DE102005027140A1 - Gearing with adapted sintered material - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil mit einer oberflächenverdichteten Verzahnung aus Sintermaterial, wobei das Bauteil, über einen Querschnitt betrachtet, einen Gradienten bezüglich verwendeter Sintermaterialien aufweist.The present invention relates to a component with a surface-compressed toothing of sintered material, wherein the component, viewed over a cross-section, has a gradient with respect to the sintering materials used.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil mit einer oberflächenverdichteten Verzahnung aus Sintermaterial.The The present invention relates to a component with a surface-compressed Gearing made of sintered material.
Gesinterte Verzahnungselemente wie beispielsweise pulvermetallurgisch hergestellte Zahnräder werden in manchen Bereichen eingesetzt. Die Anforderungen an das Bauteil bedingt durch die Verzahnung legen oftmals die zu verwendenden Sintermaterialien fest.sintered Gear elements such as produced by powder metallurgy gears are used in some areas. The requirements for that Component due to the toothing often put the used Sintered materials.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine höhere Freiheit bezüglich verwendbarer Sintermaterialien zu schaffen, wobei einer Verzahnung des Bauteiles Rechnung getragen wird.task The object of the present invention is to increase the freedom of use To provide sintered materials, with a toothing of the component Account is taken.
Diese Aufgabe wird durch ein Bauteil mit einer oberflächenverdichteten Verzahnung aus Sintermaterial mit den Merkmalen des Anspruches 1 und durch ein Verfahren zur Herstellung einer oberflächenverdichteten Verzahnung an einem Bauteil mit den Merkmalen nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben. Die jeweils angegebenen Merkmale in der Beschreibung können allgemein wie auch speziell mit anderen Merkmalen zu Weiterbildungen verknüpft werden. Insbesondere sind die angegebenen Beispiele mit ihren jeweiligen Merkmalen nicht beschränkend auszulegen. Die dort angegeben Merkmale können vielmehr auch mit anderen Merkmalen aus anderen Beispielen oder aus der allgemeinen Beschreibung verknüpft werden.These Task is by a component with a surface-compressed toothing made of sintered material with the features of claim 1 and by a method for producing a surface-compressed toothing solved on a component with the features of claim 9. Advantageous embodiments and further developments are specified in the respective dependent claims. The specified features in the description can be general as well as being specifically linked to other features to trainings. Especially are the examples given with their respective characteristics not restrictive interpreted. The features specified there can also be used with others Features from other examples or from the general description connected become.
Gemäß einem 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.According to one Thought of the invention, which is independent as well as associated with The further features of the disclosure can be used, is a component with a surface-compressed Gearing proposed from sintered material, wherein the component via a Cross-section considered, a gradient with respect to sintered materials used having.
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.Preferably the component has a gradient that has a jump function. The sintered materials are at least in this area with a transition boundary Mistake. According to one Design is this transitional boundary along the entire surface present between the first and second sintered material. Another Embodiment provides that in a range no fixed limit but a gradual transition is present. In particular, it can be provided that the component is different Having sintered materials which extend into each other, without a pronounced Have mixing zone with increasing or decreasing gradient.
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.A first development of the component includes that the sintered material the toothing has a lower core density than the sintered material of a following the gearing Area of the component. A second development of the component sees suggest that the sintered material of the gearing a higher core density has as the sintered material adjoining the toothing area of the component.
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.A Another embodiment has a component which has a first toothing with a first sintered material and a second toothing with a second sintered material.
Vorzugsweise weist eine Verzahnung unterschiedliche Flankenwinkel an einem ein Zahn auf gleicher Höhe auf.Preferably has a toothing different flank angles at one Tooth at the same height on.
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.For example may be a first sintered material in an outer region of the component be arranged and form the teeth, and a second sintered material is arranged in an inner region of the component and forms a hole.
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.Of Another method for producing a surface-compressed Gearing proposed on a component, wherein a first sintered material is embedded in a mold before a second sintered material add out will, then a pressing and sintering takes place and by means of a surface compression the gearing compacts only one of the two sintered materials, while the other sinter material undergoes no change.
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.A Continuation provides that a second surface compaction accomplished is concerned, which concerns only the not yet surface-compressed sintered material. It is preferably provided that the first sintered material at least a surface the tooth flanks forms and the second material is a relining the toothing forms.
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.One Another proposed method for producing a surface-compressed Gearing on a component provides a first sintered material into a mold before adding a second sintered material, subsequently to carry out a pressing and sintering and by means of a surface compression the toothing to compact the first and the second sintered material.
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.For the implementation of It has proved to be advantageous that a movement sequence for surface compaction under consideration a material behavior of at least one of the two sintered materials iteratively determined.
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.A Continuing education for both procedures provides that between the form, in particular a die, and a sintered material to be filled Relative rotation acts, allowing the sintered material in dependence from a speed of relative rotation in an outer area the form accumulates.
Im übrigen kann auch vorgesehen sein, dass das erste und zumindest das zweite Sintermaterial zumindest über einen Zeitraum überlappend der Form zugegeben werden.For the rest, can also be provided that the first and at least the second sintered material at least one Overlapping period be added to the mold.
Des
weiteren wird auf die
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens zur Herstellung eines zumindest teilweise oberflächengehärteten metallenen Verzahnungselementes, welches ein verdichtetes Sintermaterial aufweist, wird eine Vorform des Verzahnungselementes mit einem lokal-selektiven Aufmaß bezogen auf ein Endmaß des Verzahnungselementes hergestellt und mittels wenigstens eines Walzwerkzeuges auf das Endmaß gewalzt, wobei das Verzahnungselement zumindest im Bereich wenigstens einer Flanke und/oder eines Fußes eines Zahns des Verzahnungselementes zur Erzeugung einer verdichteten Randschicht an einer Oberfläche lokal variiert verdichtet wird.at a development of the method for producing an at least partially surface-hardened metal Gear element, which has a compacted sintered material, is a preform of the toothed element with a locally-selective Sizing based to a final measure of Gear element manufactured and by means of at least one rolling tool rolled to final gauge, wherein the toothed element at least in the region of at least one Flank and / or one foot a tooth of the toothed element to produce a compacted Surface layer on a surface locally varies is compressed.
Ein Verzahnungselement ist dabei beispielsweise ein Zahnrad, eine Zahnstange, ein Nocken, ein P-Rotor, ein Zahnkranz, ein Kettenzahnrad oder dergleichen. Das verdichtete Sintermaterial wird insbesondere mit Verfahren der Pulvermetallurgie hergestellt. Beispielsweise wird ein Metallpulver unter einem Druck in Verbindung mit einer Wärmebehandlung gesintert. Des Weiteren wird beispielsweise Metallpulver in Verbindung mit Kunststoff spritzgegossen sowie insbesondere unter einem Druck vorzugsweise mit einer Wärmebehandlung gesintert. Für eine Formgebung eines Sinterwerkstückes wird insbesondere eine Sinterform verwendet, die zumindest nahezu das Endmaß des herzustellenden Verzahnungselementes aufweist. Bevorzugt wird als Vorform das direkt aus dem Sinterprozess resultierende Werkstück verwendet. In einer anderen Variante kann jedoch auch wenigstens ein weiterer Oberflächenbearbeitungsschritt nachgeschaltet werden. Die Vorform weist dabei ein Aufmaß auf, welches als Differenz zu einem Endmaß aufzufassen ist, wobei die Differenz vorzugsweise punktweise senkrecht zur Oberfläche definiert ist.One Gear element is, for example, a gear, a rack, a cam, a P-type rotor, a ring gear, a sprocket or the like. The compacted sintered material is used in particular by methods of Powder metallurgy produced. For example, a metal powder sintered under pressure in conjunction with a heat treatment. Of Further, for example, metal powder in conjunction with plastic injection-molded and in particular under a pressure preferably with a heat treatment sintered. For one Shaping a sintered workpiece In particular, a sintered mold is used which is at least nearly the final dimension of the having to be produced toothing element. Preferred is as Preform uses the directly resulting from the sintering process workpiece. In another variant, however, at least one other Surface processing step be followed. The preform has an allowance, which as a difference to a final measure is, wherein the difference is preferably defined pointwise perpendicular to the surface is.
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
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.For example can also be a first rolling tool under a first pressure substantially to Coarse contour rolls and then a second rolling tool under a second pressure to achieve be used specifically adjusted surface compaction.
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 g/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.The locally-selective allowance is in particular dimensioned such that the toothed element is compacted locally at least in the region of at least one flank and / or one foot of a tooth of the toothed element in a peripheral layer on a surface. Preferably, a full density is achieved within the compacted edge layer, the full density preferably being understood based on a density of a comparable powder-forged tooth. For example, a preform made of a sintered material in a core has a density of at least 6.8 g / cm 3 , preferably at least 7.1 g / cm 3, and more preferably at least 7.3 g / cm 3 . In the compacted edge layer, the preform has, for example, a density of at least 7.7 g / cm 3 , preferably of at least 7.8 g / cm 3 , which corresponds to the density of a powder-forged preform of the same material. In this case, a load-bearing strength characteristic is achieved particularly advantageously. Furthermore, with a locally variable and bean Spruchungsgerechtem density profile preferably provided a highly durable sintered toothing. The density profile can have a greater degree of density over a larger area, in particular in the areas subject to higher stress, in comparison to areas of lesser load which are directly adjacent to one another. By means of a determination of an optimized dimension, a toothing produced in this way can also be manufactured economically in a few work steps.
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.According to one Design is the respectively differently densified edge layer over a different allowance along a flank and / or tooth bottom of the preform mitprodut. For example is provided that a depth of the compacted boundary layer, respectively perpendicular to the surface considered, a maximum at about the place of maximum stress has the density. This can be, for example, halfway up the tooth and steadily decrease to zero at each tooth tip and tooth root. In particular to avoid pittings, for example, it is provided that in a range between 20% and 30%, especially between 23% and 25% below the pitch circle a particularly high compression is set in the sintered material. It can but also other courses be provided. In particular, in a design of a compression curve a force curve on a tooth flank of the toothing element in its intended use considered. For example, the teeth of a gear in a Transmission occurring forces used and the resulting comparison voltage curves below the surface used. This procedure is also with other gears possible.
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.Especially It is advantageous if an allowance on a first flank of the Zahn's chosen differently is considered on a second flank of the tooth. This is especially a power transmission direction in an intended use of a Gear element considered. For example, in the case of a gearwheel in a gearbox, that dependent from a direction of rotation in the direction of rotation other forces occur on the tooth flanks as contrary to the direction of rotation. Furthermore, a different Compression compensated due to a direction of rotation of a rolling tool become. Preferably, the oversizes are selected so that after a compression process identical compression curve along the first and the second Tooth flank results.
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 Verdichtungstiefe 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.For example to avoid stress cracks in a tooth root or tooth base area becomes a locally condensed surface layer also in these Areas. It is particularly useful when in a tooth base an asymmetric allowance is selected. For example, a left tooth root area has a different compaction depth as a right tooth base. In particular, between each two teeth preferably a steady Variation of a depth of a boundary layer by a corresponding Variation of the oversize to be provided.
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.Preferably In the design of a gearing, a different, in particular asymmetric measurement not only with respect to a flank, but preferably with respect two opposite each other Flanks provided. additionally a different measure in the tooth root is provided, preferably is asymmetric. Also can Tooth flanks and tooth feet of a Each toothing be asymmetrical. As a measure is not here only the available Position of additional Material to understand. Rather, this also includes an undersize. among them is to be understood that less sintered material provided in a Beeich than with respect to a final contour after a processing step should be provided. The ascertained undersize for example, sure that when displacing sintered material no undesirable Surveys arise. The undersize is therefore one through especially displacement of Sustained material to be filled Area of a preform with a toothing 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.Furthermore it is possible, different pressure angles on a tooth of a toothing provided. Thus, the pressure angle of a flank of the tooth by at least 15% of the pressure angle of the other flank of the tooth differ.
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.In one embodiment, it is provided that at least 20 .mu.m below a surface of a first flank of the tooth is generated by 2% to at least 15% higher density than on a second flank of the tooth at the same height. Preferably, a density is achieved on the first flank of the tooth, which corresponds at least approximately to the density which is achieved for a powder-forged toothed element, whereas the second flank has a lower density. For example, at a density in a range between 7.2 g / cm 3 and 7.7 g / cm 3 is set an edge, while in the corresponding region of the second flank has a density between 7.5 g / cm 3 and 7.82 g / cm 3 is set. In particular, in turn, for example, rotational direction-dependent different loads of the two tooth flanks are taken into account. Preferably, a requirement-based elasticity and hardness profile is achieved. More preferably, this reduces a noise development, for example in a transmission.
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.Furthermore, it is provided that a local Allowance on a first flank of the tooth is selected to be at least 10% larger than an allowance on a second flank of the tooth at the same height. In a first variant, this achieves, for example, that an identical compression course is achieved on the first and the second tooth flank due to different pressurization during compression as a function of the direction of rotation. In a further variant, for example, a different compression course is achieved on the first and the second tooth flank. In particular, different maximum densities, their depths as well as their location in relation to the height of the toothing can be set specifically.
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.It is particularly expedient if an amount of a maximum local allowance is at least 15 μm, preferably at least 100 μm and particularly preferably at least 400 μm. If the density of the preform in a range between 7.2 g / cm 3 and 7.5 g / cm 3 , preferably a maximum allowance between 20 and 150 microns is provided. If the density of the preform between 6.7 g / cm 3 and 7.2 g / cm 3 , preferably a maximum allowance between 50 microns and 500 microns is used. An oversize may also be negative locally, taking into account, for example, a lateral redistribution of material. A lateral redistribution can be done by flowing material as a result of a rolling process. In particular, an at least locally negative oversize can be provided, which lies locally below the final dimension. The negative allowance is preferably at most 100 μm. According to one embodiment, the negative measurement is at most less than 50 μm and in particular less than 20 μm. In particular, the maximum negative allowance is in a range between 100 μm and 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.Preferably a compression is achieved, at least in one area of a Tooth flank of the toothing reaches a depth between 1 mm and 1.5 mm. The compression in the tooth root can however, be lower. According to one Design is the maximum depth of compaction of a tooth flank by at least a factor of 6 greater than a maximum depth of compaction in an area of the associated tooth root. This allows the teeth on the one hand sufficient strength has, on the other hand, but also a certain deformability reserves. One Tooth breakage is avoided.
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 An embodiment of the method is provided that the preform and the rolling tool are rolled on each other until a final shaping Movement between the toothed element produced thereby and the rolling tool is generated. This is for example for the production used by meshing gears. It is preferred while the rolling process with the rolling tool a distance between the rolling tool and preform reduced. Accordingly, in particular a rolling pressure adjusted or adjusted. In addition to the possibility of power control can also be realized a path control on the machine. Furthermore it is possible, a combination of force and path control during production to provide the toothing. It can also be in a section of Making a pure path control done and in another Section of making a pure force control. Also, you can alternate them several times.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mittels Walzbewegung zwischen der Vorform und dem Walzwerkzeug eine zykloidenförmige und/oder evolventenförmige Verzahnung entsteht.In a further embodiment is provided that by means of rolling movement between the preform and the rolling tool a cycloid-shaped and / or involute Gearing arises.
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.Next Gear elements in the sense of gears can also other teeth elements getting produced. For example, it is provided that as a toothed element a cam is made. In particular, a cam can be produced be, as for example, for the mechanical actuation of a Adjustment device, for example for adjusting a valve or the like is used. Preferably is characterized by a locally varied Compaction of a boundary layer on a flank of a cam improved strength process with less susceptibility to wear provided.
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.A Further improvement of surface hardening can be particularly so be achieved that the process of producing an at least partially surface-compressed metal Verzahnungselementes a thermal and / or chemical Surface hardening process includes.
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.In a first variant is used as a thermal and / or chemical curing process for example, a case hardening used. Preference is given here in addition to an increase in hardness, a reduction of tension achieved. In a further variant, for example, a carbonitriding process used. Furthermore, a nitration or Nitrocaborierprozess and a boriding process can be used. In particular, at these processes in conjunction with a heat treatment also a Reduction of a tension achieved. By hiring the prevailing Pressure can also influence the hardening be taken. For example, a vacuum can be set, especially when a case hardening made becomes. There is also the possibility of a induction make.
Die Härtung wird gemäß einer Ausgestaltung nur partiell ausgeführt, beispielsweise nur im Bereich der Verzahnung vorgenommen.The curing is carried out according to an embodiment only partially, for example, only in the area the toothing made.
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.In a preferred variant, it is provided that a method for Production of an at least partially surface-hardened metal toothed element, which comprises a compacted sintered material, the steps "cold or warm Pressing, sintering, dimensional and surface compacting rolls and case hardening. "For example takes place first a cold pressing of a metal powder in a mold, which at least approximately the final dimension of the having to be produced toothing element. In a second step For example, the sintering process takes place with or without heat Pressure. Preferably thereafter, the dimensional and surface compression takes place by means of rollers. As already mentioned above, dimensional and surface compacting rolls take place preferably simultaneously by means of at least two rolling tools. After that can finally the hardening, in particular case hardening done, which is a further hardening the surface allows.
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 1000 B + 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 4800 A
- – 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 4600 V, Ancorsteel 2000, Ancorsteel 86, Ancorsteel 150 HP
- – 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 85 P + 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 85 HP + 1,1–1,6 w/o FeMn + 0,35–0,65 w/o Graphit + 0,6–0,95 Schmierzusatz
- - Mixed powders (admixed powders): For example, iron powder is mixed with other preferably elemental powders. For example: Ancorsteel 1000 + 1.5-3.5 w / o Cu + 0.6-1.1 w / o graphite + 0.5-1.2 w / o lubricant Ancorsteel 1000 B + 1.5-2 , 2 w / o Ni + 0.4-0.9 w / o graphite + 0.6-1.1 w / o lubricant
- Partially alloyed, diffusion alloyed powders: A powder in which the alloying element (s) are metallurgically bonded to elemental powder or prealloyed powder. For example: Distaloy AB, Distaloy 4600A, Distaloy AE, Distaloy 4800A
- Pre-alloyed powders: powders of two or more elements which are alloyed during powder production, whereby the powder particles are uniformly distributed. For example: Ancorsteel 4600 V, Ancorsteel 2000, Ancorsteel 86, Ancorsteel 150 HP
- Hybrid alloy: pre-alloyed or partially alloyed powders with elemental or iron-alloyed admixtures which are mixed to obtain the desired composition of materials. For example: Ancorsteel 85 P + 1.5-2.5 w / o Ni + 0.4-0.8 w / o Graphite + 0.55-1.1 w / o Lubricant Distaloy AE + 1.5-2 , 5 w / o Ni + 0.4-0.8 w / o graphite + 0.55-0.95 Lubricant Ancorsteel 85 HP + 1.1-1.6 w / o FeMn + 0.35-0.65 w / o graphite + 0,6-0,95 lubricant additive
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.1. The workpiece has a core density between 6.5 and 7.5 g / cm 3 . The surface density is more than 7.5 g / cm 3 . A maximum density is generated to a depth of 0.1 mm.
Ausgangsmaterialien für die Vorform sind sintermetallische Pulver, insbesondere vorlegierte Materialien, partiell legierte Materialien oder Hybridlegierungen.raw materials for the Preform are sintered metallic powders, in particular pre-alloyed materials, partially alloyed materials or hybrid alloys.
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.With a prealloyed material is cold-pressed, sintered in a temperature range between 1100 ° C and 1150 ° C, a surface compression, a case hardening and a subsequent grinding made to achieve a final shape of a workpiece with teeth.
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.With a partially alloyed metallic sintered material becomes a hot pressing at a press temperature in a range between 50 ° C and 80 ° C, high temperature sintering in a range preferably between 1250 ° C and 1280 ° C, surface compacting, a subsequent one Vacuum carburizing and honing, around a final shape of a workpiece to achieve with toothing.
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.With A sintered material comprising a hybrid alloy becomes a hot pressing executed in which preferably the powder and the tool are heated. Preferably these heated in a range between 120 ° C and 150 °. Then took place a sintering step, for example as high-temperature sintering surface compaction and subsequently Induction hardening. An aftertreatment can be omitted, for example.
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.2. The preform is powder forged. This preform is at least partially surface-compacted in the region of the tooth flanks and / or the tooth root. A core density of the workpiece is between 5.7 g / cm 3 and 7.7 g / cm 3 . A surface density in the range of more than 7.8 g / cm 3 , wherein preferably in this area all remaining pores are closed at the surface. However, a maximum density up to a depth of 1.5 mm can also be generated.
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.A manufacturing process can proceed as follows: choice of the powder material, cold pressing of the powder material, sintering preferably at a temperature of about 1120 ° C, connect forging, preferably at a temperature around 1000 ° C, eventually removing an oxidation layer, surface compacting in particular by rolling, Surface hardening, in particular case hardening, and possibly subsequent partial grinding on a final contour. The process can take place completely or partially in a production line.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass beim Oberflächenhärten ein Vakuum-Einsatzhärten ausgeführt wird, an den sich ein Honschritt für partielle Bereiche der Verzahnung anschließen.A Another embodiment provides that when surface hardening a Vacuum case hardening is performed, to which a honing step for connect partial areas of the teeth.
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/cm3.3. In particular, for the production of rotors and oil pump wheels, a preform made of an aluminum-containing material in the region of the tooth flanks and / or the tooth roots is surface-compacted. In surface compacting, in particular a final shape of the toothing is achieved. The core density of the workpiece is preferably between 2.6 g / cm 3 and 2.8 g / cm 3 .
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. Anschlie ßend kann eine Aushärtung erfolgen, beispielsweise in einem Temperaturbereich zwischen 120°C und 185°C für einen Zeitraum zwischen 6 h und 24 h.The Sintered material is hot-pressed, for example, for example at a temperature between 40 ° C and 65 ° C, subsequently dewaxed, for example at a temperature of more than 400 ° C, in particular then sintered in a temperature range between 420 ° C and 440 ° C, for example in a temperature range above 550 °, in particular in a temperature range between 600 ° C and 630 ° C, then homogenized and cooled, For example, to a temperature between 480 ° C and 535 ° C, followed by a surface compacting in particular by rolling. After ßend curing can take place, for example in a temperature range between 120 ° C and 185 ° C for a period between 6 h and 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.4. The preform is preferably compressed along the tooth flank and the tooth root, in particular two rolling tools are used, in the middle of which the preform is rotatably arranged. Depending on the material, a core density of the workpiece is preferably between 7.2 g / cm 3 and 7.5 g / cm 3 ; depending on the material, a surface density, at least in sections, is greater than 7.8 g / cm 3 . A maximum density is present in particular to a depth of 1 mm, possibly even beyond.
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.From the manufacturing steps are proposed according to an embodiment, Pre-alloyed material cold pressed, then closed sintering, in particular in a temperature range between 11000 ° and 1150 ° C, to carry out a surface compression, a hardening perform and the surface partially possibly to grind.
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.A Another embodiment provides a partially alloyed sintered material to be hot pressed, especially in a temperature range between 50 ° C and 90 ° C, a high temperature sintering perform, especially in a temperature range between 1240 ° C and 1290 ° C, a surface compression perform, to perform a vacuum case hardening and possibly afterwards to be honed.
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.A another embodiment provides for hot pressing a hybrid alloy, wherein the powder and the pressing tool preferably in a temperature range between 120 ° C and 160 ° C warmed up are. After a sintering step, a surface compression takes place, to which a hardening, preferably an induction hardening followed.
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.5th It is also possible the pre-sintering a surface compacting succeeds and then in turn a resintering as a process step in the manufacture of a workpiece provided with teeth. The pre-sintering can, for example be carried out in a temperature range between 650 ° C to 950 ° C. Post-sintering For example, at a for the material usual Sintering temperature, for example, between 1050 ° C and 1180 ° C. Also exists the possibility high-temperature sintering, for example in the range between 1250 ° C and 1280 ° C. hereafter may optionally be a hardening and / or post-processing, for example, honing or even a grinding.
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.The previous pressing can be done cold, warm or hot, in the latter, preferably the pressing tool and the powder are heated. For example, the hot pressing takes place in one Temperature range between 120 ° C and 160 ° C.
6. Eine Weiterbildung sieht vor, dass einem Nachsinterschritt ein Sinterhärten nachfolgt. Optional kann sich daran ein Schleifen oder Honen anschließen.6th A further development provides that a subsequent sintering step is followed by a sintering hardening. Optionally, this may be followed by grinding or honing.
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.7th Another manufacturing method provides the preform at a To compress the temperature above 150 ° C, in particular over 500 ° C. For example The preform can be fed directly from a sintering furnace into a machine surface compaction guided become. In this case, the preform may have a temperature, for example above 600 ° C lies, especially over 800 ° C is. Preferably be heated or the tools for surface compression, for Example, to a temperature of about 150 ° C. According to another embodiment is the tool for surface compaction cooled, preferably by running inside the tool cooling.
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.8. Another production method provides that a surface compression takes place while the preform is at least partially heated. in the In particular, the heating takes place at a temperature that simplifies the surface compacting. Preferably, this induction heating is used. This is followed by rapid cooling to create a martensitic structure. In this way, for example, a molding process can be combined with a surface compaction.
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.A Further embodiment of the invention provides that a surface compression Executable with a variety of methods. An embodiment sees in particular, that in a first area the surface compression is performed with a different method than in a second, another Area. As a method can doing a beam hardening, shot peening, a compression by means of a ball, by means of a roller or by means of another rotatable body, by tooth-shaped designed tools, in particular rolling tools and the like be used. These methods are also individually separated mutually suitable to allow a necessary surface compaction.
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.For example the tooth base is cooked not or only slightly compacted with a tool, with that too the tooth flank is compressed. There is the possibility of the surface in one To compact section so far that only the pores are closed at the surface are. Subsequently can the tooth base with another tool or Oberflächenverdichtungsverfahren be processed. In particular, about it a different surface compaction along the tooth flank compared to the tooth root. For example So different surface qualities, for example with regard to roughness, to adjust. Also, the maximum surface depth may vary due to the different techniques. It is also possible that the entire workpiece with the gearing a surface compression gets such as surface blasting. In this way, in particular aluminum-containing sintered materials or other oxide-forming sintered materials, since with the surface compaction additionally Also, a removal of an oxide layer can be made possible.
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.The The invention further relates to a preform for a method of preparation an at least partially surface-hardened metal Gear element, which has a compacted sintered material, wherein a first and a second edge of a tooth from each other different asymmetric dimensions exhibit. Furthermore, it is also envisaged that a first and a second foot area a tooth divergent, especially asymmetric allowances exhibit.
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.Further The invention relates to a toothed element with a metallic Sintered material, wherein the toothed element at least in the range at least one edge of a tooth of the toothing element a having locally varied compression. It is preferred by a for many applications appropriate elasticity of the powder metallurgical Material in conjunction with a surface hardening allows. Especially preferred For example, in transmission gears a noise reduction in the power transmission allows while providing good wear resistance.
In einer ersten Variante ist vorgesehen, dass das Verzahnungselement ein gradverzahntes Zahnrad ist.In a first variant is provided that the toothed element a gerverzahntes gear is.
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.Especially for one improved power transmission as well as for noise reduction between gears is provided in a further variant, that the toothed element an oblique toothed gear is. Furthermore, in another variant also be provided a bevel gear. According to the continue above description it is useful if opposite each other Flanks of teeth a Verzahnungselementes have an asymmetric compression.
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.Of Furthermore, it is useful if There is an asymmetric compaction in a foot area. This compression is in particular at a use according to the application occurring forces customized. To avoid voltage cracks is in particular provided that the depth of the locally densified boundary layer only so high is that still sufficient elasticity or rigidity of the tooth becomes. Particularly preferred is the depth of the compacted boundary layer in the foot area less than on a tooth flank.
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.When Special form of the toothed element can be provided that the Gear element is a cam. The above statements are to apply accordingly, for example flanks kick the cam instead of the flanks of teeth.
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 Kohlenstoff, 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 +0,2 C 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.For a material of a toothed element, various compositions may be provided. In a first variant, a ferrous material is selected as the main constituent of the sintered material and at least one alloying constituent from the group consisting of carbon, molybdenum, nickel, copper, manganese, chromium and vanadium. An iron alloy is, for example, Fe -1.0 Cr -0.3 V +0.2 relative to a reference 15CrNiMo6. Another iron alloy is Fe -1.5 Mo, for example +0.2 C based on 20MnCr5. Furthermore, for example, as the iron-containing alloy Fe -3.5 Mo based on 16MnCr5 is provided. Also, for example, the alloy C may be used 0.2% Cr 0.5% Mn 0.5% Mo 0.5%, with the balance iron and impurity. In addition, other compositions may be provided.
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 Silizi umanteil 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 2,5 g/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 90 HB auf. Ist der Silizium höher, kann die Dichte insbesondere auch mehr als 2,6 g/cm3 betragen.Preferably, for a reduction of a weight of a toothed element is provided that aluminum or magnesium is selected as the main component of the sintered material. According to one aspect of the invention, it is provided that a surface-compressed toothing made of sintered material has at least 80% aluminum and at least copper and magnesium as further sintering materials. A first embodiment provides that additionally silicon is used as sintered material. For example, silicon may range from about 0.45% to about 0.8%, preferably between 0.6% and 0.75%. However, silicon may also be present in a higher range, for example between 13% and 17%, in particular between 14.5% and 15.5%. Is the Silizi umanteil higher, the copper content of the sintered material is reduced. For example, a first mixture may comprise copper at 4% to 5%, silicon at 0.45% to about 0.8%, magnesium at about 0.35% to 0.7%, and the balance at least primarily aluminum. In addition, a pressing aid is preferably added. This can have a proportion between 0.8 and 1.8%. For example, a wax, in particular amide wax used for this purpose. For example, a second blend may comprise copper at 2.2% to 3%, silicon at 13% to about 17%, magnesium at about 0.4% to 0.9%, and the balance at least primarily aluminum. Also, a pressing aid can be used as exemplified above. After a surface compaction, at least one region of the toothing has a density of, for example, more than 2.5 g / cm 3, preferably up to the maximum density. Preferably, a workpiece produced in this way with a toothing has a tensile strength of at least 240 N / mm 2 and a hardness of at least 90 HB. If the silicon is higher, the density may in particular also be more than 2.6 g / cm 3 .
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 120 HB auf.A second embodiment provides that in addition at least zinc is used as the sintering material in addition to copper and magnesium as additives and aluminum. Preferably, copper has a content in a range between 1.2% and 2.1%, in particular between 1.5% and 1.65%, magnesium between 1.9% and 3.1%, preferably between 2.45% and 2.65%, zinc between 4.7% and 6.1%, in particular between 2.3% and 5.55%. The rest is at least mainly aluminum. In addition, a pressing aid as described above can also be used here. A workpiece made from this mixture with a toothing preferably has, after the surface compaction, at least one region of the toothing in which a density of at least 2.58 g / cm 3 extends up to the maximum density. Preferably, a workpiece produced in this way with a toothing has a tensile strength of at least 280 N / mm 2 and a hardness of at least 120 HB.
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.Especially is appropriate it, if a toothed element with another functional component, in particular a shaft or another gear, sintered is. In particular, this is a compliance with a precise working distance between several gear elements, for example in one Transmission, relieved.
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.In A further embodiment provides that the toothed element Part of a pump is. For example, it is a involute gear, which with another involute Gear is engaged.
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.Of Furthermore, the invention relates to a device for manufacturing an at least partially surface-compressed Gear element in particular for carrying out a method described above Method with a adapted to a different measure Tool control. The device comprises in particular at least a rolling tool, which preferably with the aid of the adapted tool control preferably under a customized pressure and / or controlled path can act on the preform in an adapted engagement. Especially The device comprises a rolling tool with a toothed surface, which engageable with the toothing of the toothing element and it can be rolled over.
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 vorhanden sind. Dieses kann beispielsweise eine unterschiedliche evolventische Verzahnung sein.Further The invention relates to a device for producing a at least partially surface-hardened toothing element one at least in a surface area a sintered material preform, wherein the device a tool comprising a compensation of different allowances at a first and a second edge of a rolling motion having to be compacted tooth of the preform. The rolling tool can doing one for the shape necessary contour, for example, an involute Gearing, only on one flank or on both flanks of a tooth exhibit. In another variant, however, it is also provided that on each of a first and a second edge of a tooth the teeth of the rolling tool each differing from each other allowances available. This can, for example, a different be involute interlocking.
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 Simu lation 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.Further The invention relates to a method for designing an oversize for Achieving a surface compaction a sintered metal toothed element in a rolling process, where the allowance is iterative is determined. In a first step, for example, a Geometry and in particular a torque and / or a pressure distribution specified. In a further step, for example, a design defined a rolling tool. Furthermore, a preform with determined a locally defined allowance. For example, a selection can be made using data libraries. Such a data library contains, for example, based on various Parameter determined experimental density courses. Furthermore, a Simulation of the compression or rolling process done. To For example, the kinematics of the rolling process in conjunction with a simulation of elastic and plastic properties of the preform and possibly the rolling tool simulated. For the simulation the elastic or plastic properties of the preform is For example, related to continuum mechanics models with a discrete solution by means of, for example, finite element or finite volume methods resorted.
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 A preferred embodiment provides that a geometry a hobbing tool iteratively, taking into account of the oversize is determined. For example, an allowance of involute toothing of the hob tool be determined. Accordingly, an allowance for other than an involute Gearing be determined.
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 gewünschtem Dichteverlauf und in der Simulation erzieltem Dichteverlauf. Des Weiteren kann ein Abbruchkriterium auch ein Überschreiten einer vorgebbaren Anzahl von Iterationen sein.In A particularly preferred embodiment provides that in a first step at least in an area of a flank of a tooth locally varied, at least pointwise definable Excess of a Preform of the toothed element based on at least one design specification is automatically generated, in a second step, a geometry a rolling tool is automatically generated in a third Step a rolling process and a local course of a compression generated thereby at least an edge layer of the toothed element is simulated and in a fourth step, an automatic evaluation of the generated History of the compression is compared with a specification as well optionally, the method from the first step using at least one variation is repeated for optimization until a Abort criterion fulfilled is. The variation takes place, for example, with the help of a Optimization method. An abort criterion is for example one Tolerance between desired Density gradient and density gradient achieved in the simulation. Furthermore If an abort criterion also exceeds a predefinable Number of iterations.
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.Especially is appropriate if the design specification from the group material density, Geometry, torque and pressure distribution is selected. The torque is here as the case of the intended use of a toothing element understand occurring torque.
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.Especially to avoid material cracks, it is expedient if simulated a material tension at least in the area of compression and in particular for evaluation. It is preferred thereby avoiding that a surface is sufficiently hardened, However, due to voltages is brittle and stress cracks inclines.
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.Of Furthermore, it is advantageous if for variation in a database library stored data can be used. In particular, it can process on for optimization and data analysis, for example by means of neural Networks are used become. Furthermore, features stored in the database are displayed for example, for optimization by means of a genetic algorithm used.
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.In In a further embodiment, at least one of the steps can be achieved by a default will be replaced. Preferably, a rolling tool geometry fixed. This takes into account, for example, the fact worn that a rolling tool much more expensive to modify is, for example, as a preform. Another embodiment provides a reverse approach. Preferably, starting from a final shape, a preform or the rolling tool for producing the Endform as well as the press tool for the production of the preform calculated.
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.Finally is The invention relates to a computer program product with program code means, which are stored on a computer readable medium, at least perform any of the procedures described above when the program is up running a computer becomes. For example, a computer readable medium is a magnetic, a magneto-optical or optical storage medium. Furthermore For example, a memory chip is used. In addition, a computer readable medium also by means of a remote memory, for example be realized by means of a computer network.
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.The computer program can be stored, for example, in a machine for surface compaction. Also, a calculation may be made separately from the surface compacting machine However, the machine has a controller, in particular a path and / or force-guided control in which the coordinates and movements can be entered to compress the preform.
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.According to one Another aspect of the invention provides a die mold. with which a preform made of sintered material can be pressed, the subsequently surface-compacted to a final shape. These Press tool shape is calculated iteratively. Preferably is doing also assumed data from a final contour of the workpiece with its teeth.
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.Also can be a rolling test bench be provided, the possibility offers, test rolls for a variety of surface compaction to be able to make. About that can In particular, data are also determined which are evaluated in the calculation methods can enter. For example, you can therefor suitable characteristics are formed from a plurality of measurements. This can be for example Start values for the iterative calculation of preform, tool or pressing tool respectively. Also, the rolling test bench an automated measurement of surface-compacted workpieces, the have a toothing possess.
Im folgenden werden weitere Gedanken vorgeschlagen, die mit den bisherigen vorgeschlagenen Aspekten kombiniert aber auch unabhängig davon ausführbar sind.in the Following are further thoughts proposed with the previous ones proposed aspects combined but also be carried out independently.
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.According to a further aspect of the invention, which can be used independently as well as linked to the further features of the disclosure, a method for producing a toothing of compacted sintered material is provided, wherein a precompressed tooth preform at least in a range by means of iteratively determined data by at least 0.05 mm is compacted on its surface to its final shape, and a quality of the final shape at least in a range of at least f Hα = 4, F α = 7 and F fα = 7 is achieved. Here, f Hα are the deviation with respect to the toothing, F α is the total deviation and f fα is the profile shape deviation of the flanks. The specified values correspond to the DIN classes with respect to the deviation.
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.According to a further development, it is provided that an iteration takes into account parameters which relate to a material behavior in a surface compression of the tooth form. An embodiment provides that an iteration for determining a preform of input data emanates, which are taken from a specification of the final shape. Preferably, at least one rolling tool is used, which has the same quality as the final shape created later. Through the iterative determination and thus extremely accurate machining in the surface compaction is made possible that the quality of the tool can be transferred to the preform. In particular, the extremely accurate surface compaction makes it possible for the toothing to have this quality of the final shape after the surface compacting without any further material-removing post-processing step. For example, a workpiece with the gearing is made to have a core density of at least 7.4 g / cm 3 with a surface density that is at most in a region of a tooth flank, with the maximum surface density extending at least 0.02 μm in depth in the region ,
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, wobei eine vorverdichtete Zahnvorform zumindest in einem Bereich mittels iterativ ermittelter Daten auf ihre Endform verdichtet wird, und eine Rauhigkeit in dem Bereich gegenüber der Vorform um zumindest 400% verbessert wird, wobei eine Oberflächenhärte von zumindest 130 HB eingestellt wird. Vorzugsweise wird eine Kerndichte der Endform eingestellt, die zumindest eine Dichte von 7,3 g/cm3 aufweist, und eine Oberflächenhärte aufgeprägt, die einen konvexen Verlauf von der Oberfläche hin zu einer Mitte der Endform aufweist.According to a further aspect of the invention, which can be used independently as well as combined with the further features of the disclosure, a method for producing a toothing of compacted sintered material, wherein a pre-compacted tooth preform is compacted to its final shape at least in one area by means of iteratively determined data, and a roughness in the area opposite the preform is improved by at least 400%, with a surface hardness of at least 130 HB being set. Preferably, a core density of the final shape is set which has at least a density of 7.3 g / cm 3 and imprinted with a surface hardness having a convex course from the surface toward a center of the final shape.
Die Verzahnung aus vorverdichtetem Material weist in einem ersten oberflächenverdichteten Bereich eine Rauhigkeit aufweist, die um mindestens 400% kleiner ist als eine Rauhigkeit in einem zweiten Bereich, der geringer oder gar nicht oberflächenverdichtet ist. Die Rauhigkeit Rz beträgt beispielsweise im ersten Bereich weniger als 1 μm. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass eine Oberflächenhärte von zumindest 700 HV [0,3] an der Oberfläche der Endform vorliegt, während in einer Tiefe von 0,4 mm von der Oberfläche zumindest eine Härte von 500 HV [0,3] vorhanden ist. Eine andere Ausgestaltung weist eine Oberflächenhärte von zumindest 700 HV [0,3] an der Oberfläche einer Zahnflanke und in einem Zahngrund auf, wobei eine Härte von zumindest 500 HV [0,3] in einer Tiefe von 0,6 mm von der Oberfläche im Zahngrund und eine Härte von zumindest 500 HV [0,3] in einer Tiefe von 0,8 mm von der Oberfläche an der Zahnflanke vorliegt. Durch die Herstellung der Oberflächenverdichtung wird ermöglicht, genaue Verdichtungen wie auch Härtungen entsprechend gewünschter Vorgaben gezielt einstellen zu können.The toothing of precompressed material has, in a first surface-compacted area, a roughness which is at least 400% smaller than a roughness in a second area which is less or not surface-compacted. The roughness R z is, for example, less than 1 μm in the first region. A further embodiment provides that a surface hardness of at least 700 HV [0.3] is present at the surface of the final shape, while at a depth of 0.4 mm from the surface at least a hardness of 500 HV [0.3] is present , Another embodiment has a surface hardness of at least 700 HV [0.3] on the surface of a tooth flank and in a tooth root, wherein a hardness of at least 500 HV [0.3] at a depth of 0.6 mm from the surface in the Tooth base and a hardness of at least 500 HV [0.3] is present at a depth of 0.8 mm from the surface on the tooth flank. The production of surface compaction makes it possible to set exact compaction as well as hardening according to desired specifications.
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.According to another aspect of the invention, which is independently applicable as well as linked to the other features of the disclosure, a calculation method for designing a Proposed a preform of teeth of sintered material, wherein data enter into the calculation method, which are determined from a predetermined final shape of the toothing, depending on at least one condition of use of the final shape one or more load parameters of the toothing are determined, a local allowance of the preform is calculated is correlated with an expected densification of the preform at the surface, wherein a load of the sintered material below the surface is included in the calculation.
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.Preferably will add to the calculation a penetration of the tool in the workpiece to be produced in the Calculation is based, in particular, the behavior of the sintered material during penetration and after penetration Can be found. For example, the calculation method provides that an elastic deformation of the sintering material to be compacted considered becomes. Also, the calculation method may provide that an elastic-plastic Deformation of the surface is taken into account to be compacted sintered material. Preferably For example, a depth of maximum stress below the surface goes when using the workpiece as a force-transmitting Gear in the calculation method. The calculation method may continue to shrink the sintered material during sintering in to let the calculation go. Also empirically determined data also included in the calculation.
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.According to one another idea of the invention, which is independent as well as associated with is applicable to the further features of the disclosure, is a Calculation method for designing a tool for surface compaction a preform of a toothing of particular compacted sintered material proposed for the creation of a predetermined tooth geometry, wherein determined data from the given tooth geometry to be produced for the calculation of machine tool kinematics under consideration from associated machine parts of a workpiece which the tool to be produced is formed, and at least one Werkzeugformgebers, their coupled system coordinates and their Move towards each other, enter iteratively. This is now the Possibility, instead of over repeated tests, measurement results and adjustments of the workpiece former after all a final form to find this by means of an iterative calculation. This is much more time-saving and allows the consideration of different Influencing parameters. In particular, a simulation of the design is also allows, so that, for example, a mode of action of the tool to be produced can be checked for a designed preform in the simulation.
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.According to one Design go into the calculation method contact conditions between the workpiece to be produced and the tool former between a tip and a foot of toothing. Preferably this also goes in the area of a foot of the gearing a maximum Tension on the surface included in the calculation. Furthermore, there is the possibility that in the region of a flank of the toothing a maximum voltage below the surface included in the calculation. This process is particular for sintered materials suitable, but also for steel workpieces or workpieces other materials.
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.According to one another idea of the invention, which is independent as well as associated with is applicable to the further features of the disclosure, is a Press mold with a press geometry for producing a Preform of a toothing made of sintered material proposed, wherein the press geometry on a surface compression of the toothing has adapted course with at least one survey, at least generated in the region of the toothing of the preform a depression, the with sintering material during surface compacting refillable is.
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.Preferably, the survey on a front side of the preform causes a depression in the region of a head of a tooth of the toothing. For example, by iterative calculation, the height of the elevation or depth of the depression as well as other dimensions thereof can be determined. A further embodiment provides, instead of a one-sided survey, that a bilateral elevation is provided in order to effect a depression on both end faces of the tooth. The bump is arranged according to a further development in a region of the geometry which causes a depression on a tooth head of the preform, wherein the bump has a dimension that the shaped well at least partially a growth of the tooth head due to the processing of the preform in the final shape by the surface compacting at least diminished. In this way, for example, a preform with at least one depression on an end face of a toothing to compensate for a material Aufwurfes in a surface compression of a tread of the toothing calculate and in particular finished. Also can be in this way a preform with at least one depression on a tooth head of a toothing for at least reducing a growth of the tooth head in the amount in a surface compaction at least calculate the flanks of the teeth and in particular finished. The calculation method for determining a geometry of a preform or of a compression molding tool preferably provides that the geometry is based on data of a final shape determines the preform and at least one depression or elevation is calculated, which causes at least partially a compensation of a material shift in the surface compacting.
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 wiederho lenden 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.According to one another idea of the invention, which is independent as well as associated with is applicable to the further features of the disclosure, is a Process for surface compaction proposed a gearing, with a number of repeating to lumbar Compression movement of a molding tool for surface compacting a surface is calculated iteratively at the preform. Preferably, a roll over iteratively calculated until a predetermined surface density is reached. A further development provides that a feed of the molding tool iteratively calculated. According to one Design takes place less than 20 times a roll over the preform to achieve the predetermined geometry of a final shape of the surface compacting. Preferably, less than 10 times the rolling over. In particular, will rolling over less than 6 times the preform performed, to a given geometry of a final shape of the surface compacting is reached. It should be noted that with the achievement no termination of surface compaction takes place. Rather, it will be repeated several times, especially less than 25 times, preferably less than 15 times, further that Tool on the surface traveled. As a result, an accuracy of the surface shape is ensured.
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.According to one another idea of the invention, which is independent as well as associated with is applicable to the further features of the disclosure, is a Proposed method in which a reversing rolling on a Gearing made of sintered material is used to form the preform Final shape of a surface compacting to condense. Preferably, before a reversal of direction, a short unloading the preform is performed by the mold. It turned out that by reversing, that means by reversing the movement a uniformed compaction can be created. About that In addition, manufacturing problems were further minimized, by reducing the pressure of the tool on the workpiece before the movement reversal begins. The tool can remain in contact with the workpiece. It can also be detached from the surface for a short time.
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.According to one another idea of the invention, which is independent as well as associated with can be used in the further features of the disclosure, is a surface compaction a workpiece with proposed at least one toothing of sintered material, wherein a first surface of the workpiece is densified with a different method than a second surface of the Workpiece. Preferably, a first toothing of the workpiece has a has other compression than a second toothing of the workpiece. A Further, provides that an internal toothing of the workpiece a other surface compaction learns as an external toothing of the workpiece. Also it is possible, that an external toothing by means of a rolling process peened is while a second area a hole that is surface-compacted with another method is. Preferably receives a hole in the workpiece after a surface compacting one hardened surface and afterwards brought to a final shape. This allows the use of the hole for one Wave or an axis. An improvement in accuracy is thereby achievable that after curing the gearing a surface compression he follows.
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.According to one another idea of the invention, which is independent as well as associated with can be used in the further features of the disclosure, is a Shaft with at least a first and a second toothing, wherein the first toothing made of sintered material and rolled is surface-compressed. The following are features regarding indicated the shaft or the teeth. Here can for further Embodiments in particular also the further disclosure with regard to gearing, materials, manufacturing steps, etc. are used.
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.According to one Embodiment, the shaft has a second toothing, which after produced by a different method than the first toothing. This allows a variety of combinations that are suitable for every case of stress different material solutions provides. The second toothing forms according to a further embodiment with the first gearing a workpiece. For example, both can Gears have been produced together in a pressing machine be. Preferably, the first and second teeth are iterative calculated and prepared accordingly. According to one Embodiment, the production in succession, according to a other design but also done simultaneously. Especially this also applies to Further processing steps such as surface compaction.
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.A Continuing provides that the second gearing a hardened surface without surface compaction having. For some load cases is the density obtained by sintering or the material used inherent strength sufficient. This applies, for example for pump applications.
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.Furthermore, it has proved to be advantageous if at least the first toothing has different flank pitches at the same height of the tooth at least on one tooth. This is advantageous in applications in which a main direction of rotation and in particular only one direction of rotation of the shaft is predetermined. The different edge slopes can be designed to reduce wear and noise.
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.A Another embodiment provides that the second toothing forged is. You can also peened be. This gearing can, for example, a larger power transmission record as the first gearing.
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.Preferably is the second toothing of a different material than the first Toothing is. For example, the second toothing is made of steel. The However, second gearing can also be made of another sintered material exist as the first gearing. In addition, the wave can also be made of sintered material. For example, it can be the same material as the first gearing. Also, the wave can at least are formed together with the first gearing, i. made of powder material be pressed, preferably in a common mold.
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.One exemplary process for the preparation of the above-described Wave can also provide that at least the first gearing a surface compaction receives and a bore for receiving the shaft surface-compacted, hardened and then honed is connected before the shaft and the first gearing become. Therefor is preferably carried out starting from a final shape of the shaft with the first gearing an iterative calculation of a preform of the first Toothing.
Bevorzugte Anwendungen für eine derartige Welle ergeben sich in der Kraftfahrzeugtechnik wie auch im Getriebebau sowie bei Haushaltsgeräten.preferred Applications for such a wave arise in automotive engineering as well in gearbox construction as well as household appliances.
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.According to one another idea of the invention, which is independent as well as associated with can be used in the further features of the disclosure, is a Preform used for producing a toothing of sintered material, wherein the preform has a negative allowance. Preferably the negative oversize at least is arranged on a flank of a tooth of the toothing. In particular, can the negative allowance asymmetrical run along the flank.
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.A Continuing training provides that on each flank of a tooth a negative one Measure is. For example, a tooth on the same Height first negative oversize a first flank and a second negative measure on one second edge, wherein the first and the second edge to each other run asymmetrically.
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.Preferably is the negative oversize between a head portion of the tooth and an overlay on a flank of the tooth Tooth arranged. additionally or alternatively, the negative allowance in a corner region of the tooth root be arranged. Furthermore, there is the possibility that an edge slope the flanks of a tooth are different.
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.Next an external toothing or other Verzahnungsart is a surface compression even in a Toothing executed, which is an internal toothing. The preform eventually becomes one surface-densified Gear.
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.A Further development provides a method for producing a toothing from a sintered material, wherein a preform at least one associated with iterative calculation assigned negative allowance is that in a surface compression of the Gearing is at least partially filled by displacement of the sintered material. Preferably, a stock material adjacent to the negative allowance is formed displaced into the negative oversize. The preform can be surface-compacted in the desired final shape, wherein optionally a curing and / or a surface finish he follows. This can be done before or after surface compacting. When Fine machining is a honing as well as a grinding into consideration.
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.Preferably the design of the negative amount takes place via an iterative calculation This is a simulation of surface compaction the preform determines if the adjacent measurement of its shape is designed so that d the negative measurement to the desired final contour smoothed out can be. This is done by calculating and / or executing a machine surface compaction a toothing provided, wherein a calculated kinematics einar is by means of the above surface compaction a negative oversize a flank of the toothing can be smoothed to a desired final contour.
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.According to one another idea of the invention, which is independent as well as associated with is applicable to the further features of the disclosure, is a Process for producing a surface compaction on a toothing proposed, wherein at least two preforms simultaneously a surface compaction obtained in a device.
Gemäß einer Ausgestaltung werden die Vorformen auf parallel angeordneten Wellen angeordnet und gelangen gleichzeitig in Eingriff mit zumindest einem Werkzeug zur Oberflächenverdichtung.According to one embodiment, the preforms are arranged on parallel shafts and at the same time engage with at least one egg a tool for surface compaction.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung werden zumindest zwei Vorformen auf einer gemeinsamen Welle angeordnet und gemeinsam in Eingriff mit zumindest einem Werkzeug zur Oberflächenverdichtung gebracht.According to one second embodiment, at least two preforms on a common shaft arranged and engaged in common with at least a tool for surface compaction brought.
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.Of Further, an apparatus for producing a surface compaction proposed on a toothing, wherein at least two preforms for surface compaction Durable in the device and simultaneously editable.
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.For example is provided that provides a movement of at least one shaft is in which both preforms engage with a tool for surface compaction reach. A further development provides that at least three waves for at least two preforms and at least one tool arranged parallel to each other and form a triangle, with at least one of the waves on the two other waves is zubewegbar. A further embodiment provides that at least two preforms on a common shaft are attachable, wherein the tool has a greater length than an added Length at least both preforms. Preferably the preforms with their faces lie together. Another embodiment provides that between the preforms a distance is arranged, wherein the tool along the Wave over both outer faces of the preforms protrudes.
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 50 μm und für en Schleifen 50 μm bis 0,3 mm, vorzugsweise 0,1 mm bis 0,2 mm an Aufmaß nach dem Oberflächenverdich ten 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.According to a further aspect of the invention, it is proposed that, in particular in the case of a forged toothed wheel, sprocket or ring gear, the manufacturing process also provides grinding or honing of the compacted tooth flanks and / or tooth roots in addition to the surface compacting step of the toothing. Preferably, the forging achieves a density of at least 7.6 g / cm 3 as the core density. The surface compacting can therefore cause a full compression and / or a precision of the shape of the toothing. A further development provides that an oversize for this step in a range of 4 μm to 8 μm material is above the final dimension for a material-removing machining step after surface compacting. If pressing, sintering and hardening, in particular case hardening, are carried out instead of forging, honing is preferably 30 μm to 50 μm and for grinding 50 μm to 0.3 mm, preferably 0.1 mm to 0.2 mm, of the allowance provided after the Oberflächenverdich th. The iterative calculation makes it possible to determine the areas and dimensions beforehand and to be able to implement them later in the procedure. For a bore in the gearwheel, sprocket or ring gear, surface densification is also preferably provided, followed by hardening followed by preferably honing. The bore may also have an oversize between 30 μm and 50 μm after surface compacting.
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.One Another advantage has been found when lubricating the surface compacting he follows. In addition to the use of emulsions in particular also with oils be lubricated. This is preferred in hot rolling, for Example at temperatures above 220 ° C. In addition, will proposed to carry out the hot rolling at a temperature between 500 ° C and 600 ° C, wherein preferably used oil cooling on the one hand to smear, on the other hand, the tool to cool.
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.in the The invention will be described in detail below by way of example with reference to FIGS Drawing explained. However, these illustrated embodiments are not limitative of the scope and re To lay out details of the invention. Rather, they are from the Figures resulting features not on each individual Embodiments limited. Rather, these features with each other, in the drawing and / or in the description including the description of the figures specified features in each case to further developments not shown combined.
Es zeigen:It demonstrate:
Die Erfindung kann beispielsweise eingesetzt werden bei Nockenwellenzahnrädern, bei Planetenzahnrädern, bei Sonnenzahnrädern, bei Antriebszahnrädern, bei Ausgleichszahnrädern, bei Getriebezahnrädern, bei Kupplungszahnrädern, bei Pumpenzahnrädern, bei geradverzahnten Zahnrädern, bei schrägverzahnten Zahnrädern, bei Elektromotoren, bei Verbrennungskraftmaschinen, bei Verstellgetrieben, bei Außen- oder Innenverzahnungen, bei Außen- oder Innenstirnradgetrieben mit Gerad- oder Schrägverzahnung, bei Kegelradgetrieben mit Gerad-, Schräg- oder Bogenverzahnung, bei Schraubenradgetrieben oder Schneckengetrieben wie auch bei Steilgewindewelle- und Steilgewinde-Nabeverbindungen. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass ein Zahnrad aus Sintermetall. Das andere kann beispielsweise aus Kunststoff oder einem anderen Material sein. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass zumindest eines der beiden Zahnräder eine Beschichtung aufweist, die insbesondere geräuschminimierend wirkt. Vorzugsweise kann auch ein Kegelschraubradpaar erstellt werden, um dadurch ein Hypoidgetriebe zu bilden. Insbesondere sind die Werkstücke mir Verzahnung in der Automobiltechnik, in der Motorentechnik, in der Getriebetechnik, bei Stelleinrichtungen, in kraftübertragenden rentechnik, in der Getriebetechnik, bei Stelleinrichtungen, in kraftübertragenden Vorrichtungen, bei Spielzeugen, bei feinmechanischen Vorrichtungen, bei Haushaltsgeräten, insbesondere mobilen Haushaltsgeräte, und anderem einsetzbar.The invention can be used, for example, in camshaft toothed wheels, in planetary gears, in sun gears, in drive gears, in differential gears, in gear wheels, clutch gears, pump gears, spur gears, helical gears, electric motors, internal combustion engines, in epicyclic gears, in external gears. or internal gears, for straight or helical or external helical gear units, for bevel gear units with straight, helical or curved teeth, for helical gear units or worm gears, as well as for helical and helical hub connections. Another embodiment provides that a gear made of sintered metal. The other may be made of plastic or another material, for example. Furthermore, there is the possibility that at least one of the two gear wheels has a coating which in particular has a noise minimizing effect. Preferably, a Kegelschraubradpaar can be created to thereby form a Hypoidgetriebe. In particular, the workpieces me gearing in automotive technology, engine technology, transmission technology, with actuators, in power transmitting rentechnik, in transmission technology, with actuators, in power transmitting devices, in toys, in precision mechanical devices, in Haushaltsgerä in particular mobile home appliances, and others.
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TAKEYA,Y.,et.al.:Surface Rolling of Sintered Gears, SAE The Engineering Resource For Advancing Mobility, SAE Technical Paper Series,(820234) International Congress & Exposition,Detroit,Michigan,1982,S.1-8 * |
TAKEYA,Y.,et.al.:Surface Rolling of Sintered Gears, SAE The Engineering Resource For Advancing Mobility, SAE Technical Paper Series,(820234) International Congress & Exposition,Detroit,Michigan,1982,S.1-8; ISSN: 0148-7191; |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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WO2006131355A3 (en) | 2007-06-21 |
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