AT521299B1

AT521299B1 - Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines Kugelrampenelementes

Info

Publication number: AT521299B1
Application number: ATA50425/2018A
Authority: AT
Original assignee: Miba Sinter Austria Gmbh
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2020-04-15
Also published as: AT521299A1; DE102019112242A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines Kugelrampenelementes (1) umfassend die Schritte: Herstellen eines Grünlings des Kugelrampenelementes (1) durch Pressen eines metallischen Pulvers, wobei in dem Grünling in einer ersten Stirnfläche (3) mehrere vertiefte Kugelrampen (6) ausgebildet werden, - Sintern des Grünlings, - Spanendes Nachbearbeiten des gesinterten Grünlings auf einer zweiten Stirnfläche (5). Beim Pressen des metallischen Pulvers werden an der ersten Stirnfläche (3) des Grünlings zumindest drei Erhebungen (10) ausgebildet, wobei die Erhebungen (10) nicht auf einer Geraden angeordnet werden.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines Kugelrampenelementes umfassend die Schritte: Herstellen eines Grünlings des Kugelrampenelementes durch Pressen eines metallischen Pulvers, wobei in dem Grünling in einer ersten Stirnfläche mehrere vertiefte Kugelrampen ausgebildet werden; Sintern des Grünlings; Spanendes Nachbearbeiten des gesinterten Grünlings auf einer zweiten Stirnfläche.

[0002] Weiter betrifft die Erfindung ein Kugelrampenelement mit einer ersten Stirnfläche und einer zweiten Stirnfläche, wobei in der ersten Stirnfläche mehrere vertiefte Kugelrampen ausgebildet sind.

[0003] Kugelrampenscheiben werden in der Antriebstechnik in verschiedenen Baueinheiten eingesetzt, beispielsweise als Aktuatoren mit veränderlichem Axialabstand. Derartige Aktuatoren können beispielsweise in Kupplungen, Bremsen, etc., eingesetzt werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass diese Aufzählung nicht abschließend ist.

[0004] Aufgrund der Geometrie der Kugelrampen, sind Kugelrampenscheiben entsprechend aufwändig herstellbar, da für die Kugelrampen höchste Genauigkeiten gefordert sind, um eine hohe Präzision der Stellwege des damit ausgestatteten Aktuators zu erhalten. Aus diesem Grund würde sich die pulvermetallurgische Herstellung derartiger Riemenscheiben anbieten, da hier bekanntlich komplexe Geometrien von Bauteilen relativ einfach darstellbar sind (verglichen mit anderen Fertigungsverfahren). Problematisch dabei ist allerdings, dass sich Sinterbauteile beim Sintern oder Wärmebehandeln, z.B. Härten, verziehen, und daher geringe Toleranzen von Sinterbauteilen nur relativ aufwändig darstellbar sind.

[0005] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, mit der ein pulvermetallurgisch hergestelltes Kugelrampenelement relativ einfach mit geringen Toleranzen im Bereich der Kugelrampen erreichbar ist.

[0006] Die Aufgabe der Erfindung wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, dass beim Pressen des metallischen Pulvers an der ersten Stirnfläche des Grünlings zumindest drei Erhebungen ausgebildet werden, wobei die Erhebungen nicht auf einer Geraden angeordnet werden.

[0007] Weiter wird die Aufgabe der Erfindung mit dem eingangs genannten Kugelrampenelement gelöst, bei dem auf der ersten Stirnfläche des Kugelrampenelements zumindest drei Erhebungen ausgebildet sind, wobei die Erhebungen nicht auf einer Geraden angeordnet sind.

[0008] Von Vorteil ist dabei, dass es damit möglich wird, die Parallelität bzw. Planparallelität der zweiten Stirnfläche zur ersten Stirnfläche des Kugelrampenelementes einfacher durch spanendes Bearbeiten der zweiten Stirnfläche herzustellen. Damit kann erreicht werden, dass nach dem Einbau des Kugelrampenelementes in eine größere Baugruppe, wie beispielsweise eine Aktuatorbaugruppe, die Lage der Kugelrampen in Bezug auf ein weiteres Bauteil dieser Baugruppe, z.B. ein weiteres Kugelrampenelement, mit einer höheren Genauigkeit festgelegt werden kann.

[0009] Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass neben jeder Kugelrampe eine Erhöhung ausgebildet wird. Es kann damit für jede Kugelrampe eine konkrete Beziehung zu der Erhöhung hergestellt werden, wodurch in weiterer Folge die Lage der Kugelrampen mit höherer Präzision festgelegt werden kann.

[0010] Nach einerweiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Erhöhungen auf gleicher radialer Höhe auf der ersten Stirnseite angeordnet werden. Es kann damit erreicht werden, dass die Erhöhungen relativ weit entfernt voneinander auf dem Kugelrampenelement angeordnet werden können, wodurch wiederum die Genauigkeit der Bearbeitung der zweiten Stirnfläche weiter verbessert werden kann.

[0011] Aus den gleichen Gründen kann gemäß einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass die Erhöhungen in den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks /8

AT 521 299 B1 2020-04-15 österreichisches patentamt angeordnet werden.

[0012] Vorzugsweise werden die Erhebungen gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der

Erfindung zylinderförmig oder halbkugelförmig oder kugelkalottenförmig ausgebildet. Es ist damit eine kleinflächige aber sichere Auflage des Kugelrampenscheibenelementes während der

Bearbeitung der zweiten Stirnfläche erreichbar, wodurch die Präzision der Bearbeitung der zweiten Stirnfläche verbessert werden kann.

[0013] Gemäß einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Abstand zwischen dem tiefsten Punkt einer Kugelrampe und dem höchsten Punkt der zu dieser Kugelrampe am nächsten gelegenen Erhebung ausgewählt wird aus einem Bereich von 5 mm bis 40 mm. Damit kann die Beziehung zwischen der Kugelrampe und der dieser zugeordneten Erhebung mit höherer Genauigkeit bereitgestellt werden, wodurch in weiterer Folge die gesamte Bauteilgenauigkeit verbessert werden kann.

[0014] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

[0015] Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:

[0016] Fig. 1 [0017] Fig. 2 [0018] Fig. 3 [0019] Fig. 4 eine Ausführungsvariante eines Kugelrampenelementes in Frontansicht;

das Kugelrampenelement nach Fig. 1 geschnitten gemäß der Linie ll-ll in Fig. 1; das Kugelrampenelement nach Fig. 1 geschnitten gemäß der Linie Ill-Ill in Fig. 1; ein Detail des Kugelrampenelementes nach den Fig. 1 und 2.

[0020] 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 diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

[0021] In den Fig. 1 bis 4 ist eine Ausführungsvariante eines Kugelrampenelementes 1 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Insbesondere ist das Kugelrampenelement 1 in Form einer Kugelrampenscheibe und vereinfacht dargestellt. Je nach Einsatz des Kugelrampenelementes 1 kann dieses aber auch anders aussehen, muss also nicht zwingend eine genau zylinderförmig sein, wie dies in den Figuren dargestellt ist. Das Kugelrampenelement 1 kann somit auch diverse Anbauten, Fortsätze, wie z.B. zumindest ein Mitnehmerelement, um damit die Drehbewegung des Kugelrampenelementes 1 einzuleiten, oder zumindest eine Kuppelelement, um damit eine verdrehgesicherte Anbindung des Kugelrampenelementes 1 an ein weiteres Bauteil zu ermöglich, etc., aufweisen.

[0022] Bekanntlich werden derartige Kugelrampenelemente 1 in Lamellenbremsen oder Lamellenkupplungen als Aktuatoren eingesetzt, um damit eine Drehbewegung in eine axiale Verstellbewegung umzusetzen.

[0023] Die genannten Beispiele von Anwendung (Bremse oder Kupplung) sind nicht einschränkend zu verstehen. Das Kugelrampenelement 1 kann auch für andere Zwecke eingesetzt werden, bei denen die axiale Verstellbewegung eine Rolle spielt.

[0024] Das Kugelrampenelement 1 gemäß dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel weist einen scheibenförmigen, insbesondere zylinderförmigen, Grundkörper 2 auf. Dieser weist eine erste Stirnfläche 3 auf und eine dieser in Richtung einer Axialrichtung 4 gegenüberliegend ausgebildete zweite Stirnfläche 4 auf. In der ersten Stirnfläche 3 sind mehrere Kugelrampen 6 angeordnet bzw. ausgebildet. Die Kugelrampen 6 sind als Vertiefungen in der ersten Stirnfläche 3 ausgebildet und weisen eine rampenförmige Bodenfläche 7 auf, auf der ein Wälzkörper, insbesondere eine Kugel (nicht dargestellt) während des axialen Verstellung bzw. der Verdrehung des Kugelrampenelementes 1 abrollt. Da die Bodenfläche 7 rampenförmig ist, wird

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AT 521 299 B1 2020-04-15 österreichisches patentamt demgemäß die Tiefe der Kugelrampen 6 in einer Umfangsrichtung 8 kleiner, wie dies insbesondere aus Fig. 2 zu ersehen ist. Bedingt dadurch kann auch die Breite der Kugelrampen 6 in der

Umfangsrichtung 8 kleiner werden, wie dies insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich ist.

[0025] Weiter ist die Länge der Kugelrampen 6 in der Umfangsrichtung 8 nicht limitierend zu verstehen. Die Kugelrampen 6 können auch kürzer oder länger sein, sich insbesondere auch um einen Winkelwert von mehr als 120 ° erstrecken, indem sich die Kugelrampen 6 in radialer Richtung teilweise übereinander angeordnet werden.

[0026] Vorzugsweise weist das Kugelrampenelement 1 drei Kugelrampen 6 auf. Es können aber auch nur zwei oder mehr als drei, beispielsweise vier, Kugelrampen 6 angeordnet bzw. ausgebildet sein.

[0027] Das Kugelrampenelement 1 kann weitere einen (zentrisch angeordneten) Durchbruch 9 aufweisen, um es z.B. auf einem weiteren Element, wie beispielsweise einer Welle (nicht dargestellt), anordnen zu können.

[0028] Das Kugelrampenelement 1 ist bevorzugt nach einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt. Derartige Verfahren sind aus dem Stand der Technik bereits bestens bekannt, sodass sich eine ausführliche Erörterung der Grundzüge dieses Verfahrens erübrigt. Es sei dazu nur so viel ausgeführt, dass das Verfahren im Wesentlichen die Schritte Bereitstellen eines metallischen Pulvers, Einfüllen des Pulvers in eine Pulverpresse, Pressen des Pulvers zu einem Grünling, Entfernen des Grünlings aus der Pulverpresse, ein- oder mehrstufiges Sintern des Grünlings zum Sinterbauteil, gegebenenfalls Nachverdichten des Sinterbauteils und gegebenenfalls Härten des Sinterbauteils umfasst. Zu diesen Verfahrensschritten sei daher auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.

[0029] Während des Pulverpressens werden auf dem Grünling neben den vertieften Kugelrampen 6 auf der ersten Stirnfläche 3 und diese in Richtung der Axialrichtung 4 überragend auch zumindest drei Erhebungen 10 ausgebildet. Vorzugsweise werden genau drei Erhebungen 10 ausgebildet. Es können aber auch mehr als drei Erhebungen 10 ausgebildet werden, beispielsweise vier, fünf, sechs, etc.

[0030] Die Erhebungen 10 verbleiben auf dem Kugelrampenelement 1, sodass sie also auch noch am fertig hergestellten Kugelrampenelement 1 vorhanden sind.

[0031] Zur Ausbildung der Erhebungen auf dem Grünling wird insbesondere ein Stempel zum Pressen des Pulvers verwendet, der an den Stellen der Erhebungen 10 entsprechende Vertiefungen aufweist.

[0032] Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die Erhebungen 10 nicht auf einer Linie, d.h. nicht auf einer Geraden angeordnet. Vielmehr werden die Erhebungen 10 im Falle von drei Erhebungen 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante an den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet bzw. ausgebildet.

[0033] Es ist weiter bevorzugt, wenn die Erhebungen auf gleicher radialer Höhe auf der ersten Stirnseite angeordnet werden, wie dies ebenfalls aus Fig. 1 ersichtlich ist, in der ein strichlierter Kreis eingezeichnet ist, um dies zu verdeutlichen.

[0034] Vorzugsweise sind die Erhebungen 10 näher zu einem äußeren Umfang 11 als zu einem inneren Umfang 12 angeordnet. Mit anderen Worten ausgedrückt sind die Erhebungen 10 auf einer radialen Höhe des Kugelrampenelementes 1 angeordnet, die größer als 50 % der gesamten radialen Höhe des Kugelrampenelementes 1 beträgt.

[0035] Prinzipiell können die Erhebungen 10 an jeder geeigneten Stelle auf der ersten Stirnfläche 3 angeordnet werden. Vorzugsweise werden sie aber benachbart zu den jeweils tiefsten Punkten 13 der Kugelrampen 6 angeordnet. Insbesondere ist neben jeder Kugelrampe 6 nur eine Erhebung 10 angeordnet bzw. ausgebildet.

[0036] Es ist dabei weiter bevorzugt, wenn ein Abstand 14 zwischen dem tiefsten Punkt 13 einer Kugelrampe 6 und dem höchsten Punkt der zu dieser Kugelrampe 6 am nächsten gelege

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AT 521 299 B1 2020-04-15 österreichisches patentamt nen Erhebung 10 ausgewählt wird aus einem Bereich von 5 mm bis 40 mm, insbesondere aus einem Bereich von 10 mm bis 20 mm.

[0037] Der Abstand 14 wird in einer zur ersten Stirnfläche 3 parallelen Ebene gemessen. Weiter wird der Abstand von tiefsten Punkt 13 der jeweiligen Kugelrampe 6 bis zum Beginn der Erhebung 10 gemessen, wenn die Erhebung 10 eine ebene Fläche aufweist, die den höchsten „Punkt“ markiert. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Erhebungen 10 zylinderförmig ausgebildet sind, wie bei dem Ausführungsbeispiel des Kugelrampenelementes 1 nach den Fig. 1 bis 3.

[0038] Prinzipiell können die Erhebungen 10 aber auch eine andere Form aufweisen, insbesondere halbkugelförmig oder kugelkalottenförmig, oder aber auch, wenngleich nicht bevorzugt, quaderförmig, pyramidenförmig, etc.

[0039] Bevorzugt weisen alle Erhebungen 10 eines Kugelrampenelementes 1 die gleiche Form auf. Es ist aber auch möglich Mischvarianten vorzusehen, dass also beispielsweise ein Teil der Erhöhungen 10 zylinderförmig und der Rest kugelkalottenförmig ausgebildet ist. Anderer Mischvarianten sind ebenfalls denkbar.

[0040] Um das Zusammenspiel des Kugelrampenelementes 1 mit einem weiteren Element einer Baugruppe, beispielsweise einer Aktuatorbaugruppe, mit höherer Präzision zu ermöglichen, ist es von Vorteil, wenn die Lagen der tiefsten Punkte 13 der Kugelrampen 6 genau definiert sind. Dies kann erreicht werden, wenn das Kugelrampenelement 1 zur Endfertigung auf die Erhebungen 10 aufgelegt wird, und danach die zweite Stirnfläche 5 spanend bearbeitet wird, beispielsweise unter Ausbildung einer Vertiefung, wies dies aus Fig. 3 zu ersehen ist, sodass letztendlich ein Kugelrampenelement 1 hergestellt werden kann, dessen tiefste Punkte 13 alle den gleichen Abstand von der zweiten Stirnfläche 5 aufweisen. Es können mit dem Verfahren Kugelrampenelemente 1 hergestellt werden, bei denen Toleranzen (insbesondere in der Vertiefung) von bis zu ± 0,02 mm erreicht werden.

[0041] Wie insbesondere aus Fig. 4 ersichtlich ist, können die Erhebungen 10 eine relativ geringe Höhe 15 aufweisen. Diese Höhe 15 (maximale Höhe 15 im Falle von beispielsweise einer kugelkalottenförmigen Ausbildung der Erhöhungen 10) kann insbesondere zwischen 0,05 mm und 0,5 mm, bevorzugt zwischen 0,05 mm und 0,3 mm betragen.

[0042] Sämtliche Erhöhungen 10 des Kugelrampenelementes 1 weisen die gleiche (maximale) Höhe 15 auf.

[0043] Weiter können die Erhöhungen jeweils eine Fläche auf der ersten Stirnfläche des Kugelrampenelementes 1 belegen, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 20 mm² bis 200 mm², insbesondere aus einem Bereich von 30 mm² bis 150 mm². Beispielsweise können die zylinderförmigen oder kugelkalottenförmigen oder halbkugelförmigen Erhöhungen 10 an der ersten Stirnfläche einen Durchmesser 16 zwischen 2 mm und 10 mm, insbesondere zwischen 3 mm und 6 mm, aufweisen.

[0044] Nur ergänzend sei angemerkt, dass das Kugelrampenelement 1 mit einem weiteren Kugelrampenelement 1 zusammenwirkend montiert werden kann, wobei eines dieser beiden Kugelrampenelemente fixiert ist und das zweite axial verschiebbar und drehbeweglich montiert ist. Zumindest eines dieser beiden Kugelrampenelemente 1 ist entsprechend voranstehender Ausführungen ausgebildet, insbesondere das axial verschiebbare und drehbewegliche Kugelrampenelement 1. Es können aber auch beide Kugelrampenelemente 1 der Aktuatoreinheit entsprechend voranstehender Ausführungen ausgebildet sein.

[0045] Die Ausführungsbeispiele zeigen bzw. beschreiben mögliche Ausführungsvarianten, wobei auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.

[0046] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Kugelrampenelementes 1 dieses nicht zwingenderweise maßstäblich ist.

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BEZUGSZEICHENLISTE

Kugelrampenelement

Grundkörper

Stirnfläche

Axialrichtung

Stirnfläche

Kugelrampe

Bodenfläche

Umfangsrichtung

Durchbruch

Erhebung

Umfang

Punkt

Abstand

Höhe

Durchmesser

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines Kugelrampenelementes (1) umfassend die Schritte:

-Herstellen eines Grünlings des Kugelrampenelementes (1) durch Pressen eines metallischen Pulvers, wobei in dem Grünling in einer ersten Stirnfläche (3) mehrere vertiefte Kugelrampen (6) ausgebildet werden,

- Sintern des Grünlings,

- Spanendes Nachbearbeiten des gesinterten Grünlings auf einer zweiten Stirnfläche (5), dadurch gekennzeichnet, dass beim Pressen des metallischen Pulvers an der ersten Stirnfläche (3) des Grünlings zumindest drei Erhebungen (10) als Auflagen für das spanende Nachbearbeiten des Grünlings ausgebildet werden, wobei die Erhebungen (10) nicht auf einer Geraden angeordnet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass neben jeder Kugelrampe (6) eine Erhöhung (10) ausgebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungen (10) auf gleicher radialer Höhe auf der ersten Stirnseite (3) angeordnet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungen (10) in den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (10) zylinderförmig oder halbkugelförmig oder kugelkalottenförmig ausgebildet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (14) zwischen dem tiefsten Punkt (13) einer Kugelrampe (6) und dem höchsten Punkt der zu dieser Kugelrampe (6) am nächsten gelegenen Erhebung (10) ausgewählt wird aus einem Bereich von 5 mm bis 40 mm.
7. Kugelrampenelement (1) mit einer ersten Stirnfläche (3) und einer zweiten Stirnfläche (5), wobei in der ersten Stirnfläche (3) mehrere vertiefte Kugelrampen (6) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf der ersten Stirnfläche (3) zumindest drei Erhebungen (10) ausgebildet sind, wobei die Erhebungen (10) nicht auf einer Geraden angeordnet sind.