Als
ein Walzwerkzeug wird beispielsweise eine Walze verwendet, die mit
einer Verzahnung ausgestattet ist, die mit der Verzahnung des Verzahnungselements
in Eingriff bringbar ist. Ein derartiges Walzwerkzeug wird insbesondere
unter einem Druck auf einer Oberfläche des Verzahnungselementes
abgewälzt.
Bevorzugt werden insbesondere gleichzeitig zwei oder mehrere derartige
Walzwerkzeuge verwendet. Beispielsweise kann ein herzustellendes Zahnrad
mittig zwischen zwei Wälzwerkzeugen
angeordnet werden. Durch Zustellung beider Wälzwerkzeuge kann sodann eine
Oberflächenverdichtung
des Sintermaterials der Verzahnung bewirkt werden. Allgemein geht
ein derartiges Herstellungsverfahren zum Beispiel aus Takeya et
al, „Surface Rolling
of sintered gears",
SAE 1982 World Congress, Technical Paper 820234 hervor. Auch aus
DE 33 250 37 , aus
US 4,059,879 , aus
EP 0 552 272 A1 , aus
EP 1 268 102 A1 ,
aus
US 5,729,822 , aus
US 5,711,187 , aus
US 5,884,527 , aus
US 5,754,937 , aus
US 6,193,927 , aus
EP 0 600 421 A1 ,
aus
GB 2,250,227 gehen
jeweils verschiedene Herstellungsverfahren, Sintermaterialien, Werkzeuge,
Ablauf der Verdichtung und Vorrichtungen für gesinterte Verzahnungen hervor,
die adaptiert an die Erfindung ebenfalls genutzt werden können. Auf
die obigen Druckschriften wird entsprechend des Rahmens dieser Offenbarung
verwiesen.
Beispielsweise
kann auch ein erstes Walzwerkzeug unter einem ersten Druck im Wesentlichen zum
Grobkonturwalzen und anschließend
ein zweites Walzwerkzeug unter einem zweiten Druck zur Erzielung
der gezielt einzustellenden Oberflächenverdichtung verwendet werden.
Das
lokal-selektive Aufmaß ist
insbesondere so bemessen, dass das Verzahnungselement zumindest
im Bereich wenigstens einer Flanke und/oder eines Fußes eines
Zahnes des Verzahnungselementes in einer Randschicht an einer Oberfläche lokal
variiert verdichtet wird. Bevorzugt wird innerhalb der verdichteten
Randschicht eine volle Dichte erreicht, wobei die volle Dichte bevorzugt
bezogen auf eine Dichte eines vergleichbaren pulvergeschmiedeten Zahns
zu verstehen ist. Beispielsweise weist eine Vorform aus einem Sinterwerkstoff
in einem Kern eine Dichte von mindestens 6,8 d/cm3,
vorzugsweise von mindestens 7,1 g/cm3 und
insbesondere von mindestens 7,3 g/cm3 auf.
In der verdichteten Randschicht weist die Vorform beispielsweise
eine Dichte von zumindest 7,7 g/cm3, vorzugsweise
von zumindest 7,8 g/cm3 auf, was der Dichte
einer pulvergeschmiedeten Vorform aus dem gleichen Werkstoff entspricht.
Besonders vorteilhaft wird dabei ein beanspruchungsgerechter Festigkeitsverlauf
erzielt. Des Weiteren wird mit einem örtlich variablen und beanspruchungsgerechtem
Dichteverlauf bevorzugt eine hoch beanspruchbare gesinterte Verzahnung
bereitgestellt. Der Dichteverlauf kann insbesondere in den höher beanspruchten
Bereichen einen größeren Dichtegrad über einen
größeren Bereich
aufweisen im Vergleich zu unmittelbar benachbarten Bereichen geringerer
Belastung. Mittels einer Ermittlung eines optimierten Aufmasses
lässt sich
ein derartig hergestellte Verzahnung auch wirtschaftlich in wenigen
Arbeitsschritten fertigen.
Gemäß einer
Ausgestaltung wird die jeweils unterschiedlich verdichtete Randschicht über ein
unterschiedliches Aufmaß entlang
einer Flanke und/oder Zahngrund der Vorform miterzeugt. Beispielsweise
ist vorgesehen, dass eine Tiefe der verdichteten Randschicht, jeweils
senkrecht zur Oberfläche
betrachtet, in etwa am Ort einer maximalen Beanspruchung ein Maximum
der Dichte aufweist. Dieses kann beispielsweise auf halber Höhe des Zahnes sein
und jeweils zum Zahnkopf und zum Zahnfuß stetig auf Null abnehmen.
Insbesondere zur Vermeidung von Pittings wird beispielsweise vorgesehen,
dass in einem Bereich zwischen 20% und 30%, insbesondere zwischen
23% und 25% unterhalb des Wälzkreises
eine besonders hohe Verdichtung im Sintermaterial eingestellt wird.
Es können
jedoch auch andere Verläufe
vorgesehen werden. Insbesondere wird bei einer Auslegung eines Verdichtungsverlaufes
ein Kraftverlauf auf einer Zahnflanke des Verzahnungselementes in
seinem verwendungsgemäßen Einsatzzweck
berücksichtigt.
Beispielsweise werden dazu die an Zähnen eines Zahnrades in einem
Getriebe auftretenden Kräfte
herangezogen und die daraus resultierenden Vergleichsspannungsverläufe unterhalb der
Oberfläche
herangezogen. Diese Vorgehensweise ist auch bei anderen Verzahnungen
möglich.
Besonders
vorteilhaft ist es, wenn ein Aufmaß auf einer ersten Flanke des
Zahns anders gewählt
wird als auf einer zweiten Flanke des Zahns. Dabei wird insbesondere
eine Kraftübertragungsrichtung
bei einem verwendungsgemäßen Einsatzzweck eines
Verzahnungselementes berücksichtigt.
Bei einem Zahnrad in einem Getriebe wird hierzu beispielsweise berücksichtigt,
dass abhängig
von einer Drehrichtung in Drehrichtung andere Kräfte an den Zahnflanken auftreten
als entgegen der Drehrichtung. Des Weiteren kann eine unterschiedliche
Verdichtung aufgrund einer Drehrichtung eines Walzwerkzeuges kompensiert
werden. Bevorzugt werden die Aufmaße so gewählt, dass nach einem Verdichtungsprozess ein
identischer Verdichtungsverlauf entlang der ersten und der zweiten
Zahnflanke resultiert.
Beispielsweise
zur Vermeidung von Spannungsrissen in einem Zahnfuß bzw. Zahngrundbereich
wird eine lokal verdichtete Oberflächenschicht auch in diesen
Bereichen angestrebt. Besonders zweckmäßig ist es, wenn in einem Zahngrund
ein asymmetrisches Aufmaß gewählt wird.
Beispielsweise weist ein linker Zahnfußbereich eine andere Ver dichtungstiefe
als ein rechter Zahnfuß auf.
Insbesondere kann jeweils zwischen zwei Zähnen eine vorzugsweise stetige
Variation einer Tiefe einer Randschicht durch eine entsprechende
Variation des Aufmaßes
bereitgestellt werden.
Vorzugsweise
wird bei der Ausgestaltung einer Verzahnung ein unterschiedliches,
insbesondere asymmetrisches Aufmass nicht nur bezüglich einer Flanke,
sondern vorzugsweise bezüglich
zweier einander gegenüberliegender
Flanken vorgesehen. Zusätzlich
wird ein unterschiedliches Aufmass im Zahnfuß vorgesehen, das vorzugsweise
asymmetrisch ist. Auch können
Zahnflanken und Zahnfüße einer
Verzahnung jeweils asymmetrisch sein. Als Aufmass ist hierbei nicht
nur die zur Verfügung
Stellung von zusätzlichem
Material zu verstehen. Vielmehr gehört dazu ebenfalls ein Untermaß. Darunter
ist zu verstehen, dass weniger Sintermaterial in einem Beeich vorgesehen
ist, als in Bezug auf eine Endkontur nach einem Bearbeitungsschritt
vorgesehen sein müsste. Das
ermittelte Untermaß stellt
beispielsweise sicher, dass bei Verdrängung von Sintermaterial keine
unerwünschten
Erhebungen entstehen. Das Untermaß stellt daher einen durch
insbesondere Verdrängung von
Sintermaterial aufzufüllenden
Bereich einer Vorform mit einer Verzahnung dar.
Darüber hinaus
besteht die Möglichkeit,
unterschiedliche Eingriffswinkel an einem Zahn einer Verzahnung
vorzusehen. So kann der Eingriffswinkel der einen Flanke des Zahn
um zumindest 15% vom Eingriffswinkel der anderen Flanke des Zahns
abweichen.
In
einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zumindest 20 μm unterhalb
einer Oberfläche
einer ersten Flanke des Zahns eine um 2 %, bis zumindest 15 % höhere Dichte
als auf einer zweiten Flanke des Zahns auf gleicher Höhe erzeugt
wird. Bevorzugt wird auf der ersten Flanke des Zahns eine Dichte
erzielt, die zumindest in etwa der Dichte entspricht, die für ein pulvergeschmiedetes
Verzahnungselement erzielt wird, wohingegen die zweite Flanke eine
geringere Dichte aufweist. Beispielsweise wird auf der einen Flanke
eine Dichte in einem Bereich zwischen 7,2 g/cm3 und
7,7g/cm3 eingestellt, während in dem entsprechenden
Bereich der zweiten Flanke eine Dichte zwischen 7,5 g/cm3 und 7,82 g/cm3 eingestellt wird.
Insbesondere werden damit wiederum beispielsweise drehrichtungsabhängigen unterschiedlichen
Belastungen der beiden Zahnflanken Rechnung getragen. Bevorzugt
wird dabei ein anforderungsgerechter Elastizitäts- und Härteverlauf erzielt. Weiter
bevorzugt wird dadurch eine Geräuschentwicklung
beispielsweise in einem Getriebe verringert.
Weiterhin
ist vorgesehen, dass ein lokales Aufmaß auf einer ersten Flanke des
Zahns um zumindest 10 % größer gewählt ist,
als ein Aufmaß auf einer
zweiten Flanke des Zahns auf gleicher Höhe. In einer ersten Variante
wird dadurch beispielsweise erzielt, dass aufgrund unterschiedlicher
Druckbeaufschlagung beim Verdichten in Abhängigkeit der Drehrichtung ein
identischer Verdichtungsverlauf auf der ersten und der zweiten Zahnflanke
erzielt wird. In einer weiteren Variante wird beispielsweise ein
unterschiedlicher Verdichtungsverlauf auf der ersten und der zweiten
Zahnflanke erzielt. Hierbei können
insbesondere unterschiedliche maximalen Dichten, deren Tiefen wie
aber auch deren Ort in Bezug auf die Höhe der Verzahnung gezielt eingestellt
werden.
Besonders
zweckmäßig ist
es, wenn ein Betrag eines maximalen lokalen Aufmaßes wenigstens 15 μm, bevorzugt
wenigstens 100 μm
und besonders bevorzugt wenigstens 400 μm beträgt. Liegt die Dichte der Vorform
in einem Bereich zwischen 7,2 g/cm3 und
7,5 g/cm3, wird bevorzugt ein maximales
Aufmaß zwischen
20 und 150 μm
vorgesehen. Liegt die Dichte der Vorform zwischen 6,7 g/cm3 und 7,2 g/cm3, wird
bevorzugt ein maximales Aufmaß zwischen
50 μm und
500 μm verwendet.
Ein Aufmaß kann
dabei lokal auch negativ sein, wobei beispielsweise eine laterale
Umverteilung von Material berücksichtigt
wird. Eine laterale Umverteilung kann durch Fließen von Material infolge eines
Walzvorganges erfolgen. Insbesondere kann ein zumindest lokal negatives
Aufmaß vorgesehen
sein, welches lokal unter dem Endmaß liegt. Das negative Aufmaß beträgt vorzugsweise
maximal 100 μm.
Gemäß einer
Ausgestaltung beträgt
das negative Aufmass maximal weniger als 50 μm und insbesondere weniger als
20 μm. Insbesondere
liegt das maximale negative Aufmass in einem Bereich zwischen 100 μm und 20 μm.
Vorzugsweise
wird eine Verdichtung erzielt, die zumindest in einem Bereich einer
Zahnflanke der Verzahnung eine Tiefe zwischen 1 mm und 1,5 mm erreicht.
Die Verdichtung im Zahnfuß kann
hingegen geringer sein. Gemäß einer
Ausgestaltung ist die maximale Tiefe der Verdichtung einer Zahnflanke
um zumindest den Faktor 6 größer als
eine maximale Tiefe einer Verdichtung in einem Bereich des zugehörigen Zahnfußes. Dieses
erlaubt, dass die Verzahnung einerseits eine ausreichende Festigkeit
hat, andererseits aber auch eine gewisse Verformbarkeit behält. Ein
Zahnbruch wird dadurch vermieden.
In
einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Vorform
und das Walzwerkzeug aufeinander abgewälzt werden, bis eine endgültig formgebende
Bewegung zwischen dem dadurch hergestellten Verzahnungselement und
dem Walzwerkzeug erzeugt wird. Dies wird beispielsweise zur Herstellung
von miteinander in Eingriff stehenden Zahnrädern verwendet. Bevorzugt wird
während
des Abwälzvorganges
mit dem Walzwerkzeug ein Abstand zwischen Walzwerkzeug und Vorform
verringert. Entsprechend wird dazu insbesondere ein Wälzdruck
eingestellt bzw. angepasst. Neben der Möglichkeit einer Kraftsteuerung
kann auch eine Wegsteuerung an der Maschine verwirklicht sein. Darüber hinaus
besteht die Möglichkeit,
eine Kombination aus Kraft- und Wegsteuerung bei der Herstellung
der Verzahnung vorzusehen. Dabei kann auch in einem Abschnitt der
Herstellung eine reine Wegsteuerung erfolgen und in einem anderen
Abschnitt der Herstellung eine reine Kraftsteuerung. Auch können sich
diese mehrmals abwechseln.
In
einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mittels Walzbewegung
zwischen der Vorform und dem Walzwerkzeug eine zykloidenförmige und/oder
evolventenförmige
Verzahnung entsteht.
Neben
Verzahnungselementen im Sinne von Zahnrädern können auch weitere Verzahnungselemente
hergestellt werden. Beispielsweise ist vorgesehen, dass als Verzahnungselement
ein Nocken hergestellt wird. Insbesondere kann ein Nocken hergestellt
werden, wie er beispielsweise zur mechanischen Betätigung einer
Verstellvorrichtung, beispielsweise zum Verstellen eines Ventils
oder dergleichen verwendet wird. Vorzugsweise wird durch eine lokal variierte
Verdichtung einer Randschicht auf einer Flanke eines Nockens ein
verbesserter Festigkeitsverlauf mit einer geringeren Verschleißanfälligkeit
bereitgestellt.
Eine
weitere Verbesserung einer Oberflächenhärtung kann insbesondere damit
erzielt werden, dass das Verfahren zur Herstellung eines zumindest
teilweise oberflächenverdichteten
metallenen Verzahnungselementes einen thermischen und/oder chemischen
Oberflächenhärtungsprozess umfasst.
In
einer ersten Variante wird als thermischer und/oder chemischer Härtungsprozess
beispielsweise eine Einsatzhärtung
verwendet. Bevorzugt wird dabei neben einer Erhöhung der Härte ein Abbau von Verspannungen
erzielt. In einer weiteren Variante wird beispielsweise ein Carbonitrierungsprozess
verwendet. Des Weiteren kann ein Nitrier- beziehungsweise Nitrocaborierprozess
sowie ein Borierprozess verwendet werden. Insbesondere wird bei
diesen Prozessen in Verbindung mit einer Wärmebehandlung ebenfalls eine
Verringerung einer Verspannung erzielt. Durch Einstellung des herrschenden
Druckes kann ebenfalls Einfluß auf
die Härtung
genommen werden. Beispielsweise kann ein Vakuum eingestellt werden,
insbesondere wenn eine Einsatzhärtung vorgenommen
wird. Auch besteht die Möglichkeit, eine
Induktionshärtung
vorzunehmen.
Die
Härtung
wird gemäß einer
Ausgestaltung nur partiell ausgeführt, beispielsweise nur im
Bereich der Verzahnung vorgenommen.
In
einer bevorzugten Variante ist vorgesehen, dass ein Verfahren zur
Herstellung eines zumindest teilweise oberflächengehärteten metallenen Verzahnungselementes,
welches ein verdichtetes Sintermaterial aufweist, die Schritte "Kaltes oder warmes
Verpressen, Sintern, Maß-
und Oberflächenverdichtungswalzen
sowie Einsatzhärtung" umfasst. Beispielsweise
erfolgt zunächst
ein kaltes Verpressen eines Metallpulvers in einer Form, welche
zumindest in etwa das Endmaß des
herzustellenden Verzahnungselementes aufweist. In einem zweiten Schritt
erfolgt beispielsweise der Sinterprozess unter Wärmeeinwirkung mit oder ohne
Druckeinwirkung. Vorzugsweise daran anschließend erfolgt die Maß- und Oberflächenverdichtung
mittels Walzen. Wie bereits weiter oben erwähnt erfolgt ein Maß- und Oberflächenverdichtungswalzen
vorzugsweise gleichzeitig mittels wenigstens zweier Walzwerkzeuge.
Daran anschließend
kann schließlich
die Härtung,
insbesondere Einsatzhärtung
erfolgen, die eine weitere Härtung
der Oberfläche
ermöglicht.
Weitere
mögliche
Verfahrensschritte bzw. Verfahrensabläufe wie auch nähere Angaben
zu Werkstücken
sind im folgenden beispielhaft angegeben. Die Verfahrensschritte
sind jedoch auch mit anderen Materialien und erreichten Dichtewerten
ausführbar.
Die verwendbaren Sintermaterialien sind wie folgt allgemein im Rahmen
der Erfindung nutzbar, wobei beispielhaft verwendbare Materialen
angegeben werden:
- – gemischte Pulver (admixed
powders): Zum Beispiel Eisenpulver wird mit anderen vorzugsweise elementaren
Pulvern gemischt. Zum Beispiel:
Ancorsteel 1000+1,5-3,5 w/o
Cu + 0,6-1,1 w/o Graphit + 0,5-1,2 w/o Schmiermittel
Ancorsteel
1000B+1,5-2,2 w/o Ni + 0.4-0,9 w/o Graphit + 0,6-1,1 w/o Schmiermittel
- – teilweise
legierte Pulver (partially alloyed, diffusion alloyed powders):
Ein Pulver bei dem der oder die Legierungsbestandteile metallurgisch
mit elementarem Pulver oder vorlegiertem Pulver verbunden sind.
Zum Beispiel: Distaloy AB, Distaloy 4600A, Distaloy AE, Distaloy
4800A
- – vorlegierte
Pulver (pre-alloyed powders): Pulver aus zwei oder mehr Elementen,
die während
der Pulverherstellung legiert werden, wobei die Pulverpartikel gleichverteilt
werden. Zum Beispiel: Ancorsteel 4600V, Ancorsteel 2000, Ancorsteel 86,
Ancorsteel 150HP
- – Hybridlegierung
(hybrid alloy): vorlegierte oder partiell legierte Pulver mit elementaren
oder eisenlegierten Zugaben, die vermischt werden, um die gewünschte Materialzusammenstellung
zu erhalten. Zum Beispiel:
Ancorsteel 85P+1,5-2,5 w/o Ni +
0,4-0,8 w/o Graphit + 0,55-1,1 w/o Schmierzusatz
Distaloy AE
+ 1,5-2,5 w/o Ni + 0,4-0,8 w/o Graphit + 0,55-0,95 Schmierzusatz
Ancorsteel
85HP + 1,1-1,6 w/o FeMn + 0,35-0,65 w/o Graphit + 0,6-0,95 Schmierzusatz
- 1. Das Werkstück
weist eine Kerndichte zwischen 6,5 und 7,5 g/cm3 auf.
Die Oberflächendichte
beträgt mehr
als 7,5 g/cm3. Eine maximale Dichte wird
bis zu einer Tiefe von 0,1 mm erzeugt.
Ausgangsmaterialien
für die
Vorform sind sintermetallische Pulver, insbesondere vorlegierte Materialien,
partiell legierte Materialien oder Hybridlegierungen.
Mit
einem vorlegiertem Material wird ein Kaltverpressen, ein Sintern
in einem Temperaturbereich zwischen 1100°C und 1150°C, ein Oberflächenverdichten,
ein Einsatzhärten
und ein anschließendes Schleifen
vorgenommen, um eine Endform eines Werkstücks mit Verzahnung zu erzielen.
Mit
einem partiell legierten metallischem Sintermaterial wird ein Warmpressen
bei einer Pressentemperatur in einem Bereich zwischen 50°C und 80°C, ein Hochtemperatursintern
in einem Bereich vorzugsweise zwischen 1250° C und 1280°C, ein Oberflächenverdichten,
ein anschließendes
Vakuum-Einsatzhärten
und ein Honen durchgeführt,
um eine Endform eines Werkstücks
mit Verzahnung zu erzielen.
Mit
einem Sintermaterial aufweisen eine Hybridlegierung wird ein Warmpressen
ausgeführt,
bei dem vorzugsweise das Pulver und das Werkzeug erhitzt sind. Vorzugsweise
sind diese in einem Bereich zwischen 120°C und 150° aufgeheizt. Anschließend erfolgte
ein Sinterschritt, beispielsweise als Hochtemperatursintern, ein
Oberflächenverdichten
und anschließend
Induktionshärten.
Eine Nachbehandlung kann beispielsweise entfallen.
- 2. Die Vorform ist pulvergeschmiedet. Diese Vorform wird
zumindest teilweise im Bereich der Zahnflanken und/oder des Zahnfußes oberflächenverdichtet.
Eine Kerndichte des Werkstücks
beträgt
zwischen 5,7 g/cm3 und 7,7 g/cm3.
Eine Oberflächendichte
im Bereich der beträgt
mehr als 7,8 g/cm3, wobei vorzugsweise in
diesem Bereich alle verbliebenen Poren an der Oberfläche verschlossen
sind. Es kann jedoch auch eine Maximaldichte bis zu einer Tiefe
von 1,5 mm erzeugt werden.
Ein
Herstellungsverfahren kann wie folgt ablaufen: Wahl des Pulvermaterials,
Kaltpressen des Pulvermaterials, Sintern vorzugsweise mit einer
Temperatur um ca. 1120°C,
anschließen
Schmieden, vorzugsweise bei einer Temperatur um die 1000°C, eventuelles Entfernen
einer Oxidationsschicht, Oberflächenverdichten
insbesondere durch Wälzen, Oberflächenhärten, insbesondere
Einsatzhärten,
und eventuelles anschließendes
partielles Schleifen auf eine Endkontur. Das Verfahren kann ganz
oder teilweise in einer Fertigungstrasse ablaufen.
Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, dass beim Oberflächenhärten ein
Vakuum-Einsatzhärten ausgeführt wird,
an den sich ein Honschritt für
partielle Bereiche der Verzahnung anschließen.
- 3. Insbesondere für
die Produktion von Rotoren und Ölpumpenräder wird
eine Vorform aus einem aluminiumhaltigen Material im Bereich der
Zahnflanken und/oder der Zahnfüße oberflächenverdichtet.
Beim Oberflächenverdichten
wird insbesondere eine Endform der Verzahnung erzielt. Die Kerndichte
des Werkstücks
beträgt
vorzugsweise zwischen 2, 6 g/cm3 und 2,8
g/cm3.
Das
Sintermaterial wird beispielsweise warmgepresst, beispielsweise
bei einer Temperatur zwischen 40°C
und 65°C,
anschließend
entwachst, beispielsweise bei einer Temperatur von mehr als 400°C, insbesondere
in einem Temperaturbereich zwischen 420°C und 440°C dann gesintert, beispielsweise
in einem Temperaturbereich oberhalb von 550°, insbesondere in einem Temperaturbereich
zwischen 600°C
und 630°C,
dann homogenisiert und gekühlt,
beispielsweise auf eine Temperatur zwischen 480°C und 535°C, wobei anschließend ein Oberflächenverdichten
insbesondere durch Walzen erfolgt. Anschließend kann eine Aushärtung erfolgen, beispielsweise
in einem Temperaturbereich zwischen 120°C und 185°C für einen Zeitraum zwischen 6
h und 24 h.
- 4. Die Vorform wird vorzugsweise entlang der Zahnflanke
und des Zahnfußes
verdichtet, wobei insbesondere zwei Walzwerkzeuge eingesetzt werden,
in deren Mitte die Vorform drehbar angeordnet wird. Eine Kerndichte
des Werkstücks
beträgt
je nach Material vorzugsweise zwischen 7,2 g/cm3 und
7,5 g/cm3, eine Oberflächendichte ist materialabhängig zumindest
abschnittsweise größer als
7,8 g/cm3. Eine maximale Dichte ist insbesondere
bis zu einer Tiefe von 1 mm vorliegend, eventuell auch darüber hinaus.
Von
den Herstellungsschritten wird gemäß einer Ausgestaltung vorgeschlagen,
vorlegiertes Material kalt zu verpressen, anschließend zu
sintern, insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen 11000° und 1150°C, eine Oberflächenverdichtung durchzuführen, eine
Härtung
auszuführen
und die Oberfläche
partiell eventuell zu schleifen.
Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, ein partiell legiertes Sintermaterial
warm zu verpressen, insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen 50°C und 90°C, ein Hochtemperatursintern
auszuführen,
insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen 1240°C und 1290°C, eine Oberflächenverdichtung
durchzuführen,
eine Vakuum-Einsatzhärtung vorzunehmen
und eventuell anschließend
zu honen.
Eine
andere Ausgestaltung sieht vor, eine Hybridlegierung heiß zu verpressen,
wobei das Pulver und das Presswerkzeug vorzugsweise in einem Temperaturbereich
zwischen 120°C
und 160°C
aufgewärmt
sind. Nach einem Sinterschritt erfolgt eine Oberflächenverdichtung,
an die sich eine Härtung, vorzugsweise
eine Induktionshärtung
anschließt.
- 5. Weiterhin besteht die Möglichkeit, das einem Vorsintern
ein Oberflächenverdichten
nachfolgt und dann wiederum ein Nachsintern als Verfahrensschritt bei
der Herstellung eines Werkstückes
mit Verzahnung vorgesehen ist. Das Vorsintern kann beispielsweise
in einem Temperaturbereich zwischen 650°C bis 950°C erfolgen. Das Nachsintern
kann beispielsweise bei einer für
das Material üblichen
Sintertemperatur erfolgen, zum Beispiel zwischen 1050°C und 1180°C. Auch besteht
die Möglichkeit
der Hochtemperatursinterung, zum Beispiel im Bereich zwischen 1250°C und 1280°C. Hiernach
kann sich optional ein Härten
und/oder eine Nachbearbeitung anschließen, zum Beispiel ein Honen
oder auch ein Schleifen.
Das
vorhergehende Verpressen kann kalt, warm oder heiß erfolgen,
wobei bei letzterem vorzugsweise das Presswerkzeug und das Pulver
aufgeheizt sind. Beispielsweise erfolgt das Heizpressen in einem
Temperaturbereich zwischen 120°C
und 160°C.
- 6. Eine Weiterbildung sieht vor, dass einem Nachsinterschritt
ein Sinterhärten
nachfolgt. Optional kann sich daran ein Schleifen oder Honen anschließen.
- 7. Ein weiteres Herstellungsverfahren sieht vor, die Vorform
bei einer Temperatur zu verdichten, die oberhalb von 150°C liegt,
insbesondere über
500°C. Beispielsweise
kann die Vorform direkt von einem Sinterofen in eine Maschine zur
Oberflächenverdichtung geführt werden.
Dabei kann die Vorform eine Temperatur aufweisen, die beispielsweise
oberhalb von 600°C
liegt, insbesondere auch über
800°C beträgt. Vorzugsweise
werden das oder die Werkzeuge zur Oberflächenverdichtung beheizt, zum
Beispiel auf eine Temperatur von etwa 150°C. Gemäß einer anderen Ausgestaltung
ist das Werkzeug zur Oberflächenverdichtung
gekühlt,
vorzugsweise durch eine im Inneren des Werkzeugs verlaufende Kühlung.
- 8. Ein weiteres Herstellungsverfahren sieht vor, dass eine Oberflächenverdichtung
erfolgt, während
die Vorform zumindest partiell beheizt wird. Insbesondere erfolgt
die Beheizung auf eine Temperatur, die das Oberflächenverdichten
vereinfacht. Vorzugsweise wird hierfür eine Induktionsbeheizung
eingesetzt. Anschließend
erfolgt ein rasches Kühlen,
um eine martensitische Struktur zu schaffen. Auf diese Weise kann
beispielsweise ein Ausform-Prozess mit einer Oberflächenverdichtung
kombiniert werden.
Eine
weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Oberflächenverdichtung
mit unterschiedlichsten Verfahren ausführbar. Eine Ausgestaltung sieht
insbesondere vor, dass in einem ersten Bereich die Oberflächenverdichtung
mit einem anderen Verfahren ausgeführt wird als in einem zweiten, anderen
Bereich. Als Verfahren können
dabei eine Strahlverfestigung, ein Kugelstrahlen, eine Verdichtung
mittels einer Kugel, mittels einer Walze oder mittels eines anderen
rotierbaren Körpers,
mittels zahnförmig
gestalteter Werkzeuge, insbesondere Walzwerkzeuge und ähnliches
zum Einsatz kommen. Diese Verfahren sind auch jeweils einzeln getrennt
voneinander geeignet, eine notwendige Oberflächenverdichtung zu erlauben.
Beispielsweise
wird der Zahnfuß gar
nicht oder nur leicht mit einem Werkzeug verdichtet, mit dem auch
die Zahnflanke verdichtet wird. Es besteht die Möglichkeit, die Oberfläche in einem
Abschnitt so weit zu verdichten, dass nur die Poren an der Oberfläche verschlossen
sind. Anschließend
kann der Zahnfuß mit
einem anderen Werkzeug beziehungsweise Oberflächenverdichtungsverfahren bearbeitet werden.
Insbesondere kann darüber
eine unterschiedliche Oberflächenverdichtung
entlang der Zahnflanke im Vergleich zum Zahnfuß erreicht werden. Beispielsweise
lassen sich so unterschiedliche Oberflächenqualitäten, beispielsweise bezüglich der Rauhigkeit,
einstellen. Auch kann die maximale Oberflächenvertiefung unterschiedlich
aufgrund der verschiedenen Techniken sein. Weiterhin besteht die Möglichkeit,
dass das gesamte Werkstück
mit der Verzahnung eine Oberflächenverdichtung
erhält,
so zum Beispiel beim Oberflächenstrahlen.
Auf diese Weise lassen sich insbesondere auch aluminiumhaltige Sintermaterialien
oder andere oxidbildende Sintermaterialien bearbeiten, da mit der
Oberflächenverdichtung
zusätzlich
auch ein Entfernen einer Oxidschicht ermöglich werden kann.
Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Vorform für ein Verfahren zur Herstellung
eines zumindest teilweise oberflächengehärteten metallenen
Verzahnungselementes, welches ein verdichtetes Sintermaterial aufweist,
wobei eine erste und eine zweite Flanke eines Zahns jeweils voneinander
abweichende asymmetrische Aufmaße
aufweisen. Des Weiteren ist auch vorgesehen, dass ein erster und
ein zweiter Fußbereich
eines Zahnes voneinander abweichende, insbesondere asymmetrische
Aufmaße
aufweisen.
Weiter
betrifft die Erfindung ein Verzahnungselement mit einem metallischen
Sinterwerkstoff, wobei das Verzahnungselement zumindest im Bereich
wenigstens einer Flanke eines Zahnes des Verzahnungselementes eine
lokal variierte Verdichtung aufweist. Bevorzugt wird dadurch eine
für viele Anwendungen
zweckmäßige Elastizität des pulvermetallurgischen
Materials in Verbindung mit einer Oberflächenhärtung ermöglicht. Besonders bevorzugt
wird beispielsweise bei Getriebezahnrädern eine Geräuschreduktion
bei der Kraftübertragung
ermöglicht
und gleichzeitig eine gute Verschleißbeständigkeit bereitgestellt.
In
einer ersten Variante ist vorgesehen, dass das Verzahnungselement
ein gradverzahntes Zahnrad ist.
Insbesondere
für eine
verbesserte Kraftübertragung
wie auch zur Geräuschreduzierung
zwischen Zahnrädern
ist in einer weiteren Variante vorgesehen, dass das Verzahnungselement
ein schräg
verzahntes Zahnrad ist. Des Weiteren kann in einer anderen Variante
auch eine Kegelzahnrad vorgesehen sein. Entsprechend der weiter
oben angeführten
Beschreibung ist es zweckmäßig, wenn
einander gegenüberliegende
Flanken von Zähnen
eines Verzahnungselementes eine asymmetrische Verdichtung aufweisen.
Des
Weiteren ist es zweckmäßig, wenn
eine asymmetrische Verdichtung in einem Fußbereich vorliegt. Diese Verdichtung
ist dabei insbesondere an bei einem verwendungsgemäßem Einsatz
auftretende Kräfte
angepasst. Zur Vermeidung von Spannungsanrissen ist insbesondere
vorgesehen, dass die Tiefe der lokal verdichteten Randschicht nur
so hoch ist, dass noch eine ausreichende Elastizität bzw. Steifigkeit
des Zahns gewährleistet
wird. Besonders bevorzugt ist die Tiefe der verdichteten Randschicht
im Fußbereich
geringer als auf einer Zahnflanke.
Als
Sonderform des Verzahnungselementes kann vorgesehen sein, dass das
Verzahnungselement eine Nocke ist. Die vorstehenden Ausführungen
sind hierauf entsprechend anzuwenden, wobei beispielsweise Flanken
der Nocke anstelle der Flanken von Zähnen treten.
Für ein Material
eines Verzahnungselementes können
verschiedene Zusammensetzungen vorgesehen werden. In einer ersten
Variante ist ein Eisenwerkstoff als Hauptbestandteil des Sinterwerkstoffes
und wenigstens ein Legierungsbestandteil aus der Gruppe Koh lenstoff,
Molybdän,
Nickel, Kupfer, Mangan, Chrom und Vanadium ausgewählt. Eine Eisenlegierung
ist beispielsweise Fe –1,0
Cr –0,3
V +0,2 bezogen auf eine Referenz 15CrNiMo6. Eine weitere Eisenlegierung
ist beispielsweise Fe –1,5
Mo +0,2C bezogen auf 20MnCr5. Des Weiteren ist beispielsweise als
eisenhaltige Legierung Fe –3,5
Mo bezogen auf 16MnCr5 vorgesehen. Ebenso kann beispielsweise die
Legierung C 0,2% Cr 0,5% Mn 0,5% Mo 0,5%, wobei der Rest Eisen und
Verunreinigung beinhaltet, verwendet werden. Daneben können weitere
Zusammensetzungen vorgesehen sein.
Vorzugsweise
für eine
Verringerung eines Gewichtes eines Verzahnungselementes ist vorgesehen,
dass als Hauptbestandteil des Sinterwerkstoffes Aluminium oder Magnesium
ausgewählt
ist. Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass eine oberflächenverdichtete
Verzahnung aus Sintermaterial mindestens 80% Aluminium aufweist
sowie zumindest Kupfer und Magnesium als weitere Sintermaterialien.
Eine erste Ausgestaltung sieht vor, dass zusätzlich Silizium als Sintermaterial
genutzt wird. Beispielsweise kann Silizium in einem Bereich von etwa
0,45% bis etwa 0,8%, vorzugsweise zwischen 0,6% und 0,75 %. Silizium
kann jedoch auch in einem höheren
Bereich vorliegen, zum Beispiel zwischen 13% und 17%, insbesondere
zwischen 14,5% und 15,5%. Ist der Siliziumanteil höher, wird
der Kupferanteil am Sintermaterial verringert. So kann eine erste
Mischung beispielsweise Kupfer mit 4% bis 5% Anteil, Silizium mit
0,45% bis etwa 0,8% Anteil, Magnesium mit etwa 0,35% bis 0,7% Anteil
und den Rest zumindest hauptsächlich
Aluminium aufweisen. Zusätzlich
wird vorzugsweise ein Presshilfsmittel hinzugefügt. Dieses kann einen Anteil
zwischen 0,8 und 1,8% aufweisen. Beispielsweise kann ein Wachs, insbesondere
Amidwachs hierfür
genutzt werden. Eine zweite Mischung kann beispielsweise Kupfer mit
2,2% bis 3% Anteil, Silizium mit 13% bis etwa 17% Anteil, Magnesium
mit etwa 0,4% bis 0,9% Anteil und den Rest zumindest hauptsächlich Aluminium
aufweisen. Ebenfalls kann ein Presshilfsmittel so wie oben beispielhaft
angegeben Verwendung finden. Nach einer Oberflächenverdichtung weist zumindest
ein Bereich der Verzahnung eine Dichte von beispielsweise mehr als
2,5g/cm3 vorzugsweise bis zur Maximaldichte
auf. Vorzugsweise weist ein derartig hergestelltes Werkstück mit einer
Verzahnung eine Zugfestigkeit von mindestens 240 N/mm2 und eine
Härte von
mindestens 90HB auf. Ist der Silizium höher, kann die Dichte insbesondere
auch mehr als 2,6 g/cm3 betragen.
Eine
zweite Ausgestaltung sieht vor, dass zusätzlich zumindest Zink als Sintermaterial
neben Kupfer und Magnesium als Zusätze und Aluminium genutzt wird.
Vorzugsweise hat Kupfer einen Anteil in einem Bereich zwischen 1,2%
und 2,1 %, insbesondere zwischen 1,5% und 1,65%, Magnesium zwischen
1,9% und 3,1%, vorzugsweise zwischen 2,45% und 2,65%, Zink zwischen
4,7% und 6,1%, insbesondere zwischen 2,3% und 5,55%. Der Rest ist
zumindest hauptsächlich
Aluminium. Zusätzlich kann
auch hier ein Presshilfsmittel wie oben beschrieben eingesetzt werden.
Ein aus dieser Mischung hergestelltes Werkstück mit einer Verzahnung weist
vorzugsweise nach der Oberflächenverdichtung
zumindest einen Bereich der Verzahnung auf, bei dem eine Dichte
von zumindest 2,58 g/cm3 bis zur Maximaldichte
verläuft.
Vorzugsweise weist ein derartig hergestelltes Werkstück mit einer
Verzahnung eine Zugfestigkeit von mindestens 280 N/mm2 und
eine Härte
von mindestens 120HB auf.
Besonders
zweckmäßig ist
es, wenn ein Verzahnungselement mit einem weiteren funktionalen Bauteil,
insbesondere einer Welle oder einem weiteren Zahnrad, versintert
ist. Insbesondere wird dadurch eine Einhaltung eines präzisen Arbeitsabstandes
zwischen mehreren Verzahnungselementen, beispielsweise in einem
Getriebe, erleichtert.
In
einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Verzahnungselement
Bestandteil einer Pumpe ist. Beispielsweise handelt es sich um eine
evolventisches Zahnrad, welches mit einem weiteren evolventischen
Zahnrad in Eingriff gebracht ist.
Des
Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung
eines zumindest teilweise oberflächenverdichteten
Verzahnungselementes insbesondere zur Durchführung eines oben beschriebenen
Verfahrens mit einer an ein unterschiedliches Aufmaß angepassten
Werkzeugsteuerung. Die Vorrichtung umfasst dabei insbesondere wenigstens
ein Walzwerkzeug, welches bevorzugt mit Hilfe der angepassten Werkzeugsteuerung
vorzugsweise unter einem angepassten Druck und/oder gesteuertem Weg
in einem angepassten Eingriff auf die Vorform einwirken kann. Insbesondere
umfasst die Vorrichtung ein Walzwerkzeug mit einer verzahnten Oberfläche, welche
mit der Verzahnung des Verzahnungselementes in Eingriff bringbar
und darauf abwälzbar ist.
Weiter
ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines
zumindest teilweise oberflächengehärteten Verzahnungselementes aus
einer zumindest in einem Oberflächenbereich aus
einem Sinterwerkstoff bestehenden Vorform, wobei die Vorrichtung
ein Werkzeug umfasst, welches eine Kompensation unterschiedlicher
Aufmaße
bei einer ersten und einer zweiten Flanke eines mittels Wälzbewegung
zu verdichtenden Zahns der Vorform aufweist. Das Walzwerkzeug kann
dabei eine für
die Formgebung notwendige Kontur, beispielsweise eine evolventische
Verzahnung, nur auf einer Flanke oder auf beiden Flanken eines Zahnes
aufweisen. In einer anderen Variante ist jedoch auch vorgesehen,
dass auf jeweils einer ersten und einer zweiten Flanke eines Zahnes
der Verzahnung des Walzwerkzeugs jeweils voneinander abweichende
Aufmaße
vorhan den sind. Dieses kann beispielsweise eine unterschiedliche
evolventische Verzahnung sein.
Weiter
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Auslegung eines Aufmaßes zur
Erzielung einer Oberflächenverdichtung
eines sintermetallenen Verzahnungselementes bei einem Wälzvorgang,
wobei das Aufmaß iterativ
ermittelt wird. In einem ersten Schritt wird beispielsweise eine
Geometrie sowie insbesondere ein Drehmoment und/oder eine Druckverteilung
vorgegeben. In einem weiteren Schritt wird beispielsweise eine Auslegung
eines Walzwerkzeuges definiert. Des Weiteren wird eine Vorform mit
einem lokal definierten Aufmaß ermittelt.
Eine Auswahl kann beispielsweise anhand von Datenbibliotheken erfolgen.
Eine derartige Datenbibliothek enthält beispielsweise anhand verschiedener
Parameter ermittelte experimentelle Dichteverläufe. Des Weiteren kann eine
Simulation des Verdichtungs- bzw. Wälzvorganges erfolgen. Dazu
wird beispielsweise die Kinematik des Abwälzvorganges in Verbindung mit
einer Simulation elastischer und plastischer Eigenschaften der Vorform
sowie gegebenenfalls des Walzwerkzeuges simuliert. Für die Simulation
der elastischen bzw. plastischen Eigenschaften der Vorform wird
beispielsweise auf Modelle der Kontinuumsmechanik in Verbindung
mit einer diskreten Lösung
mittels beispielsweise Finite-Elemente- bzw. Finite-Volumen-Methoden
zurückgegriffen.
In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Geometrie
eines Wälzwerkzeuges
iterativ unter Berücksichtigung
des Aufmaßes
ermittelt wird. Beispielsweise kann ein Aufmaß einer evolventischen Verzahnung
des Wälzwerkzeuges
ermittelt werden. Entsprechend kann ein Aufmaß für eine andere als eine evolventische
Verzahnung ermittelt werden.
In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in
einem ersten Schritt ein zumindest in einem Bereich einer Flanke
eines Zahns lokal variiertes, zumindest punktweise definierbares
Aufmaß eines
Vorform des Verzahnungselementes anhand wenigstens einer Konstruktionsvorgabe
automatisch generiert wird, in einem zweiten Schritt eine Geometrie
eines Walzwerkzeuges automatisch generiert wird, in einem dritten
Schritt ein Wälzprozess
und ein dabei erzeugter lokaler Verlauf einer Verdichtung zumindest
einer Randschicht des Verzahnungselementes simuliert wird und in
einem vierten Schritt eine automatische Bewertung des erzeugten
Verlaufes der Verdichtung mit einer Vorgabe verglichen wird sowie
gegebenenfalls das Verfahren ab dem ersten Schritt unter Anwendung
wenigstens einer Variation zur Optimierung wiederholt wird, bis ein
Abbruchkriterium erfüllt
ist. Die Variation erfolgt dabei beispielsweise mit Hilfe eines
Optimierungsverfahrens. Ein Abbruchkriterium ist beispielsweise eine
Toleranz zwischen ge wünschtem
Dichteverlauf und in der Simulation erzieltem Dichteverlauf. Des Weiteren
kann ein Abbruchkriterium auch ein Überschreiten einer vorgebbaren
Anzahl von Iterationen sein.
Besonders
zweckmäßig ist
es, wenn die Konstruktionsvorgabe aus der Gruppe Materialdichte,
Geometrie, Drehmoment und Druckverteilung ausgewählt ist. Das Drehmoment ist
hierbei als das bei dem verwendungsgemäßen Einsatzzweck eines Verzahnungselementes
auftretendes Drehmoment aufzufassen.
Insbesondere
zur Vermeidung von Materialanrissen ist es zweckmäßig, wenn
eine Materialspannung zumindest im Bereich der Verdichtung simuliert
und insbesondere zur Bewertung herangezogen wird. Bevorzugt wird
dadurch vermieden, dass eine Oberfläche zwar ausreichend gehärtet wird,
jedoch aufgrund von Spannungen spröde ist und zu Spannungsrissen
neigt.
Des
Weiteren ist es vorteilhaft, wenn zur Variation in einer Datenbankbibliothek
hinterlegte Daten verwendet werden. Insbesondere kann dabei auf Verfahren
zur Optimierung und zur Datenanalyse beispielsweise mittels neuronalen
Netzen zurückgegriffen
werden. Des Weiteren werden in der Datenbank hinterlegte Merkmale
beispielsweise zur Optimierung mittels eines genetischen Algorithmus
verwendet.
In
einer weiteren Ausgestaltung kann zumindest einer der Schritte durch
eine Vorgabe ersetzt werden. Vorzugsweise wird eine Walzwerkzeuggeometrie
fest vorgegeben. Damit wird beispielsweise der Tatsache Rechnung
getragen, dass ein Walzwerkzeug wesentlich aufwendiger zu modifizieren
ist, als beispielsweise eine Vorform. Eine andere Ausgestaltung
sieht eine umgekehrte Vorgehensweise vor. Vorzugsweise wird ausgehend
von einer Endform eine Vorform bzw. das Walzwerkzeug zur Herstellung der
Endform wie auch das Pressenwerkzeug zur Herstellung der Vorform
berechnet.
Schließlich ist
Gegenstand der Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln,
die auf einem computerlesbaren Medium gespeichert sind, um zumindest
eines der oben beschriebenen Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf
einem Computer ausgeführt
wird. Ein computerlesbares Medium ist beispielsweise ein magnetisches,
ein magnetooptisches oder ein optisches Speichermedium. Des Weiteren
wird beispielsweise ein Speicherchip verwendet. Daneben kann ein
computerlesbares Medium auch mittels eines Fernspeichers, beispielsweise
mittels eines Computernetzwerkes realisiert sein.
Das
Computerprogramm kann beispielsweise in einer Maschine zur Oberflächenverdichtung hinterlegt
sein. Auch kann eine Berechnung getrennt von der Maschine zur Oberflächenverdichtung
erfolgen. Die Maschine verfügt
jedoch über
eine Steuerung, insbesondere eine weg- und/oder kraftgeführte Steuerung,
in der die Koordinaten und Bewegungsabläufe eingebbar sind, um die
Vorform zu verdichten.
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Presswerkzeugform vorgesehen,
mit der eine Vorform aus Sintermaterial gepresst werden kann, die
nachfolgend auf eine Endform oberflächenverdichtet wird. Diese
Presswerkzeugform ist iterativ berechnet. Vorzugsweise wird dabei
ebenfalls von Daten einer Endkontur des Werkstücks mit dessen Verzahnung ausgegangen.
Auch
kann ein Walzprüfstand
vorgesehen sein, der die Möglichkeit
bietet, Testwalzungen für unterschiedlichste
Oberflächenverdichtungen
vornehmen zu können.
Darüber
können
insbesondere auch Daten ermittelt werden, die ausgewertet in die Berechnungsverfahren
eingehen können.
Beispielsweise können
hierfür
geeignete Kennwerte aus einer Vielzahl von Messungen gebildet werden.
Darüber können beispielsweise
Startwerte für
die iterative Berechnung von Vorform, Werkzeug oder Presswerkzeug
erfolgen. Auch kann der Walzprüfstand
eine automatisierte Vermessung von oberflächenverdichteten Werkstücken, die
eine Verzahnung aufweisen, besitzen.
Im
folgenden werden weitere Gedanken vorgeschlagen, die mit den bisherigen
vorgeschlagenen Aspekten kombiniert aber auch unabhängig davon ausführbar sind.
Gemäß einem
weiteren Gedanken der Erfindung, der unabhängig wie auch verknüpft mit
den weiteren Merkmalen der Offenbarung einsetzbar ist, wird ein
Verfahren zur Herstellung einer Verzahnung aus verdichtetem Sintermaterial
vorgesehen, wobei eine vorverdichtete Zahnvorform zumindest in einem Bereich
mittels iterativ ermittelter Daten zumindest um 0,05 mm an ihrer
Oberfläche
auf ihre Endform verdichtet wird, und eine Güte der Endform zumindest in
einem Bereich von mindestens fHα =
4, Fα =
7 und Ffα =
7 erzielt wird. Hierbei bedeuten fHα die
Abweichung bezüglich
der Verzahnung, Fα die totale Abweichung
und ffα die
Profilformabweichung der Flanken. Die angegebenen Werte entsprechen
den DIN-Klassen bezüglich
der Abweichung.
Gemäß einer
Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Iteration Parameter berücksichtigt,
die ein Werkstoffverhalten bei einem Oberflächenverdichten der Zahnform
betreffen. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass eine Iteration zur
Bestimmung einer Vorform von eingegebenen Daten ausgeht, die aus
einer Vorgabe der Endform entnommen werden. Vorzugsweise wird zumindest
ein Walzwerkzeug eingesetzt, welches die gleiche Güte aufweist
wie die später
erstellte Endform. Durch die iterative Bestimmung und dadurch äußerst genaue
Bearbeitung bei der Oberflächenverdichtung
wird ermöglicht,
das die Güte
des Werkzeugs auf die Vorform übertragen
werden kann. Insbesondere ermöglicht
die äußerst genaue
Oberflächenverdichtung,
dass die Verzahnung nach dem Oberflächenverdichten ohne weiteren
materialabtragenden Nachbearbeitungsschritt diese Güte der Endform
aufweist. Beispielsweise wird ein Werkstück mit der Verzahnung eine
Kerndichte von mindestens 7,4 g/cm3 hergestellt
mit einer Oberflächendichte,
die zumindest in einem Bereich einer Zahnflanke maximal ist, wobei
die maximale Oberflächendichte
sich in dem Bereich zumindest 0,02 μm in die Tiefe erstreckt.
Gemäß einem
weiteren Gedanken der Erfindung, der unabhängig wie auch verknüpft mit
den weiteren Merkmalen der Offenbarung einsetzbar ist, wird ein
Berechnungsverfahren zur Auslegung einer Vorform einer Verzahnung
aus Sintermaterial vorgeschlagen, wobei Daten in das Berechnungsverfahren eingehen,
die aus einer vorgegebenen Endform der Verzahnung ermittelt werden,
in Abhängigkeit
von zumindest einer Verwendungsbedingung der Endform ein oder mehrere
Belastungsparameter der Verzahnung ermittelt werden, ein lokales
Aufmaß der Vorform
berechnet wird, die mit einer erwarteten Verdichtung der Vorform
an der Oberfläche
korreliert, wobei eine Belastung des Sintermaterials unterhalb der
Oberfläche
in die Berechnung mit eingeht.
Vorzugsweise
wird der Berechnung zusätzlich
ein Eindringen des Werkzeugs in das herzustellende Werkstück bei der
Berechnung zugrundegelegt wird, wobei insbesondere das Verhalten
des Sintermaterials beim Eindringen und nach dem Eindringen Berücksichtigung
finden kann. Beispielsweise sieht das Berechnungsverfahren vor,
dass ein elastisches Verformen des zu verdichtenden Sintermaterials
berücksichtigt
wird. Auch kann das Berechnungsverfahren vorsehen, dass ein elastisch-plastisches
Verformen des an der Oberfläche
zu verdichtenden Sintermaterials berücksichtigt wird. Vorzugsweise
geht eine Tiefe einer maximalen Belastung unterhalb der Oberfläche beispielsweise
bei einer Verwendung des Werkstücks
als kraftübertragendes
Zahnrad in das Berechnungsverfahren ein. Das Berechnungsverfahren
kann weiterhin ein Schrumpfen des Sintermaterials beim Sintern in
die Berechnung eingehen lassen. Auch können empirisch ermittelte Daten
ebenfalls in die Berechnung eingehen.
Gemäß einem
weiteren Gedanken der Erfindung, der unabhängig wie auch verknüpft mit
den weiteren Merkmalen der Offenbarung einsetzbar ist, wird ein
Berechnungsverfahren zur Auslegung eines Werkzeugs zur Oberflächenverdichtung
einer Vorform einer Verzahnung aus insbesondere verdichtetem Sintermaterial
zur Erstellung einer vorgegebenen Zahngeometrie vorgeschlagen, wobei
ermittelte Daten aus der vorgegebenen, herzustellenden Zahngeometrie
zur Berechnung von Werkzeugmaschinenkinematiken unter Berücksichtigung
von miteinander assoziierten Maschinenachen eines Werkstückes, aus
dem das herzustellende Werkzeug geformt wird, und zumindest eines
Werkzeugformgebers, deren gekoppelter Systemkoordinaten und deren
Bewegung zueinander, iterativ miteingehen. Damit besteht nun die
Möglichkeit,
anstatt über
wiederholte Versuche, Messergebnisse und Anpassungen des Werkstückformgebers
schließlich
eine endgültige Form
zu finden, dieses mittels einer iterativen Berechnung durchzuführen. Dieses
ist wesentlich zeitersparender und ermöglicht die Berücksichtigung unterschiedlichster
Einflussparameter. Insbesondere ist auch eine Simulation der Auslegung
ermöglicht, so
dass beispielsweise eine Wirkweise des herzustellenden Werkzeugs
auf eine ausgelegte Vorform in der Simulation überprüfbar wird.
Gemäß einer
Ausgestaltung gehen in das Berechnungsverfahren Kontaktbedingungen
zwischen dem herzustellenden Werkstück und dem Werkzeugformgeber
zwischen einer Spitze und einem Fuß der Verzahnung ein. Vorzugsweise
geht hierbei auch im Bereich eines Fußes der Verzahnung eine maximale
Spannung an der Oberfläche
in die Berechnung mit eingeht. Des weiteren besteht die Möglichkeit,
dass im Bereich einer Flanke der Verzahnung eine maximale Spannung
unterhalb der Oberfläche
in die Berechnung mit eingeht. Dieses Verfahren ist insbesondere
für Sintermaterialien
geeignet, aber auch bei Stahlwerkstücken oder Werkstücken aus
anderen Werkstoffen.
Gemäß einem
weiteren Gedanken der Erfindung, der unabhängig wie auch verknüpft mit
den weiteren Merkmalen der Offenbarung einsetzbar ist, wird ein
Pressformwerkzeug mit einer Pressengeometrie zur Herstellung einer
Vorform einer Verzahnung aus Sintermaterial vorgeschlagen, wobei
die Pressengeometrie eine an ein Oberflächenverdichten der Verzahnung
angepassten Verlauf mit zumindest einer Erhebung aufweist, die zumindest
im Bereich der Verzahnung der Vorform eine Vertiefung erzeugt, die
mit Sintermaterial beim Oberflächenverdichten
auffüllbar
ist.
Vorzugsweise
bewirkt die Erhebung auf einer Stirnseite der Vorform eine Vertiefung
im Bereich eines Kopfes eines Zahnes der Verzahnung. Beispielsweise
durch iterative Berechnung lässt
sich die Höhe
der Erhebung bzw. Tiefe der Vertiefung wie auch weitere Abmessungen
hiervon bestimmen. Eine weitere Ausgestaltung sieht anstatt einer
einseitigen Erhebung vor, dass eine beidseitige Erhebung vorgesehen
ist, um an beiden Stirnseiten des Zahnes jeweils eine Vertiefung
zu bewirken. Die Erhebung ist gemäß einer Weiterbildung in einem
Bereich der Geometrie angeordnet, der auf einem Zahnkopf der Vorform
eine Vertiefung bewirkt, wobei die Erhebung eine Abmessung, dass
die geformte Vertiefung zumindest teilweise ein Wachsen des Zahnkopfes
aufgrund der Bearbeitung der Vorform in die Endform durch das Oberflächenverdichten
zumindest vermindert. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise eine Vorform
mit zumindest einer Vertiefung an einer Stirnseite einer Verzahnung
zum Ausgleich eines Materialaufwurfes bei einem Oberflächenverdichten einer
Lauffläche
der Verzahnung berechnen und insbesondere fertigen. Auch lässt sich
auf diese Weise eine Vorform mit zumindest einer Vertiefung auf
einem Zahnkopf einer Verzahnung zum zumindest Vermindern eines Wachsens
des Zahnkopfes in die Höhe
bei einem Oberflächenverdichten
zumindest der Flanken der Verzahnung berechnen und insbesondere
fertigen. Das Berechnungsverfahren zur Ermittlung einer Geometrie
einer Vorform oder eines Pressformwerkzeugs sieht vorzugsweise vor,
dass die Geometrie ausgehend von Daten einer Endform der Vorform
bestimmt und zumindest eine Vertiefung oder Erhebung berechnet wird,
die zumindest teilweise einen Ausgleich einer Materialverschiebung
beim Oberflächenverdichten
bewirkt.
Gemäß einem
weiteren Gedanken der Erfindung, der unabhängig wie auch verknüpft mit
den weiteren Merkmalen der Offenbarung einsetzbar ist, wird ein
Verfahren zur Oberflächenverdichtung
einer Verzahnung vorgeschlagen, wobei eine Anzahl einer zu wiederholenden
Verdichtungsbewegung eines Formwerkzeuges zum Oberflächenverdichten
einer Fläche
an der Vorform iterativ berechnet wird. Vorzugsweise wird ein Überrollen
bis zum Erreichen einer vorbestimmtem Oberflächendichte iterativ berechnet.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass ein Vorschub des Formwerkzeuges
iterativ berechnet wird. Gemäß einer
Ausgestaltung erfolgt weniger als 20 mal ein Überrollen der Vorform zur Erzielung
der vorgegebenen Geometrie einer Endform des Oberflächenverdichtens.
Vorzugsweise erfolgt weniger als 10 mal das Überrollen. Insbesondere wird
weniger als 6 mal ein Überrollen
der Vorform durchgeführt,
bis eine vorgegebene Geometrie einer Endform des Oberflächenverdichtens
erreicht wird. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass mit dem Erreichen
noch keine Beendigung der Oberflächenverdichtung
stattfindet. Vielmehr wird anschließend noch mehrmals, insbesondere
weniger als 25 mal, vorzugsweise weniger als 15 mal, weiter das
Werkzeug auf der Oberfläche abgefahren.
Dadurch wird eine Genauigkeit der Oberflächengestalt sichergestellt.
Gemäß einem
weiteren Gedanken der Erfindung, der unabhängig wie auch verknüpft mit
den weiteren Merkmalen der Offenbarung einsetzbar ist, wird ein
Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein reversierendes Rollen an einer
Verzahnung aus Sintermaterial ausgeführt wird, um die Vorform zur
Endform eines Oberflächenverdichtens
zu verdichten. Vorzugsweise wird vor einer Richtungsumkehr ein kurzes Entlasten
der Vorform durch das Formwerkzeug erfolgt. Es hat sich herausgestellt,
dass durch das Reversieren, das bedeutet, durch die Umkehr der Bewegung
eine vergleichmäßigte Verdichtung
sich schaffen lässt.
Darüber
hinaus gelang es, Probleme bei der Fertigung noch weiter zu minimieren,
indem der Druck des Werkzeuges auf das Werkstück verringert wurde, bevor
die Bewegungsumkehr einsetzt. Dabei kann das Werkzeug mit dem Werkstück in Kontakt bleiben.
Es kann aber auch sich kurz von der Oberfläche lösen.
Gemäß einem
weiteren Gedanken der Erfindung, der unabhängig wie auch verknüpft mit
den weiteren Merkmalen der Offenbarung einsetzbar ist, wird eine
Oberflächenverdichtung
eines Werkstücks mit
zumindest einer Verzahnung aus Sintermaterial vorgeschlagen, wobei
eine erste Oberfläche
des Werkstücks
mit einem anderen Verfahren verdichtet ist als eine zweite Oberfläche des
Werkstücks.
Vorzugsweise weist eine erste Verzahnung des Werkstücks eine
andere Verdichtung aufweist als eine zweite Verzahnung des Werkstücks. Eine
Weiterbildung sieht vor, dass eine Innenverzahnung des Werkstücks eine
andere Oberflächenverdichtung
erfährt
als eine Außenverzahnung
des Werkstücks. Auch
besteht die Möglichkeit,
dass eine Außenverzahnung
mittels eines Wälzverfahrens
oberflächenverdichtet
ist, während
eine zweite Fläche
eine Bohrung ist, die mit einem anderen Verfahren oberflächenverdichtet
ist. Vorzugsweise erhält
eine Bohrung im Werkstück
nach einem Oberflächenverdichten eine
gehärtete
Oberfläche
und wird anschließend
auf eine Endform gebracht. Dieses erlaubt die Nutzung der Bohrung
für eine
Welle oder eine Achse. Eine Verbesserung der Genauigkeit ist dadurch
erzielbar dass nach einer Härtung
der Verzahnung eine Oberflächenverdichtung
erfolgt.
Gemäß einem
weiteren Gedanken der Erfindung, der unabhängig wie auch verknüpft mit
den weiteren Merkmalen der Offenbarung einsetzbar ist, wird eine
Welle mit zumindest einer ersten und mit einer zweiten Verzahnung,
wobei die erste Verzahnung aus Sintermaterial gewälzt und
oberflächenverdichtet ist.
Im folgenden werden Merkmale bezüglich
der Welle beziehungsweise der Verzahnungen angegeben. Hierbei kann
für weitere
Ausgestaltungen insbesondere auch die weitere Offenbarung bezüglich der Verzahnung,
der Materialien, der Herstellungsschritte usw. genutzt werden.
Gemäß einer
Ausgestaltung weist die Welle eine zweite Verzahnung auf, die nach
einem anderen Verfahren hergestellt ist als die erste Verzahnung. Dieses
ermöglicht
eine Vielzahl an Kombinationen, die für jeden Beanspruchungsfall
verschiedene Materiallösungen
vorsieht. Die zweite Verzahnung bildet gemäß einer weiteren Ausgestaltung
mit der ersten Verzahnung ein Werkstück. Beispielsweise können beide
Verzahnungen zusammen in einer Pressmaschine hergestellt worden
sein. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Verzahnung iterativ
berechnet und entsprechend hergestellt worden. Gemäß einer
Ausgestaltung kann die Herstellung nacheinander, gemäß einer
anderen Ausgestaltung aber auch gleichzeitig erfolgen. Insbesondere
gilt dieses auch für
weitere Bearbeitungsschritte wie zum Beispiel eine Oberflächenverdichtung.
Eine
Weiterbildung sieht vor, dass die zweite Verzahnung eine gehärtete Oberfläche ohne
Oberflächenverdichtung
aufweist. Für
einige Belastungsfälle ist
die durch das Sintern erzielte Dichte oder dem verwendeten Material
innewohnende Festigkeit ausreichend. Dieses gilt beispielsweise
für Pumpenanwendungen.
Weiterhin
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zumindest die erste Verzahnung
zumindest an einem Zahn jeweils verschiedene Flankensteigungen auf
gleicher Höhe
des Zahns aufweist. Dieses ist bei Anwendungen vorteilhaft, bei
denen eine Hauptdrehrichtung und insbesondere nur eine Drehrichtung
der Welle vorgegeben ist. Die unterschiedlichen Flankensteigungen
können
dadurch verschleiß-
und geräuschmindernd
ausgelegt werden.
Eine
andere Ausgestaltung sieht vor, dass die zweite Verzahnung geschmiedet
ist. Sie kann zusätzlich
oberflächenverdichtet
sein. Diese Verzahnung kann beispielsweise eine größere Kraftübertragung
aufnehmen als die erste Verzahnung.
Vorzugsweise
ist die zweite Verzahnung aus einem anderen Material als die erste
Verzahnung ist. Beispielsweise ist die zweite Verzahnung aus Stahl. Die
zweite Verzahnung kann jedoch auch aus einem anderen Sintermaterial
bestehen als die erste Verzahnung. Zusätzlich kann die Welle ebenfalls
aus Sintermaterial sein. Sie kann beispielsweise das gleiche Material
wie die erste Verzahnung aufweisen. Auch kann die Welle zumindest
zusammen mit der ersten Verzahnung gebildet werden, d.h. aus Pulvermaterial
verpresst werden, vorzugsweise in einer gemeinsamen Pressform.
Ein
beispielhaftes Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen
Welle kann auch vorsehen, dass zumindest die erste Verzahnung eine
Oberflächenverdichtung
erhält
und eine Bohrung zur Aufnahme der Welle oberflächenverdichtet, gehärtet und anschließend gehont
wird, bevor die Welle und die erste Verzahnung miteinander verbunden
werden. Hierfür
erfolgt vorzugsweise ausgehend von einer Endform der Welle mit der
ersten Verzahnung eine iterative Berechnung einer Vorform der ersten
Verzahnung.
Bevorzugte
Anwendungen für
eine derartige Welle ergeben sich in der Kraftfahrzeugtechnik wie auch
im Getriebebau sowie bei Haushaltsgeräten.
Gemäß einem
weiteren Gedanken der Erfindung, der unabhängig wie auch verknüpft mit
den weiteren Merkmalen der Offenbarung einsetzbar ist, wird eine
Vorform zur Herstellung einer Verzahnung aus Sintermaterial genutzt,
wobei die Vorform ein negatives Aufmaß aufweist. Vorzugsweise ist
das negative Aufmaß zumindest
auf einer Flanke eines Zahnes der Verzahnung angeordnet ist. Insbesondere kann
das negative Aufmaß asymmetrisch
entlang der Flanke verlaufen.
Eine
Weiterbildung sieht vor, dass auf jeder Flanke eines Zahns ein negatives
Aufmass vorgehen ist. Beispielsweise weist ein Zahn auf gleicher
Höhe ein
erstes negatives Aufmaß auf
einer ersten Flanke und ein zweites negatives Aufmass auf einer
zweiten Flanke aufweist, wobei die erste und die zweite Flanke zueinander
asymmetrisch verlaufen.
Vorzugsweise
ist das negative Aufmaß zwischen
einem Kopfbereich des Zahns und einem Aufmass auf einer Flanke des
Zahns angeordnet. Zusätzlich
oder alternativ kann das negative Aufmass in einem Eckbereich des
Zahnfußes
angeordnet sein. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass eine Flankensteigung
der Flanken eines Zahnes verschieden sind.
Neben
einer Außenverzahnung
oder sonstigen Verzahnungsart wird eine Oberflächenverdichtung auch bei einer
Verzahnung ausgeführt,
die eine Innenverzahnung ist. Aus der Vorform wird schließlich ein
oberflächenverdichteten
Zahnrad.
Eine
Weiterbildung sieht ein Verfahren zur Herstellung einer Verzahnung
aus einem Sintermaterial vor, wobei einer Vorform zumindest ein
mittels iterativer Berechnung ermitteltes negatives Aufmaß zugeordnet
wird, das bei einer Oberflächenverdichtung der
Verzahnung zumindest teilweise durch Verdrängung des Sintermaterials gefüllt wird.
Vorzugsweise wird ein zum negativen Aufmaß benachbartes Aufmassmaterial
in das negative Aufmaß verdrängt. Die Vorform
kann in die angestrebte Endform oberflächenverdichtet werden, wobei
optional eine Härtung und/oder
eine Oberflächenfeinbearbeitung
erfolgt. Dieses kann vorher oder nach dem Oberflächenverdichten erfolgen. Als
Feinbearbeitung kommt ein Honen wie auch ein Schleifen in Betracht.
Vorzugsweise
erfolgt die Gestaltung des negativen Aufmasses über eine iterative Berechnung, bei
der eine Simulation der Oberflächenverdichtung an
der Vorform ermittelt, ob das benachbarte Aufmass von seiner Gestalt
so ausgelegt ist, dass d das negative Aufmass zur angestrebten Endkontur
hin geglättet
werden kann. Dazu wird Maschine zur Berechnung und/oder zur Ausführung einer
Oberflächenverdichtung
einer Verzahnung zur Verfügung gestellt,
wobei eine berechnete Kinematik eingebar ist, mittels der über die
Oberflächenverdichtung
ein negatives Aufmaß auf
einer Flanke der Verzahnung auf eine angestrebte Endkontur glättbar ist.
Gemäß einem
weiteren Gedanken der Erfindung, der unabhängig wie auch verknüpft mit
den weiteren Merkmalen der Offenbarung einsetzbar ist, wird ein
Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenverdichtung an einer Verzahnung
vorgeschlagen, wobei zumindest zwei Vorformen gleichzeitig eine Oberflächenverdichtung
in einer Vorrichtung erhalten.
Gemäß einer
Ausgestaltung werden die Vorformen auf parallel angeordneten Wellen
angeordnet und gelangen gleichzeitig in Eingriff mit zumindest einem
Werkzeug zur Oberflächenverdichtung.
Gemäß einer
zweiten Ausgestaltung werden zumindest zwei Vorformen auf einer
gemeinsamen Welle angeordnet und gemeinsam in Eingriff mit zumindest
einem Werkzeug zur Oberflächenverdichtung
gebracht.
Des
Weiteren wird eine Vorrichtung zur Herstellung einer Oberflächenverdichtung
an einer Verzahnung vorgeschlagen, wobei zumindest zwei Vorformen
zur Oberflächenverdichtung
in der Vorrichtung haltbar und gleichzeitig bearbeitbar sind.
Beispielsweise
ist vorgesehen, dass eine Bewegung zumindest einer Welle vorgesehen
ist, bei der beide Vorformen in Eingriff mit einem Werkzeug zur
Oberflächenverdichtung
gelangen. Eine Weiterbildung sieht vor, dass zumindest drei Wellen
für zumindest
zwei Vorformen und zumindest ein Werkzeug parallel zueinander angeordnet
sind und ein Dreieck bilden, wobei zumindest eine der Wellen auf die
beiden anderen Wellen zubewegbar ist. Eine weiter Ausgestaltung
sieht vor, dass zumindest zwei Vorformen auf einer gemeinsamen Welle
anbringbar sind, wobei das Werkzeug eine größere Länge aufweist als eine addierte
Länge zumindest
beider Vorformen. Vorzugsweise können
die Vorformen mit ihren Stirnflächen
aneinander liegen. Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass zwischen
den Vorformen ein Abstand angeordnet ist, wobei das Werkzeug längs der
Welle über
beide äußeren Stirnflächen der Vorformen
hinausragt.
Gemäß einem
weiteren Gedanken der Erfindung, der unabhängig wie auch verknüpft mit
den weiteren Merkmalen der Offenbarung einsetzbar ist, wird ein
Bauteil mit einer oberflächenverdichteten Verzahnung
aus Sintermaterial vorgeschlagen, wobei das Bauteil über einen
Querschnitt betrachtet, einen Gradienten bezüglich verwendeter Sintermaterialien
aufweist.
Vorzugsweise
weist das Bauteil einen Gradient auf, der eine Sprungfunktion aufweist.
Die Sintermaterialien sind zumindest in diesem Bereich mit einer Übergangsgrenze
versehen. Gemäß einer
Ausgestaltung ist diese Übergangsgrenze
entlang der gesamten Fläche
zwischen ersten und zweiten Sintermaterial vorhanden. Eine andere
Ausgestaltung sieht vor, dass in einem Bereich keine feste Grenze sondern
ein gradueller Übergang
vorliegt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Bauteil verschiedene
Sintermaterialen aufweist, die sich ineinander erstrecken, ohne
eine ausgeprägte
Durchmischungszone mit steigendem oder abnehmendem Gradienten aufzuweisen.
Eine
erste Weiterbildung des Bauteils beinhaltet, dass das Sintermaterial
der Verzahnung eine geringere Kerndichte aufweist als das Sintermaterial eines
sich an die Verzahnung anschließenden
Bereich des Bauteils. Eine zweite Weiterbildung des Bauteil sieht
vor, dass das Sintermaterial der Verzahnung eine höhere Kerndichte
aufweist als das Sintermaterial eines sich an die Verzahnung anschließenden Bereichs
des Bauteils.
Eine
weitere Ausgestaltung weist ein Bauteil auf, das eine erste Verzahnung
mit einem ersten Sintermaterial hat und eine zweite Verzahnung mit
einem zweiten Sintermaterial hat.
Vorzugsweise
weist eine Verzahnung unterschiedliche Flankenwinkel an einem ein
Zahn auf gleicher Höhe
auf.
Beispielsweise
kann ein erstes Sintermaterial in einem äußeren Bereich des Bauteils
angeordnet sein und die Verzahnung bilden, und ein zweites Sintermaterial
ist in einem inneren Bereich des Bauteils angeordnet und bildet
eine Bohrung.
Des
weiteren wird Verfahren zur Herstellung einer oberflächenverdichteten
Verzahnung an einem Bauteil vorgeschlagen, wobei ein erstes Sintermaterial
in eine Form eingelassen wird, bevor ein zweites Sintermaterial
hinzugeführt
wird, anschließend
ein Verpressen und Sintern erfolgt und mittels einer Oberflächenverdichtung
der Verzahnung nur eines der beiden Sintermaterialen verdichtet,
während
das andere Sintermaterial keinerlei Veränderung erfährt.
Eine
Weiterbildung sieht vor, dass eine zweiter Oberflächenverdichtung
ausgeführt
wird, die nur das noch nicht oberflächenverdichtete Sintermaterial betrifft.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das erste Sintermaterial zumindest
eine Oberfläche
der Verzahnungsflanken bildet und das zweite Material eine Unterfütterung
der Verzahnung bildet.
Ein
weiteres vorgeschlagenes Verfahren zur Herstellung einer oberflächenverdichteten
Verzahnung an einem Bauteil sieht vor, ein erstes Sintermaterial
in eine Form einzulassen, bevor ein zweites Sintermaterial hinzugeführt wird,
anschließend
ein Verpressen und Sintern auszuführen und mittels einer Oberflächenverdichtung
der Verzahnung das erste und das zweite Sintermaterial zu verdichten.
Für die Durchführung der
Verfahren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass ein Bewegungsablauf
zur Oberflächenverdichtung
unter Berücksichtung
eines Materialverhaltens von zumindest einem der beiden Sintermaterialien
iterativ bestimmt wird.
Eine
Weiterbildung für
beide Verfahren sieht vor, dass zwischen der Form, insbesondere
einer Pressform, und einem einzufüllenden Sintermaterial eine
Relativdrehung wirkt, so dass das Sintermaterial in Abhängigkeit
von einer Geschwindigkeit der Relativdrehung sich in einem äußeren Bereich
der Form ansammelt.
Im übrigen kann
auch vorgesehen sein, dass das erste und zumindest das zweite Sintermaterial zumindest über einen
Zeitraum überlappend
der Form zugegeben werden.
Des
weiteren wird auf die
US 5,903,815 verwiesen.
Aus dieser gehen verschiedene Sintermaterialien, Bedingungen für Sintermaterialien,
Formen, Grundsätze
bezüglich
der Verarbeitung von zwei oder mehr Sintermaterialien, Anwendungen
und Verfahrensschritte hervor. Diesbezüglich wird im Rahmen der Offenbarung
auf den Inhalt dieser Druckschrift verwiesen, der zum Offenbarungsgehalt
dieser Erfindung gehört.
Gemäß einem
weiteren Gedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, dass insbesondere
bei einem geschmiedetem Zahnrad, Kettenrad oder Zahnkranz das Herstellungsverfahren
neben dem Oberflächenverdichtungsschritt
der Verzahnung auch ein Schleifen oder Honen der verdichteten Zahnflanken und
oder Zahnfüße vorgesehen
wird. Vorzugsweise ist durch das Schmieden eine Dichte von zumindest 7,6
g/cm3 als Kerndichte erzielt. Das Oberflächenverdichten
kann daher eine Vollverdichtung und/oder auch eine Präzision der
Gestalt der Verzahnung bewirken. Eine Weiterbildung sieht vor, dass
für einen materialabtragenden
Bearbeitungsschritt nach dem Oberflächenverdichten ein Aufmaß für diesen
Schritt in einem Bereich 4 μm
bis 8 μm
Material über
dem Endmaß steht.
Wird anstatt eines Schmiedens ein Verpressen, Sintern und Härten, insbesondere
Einsatzhärten
ausgeführt,
so wird für
ein Honen vorzugsweise 30 μm
bis 50μm
und für
en Schleifen 50μm
bis 0,3 mm, vorzugsweise 0,1 mm bis 0,2 mm an Aufmaß nach dem
Oberflächenverdichten
zur Verfügung
gestellt. Durch die iterative Berechnung wird ermöglicht,
die Bereiche und Aufmasse vorab ermitteln und später im Verfahren auch so umsetzen zu
können.
Für eine
Bohrung im Zahnrad, Kettenrad oder Zahnkranz wird vorzugsweise ebenfalls
eine Oberflächenverdichtung
vorgesehen, gefolgt von einem Härten
und anschließendem
vorzugsweise Honem. Die Bohrung kann dafür ebenfalls nach dem Oberflächenverdichten
noch über
ein Aufmass zwischen 30 μm
und 50 μm
verfügen.
Ein
weiterer Vorteil hat sich ergeben, wenn eine Schmierung beim Oberflächenverdichten
erfolgt. Neben der Nutzung von Emulsionen kann insbesondere auch
mit Ölen
geschmiert werden. Dieses ist bevorzugt bei einem Warmwalzen, zum
Beispiel bei Temperaturen von über
220°C. Darüber hinaus wird
vorgeschlagen, das Warmwalzen bei einer Temperatur zwischen 500°C und 600°C durchzuführen, wobei
vorzugsweise eine Ölkühlung genutzt
wird, um einerseits zu schmieren, andererseits auch das Werkzeug
zu kühlen.
Im
Folgenden wird die Erfindung beispielhaft im Einzelnen anhand der
Zeichnung erläutert.
Diese dargestellten Ausgestaltungen sind jedoch nicht beschränkend für den Umfang
und bezüglich
Einzelheiten der Erfindung auszulegen. Vielmehr sind die aus den
Figuren hervorgehenden Merkmale nicht auf die jeweils einzelnen
Ausgestaltungen beschränkt.
Vielmehr sind diese Merkmale mit jeweils anderen, in der Zeichnung
oder/und in der Beschreibung einschließlich der Figurenbeschreibung
angegebenen Merkmale jeweils zu nicht näher dargestellten Weiterbildungen
kombinierbar.