' der Beschichtung 32' liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 1 und 10 Mikron.
Die Zwischenlage 38 der Beschichtung 32' ist vorzugsweise aus Metallen und Keramiken und Mischen davon zusammengesetzt. Die Dicke der Zwischenlage 38 der Beschichtung 32' liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 5 Mikron.
Wenn im Betrieb das beschichtete Sonnenrad 28 oder 28' mit den unbeschichteten Planetenrädern 14 kämmt oder in Eingriff mit diesen gebracht wird, polieren die harten scharfen Spitzen der Körner der äußeren Lage 36 oder 36' die Berührungsflächen 22 der Zähne 20 der Planetenräder 14. Die ursprünglichen relativ rauen Berührungsflächen 22 der Zähne 20 der Planetenräder 14, die durch den Wälzfräs- und Schabfertigungsprozess hervorgerufen werden, werden poliert und zu einem neuen extrem feinen Rauheitsmuster. Die Oberfläche der äußeren Lage 36 oder 36' verschleißt genauso, wenn auch bis zu einem geringeren Grad, wobei eine sehr glatte Auflagefläche erzeugt wird. Der Verschleiß ist typischerweise örtlich auf die Spitzen von Unebenheiten festgelegt. Ein selektiver örtlicher Verschleiß der Planetenräder 14 aufgrund des Vorhandenseins der abschleifenden Beschichtung 32 oder 32' führt zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Spannung. Infolge des beschriebenen örtlich festgelegten Oberflächenverschleißes fällt die Spannung an den Berührungsflächen 22 und 30 auf das Entwurfsniveau ab.
Gemäß den Bestimmungen der Patentvorschriften ist die vorliegende Erfindung im Hinblick darauf beschrieben worden, was als ihre bevorzugte Ausführungsform anzusehen ist. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass die Erfindung auf andere Weise praktisch ausgeführt werden kann, als sie spezifisch veranschaulicht und beschrieben wurde, ohne von ihrer Idee oder ihrem Schutzumfang abzuweichen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Planetenradsatz umfasst ein Sonnenradelement, das einen Sonnenradkörper aufweist, der aus einem Stahlmaterial hergestellt ist und einen Außenumfang mit mehreren daran ausgebildeten Zähnen aufweist. Jeder der Sonnenradzähne weist mindestens eine Berührungsfläche auf, um mit Berührungsflächen an komplementären Zähnen an zumindest einem Planetenrad in Eingriff zu stehen. Eine ermüdungsbeständige Beschichtung ist auf die Berührungsflächen der Sonnenradzähne aufgebracht. Die Beschichtung ist härter und abschleifender als die Berührungsflächen der Planetenradzähne.

Claims

Sonnenradelement zur Verwendung in einem Planetenradsatz, umfassend: einen Sonnenradkörper, der aus einem Stahlmaterial hergestellt ist und einen Außenumfang mit mehreren daran ausgebildeten Zähnen aufweist, wobei jeder Sonnenradzahn mindestens eine Berührungsfläche aufweist, um mit Berührungsflächen an komplementären Zähnen an mindestens einem Planetenrad in Eingriff zu stehen, und eine ermüdungsbeständige Beschichtung, die auf die Berührungsflächen der Sonnenradzähne aufgebracht ist, wobei die Beschichtung härter und abschleifender als die Berührungsflächen der Planetenradzähne ist.
Sonnenradelement nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung aus einer ersten Lage, die auf die Berührungsflächen jedes Sonnenradzahnes aufgebracht ist, und einer zweiten Lage, die auf der ersten Lage angeordnet ist, gebildet ist.
Sonnenradelement nach Anspruch 2, wobei die erste Lage aus einem metallischen Material und die zweite Lage aus einem keramischen Material besteht.
Sonnenradelement nach Anspruch 3, wobei das metallische Material aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan (Ti), Chrom (Cr), Zirkonium (Zr), Silicium (Si), Kobalt (Co), Nickel (Ni) und Vanadium (V) besteht.
Sonnenradelement nach Anspruch 3, wobei eine Dicke des metallischen Materials in einem Bereich von 0,1 bis 3 Mikron liegt.
Sonnenradelement nach Anspruch 3, wobei das keramische Material aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Karbiden, Boriden und Nitriden von Übergangsmetallen, Chromnitrid (CrN), Titannitrid (TiN), Zirkoniumnitrid (ZrN), Titanchromat (TiC), Aluminiumnitrat (AlN), Aluminiumchromat (AlC) und anderen Keramiken besteht.
Sonnenradelement nach Anspruch 3, wobei eine Dicke des keramischen Materials in einem Bereich von 1 bis 10 Mikron liegt.
Sonnenradelement nach Anspruch 2, das eine Zwischenlage umfasst, die zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage angeordnet ist.
Sonnenradelement nach Anspruch 8, wobei die erste Lage aus einem metallischen Material besteht, die zweite Lage aus einem keramischen Material besteht und die Zwischenlage aus einem metallischen Material, einem keramischen Material und/oder einem Metall/Keramik-Mischmaterial besteht.
Sonnenradelement nach Anspruch 8, wobei eine Dicke der Zwischenlage vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 5 Mikron liegt.
Planetenradsatz, umfassend: ein Sonnenrad mit einem Sonnenradkörper, der aus einem Stahlmaterial gebildet ist und einen Außenumfang mit mehreren daran ausgebildeten Zähnen aufweist, wobei jeder Sonnenradzahn mindestens eine Berührungsfläche aufweist, ein Hohlrad, das mehrere Zahnradzähne aufweist, die an seinem Innenumfang ausgebildet sind, mehrere Planetenräder, wobei ein jedes der Planetenräder mehrere Zahnradzähne aufweist, die an seinem Außenumfang ausgebildet sind, wobei die Zahnradzähne an den Planetenrädern mit den Sonnenradzähnen und den Hohlradzähnen in Eingriff stehen, und eine Beschichtung, die auf die Berührungsflächen der Sonnenradzähne aufgebracht ist, wobei die Beschichtung eine erste Lage, die auf die Berührungsfläche von jedem der Sonnenradzähne aufgebracht ist, und eine zweite Lage, die auf der ersten Lage angeordnet ist, umfasst.
Planetenradsatz nach Anspruch 11, wobei die erste Lage aus einem metallischen Material besteht und die zweite Lage aus einem keramischen Material besteht.
Planetenradsatz, umfassend: ein Sonnenrad mit einem Sonnenradkörper, der aus einem Stahlmaterial gebildet ist und einen Außenumfang mit mehreren daran ausgebildeten Zähnen aufweist, wobei jeder Sonnenradzahn mindestens eine Berührungsfläche aufweist, ein Hohlrad, das mehrere Zahnradzähne aufweist, die an seinem Innenumfang ausgebildet sind, mehrere Planetenräder, wobei ein jedes der Planetenräder mehrere Zahnradzähne aufweist, die an seinem Außenumfang ausgebildet sind, wobei die Zahnradzähne an den Planetenrädern mit den Sonnenradzähnen und den Hohlradzähnen in Eingriff stehen, und eine Beschichtung, die auf die Berührungsflächen der Sonnenradzähne aufgebracht ist, wobei die Beschichtung eine erste Lage, die auf die Berührungsfläche von jedem Sonnenradzahn aufgebracht ist, eine Zwischenlage, die auf der ersten Lage angeordnet ist, und eine zweite Lage, die auf der Zwischenlage angeordnet ist, umfasst.
Planetenradsatz nach Anspruch 13, wobei die erste Lage aus einem metallischen Material besteht, die zweite Lage aus einem keramischen Material besteht, und die Zwischenlage aus einem Metallmaterial, einem keramischen Material und einem Metall/Keramik-Mischmaterial besteht.