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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnrades in net shape oder near-net shape Qualität, insbesondere eines Kettenrades, für ein VVT-System aus einem Pulver, wobei das Zahnrad ein zumindest annährend zylinderförmiges Gehäuse aufweist, das in axialer Richtung von jeweils einer Stirnfläche begrenzt ist und das eine äußere Oberfläche aufweist, wobei an der äußeren Oberfläche eine Verzahnung mit Zähnen und Zahnfüßen zwischen den Zähnen im Abstand zu den beiden Stirnflächen ausgebildet ist, und wobei die Verzahnung eine Zahnfußkreis mit einem Zahnfußkreisdurchmesser aufweist, wobei das Pulver in eine Matrize gefüllt und mit zumindest einem Stempel verpresst wird, sowie ein Zahnrad, insbesondere Kettenrad, für ein VVT-System aus einem Pulver, wobei das Zahnrad ein zumindest annährend zylinderförmiges Gehäuse aufweist, das in axialer Richtung von jeweils einer Stirnfläche begrenzt ist und das eine äußere Oberfläche aufweist, wobei an der äußeren Oberfläche eine Verzahnung mit Zähnen und Zahnfüßen zwischen den Zähnen im Abstand zu den beiden Stirnflächen ausgebildet ist, und wobei die Verzahnung einen Zahnfußkreis mit einem Zahnfußkreisdurchmesser aufweist.
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Die Herstellung von endkontournahen Bauteilen in gewinnt immer mehr an Bedeutung, da damit diese Bauteile wesentlich kostengünstiger hergestellt werden können. Die Pulvermetallurgie scheint dafür prädestiniert zu sein, da mit dieser Technologie auch Bauteile mit komplexer Geometrie ohne wesentliche Nachbearbeitung herstellbar sind. Doch auch diese Technologie stößt an ihre Grenzen, wenn die Geometrie zu komplex wird, da aufgrund der Haftung der Bauteile an den Wänden der Matrix bei dünnwandigen Bauteilbereichen bzw. Bauteilen eine höhere Bruchgefahr und damit die Erhöhung der Ausschussproduktion besteht.
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Im Stand der Technik wurde zur Herstellung von Sinterbauteilen mit komplexer Geometrie daher vorgeschlagen, dass derartige Bauteile aus Einzelteilen zusammengesetzt werden. Beispielsweise beschreibt die
DE 10 2010 034 014 A1 ein Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines Rotationskörpers, bei dem ein erster Ausgangskörper aus Metallpulver gepresst und ein zweiter Ausgangskörper separat von dem ersten Ausgangskörper aus Metall geformt wird, wobei die Ausgangskörper mit Stirnflächen in Bezug auf eine Längsachse des Rotationskörpers in axialem Kontakt aneinander gelegt und dauerhaft fest miteinander verbunden werden, wobei der erste Ausgangskörper aus einem Pulver auf Aluminiumbasis gepresst und der zweite Ausgangskörper aus einem Aluminiumwerkstoff geformt und die Ausgangskörper an den Stirnflächen miteinander versintert werden.
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Die Aufgabe vorliegender Erfindung ist es ein eingangs genanntes Zahnrad presstechnisch darstellen zu können.
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Die Aufgabe wird einerseits mit dem eingangs genannten Verfahren und andererseits durch das eingangs genannte Zahnrad gelöst, wobei nach dem Verfahren vorgesehen ist, dass zumindest im Bereich der Zähne an der äußeren Oberfläche des Gehäuses und über diese in radialer Richtung vorragend Vorsprünge ausgebildet werden, bzw. bei dem Zahnrad vorgesehen ist, dass zumindest im Bereich der Zähne an der äußeren Oberfläche des Gehäuses und über diese in radialer Richtung vorragend Vorsprünge ausgebildet sind.
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Von Vorteil ist dabei, dass die Wandstärke des Gehäuses reduziert werden kann, wodurch eine entsprechende Gewichtsreduktion erreicht wird, aber trotzdem die Herstellbarkeit des Zahnrades mittels pulvermetallurgischen Methoden möglich ist, sodass das Zahnrad auch mit komplexen Geometrie kostengünstig hergestellt werden kann, da keine bzw. nur eine geringfügige Nachbearbeitung erforderlich ist. Es können somit hochpräzise Zahnräder einfacher hergestellt werden.
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Gemäß einer Ausführungsvariante des Verfahrens und des Zahnrades ist vorgesehen, dass die Vorsprünge in axialer Ansicht in Art eines Wellenprofils ausgebildet werden bzw. sind. Es wird damit durch die Vermeidung von Kanten an den Übergängen zwischen den Vorsprüngen und der Oberfläche des Gehäuses – in radialer Ansicht betrachtet – eine bessere Entformbarkeit und eine bessere Verpressbarkeit des Pulvers bzw. des Zahnrades erreicht. Darüber hinaus ist damit auch eine Gewichtsreduktion des Zahnrades bei zumindest annähernd gleichbleibender Festigkeit im Bereich der Zähne während des Pressschrittes erreicht.
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Es ist auch möglich, dass die Vorsprünge durch axiale Verlängerung der Ausnehmungen für die Zahnfüße der Verzahnung gebildet werden, wodurch ebenfalls die Entformbarkeit und die Verpressbarkeit durch die Möglichkeit der einfacheren Stempelausführung erreicht werden kann.
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Es kann weiter vorgesehen werden, dass die Vorsprünge nachverdichtet werden. Durch diese Nachverdichtung, die während der Formgebung durch ein Nachsetzen des zumindest einen Stempels erfolgen kann, wird die Stützfunktion der Vorsprünge für die Zähne der Verzahnung verbessert.
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Das Pulver wird vorzugsweise zwischen einem mehrteiligen Oberstempel und einem mehrteiligen Unterstempel verpresst. Durch die Mehrteiligkeit wird eine Verbesserung der Pulververdichtung erreicht. Zudem können damit Bauteile mit komplexer Geometrie, insbesondere Hinterschneidungen, besser hergestellt werden. Darüber hinaus kann damit auch die Entformbarkeit vereinfacht werden.
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Es kann vorgesehen werden, dass der Zahnfußdurchmesser kleiner hergestellt wird als ein maximaler Außendurchmesser des Gehäuses. Es ist damit eine Reduktion des eingesetzten Pulvers pro Bauteil und damit auch eine Gewichtsreduktion des Zahnrades möglich.
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Bevorzugt weisen die die Vorsprünge eine Höhe über der Oberfläche des Gehäuses auf, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 20 % und einer oberen Grenze von 70 % einer Zahnhöhe der Zähne. Unterhalb von 20 % wird mit den Vorsprüngen zwar noch eine Stützfunktion erreicht, allerdings konnte beobachtet werden, dass in der Matrize vermehrt Zahnbrüche auftraten. Oberhalb von 70 % besteht die Gefahr, dass die Vorsprünge die Interaktion des Zahnrades mit einem in die Verzahnung eingreifenden weiteren Verzahnungselement oder mit den Kettengliedern einer Kette stören.
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Die Vorsprünge können in axialer Richtung unmittelbar anschließend an die Zähne angeordnet sein, wodurch die Abstützfunktion für die Zähne ausgeprägter zur Geltung kommt. Es ist aber auch möglich, dass die Vorsprünge in axialer Richtung beabstandet zu den Zähnen angeordnet sind. Dies kann insbesondere durch eine spanende Nachbearbeitung des Zahnrades erreicht werden, wodurch einerseits die Stützfunktion während der Herstellung des Zahnrades verbessert werden kann, andererseits aber durch die Beabstandung beim fertigen Zahnrad der Eingriff des weiteren Verzahnungselementes oder der Kette in die Verzahnung des Zahnrades verbessert werden kann. Diese Ausführung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Zahnfußkreisdurchmesser kleiner ist als der maximale Außendurchmesser des Gehäuses.
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Es kann weiter vorgesehen sein, dass die Vorsprünge im Bereich beider axialer Stirnflächen der Zähne angeordnet sind, also mit anderen Worten die Zähne jeweils zwischen zwei Vorsprüngen angeordnet sind, wodurch eine bessere Stabilisierung der Zähne beim Verpressen erreicht werden kann.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
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Es zeigen jeweils in schematisch vereinfachter Darstellung:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Zahnrades;
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2 das Zahnrad nach 1 in Seitenansicht;
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3 einen Schnitt durch das Zahnrad nach den 2 gemäß III-III in 2;
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4 einen Schnitt durch das Zahnrad nach den 2 gemäß IV-IV in 2;
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5 den in 2 mit X bezeichneten Ausschnitt aus der Verzahnung des Zahnrades nach 2 in vergrößerter Darstellung;
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6 eine Ausführungsvariante eines Zahnrades in Draufsicht auf die Verzahnung;
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7 das Zahnrad nach 7 nach erfolgter Nachbearbeitung;
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8 einen Ausschnitt aus einer Ausführungsvariante eines Presswerkzeuges zur Herstellung eines Zahnrades;
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9 einen Ausschnitt aus dem Zahnrad in Bezug auf das Presswerkzeug nach 8.
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Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
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Die 1 bis 4 zeigen eine erste Ausführungsvariante eines Zahnrades 1, insbesondere eines Kettenrades, in verschiedenen Ansichten.
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Das Zahnrad 1 nach den 1 bis 4 ist für ein so genanntes VVT-System (Variable Valve Timing System) vorgesehen. Insbesondere ist das Zahnrad 1 nach den 1 bis 4 als Stator für ein VVT-System ausgeführt.
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Derartige Statoren, wie sie auch die eingangs genannte
DE 10 2010 034 014 A1 beschreibt, werden zur Herstellung von Schwenkflügelverstellern zum Verstellen der Drehwinkellage einer Ventilsteuerwelle, beispielsweise einer Nockenwelle, relativ zu einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine verwendet. Als Stator wird derjenige Teil des Schwenkflügelverstellers bezeichnet, der in fester Drehwinkelbeziehung zur Kurbelwelle angetrieben wird und über einen Rotor des Schwenkflügelverstellers auf die Ventilsteuerwelle abtreibt. Der Rotor ist relativ zum Stator um die Längsachse innerhalb eines begrenzten Schwenkwinkels hin und her drehbar und dadurch die Drehwinkellage der Ventilsteuerwelle relativ zur Kurbelwelle verstellbar. Der Stator kann mittels seiner Antriebsscheibe mit der Kurbelwelle mechanisch gekoppelt sein, insbesondere durch einen Kettentrieb oder einen Zahnriementrieb.
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Das Zahnrad 1 ist nach einem pulvermetallurgischen Verfahren aus einem Sinterpulver, insbesondere einem Metallpulver, vorzugsweise einem Stahlpulver, hergestellt. Derartige pulvermetallurgische Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt und umfassen insbesondere die Verfahrensschritte gegebenenfalls Pulvermischen, Pressen des Pulvers zu einem Grünling, gegebenenfalls Grünlingsbearbeitung, Sintern des Grünlings, Kalibrieren des gesinterten Bauteils, gegebenenfalls Nachbearbeitung, wie z.B. schleifen, waschen, härten, etc. Da diese prinzipiellen Verfahrensschritte und die verschiedenen pulvermetallurgischen Verfahren aus dem Stand der Technik bekannt sind, sei dazu auf die einschlägige Literatur verwiesen.
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Das Zahnrad ist weiter in net shape oder near-net shape Qualität hergestellt. Unter net shape Qualität wird dabei verstanden, dass nach dem Sintern keine spanende Bearbeitung mehr erfolgt. Near-net shape bezeichnet hingegen eine Qualität, die eine geringfügige spanende Nachbehandlung zur Ausbildung der Endkontur zulässt. Diese Begriffe werden im Rahmen dieser Beschreibung entsprechend dem technischen Sprachgebrauch verwendet.
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Das Zahnrad 1 weist ein zumindest annähernd zylinderförmiges Gehäuse 2 auf. Mit zumindest annähernd zylinderförmig ist dabei gemeint, dass das Gehäuse 2 an einer Außenoberfläche 3 und/oder einer Innenoberfläche 4 von der exakten Zylinderform in Abhängigkeit der beabsichtigten Verwendung des Zahnrades 1 abweichen kann.
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Das Gehäuse 2 ist in axialer Richtung gemäß Pfeil 5 von einer ersten Stirnfläche 6 und einer zweiten Stirnfläche 7 begrenzt.
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Auf der Außenoberfläche 3 ist eine Verzahnung 8 angeordnet bzw. ausgebildet, die Zähne 9 und zwischen den Zähnen 9 Zahnfüße 10 aufweist.
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Die Verzahnung 8 ist zum Eingriff einer Antriebskette ausgebildet. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Form der Zähne 9 anders gestaltet ist, beispielsweise für den Eingriff eines Zahnriemens oder einer Zahnstange eines weiteren Zahnrades oder generell eines weiteren Verzahnungselementes mit einer weiteren Verzahnung.
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Die Verzahnung 8 ist in einem Abstand zu den beiden Stirnfläche 6, 7 angeordnet, wobei in der dargestellten Ausführungsvariante der Abstand zur ersten Stirnfläche 6 kleiner ist als der Abstand zur zweiten Stirnfläche 7.
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Die Verzahnung 8 ist einteilig mit dem Gehäuse 2 ausgebildet, d.h. dass das Zahnrad nicht wie im voranstehend zitierten Stand der Technik aus zwei Bauteilen zusammengefügt ist. Generell ist das gesamte Zahnrad 1 einteilig und einstückig ausgebildet.
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Auf der Außenoberfläche 3 des Gehäuses 2 sind über diese in radialer Richtung vorragend mehrere Vorsprünge 11 angeordnet bzw. ausgebildet. Die Vorsprünge 11 sind im Bereich der Zähne 9 angeordnet. Insbesondere sind die Vorsprünge 11 jeweils zwischen zwei Zahnfüßen 10 im Bereich von in radialer Richtung weisenden Zahnstirnflächen 12 angeordnet.
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Der Querschnitt der Vorsprünge 11 – in axialer Richtung gemäß Pfeil 5 betrachtet – kann quadratisch, rechteckförmig, dreieckförmig, trapezoid, polygonal, etc. ausgebildet sein. In der bevorzugten Ausführungsvariante sind die Vorsprünge 11 aber in Art eines Wellenprofils ausgebildet. Vorzugsweise sind dabei Wellentäler 13 unterhalb der Zahnfüße 10 und Wellenberge 14 unterhalb von Zahnköpfen 15 der Zähne 9 angeordnet, wie dies insbesondere aus dem Detail in 5 ersichtlich ist. Insbesondere befinden sich dabei – jeweils in radialer Richtung betrachtet – die tiefsten Stellen der Wellentäler 13 genau unterhalb der tiefsten Stellen der Zahnfüße 10 und/oder die höchsten Stellen der Wellenberge 14 genau unterhalb der höchsten Stellen der Zahnköpfe 15, jeweils im Rahmen der Herstellungstoleranzen. Bei dieser Ausführungsvariante sind also sämtliche Vorsprünge 11 zu einem gemeinsamen Wellenprofil miteinander verbunden. Im Wesentlichen kann dabei die „Wellenform“ der Verzahnung 8 durch die Vorsprünge 11 annähernd nachgebildet werden. Es sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass diese Wellenform der Vorsprünge 11 keine weitere Verzahnung ausbildet.
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In der bevorzugten Ausführungsvariante befindet sich jeweils ein Vorsprung 11 im Bereich jeweils eines Zahnes 9, sodass also im Bereich jedes Zahnes ein Vorsprung 11 ausgebildet ist.
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Es sei erwähnt, dass es im Rahmen der Erfindung möglich ist, dass pro Zahn 9 bzw. im Bereich einzelner Zähne 9 mehr als ein Vorsprung 11 im Bereich einer der Zahnstirnflächen 12 angeordnet ist, beispielsweise zwei, etc.
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Die Vorsprünge 11 können in radialer Richtung eine Höhe 16 (2) über der Außenoberfläche 3 des Gehäuses 2 aufweisen, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 20 %, insbesondere 30 %, und einer oberen Grenze von 70 %, insbesondere 60 %, einer Zahnhöhe 17 (5) der Zähne 9. Diese Höhe 16 wird dabei ab jener Stelle gemessen, ab der die Außenoberfläche 3 des Gehäuses 2 die Zylinderform, wie sie beispielsweise in 2 im Bereich anschließend die zweite Stirnfläche 7 ausgebildet ist, verlässt.
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Eine Breite 18 der Vorsprünge 11 in axialer Richtung gemäß Pfeil 5 kann ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 5 %, insbesondere 10 %, und einer oberen Grenze von 80 %, insbesondere 70 %, einer Gehäusebreite 19 in gleicher Richtung. Insbesondere können sich dabei die Vorsprünge 11 von der Verzahnung 8 bis zur ersten Stirnfläche 6 erstrecken, wie dies aus den 1 bis 4 ersichtlich ist.
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Prinzipiell ist es möglich, dass die Vorsprünge 11 in axialer Richtung gemäß Pfeil 11 betrachtet an nur einer Seite der Zähne 9 angeordnet sind. Die 1 bis 4 zeigen jedoch die bevorzugte Ausführungsvariante des Zahnrades 1, bei der neben den Vorsprüngen 11 im Bereich der Zahnstirnfläche 12 Vorsprünge 20 auch im Bereich einer weiteren, in Richtung auf die bzw. der zweite(n) Stirnfläche 7 weisende Zahnstirnfläche 21 angeordnet sind.
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Diese Vorsprünge 20 können prinzipiell wie die Vorsprünge 11 ausgebildet sein, sodass dazu auf voranstehende Ausführungen verwiesen sei.
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In der bevorzugten Ausführungsvariante sind diese weiteren Vorsprünge 20 jedoch rampenförmig ausgebildet, mit einer zunehmenden Höhe beginnend bei der Außenoberfläche 3 des Gehäuses 2 bis in den Bereich der Zähne 9, wie dies insbesondere aus den 3 und 4 ersichtlich ist. Die Steigung kann dabei ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,5 ° und einer oberen Grenze von 5 °. Es ist dabei auch möglich, dass die weiteren Vorsprünge 20 einen Bereich mit Steigung 0° aufweisen, insbesondere im Bereich der Zähne 9.
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Wie anhand dieser weiteren Vorsprünge 20 aus den 1 bis 4 ersichtlich ist, können die Vorsprünge 20 auch vor der zweiten Stirnfläche 7 des Gehäuses enden, sodass also ein Bereich 22 des zylinderförmigen Gehäuses 2 frei von weiteren Vorsprüngen 20 bleibt. Dies gilt auch für die Vorsprünge 11. Selbstverständlich können die weiteren Vorsprünge 20 aber bis zur zweiten Stirnfläche 7 des Gehäuses 2 reichen.
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Generell sei in Bezug auf die Ausdrücke „zylinderförmiges Gehäuse 2“ und „Vorsprünge 11, 20 „ angemerkt, dass die Vorsprünge 11 bzw. die weiteren Vorsprünge 20 dort beginnen, wo das Gehäuse 2 die Zylinderform verlässt. Es ist dabei auch möglich, dass das Gehäuse abgestuft ist, also mehrere aneinander anschließende Zylinder mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist. In diesem Fall ist die jeweilige Beschreibung zu den Vorsprüngen 11 bzw. 20 auf die jeweils zugehörige zylinderförmige Außenoberfläche 3 bezogen.
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Weiter sei angemerkt, dass das Gehäuse 2 in der Innenoberfläche 4 ebenfalls funktionsbedingte Einbauten aufweisen kann, die insbesondere einteilig mit dem Gehäuse 2 ausgebildet sind, vorzugsweise in einem oder mehreren Pressschritten einteilig mit dem Gehäuse 2 ausgebildet sind. Die voranstehende Formulierung „zumindest annähernd zylinderförmig“ ist auf die Abweichung der Zylinderform des Gehäuses 2 durch diese Einbauten bezogen.
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Aus den 1 bis 4 ist weiter ersichtlich, dass die Vorsprünge 11 eine andere Geometrie aufweisen als die weiteren Vorsprünge 20. Es besteht aber im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die Vorsprünge 11 die gleiche Geometrie aufweisen wie die weiteren Vorsprünge 20.
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Die weiteren Vorsprünge 20 werden durch Ausnehmungen 23 voneinander getrennt. In der bevorzugten Ausführungsvariante sind diese Ausnehmungen 23 durch axiale Verlängerung von Ausnehmungen 24 zur Bildung der Zahnfüße 10 der Verzahnung 8 gebildet. Mit anderen Worten ausgedrückt werden also die Zahnfüße 10 in Richtung auf die zweite Stirnfläche 7 des Gehäuses 2 verlängert. Dabei ist bevorzugt, wenn die Ausnehmungen 23 zwischen den weiteren Vorsprüngen 20 in Richtung auf die zweite Stirnfläche 7 des Gehäuses 2 einen in Draufsicht betrachtet abnehmenden Querschnitt aufweisen, also zumindest annähernd spitz auslaufend ausgebildet sind, wobei die „Spitze“ gerundet ausgeführt sein kann.
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Es ist aber auch möglich, dass die Ausnehmungen 23 zwischen den weiteren Vorsprüngen 20 eine andere Querschnittsform aufweisen, beispielsweise rechteckförmig oder trapezoid oder mit gerundeten Seitenflächen, etc. ausgeführt ist. Die gerundeten Seitenflächen sind dabei auch bei der spitz zulaufenden Ausführungsvariante dieser Ausnehmungen 23 möglich.
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Die Höhe 16 in radialer Richtung der Vorsprünge 11 kann so bemessen sein, dass diese Vorsprünge 11 ihre maximale Höhe 16 auf der Höhe eines Zahnfußkreises 25 der Zahnfüße 10 erreichen bzw. haben, wie dies aus 5 ersichtlich ist. Der Zahnfußkreis bezeichnet dabei den Durchmesser des Kreises der durch die tiefsten Stellen der Zahnfüße 10 gebildet wird.
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Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass sich die Vorsprünge 11 in radialer Richtung bis oberhalb des Zahnfußkreises 25 erstrecken oder unterhalb von diesem enden.
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Nach einer anderen Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass der Zahnfußkreis 25 einen kleineren Durchmesser aufweist als ein maximaler Außendurchmesser des zylinderförmigen Gehäuses 2 im Bereich anschließend an die Zahnfüße 10, also mit anderen Worten ausgedrückt die Zahnfüße 10 durch negative Einformungen im Gehäuse 2 gebildet werden.
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Bei der in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsvariante des Zahnrades 1 sind die Vorsprünge 11 und 20 in axialer Richtung gemäß Pfeil 5 unmittelbar anschließend an die Zähne 9 der Verzahnung 8 angeordnet.
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In der 6 und 7 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsform des Zahnrades 1 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Fig. verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung in den vorangegangenen 1 bis 5 hingewiesen bzw. darauf Bezug genommen.
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Die wesentlichen Unterschiede zu der voranstehend beschriebenen Ausführungsvariante des Zahnrades 1 sind, dass einerseits nur die weiteren Vorsprünge 20 ausgebildet sind, also der Bereich zwischen der ersten Stirnfläche 6 des Gehäuses 2 und den Zähnen 9 frei von Vorsprüngen ist, und dass andererseits die weiteren Vorsprünge 20 in axialer Richtung beabstandet zu den Zähnen angeordnet sind, also eine umlaufende Nut 26 zwischen den Zähnen 9 und den weiteren Vorsprüngen 20 ausgebildet ist.
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Hergestellt wird diese Ausführungsvariante aus einem gesinterten und kalibrierten „Rohling“ des Zahnrades 1, der in 1 dargestellt ist, durch spanende Nachbearbeitung. Der Rohling weist dazu vorerst die sich in axialer Richtung bis zur ersten Stirnfläche 6 des Gehäuses 2 erstreckende Verzahnung 8 auf. Von dieser Verzahnung 8 wird in der Folge ein Bereich beginnend bei der ersten Stirnfläche 6 entfernt.
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Weiter sind beim Rohling die weiteren Vorsprünge 20 an den Zähnen 8 anliegend ausgebildet, und werden in der Folge in dem an die Zähne 8 anschließenden Bereich ein Teil der weiteren Vorsprüngen 20 unter Ausbildung der Nut 26 entfernt.
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Die 7 zeigt das fertige Zahnrad 1 nach diesen Bearbeitungsschritten. Es wird also bei dieser Ausführungsvariante des Zahnrades 1 dieses in der Near-Net Shape Qualität hergestellt.
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In 8 ist ein Detail eines Presswerkzeuges 27 zur Herstellung des Zahnrades 1 dargestellt.
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Es sei darauf hingewiesen, dass dieses Presswerkzeug 27 für die Verpressung des Pulvers zur Ausbildung des Grünlings für das Zahnrad 1 und/oder für das Kalibrieren des gesinterten Zahnrades 1 verwendet werden kann. Das Verfahren nach der Erfindung bezeichnet daher den Pressschritt und/oder den Kalibrierschritt in der pulvertechnologischen Herstellung des Zahnrades 1.
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Das Presswerkzeug 27 weist eine Matrize 28, einen Oberstempel 29 und einen Unterstempel 30 auf. Der Oberstempel 29 und/oder der Unterstempel 30 sind in vertikaler Richtung relativ zueinander verstellbar ausgeführt.
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Vorzugsweise ist der Oberstempel 29 mehrteilig ausgeführt und weist zumindest einen ersten Oberstempelteil 31 und einen zweiten Oberstempelteil 32 auf. Dabei ist der erste Oberstempelteil 31 zwischen der Matrize 28 und dem zweiten Oberstempelteil 31 angeordnet. Die beiden Oberstempelteile 31, 32 sind unabhängig voneinander verstellbar ausgebildet.
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Auch der Unterstempel 30 ist vorzugsweise mehrteilig ausgeführt und weist zumindest einen ersten Unterstempelteil 33 und einen zweiten Unterstempelteil 34 auf. Dabei ist der erste Unterstempelteil 31 zwischen der Matrize 28 und dem zweiten Unterstempelteil 31 angeordnet. Die beiden Unterstempelteile 31, 32 sind unabhängig voneinander verstellbar ausgebildet.
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In 9 ist ein Ausschnitt aus dem Zahnrad 1 dargestellt, wobei die Schnittlinie VIII-VIII dem Schnitt durch das Presswerkzeug 27 in 8 entspricht. Die in 8 dargestellte strichlierte Linie gibt die Zahnkontur der Verzahnung 8 wieder.
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Die Teilung des Oberstempels 29 in die beiden Oberstempelteile 31, 32 und die Teilung des Unterstempels 30 in die beiden Unterstempelteile 33, 34 ist dabei so gewählt, dass der Oberstempelteil 31 und der Unterstempelteil 33 für die Bearbeitung bzw. Ausbildung der Verzahnung 8 vorgesehen sind und der Oberstempelteil 32 und der Unterstempelteil 34 für die Bearbeitung bzw. Ausbildung der Vorsprünge 11 (9).
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Es ist mit diesem Presswerkzeug 27 möglich, das Zahnrad 1 in net shape bzw. near-net shape Qualität herzustellen.
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Gegebenenfalls wird nach der Herstellung des Zahnrades 1 die Verzahnung 8 zumindest bereichsweise gebürstet und/oder geschliffen.
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Die Mehrteiligkeit des Oberstempels 29 und/oder des Unterstempels 30 ermöglich auch, dass durch das Nachsetzen des Oberstempelteils 32 und/oder des Unterstempelteils 34 die Vorsprünge 11, 20 nachverdichtet werden.
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Nach dem Verfahren zur Herstellung eines Zahnrades 1 in net shape oder near-net shape Qualität für ein VVT-System ist vorgesehen, dass aus einem Pulver, das Zahnrad 1 mit dem zumindest annährend zylinderförmigen Gehäuse 2, das in axialer Richtung von jeweils einer Stirnfläche 6, 7 begrenzt ist und das die Außenoberfläche 3 aufweist, hergestellt wird, wobei an der Außenoberfläche 3 die Verzahnung 8 mit Zähnen 9 und Zahnfüßen 10 zwischen den Zähnen 9 im Abstand zu den beiden Stirnflächen 6, 7 ausgebildet ist, und wobei die Verzahnung 8 einen Zahnfußkreis 25 mit einem Durchmesser aufweist, wobei das Pulver in die Matrize 28 gefüllt und mit zumindest einem Stempel verpresst wird, wobei zumindest im Bereich der Zähne 9 an der Außenoberfläche 3 des Gehäuses 2 und über diese in radialer Richtung vorragend Vorsprünge 11, 20 ausgebildet werden.
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Dieses Verfahren ist auch zur Herstellung anderer Sinterbauteile anwendbar, wie z.B. Zahnriemenräder oder Kettenräder.
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Das Verfahren ist insbesondere zur Herstellung dünnwandiger Sinterbauteile mit Verzahnungen 8 vorgesehen.
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Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten des Zahnrades 1 und des Presswerkzeuges 27.
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Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Zahnrades 1 und des Presswerkzeuges 27 diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zahnrad
- 2
- Gehäuse
- 3
- Außenoberfläche
- 4
- Innenoberfläche
- 5
- Pfeil
- 6
- Stirnfläche
- 7
- Stirnfläche
- 8
- Verzahnung
- 9
- Zahn
- 10
- Zahnfuß
- 11
- Vorsprung
- 12
- Zahnstirnfläche
- 13
- Wellental
- 14
- Wellenberg
- 15
- Zahnkopf
- 16
- Höhe
- 17
- Zahnhöhe
- 18
- Breite
- 19
- Gehäusebreite
- 20
- Vorsprünge
- 21
- Zahnstirnfläche
- 22
- Bereich
- 23
- Ausnehmung
- 24
- Ausnehmung
- 25
- Zahnfußkreis
- 26
- Nut
- 27
- Presswerkzeug
- 28
- Matrize
- 29
- Oberstempel
- 30
- Unterstempel
- 31
- Oberstempelteil
- 32
- Oberstempelteil
- 33
- Unterstempelteil
- 34
- Unterstempelteil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010034014 A1 [0003, 0029]
