AT406836B

AT406836B - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines zahnrades

Info

Publication number: AT406836B
Application number: AT0183697A
Authority: AT
Original assignee: Miba Sintermetall Ag
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 2000-09-25
Also published as: CA2307562C; CZ299187B6; CA2307562A1; AU9615898A; ATA183697A; US6357272B1; JP3831896B2; ATE229856T1; WO1999022890A1; CZ20001591A3; EP1027179B1; JP2001521824A; DE59806760D1; BR9813890A; EP1027179A1

Description


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   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades aus einem mit einem Aufmass im Verzahnungsbereich gepressten und gesinterten Pulvermetallrohling, der im 
Bereich des Aufmasses durch ein Andrücken einer in die Verzahnung des Pulvermetallrohlings eingreifenden Gegenverzahnung wenigstens eines umlaufenden Drückerwerkzeuges um das Aufmass unter einer plastischen Verformung verdichtet wird, sowie auf eine Vorrichtung zur 
Durchfuhrung des Verfahrens. 



   Aus einem Metallpulver gepresste und gesinterte Zahnräder weisen aufgrund der Porosität des Sinterwerkstoffes eine vergleichsweise niedrige Dauerbiegefestigkeit im Bereich der Zahnfüsse und eine geringe Verschleissfestigkeit im Bereich der Zahnflanken auf. Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es bekannt (EP 0 552 272   B1),   die gesinterten Pulvermetallrohlinge der Zahnräder im Flanken- und im Fussbereich der Zähne zu verdichten, so dass eine weitgehend porenfreie Oberflachenschicht erhalten wird Diese porenfreie Oberflächenschicht im Eingriffsbereich des Zahnrades bringt eine erhebliche Steigerung der zulässigen Belastbarkeit von gesinterten Zahnrädern mit sich Die Verdichtung der Oberflachenschicht im Eingriffsbereich des Zahnrades erfolgt über ein Druckerwerkzeug in Form wenigstens eines Zahnrades,

   das eine in die Verzahnung des Pulvermetallrohlings eingreifende Aussenverzahnung aufweist Da das angetriebene Zahnrad des Drückerwerkzeuges über eine Andrückeinrichtung gegen den Pulvermetallrohling gedrückt wird, werden die Zahne des Pulvermetallrohlings über die Gegenverzahnung des Drückerwerkzeuges im Eingriffsbereich in mehreren Umläufen verdichtet,

   bis die Sollkontur der Verzahnung des gesinterten Zahnrades erreicht ist Aufgrund der kinematischen Verhältnisse treten bei der Abwälzbewegung zwischen der Verzahnung des Pulvermetallrohlings und der Gegenverzahnung des Drückerwerkzeuges entlang der Eingriffslinie ausserhalb des Wälzpunktes Gleitgeschwindigkeiten zwischen den Flanken der miteinander kämmenden Zähne des Pulvermetallrohlings und des Drückerwerkzeuges auf Diese mit zunehmendem Abstand vom Walzpunkt grosser werdende Gleitbewegung fuhrt mit dem für die örtliche Verdichtung erforderlichen Pressdruck auf die Flanken des Pulvermetallrohlings insbesondere im Bereich der Zahnköpfe und der Zahnfüsse zu einer Flankenbelastung des Pulvermetallrohlings,

   die die Gefahr von Anrissen und Materialabplatzungen im oberflächennahen Bereich der Zahnflanken bzw der Zahnfüsse des Pulvermetallrohlings mit sich bringt Solche Oberflachenbeeintrachtigungen sind jedoch mit einer erheblichen Verminderung der Belastbarkeit des gesinterten und im Eingriffsbereich an der Oberfläche verdichteten Zahnrades verbunden Zur Vermeidung der schädlichen Auswirkungen der Gleitbewegungen zweier Flanken von miteinander kämmenden Zähnen ist es zwar bekannt, ein Schmiermittel zur Verminderung der Gleitreibung einzusetzen, doch verbietet sich der Einsatz von Schmiermitteln bei der Verdichtung gesinterter Pulvermetallrohlinge, weil durch das in die Poren eindringende Schmiermittel die Materialverdichtung beeinträchtigt bzw verhindert wird 
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde,

   ein Verfahren der eingangs geschilderten Art mit einfachen Mitteln so zu verbessern, dass die Zähne des Pulvermetallrohlings im Eingriffsbereich ausreichend verdichtet werden können, ohne eine Beeinträchtigung der verdichteten Oberfläche insbesondere im Bereich der Zahnkopfe bzw der Zahnfüsse befurchten zu müssen. 



   Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die als Innenverzahnung ausgebildete Gegenverzahnung des den Pulvermetallrohling umschliessenden, ringförmigen Drückerwerkzeuges mit Hilfe einer am Aussenumfang des Drückerwerkzeuges abrollenden Andrückrolle in die Verzahnung des Pulvermetallrohlings gedrückt wird. 



   Die Erfindung macht sich den Umstand zunutze, dass bei einer Innenverzahnung die beim Zahneingriff auftretenden Gleitgeschwindigkeiten zwischen den Zahnflanken des Pulvermetallrohlings und des Drückerwerkzeuges deutlich geringer ausfallen als beim Zahneingriff zwischen zwei   Stimrädem.   Dies bedeutet, dass beim Einsatz eines ringförmigen Drückerwerkzeuges mit einer Innenverzahnung als Gegenverzahnung für den Pulvermetallrohling die Belastung der Zähne des Pulvermetallrohlings trotz der notwendigen Verdichtung im Eingriffsbereich auf ein Mass beschränkt werden kann, das Anrisse und Materialabplatzungen im Bereich der Zahnkopfe bzw der Zahnfüsse ausschliesst.

   Die für das Verdichten erforderliche Presskraft wird durch eine Andruckrolle aufgebracht, die am Aussenumfang des Drückerwerkzeuges abrollt, so dass die Verdichtung im Eingriffsbereich wieder in mehreren Umläufen erfolgen kann, wenn die Verdichtung in einem Umlauf nicht ausreicht. 

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   Wird für die Innenverzahnung des Drückerwerkzeuges eine grössere Zahnezahl als die Zähnezahl der Verzahnung des Pulvermetallrohlings gewählt, so wird die Innenverzahnung des Drückerwerkzeuges während des kontinuierlichen Andrückens an die Verzahnung des Pulvermetallrohlings auf dessen Verzahnung abgewälzt, wobei die damit verbundene Gleitbewegung zwischen den aufeinander abwälzenden Flanken umso kleiner wird, je geringer die Differenz der Zähnezahl des Drückerwerkzeuges und des Pulvermetallrohlings ist Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich demnach in diesem Zusammenhang dann,

   wenn bei gleicher Zähnezahl der Innenverzahnung des Drückerwerkzeuges und der Verzahnung des Pulvermetallrohlings das den Pulvermetallrohling mit Spiel umschliessende Drückerwerkzeug ohne Relativdrehung zwischen Drückerwerkzeug und Pulvermetallrohling in Umfangsrichtung fortlaufend an den Pulvermetallrohling angedrückt wird Ein solches Verdichtungsverfahren setzt allerdings ein fehlerfreies Drückerwerkzeug voraus, weil ein Fehler im Bereich eines Zahnes des Drückerwerkzeuges ohne   Ausgleichsmöglichkeit   durch den Eingriff anderer Zahne vollständig auf einem Zahn des Pulvermetallrohlings abgebildet wird. 



   Gleiche Zähnezahl des Drückerwerkzeuges und des Pulvermetallrohlings erlauben trotz der Innenverzahnung die gleichzeitige Verdichtung der Verzahnung des Pulvermetallrohlings an zwei oder mehreren über den Umfang verteilten Stellen, weil das Drückerwerkzeug unter einer elastischen Verformung an zwei oder mehreren Stellen an den Pulvermetallrohling angedrückt werden kann Zwischen dem Drückerwerkzeug und dem Pulvermetallrohling braucht ja lediglich ein geringfügiges, das Aufschieben des Drückerwerkzeuges auf den Pulvermetallrohling ermöglichendes Ausgangsspiel vorgesehen zu werden, das sich mit der fortschreitenden Verdichtung der Zahnoberflächen des Pulvermetallrohlings entsprechend vergrössert. 



   Die mögliche Verdichtung der Zahne des Pulvermetallrohlings im Bereich des vorgesehenen Aufmasses hängt von der jeweiligen Materialverfestigung ab, die sich bei einer Kaltverformung des Pulvermetallrohlings wahrend eines dem Verdichten vorausgehenden Kalibriervorganges bzw. während des Verdichtens der Zahnoberflachen selbst im Bereich des aufmaises ergibt. Um auch bei schwierigeren Verdichtungsbedingungen eine ausreichende Oberflächenverdichtung erhalten zu können, kann der Pulvermetallrohling vor dem Verdichten bzw. zwischen zwei Verdichtungsvorgängen einer Wärmebehandlung unterworfen werden, um den Verformungswiderstand fur das nachfolgende Verdichten entsprechend zu verringern. 



   Wie bereits eingangs erwähnt wurde, könnten die schädlichen Auswirkungen der Gleitbewegung zweier Flanken von miteinander kämmenden Zahnen durch den Einsatz eines Schmiermittels verringert werden. Damit die Vorfeile der durch den Einsatz eines Schmiermittels ermöglichten geringeren Gleitreibung beim Verdichten der Zahnoberflachen im Eingriffsbereich ausgenützt werden können, ohne die Verdichtung der Zahnoberflächen des Pulvermetallrohlings durch in die Poren eindringendes Schmiermittel zu beeinträchtigen, kann der Pulvermetallrohling nach einer Vorverdichtung unter Einsatz eines Schmiermittels fertigverdichtet werden.

   Die Vorverdichtung muss dabei in einem Ausmass erfolgen, die ein weitgehendes Schliessen der Oberflächenporen zur Folge hat, so dass während des Schmiermitteleinsatzes ein für das weitere Verdichten schädliches Eindringen des Schmiermittels in Oberflächenporen ausgeschlossen werden kann 
Zur Durchführung des Verfahrens kann von einer Vorrichtung ausgegangen werden, die mit einer Aufnahmewelle für den Pulvermetallrohling, mit einem mit einer Gegenverzahnung in die Verzahnung des Pulvermetallrohlings eingreifenden Drückerwerkzeug und mit einer Andrückeinrichtung für das Druckerwerkzeug an den Pulvermetallrohling versehen ist.

   Bei einer solchen Vorrichtung wird das aus einem den Pulvermetallrohling umschliessenden Innenzahnkranz bestehende Drückerwerkzeug zwischen dem Pulvermetallrohling und einer zum Pulvermetallrohling achsparallelen Andrückrolle der Andrückeinrichtung geführt Der Innenkranz des Drückerwerkzeuges wirkt als Druckübertragungskörper zwischen der Andrückrolle und dem Pulvermetallrohling, so dass das Drückerwerkzeug lediglich im Eingriffsbereich belastet wird, was sich vorteilhaft auf die Standzeit des Drückerwerkzeuges auswirkt. 



   Wie bereits ausgeführt wurde, ergeben sich besonders vorteilhafte Belastungsverhältnisse, wenn der Innenzahnkranz des Drückerwerkzeuges und die Verzahnung des Pulvermetallrohlings gleiche Zähnezahl aufweisen, wobei das Drückerwerkzeug den Pulvermetalliohling mit Spiel umschliesst, um das Einsetzen des Pulvermetallrohlings in das Drückerwerkzeug bzw. das 

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 Aufschieben des Drückerwerkzeuges auf den Pulvermetallrohling zu erleichtern.

   Weist bei einer solchen Ausführungsform die Andrückeinrichtung wenigstens zwei vorzugsweise rotationssymmetrisch zur Aufnahmewelle des Pulvermetallrohlings angeordnete Andruckrollen auf, so können während eines Umlaufes wenigstens zwei Verdichtungsschritte vorgenommen werden, allerdings nur dann, wenn der Innenzahnkranz des Drückerwerkzeuges eine entsprechende elastische Verformung uber die Andrückrollen zulasst Die rotationssymmetrische Anordnung der Andrückrollen vermeidet die Abtragung eines Teiles des Verdichtungsdruckes über die Lagerung der Aufnahmewelle. 



   Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutert. Es zeigen 
Fig 1 eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum Herstellen eines Zahnrades aus einem gepressten und gesinterten Pulvermetallrohling in einer schematischen Seitenansicht, 
Fig 2 eine gegenuber der Fig 1 abgewandelte Ausfuhrungsform einer erfindungsgemässen 
Vorrichtung ebenfalls in einer schematischen Seitenansicht und 
Fig 3 ein gemäss der Fig.

   2 hergestelltes, im Eingriffsbereich an der Zahnoberfläche verdichtetes 
Zahnrad vor der Entnahme aus dem Drückerwerkzeug 
Gemäss dem Ausfuhrungsbeispiel nach der Fig 1 wird der zu bearbeitende Pulvermetallrohling 1 auf einer Aufnahmewelle 2 aufgespannt, bevor das Drückerwerkzeug 3 mit Hilfe einer Andrückrolle 4 über eine Andrückeinrichtung 5, beispielsweise über einen mit einem vorgegebenen Druck beaufschlagbaren Hydraulikzylinder 6, an den Pulvermetallrohling 1 angedrückt wird Im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen dieser Art besteht das Drückerwerkzeug 3 aus einem Innenzahnkranz 7 der eine Gegenverzahnung 8 für die Verzahnung 9 des Pulvermetallrohlings 1 bildet.

   Die Andrückrolle 4 des Drückerwerkzeuges 5 rollt auf dem Aussenumfang 10 des Innenzahnkranzes 7 ab, wobei die Zähne der Gegenverzahnung 8 in die Zahnlucken der Verzahnung 9 des Pulvermetallrohlings 1 gedrückt werden. Da die Zahne des Pulvermetallrohlings 1 mit einem entsprechenden Aufmass im Flanken- bzw.

   im Fussbereich gesintert wurden, die Zähne der Gegenverzahnung 8 des Drückerwerkzeuges 3 jedoch beispielsweise dem Sollmass der Zähne der Verzahnung 9 des fertigen Zahnrades entsprechen, werden die Zahnflanken bzw die Zahnfüsse im Bereich des Aufmasses durch die angepressten Zähne des Druckerwerkzeuges 3 unter einer plastischen Verformung verdichtet Die Verdichtung erfolgt dabei schrittweise, weil der Pulvermetallrohling 1 über die Aufnahmewelle 2 angetrieben wird, so dass sich der Pulvermetallrohling 1 in der Gegenverzahnung 8 des Drückerwerkzeuges 3 abwälzt, das zwischen dem Pulvermetallrohling 1 und der Andrückrolle 4 geführt wird Da die Verzahnung 9 des Pulvermetallrohlings 1 mit einer Gegenverzahnung 8 in Form einer Innenverzahnung zusammenwirkt, können die Gleitgeschwindigkeiten zwischen den Flanken und Gegenflanken der miteinander kämmenden Verzahnungen 8,

  9 im Bereich der Eingriffslinie ausserhalb des Wälzpunktes auf ein Mass beschränkt werden, das Anrisse bzw Materialabplatzungen im Bereich der verdichteten Zahnoberflächen des Pulvermetallrohlings 1 ausschliesst, zumal sich aufgrund der konkaven Flanken der Gegenverzahnung 8 des Drückerwerkzeuges 3 im Vergleich zu einer Aussenverzahnung als Gegenverzahnung günstigere Verhältnisse hinsichtlich der Druckbelastung der Verzahnung 9 des Pulvermetallrohlings 1 ergeben 
Wie sich aus der Fig.

   1 unmittelbar ablesen lasst, hängt die Gleitbewegung zwischen den Zahnflanken der Verzahnung 9 des Pulvermetallrohlings 1 und der Gegenverzahnung 8 des Drückerwerkzeuges 3 vom Durchmesserverhältnis der Wälzkreise 11,12 des Drückerwerkzeuges 3 und des Pulvermetallrohlings 1 ab Je geringer die Durchmesserdifferenz wird, umso günstigere Verdichtungsverhältnisse ergeben sich im Eingriffsbereich der beiden Verzahnungen 8 und 9 Um eine Abwälzbewegung überhaupt ausschliessen zu können, kann die Zahnezahl des Drückerwerkzeuges 3 und des Pulvermetallrohlings 1 gleich sein, wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist.

   In diesem Fall wird das Drückerwerkzeug 3 im Bereich einer Andrückrolle 4 lediglich gegen die Verzahnung 9 des Pulvermetallrohlings 1 gedrückt, wobei die Wälzkreise 11,12 im wesentlichen zusammenfallen Um das Drückerwerkzeug 3 auf den Pulvermetallrohling 1 aufstecken zu können, muss zwischen den Verzahnungen 8 und 9 ein Spiel 13 vorhanden sein, das beim Anstellen einer Andruckrolle 4 an den Innenzahnkranz 7 überwunden wird.

   Werden entsprechend der Ausführungsform nach der Fig. 2 nicht nur eine, sondern zumindest zwei einander gegenüberliegende Andrückrollen 4 eingesetzt, so ist ein Verdichten der Zähne der Verzahnung 9 

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 des Pulvermetallrohlings 1 im Bereich der beiden Andrückrollen 4 nur bei einer elastischen Verformung des Drückerwerkzeuges 3 möglich, das quer zum Druckangriff der Andrückrollen 4 mit der Wirkung aufgeweitet wird, dass sich das Spiel zwischen den Verzahnungen 8 und 9 mit zunehmendem Abstand von den Andrückrollen 4 vergrössert.

   Die Oberflächenverdichtung der Verzahnung 9 des Pulvermetallrohlings 1 erfolgt wiederum in mehreren Umlaufen, deren Anzahl jedoch im Vergleich zu einer Verdichtung lediglich im Bereich einer Umfangsstelle entsprechend verringert werden kann Da aufgrund der Verdichtung der Zahnflanken bzw Zahnfusse das Spiel 13 zwischen der Verzahnung 9 des Pulvermetallrohlings 1 und der Gegenverzahnung 8 des Drückerwerkzeuges 3 vergrössert wird, ist eine Entnahme des fertigen Zahnrades aus dem Drückerwerkzeug 3 ohne weiteres möglich. 



   Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschrankt So könnte die Verdichtung im Bereich der Zahnflanken bzw. der Zahnfüsse der Verzahnung 9 des Pulvermetallrohlings mit Hilfe von zwei oder mehreren unterschiedlichen Drückerwerkzeugen vorgenommen werden, um über die jeweils besondere Ausgestaltung der Gegenverzahnung der einzelnen Druckerwerkzeuge bestimmte Verdichtungsverhältnisse sicherzustellen Ausserdem könnte zwischen zwei Verdichtungsschritten der Pulvermetallrohling einer Zwischenbehandlung beispielsweise durch ein Strahlen, Bursten oder durch eine Wärmebehandlung ausgesetzt werden,

   was unter Umständen besonders vorteilhafte Ausgangsverhältnisse für den jeweils nachfolgenden Drückvorgang erlaubt Nach einer entsprechenden Oberflächenverdichtung kann die weitere Verdichtung auch unter Einsatz eines Schmiermittels erfolgen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades aus einem mit einem Aufmass im Verzahnungsbereich gepressten und gesinterten Pulvermetallrohling, der im Bereich des Aufmasses durch ein Andrücken einer in die Verzahnung des Pulvermetallrohlings eingreifenden Gegenverzahnung wenigstens eines umlaufenden Druckerwerkzeuges um das Aufmass unter einer plastischen Verformung verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die als Innenverzahnung ausgebildete Gegenverzahnung des den Pulvermetallrohling umschliessenden, ringförmigen Drückerwerkzeuges mit Hilfe einer am Aussenumfang des Drückerwerkzeuges abrollenden Andrückrolle in die Verzahnung des Pulvermetallrohlings gedrückt wird 2.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverzahnung des Druckerwerkzeuges während des kontinuierlichen Andrückens an die Verzahnung des Pulvermetallrohlings auf dessen Verzahnung abgewälzt wird 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei gleicher Zähnezahl der Innenverzahnung des Drückerwerkzeuges und der Verzahnung des Pulvermetallrohlings das den Pulvermetallrohling mit Spiel umschliessende Drückerwerkzeug ohne Relativdrehung zwischen Drückerwerkzeug und Pulvermetallrohling in Umfangsrichtung fortlaufend an den Pulvermetallrohling angedrückt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Drückerwerkzeug unter einer elastischen Verformung an zumindest zwei über den Umfang verteilten Stellen an den Pulvermetallrohling angedrückt wird.

5 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulvermetallrohling vor dem Verdichten bzw zwischen zwei Verdichtungsvorgängen einer Wärmebehandlung unterworfen wird 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulvermetallrohling nach einer Vorverdichtung unter Einsatz eines Schmiermittels verdichtet wird 7.

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer Aufnahmewelle für den Pulvermetallrohling, einem mit einer Gegenverzahnung in die Verzahnung des Pulvermetallrohlings eingreifenden Drückerwerkzeug und mit einer Andrückeinrichtung für das Drückerwerkzeug an den Pulvermetallrohling, dadurch <Desc/Clms Page number 5> gekennzeichnet, dass das Drückerwerkzeug (3) aus einem den Pulvermetallrohling (1) umschliessenden Innenzahnkranz (7) besteht, der zwischen dem Pulvermetallrohling (1) und einer zum Pulvermetallrohling (1) achsparallelen Andruckrolle (4) der Andruckeinrichtung (5) geführt ist 8 Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenzahnkranz (7) des Drückerwerkzeuges (3) und die Verzahnung (9) des Pulvermetallrohlings (1) gleiche Zähnezahl aufweisen und dass das Drückerwerkzeug (3)

den Pulvermetallrohling (1) mit Spiel (13) umschliesst.

9 Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückeinrichtung (5) wenigstens zwei vorzugsweise rotationssymmetrisch zur Aufnahmewelle (2) des Pulvermetallrohlings (1) angeordnete Andrückrollen (4) aufweist HIEZU 3 BLATT ZEICHNUNGEN