AT507913B1 - Vorrichtung zum verdichten eines sinterbauteils - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (2) zum Verdichten eines Sinterbauteils (1) in mehreren Schritten von einer Ausgangskontur in eine Endkontur, mit einer ersten Matrize (3), die einen ersten Matrizeninnendurchmesser (23) aufweist, wobei die Matrize (3) in axialer Richtung gegenüberliegend eine erste Eintrittsöffnung (18) und eine erste Austrittsöffnung (20) für den Sinterbauteil (1) aufweist. Es ist zumindest eine weitere Matrize (4, 28, 36) angeordnet, die einen zweiten Matrizeninnendurchmesser (23) aufweist, der kleiner ist als der erste Matrizeninnendurchmesser (23), wobei für die erste Matrize (3) zumindest ein erster Pressstempel (23) mit einem Außendurchmesser (22), der zumindest annähernd dem Matrizeninnendurchmesser (23) der ersten Matrize (3), und für die zumindest eine weitere Matrize (4, 28, 36) zumindest ein weiterer Pressstempel (23) mit einem Außendurchmesser (22), der zumindest annähernd dem Matrizeninnendurchmesser (23) der zumindest einen weiteren Matrize (4, 28, 36) entspricht, angeordnet sind.

Description

österreichisches Patentamt AT507 913B1 2013-08-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum zumindest bereichsweisen Verdichten eines Sinterbauteils zumindest im Bereich seiner Oberfläche in mehreren Schritten von einer Ausgangskontur in eine Endkontur, mit einer ersten Matrize und/oder Patrize, die eine Anlagefläche für den Sinterbauteil bildet bzw. bilden und einen ersten Matrizeninnendurchmesser bzw. Patri-zenaußendurchmesser aufweist bzw. aufweisen, wobei die Matrize in axialer Richtung gegenüberliegend eine erste Eintrittsöffnung und eine erste Austrittsöffnung für den Sinterbauteil aufweist, ein Verfahren zum zumindest bereichsweisen Verdichten eines Sinterbauteils, bei dem der Sinterbauteil in mehreren Schritten von einer Ausgangskontur in eine Endkontur umgeformt wird, bei dem der Sinterbauteil durch bzw. in eine erste Matrize gedrückt wird und/oder eine Patrize in eine Ausnehmung des Sinterbauteils gedrückt wird, wobei die Matrize einen Matrizeninndurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Sinterbauteils bzw. die Patrize einen Patrizenaußendurchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der Ausnehmung sowie die Verwendung eines Sinterbauteilhalbfertigfabrikats, mit einem Bauteilkörper der zwei entlang einer Achse einander gegenüberliegende Stirnflächen und zumindest eine dazwischen angeordnete Mantelfläche und/oder eine Ausnehmung aufweist in dem Verfahren.

[0002] Sinterteile, also Werkstücke aus gepresstem und gesintertem Metallpulver sind schon seit Längerem eine Alternative zu gegossenen oder aus dem Vollen gearbeiteten Werkstücken. Die durch das Herstellverfahren bedingte, jeweils mehr oder weniger stark ausgeprägte Porosität der Sinterteile wirkt sich jedoch negativ auf die Biegefestigkeit und die Verschleißfestigkeit aus, was beispielsweise den Einsatz von pulvermetallurgisch hergestellten Zahnrädern in hoch belasteten Getrieben einschränkt.

[0003] Um die nachteiligen Auswirkungen der Porosität von Sinterteilen zu reduzieren, ist es bekannt, an Sinterteilrohlingen durch Nachpressen eine Oberflächenverdichtung zu bewirken. Ein Verfahren, das dazu ein Matrizenwerkzeug verwendet, ist aus der US 6,168,754 B1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Sinterrohling, also ein aus Pulvermetall gepresster und anschließend gesinterter Teil, an seiner äußeren Oberfläche verdichtet, indem dieser durch ein mehrstufiges Matrizenwerkzeug gedrückt wird. Das Matrizenwerkzeug umfasst mehrere, axial voneinander beabstandete Matrizenplatten mit Matrizenöffnungen, die im Wesentlichen der Form des Sinterrohlings entsprechen, deren Innendurchmesser jedoch stufenweise abnimmt und kleiner ist als der Außendurchmesser des Sinterrohlings. Bei diesem Durchdrücken von der größten bis zu kleinsten Matrizenöffnung wird der Außenumfang des Sinterteils plastisch und elastisch verformt, wodurch die Oberfläche verdichtet wird und der Sinterteil seine Endabmessung erhält. Die Abstände zwischen den Matrizenplatten erlauben dem Sinterteil durch Ausdehnung einen Teil der elastischen Verformungen nach jeder Matrizenplatte abzubauen. Durch diese Abfolge von Matrizenplatten und Zwischenräumen erfährt der Sinterteil nach jeder Matrizenplatte eine Zwischenentlastung, wodurch eine nach der Verformung im Sinterteil verbleibende Druck-Eigenspannung stufenweise aufgebaut wird.

[0004] Diese Druck-Eigenspannungen erhöhen die Biegefestigkeit in zugbeanspruchten Zonen und verbessern gleichzeitig die Verschleißfestigkeit der derart verdichteten Oberfläche. Nachteilig bei dem in der US-B1 beschriebenen Verfahren bzw. Matrizenwerkzeug ist jedoch, dass das Matrizenwerkzeug aufgrund der zwischen den einzelnen Matrizenplatten ausgeführten Zwischenräume eine geringere Stabilität und Verschleißfestigkeit aufweist, wodurch die vom Matrizenwerkzeug ertragbaren Umformkräfte deutlich begrenzt sind und die erzielbare Oberflächenverdichtung für gewisse Anwendungen noch unzureichend ist.

[0005] Aus der von der Anmelderin stammende AT 504 081 A1 ist ein Verfahren zur Oberflächenverdichtung eines Sinterteils bekannt, bei dem ein Sinterteil in einem Matrizenwerkzeug entlang einer Achse in eine Pressrichtung durch mehrere Matrizenabschnitte von einem ersten Matrizenabschnitt an einer ersten Matrizenöffnung in einen letzten Matrizenabschnitt bewegt wird, wobei eine Wandfläche jedes Matrizenabschnittes zumindest eine Pressfläche bildet, 1 /20 österreichisches Patentamt AT507 913B1 2013-08-15 gegen die eine von einer Außenfläche des Sinterteiles gebildete Kontaktfläche gedrückt wird, und eine, in einem Querschnitt bzgl. der Achse liegende, von der Pressfläche definierte Innenkontur zumindest annähernd einer von der Kontaktfläche definierten Außenkontur entspricht. Bei der Bewegung des Sinterteils erfolgt dabei von der ersten Matrizenöffnung in den letzten Matrizenabschnitt die Oberflächenverdichtung durch stetig ineinander übergehende Matrizenabschnitte und monoton abnehmende, zwischen zusammenwirkenden Pressflächen gemessene Innendurchmesser der Matrizenabschnitte.

[0006] Das Werkzeug sowohl nach der US-B1 als auch nach der AT-A1 ist dafür vorgesehen in einem einzigen Durchgang das Sinterbauteil in seine Endform umzuformen. Dies bedingt, dass die Werkzeuge, nachdem ein mehrstufiges Verdichtungsverfahren angewandt wird, relativ komplex ausgebildet sind und daher entsprechend teuer sind. Zudem stellen sie im Hinblick auf die einzelnen Verdichtungsschritte eine Kompromisslösung dar, da der Stempel, mit dem der Sinterbauteil durch die Matrize bewegt wird, naturgemäß an den abnehmenden Durchmesser der Matrize angepasst sein muss. Die Folge davon ist, dass es vermehrt zur Gradbildung an den Sinterbauteilen kommt, sodass eine mechanische Nachbearbeitung erforderlich wird.

[0007] Die WO 2007/115552 A1 beschreibt eine Pressvorrichtung bzw. ein Pressverfahren zum Pressen eines Pressteils, bei dem ein Vorpressteil in einer ersten Pressanordnung vorgepresst wird und dieses in einer weiteren Pressanordnung fertig gepresst wird, wobei das Vorpressteil nach dem Pressen in der ersten Pressenanordnung zu der weiteren Pressanordnung mit einer Transportiereinrichtung mit einer Aufnahmeöffnung für das Vorpressteil transportiert wird.

[0008] Aus der EP 1 097 770 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen pulvergeformten Körpers bekannt, umfassend einen primären Umformschritt des Verdichtens einer metallischen Pulvermischung um einen Vorformling mit einer Dichte von nicht weniger als 7,3 g/cm3 zu formen und einen vorläufigen Sinterschritt zum vorläufigen Sintern des Vorformlings bei einer Temperatur von 700°C bis 1000°C zum Formen des metallischen pulvergeformten Körpers, wobei daran anschließend ein weiterer Verdichtungsschritt durchgeführt wird und an diesen weiteren Verdichtungsschritt wiederum ein Sinterschritt anschließt.

[0009] Die WO 95/07157 A1 beschreibt ein Verdichtungsverfahren bei dem in einer Form eine Auskleidung bereitgestellt wird, welche elastisch komprimiert wird um die innere Größe der Auskleidung im Bezug zu deren inneren Größe vor der Kompression zu reduzieren. Nach dem Einfüllen des Pulvers wird dieses verpresst. Um das Lösen des Presslings zu erleichtern wird die Auskleidung mindestens teilweise von der Form gelöst, um eine Zunahme der inneren Größe der Auskleidung zu erreichen.

[0010] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Verdichten von Sinterbauteilen sowie ein Verfahren hierfür bereitzustellen, welches eine höhere Qualität von hochfesten und/oder hochverdichteten Präzisions-Sinterbauteilen liefert.

[0011] Diese Aufgabe der Erfindung wird jeweils unabhängig einerseits durch die eingangs genannte Vorrichtung gelöst, bei der zumindest eine weitere Matrize und/oder Patrize angeordnet ist, die einen zweiten Matrizeninnendurchmesser bzw. Patrizenaußendurchmesser aufweist bzw. aufweisen, der kleiner ist als der erste Matrizendurchmesser der ersten Matrize bzw. größer ist als der erste Patrizenaußendurchmesser der ersten Patrize, wobei für die erste Matrize zumindest ein erster Pressstempel mit einem Außendurchmesser, der zumindest annähernd dem Matrizeninnendurchmesser der ersten Matrize, und für die zumindest eine weitere Matrize zumindest ein weiterer Pressstempel mit einem Außendurchmesser, der zumindest annähernd dem Matrizeninnendurchmesser der zumindest einen weiteren Matrize entspricht, angeordnet sind, sowie durch das eingangs genannte Verfahren nach dem der Sinterbauteil nach dem Verlassen der ersten Matrize zu zumindest einer weiteren Matrize, die einen kleineren Matrizeninnendurchmesser aufweist als die erste Matrize, verbracht und durch diese gedrückt wird, wobei für jeden Verdichtungsschritt zumindest ein eigener Pressstempel verwendet wird, dessen Außendurchmesser zumindest annähernd dem Innendurchmesser der zugehörigen Matrize entspricht und/oder die Verdichtung des Sinterbauteils im Bereich der Ausnehmung mit zumindest einer weiteren Patrize erhöht wird, die einen größeren Patrizenaußendurchmesser aufweist 2/20 österreichisches Patentamt AT507 913B1 2013-08-15 als die erste Patrize. Weiters wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass zumindest eine der Kanten des Sinterbauteilhalbfertigfabrikats, die zwischen den Stirnflächen und der zumindest einen Mantelfläche ausgebildet sind und/oder zumindest einer der Kanten im Bereich der Ausnehmung gebrochen bzw. mit einer Fase versehen sind.

[0012] Durch die Verwendung jeweils einer eigenen, gesonderten Matrize mit einem eigenen, gesonderten Pressstempel bzw. einer eigenen Patrize pro Verdichtungsschritt wird der Vorteil erreicht, dass durch die Möglichkeit der exakten Abstimmung des Matrizeninnendurchmessers auf den Durchmesser des Pressstempels bzw. des Durchmessers der Patrize auf den Durchmesser der Ausnehmung in dem Sinterbauteil - unter Berücksichtigung des Aufmaßes für die Verdichtung - die Gratbildung durch die Werkstoffverdrängung in einem Spalt zwischen dem Pressstempel und der Matrize, wie dies im Stand der Technik möglich ist, zumindest annähernd vollständig ausgeschlossen werden kann, sodass also derartige Umformgrate nicht entstehen und damit die mechanische Nachbearbeitung zur Entfernung dieser Umformgrate vermieden werden kann. Damit kann also das Herstellungsverfahren derartiger hochverdichteter Sinterbauteile nicht nur verkürzt werden, sondern aufgrund des Entfalls eines zusätzlichen Arbeitsschrittes auch günstiger durchgeführt werden. Zudem sind die Werkzeuge im Vergleich zu jenen Werkzeugen aus dem Stand der Technik zur Verdichtung von Sinterbauteilen relativ einfach ausgeführt, womit auch diese Werkzeuge günstiger hergestellt werden können. Darüber hinaus ist es bei einer Beschädigung bzw. verwendungsgemäßer Abnutzung nur mehr erforderlich die jeweilige Matrize bzw. Patrize auszutauschen, und nicht das gesamte Matrizenwerkzeug für die vollständige Verdichtung, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist. Es konnte auch beobachtet werden, dass die bei derartigen Verfahren üblicherweise auftretende Flitterbildung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung reduziert wird, wodurch sich die Nachbearbeitung der Sinterbauteile ebenfalls reduzieren lässt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung, d.h. das erfindungsgemäße Werkzeug, kann mit relativ geringen Presskräften, die meist unter 20 t/cm2 liegen, arbeiten, sodass also ein werkzeugschonender Betrieb mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. durch das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht wird und damit in der Folge auch geringere Kosten durch geringeren Werkzeugverschleiß entstehen. Eine geringere Umformgratbildung konnte auch beobachtet werden wenn Sinterhalbfertigbauteile verwendet werden, deren entsprechende Kante(n) gebrochen bzw. mit einer Fase versehen ist bzw. sind.

[0013] Gemäß einer Ausführungsvariante der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Matrizen und/oder die Patrizen auf einem gemeinsamen Werkzeughalter angeordnet sind. Es wird damit die Handhabung der Vorrichtung, insbesondere im Hinblick auf die Serienfertigung von Sinterbauteilen, vereinfacht, wobei es möglich ist, dass in der ersten Matrize ein zu verdichtendes Sinterbauteil zugeführt ist und bereits in einer weiteren Matrize ein halbverdichtetes Sinterbauteil gleichzeitig verdichtet wird durch eine einzige Hubbewegung des Gesenkes. Insbesondere ist dabei von Vorteil, dass die Matrizen und/oder Patrizen in einem konstanten Abstand zueinander ständig gehalten werden können, wodurch die Automatisierung vereinfacht wird.

[0014] In einer besonderen Ausführungsvariante hierzu können die Matrizen durch den Werkzeughalter selbst gebildet sein, d.h. durch entsprechende Öffnungen im Werkzeughalter, deren Seitenwände ggf. hartstoffbeschichtet bzw. generell beschichtet sein können, um die Abnutzung während der Verdichtung zu minimieren.

[0015] Dieser Werkzeughalter kann in Draufsicht zumindest annähernd rechteckig, quadratisch oder kreisförmig ausgebildet sein, sodass die Vorrichtung einerseits im Rundtaktverfahren oder aber im Lineartaktverfahren betrieben werden kann. Im Falle der rechteckigen bzw. quadratischen Ausführung ist es von Vorteil, wenn der Werkzeughalter keine Linearbewegung durchführt, sondern die Sinterbauteile in den einzelnen Verdichtungsstufen entsprechend übergeben werden. Im Falle der kreisförmigen Ausführung des Werkzeughalters kann dieser mit einem Schrittmotor verbunden sein, um die Taktung zu erreichen.

[0016] Pro Matrize können weiters jeweils zwei in axialer Richtung einander gegenüber angeordnete Pressstempel angeordnet sein, sodass also das zu verdichtende Sinterbauteil zwischen diesen beiden Pressstempeln, die als Ober- und Unterstempel ausgeführt sind, eingespannt 3/20 österreichisches Patentamt AT507 913B1 2013-08-15 werden kann bzw. vorgespannt zwischen diesen beiden Stempeln durch die Matrize geführt wird. Wiederum ist es dabei von Vorteil, dass pro Verdichtungsstufe eine eigene Matrize angeordnet ist, sodass also die Pressstempel an den Durchmesser der Matrize angepasst sind und damit die Gratbildung zumindest weitestgehend verhindert werden kann. Zudem ist durch die Anordnung von zwei Pressstempeln der Vorteil erzielbar, dass höher verdichtete Sinterbauteile mit homogenerem Gefüge erreichbar sind.

[0017] Zumindest die Eintrittsöffnung jeder Matrize, vorzugsweise auch die Austrittsöffnung, kann mit einer Querschnittserweiterung und/oder die Patrizen an zumindest einem Ende mit einer Querschnittsverringerung versehen sein. Durch diese Ausbildungen wird eine Einführhilfe einerseits des Sinterbauteils in die Matrize andererseits der Patrize in die Ausnehmung des Sinterbauteils erreicht und wird damit ebenfalls die Vermeidung der Entstehung von Umformgraten und Flitter unterstützt.

[0018] Es besteht weiters die Möglichkeit, dass für die Übergabe des Sinterbauteils zwischen den Matrizen jeweils ein Bauteilhalter angeordnet ist, der eine Ausnehmung bzw. einen Durchbruch mit einen Innendurchmesser aufweist, der zumindest annähernd den Innendurchmesser der Matrize entspricht, von der der Sinterbauteil an die nachfolgende Matrize übergeben wird. Es erfolgt also in diesem Fall keine Entspannung des Sinterbauteils zwischen zwei Verdichtungsschritten, sodass die Reduzierung des Matrizeninnendurchmessers zwischen zwei Verdichtungsschritten in größeren Stufen ausgebildet sein kann und damit die Verdichtung selbst in kürzerer Zeit durchgeführt werden kann. Darüber hinaus wird durch diesen Bauteilhalter die Handhabung der Sinterbauteile während der Übergabe zwischen zwei Matrizen vereinfacht.

[0019] Es ist jedoch auch möglich, dass der Bauteilhalter für die Übergabe einen größeren Innendurchmesser als die Matrize aufweist, von der der Sinterbauteil an die nachfolgende Matrize übergeben wird, um damit in den Schritten zwischen der Verdichtung eine elastische Entspannung zu erreichen. Es kann damit ein Dichtegradient im Sinterbauteil ausgebildet werden. Analoges gilt für die Verwendung der Patrizen. Auch in diesem Fall ist eine Zwischenentspannung zwischen zwei Verdichtungsschritten möglich.

[0020] Von Vorteil ist dabei, wenn der größer Durchmesser des Bauteilhalters maximal 95 % des Durchmessers des Sinterformteils nach freier Entspannung entspricht (obwohl im Rahmen der Erfindung auch 100 % prinzipiell möglich sind), sodass als nur 95 % der elastischen Entspannung des Sinterformteils nach dem Verdichtungsschritt zugelassen wird. Es wird damit der Transport des Sinterbauteils zwischen den Matrizen vereinfacht, da in diesem Fall das teilweise entspannte Sinterformteil noch an der Wandung des Bauteilhalters anliegt.

[0021] Bevorzugt ist ein Innendurchmesser der Querschnittserweiterung der aufnehmenden Matrize, also der Einführhilfe, zum Innendurchmesser des Bauteilhalters der abgebenden Matrize zumindest annähernd gleich groß ausgebildet, sodass die Übergabe des halbverdichtenden Sinterbauteils von dem Bauteilhalter in den weiteren Verdichtungsschritt, d.h. in die aufnehmende Matrize, vereinfacht werden kann, insbesondere auch die Positionierung des Bauteilhalters über der aufnehmenden Matrize ein größere Varianz aufweisen kann.

[0022] Gemäß einer weiteren Variante der Vorrichtung ist vorgesehen, dass eine Folge von aufeinander folgenden Matrizen und/oder Patrizen abwechselnd jeweils einen konstanten Innendurchmesser und einen abnehmenden Matrizeninnendurchmesser und/oder Patrizenau-ßendurchmesser aufweist. Es ist damit nicht nur ein quasi stufenloser Übergang zwischen Matrizen mit konstantem Durchmesser durch die den abnehmenden Innendurchmesser aufweisenden Matrize möglich, sondern können damit auch das Verdichtungsverhalten selbst während des gesamten Verdichtungsverfahrens und die Bauteileigenschaften positiv beeinflusst werden.

[0023] Die Reduzierung des Innendurchmessers innerhalb einer Matrize kann dabei ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,05 % und einer oberen Grenze von 25 % bezogen auf den größeren Durchmesser der Eintrittsöffnung der Matrize.

[0024] Zur Erhöhung der Bauteilgenauigkeit ist es von Vorteil, wenn die letzte Matrize bzw. 4/20 österreichisches Patentamt AT507 913B1 2013-08-15

Patrize eine Kalibriermatrize bzw. Kalibrierpatrize ist, die einen Kalibrierdurchmesser aufweist, der der Sollabmessung des Sinterbauteils entspricht. Zu berücksichtigen ist dabei, die möglicherweise auftretende elastische Verformung der Sinterbauteils, sodass ggf. der Kalibrierdurchmesser geringfügig, d.h. um 0,2 % bis 10 %, unterhalb des äußeren Solldurchmessers des Sinterbauteils bei Matrizen bzw. oberhalb des Solldurchmessers der Ausnehmung bei Patrizen liegt.

[0025] Eine Verringerung des Matrizeninnendurchmessers bzw. Vergrößerung des Patrizenau-ßendurchmessers zwischen zwei aufeinanderfolgende Matrizen bzw. Patrizen kann ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,05 % und einer oberen Grenze von 20 % bezogen auf den Matrizeninnendurchmesser der jeweils vorhergehenden Matrize bzw. den Patrizenaußendurchmesser der jeweils vorhergehenden Patrize. Mit diesen Querschnittsveränderungen zwischen zwei aufeinander folgenden Matrizen bzw. Patrizen konnten besonders gute Ergebnisse bzgl. der Vermeidung von Umformgraten und der Flitterbildung während des Verdichtens erzielt werden.

[0026] Es ist dabei möglich, dass die Verringerung des Matrizeninnendurchmessers bzw. der Vergrößerung des Patrizenaußendurchmessers zwischen zwei aufeinander folgenden Matrizen bzw. Patrizen ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,1 % und einer oberen Grenze von 15 %.

[0027] Weiters ist es möglich, dass das Verhältnis zwischen einer Matrizenhöhe in mm und der Durchmesserverringerung in % bezogen auf die Matrizeninnendurchmesser zweier aufeinander folgender Matrizen ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 50 zu 0,05 und einer oberen Grenze von 50 zu 20. Es wurde im Zuge der Erprobung der Erfindung gefunden, dass für die Vermeidung der Bildung eines Umformgrates bzw. der Flitterbildung es von Vorteil ist, wenn die Matrizenhöhe in einem bestimmten Verhältnis zur Durchmesserverringerung steht.

[0028] Weiters kann eine Matrizenhöhe mindestens 110 % der Sinterbauteilhöhe in gleicher Richtung betragen, sodass also die Matrize länger ist als der Sinterbauteil und damit der Weg durch die Matrize verlängert wird, sodass der elastische Anteil der Umformung, d.h. die Durchmessererweiterung des Sinterbauteils nach dem Herausführen aus der Matrize reduziert werden kann.

[0029] Insbesondere kann eine Matrizenhöhe ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 110 % und einer oberen Grenze von 400 % der Sinterbauteilhöhe in gleicher Richtung. Die Matrizenhöhe kann auch ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 120 % und einer oberen Grenze von 180 % bzw. aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 140 % und einer oberen Höhe von 160 % der Sinterbauteilhöhe in gleicher Richtung.

[0030] Es besteht jedoch im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass die Matrizenhöhe mindestens 50 % der Sinterbauteilhöhe beträgt, sodass also die Matrize kürzer als das Sinterbauteil in gleicher Richtung ist.

[0031] Gemäß einer Variante des Verdichtungsverfahrens ist vorgesehen, dass der Sinterbauteil zwischen zwei Verdichtungsschritten um 180° gewendet wird, also die Oberseite zur Unterseite und die Unterseite zur Oberseite wird. Wiederum ist damit eine bessere Vermeidung von Umformgraten und Flitter erzielbar, wobei gleichzeitig auch die Bauteilgenauigkeit erhöht werden kann.

[0032] Es kann weiters vorgesehen sein, dass der Sinterbauteil in einer Matrize bzw. eine Patrize im Sinterbauteil vor- und zurückbewegt wird, insbesondere wieder durch die Öffnung der Matrize bzw. im Sinterbauteil entfernt wird, durch die der Sinterbauteil in die Matrize bzw. die Patrize in den Sinterbauteil eingebracht wird. Durch den mehrmaligen Durchlauf dieser Verdichtungsstrecke kann die Verdichtungswirkung vergleichmässigt werden und somit Bauteile höherer Genauigkeit bzw. konstanterer Eigenschaften erreicht werden. Insbesondere ist es damit auch möglich, einen entstehenden Dichtegradienten von der verdichteten Oberfläche in das 5/20 österreichisches Patentamt AT507 913 B1 2013-08-15

Sinterbauteilinnere hinsichtlich seiner Steigung zu beeinflussen.

[0033] Es kann aber zum Unterschied dazu, dass also das Sinterbauteil zur Gänze in die Matrize eintaucht, auch vorgesehen sein, dass der Sinterbauteil nur teilweise in die Matrize bzw. Patrize nur teilweise in die Ausnehmung des Sinterbauteils eingetaucht wird, sodass also Sinterbauteile mit unterschiedlichen Eigenschaften über ihre Höhe hergestellt werden können.

[0034] Weiters kann vorgesehen sein, dass in einem Verdichtungsschritt eine Querschnittsverringerung des Sinterbauteils durchgeführt wird, der ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,05 % und einer oberen Grenze von 20 %, bezogen auf den Querschnitt vor der Verdichtung des Sinterbauteils in diesem Verdichtungsschritt. Insbesondere durch derartige Umformgrade kann erzielt werden, dass die Beanspruchung des Sinterbauteils gleichmäßiger erfolgt und somit Sinterbauteile konstanterer Eigenschaften und höherer Genauigkeit erhalten werden.

[0035] Die Querschnittsverringerung in einem Verdichtungsschritt kann dabei auch ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,07 % und einer oberen Grenze von 0,3 % bzw. aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 2 % und einer oberen Grenze von 8%.

[0036] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

[0037] Es zeigen jeweils in stark schematisch vereinfachter Darstellung: [0038] Fig. 1 eine erste Variante der Oberflächenverdichtung eines Sinterbauteils in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; [0039] Fig. 2 [0040] Fig. 3 [0041] Fig. 4 [0042] Fig. 5 [0043] Fig. 6 eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung; einen Werkzeughalter in Draufsicht; den Werkzeughalter nach Fig. 3 in Seitenansicht geschnitten; eine Ausführungsvariante eines Werkzeughalters in Draufsicht; eine Variante eines Werkzeughalters mit angeordneten Patrizen in Seitenansicht geschnitten.

[0044] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.

[0045] Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mit umfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereich beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1 oder 5,5 bis 10.

[0046] Prinzipiell erfolgt die Herstellung der Sinterbauteile mit Ausnahme der Verdichtung nach dem Sintern bzw. Vorsintern den bekannten Verfahrensrouten. Es wird also bspw. eine Eisen-Pulvermischung mit insgesamt bis zu 10 Gew.-%, insbesondere bis zu 7 Gew.-%, metallischen Nichteisenlegierungselementen, wie bspw. Molybdän, Nickel, Kupfer oder Chrom, bis zu 5 Gew.-%, insbesondere bis zu 3 Gew.-%, Graphit, bis zu 3 Gew.-%, insbesondere bis zu 6/20 österreichisches Patentamt AT 507 913 B1 2013-08-15 1,5Gew.-%, Presshilfsmittel und bis 1 Gew.-%, insbesondere bis zu 0,5 Gew.-%, organisches Bindemittel hergestellt. Diese Pulvermischungen, insbesondere die Zusammensetzung, ist für die Erfindung nicht limitierend zu verstehen, wenngleich die Erfindung insbesondere bei schwer verpressbaren Sinterstählen bzw. derartigen hoch-chromhältigen Pulvern Vorteile erbringt.

[0047] Diese Mischungen werden bspw. konventionell als Reineisenpulver oder vor- oder anlegierten Eisenpulvern als Basismaterial und Zugabe von Legierungselementen sowie Presshilfsmittel hergestellt, oder es werden so genannte Muttermischungen in hochkonzentrierter Form, ev. auch unter Einsatz von Temperatur und/oder Lösungsmitteln, vorgemischt und anschließend mit Eisenpulver vermengt oder durch Zugabe der einzelnen Bestandteile direkt das Eisenpulver vermischt.

[0048] Typische Mischungen sind bspw.: [0049] 1) Fe mit 0,85 Gew.-% Mo vorlegiert + 0,1 Gew.-% bis 0,3 Gew.-% C + 0,4 Gew.-% bis 1,0 Gew.-% Presshilfsmittel und ev. Bindemittel [0050] 2) Fe + 1 Gew.-% bis 3 Gew.-% Cu + 0,5 Gew.-% bis 0,9 Gew.-% C + 0,3 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% Presshilfsmittel und ev. Bindemittel.

[0051] 3) Ast CrL (Eisenpulver mit Chrom und Molybdän vorlegiert) + 1 Gew.-% bis 3 Gew.-% Cu + 0,1 Gew.-% bis 1 Gew.-% C + 0,3 Gew.-% bis 1 Gew.-% Presshilfsmittel und ev. Bindemittel.

[0052] Die derart vorbehandelten Eisenpulvermischungen bzw. diese Eisenpulvermischungen werden insbesondere durch koaxiale Pressverfahren verdichtet und in Form gebracht. Hierbei ist darauf zu achten, dass die während der nachfolgenden Prozessschritte entstehenden Form-und Gestaltsänderungen bei der Herstellung der Presswerkzeuge bereits berücksichtigt sind. Je nach Schüttdichte und theoretischer Dichte der Pulvermischungen sind Pressdrücke von 600 MPa bis 1200 MPa erforderlich.

[0053] Die auf diese Weise gewonnenen Grünlinge werden durch thermische Behandlung, ggf. unter Einwirkung von zumindest teilweise aufkohlenden Atmosphärengasen, vorgesintert. Hierbei werden reduzierende Atmosphärengase durch Verwendung von Stickstoff-Wasserstoff-Gemische mit bis zu 30 Vol.-% Wasserstoffanteil eingesetzt. Optional können auch Aufkohlungsgase (Endogas, Methan, Propan, oder dgl.) verwendet werden.

[0054] Die Temperaturen beim Sintern liegen zwischen 1100°C und 1350Ό je nach verwendetem Legierungssystem, die Sinterzeit kann zwischen 10 min und 2 h betragen. Anschließend an das Sintern erfolgt das Verdichten zumindest in oberflächennahen Bereichen von einem Rohdurchmesser auf einen Enddurchmesser, wie dies im nachstehenden noch näher erläutert wird.

[0055] Nach dieser Oberflächenverdichtung können vor der optionalen Wärmebehandlung (z.B. Einsatzhärten oder Niederdruckaufkohlen mit anschließender Gas- oder Ölabschreckung) die Bauteile ggf. thermisch entfettet werden. Werden sinterhärtende Werkstoffe verwendet, so kann entweder ein weiterer Sinterprozess mit anschließender Härtung aus der Sinterhitze durchgeführt werden, oder nicht aufkohlende Verfahren wie Induktivhärten.

[0056] Abschließend sind noch mechanische Nachbearbeitungen oder Beschichtungen etc. möglich.

[0057] Fig. 1 zeigt nun eine erste Variante eines Verfahrensablaufes zur Verdichtung zumindest der Oberfläche bzw. der oberflächennahen Bereiche eines Sinterbauteils 1 in einer Vorrichtung 2, wobei nur zwei Verdichtungsschritte in mehreren Prozessschritten, die mit I bis VIII bezeichnet sind, dargestellt sind.

[0058] Die Vorrichtung 2 umfasst in diesem Fall zwei Matrizen 3 und 4, die nur teilweise dargestellt sind, in denen das Sinterbauteil 1 nach dem Sintern bzw. dem Vorsintern durch koaxiales Pressen schrittweise an einer äußeren Oberfläche 11 verdichtet wird, sodass ein Durchmesser 12 des Sinterbauteils 1 schrittweise verringert wird, bis dieser nach dem Verlassen der Matrize 4 das Sollmaß aufweist, bzw. einer oder mehreren weiteren Matrizen zur Erreichung des Soll- 7/20 österreichisches Patentamt AT507 913B1 2013-08-15 maßes übergeben wird. Die Verdichtung erfolgt mittels koaxialem Pressen, wozu bei dieser Ausführungsvariante zwei Pressstempel 13 in Form eines Oberstempels 14 und eines Unterstempels 15 angeordnet sind, zwischen denen das Sinterbauteil 1 zumindest während der einzelnen Verdichtungsschritte eingespannt wird, wozu der Oberstempel 13 von oben auf das Sinterbauteil 1 und der Unterstempel 15 von unten auf das Sinterbauteil 1 drücken kann, wie dies durch Pfeile 16 angedeutet ist.

[0059] Die Matrizen 3, 4 weisen also an einer inneren Oberfläche 17 der Formausnehmung, die zur Anlage an die Oberfläche 11 des Sinterbauteils 1 gelangt, ein negatives Werkzeugaufmaß auf, um die Durchmesserverringerung des Sinterbauteils 1 zu erreichen. Dieses negative Werkzeugaufmaß kann dabei im Bereich der gesamten Oberfläche 17 oder auch nur bereichsweise an bestimmten Stellen, die den zu verdichtenden Oberflächenbereichen des Sinterbauteils 1 entsprechen, ausgebildet sein. Es sind auch über die innere Oberfläche 17 der Matrize 3, 4 unterschiedliche negative Werkzeugaufmaße möglich, um unterschiedliche Oberflächenverdichtungen zu erreichen, bzw. können die verschiedenen Matrizen 3, 4 ein unterschiedliches Verdichtungsverhalten durch Ausbildung unterschiedlicher Verdichtungszonen mit bereichsweisen unterschiedlichen negativen Werkzeugaufmaßen aufweisen. Es ist weiters möglich, dass die relative Verringerung des negativen Werkzeugaufmaßes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Verdichtungsschritten nicht über die gesamte Verdichtung gleich hoch ist, sondern dass die relative Durchmesseränderung variiert, also beispielsweise zwischen den Matrizen 3, 4 höher oder niedriger ist, als zwischen der Matrize 4 und einer darauf folgenden Matrize.

[0060] Obwohl nicht zwingend notwendig wird jedoch bevorzugt, dass die Matrizen 3, 4 im Bereich einer Eintrittsöffnung 18 für den Sinterbauteil 1 eine Querschnittserweiterung 19 aufweisen, um das Einführen des Sinterbauteils 1, der vor dem Einführen einen größeren Außendurchmesser als die Formausnehmung der Matrize aufweist, in die Matrize zu erleichtern. Gegebenenfalls kann auch eine Austrittsöffnung 20 aus den Matrize 3, 4, welche der Eintrittsöffnung 18 in axialer Richtung gegenüberliegend angeordnet ist, mit einer derartigen Querschnittserweiterung 19 (nicht dargestellt) ausgestattet sein. Die Querschnittserweiterung 19 kann im einfachsten Fall, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, in Form einer Abschrägung ausgebildet sein, d.h. die Kante der Matrize ist im Bereich der Eintrittsöffnung 18 gebrochen, also mit einer Fase versehen ist, wobei diese Fase nicht wie in Fig. 1 dargestellt, geradlinig bzw. ebenflächig ausgebildet sein muss, sondern auch mit einer Rundung versehen sein kann (sowohl einer Negativ- als auch einer Positivrundung, d.h. mit einer Rundung nach außen bzw. einer Rundung nach innen), es besteht aber auch die Möglichkeit, wie dies insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, dass diese Querschnittserweiterung 19 einen zumindest annähernd vertikal ausgerichteten Einlaufbereich 21 aufweist, der in Form einer Abschrägung in den eigentlichen Matrizenabschnitt mit dem gewünschten negativen Werkzeugaufmaß übergeht, wobei auch in diesem Fall die äußere Kante zur Deckfläche der Matrize ebenfalls gebrochen sein kann.

[0061] Die Fig. 1 zeigt im Prinzip zwei Verdichtungsschritte, nämlich in Form der Prozessstufen I bis IV und der Prozessstufen V bis VIII. Selbstverständlich ist diese Anzahl an Verdichtungsschritten für die Erfindung nicht beschränkend sondern richtet sich diese Anzahl einerseits nach dem verwendeten Pulver, andererseits nach dem gewünschten Verdichtungsgrad, sodass also durchaus mehr als zwei Matrizen 3, 4 bspw. drei, vier, fünf, sechs, etc. Matrizen angeordnet sein können, jeweils mit einem verringerten Matrizeninnendurchmesser im Vergleich zur vorgehenden Matrize 3, 4.

[0062] Für jeden Verdichtungsschritt sind die Pressstempel 13 jeweils an den Innendurchmesser der jeweiligen Matrizen 3, 4 zumindest annähernd genau angepasst, d. h., dass ein Außendurchmesser 22 der Pressstempel 13, d. h. jener Durchmesser des Teils des Pressstempels 13 der durch die Matrize 3, 4 gedrückt wird, einem Matrizeninnendurchmesser 23 zumindest annähernd entspricht.

[0063] Mit zumindest annähernd ist gemeint, dass der Außendurchmesser 22 der Pressstempel 13 bevorzugt so ausgebildet ist, dass er geringfügig kleiner ist als der Matrizeninnendurchmesser 23, sodass die Pressstempel 13 gerade durch die Öffnung der Matrize 3, 4 passen, wobei 8/20 österreichisches Patentamt AT507 913B1 2013-08-15 auch Abweichungen bis max. 1 % möglich sind, also der Außendurchmesser 22 um einen definierten Wert kleiner ist als der Matrizeninnendurchmesser 23 ohne das damit eine Gratbildung bzw. Flitterbildung am Sinterbauteil 1 auftritt.

[0064] Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst das Verfahren pro Matrize 3, 4 vier Verfahrensschritte I bis IV bzw. V bis VIII, nämlich das Eintauchen des Sinterbauteils 1 in die Matrize 3, 4 (I bzw. V), das Durchdrücken des Sinterbauteils 1 durch die Matrize 3, 4 (II bzw. VI), den Austritt des Sinterbauteils 1 aus der Matrize 3, 4 (III bzw. VII) sowie die Umkehr der Bewegungsrichtung, sodass der Sinterbauteil 1 neuerlich durch die Matrize 3, 4 in der anderen Richtung bewegt wird (IV bzw. VIII), also der Sinterbauteil die Matrize 3, 4 nach dem jeweiligen Verdichtungsschritt wiederum durch die Eintrittsöffnung 18 verlässt. Es wird mit dieser Bewegungsrichtungsumkehr eine höhere Genauigkeit des Sinterbauteils 1, d.h. dessen Geometrie erreicht, insbesondere auch die Verdichtung vergleichmässigt.

[0065] Im Rahmen der Erfindung besteht aber auch die Möglichkeit, dass der Sinterbauteil 1 nach dem Austritt aus der Matrize 3, 4 über die Austrittsöffnung 20 an die nächste Matrize 4 mit kleineren Matrizeninnendurchmesser 23 übergeben wird, also auf die Prozessschritte IV bzw. VIII verzichtet wird.

[0066] Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass der Sinterbauteil 1 nicht zur Gänze durch die Matrizen 3, 4 bewegt wird, d.h. durch diese gedrückt wird, sondern lediglich in die Matrizen 3, 4 eintaucht und durch Bewegungsumkehr wiederum über die Eintrittsöffnungen 18 die Matrizen 3, 4 verlässt. Dabei ist es möglich, dass der Sinterbauteil 1 nicht zur Gänze in die Matrizen 3, 4 eingeführt wird, sondern nur über einen Teilbereich seiner Höhe, um bspw. eine unterschiedliche Verdichtung über die Bauteilhöhe zu erreichen.

[0067] Zur weiteren Absicherung der Vermeidung der Umformgratbildung bzw. Flitterbildung besteht die Möglichkeit, dass eine Kante 24 des Sinterbauteils 1 im Bereich des Übergangs zwischen einer oberen Stirnfläche 25 bzw. einer unteren Stirnfläche 26 und einer Mantelfläche 27 gebrochen bzw. mit einer Fase versehen sind, wie dies in Fig. 1 in VIII strichliert dargestellt ist.

[0068] Die Verdichtung selbst erfolgt mit aus dem Stand der Technik bekannten Gesenken, sodass auf diese nicht näher eingegangen wird, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden. Der Transport der Sinterbauteile 1 von einem Gesenk zum nächsten kann dabei automatisiert oder manuell erfolgen, wobei die automatisierte Version die bevorzugte ist und hierzu bekannte Übergabevorrichtungen verwendet werden können.

[0069] Zwischen den einzelnen Matrizen 3, 4 kann zur Verbesserung des Verdichtungsergebnisses das Sinterbauteil 1 auch um 180“gewendet werden, sodass also die obere Stirnfläche 25 zur unteren Stirnfläche 26 und die untere Stirnfläche 26 zur oberen Stirnfläche 25 wird.

[0070] Durch diese Aufteilung der einzelnen Verdichtungsschritte auf mehrere Matrizen 3, 4 können die erforderlichen Presskräfte im Vergleich zu Verdichtungsverfahren aus dem Stand der Technik reduziert werden, sodass diese bspw. max. 20 t/cm2 betragen. Durch die Verringerung der Presskräfte werden die verwendeten Werkzeuge, insbesondere die Matrizen 3, 4 im Vergleich zum Stand der Technik Verfahren mehr geschont, sodass diese höhere Standzeiten aufweisen.

[0071] Es sei der Vollständigkeit halber erwähnt, dass die Matrizen 3, 4 an ihren inneren Oberflächen 11 und/oder die Pressstempel 13 mit einer Beschichtung, d.h. Hartstoffbeschichtung, versehen sein können bzw. einem Hartstoffeinsatz aufweisen können.

[0072] Die Matrizen 3, 4 selbst bzw. die Pressstempel 13 sind aus den für diesen Zweck üblichen Werkstoffen bspw. Stahl etc., gefertigt.

[0073] Es können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 Sinterbauteile 1 hergestellt werden, die einen zur Oberfläche 11 hin ansteigenden Dichtegradienten aufweisen. Durch entsprechendes Werkzeugdesign kann eine entlang der Umfangskontur lokal unterschiedlich starke Verdichtung erreicht werden, wie dies voranstehend bereits ausgeführt wurde. 9/20 österreichisches Patentamt AT507 913B1 2013-08-15 [0074] Fig. 2 zeigt eine Ausführungsvariante der Vorrichtung 2 unter Verwendung von drei Matrizen 3, 4, 28, wobei auch hier wiederum die Anzahl der einzelnen Matrizen 3, 4, 28 nicht beschränkend zu sehen ist. Obwohl bei dieser Ausführungsvariante nur ein oberer Pressstempel 13, d.h. der Oberstempel 14, pro Matrize 3, 4, 28 dargestellt ist, besteht auch bei dieser Ausführungsvariante die Möglichkeit den Sinterbauteil 1 zwischen zwei Pressstempel 13 einzuspannen.

[0075] Den ersten beiden Matrize 3, 4 ist jeweils ein Bauteilhalter 29, 30 zugeordnet, insbesondere abstandslos zur jeweiligen Matrize an dieser angeordnet, in dem der Sinterbauteil 1 nach dem Verlassen der jeweiligen Matrize 3, 4 durch die Austrittsöffnung 20 hineingepresst wird, wie dies aus Schritt II aus Fig. 2 ersichtlich ist. Dieser Bauteilhalter 29, 30 ist als gesondertes Bauteil ausgebildet, und weist eine Höhe auf, die zumindest annähernd der Höhe des Sinterbauteils 1 in derselben Richtung entspricht, bevorzugt jedoch höher ausgebildet ist, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Es wird damit erreicht, dass der Sinterbauteil 2 ohne Entspannung zwischen den einzelnen Verdichtungsschritten, d.h. ohne die elastische Rückfederung des Sinterbauteils 1, zusammen mit dem Bauteilhalter 29 bzw. 30 an die jeweilige folgende Matrize, d.h. bspw. von der Matrize 3 auf die Matrize 4 bzw. der Matrize 4 auf die Matrize 28 übergeben wird. Der Bauteilhalter 29, 30 weist eine Ausnehmung 31, 32 auf, deren Innendurchmesser 33, 34 zumindest annähernd dem Durchmesser der nächstfolgenden Matrize entspricht, als bspw. der auf die Matrize 3 folgende Matrize 4, also entweder dem Matrizeninnendurchmesser 23 oder dem Durchmesser der Querschnittserweiterung 19 entspricht. Es ist jedoch auch möglich, dass zumindest einer der Innendurchmesser 33, 34 der Bauteilhalter 29, 30 größer ist, als der Innendurchmesser der jeweils auf die vorhergehende Matrize 3 folgende Matrize 4, sodass also zwischen zwei aufeinander folgenden Matrizen 3, 4 im Bauteilhalter 29, 30 eine elastischen Entspannung des Sinterbauteils 1 erfolgen kann.

[0076] Zur Übergabe des Sinterbauteils 1 von einer Matrize 3, 4 auf eine daran folgende Matrize 4, 28 mit kleinerem Matrizeninnendurchmesser 23 als die vorgehende Matrize 3, 4 wird dieser Bauteilhalter 29, 30 über die jeweilige Öffnung der Matrizen 4, 28 platziert und mit dem entsprechenden, der jeweiligen Matrize 4, 28 zugeordneten Pressstempel 13 in die Matrize 4, 28 gedrückt, wie dies bspw. in den Schritten III bzw. VI dargestellt ist. Die Übergabe zwischen den Matrizen 3, 4 bzw. 4, 28 kann dabei ausschließlich vertikal erfolgen, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist, sodass also das Sinterbauteil 1 abwechselnd von oben und von unten in die jeweiligen Matrizen 3, 4, 28 eingeführt wird, bzw. ist es auch möglich, dass zusätzlich zur vertikalen Bewegung eine horizontale Bewegung der Bauteilhalter 29, 30 durchgeführt wird und die Sinterbauteile 1 jeweils über die Eintrittsöffnung 19 den einzelnen Matrizen 3, 4, 28 zugeführt wird. Zusätzlich kann wiederum der Sinterbauteil 1 zusammen mit dem Bauteilhalter 29, 30 gewendet werden.

[0077] Selbstverständlich muss in der letzten Verdichtungsstufe kein eigener Bauteilhalter 29, 30 angeordnet sein. In dem Stufen V und VI ist deshalb lediglich ein Bauteilhalter 35 strichliert angedeutet, um darzustellen, dass das Verfahren durchaus mehr als drei Stufen aufweisen kann bzw. durchaus mehr als drei Matrizen 3, 4, 28 angeordnet sein können.

[0078] Die Übergabe der Bauteilhalter 29, 30 erfolgt auch hier wiederum mit üblichen Manipuliervorrichtungen.

[0079] Neben der Ausbildung der Vorrichtung 1 mit Einzelmatrizen in gesonderten Gesenken besteht die Möglichkeit, Matrizen 3, 4, 28, 36 auf einem gemeinsamen Werkzeughalter 37 anzuordnen, wie dies in den Fig. 3 bis 5 dargestellt ist. Dieser Werkzeughalter 37 kann dabei in Draufsicht eine zumindest annähernd quadratische, rechteckige oder runde Geometrie aufweisen. Für das Einsetzen der Matrizen 3, 4, 28 ,36 in den Werkzeughalter 37 weist dieser entsprechende Ausnehmungen auf, wobei die Matrizen 3, 4, 28, 36 mit dem Werkzeughalter 37 jeweils fix verbunden sein können oder aber auch nur eingehängt, bspw. über einen an den Matrizen 3, 4, 28, 35 angeordneten vorstehenden Rand bzw. Bund, wie dies aus Fig. 4 strichliert ersichtlich ist. Des weiteren ist es möglich, dass der Werkzeughalter 37 selbst, d.h. die Ausnehmungen im Werkzeughalter 37, die Matrizen 3, 4, 28, 36 bilden und können auch diese 10/20 österreichisches Patentamt AT507 913B1 2013-08-15

Ausnehmungen oberflächlich mit verschleißhemmenden Beschichtungen, bspw. Hartstoffbeschichtungen, oder entsprechenden Einsätzen versehen sein.

[0080] Es ist damit möglich auf gesonderte Übergabehilfen bzw. den Bauteilhalter 29, 30, 35 zu verzichten, da für die Übergabe zwischen verschiedenen Gesenken lediglich der Werkzeughalter 37 entsprechend taktend weitergeführt wird, während der Sinterbauteil auf einem der beiden Pressstempel 13 verbleibt, beispielsweise mit linearen Takt (Fig. 3, 4) oder im Rundtakt (Fig. 5). Im ersten Takt können die Sinterbauteile (z.B. Fig. 1) und/oder im letzten Takt automatisch zu und/oder abtransportiert werden, wozu entsprechende Greifer oder Vereinzelungsvorrichtung etc. vorhanden sein können.

[0081] Des Weiteren ist es möglich in einem Mehrfachgesenk derartige Werkzeughalter 37 zu verwenden, d.h. dass pro Verdichtungshub des Gesenkes mehrere Sinterbauteile 1 gleichzeitig bearbeitet werden.

[0082] Wie insbesondere aus Fig. 4 ersichtlich ist, können die Matrizen 3, 4, 28, 36 eine größere Höhe aufweisen als eine Dicke des Werkzeughalters 37. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Dicke des Werkzeughalters 37 zumindest annähernd der Höhe der Matrizen 3, 4, 28, 36 entspricht, sodass die Matrizen 3, 4, 28, 36 relativ dünnwandig ausgebildet sein können, da eine entsprechende Abstützung für den Werkzeughalter 37 erfolgt. Im Falle der Ausführung der Matrizen 3, 4, 28, 36 durch den Werkzeughalter 37 selbst weist dieser üblicherweise auch eine entsprechend größere Dicke auf, als dies in Fig. 4 dargestellt ist.

[0083] Die bisher beschriebenen Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 zielten darauf ab, die Außengeometrie des Sinterbauteils 1 zu verdichten, d.h. dessen äußere Oberfläche 11. Es besteht im Rahmen der Erfindung jedoch auch die Möglichkeit, insbesondere bei Sinterbauteilen 1 mit zumindest annähernd kreisförmigen Ausnehmungen, die innere Geometrie dieser Ausnehmungen, also bspw. bei einem Zahnrad die Wellenaufnahme, zu verdichten. Dazu zeigt Fig. 6 ein Patrizenwerkzeug 38 mit Patrizen 39, 40, 41, 42, 43 in Form von Stempeln mit jeweils einem größer werdenden Patrizenaußendurchmesser 44 zwischen zwei benachbarten Patrizen 39 bis 43. Wiederum ist damit die schrittweise Verdichtung von Ausnehmungen in Sinterbauteilen 1 analog zur Verdichtung der Außengeometrie derartiger Sinterbauteile 1, wie dies voranstehend beschrieben wurde, möglich.

[0084] Die Patrizen 39 bis 43 können einteilig mit dem Patrizenwerkzeug 38 ausgebildet sein, ebenso besteht die Möglichkeit, dass Einzelpatrizen 39 bis 43 in einem gemeinsamen Werkzeughalter 37 (z.B. Fig. 3) angeordnet sind bzw. dass wie bei der Vorrichtung 2 nach Fig. 1 die Patrizen 39 bis 43 jeweils in gesonderten Gesenken verwendet werden.

[0085] Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gleichzeitig sowohl die äußere Kontur als auch die innere Kontur von Sinterbauteilen 1 mit den entsprechenden Matrizen 3, 4, 28, 36 bzw. den Patrizen 39 bis 43 verdichtet werden.

[0086] Neben der Vermeidung der Umformgratbildung bzw. Flitterbildung wird mit dem erfin-dungsgemäßen Verfahren bzw. der Vorrichtung 2 auch ein homogeneres Gefüge in den Sinterbauteil 1 erzeugt.

[0087] Es besteht weiters die Möglichkeit, dass auch die Patrizen 39 bis 43 mit Einführhilfen, in diesem Fall mit Querschnittsverringerungen im auf den Sinterbauteil 1 weisenden Endbereich, versehen sein können.

[0088] Gemäß einer weiteren Verfahrensweise, die nicht dargestellt ist, besteht die Möglichkeit im Rahmen der Erfindung eine Folge von aufeinander folgenden Matrizen und/oder Patrizen vorzusehen, die abwechselnd jeweils einen konstanten Innendurchmesser, wie die Matrizen 3, 4 nach Fig. 1 bzw. die Patrizen 39 bis 43 nach Fig. 6, und einen abnehmenden Matrizeninnendurchmesser bzw. zunehmenden Patrizenaußendurchmesser aufweisen. Dazu kann der zunehmende Patrizenaußendurchmesser bzw. abnehmende Matrizeninnendurchmesser monoton sich verändernd oder in Form einer anderen Funktion, beispielsweise einer Exponentialfunktion folgend, ausgebildet sein. 11 /20 österreichisches Patentamt AT507 913B1 2013-08-15 [0089] Es besteht weiters die Möglichkeit, dass die letzte Verfahrensstufe mit einer so genannten Kalibriermatrize bzw. Kalibrierpatrize durchgeführt wird, die einen Kalibrierdurchmesser aufweist, der der Sollabmessung des Sinterbauteils 1 entspricht, unter Berücksichtigung der elastischen Rückfederung nach dem Verlassen der Matrize bzw. nach dem Entfernen der Patri-ze.

[0090] Bezüglich der geometrischen Anordnung, insbesondere der Matrizenhöhe bzw. dem Verhältnis von Matrizenhöhe zur Durchmesserverringerung in Prozent sein auf voranstehende Ausführungen verwiesen.

[0091] Die Sinterbauteile 1 können unterschiedlichster Form sein, beispielsweise kreiszylindrisch, wie z.B. Lagerbüchsen, drehsymmetrische Sinterbauteile 1, z.B. Zahnräder, Zahnriemenräder, Kettenräder, wozu die Matrizen 3, 4, 28, 36 mit einer Verzahnung an den Pressflächen ausgebildet sein können.

[0092] Die Vorrichtung 2 bzw. das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf kreis- bzw. drehsymmetrische Sinterbauteile 1 beschränkt.

[0093] Die Pressflächen der Matrizen 3, 4, 28, 36 können auch durch eine Schraubenfläche gebildet sein, bspw. um schrägverzahnte Zahnräder zu verdichten, wobei hierbei die Bewegung durch die Matrizen 3, 4, 28, 36 mit einer Schraubbewegung erfolgt.

[0094] Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten der Vorrichtung 2, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt.

[0095] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Vorrichtung 2 diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.

BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 1 Sinterbauteil 17 Oberfläche 2 Vorrichtung 18 Eintrittsöffnung 3 Matrize 19 Querschnittserweiterung 4 Matrize 20 Austrittsöffnung 5 21 Einlaufbereich 6 22 Au ßendurchmesser 7 23 Matrizeninnendurchmesser 8 24 Kante 9 25 Stirnfläche 10 26 Stirnfläche 11 Oberfläche 27 Mantelfläche 12 Durchmesser 28 Matrize 13 Pressstempel 29 Bauteilhalter 14 Oberstempel 30 Bauteilhalter 15 Unterstempel 31 Ausnehmung 16 Pfeil 32 Ausnehmung 12/20 AT507 913B1 2013-08-15 österreichisches

Patentamt 33 Innendurchmesser 34 Innendurchmesser 35 Bauteilhalter 36 Matrize 37 Werkzeughalter 38 Patrizenwerkzeug 39 Patrize 40 Patrize 41 Patrize 42 Patrize 43 Patrize 44 Patrizenaußendurchmesser 13/20

Claims (20)

1. österreichisches Patentamt AT 507 913 B1 2013-08-15 Patentansprüche 1. Vorrichtung (2) zum Verdichten eines Sinterbauteils (1), mit der der Sinterbauteil (1) in mehreren Schritten von einer Ausgangskontur in eine Endkontur zumindest im Bereich seiner Oberfläche zumindest bereichsweise verdichtbar ist, mit einer ersten Matrize (3) und/oder Patrize (39), die eine Anlagefläche für den Sinterbauteil (1) bildet bzw. bilden und einen ersten Matrizeninnendurchmesser (23) bzw. Patrizenaußendurchmesser (44) aufweist bzw. aufweisen, wobei die Matrize (3) in axialer Richtung gegenüberliegend eine erste Eintrittsöffnung (18) und eine erste Austrittsöffnung (20) für den Sinterbauteil (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Matrize (4, 28, 36) und/oder Patrize (40 bis 43)angeordnet ist, die einen zweiten Matrizeninnendurchmesser (23) bzw. Patrizenaußendurchmesser (44) aufweist bzw. aufweisen, der kleiner ist als der erste Matrizeninnendurchmesser (23) der ersten Matrize (3) bzw. größer ist als der erste Patrizenaußendurchmesser (44) der ersten Patrize (43), wobei für die erste Matrize (3) zumindest ein erster Pressstempel (13) mit einem Außendurchmesser (22), der zumindest annähernd dem Matrizeninnendurchmesser (23) der ersten Matrize (3), und für die zumindest eine weitere Matrize (4, 28, 36) zumindest ein weiterer Pressstempel (13) mit einem Außendurchmesser (22), der zumindest annähernd dem Matrizeninnendurchmesser (23) der zumindest einen weiteren Matrize (4, 28, 36) entspricht, angeordnet sind.
2. 2. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrizen (3, 4, 28, 36) und/oder die Patrizen (39 bis 43) auf einem gemeinsamen Werkzeughalter (37) angeordnet sind.
3. 3. Vorrichtung (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrizen (3, 4, 28, 36) durch den Werkzeughalter (37) gebildet sind.
4. 4. Vorrichtung (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter (37) in Draufsicht zumindest annähernd rechteckig, quadratisch oder kreisförmig ausgebildet ist.
5. 5. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass pro Matrize (3, 4, 28, 36) jeweils zwei in axialer Richtung einander gegenüber angeordnete Pressstempel (13) angeordnet sind.
6. 6. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Eintrittsöffnung (18) jeder Matrize(3, 4, 28, 36), vorzugsweise auch die Austrittsöffnung (20), mit einer Querschnittserweiterung (19) und/oder die Patrizen (39 bis 43) an zumindest einem Ende mit einer Querschnittsverringerung versehen sind.
7. 7. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Übergabe des Sinterbauteils (1) zwischen den Matrizen (3, 4, 28, 36) jeweils ein Bauteilhalter (29, 30) angeordnet ist, der einen Innendurchmesser aufweist, der zumindest annähernd dem Innendurchmesser der Matrize (3, 4, 28) entspricht oder der eine größeren Innendurchmesser als die Matrize (3, 4, 28) aufweist, von der das Sinterbauteil (1) an die nachfolgende Matrize (4, 28, 36) übergeben wird.
8. 8. Vorrichtung (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innendurchmesser der Querschnittserweiterung (19) der aufnehmenden Matrize (4, 28, 36) dem Innendurchmesser des Bauteilhalters (29, 30) der abgebenden Matrize (3, 4, 28) zumindest annähernd entspricht.
9. 9. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folge von aufeinander folgenden Matrizen (3, 4, 28, 36) und/oder Patrizen (39 bis 43) abwechselnd jeweils einen konstanten Matrizeninnendurchmesser (23) und einen abnehmenden Matrizeninnendurchmesser (23) bzw. einen konstanten Patrizenaußendurchmesser (44) und einen zunehmenden Patrizenaußendurchmesser (44) aufweist. 14/20 österreichisches Patentamt AT 507 913 B1 2013-08-15
10. 10. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die letzte Matrize (36) der Matrizen (3, 4, 28, 36) bzw. die letzte Patrize (43) der Patrizen (39 bis 43) ein Kalibriermatrize bzw. Kalibrierpatrize ist, die einen Kalibrierdurchmesser aufweist, der der Sollabmessung des Sinterbauteils (1) entspricht.
11. 11. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verringerung des Matrizeninnendurchmessers (23) bzw. Vergrößerung des Patrizenau-ßendurchmessers (44) zwischen zwei aufeinander folgenden Matrizen (3, 4, 28, 36) bzw. Patrizen (39 bis 43) ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,05 % und einer oberen Grenze von 20 % bezogen auf den Matrizeninnendurchmesser der jeweils vorhergehenden Matrize (3, 4, 28, 36) bzw. den Patrizenaußendurchmesser (44) der jeweils vorhergehenden Patrize (39 bis 43).
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen einer Matrizenhöhe in mm und der Durchmesserverringerung in % bezogen auf die Matrizeninnendurchmesser (23) zweier aufeinander folgender Matrizen (3, 4, 28, 36) ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 50 zu 0,05 und einer oberen Grenze von 50 zu 20.
13. 13. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Matrizenhöhe mindestens 50, insbesondere mindestens 110 %, der Sinterbauteilhöhe in gleicher Richtung beträgt.
14. 14. Verfahren zum zumindest bereichsweisen Verdichten eines Sinterbauteils (1), bei dem der Sinterbauteil (1) in mehreren Schritten von einer Ausgangskontur in eine Endkontur umgeformt wird, bei dem der Sinterbauteil (1) durch bzw. in eine erste Matrize (3) gedrückt wird und/oder eine erste Patrize (39) in eine Ausnehmung des Sinterbauteils (1) gedrückt wird, wobei die Matrize (3) einen Matrizeninnendurchmesser (23) aufweist, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Sinterbauteils (1) bzw. die Patrize (39) einen Patrizenaußendurchmesser (44) aufweist, der größer ist als der Durchmesser der Ausnehmung, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterbauteil (1) nach dem Verlassen der ersten Matrize (3) zu zumindest einer weiteren Matrize (4, 28, 36), die einen kleineren Matrizeninnendurchmesser (23) aufweist als die erste Matrize (3), verbracht und durch diese gedrückt wird, wobei für jeden Verdichtungsschritt zumindest ein eigener Pressstempel (13) verwendet wird, dessen Außendurchmesser zumindest annähernd dem Matrizeninnendurchmesser (23) der zugehörigen Matrize (3, 4, 28, 36) entspricht und/oder die Verdichtung des Sinterbauteils (1) im Bereich der Ausnehmung mit zumindest einer weiteren Patrize (40 bis 43) erhöht wird, die einen größeren Patrizenaußendurchmesser (44) aufweist als die erste Patrize (39).
15. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterbauteil (1) zwischen zwei Verdichtungsschritten um 180 “gewendet wird.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterbauteil (1) in einer Matrize (3, 4, 28, 36) bzw. eine Patrize (39 bis 43) in der Ausnehmung des Sinterbauteils (1) vor und zurück bewegt wird, insbesondere wieder durch die Öffnung in der Matrize (3, 4, 28, 36) bzw. im Sinterbauteil (1) entfernt wird, durch die die der Sinterbauteil (1) in die Matrize (3, 4, 28, 36) bzw. die Patrize (39 bis 43) in den Sinterbauteil (1) eingebracht wird.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterbauteil (1) nur teilweise in die Matrizen (3, 4, 28, 36) bzw. die Patrize (39 bis 43) nur teilweise in die Ausnehmung des Sinterbauteils (1) eingetaucht wird.
18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verdichtungsschritt eine Querschnittsverringerung des Sinterbauteils (1) durchgeführt wird, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,05 % und einer oberen Grenze von 20 %, bezogen auf den Querschnitt vor der Verdichtung des Sinterbauteils (1) in diesem Verdichtungsschritt. 15/20 österreichisches Patentamt AT507 913B1 2013-08-15
19. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterbauteil (1) zumindest während der Verdichtung zwischen einem Oberstempel (14) und einem Unterstempel (15) des Pressstempels (13) eingespannt wird.
20. 20. Verwendung eines Sinterbauteilhalbfertigfabrikats mit einem Bauteilkörper, der zwei entlang einer Achse einander gegenüberliegende Stirnflächen (25, 26) und zumindest eine dazwischen angeordnete Mantelfläche (27) und/oder eine Ausnehmung aufweist in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Kanten, die zwischen den Stirnflächen (25, 26) und der zumindest einen Mantelfläche (27) ausgebildet sind und/oder zumindest eine der Kanten im Bereich der Ausnehmung gebrochen bzw. mit einer Fase versehen sind. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 16/20