AT526439A4

AT526439A4 - Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einer Verzahnung

Info

Publication number: AT526439A4
Application number: ATA50076/2023A
Authority: AT
Original assignee: Miba Sinter Austria Gmbh
Priority date: 2023-02-08
Filing date: 2023-02-08
Publication date: 2024-03-15
Also published as: AT526439B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (1) mit einer Verzahnung (2), die Zähne (3) mit Zahnfüßen (6), Zahnköpfen (5) und Zahnflanken (4) aufweist, umfassend die Schritte: Herstellung eines Bauteilkörpers (9) aus einem metallischen Werkstoff, Ausbilden der Verzahnung (2) auf dem Bauteilkörper (9), mechanische Nachbearbeitung der Verzahnung (2), sodass die Oberfläche der Verzahnung (2) eine erste Oberflächenrauigkeit aufweist, wobei die Verzahnung (2) nach der mechanischen Nachbearbeitung zur Ausbildung einer zweiten Oberflächenrauigkeit der mechanisch nachbearbeiteten Oberfläche, die kleiner ist als die erste Oberflächenrauigkeit, wärmebehandelt wird und/oder wobei der Bauteilkörper (9) in radialer Richtung unter Ausbildung eines ersten, radial inneren Ringteils und eines zweiten, radial äußeren Ringteils geteilt ausgeführt wird, wobei zwischen dem ersten, radial inneren und dem zweiten, radial äußeren Ringteil ein Elastomer wellenförmig angeordnet wird.

Description

Verzahnung eine erste Oberflächenrauigkeit aufweist.

Weiter betrifft die Erfindung ein Bauteil, insbesondere Hohlrad, mit einem Bauteilkörper, auf dem eine Verzahnung angeordnet oder ausgebildet ist, die Zähne mit Zahnfüßen, Zahnköpfen und Zahnflanken aufweist, wobei die Verzahnung mecha-

nisch nachbearbeitet ist.

In Elektrofahrzeugen und Hybridanwendungen kommen sogenannte E Achse in der Antriebseinheit zum Einsatz. Der Begriff „E-Achse“ bezeichnet im Stand der Technik Lösungen für den elektrischen Antrieb von batteriebetriebenen elektrischen Fahrzeugen und Hybridanwendungen. Der eingesetzte Elektromotor, der elektrische in mechanische Energie umwandelt, überträgt das Drehmoment auf ein Getriebe. Das Getriebe übersetzt die Drehzahl des Elektromotors auf das an der Antriebswelle benötigte Niveau und verstärkt gleichzeitig das Motormoment. E-Achsen werden häufig mit einstufigen oder zweistufigen Stirnradgetrieben oder Planetengetrieben ausgestattet. Damit sind achsparallele oder koaxiale Architektu-

ren darstellbar.

Um ein möglichst geräuscharmes Antriebskonzept darstellen zu können, insbesondere da ein Elektromotor ohnehin sehr leise ist, ist die Forderung nach ge-

räuschreduzierten Getriebestufen sehr groß. Sinterzahnräder können bekanntlich

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Nachbearbeitung der Verzahnung ist notwendig. Durch diese Bearbeitung entstehen prozessbedingt allerdings an den Zahnflanken Oberflächenstrukturen, welche

beim Zahneingriff Geräuschemissionen verursachen können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das NHV-Verhalten (Noise, Vibration, Harshness) einer Verzahnung zu verbessern. Es ist weiter eine Teilaufgabe der Erfindung eine Verzahnung mit verbessertem NHV-Verhalten be-

reitzustellen.

Die Aufgabe der Erfindung wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, dass die Verzahnung nach der mechanischen Nachbearbeitung zur Ausbildung einer zweiten Oberflächenrauigkeit der mechanisch nachbearbeiteten Oberfläche, die kleiner ist als die erste Oberflächenrauigkeit, wärmebehandelt wird und/oder dass der Bauteilkörper in radialer Richtung unter Ausbildung eines ersten, radial inneren Ringteils und eines zweiten, radial äußeren Ringteils geteilt ausgeführt wird, wobei zwischen dem ersten, radial inneren und dem zweiten, ra-

dial äußeren Ringteil ein Elastomer wellenförmig angeordnet wird.

Weiter wird die Aufgabe der Erfindung mit dem eingangs genannten Bauteil gelöst, bei dem die Verzahnung wärmebehandelt ist und/oder bei dem der Bauteilkörper in radialer Richtung unter Ausbildung eines ersten Ringteils und eines zweiten Ringteils geteilt ausgeführt ist, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten

Ringteil ein Elastomer wellenförmig angeordnet ist.

Überraschenderweise wurde festgestellt, dass durch die Wärmebehandlung die Oberflächenrauigkeit der Verzahnung reduziert werden kann. Damit wird es möglich, die mechanische Bearbeitung der Verzahnung zur Erhöhung der Genauigkeit der Zähne bereits vor der Wärmebehandlung erfolgen kann. Dies wiederum hat den Vorteil, dass damit Werkzeuge, die für die mechanische Nachbearbeitung eingesetzt werden, eine längere Standzeit aufweisen, da die Verzahnung vor der Wärmebehandlung noch weicher sein kann. Darüber hinaus kann durch die Ab-

folge der Verfahrensschritte die mechanische Nachbearbeitung der Verzahnung in

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(weiter) verbessert werden kann.

Nach einer Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Verzahnung gleichzeitig mit der Herstellung des Bauteilkörpers hergestellt wird,

womit eine weitere Verkürzung der Verfahrensdauer erreichbar ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung wird der Bauteilkörper (mit der Verzahnung) aus einem Sinterwerkstoff durch Pressen eines Pulvers zu einem Grünling und Sintern des Grünlings zum Bauteilkörper hergestellt, womit das Bauteil bereits vor dem mechanischen Nachbearbeiten relativ einfach mit einer geringen Toleranz zumindest im Bereich der Verzahnung hergestellt werden kann. Darüber hinaus ist es werkzeugschonender, wenn allenfalls notwendige Be-

arbeitungen im Grünlingszustand durchgeführt werden.

Zur raschen Erhöhung der Bauteilgenauigkeit kann nach einer Ausführungsvariante dazu vorgesehen sein, dass zumindest die Verzahnung nach dem Sintern nachverdichtet wird. Es ist damit eine weitere Reduktion der mechanischen Nach-

bearbeitung nach dem Sintern erreichbar.

Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als mechanische Nachbearbeitung eine spanende Bearbeitung durchgeführt

wird, um damit die Bearbeitungszeit zu reduzieren.

Als besonders wirksam hinsichtlich der voranstehend genannten Effekte hat sich erwiesen, wenn als Wärmebehandlung eine Nitrierung oder Nitrocarburierung durchgeführt wird. Mit einer derartigen Wärmebehandlung kann eine stärkere Reduktion der Oberflächenrauigkeit der mechanisch bearbeiteten Oberfläche erreicht werden. Es wird vermutet, dass dies auf Gefügeumwandlungen als Folge der Nit-

rierung bzw. Nitrocarburierung zurückzuführen ist.

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eine Plasmanitrocarburierung durchgeführt wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine radial innere Oberfläche des zweiten, radial äußeren Ringteils und eine radial äußere Oberfläche des ersten, radial inneren Ringteils verzahnungsartig ausgebildet werden bzw. sind. Es ist damit möglich Belastungen der Elastomer-

spur zwischen den Ringteilen im Betrieb des Bauteils zu reduzieren.

Entsprechend einer Ausführungsvariante dazu kann vorgesehen sein, dass die radial innere Oberfläche des zweiten, radial äußeren Ringteils und/oder die radial äußere Oberfläche des ersten, radial inneren Ringteils walzbearbeitet und/oder wälzbearbeitet werden. Von Vorteil ist dabei, dass durch die Walz- bzw. Wälzbearbeitung die Herstellungstoleranzen des Bauteils reduziert werden können. Dies wiederum ermöglicht eine Erhöhung der Genauigkeit der Abmessungen der Zwischenräume zwischen den Ringteilen, in denen das zumindest eine Elastomerelement angeordnet ist. In der Folge ist das zumindest eine Elastomerelement einer gleichmäßigeren Vorspannung ausgesetzt. Damit kann der Wert der Steifigkeit des Bauteils bzw. einer Verzahnungsanordnung mit zwei miteinander kämmenden Zahnrädern, wobei eines als erfindungsgemäßes Bauteils ausgebildet ist, mit höherer Genauigkeit voreingestellt werden. Die Walz- bzw. Wälzbearbeitung hat dabei, verglichen mit anderen Bearbeitungsmethoden zur Erhöhung der Bauteilge-

nauigkeit, auch einen Kostenvorteil.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die radial innere Oberfläche des zweiten, radial äußeren Ringteils und/oder die radial äußere Oberfläche des ersten, radial inneren Ringteils in Form einer Geradverzahnung oder Schrägverzahnung ausgebildet werden bzw. sind, wobei gemäß einer Ausführungsvariante dazu vorgesehen sein kann, dass die Geradverzahnung oder Schrägverzahnung der radial inneren Oberfläche des zweiten, radial äußeren Ringteils und/oder der radial äußere Oberfläche des ersten, radial inne-

ren Ringteils in Form einer Zykloidenverzahnung, insbesondere einer Evolventen-

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figkeit oder der Verkippsteifigkeit verändert/beeinflusst werden.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Wärmebehandlung derart durchgeführt wird, die Verzahnung nach der Wärmebehandlung eine Oberflächenspannung nach ISO 8296 DIN 53364 von

maximal 55 mN/m, insbesondere zwischen 20 mN/m und 50 mN/m, aufweist.

Nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann zur weiteren Verbesserung des NHV-Verhaltens vorgesehen sein, dass die Verzahnung eine Oberflächenrauigkeit mit einem arithmetischen Mittenrauwert Ra nach DIN EN ISO 4287:2010 zwischen 0,025 um und 2,5 um aufweist.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden

Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung: Fig. 1 ein Hohlrad mit einer Innenverzahnung;

Fig. 2 ein Schliffbild der Oberfläche eines Zahnes einer Verzahnung nach

dem mechanischen Nachbearbeiten;

Fig. 3 ein Schliffbild der Oberfläche des Zahnes nach Fig. 2 nach der Wärmebehandlung;

Fig. 4 eine Ausführungsvariante eines Hohlrades.

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angaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

Angaben zu Normen beziehen sich immer auf die zum Anmeldetag der die Priorität begründenden Erstanmeldung jeweils letztgültige Fassung dieser Normen, so-

fern nicht etwas anderes explizit angegeben ist.

In Fig. 1 ist ein metallisches Bauteil 1 in Form eines Hohlrades dargestellt. Dieses ist ringförmig ausgebildet und weist eine Verzahnung 2 in Form einer Innenverzahnung auf. Da derartige Bauteile 1 an sich bekannt sind, erübrigt sich eine weitere

Erörterung.

Das Bauteil 1 ist insbesondere ein metallisches Sinterbauteil. Das Bauteil 1 kann aber auch aus einem Vollwerkstoff hergestellt sein, also beispielsweise gegossen oder gestanzt oder geprägt oder tiefgezogen, etc. sein. Mit Vollwerkstoff ist dabei ein metallischer Werkstoff gemeint, der — mit Ausnahme von Fehlstellen - keine

Poren aufweist, wie dies bei Sinterbauteilen 1 üblicherweise der Fall ist.

Als Werkstoff kann beispielsweise ein Stahl bzw. Sinterstahl verwendet werden. Es können aber auch andere metallische Werkstoffe, wie beispielsweise auf Kupferbasislegierungen basierende Werkstoffe, etc., eingesetzt werden. In der bevorzugten Ausführungsvariante enthält der Werkstoff aber jedenfalls Eisen, das be-

sonders bevorzugt die Matrix des Werkstoffes bildet.

Weiter wird die Erfindung anhand eines Hohlrades erläutert. Das Bauteil 1 kann aber generell ein Bauteil mit einer Verzahnung 2 sein, wie beispielsweise ein (Getriebe)Zahnrad, ein Zahnriemenrad, ein Kettenrad, eine Zahnstange, etc. sein.

Weiter kann das Bauteil 1 eine Geradverzahnung oder eine Schrägverzahnung

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Bauteils 1 nach Fig. 4.

Die Verzahnung 2 (auch als Laufverzahnung bezeichenbar) kann eine Innenver-

zahnung oder eine Außenverzahnung, beispielsweise eine Stirnverzahnung, sein.

Die Verzahnung 2 weist Zähne 3 auf. Die Zähne 3 weisen Zahnflanken 4, Zahnköpfe 5 und Zahnfüße 6 auf.

Hinsichtlich der Festlegung der Bereiche der Zahnflanken 4, der Zahnköpfe 5 und der Zahnfüße 6 sei auf die DIN 3998 verwiesen.

Unter einem Zahnfuß 6 versteht man den Bereich zwischen dem Fußkreis 7 und dem Beginn des Eingriffsbereichs des Zahnes 3 in die Verzahnung eines weiteren

Bauteils, insbesondere eines Zahnrades.

Die Zahnflanke 4 ist der Bereich des Eingriffs des Zahnes 3 in die Verzahnung des

weiteren Bauteils. Die Zahnflanke 4 schließt also an den Zahnfuß 6 an.

Der Zahnkopf 5 schließt an die Zahnflanke 4 an und ist der Bereich zwischen dem

Eingriffsende des weiteren Bauteils und dem Kopfkreis 8.

Die Verzahnung 2 des Bauteils 1 ist auf einem Bauteilkörper 9 ausgebildet bzw.

darauf angeordnet.

Das Bauteil 1 kann nach einem schmelzmetallurgischen Verfahren, also beispielsweise einem Gussverfahren, hergestellt sein. Da derartige Verfahren an sich bekannt sind, sei zu Einzelheiten dazu auf den einschlägigen Stand der Technik ver-

wiesen.

In der bevorzugten Ausführungsvariante wird das Bauteil 1 aber mit einem Pulvermetallurgischem Verfahren hergestellt, ist also bevorzugt ein Sinterbauteil. Dazu

wird aus einem Sinterpulver, das aus den einzelnen (metallischen) Pulvern durch

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hergestellt. Vorzugsweise weist der Grünling eine Dichte von größer 6,8 g/cm*® auf.

Der Grünling wird in der Folge bei üblichen Temperaturen entwachst und ein- oder zweistufig bzw. mehrstufig gesintert und danach vorzugsweise auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Sintern kann beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 900°C und 1300 °C erfolgen.

Da diese Verfahrensweisen und die dabei verwendeten Verfahrensparameter ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt sind, sei diesbezüglich zur Vermei-

dung von Wiederholungen auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.

Unabhängig davon, mit welchem Verfahren das Bauteil 1 hergestellt wird, erfolgt nach der Herstellung des Bauteilkörpers 9, der vorzugsweise bereits mit der Verzahnung 2 hergestellt wird, eine mechanische Nachbearbeitung der Verzahnung 2, um damit die Toleranzen der Verzahnung 2 zu reduzieren. Dabei können die Zahnflanken 4 und/oder die Zahnköpfe 5 und/oder die Zahnfüße 6 der Verzah-

nung 2 bearbeitet werden.

Sollte die Verzahnung 2 nicht bereits gleichzeitig mit dem Bauteilkörper 9 hergestellt werden, so wird diese nachträglich in den Bauteilkörper 9 eingebracht, bei-

spielsweise mittels schneidender bzw. spanender Verfahren.

Die mechanische Nachbearbeitung der Verzahnung 2 kann im Falle eines Sinterbauteils zumindest teilweise auch am Grünling erfolgen. Vorzugsweise wird die

mechanische Nachbearbeitung von Sinterbauteilen aber zumindest teilweise erst nach dem Sintern durchgeführt, um damit Sinterverzüge berücksichtigen zu kön-

nen.

Die mechanische Nachbearbeitung kann teilweise durch Pressen erfolgen. Insbesondere bei Sinterbauteilen kann die Verzahnung 2 durch Nachpressen bzw. Kalibrieren oberflächenverdichtet werden. Hierbei erweist sich die Porosität eines Sinterbauteils nach dem Sintern als Vorteil, da damit die Verdichtung des Materials einfacher erfolgen kann.

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(im voranstehend definiertem Sinne).

In der bevorzugten Ausführungsvariante erfolgt die mechanische Nachbearbeitung der Verzahnung 2 zumindest teilweise mittels zumindest eines spanenden Verfahrens. Die spanende Nachbearbeitung kann beispielsweise durch Fräsen, Stoßen, Räumen, Feilen, Raspeln, Schaben oder bevorzugt durch Honen, z.B. mit einem

Honring, erfolgen.

In Folge der mechanischen Nachbearbeitung erhält die bearbeitete Oberfläche eine erste Oberflächenrauigkeit. Diese Oberfläche kann beispielsweise eine Rauigkeit mit einem arithmetischen Mittenrauwert Ra nach DIN EN ISO 4287:2010 zwischen 0,1 um und 3 um aufweisen. Weiter kann diese Oberfläche eine gemittelte Rautiefe Rz nach DIN EN ISO 4287:2010 zwischen 1,5 um und 16 um auf-

weisen.

Da eine Oberfläche mit einer derartigen Rauigkeit üblicherweise schlechte NHVEigenschaften aufweist, wird die Rauigkeit der mechanisch nachbearbeiteten Oberfläche reduziert. Für Reduktion der Oberflächenrauigkeit wird das Bauteil 1 bzw. zumindest die Verzahnung 2 wärmebehandelt. Durch die Wärmebehandlung entsteht eine zweite Oberflächenrauigkeit, die kleiner ist als die erste Oberflächenrauigkeit. Insbesondere kann die wärmebehandelte Oberfläche eine Rauigkeit mit einem arithmetischen Mittenrauwert Ra nach DIN EN ISO 4287:2010 zwischen 0,025 um und 2,5 um aufweisen. Weiter kann diese Oberfläche eine gemittelte Rautiefe Rz nach DIN EN ISO 4287:2010 zwischen 0,8 um und 15 um aufweisen.

Die mechanische Nachbearbeitung erfolgt bei Sinterbauteilen nach dem Sintern

und (unmittelbar) vor der Wärmebehandlung.

Vorzugsweise erfolgt nach der Wärmehandlung keine weitere Bearbeitung des

Bauteils 1 (mit Ausnahme von Reinigungen, Verpackung, etc.).

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Die Wärmebehandlung kann beispielsweise mittels Einsatzhärten mit Ölabschrecken (Temperatur: 800 °C - 950 °C, Dauer: 1h-48h, Kohlungsmedium: Gasatmosphäre, Salzschmelzen, Kohlungspulver /-granulat; Abschreckmedium: Härteöl), durch Niederdruckaufkohlen mit Gasabschrecken (LPC) (Temperatur: 800 °C bis1200 °C, Dauer: 1 h- 20 h, Kohlungsmedium: Propan, Acetylen, Abschreckmedium: Stickstoff, Helium), Niederdruckaufkohlen mit Gasabschrecken (Temperatur: 900 °C bis 1200 °C, Dauer: 1 h bis 20 h, Kohlungsmedium: Propan, Acetylen, Ammoniak, Abschreckmedium: Stickstoff, Helium), Fixturhärten (Aufkohlen + Abhärten auf Dorn mit Polymerabschreckung) (Temperatur: 800 °C bis 950 °C, Dauer: 1 h bis 48 h, Kohlungsmedium: Gasatmosphäre, Salzschmelzen, Koh-

lungspulver /-granulat Abschreckmedium: Wasser + Polymer) erfolgen.

In der bevorzugten Ausführungsvariante ist jedoch vorgesehen, dass als Wärmebehandlung eine Nitrierung, insbesondere eine Plasmanitrierung, oder Nitrocarburierung, insbesondere eine Plasmanitrocarburierung, durchgeführt wird. Die kann dabei ausgewählt sein aus einem Bereich von 350 °C und 600 °C, insbesondere ausgewählt aus einem Bereich von 400 °C und 550 °C. Gegebenenfalls kann die Temperatur über die Verfahrensdauer variieren, wobei allerdings die Temperatur im genannten Temperaturbereich liegt. Die Dauer dieser Plasmabehandlung kann zwischen 1 Stunde bis 60 Stunden betragen. Als Atmosphäre in der Plasmakammer kann Wasserstoff oder Stickstoff oder Argon oder eine Mischung daraus, beispielsweise ein Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff, verwendet werden. Das Verhältnis der Volumenanteile an Wasserstoff und Stickstoff in diesem Gemisch kann ausgewählt sein aus einem Bereich von 100 : 1 bis 1: 100. Gegebenenfalls können die Volumenanteile an Wasserstoff und Stickstoff über die Verfahrensdauer variieren, wobei allerdings jedenfalls die Verhältnisse in den genannten Bereichen liegen. Weitere Prozessgase können vorhanden sein, wobei deren Ge-

samtanteil an der Atmosphäre maximal 30 Vol.-% beträgt.

Die elektrische Spannung zwischen den Elektroden kann ausgewählt werden aus einem Bereich von 300 V bis 800 V, insbesondere aus einem Bereich von 450 V bis 700 V. Dabei ist es auch möglich, dass die Spannung während der Plasmabe-

handlung variiert wird.

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Es können dabei sowohl zumindest zwei eigene Elektroden verwendet werden, als

auch das Bauteil 1 selbst als Elektrode geschaltet sein.

Der Druck in der Behandlungskammer während der Plasmabehandlung des Bauteils 1 kann ausgewählt sein aus einem Bereich von 0,1 mbar bis 10 mbar, insbe-

sondere aus einem Bereich von 2 mbar bis 7 mbar.

Anstelle einer Plasmabehandlung kann die Nitrierung bzw. Carbonitrierung auch

mit einem der voranstehend genannten Verfahren erfolgen.

Durch das Nitrieren oder das Nitrocarburieren wird in oberflächennahen Bereichen der Stickstoffanteil und gegebenenfalls der Kohlenstoffanteil im Bauteil 1 durch Einlagerung von Stickstoff und gegebenenfalls Kohlenstoff erhöht. Der Begriff „erhöht“ umfasst auch eine Erhöhung dieser Anteile beginnend von 0 Gew.-% vor der

Behandlung.

Durch das Nitrieren oder das Nitrocarburieren wird eine Verbindungsschicht 10

(unmittelbar) unterhalb der mechanisch nachbearbeiteten Oberfläche gebildet.

Unter einer Verbindungsschicht wird eine Schicht verstanden, in der Eisennitride und/oder Eisencarbonitride vorhanden sind. Diese Verbindungen entstehen durch die Reaktion des Eisens mit dem Stickstoff und/oder dem Kohlenstoff. Der Ausdruck „Verbindungsschicht“ deutet daher auf diese Verbindungen hin und nicht zwangsweise auf eine Schicht die eine Verbindung zu einer anderen Schicht herstellt. Letzteres kann aber zutreffen, wenn auf die Oberfläche der Verzahnung 2

eine weitere Schicht nach der Wärmebehandlung abgeschieden wird.

Weist der Werkstoff des Bauteils 1 noch andere Elemente auf, wie beispielsweise Chrom und Molybdän, können diese ebenfalls Nitride bilden, die in einer Diffusi-

onsschicht 11 vorhanden sein können.

Unter einer Diffusionsschicht 11 wird eine Schicht verstanden, die insbesondere (unmittelbar) unterhalb der Verbindungsschicht 10 ausgebildet ist. Die Diffusions-

schicht 11 entsteht durch das Eindiffundieren von Stickstoff und gegebenenfalls

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Kohlenstoff in das Bauteil während des Nitrierens bzw. Nitrocarburierens. Eine Diffusionsschicht 11 ist also eine Schicht, in der Stickstoff und gegebenenfalls Kohlenstoff interstitiell und/oder in Form von Nitridausscheidungen in die Matrix einge-

lagert sind.

Die Verbindungsschicht 10 und die Diffusionsschicht 11 sind in Fig. 1 strichliert angedeutet.

Die Verbindungsschicht 10 kann eine Schichtdicke zwischen 1 um und 20 um, insbesondere zwischen 2 um und 10um, aufweisen. Weiter kann die Verbindungsschicht 10 eine Dichte zwischen 6,50 g/cm*®* und 7,45 g/cm* aufweisen. Generell kann die Verbindungsschicht 10 eine Dichte aufweisen, die zwischen 82 % und 95 % der Dichte des Vollmaterials beträgt. Insbesondere sind Eisennitride in der Verbindungsschicht 10 zu zumindest 90 % durch yv-Nitrid Fe4N gebildet.

Die Diffusionsschicht 11 kann eine Schichtdicke zwischen 50 um und 300 um, insbesondere zwischen 75 um und 250 um, aufweisen. Weiter kann die Diffusionsschicht 11 eine Dichte zwischen 6,90 g/cm*®* und 7,85 g/cm* aufweisen. Generell kann die Verbindungsschicht 10 eine Dichte aufweisen, die zwischen 82 % und 95 % der Dichte des Vollmaterials beträgt. Insbesondere sind Eisennitride in der Dif-

fusionsschicht 11 zu zumindest 90 % durch e-Nitrid FezN gebildet.

Gemäß einer Ausführungsvariante des Bauteils 1 kann durch Anwendung voranstehender Parameter der Wärmebehandlung, insbesondere der (Plasmaj)Nitrierung bzw. der (Plasma)Carbonitrierung, ein Bauteil 1 hergestellt werden, das eine Verzahnung 2 aufweist, die eine Oberfläche mit einer Oberflächenspannung nach ISO 8296 DIN 53364 von maximal 55 mN/m, insbesondere zwischen 20 mN/m

und 50 mN/m, aufweist.

Zur Evaluierung der Erfindung wurde ein Hohlrad als Sinterbauteil hergestellt. Als Werkstoff wurde dazu ein Sinterstahl mit der Zusammensetzung 0,15 Gew.-% 0,3 Gew.-% C + 0,3 Gew.-% - 0,6 Gew.-% Mo + 2,5 Gew.-% - 3,5 Gew.-% Cr, Rest auf 100 Gew.-% Fe eingesetzt. Die Parameter des Sinterverfahrens entspre-

chen den voranstehend genannten.

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Nach dem Sintern wurde die Verzahnung 2 des Hohlrades gehont. Dabei entstand eine Oberflächenrauhigkeit, die in Fig. 2 wiedergegeben ist. Die Fig. 2 und 3 zeigen jeweils eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme eines Oberflächenausschnittes des Hohlrades im Bereich der Verzahnung 2 vor und nach der Wärmebehandlung. Wie anhand der Fig. 3 erkennbar ist, wurde durch die Wärmebehandlung, die in diesem Fall als Plasmanitrocarburieren durchgeführt wurde (Parameter siehe voranstehend) eine deutlich geringere Oberflächenrauigkeit erreicht. Durch die Verbesserung der Rauheitswerte durch die Wärmebehandlung kann eine Reduktion des Geräuschemission Spitzenwerts von zumindest 2 dB oder mehr er-

reicht werden.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsvariante eines Bauteils 1 in Form eines Hohlrades dargestellt. Diese Ausführungsvariante kann für sich alleinstehend eine eigene Erfindung darstellen. Sie kann aber in Kombination mit zumindest einer der voranstehend genannten Ausführungsvarianten des Bauteils 1 eine weitere Ver-

besserung des NHV-Verhaltens des Bauteils 1 bewirken.

Das Zahnrad 1 umfasst ein erstes, radial inneres Ringteil 12 und ein zweites, radial äußeres Ringteil 13. Das erste, radial innere Ringteil 13 weist die Verzahnung 2 auf. Das erste, radial innere Ringteil 12 ist radial unterhalb (innerhalb) des zwei-

ten, radial äußeren Ringteil 13 angeordnet.

Das erste, radial innere Ringteil 12 und/oder das zweite, radial äußere Ringteil 13

bestehen bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff.

Das erste, radial innere Ringteil 12 weist mehrere, in der Radialrichtung 6 nach außen vorragende erste Vorsprünge 15 auf. Diese ersten Vorsprünge 15 sind an der radial äußeren Umfangsfläche des ersten, radial inneren Ringteils 12 angeordnet, insbesondere einstückig mit diesem verbunden. Vorzugsweise sind diese ersten Vorsprünge 15 in einer Umfangsrichtung 16 des Bauteils 1 gleichmäßig verteilt

über den Umfang des ersten, radial inneren Ringteils 12 angeordnet.

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Das zweite, radial äußere Ringteil 13 weist mehrere, in der Radialrichtung 14 vorragende zweite Vorsprünge 17 auf, die zum Unterschied zu den ersten Vorsprüngen 15 nicht nach außen, sondern nach innen vorragend angeordnet sind. Die zweiten Vorsprünge 17 sind an einer inneren Mantelfläche des zweiten, radial äußeren Ringteiles 13 angeordnet, insbesondere einstückig mit diesem verbunden. Vorzugsweise sind auch die zweiten Vorsprünge 17 in der Umfangsrichtung 16 des Bauteils 1 gleichmäßig verteilt über den Umfang des zweiten, radial äußeren

Ringteils 13 angeordnet.

Zwischen den zweiten Vorsprüngen 17 sind in der Umfangsrichtung 10 Ausnehmungen ausgebildet. Ebenso sind zwischen den ersten Vorsprüngen in der Umfangsrichtung 10 Ausnehmungen ausgebildet. Die Anordnung der Ausnehmungen ist dabei derart, dass die ersten Vorsprünge 15 in den Ausnehmungen zwischen den zweiten Vorsprüngen 17, und die zweiten Vorsprünge 17 in den Ausnehmungen zwischen den ersten Vorsprüngen 15 zumindest teilweise, insbesondere zur Gänze, aufgenommen sind, wie dies aus beispielsweise aus Fig. 4 ersichtlich ist. Mit „zur Gänze“ ist dabei gemeint, dass die ersten Vorsprünge 15 von der inneren Mantelfläche und die zweiten Vorsprünge 17 von dem äußeren Oberfläche des ersten, radial inneren Ringteils 12 geringfügig beabstandet sind, sodass die relative Verdrehbarkeit des ersten Ringteils 12 zum zweiten Ringteil 13 in der Um-

fangsrichtung 16 möglich ist.

Durch die beabstandete Anordnung des ersten, radial inneren Ringteil 12 vom zweiten, radial äußeren Ringteil 13 entsteht zwischen diesen Ringteilen 12, 13 ein umlaufender Zwischenraum (Spalt). In diesem ist ein Elastomerelement 18 angeordnet. Insbesondere ist der Zwischenraum mit dem Elastomerelement 18 ausgefüllt. Vorzugsweise ist nur ein einziges, in Umfangsrichtung 16 durchgängiges, ringförmiges Elastomerelement 18 angeordnet. Es können aber auch mehrerer voneinander getrennte Elastomerelemente 18 eingesetzt werden. Bei Bedarf kann das Elastomerelement 18 mit dem ersten und/oder dem zweiten Ringteil 12, 13

verbunden (stoffschlüssig) sein.

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Das Elastomerelement 18 besteht zumindest teilweise aus einem gummielastischen Werkstoff, beispielsweise aus einem (X)NBR ((carboxylierter) Acrylnitril-Butadien-Kautschuk), HNBR (Hydrierter Nitril-Kautschuk), einem Silikon-Kautschuk (VMQ), NR (Naturgummi), EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), CR (Chloropren-Kautschuk), SBR (Styrolbutadienkautschuk) etc., wobei auch hier wiede-

rum Werkstoffmischungen eingesetzt werden können.

Das Elastomerelement 18 kann auch Bereiche aus zueinander unterschiedlichen gummielastischen Werkstoffen aufweisen. Vorzugsweise besteht das Elastome-

relement 18 jedoch ausschließlich aus einem gummielastischen Werkstoff.

Aufgrund der genannten ersten und zweiten Vorsprünge 15, 17 ist das Elastome-

relement 18 wellenförmig (in Ansicht in der Axialrichtung betrachtet) ausgebildet.

Die ersten Vorsprünge 15 und/oder die zweiten Vorsprünge 17 können in Form einer Verzahnung ausgebildet sein, wie dies beispielsweise aus Fig. 4 ersichtlich ist. Diese Verzahnung kann (wie in den Figuren dargestellt) in Form eine Geradver-

zahnung oder in Form einer Schrägverzahnung ausgeführt sein.

Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die ersten Vorsprünge 15 des ersten, radial inneren Ringteiles 12 und/oder die zweiten Vorsprünge 17 des zweiten, radial äußeren Ringteiles 13 walz- bzw. wälzbearbeitet sind. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die ersten Vorsprünge 15 des ersten, radial inneren Ringteiles 12 und/oder die zweiten Vorsprünge 17 des zweiten, radial äußeren Ringteiles 13 in Form einer Zykloidenverzahnung ausgebildet sind. Zykloidenverzahnungen an sich sind für Zahnräder aus dem Stand er Technik bekannt, sodass sich eine Begriffserklärung dazu erübrigt. In der bevorzugten Ausführungsvariante sind die ersten Vorsprünge 15 und/oder die zweiten Vorsprünge 17 als Evolventenverzahnung

ausgebildet.

Die Zykloidenverzahnung kann mit einem Walz- bzw. Wälzwerkzeug hergestellt werden, sodass bevorzugt beide Flanken der ersten Vorsprünge 15 und/oder

beide Flanken der zweiten Vorsprünge 17 gleich ausgebildet sind.

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Die Formgebung kann insbesondere mittels Walzschälen, aber auch mittels Wälzstoßen, Wälzschaben, etc., erfolgen. Insbesondere bei pulvermetallurgisch hergestellten ersten Ringteilen 12 und/oder zweiten Ringteilen 13 besteht alternativ oder zusätzlich dazu auch die Möglichkeit, dass die Primärformgebung mittels einer Matrize erfolgt und dass die ersten Vorsprünge 15 und/oder die zweiten Vor-

sprünge 17 mit einem Prägezahnrad durch Walzen kalibriert werden.

Nach einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Zykloidenverzahnung einen Eingriffswinkel zwischen 0 ° und 90 °, insbesondere zwischen 5 ° und 60 °, beispielsweise zwischen 8 ° und 45 °, aufweist. Der Begriff „Eingriffswinkel“ wird wie für Zahnräder üblich verwendet. Demnach bewegt sich der Berührpunkt zweier Zahnflanken während des gesamten Eingriffs auf einer Geraden, der sogenannten Eingriffsstrecke. Den Winkel, um den die Eingriffsstrecke gegen die Vertikale geneigt ist (bei durch eine gemeinsamen horizontale Linie verlaufenden Mittelachsen des ersten Ringteils 12 bzw. zweiten Ringteils 13 und dem Walz- bzw. Wälzwerkzeug) ist der Eingriffswinkel. Dieser entspricht dem Flankenwinkel des

Bezugsprofils.

Bei Ausführungen der Verzahnungen der ersten Vorsprünge 15 und/oder der zweiten Vorsprünge 17 als Schrägverzahnungen kann vorgesehen sein, dass die Schrägverzahnung einen Schrägungswinkel zwischen 0 ° und 45 °, insbesondere zwischen 5 ° und 35 °, beispielsweise zwischen 8 ° und 25 °, aufweist. Sofern sowohl die ersten Vorsprünge 15 als auch die zweiten Vorsprünge 17 als Schrägverzahnungen ausgeführt sind, weisen beide Schrägverzahnungen bevorzugt den gleichen Schrägungswinkel auf. Es sind jedoch auch Ausführungen mit unterschiedlichen Schrägungswinkel möglich, wobei sich in diesem Fall die Schrägungswinkel bevorzugt um nicht mehr als 10 °, insbesondere nicht mehr als 8 °,

beispielsweise nicht mehr als 5 °, voneinander unterscheiden.

Der Begriff „Schrägungswinkel“ bezeichnet den Winkel, den der Verlauf der Vorsprünge 15 bzw. 17 in Bezug auf die Axialrichtung aufweisen. Ein Schrägungs-

winkel von 0 ° bezeichnet demnach eine Geradverzahnung.

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Bevorzugt sind die ersten Vorsprünge 15 und/oder die zweiten Vorsprünge 17 im

Querschnitt betrachtet symmetrisch ausgebildet.

Nach einer bevorzugten Ausführungsvariante des Bauteils 1 kann vorgesehen sein, dass das Elastomerelement 18 die Flanken der ersten Vorsprünge 15 des ersten, radial inneren Ringteiles 12 und/oder die Flanken der zweiten Vorsprünge 17 des zweiten, radial äußeren Ringelementes 13 nachformt, also insbesondere eine zur Form der Zykloidenverzahnung der ersten Vorsprünge 15 und/oder zwei-

ten Vorsprünge 17 inverse Form aufweist.

Zur Herstellung des Elastomerelements 18 kann in den Zwischenraum zwischen den beiden Ringteilen 12, 13 eine Vorstufe des Elastomers für das Elastomerelement 18 eingebracht und darin vulkanisiert werden oder es wird eine entsprechende Formgebung außerhalb des Zwischenraums vorgenommen und das fer-

tige Elastomerelement 18 in den Zwischenraum eingesetzt.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Zwischenraum zwischen den beiden Ringteilen 12, 13 über den gesamten Umfang mit in radialer Richtung gleichbleibender Dicke ausgebildet sein kann. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die radiale Breite des Zwischenraums in Umfangsrichtung 16 variiert. Beispielsweise kann zwischen den Köpfen und den Füßen der ersten und zweiten Vorsprünge 15, 17 ein radialer Abstand von maximal 0,5 mm ausgebildet sein. Der Abstand zwischen den Flanken der Vorsprünge 15, 17 kann an der engsten Stelle

mindestens 1,5 mm und an der breitesten Stelle maximal 10 mm betragen.

Die Ausführungsbeispiele zeigen bzw. beschreiben mögliche Ausführungsvarianten des Bauteils 1, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch Kombinationen

der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Bauteils 1 dieser nicht notwendigerweise maßstäb-

lich dargestellt ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines, insbesondere ringförmigen, Bauteils (1) mit einer Verzahnung (2), die Zähne (3) mit Zahnfüßen (6), Zahnköpfen (5) und Zahnflanken (4) aufweist, umfassend die Schritte: Herstellung eines Bauteilkörpers (9) aus einem metallischen Werkstoff, Ausbilden der Verzahnung (2) auf dem Bauteilkörper (9), mechanische Nachbearbeitung der Verzahnung (2), sodass die Oberfläche der Verzahnung (2) eine erste Oberflächenrauigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (2) nach der mechanischen Nachbearbeitung zur Ausbildung einer zweiten Oberflächenrauigkeit der mechanisch nachbearbeiteten Oberfläche, die kleiner ist als die erste Oberflächenrauigkeit, wärmebehandelt wird und/oder dass der Bauteilkörper (9) in radialer Richtung unter Ausbildung eines ersten, radial inneren Ringteils (12) und eines zweiten, radial äußeren Ringteils (13) geteilt ausgeführt wird, wobei zwischen dem ersten, radial inneren und dem zweiten, radial äußeren Ringteil (12, 13) ein Elastomer wellenförmig an-

geordnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ver-

zahnung (2) gleichzeitig mit der Herstellung des Bauteilkörpers (9) hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilkörper (9) aus einem Sinterwerkstoff durch Pressen eines Pulvers zu einem

Grünling und Sintern des Grünlings zum Bauteilkörper (9) hergestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest

die Verzahnung nach dem Sintern nachverdichtet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als mechanische Nachbearbeitung eine spanende Bearbeitung durchgeführt wird.

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmebehandlung eine Nitrierung oder Nitrocarburierung durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Nitrierung eine Plasmanitrierung oder als Nitrocarburierung eine Plasmanitrocarburie-

rung durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine radial innere Oberfläche des zweiten, radial äußeren Ringteils (13) und eine radial äußere Oberfläche des ersten, radial inneren Ringteils (12) verzah-

nungsartig ausgebildet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die radial innere Oberfläche des zweiten, radial äußeren Ringteils (13) und/oder die radial äußere Oberfläche des ersten, radial inneren Ringteils (12) walzbearbeitet

und/oder wälzbearbeitet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die radial innere Oberfläche des zweiten, radial äußeren Ringteils (13) und/oder die radial äußere Oberfläche des ersten, radial inneren Ringteils (12) in Form einer

Geradverzahnung oder Schrägverzahnung ausgebildet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Geradverzahnung oder Schrägverzahnung der radial inneren Oberfläche des zweiten, radial äußeren Ringteils (13) und/oder der radial äußere Oberfläche des ersten, radial inneren Ringteils (13) in Form einer Zykloidenverzahnung, insbeson-

dere einer Evolventenverzahnung, ausgebildet werden.

12. Bauteil (1), insbesondere Hohlrad, mit einem Bauteilkörper (9), auf dem

eine Verzahnung (2) angeordnet oder ausgebildet ist, die Zähne (3) mit Zahnfüßen

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(6), Zahnköpfen (5) und Zahnflanken (4) aufweist, wobei die Verzahnung (2) mechanisch nachbearbeitet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (2) wärmebehandelt ist und/oder dass der Bauteilkörper (9) in radialer Richtung unter Ausbildung eines ersten, radial inneren Ringteils (12) und eines zweiten, radial äußReren Ringteils (12) geteilt ausgeführt ist, wobei zwischen dem ersten und dem

zweiten Ringteil (12 13) ein Elastomer wellenförmig angeordnet ist.

13. Bauteil (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (2) eine Oberflächenspannung nach ISO 8296 DIN 53364 von maximal

55 mN/m, insbesondere zwischen 20 mN/m und 50 mN/m, aufweist.

14. Bauteil (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (2) eine Oberflächenrauigkeit mit einem arithmetischen Mittenrauwert Ra nach DIN EN ISO 4287:2010 zwischen 0,025 um und 2,5 um aufweist.

15. Bauteil nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine radial innere Oberfläche des zweiten, radial äußeren Ringteils (13) und eine radial äußere Oberfläche des ersten, radial inneren Ringteils (12) verzah-

nungsartig ausgebildet ist.

16. Bauteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die radial innere Oberfläche des zweiten, radial äußeren Ringteils (13) und/oder die radial äußere Oberfläche des ersten, radial inneren Ringteils (12) walzbearbeitet und/oder

wälzbearbeitet sind.

17. Bauteil nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die radial innere Oberfläche des zweiten, radial äußeren Ringteils (13) und/oder die radial äußere Oberfläche des ersten, radial inneren Ringteils (12) in Form einer

Geradverzahnung oder Schrägverzahnung ausgebildet sind.

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18. Bauteil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Geradverzahnung oder Schrägverzahnung der radial inneren Oberfläche des zweiten,

radial äußeren Ringteils (13) und/oder der radial äußere Oberfläche (12) des ersten, radial inneren Ringteils in Form einer Zykloidenverzahnung, insbesondere ei-

ner Evolventenverzahnung, ausgebildet ist.

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