包括具有表面结构的齿轮的齿轮对、具有齿轮对的传动装置以及用于制造齿轮的方法与流程

本发明涉及一种包括具有多个齿的齿轮的齿轮对，其中，每个齿包括至少一个具有微结构的齿面以用于传递功率，以及本发明涉及一种具有这种齿轮对的传动装置和一种用于制造所述齿轮的方法。具有根据权利要求1的前序部分的齿轮的齿轮对从de102010038438a1中已知。

背景技术：

齿轮用于将转动运动和转矩从驱动轴传递到从动轴上(功率传递)，其中，齿轮例如能够构成为圆柱齿轮、锥齿轮、准双曲面齿轮、冠形齿轮、斜齿轮或者蜗轮。

准双曲面啮合(具有正的轴线偏移的锥齿轮传动装置)是锥齿轮传动装置的一种特殊结构型式，其允许驱动轴线和从动轴线互相成角度地定向，其中，所述轴线附加地互相错开。准双曲面啮合在车辆制造中(通常在轴传动的情况下)使用。由轴线偏移引起地，在运行中出现齿面朝向对方的纵向滑动，这导致损失功率并且由此导致传动装置的效率降低。优选本发明可应用于具有“高的”滑动部分的齿轮，因为尤其是这种齿轮相对于具有“小的”滑动部分的齿轮具有更高的损失功率。

优选本发明可应用于准双曲面啮合，因为其在功率传递的情况下相比无轴线偏移的锥齿轮啮合具有更高的滑动部分。此外，优选本发明可应用于斜齿的圆柱齿轮和内齿轮，因为其在功率传递的情况下比相应的直齿的齿轮具有更高的滑动部分。

在具有预先给定的轴线偏移的锥齿轮传动装置的情况下，由于滑动(尤其是纵向滑动)引起的摩擦损失能够通过减小各个齿面的摩擦系数最小化。在一级近似中观察参与了齿轮对的齿的接合的整个齿面(主动齿面)并且假定摩擦系数是恒定的。基于此而采取常见的措施以减小摩擦，例如改进的润滑剂、尤其是改进的基础油或者改进的添加剂、优化的齿面表面拓扑结构或者齿面的涂层。

摩擦系数是关于局部占支配地位的状态(例如局部的压力和局部的滑动速度)的函数。此外，滑动速度的、接触路径的和接触线的方向也决定性地影响所述局部的摩擦系数。

技术实现要素：

本发明的任务在于，提出一种包括具有微结构的齿轮的齿轮对、一种具有这种齿轮对的传动装置和一种用于制造这种齿轮的方法，其中，这种类型的齿轮对在功率传递的情况下相对于传统的齿轮对具有改进的效率。

为了解决该任务提出一种根据权利要求1的包括齿轮的齿轮对、一种根据权利要求7的传动装置和一种根据权利要求8的制造方法。

本发明教导了一种包括至少一个(优选包括两个)第一齿轮的齿轮对，其中，这种第一齿轮具有微结构。这种类型的齿轮对优选具有一个另外的齿轮，该另外的齿轮优选不具有第一齿轮意义中的微结构或者优选关于所述齿面上的微结构与第一齿轮相似。优选所述第一齿轮包括具有第一齿面的第一齿并且所述另外的齿轮包括具有另外的齿面的另外的齿。

(尤其是为了从第一齿轮至另外的齿轮的功率传递)规定，其中至少一个第一齿面与其中至少一个另外的齿面在假想的切平面中接触。

尤其是切平面在接触点处与所述两个齿面接触。该接触点尤其可理解为一条接触线的一个单独的点，因为在功率传递的情况下齿轮的齿面通常不是仅在接触点上接触，而是沿着在齿宽上延伸的接触线相交。在从第一齿轮至所述另外的齿轮的功率传递的情况下，该接触线通常在齿面上尤其是沿着齿高方向延伸。

所述第一和所述另外的齿面在该接触点处分别具有与齿轮的几何结构相关的速度。该速度的处于假想的切平面中的分量通常可理解为切向速度并且通常是已知的(参见niemannwinter所著的《maschinenelemente》卷ii；第38页；第21.1.7章节“gleit-undderzahnflanken”)。

在本发明的意义中，所谓的合速度可理解为在齿面的接触点处的切向速度的总和。对于本发明而言，该合速度的方向尤其重要。优选该合速度(或者说该合速度的方向)尤其是由齿面在接触点处的切向速度的向量和得到。

在本发明的意义中，微结构可理解为在所述第一齿面之一上的凹部。优选该微结构设置在多个第一齿面上并且优选设置在所有第一齿面上。优选在所述第一齿面上设有多个所述微结构。这种微结构尤其是构成为在所涉及的齿面上的凹陷或者凹口。

此外，优选这种微结构通过材料凸起部构成并且此外优选通过涂覆层构成，优选在凹陷的区域中所述材料凸起部或者说材料涂覆层小于与凹陷相邻的区域。

优选该微结构可理解为凹槽状的凹陷或者凹口，其在齿面上优选沿着横向方向(或者说优选基本上沿着齿宽方向)延伸。此外优选所述微结构由此特别优选地(至少在部分区段上或者优选完全地)沿着结构化线延伸。

该结构化线尤其可理解为所述微结构的纵向延伸部的几何学的简单表述。

优选结构化线是所述微结构的平均的延伸走向。此外，微结构的横截面轮廓尤其描述了所述凹陷或者凹口的形状并且尤其是所述结构化线(至少近似地)描述了微结构在齿面上的的位置和延伸走向。

所述微结构(尤其是相对于第一齿轮的第一齿的主尺寸)处于显微范围内。该主尺寸(尤其是齿高)处在几个或者多个毫米的范围内，而微结构的凹陷的深度则处在几个微米的范围内。

结构切线尤其可理解为切平面中在接触点处对结构化线的切线。

优选可将多个这种类型的微结构理解为一个不规则的结构，其横向于滑动方向在所述一个或者所述多个第一齿面上(关于从第一齿轮至所述另外的齿轮的功率传递)定向。此外优选这些微结构(关于深度或者深度延伸部)设置在硬的或者摩擦化学的层的区域中。在此，“硬的”层指的是常见的、作为表面硬化的构件(尤其是填料硬化的、感应硬化的或者氮化的齿轮)从现有技术中已知的齿轮。即：所述微结构尤其不穿过该硬层延伸，而是仅延伸到该硬层中。

优选所述微结构的深度处于大于0.1μm(μm等于10^-6m)的范围内，优选该范围大于0.5μm，优选大于1μm并且特别优选大于1.5μm，并且此外该范围小于10μm，优选小于5μm，优选小于2.5μm并且特别优选所述深度至少大约为2μm。优选所述“大约”可理解为+/-0.5μm的偏差。

优选多个所述微结构设在第一齿面的在局部具有高的摩擦特性或者说摩擦系数的区段中。在此，“高的”可理解为：所述摩擦系数高于整个齿面的平均摩擦系数。尤其是通过将适当的微结构施加到具有超高摩擦系数的小的区域上能够提高成本收益比。

尤其是借助引入角度y使所述微结构的定向回溯至一个平面(切平面)中的两个直线(结构切线、合速度或者说合速度的方向)的相交。在所述平面中的这种相交的情况下通常得到两个不同的角度，其中一个是钝角并且另一个是锐角，此外，可以考虑正交这种特殊情况(交角90°)。优选角度y是所述两个角度中的锐角或者是直角并且优选从如下范围内选择，所述范围小于或者等于90°，优选小于85°，优选小于80°，并且此外优选该角度大于30°，优选大于45°并且特别优选大于60°。完全特别优选所述角度y(至少基本上)为90°。“至少基本上”在此可理解为，y小于或者等于90°并且大于85°。试验表明，尤其是借助这种类型的结构化能够在功率传递的情况下实现特别有利的效率特性。

在一种优选的实施方式中，第一齿轮构成为奥克托啮合(oktoidenverzahnt)或者渐开线啮合的锥齿轮、小齿轮或者盘形齿轮。优选所述齿轮对构成为锥齿轮对并且第一齿轮或者所述另外的齿轮具有轴线偏移(优选正的轴线偏移)并且齿轮对由此构成为所谓的准双曲面啮合，或者说构成为具有准双曲面齿轮的齿轮对。尤其是这种类型的齿轮在根据本发明的构造方案中具有特别高的效率。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述另外的齿轮也具有在第一齿轮的意义中的微结构(优选具有多个微结构)。试验表明，在设有具有微结构的两个齿轮的齿轮对的情况下能够进一步提升效率。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述微结构之一(优选多个所述微结构并且特别优选所有微结构)在优选所述第一齿面之一上(优选在多个所述第一齿面上并且特别优选在所有第一齿面上)至少在部分区段上具有小于10μm的深度。此外优选所述微结构之一(优选多个所述微结构并且特别优选所有微结构)在其完整的延伸走向上具有小于10μm的深度并且特别优选具有大于0.1μm的深度。尤其是通过从前述范围中选择微结构的深度能够在功率传递的情况下实现齿轮对的特别良好的效率特性。

优选规定一种机动车的传动装置，优选机动车变速器，在所述机动车传动装置中使用根据本发明的齿轮对以传递功率。尤其是通过使用根据本发明的齿轮对能够提升这种类型的传动装置的效率。

此外设计一种用于制造用于根据本发明的齿轮对的齿轮的方法。

这种制造方法具有如下步骤，

-提供齿轮，

-将所述微结构中的至少一个微结构(优选多个微结构)施加到该齿轮的齿面中的至少一个齿面上，其中，

-将所述微结构分别沿着结构化线定向。

所述结构化线的延伸走向或者说延伸走向的测定如上所述。优选所述结构化线的延伸走向借助计算方法并且优选在数据处理设备上确定。

此外，优选所述结构化线(至少在部分区段上)具有波形的延伸走向。此外，优选在齿面上设置有多个微结构并且尤其是齿面由此具有波形的表面，尤其是由极小的波峰和波谷组成，其中，每个波谷可理解为所述宏观结构之一。

在本方法的一种优选的实施方式中，借助材料侵蚀将所述微结构施加到齿面上。优选所述材料侵蚀借助激光图案化方法施加。在一个进一步优选的实施方式中，所述具有至少一个微结构的齿轮采用3d打印方法制造。尤其是借助所述方法能够实现特别快速和准确地将所述至少一个微结构施加到齿面上。

在一种优选的实施方式中，所述至少一个微结构借助在制造第一齿轮的情况下在该齿轮上滚切的刀具的滚切运动产生。优选所述滚切刀具的滚切运动与振动(优选扭转振动)叠加。尤其是该振动对于在齿面上产生所述至少一个微结构具有决定性意义。尤其是通过采用所提出的制造方法制造所述至少一个微结构，能够实现将微结构的制造特别良好地集成到齿轮的正常制造过程中。

在一种优选的实施方式中，所述至少一个微结构在使用具有第一润滑剂粘度的第一润滑剂的情况下在齿轮对的磨合阶段中产生。

优选该磨合阶段在制造设备上、优选在传动装置壳体中(并且特别优选在成品中、尤其是在机动车传动装置中使用期间就已经)实现。形象地说，在这种方法的情况下将传统的齿轮对装入到机动车传动装置中并且在车辆的前期运行时间(所谓的磨合运行)的期间形成所述至少一个微结构。

优选所述第一润滑剂粘度(关于在100℃时的运动粘度)从如下范围中选择，该范围小于5.0cst(厘斯；10^-6mm²/s)，优选小于4.0cst并且特别优选所述第一润滑剂粘度为3.5cst或者更小。

此外，优选根据本发明的齿轮对在该磨合阶段之后借助润滑剂运行，所述润滑剂具有第二润滑剂粘度。优选该第二润滑剂粘度从如下范围中选择(关于在100℃时的运动粘度)，该范围大于或者等于4.0cst，优选大于5.0cst并且特别优选大于6.0cst并且此外该范围小于10.0cst，优选小于9.0cst并且特别优选小于或者等于8.0cst。

此外优选，所述第一润滑剂通过添加添加剂增稠，使得其如阐明的那样改变其润滑剂粘度。此外，优选所述第一润滑剂具有时效特性，使得其在经过长期的运行时间之后如阐明的那样改变其润滑剂特性。此外，优选在制造所述微结构之后使用具有第二润滑剂特性的第二润滑剂。尤其是通过从上述范围中选择润滑剂特性，能够实现所述至少一个微结构的特别简单的制造。

优选将所述至少一个微结构施加到如下齿轮上，所述齿轮的齿面借助研磨过程或者优选借助磨削过程产生。

在一种优选的实施方式中，所述至少一个微结构以硬质材料涂层的形式施加。用于硬质材料涂覆的方法从现有技术中是已知的。尤其是通过这种类型的制造方法能够实现所述至少一个微结构的特别灵活的制造。

在本方法的一个优选的实施方式中，所述至少一个微结构(至少在部分区段上或者优选完全地)被硬质材料涂层覆盖。在此，覆盖在该意义中尤其是可以这样理解，即硬质材料涂层的外表面构成所述至少一个微结构。换言之，所施加的硬质材料涂层没有使所述至少一个微结构变得平整，相反，该结构保留在齿面上，尤其是由极小的波峰和波谷(多个微结构)组成的表面图案保持在齿面上，所述表面图案在功率传递的情况下在所阐明的意义中起作用。尤其是通过借助硬质材料涂层覆盖微结构，微结构是特别不敏感的并且在齿轮对运行时保留得特别久(优选永久保留)。

在本方法的一种优选的实施方式中，结构化线的延伸走向(至少在部分区段上或者完全地)借助模拟方法计算出。用于确定合速度的方法和计算程序是已知的，所述合速度是用于确定结构化线的延伸走向的基础。尤其是通过对结构化线的延伸走向的计算能够实现，特别精准地制造该结构化线并且由此制造具有改进的特性的齿轮。

附图说明

下面根据附图更详细地阐述各实施方式和各个特征，在附图中：

图1示出第一齿轮的部分的透视图，

图2示出第一齿轮的局部剖视图，

图3示出切平面的局部。

具体实施方式

在图1中示出第一齿轮的透视性局部剖视图。齿轮的齿4沿着纵向方向11延伸并且沿着齿高方向12具有齿高延伸部，微结构2的凹陷基本上沿着齿深方向13延伸。该第一齿轮包括具有第一齿面1的第一齿4。在第一齿面1上施加微结构2，该微结构通过结构化线示出。为了清晰起见仅示出一个微结构2，事实上第一齿面1具有多个这种微结构2。所述微结构2在接触点9处具有近似于结构切线3的延伸走向。在此，结构切线3处于接触点9处的切平面8中并且不仅与第一齿面1、而且也与未示出的另外的齿轮的在接触点9处与第一齿面相交的齿面相切。

在接触点9处产生合速度7。第一齿4在齿根6和齿顶5之间沿着齿高方向延伸。微结构2从齿面出发延伸至第一齿1的材料10中并且由此构成为第一齿面1上的凹陷。

在图2中示出第一齿面1的剖视图。齿轮的齿4沿着纵向方向11(即基本上沿着正交于图示平面的方向)延伸并且沿着齿高方向12具有齿高延伸部，微结构2的凹陷基本上沿着齿深方向13延伸。在此，微结构2的深度t相比于第一齿面1的其余的几何结构过度大地示出，这有助于更好的可展示性。

微结构2设置在接触点9上，还应指出的是，齿面1事实上具有多个这种类型的微结构2。第一齿4在齿根6和齿顶5之间延伸。微结构2至少基本上延伸至图示平面中并且由此至少基本上沿着齿宽方向延伸。微结构2从齿面1出发延伸至第一齿的材料10中。在接触点9处切平面8与齿面1相切。

在图3中示出切平面8的局部。接触点9处于切平面8中。在接触点9处，微结构2能够逼近结构切线3。此外，在切平面8中，在接触点9上存在合速度7。合速度7的方向和结构切线3构成锐角y。尤其是通过微结构2横向于在相应的接触点9上的合速度7的定向，能够借助微结构2为根据本发明的齿轮对实现特别有利的效率特性。