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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schiebemuffenrings eines Schaltgetriebes in Form eines Sinterformteils.
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In einer Synchronisationseinheit wird ein Schiebemuffenring dazu verwendet, eine drehfeste Verbindung zwischen einem Synchronkörper und einem zu schaltenden Gangrad herzustellen. Der Schiebemuffenring ist ein ringförmiges Bauteil mit einer Innenverzahnung, die in Außenverzahnungen am Synchronkörper und am Gangrad gleichzeitig eingreifen kann, sowie mit einer äußeren Eingriffsgeometrie, an der eine Schaltgabel angreift, um den Schiebemuffenring in Axialrichtung in Richtung zum Gangrad hin und beim Auslegen des Gangs von diesem weg zu verschieben.
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Herkömmlich werden Schiebemuffen aus Rohrabschnitten durch Rollieren, Walzen und spanende Bearbeitungsverfahren gefertigt. Es kann auch ein Schmiederohling vorgeformt werden, der anschließend spanend fertig bearbeitet wird.
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Es ist auch bekannt, einen Schiebemuffenring in einem Sinterverfahren herzustellen. Dabei wird zunächst ein Metallpulver in eine Pressform gefüllt und unter Druckeinwirkung zu einem Pressling (Grünling) verfestigt, welcher anschließend gesintert wird, wobei sich die Metallkörner dauerhaft verbinden. Danach kann der so entstandene Sinterkörper noch auf seine endgültige Festigkeit gebracht werden. Die Herstellung von Schiebemuffen im Sinterverfahren hat gegenüber der herkömmlichen Bearbeitung eines Rohrabschnitts Vorteile hinsichtlich des Bearbeitungsaufwands, da ein Teil der Formgebung bereits durch die Herstellung des Presslings in der Pressform übernommen werden kann.
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Jedoch lassen sich nicht sämtliche geometrische Strukturen eines Schiebemuffenrings in einem einfachen Pressvorgang formen. Problematisch sind dabei Strukturen, die Hinterschnitte bezüglich der Entformungsrichtung aufweisen, also Strukturen, die nur durch eine radial nach außen gerichtete Werkzeugbewegung erzeugt werden können. Zu derartigen problematischen Strukturen zählen bei einem Schiebemuffenring Hinterlegungen und Rastiernuten an einer Innenverzahnung sowie eine außenumfängliche Eingriffsnut für eine Schaltgabel.
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Die
DE 102 50 432 A1 schlägt vor, nach dem Pressen den Pressling vorzusintern, aber noch nicht endgültig fertig zu sintern und dann spanend zu bearbeiten. Hierbei kann zur Herstellung der Innenverzahnung und der Hinterlegungen ein Hypozykloidfräsverfahren zur Anwendung kommen, wie es beispielsweise in der
EP 0 550 877 A1 beschrieben ist. Nach dem Vorsintern weist das Bauteil bereits eine deutlich größere Formstabilität auf als direkt nach dem Pressen, sodass das Bauteil eine Bearbeitung ohne Schaden zu nehmen übersteht. Nachteilig ist jedoch, dass auch das vorgesinterte Bauteil bereits eine relativ hohe Festigkeit hat, sodass die Bearbeitung zum Einbringen der benötigten geometrischen Strukturen zeitaufwendig und teuer ist.
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Die Erfindung soll hier Abhilfe schaffen.
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Hierzu ist ein Verfahren zur Herstellung eines Schiebemuffenrings in Form eines Sinterformteils aus einem Pulvermetall vorgesehen, mit den Schritten:
- – Herstellen eines Presslings in einem Pressvorgang unter Druckeinwirkung,
- – spanendes Bearbeiten des Presslings im pressfesten Zustand, und
- – anschließendes Sintern des Presslings zur Herstellung des Sinterformteils.
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Erfindungsgemäß wird also der Pressling vor dem Sintern, und damit auch vor einem Vorsintern, nach dem Pressen im grünen Zustand bearbeitet, in dem der Zusammenhalt der Pulverkörner im Wesentlichen nur durch die beim Pressen aufgebrachten Reibungskräfte gegeben ist, noch nicht aber durch die beim Sintern entstehenden Verbindungen zwischen den Metallkörnern. Der Pressling ist in diesem Zustand relativ weich, sodass nur geringe Bearbeitungskräfte erforderlich sind, die die verwendeten Werkzeuge schonen.
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Zu den geometrischen Strukturen, die beim spanenden Bearbeiten des Presslings erzeugt und/oder bearbeitet werden, zählen beispielsweise eine Innenverzahnung inklusive eventuell darin vorgesehenen Hinterlegungen und Rastiernuten. Aber auch eine Eingriffsgeometrie für eine Schaltgabel am Außenumfang kann erzeugt werden, also eine Schaltgabelnut oder ein Schaltgabelsteg.
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Es ist möglich, sämtliche gewünschten geometrischen Strukturen bereits bei der Bearbeitung des Presslings einzubringen.
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Nach der Bearbeitung wird der Pressling unter Wärmeinwirkung gesintert. Dabei kann der Schiebemuffenring gleichzeitig auf seine endgütige Festigkeit gebracht werden, sodass die Arbeitsschritte Sintern und Verfestigen zusammengefasst werden können.
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Die Außenkontur des Sinterformteils kann wenigstens abschnittsweise beim Pressvorgang und dem nachfolgenden spanenden Bearbeiten des Presslings endgültig festgelegt werden. Eventuell kann auf eine mechanische Nachbearbeitung des Sinterkörpers zumindest abschnittsweise vollständig verzichtet werden.
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Um den empfindlichen Pressling gut bearbeiten zu können, wird dieser vorzugsweise vor der spanenden Bearbeitung in einem Spannfutter aufgenommen, an dem sich der Pressling flächig abstützt. Es hat sich herausgestellt, dass eine spanende Bearbeitung des Presslings vor dem Sintern bei einer flächigen Abstützung, im Gegensatz zu nur punktuellen Auflagen, gut möglich ist.
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Die durch das Spannfutter aufgebrachte, auf den Pressling wirkende Kraft wird dabei an Form und Festigkeit des Presslings angepasst. Die auf den Pressling wirkende Haltekraft wird in einer bevorzugten Ausführungsform überwacht und auf eine vorbestimmte Maximalkraft begrenzt.
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Das Spannfutter besteht vorzugsweise aus mehreren Teilen, die gegeneinander bewegt werden, um den Pressling aufzunehmen. Mit mehreren gegeneinander beweglichen Teilen, beispielsweise Spannbacken, lässt sich auch ein ringförmiger Pressling sicher greifen und an seinen axialen und/oder radialen Außenflächen abstützen.
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In einer möglichen Gestaltung werden die Teile des Spannfutters radial gegeneinander bewegt, und der Pressling wird an seinem Umfang abgestützt, wobei die Abstützung vorzugsweise zumindest annähernd vollständig entlang des Umfangs erfolgt. Bei einer derartigen Art der Fassung ist der Pressling von axialer Richtung her zugänglich, beispielsweise um eine Innenverzahnung sowie Rastiernuten zu fertigen.
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Der Pressling kann auf seiner radialen Außenfläche auf beiden axialen Seiten des Schiebemuffenrings oder einer bereits gefertigten Eingriffsgeometrie im Spannfutter abgestützt werden, sodass beispielsweise eine Bearbeitung der Innenverzahnung auf einfache Weise möglich ist.
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Es ist vorteilhaft, das Spannfutter während der spanenden Bearbeitung mit dem Pressling mitzubewegen, insbesondere in einer Drehbewegung, um beispielsweise ein Hypozykloidfräsverfahren zu vereinfachen oder um Kräfte auf den Pressling zu minimieren.
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Soll eine radiale Außengeometrie, beispielsweise die Eingriffsgeometrie für eine Schaltgabel hergestellt werden, so können mehrere Presslinge axial nebeneinander in das Spannfutter eingespannt und in derselben Einspannung spanend bearbeitet werden, wobei sich die Presslinge vorzugsweise in Axialrichtung gegenseitig abstützen. Auf diese Weise lässt sich Bearbeitungszeit einsparen.
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Es ist möglich, dass der Pressling beim spanenden Bearbeiten axial weiter gepresst wird, sodass kein Verlust an Festigkeit auftritt.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen anhand von zwei Ausführungsformen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische perspektivische Darstellung eines bearbeiteten Schiebemuffen-Presslings einer mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Schiebemuffenrings gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 eine schematische Schnittansicht des Schiebemuffen-Presslings aus 1 eingespannt in ein Spannfutter; und
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3 eine schematische perspektivische Ansicht eines bearbeiteten Schiebemuffen-Presslings eines nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schiebemuffenrings in einer zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt einen bearbeiteten Pressling 10 eines Schiebemuffenrings 12 einer Schiebemuffe. Aus dem Schiebemuffenring 12 entsteht in einem Sinterverfahren im Wesentlichen ohne Änderung seiner Außenkontur der Schiebemuffenring einer fertigen Schiebemuffe. Da der gesinterte Schiebemuffenring im Aussehen identisch zum bearbeiteten Pressling 10 ist, ist der fertige Schiebemuffenring hier nicht separat dargestellt.
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Zur Herstellung des Presslings 10 wird zunächst ein pulverförmiger Metallwerkstoff in einer nicht dargestellten Werkzeugform unter Druckeinwirkung komprimiert. Geeignete Metalle sind beispielsweise Eisenwerkstoffe. Die verwendeten Pulver sollten möglichst spratzig sein, damit eine ausreichend hohe Grünlingsfestigkeit erreicht werden kann.
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Der so gewonnene Pressling 10 weist bereits die wesentliche Form des fertigen Schiebemuffenrings 12 auf. Zu dieser kann auch eine Innenverzahnung 14 sowie eine Eingriffsgeometrie 16 für eine Schaltgabel an der radial äußeren Umfangsseite in Form eines umlaufenden, radial vorstehenden Schaltgabelstegs gehören.
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Zusätzliche geometrische Strukturen werden anschließend durch eine spanende Bearbeitung des Presslings 10 im ungesinterten, grünen Zustand erzeugt.
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In diesem Beispiel werden die Details der Innenverzahnung 14 wie beispielsweise die Anschrägungen der einzelnen Zähne 18 der Innenverzahnung 14, Hinterlegungen 20 an den Zähnen 18 sowie mehrere über den Umfang U verteilte Rastiernuten 22 durch ein geeignetes, in 2 angedeutetes spanendes Werkzeug 24, z.B. ein Dreh- oder Fräswerkzeug eingebracht.
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Auch die Innenverzahnung 14 selbst kann am Pressling 10 durch ein Räumverfahren mit einem geeigneten Werkzeug 24 gefertigt werden.
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Zur Herstellung der Hinterlegungen 20 und der Rastiernuten 22 kommt beispielsweise ein bekanntes Hypozykloidfräsverfahren zur Anwendung, bei der das als Fräskopf ausgebildete Werkzeug 24 entlang einer Hypozykloide bewegt wird. Das Werkstück, in diesem Fall der Pressling 10, wird vorzugsweise mit einer angepassten, anderen Frequenz in gleicher Drehrichtung rotiert.
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Geometrische Strukturen, die sich auf diesem Weg nicht oder nur schwer herstellen lassen, können durch eine gezielte angepasste Bewegung des Werkzeugs 24 herausgearbeitet werden.
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Der die Eingriffsgeometrie 16 bildende Schaltgabelsteg kann aufgrund seiner Form direkt in einem Pressverfahren angeformt werden. Es wäre aber auch möglich, den Schaltgabelsteg nachträglich durch spanende Bearbeitung des Presslings 10 herzustellen.
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Der Pressling 10 ist im grünen Zustand relativ weich und empfindlich. Aus diesem Grund ist ein mehrteiliges Spannfutter 26 mit mehreren, gegeneinander beweglichen Teilen 28, beispielsweise Spannbacken, vorgesehen, um den Pressling 10 während der spanenden Bearbeitung zu halten und zu unterstützen.
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Das Spannfutter 26 kann aus zwei gegeneinander beweglichen Teilen 28 bestehen, die den Pressling 10 entlang seiner äußeren Umfangsfläche greifen (siehe 2). In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Spannfutter 26 jedoch mehr als zwei über den Umfang des Presslings verteilte Teile 28 auf, die in Radialrichtung r geöffnet und geschlossen werden können, um den Pressling 10 aufzunehmen, beispielsweise drei oder vier Teile 28.
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Eine Innengeometrie 30 des Spannfutters 26 ist an die Außengeometrie des Presslings 10 angepasst, sodass der Pressling 10 formschlüssig in dem Spannfutter 26 aufgenommen ist und sich flächig am Spannfutter 26 abstützt. Durch diese Art der Halterung ist die Innenverzahnung 14 zur spanenden Bearbeitung gut zugänglich.
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Eine vom Spannfutter 26 aufgebrachte Presskraft F, die auf den Pressling 10 wirkt, um diesen im Spannfutter 26 zu halten, wird in diesem Beispiel von einer Steuereinheit 32 überwacht, die die Anpresskraft F beispielsweise weg- oder kraftgesteuert auf eine Obergrenze begrenzt, bei der der Pressling 10 sicher festgehalten, aber nicht beschädigt wird.
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Das Spannfutter 26 ist hier so gestaltet, dass es inklusive des aufgenommenen Presslings 10 rotieren kann, um beispielsweise eine Hypozykloidbearbeitung zu vereinfachen.
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Nachdem die Bearbeitung des Presslings 10 abgeschlossen ist, wird dieser gesintert, wobei sich die Partikel des Metallpulvers fest verbinden. Beim Sintern kann gleichzeitig ein Verfestigen auf die endgültige Festigkeit des späteren Sinterformteils erfolgen. Es wäre auch denkbar, einen separaten Arbeitsschritt zum Verfestigen vorzusehen.
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Es ist möglich, durch die Formgebung in der Pressform sowie die anschließende spanende Bearbeitung des Presslings 10 die endgültige Außenkontur des Schiebemuffenrings 12 im Wesentlichen vollständig vorzugeben, sodass nach dem Sintern und Verfestigen keine weitere mechanische Nachbearbeitung mehr nötig ist. Alternativ kann sich eine mechanische Nachbearbeitung auf bestimmte Bereiche des Schiebemuffenrigs beschränken.
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3 zeigt einen Pressling 10', bei dem anstelle eines Schaltgabelstegs eine Schaltgabelnut als Eingriffsgeometrie 16' für eine Schaltgabel vorgesehen ist. Entsprechend sind zwei umfangsmäßig umlaufende Stege 34 im Bereich der axialen Ränder des Presslings 10' ausgebildet, die die Schaltgabennut begrenzen.
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Ansonsten entspricht der Pressling 10' dem in 1 dargestellten Pressling 10.
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Aufgrund ihrer Geometrie lässt sich die Schaltgabelnut nicht mittels einer Pressform, die in Axialrichtung A auseinandergefahren wird, herstellen. In diesem Fall wird daher auch die Eingriffsgeometrie 16‘ durch spanende Bearbeitung des Presslings 10' im ungesinterten Zustand vorgenommen.
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Das Spannfutter 26 (hier nicht extra dargestellt) ist in diesem Fall so ausgebildet, dass es an den die Stege 34 bildenden axialen Rändern des Presslings 10' angreift, sodass eine umfangsmäßige Bearbeitung durch ein Werkzeug stattfinden kann.
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In einer (nicht dargestellten) Variante ist das Spannfutter 26 so ausgebildet, dass es mehrere axial nebeneinanderliegende Presslinge 10' aufnehmen kann, wobei die Umfangsränder der in der Mitte angeordneten Presslinge 10' frei liegen. Durch ein Werkzeug lässt sich auf diese Weise eine ganze Reihe von eingespannten Presslingen 10' nacheinander in einem Einspannvorgang zur Herstellung der Eingriffsgeometrie 16' bearbeiten.
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Das Bearbeiten der Innenverzahnung 14 sowie der Rastiernuten 22 und der Hinterlegungen 20 kann dann wieder individuell erfolgen, wobei ein Spannfutter 26 vorgesehen ist, das den Pressling 10' so greift, dass die Innenverzahnung 14 zugänglich ist.
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Das Herstellen der Eingriffsgeometrie 16' sowie das Bearbeiten der Innenverzahnung 14 und das Herstellen der Rastiernuten 22 und Hinterlegungen 20 erfolgen dabei beispielsweise in mehreren aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten, bei denen gegebenenfalls unterschiedliche Spannfutter 26 zum Einsatz kommen.
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Auch in dem in 3 gezeigten Beispiel wird der Pressling 10' nach erfolgter Bearbeitung gesintert und verfestigt, wobei Sintern und Verfestigen in einem einzigen Arbeitsschritt durchgeführt werden können. Eine weitere mechanische Bearbeitung ist optional, sie kann an bestimmten Abschnitten des Schiebemuffenrings 12 erfolgen oder aber komplett unterbleiben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10250432 A1 [0006]
- EP 0550877 A1 [0006]
