AT409466B - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines zahnrades - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades aus einem mit einem Aufmass im Flanken- bzw. Fussbereich der Zähne gepressten und gesinterten Pulvermetall- rohling, der im Bereich des Aufmasses durch ein Andrücken einer in die Verzahnung eingreifenden 
Gegenverzahnung eines Drückerwerkzeuges unter einer plastischen Verformung um das Aufmass verdichtet wird. 



   Da die Verdichtung von aus einem Sinterpulver gepressten Formkörpern durch die Belastbarkeit der Presswerkzeuge beschränkt wird, muss mit einer Restporosität dieser Formkorper gerechnet werden. Diese Restporosität von aus einem Sinterpulver gepressten und gesinterten Zahnrädern beeinträchtigt die Belastbarkeit der Zähne. Um die dadurch bedingte niedrigere Dauerbiegefestig- keit im Bereich der Zahnfüsse und geringere Verschleissfestigkeit im Zahnflankenbereich zu verbes- sern, ist es bekannt (EP 0 552 272 B1, WO 00/43148 A1), die gesinterten Pulvermetallrohlinge der 
Zahnräder im Flanken- und Fussbereich der Zähne zu verdichten, so dass eine weitgehend poren- freie Oberflächenschicht erhalten wird.

   Zu diesem Zweck wird ein Drückerwerkzeug in Form we- nigstens eines Zahnrades eingesetzt, das eine in die Verzahnung des Pulvermetallrohlings eingrei- fende Gegenverzahnung aufweist. Die Zähne des Pulvermetallrohlings werden somit im Eingriffs- bereich des Drückerwerkzeuges einer Nachverdichtung unterzogen, und zwar im Ausmass des im 
Flanken- bzw. Fussbereiches vorgesehenen Aufmasses des Pulvermetallrohlings. 



   Obwohl bei einer üblichen Zahnbelastung die Spannungsspitzen in oberflächennahen Berei- chen auftreten und folglich bereits eine vergleichsweise geringe Nachverdichtung im Flanken- und 
Fussbereich zu einer deutlichen Steigerung der Tragfähigkeit der Verzahnung führt, kann die Trag- fähigkeit der Verzahnung mit der Dicke der nachverdichteten Oberflächenschicht gesteigert wer- den. Da die Tiefe der Nachverdichtung vor allem von der Grösse des Aufmasses im Flanken- und 
Fussbereich der Verzahnung abhängt, setzt eine Steigerung der Tragfähigkeit der Verzahnung zu- nehmende Aufmasse voraus, die jedoch nicht nur die angestrebte tiefere Verdichtung des Flanken- bzw.

   Fussbereiches erlauben, sondern auch Anlass zu einer Streckung der Zähne in Richtung der Zahnhöhe geben, vor allem während der beidseitigen Belastung der Zahnflanken des Pulvermetall- rohlings durch die Gegenverzahnung des Drückerwerkzeuges. Die Durch die Zahnstreckung im Zahnkörper bedingten Zugspannungen bringen die Gefahr von Rissbildungen mit sich, was Zahn- brüche zur Folge haben kann. Dies bedeutet, dass die Tiefe der Nachverdichtung und damit die mögliche Steigerung der Zahntragfähigkeit beschränkt bleiben muss. 



   Um eine gleichmässige Oberflächenverdichtung bei gleichzeitiger Formgebung zu erreichen, ist es im übrigen bekannt (JP 10176203 A), mit Hilfe einer Gegenverzahnung eine einheitliche Druck- belastung auf die Zähne eines gesinterten Zahnrades während des Abrollvorganges auszuüben. 



  Da bei einer solchen formgebenden Verdichtung vergleichsweise geringen Ausmasses keine Riss- bildungen im Zahnkörper zu erwarten ist, kann ein solches formgebendes Verdichtungsrollen keine Lehre geben, wie bei örtlich beschränkten, vergleichsweise grossen Verdichtungen die Rissneigung unterdrückt werden kann. 



   Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Zahnra- des der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass die Tragfähigkeit der Verzahnung ge- steigert werden kann, ohne Rissbildungen im Zahnkörper besorgen zu müssen. 



   Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass während der plastischen Verformung des Flanken- bzw. Fussbereiches die Zahn kopffläche des jeweiligen Zahnes mit einer einer Streckung des Zahnes entgegenwirkenden Druckkraft beaufschlagt wird. 



   Die während der plastischen Verformung des Flanken- bzw. Fussbereiches auf die Zahnkopfflä- chen der Zähne einwirkende Druckkraft steht einem Fliessen des Sinterwerkstoffes in Richtung der Zahnhöhe aufgrund der plastischen Verformung des Flanken- bzw. Fussbereiches entgegen, so dass die bei einem freien Fliessen des Sinterwerkstoffes auftretenden Zugspannungen weitgehend unterdrückt werden können, und zwar in Verbindung mit einer zusätzlichen, geringfügigen Verdich- tung des Zahnkopfes. Damit werden die notwendigen Voraussetzungen geschaffen, die Dicke der verdichteten Oberflächenschichten im Flanken- bzw. Fussbereich durch eine Vergrösserung des Aufmasses des Pulvermetallrohlings zu vergrössern, ohne die Belastbarkeit des Zahnkörpers selbst zu beeintrachtigen.

   In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass durch eine weitgehende Un- terdrückung der Fliessbewegung des Sinterwerkstoffes in Richtung der Zahnhöhe die Verdichtung im Flanken- bzw. Fussbereich unterstützt wird. 



   Zur erfindungsgemässen Herstellung von gesinterten Zahnrädern mit nachverdichteten Flan- 

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 ken- bzw. Fussbereichen der Zähne kann von einer bekannten Vorrichtung mit einer Aufnahmewel- le für einen Pulvermetallrohling und einem mit einer Gegenverzahnung in die Verzahnung des Pulvermetallrohlings eingreifenden Drückerwerkzeug ausgegangen werden. Bei einer solchen Vorrichtung braucht lediglich die Kopfhöhe der Verzahnung des Pulvermetallrohlings der Fusshöhe der Gegenverzahnung des Drückerwerkzeuges zu entsprechen, um eine radiale Streckung der Zähne des Pulvermetallrohlings während der Nachverdichtung der Flanken- bzw. Fussbereiche zu unterbinden.

   Aufgrund des fehlenden Kopfspieles bestimmt das Lückenprofil zwischen den Zahn- flanken der Gegenverzahnung des Drückerwerkzeuges die Form der Zahnkopffläche der Zähne des Pulvermetallrohlings, so dass über dieses Lückenprofil zusätzlich ein gewünschter Verlauf der Zahnkopffläche der Zähne des Zahnrades vorgegeben werden kann, was eine sonst erforderliche Nachbearbeitung der Zahnkopfflächen überflüssig macht. Das durch das Nachverdichten der Zahnflanken des Pulvermetallrohlings bedingte Fliessen des Sinterwerkstoffes in radialer Richtung wird ja durch das Lückenprofil des Drückerwerkzeuges gehemmt, wobei das Lückenprofil für die Zahnkopffläche formgebend wirksam wird. 



   Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemässe Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades näher erläutert, und zwar wird ein mit einem erfindungsgemässen Drückerwerkzeug kämmender Pulvermetallrohling ausschnittsweise im Bereich des Werkzeugeingriffes in einer axialen Ansicht gezeigt. 



   Der mit einem entsprechenden Aufmass im Zahnflankenbereich gepresste und gesinterte Pul- vermetallrohling 1 wird auf einer Aufnahmewelle aufgespannt und mit Hilfe eines Drückerwerkzeu- ges 2 bearbeitet, das einen Zahnkranz mit einer Gegenverzahnung 3 für die Verzahnung 4 des Pulvermetallrohlings 1 aufweist. Die Zahngeometrie der Gegenverzahnung 3 ist auf die Sollgeome- trie der Verzahnung 4 des herzustellenden Zahnrades abgestellt.

   Da der Pulvermetallrohling 1 im Bereich der Zahnflanken 6 seiner Zähne 7 ein Aufmass aufweist, bedeutet dies, dass beim Abwälzen des Drückerwerkzeuges 2 auf dem Pulvermetallrohling 1 die Zahnflanken 6 der Verzahnung 4 des Pulvermetallrohlings 1 durch die Zähne 5 der Gegenverzahnung 3 des Drückerwerkzeuges 2 um das Aufmass auf den Sollverlauf plastisch verformt werden, und zwar unter einer Nachverdichtung einer Oberflächenschicht 8, die in der Zeichnung strichliert angedeutet ist. 



   Aufgrund der Druckbelastung der Zahnflanken 6 der Zähne 7 durch die Zähne 5 der Gegen- verzahnung 3 neigen die Zähne 7 des Pulvermetallrohlings 1 insbesondere bei einer beidseitigen Flankenbelastung durch das Drückerwerkzeug 2 zu einer radialen Streckung, die innerhalb der Zahnkörper zu Zugspannungen führt. Um die Streckung und damit die Zugspannung zu begren- zen, entspricht die zwischen dem Fusskreis 9 und dem Wälzkreis 10 der Gegenverzahnung 3 ge- messene Fusshöhe hf der Zähne 5 des Drückerwerkzeuges 2 der zwischen dem Wälzkreis 11und dem Kopfkreis 12 gemessenen Kopfhöhe hk der Zähne 7 der Verzahnung 4 des Pulvermetallroh- lings 1.

   Durch diese einfache Massnahme wird über das Lückenprofil 13 zwischen den Flanken der Zähne 5 der Gegenverzahnung 3 eine Druckkraft auf die Zahnkopffläche 14 der Zähne 7 des Pul- vermetallrohlings 1 mit der Wirkung ausgeübt, dass die Streckung unterbunden und der Zahnkopf- fläche 14 eine durch das Lückenprofil 13 vorgegebene Form aufgezwungen wird. Als Folge der Unterdrückung radialer Streckungen der Zähne 7 des Pulvermetallrohlings 1 können die sonst durch ein radiales Fliessen des Sinterwerkstoffes im Bereich des Zahnkörpers auftretenden Zug- spannungen weitgehend unterdrückt werden, was zu einer grösseren Tiefe der verdichteten Ober- flächenschicht 8 im Zahnflankenbereich führt. Ausserdem ergibt sich eine zusätzliche Verdichtung des Zahnkopfes. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades aus einem mit einem Aufmass im Flanken- bzw. 

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Claims (2)

1. Fussbereich der Zähne gepressten und gesinterten Pulvermetallrohling, der im Bereich des Aufmasses durch ein Andrücken einer in die Verzahnung eingreifenden Gegenverzahnung eines Drückerwerkzeuges unter einer plastischen Verformung um das Aufmass verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der plastischen Verformung des Flanken- bzw. Fussbereiches die Zahnkopffläche des jeweiligen Zahnes mit einer einer Streckung des Zahnes entgegenwirkenden Druckkraft beaufschlagt wird. <Desc/Clms Page number 3>
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Aufnahmewelle für einen Pulvermetallrohling und einem mit einer Gegenverzahnung in die Verzahnung des Pulvermetallrohlings eingreifenden Drückerwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfhöhe hk der Verzahnung 4 des Pulvermetallrohlings 1 der Fusshöhe hf der Gegen- verzahnung 3 des Drückerwerkzeuges 2 entspricht.