DE102016118156A1

DE102016118156A1 - Verfahren zur Herstellung eines Sinterzahnrades

Info

Publication number: DE102016118156A1
Application number: DE102016118156.0A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Bauer; Herbert Schmid; Karl Dickinger
Original assignee: Miba Sinter Austria GmbH
Current assignee: Miba Sinter Austria GmbH
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2016-09-26
Publication date: 2017-03-30
Also published as: AT517751B1; CN106555864A; AT517751A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterzahnrades (1) mit einem Radkörper (2), der in axialer Richtung (3) von einer ersten axialen Stirnfläche (4) und einer zweiten axialen Stirnfläche (5) begrenzt ist, und mit mindestens einer Spur (8, 10, 12) für zumindest einen Umschlingungstrieb, die auf einer radialen Umfangsfläche (7), die sich zwischen der ersten axialen Stirnfläche (4) und einer zweiten axialen Stirnfläche (5) erstreckt, angeordnet ist, wobei der Radkörper (3) aus einem Sinterwerkstoff nach einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt wird, umfassend die Schritte Pressen eines Pulvers zu einem Grünling, wobei während des Pressens auf oder in der zweiten axialen Stirnfläche (5) eine Dichtfläche (14) zur Anordnung eines Dichtelementes (15) ausgebildet wird, und Sintern des Grünlings, und wobei der Radkörper (3) nach dem Sintern zumindest im Bereich der Dichtfläche (14) oxidierend behandelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterzahnrades mit einem Radkörper, der in axialer Richtung von einer ersten axialen Stirnfläche und einer zweiten axialen Stirnfläche begrenzt ist, und mit mindestens einer Spur für zumindest einen Umschlingungstrieb, die auf einer radialen Umfangsfläche, die sich zwischen der ersten axialen Stirnfläche und der zweiten axialen Stirnfläche erstreckt, angeordnet ist, wobei der Radkörper aus einem Sinterwerkstoff nach einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt wird, umfassend die Schritte Pressen eines Pulvers zu einem Grünling, wobei während des Pressens auf oder in der zweiten axialen Stirnfläche eine Dichtfläche zur Anordnung eines Dichtelementes ausgebildet wird, und Sintern des Grünlings.
Zum Antrieb von Nebenaggregaten in Kraftfahrzeugen werden üblicherweise Kurbelwellenräder eingesetzt. Sollen diese mit mehr als einer Spur für einen Umschlingungstrieb ausgestattet werden, bietet sich aufgrund der einfacheren Herstellbarkeit komplexer Geometrien ein pulvermetallurgisches Verfahren an. Probleme entstehen beim Einsatz von Sinterkurbelwellenrädern aber, wenn im Kurbelwellenrad der Übergang vom nassen Bereich mit einem flüssigen Schmiermittel in den trockenen Bereich ohne Schmiermittel stattfinden soll. Das Kurbelwellenrad muss dann zumindest im Bereich der Dichtflächen öldicht ausgeführt sein, was aber in Hinblick auf die Porigkeit von Sinterwerkstoffen Probleme schafft. Insbesondere muss das Kurbelwellenrad im Bereich der Dichtflächen drallfrei ausgebildet sein, damit das Schmiermittel nicht über die Dichtfläche herausgezogen wird.
Im Stand der Technik wird Drallfreiheit üblicherweise durch eine deutliche Reduktion der Oberflächenrauheit hergestellt. Beispielsweise kann mittels Einstechschleifen die gesamte betroffene Oberfläche auf einmal geschliffen werden. Ein anderes bekanntes Verfahren ist das Glattwalzen. Diese Verfahren sind aber aufwändig bzw. bei schwer zugängigen Bereichen nicht ausführbar.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein einfacheres Verfahren zur Herstellung eines drallfreien Sinterzahnrades zu schaffen, das insbesondere als Kurbelwellenrad in einem Kurbelwellentrieb eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe der Erfindung wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, dass der Radkörper nach dem Sintern zumindest im Bereich der Dichtfläche oxidierend behandelt wird, um die Dichtfläche drallfrei auszubilden.
Durch die oxidierende Behandlung der Dichtfläche wird der Sinterwerkstoff in diesem Bereich zumindest teilweise zu Oxiden oxidiert. Dadurch wachsen die Poren, die in der Dichtfläche vorhanden sind, zumindest teilweise zu, wodurch die Dichtheit gegen Ölaustritt erhöht wird. Es ist damit nicht mehr erforderlich, die Oberflächenrauheit der Dichtfläche zu reduzieren, diese kann vielmehr die Oberflächenrauheit aufweisen, die nach dem Sintern bzw. Kalibrieren des Sinterzahnrades durch zumindest einen dieser Verfahrensschritte eingestellt wurde (d.h., die Dichtfläche ist sinterglatt oder kalibrierglatt). Dies wiederum ist nicht nur aus Kostengründen von Vorteil, sondern wird damit erreicht, dass ein im Bereich der Dichtfläche eingesetztes Dichtelement aufgrund der höheren Rauheit einen besseren Sitz aufweist, wodurch das Verwinden bzw. Verquetschen des Dichtringes während des Betriebes des Zahnrades besser vermieden werden kann und damit wiederum die Dichtheit der Dichtfläche weiter verbessert werden kann.
Zur weiteren Verbesserung des Sitzes des Dichtelementes auf der Dichtfläche kann gemäß einer Ausführungsvariante des Verfahrens vorgesehen sein, dass die Dichtfläche mit einer gemittelten Rauhtiefe Rz nach DIN EN ISO 4287 DIN bwz. DIN 4768/1 zwischen 0,8 µm und 25 µm hergestellt wird.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass sämtliche angeführten Normen in der am Anmeldetag gegenständlicher Anmeldung letztgültigen Fassung zu verstehen sind, sofern nicht etwas anderes angegeben ist.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass während des Pressens des Pulvers auf der ersten axialen Stirnfläche mehrere reibungserhöhende Elemente ausgebildet werden, die über die erste Stirnfläche vorragen und/oder dass während des Pressens des Pulvers auf der zweiten axialen Stirnfläche mehrere reibungserhöhende Elemente ausgebildet werden die über die zweite axiale Stirnfläche vorragen. Es kann damit die Verdrehsicherheit des Sinterzahnrades an einem weiteren Bauteil, insbesondere auf der Kurbelwelle, und als Folge davon die Dichtheit der Anbindung des Sinterzahnrades an das weitere Bauteil erhöht werden.
Von Vorteil ist dabei, wenn die reibungserhöhenden Elemente zumindest einmal, induktiv gehärtet oder lasergehärtet werden. Durch die Erhöhung der Härte kann erreicht werden, dass sich die reibungserhöhenden Elemente beim Zusammenbau mit dem weiteren Bauteil in dessen Oberfläche eindrücken, wodurch zusätzlich ein Formschluss zwischen den Fügeflächen des Sinterzahnrades und des weiteren Bauteils erreicht wird. Dies wiederum kann die Verdrehsicherheit und damit die Dichtheit der Anbindung des Sinterzahnrades an das weitere Bauteil weiter verbessern.
Zur weiteren Verbesserung dieser Effekte kann dabei vorgesehen sein, dass die reibungserhöhenden Elemente leistenförmig ausgebildet werden mit einer Längserstreckung in radialer Richtung.
Um das Eindringen der reibungserhöhenden Elemente bzw. das Verdrängen des Materials während des Eindringens zu erleichtern kann gemäß weiteren Ausführungsvarianten des Verfahrens vorgesehen sein, dass die leistenförmigen Elemente mit einem zumindest annähernd dreieckförmigen Querschnitt ausgebildet werden und/oder dass unmittelbar neben den reibungserhöhenden Elementen Vertiefungen in der ersten axialen Stirnfläche und/oder in der zweiten axialen Stirnfläche ausgebildet werden. Es kann damit ebenfalls der Sitz des Sinterzahnrades und damit die Dichtheit des Sitzes auf dem weiteren Bauteil verbessert werden.
Das Sinterzahnrad kann zumindest mit einer Kettenverzahnung hergestellt werden. Dabei ist es von Vorteil, wenn die zumindest eine Spur des Sinterzahnrades durch eine Kettenradverzahnung gebildet ist, und dass die Kettenradverzahnung zumindest einmal induktiv gehärtet oder lasergehärtet wird. Die Induktiv- oder Laserhärtung hat den Vorteil, dass die notwendige Hitze nur in den zu härtenden Bereichen in das Bauteil eingebracht wird, wie dies an sich bekannt ist. Es kann damit eine Beeinflussung der oxidierten Oberflächenbereiche des Sinterzahnrades weitestgehend vermieden werden, sodass auch beim an das Erhitzen anschließenden Abschrecken die Flüssigkeitsdichtheit des Sinterzahnrades erhalten bleibt. Damit wird wiederum vermieden, dass die Kühlflüssigkeit, die für das Abschrecken des Sinterzahnrades verwendet wird, in dessen Radkörper eindringt, wodurch eine gegebenenfalls auftretende Zerstörung der Dichtheit der Dichtfläche vermieden werden kann.
Nach einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Radkörper in zumindest einem Teilbereich mit einem elastomeren Werkstoff versehen wird, wobei vor dem Aufbringen des elastomeren Werkstoffs dieser zumindest eine Teilbereich oxidierend behandelt wird. Durch die oxidierende Behandlung werden, wie voranstehend ausgeführt, die Poren des Sinterzahnrades in dem oxidierend behandelten Bereich geschlossen. Es wird damit vermieden, dass Kühlflüssigkeit aus dem Abschrecken des Sinterzahnrades beim Härten in den Radkörper eindringt. Dabei ist es wiederum von Vorteil, wenn der Radkörper für die Härtung nur in den zu härtenden Bereichen erhitzt wird, wie dies voranstehend ausgeführt wurde. Durch die Vermeidung des Kühlflüssigkeitseintritts wird eine bessere Haftung des elastomeren Werkstoffes auf dem Radkörper erreicht. Dies wiederum kann die Dichtheit der Verbindung des Sinterzahnrades mit dem weiteren Bauteil direkt oder indirekt verbessern. Indirekt insofern, als der elastomere Werkstoff auf eine Verzahnung einer (weiteren) Spur des Sinterzahnrades aufgebracht werden kann und durch die bessere Haftung die Laufgenauigkeit dieses Umschlingungstriebes verbessert und damit die Verbindung Sinterzahnrad/weiterer Bauteil unbeeinflusster ausgebildet werden kann.
Zur weitern Verbesserung der Dichtheit der Anbindung des Sinterzahnrades an ein weiteres Bauteil kann vorgesehen sein, dass die Dichtfläche vor der oxidierenden Behandlung gerollt wird. Durch das Rollen kann der Dichtfläche eine höhere Härte auch ohne nachträgliches Härten verliehen werden. Diese höhere Härte wirkt sich positiv auf den Sitz eines Dichtelementes auf der Dichtfläche aus.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:
1 ein mehrspuriges Sinterzahnrad in Schrägansicht;
2 das mehrspurige Sinterzahnrad nach 1 in einer weiteren Schrägansicht;
3 einen Querschnitt durch ein mehrspuriges Sinterzahnrad;
4 einen Ausschnitt aus dem Sinterzahnrad im Bereich von einem reibungserhöhenden Element im Querschnitt.
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 diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
In den 1 und 2 ist eine Ausführungsvariante eines Sinterzahnrades 1 dargestellt.
Unter einem Sinterzahnrad 1 wird nach der Erfindung ein Zahnrad verstanden, das nach einem pulvermetallurgischen Verfahren, also nach einem Sinterverfahren, hergestellt ist bzw. das nach einem Verfahren hergestellt ist, das pulvermetallurgische Verfahrensschritte umfasst.
Weiter wird unter eine Sinterzahnrad 1 ein Zahnrad verstanden, das ein Zahnrad für einen Umschlingungstrieb ist, also ein Zahnrad das zumindest eine Verzahnung für einen Kettentrieb und/oder zumindest eine Verzahnung für einen Zahnriementrieb aufweist, oder das ein Zahnrad ist, das mit einem weiteren Zahnrad in kämmenden Eingriff steht, also eine Zahnrad für einen Zahnradtrieb ist. Das Sinterzahnrad 1 kann zudem sowohl für einen Umschlingungstrieb als auch für einen Zahnradtrieb verwendbar ausgestaltet sein, wenn es mehrspurig ist.
Das Stirnzahnrad 1 weist einen Radkörper 2 auf. In einer axialen Richtung 3 ist der Radkörper 2 von einer ersten axialen Stirnfläche 4 und einer dieser in der axialen Richtung gegenüberliegenden zweiten axialen Stirnfläche 5 begrenzt. In einer radialen Richtung 6 ist der Radkörper von einer Umfangsfläche 7 begrenzt. Die Umfangsfläche 7 erstreckt sich zwischen der ersten axialen Stirnfläche 4 und der zweiten axialen Stirnfläche 5.
Auf der Umfangsfläche 7 sind eine erste Spur 8 mit einer ersten Verzahnung 9, eine in der axialen Richtung 3 neben dieser angeordnete zweite Spur 10 mit einer zweiten Verzahnung 11 und eine in der axialen Richtung 3 neben dieser angeordnete dritte Spur 12 mit einer dritten Verzahnung 13 für jeweils einen Umschlingungstrieb ausgebildet. In der konkret dargestellten Ausführungsvariante sind die erste und die dritte Verzahnung 9, 13 als Zahnriemenverzahnungen für den Eingriff von jeweils einem Zahnriemen und die zweite Verzahnung 11 als Kettenradverzahnung für den Eingriff einer Kette ausgebildet.
Die konkrete Ausbildung und die Anzahl der jeweiligen Verzahnungen 9, 11, 13 richtet sich nach der Verwendung des Sinterzahnrades 1. Das Sinterzahnrad 1 kann demzufolge auch lediglich eine oder zwei oder mehr als drei dieser Verzahnungen 9, 11, 13 bzw. Spuren 8, 10, 12 aufweisen. Bevorzugt weist das Sinterzahnrad 1 aber zumindest eine Zahnriemenverzahnung und zumindest eine Kettenradverzahnung auf.
In der bevorzugten Ausführungsvariante ist das Sinterzahnrad 1 ein sogenanntes Kurbelwellenrad eines Motors und dient dem Antrieb von Nebenaggregaten eines Kfz, wie beispielsweise einer Wasserpumpe oder einer Ölpumpe, etc. Mehrspurige Kurbelwellenräder sind prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt, sodass zu weiteren Einzelheiten dazu auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen sei.
Das Sinterzahnrad 1 ist unter Anwendung eines pulvermetallurgischen Verfahrens hergestellt. Da die Sintertechnik an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist, sei zu weiteren Einzelheiten dazu ebenfalls auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
Zur Herstellung des Stirnzahnrades 1 wird ein metallisches Pulver verwendet. Unter einem metallischen Pulver wird dabei auch eine Pulvermischung verstanden bzw. können auch Pulverpartikel aus einer Metalllegierung eingesetzt werden. Insbesondere wird als metallisches Pulver ein Sinterstahlpulver oder ein Eisen enthaltendes Pulver verwendet, wie es zur Herstellung von Sinterbauteilen bekannt ist. Typische Pulvermischungen sind beispielsweise:

– Fe (mit 0,85 Gew.-% Mo vorlegiert) + 0,1 Gew.-% – 0,3 Gew.-% C + 0,4 Gew.-% – 1,0 Gew.-% Presshilfsmittel und eventuell Bindemittel
– Fe + 1 Gew.-% – 3 Gew.-% Cu + 0,5 Gew.-% – 0,9 Gew.-% C + 0,3 Gew.-% – 0,8 Gew.-% Presshilfsmittel und eventuell Bindemittel
– Astaloy CrM (Cr + Mo vorlegiertes Eisenpulver) + 1 Gew.-% – 3 Gew.-% Cu + 0,1 Gew.-% – 1 Gew.-% C + 0,3 Gew.-% – 1,0 Gew.-% Presshilfsmittel und eventuell Bindemittel.

Diese Aufzählung von Pulvermischungen ist jedoch nicht abschließend zu verstehen.
Das Pulver wird in einer Pulverpresse zu einem Grünling gepresst und anschließend ein- oder mehrschrittig gesintert, insbesondere unter Inertgasatmosphäre. In der Pulverpresse erhält der Grünling zumindest im Wesentlichen seine endgültige Form, beispielsweise wie sie in 1 dargestellt ist, wobei selbstverständlich diverse durch das Sintern verursachte Größenänderungen berücksichtig werden, sofern das Stirnzahnrad 1 nicht in net-shape oder near net-shape Qualität hergestellt wird. Mit Hilfe des Sinterverfahrens ist es möglich, dass das Sinterzahnrad 1 einstückig hergestellt wird.
Bei Bedarf kann zur Erhöhung der Bauteilgenauigkeit das Sinterzahnrad 1 nach dem Sintern kalibriert werden, indem das Sinterzahnrad 1 in einer Kalibriermatrize mit einer entsprechenden Geometrie zwischen zwei Stempeln gepresst wird.
Es ist weiter möglich, dass das Sinterzahnrad 1 nach dem Sintern und vor dem Kalibrieren oder bevorzugt nach dem Kalibrieren einer mechanischen Nachbearbeitung, wie z.B. Drehen, Hohen, Entgraten, etc., unterzogen wird.
Das Sinterzahnrad 1 weist auf oder in der zweiten axialen Stirnfläche 5 eine Dichtfläche 14 auf. Diese wird bereits während des Pressens des Pulvers hergestellt. Die Dichtfläche 14 dient zur Anordnung eines Dichtelementes 15, das aus 3 ersichtlich ist, die eine zweispurige Ausführungsvariante des Sinterzahnrades 1 mit der ersten Spur 8 und der zweiten Spur 10 zeigt. Mit dem Dichtelement 15 soll verhindert werden, dass flüssiges Schmiermittel, insbesondere Schmieröl, über das Sinterzahnrad 1 austritt.
Das Dichtelement 15 kann ein Simmering oder O-Ring sein, der aus einem elastomeren Werkstoff, insbesondere einem Gummi, oder aus einem Werkstoffverbund aus einem elastomeren und einem metallischen Werkstoff bestehen kann. Es ist dabei auch möglich, dass das Dichtelement 15 auf die Dichtfläche 14 aufvulkanisiert ist.
Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, kann zumindest ein weiteres Dichtelement 16 zwischen dem Sinterzahnrad 1 und einer Stirnfläche 17 einer Kurbelwelle 18 angeordnet sein.
Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass das Sinterzahnrad in der zweiten Stirnfläche 5 eine Ausnehmung aufweisen kann, in der das Ende der Kurbelwelle 18 aufgenommen ist, wie dies aus 3 ersichtlich ist.
Aufgrund der Porigkeit des Sinterzahnrades 1 nach dem Sintern und der Drehung des weiteren Bauteils, insbesondere einer Kurbelwelle, kann es dazu kommen, dass das flüssige Schmiermittel über die Dichtfläche 14 herausgezogen wird, d.h. dass die Dichtfläche 14 nicht drallfrei ist. Um dies zu verhindern, d.h. um die Drallfreiheit der Dichtfläche 14 zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass die Oberfläche des Sinterzahnrades 1 zumindest im Bereich der Dichtfläche 14 oxidierend behandelt wird. Es ist dazu möglich, dass die nicht zu oxidierenden Bereiche des Sinterzahnrades 1 entsprechend abgedeckt, d.h. vor dem Einwirken des Oxidationsmittels geschützt werden können. Andererseits ist es aber auch möglich und bevorzugt, dass das gesamte Sinterzahnrad 1 oberflächlich oxidiert wird.
Die Oxidation kann mit Kohlendioxid oder Luft bzw. Sauerstoff oder Wasserdampf oder Gemischen daraus als Oxidationsmittel durchgeführt werden.
Die Oxidation wird vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 400 °C und 800 °C, insbesondere zwischen 550 °C und 620 °C, durchgeführt.
Weiter kann die Oxidation mit einem Mengenumsatz an Oxidationsmittel zwischen 40 kg/h und 100 kg/h durchgeführt werden. Hierdurch wird eine gleichmäßige Oxidation innerhalb relativ kurzer Zeit erreicht, sodass damit einerseits eine Verfahrensverkürzung und andererseits eine relativ gleichmäßige Ausbildung der Oxide an der Oberfläche der Partikel des Sinterzahnrades 1 erreicht.
Die Zeit für die Oxidation wird bevorzugt ausgewählt aus einem Bereich von 60 Minuten bis 420 Minuten, insbesondere aus einem Bereich von 90 Minuten bis 200 Minuten.
Der Anteil des zumindest einen Oxidationsmittels an der Oxidationsatmosphäre kann zwischen 75 Vol.-% und 90 Vol.-%, insbesondere zwischen 80 Vol.-% und 90 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 85 Vol.-% und 90 Vol.-%, betragen. Den Rest auf 100 Vol.-% bildet dabei jeweils Luft. Insbesondere beträgt ein Mengenumsatz an Oxidationsmittel zwischen 40 kg/h und 100 kg/h, vorzugsweise zwischen 75 kg/h und 90 kg/h.
Die Oxidation wird vorzugsweise so weit durchgeführt, dass die Schichtdicke der Oxidschicht zwischen 1 µm und 5 µm, insbesondere zwischen 2 µm und 4,5 µm, beträgt.
Die oxidierende Behandlung wird im Verfahrensablauf zur Herstellung des Stirnzahnrades 1 nach dem Sintern oder nach dem Kalibrieren, falls eine Kalibrierung erfolgt, oder nach der mechanischen Nachbearbeitung, falls diese durchgeführt wird, vorgenommen. Es wird damit einerseits vermieden, dass die Kalibrierung aufgrund von harten Oxiden unvollständig oder nur mit höherem Druck durchgeführt werden kann bzw. dass die Oxide durch die mechanische Nachbearbeitung wieder teilweise entfernt werden, wozu in diesem Fall die Schichtdicke der oxidischen Schicht größer und damit die Oxidationszeit deutlich verlängert werden müsste.
Durch die oxidative Behandlung der Oberfläche des Sinterzahnrades 1 zumindest im Bereich der Dichtfläche 14 ist es nicht erforderlich, dass diese Dichtfläche 14 besonders eben, d.h. mit einer sehr geringen Rauigkeit, hergestellt wird. Vielmehr ist nach einer Ausführungsvariante des Verfahrens vorgesehen, dass diese Oberfläche zumindest im Bereich der Dichtfläche 14 mit einer gemittelten Rauhtiefe R_z nach DIN EN ISO 4287 DIN und DIN 4768/1 zwischen 0,8 µm und 25 µm, insbesondere zwischen 2 µm und 12 µm, hergestellt wird.
Nach einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass während des Pressens des Pulvers auf der zweiten axialen Stirnfläche 5 mehrere reibungserhöhende Elemente 15 ausgebildet werden, die über die zweite axiale Stirnfläche 5 vorragen, wie dies in 2 dargestellt ist.
Es ist auch möglich, dass derartige reibungserhöhenden Elemente 19 an der ersten axialen Stirnfläche 4 angeordnet sind (1), insbesondere wenn ein weiteres Bauelement, beispielsweise ein weiteres Zahnrad oder ein Zahnriemenrad, verdrehgesichert mit dem Sinterzahnrad 1 über die erste axiale Stirnfläche 4 verbunden wird.
Das Sinterzahnrad 1 ist mit einem weiteren Bauteil, insbesondere Welle, vorzugsweise der Kurbelwelle 18 (3), verdrehgesichert verbunden. Durch die reibungserhöhenden Elemente 19 kann diese verdrehgesicherte Verbindung verbessert werden.
Vorzugsweise sind die reibungserhöhenden Elemente 19 in Umfangsrichtung des Sinterzahnrades 1 gleichmäßig verteilt angeordnet, sodass also ein Abstand zwischen diesen reibungserhöhenden Elementen 19 gleichbleibend groß ist.
In de in 1 und 2 dargestellten Ausführungsvariante des Sinterzahnrades 1 sind sechs derartige reibungserhöhenden Elemente 19 auf der ersten axialen Stirnfläche 4 bzw. zweiten axialen Stirnfläche 5 angeordnet bzw. ausgebildet. Diese Anzahl ist jedoch nicht beschränkend zu sehen. Es können auch mehr oder weniger als sechs derartige reibungserhöhende Elemente 19 angeordnet bzw. ausgebildet sein.
Weiter ist es nicht zwingend notwendig, wenngleich bevorzugt, dass diese reibungserhöhenden Elemente 19 alle die gleiche Form aufweisen.
Prinzipiell können die reibungserhöhenden Elemente 19 jede geeignet Gestalt haben, beispielsweise kegelförmig, pyramidenförmig, etc. ausgebildet sein. In der bevorzugten Ausführungsvariante des Sinterzahnrades 1 werden die reibungserhöhenden Elemente 19 jedoch leistenförmig ausgebildet mit einer Längserstreckung 20 in der radialen Richtung 6.
Weiter kann auch der Querschnitt der reibungserhöhenden Elemente 19 beliebig ausgebildet sein. Vorzugsweise werden die (leistenförmigen) Elemente 19 jedoch mit einem zumindest annähernd dreieckförmigen Querschnitt ausgebildet (in der Richtung der Längserstreckung 20 betrachtet), wie dies in 4 dargestellt ist, die einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsvariante des Sinterzahnrades 1 zeigt. Die reibungserhöhenden Elemente 19 können dabei einen genau dreieckförmigen Querschnitt (insbesondere in Form eines gleichschenkeligen oder gleichseitigen Dreiecks) aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass die Spitze des dreieckförmigen Querschnitts der reibungserhöhenden Elemente 19 abgerundet ist, wie dies in 4 dargestellt ist. Der Rundungsradius kann dabei ausgewählt sein aus einem Bereich von 0,05 m bis 0,3 m.
Wie weiter aus 4 zu ersehen ist, werden bevorzugt nach einer anderen Ausführungsvariante des Verfahrens unmittelbar neben den reibungserhöhenden Elementen 19 Vertiefungen 21 in der ersten axialen Stirnfläche 4 ausgebildet. Insbesondere werden diese Vertiefungen beidseits der reibungserhöhenden Elemente 19 ausgebildet (in Umfangsrichtung betrachtet), wie dies aus 4 zu ersehen ist.
Die letztgenannten Ausführungsvarianten können auch auf die gegebenenfalls vorhandenen reibungserhöhenden Elemente auf der zweiten axialen Stirnfläche 5 angewandt werden.
Die Herstellung der reibungserhöhenden Elemente 19 erfolgt bevorzugt bereits beim Pressen des Pulvers, also vor dem Sintern. Dazu wird in dem oder werden in den Stempel(n) entsprechende Vertiefungen für die reibungserhöhenden Elemente 19 bzw. entsprechende Erhöhungen für die Vertiefungen 21 ausgebildet.
Wie aus 2 ersichtlich ist, kann zur Anordnung des Sinterzahnrades 1 auf einem weiteren Bauteil, insbesondere der Kurbelwelle 18 (3), auf der zweiten axialen Stirnfläche 5 ein über diese vorspringendes Positionierelement 22 angeordnet sein.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die reibungserhöhenden Elemente 19 gehärtet werden. Die Härtung erfolgt insbesondere durch Induktivhärtung oder Laserhärtung, die zumindest einmal oder mehrmals durchgeführt wird.
Sofern das Sinterzahnrad 1 auch eine Kettenradspur aufweist, also beispielsweise die zweite Spur 10 in 1, wird die Kettenradverzahnung, also die Verzahnung 11 in 1, ebenfalls zumindest einmal oder mehrmals einer Induktiv- oder einer Laserhärtung unterzogen.
Es ist bevorzugt, dass ausschließlich die reibungserhöhenden Elemente 19 und gegebenenfalls die Kettenradverzahnung einer Induktiv- oder einer Laserhärtung unterzogen wird bzw. werden.
Die Induktiv- oder Laserhärtung kann entsprechend dem hierfür einschlägigen Stand der Technik durchgeführt werden.
Es kann damit eine Härte der reibungserhöhenden Elemente 19 von zumindest 300 HV 5, insbesondere eine Härte zwischen 300 HV 5 und 650 HV 5, hergestellt werden.
Nachdem das Sinterzahnrad 1 zur Härtung abgeschreckt wird, wird das Härten nach der oxidativen Behandlung des Sinterzahnrades 1 durchgeführt. Es kann damit verhindert werden, dass Abschreckmittel in die Poren des Sinterzahnrades 1 eindringt und nachfolgende Bearbeitungsschritte stört.
Wie bereits voranstehend ausgeführt, weist das Sinterzahnrad 1 zumindest eine Spur mit einer Zahnriemenverzahnung auf. Bei dem in 1 dargestellten Sinterzahnrad 1 sind dies die erste Spur 8 mit der Verzahnung 9 und die dritte Spur 12 mit der Verzahnung 13. Diese zumindest eine Spur mit einer Zahnriemenverzahnung kann auf der Zahnriemenverzahnung zumindest auf den radialen Stirnflächen mit einer Beschichtung 23 aus einem elastomeren Werkstoff , insbesondere mit einer Gummierung versehen werden. Bevorzugt wird jedoch zur Akustikverbesserung die Verzahnung 11 der zweiten Spur 10, also die Kettenradverzahnung, mit einer derartigen Beschichtung zumindest teilweise versehen.
Um dabei die Haftfestigkeit der Beschichtung 23 auf der oder den Verzahnung(en) 9 und/oder 11 und/oder 13 zu verbessern, wird die Verzahnung 9 oder 11 oder 13 oder werden die Verzahnungen 9 und/oder 11 und/oder 13 vor der Beschichtung mit dem elastomeren Werkstoff ebenfalls oxidierend behandelt. Es können damit Mikrobewegungen Sinterzahnrades 1 verhindert werden, die durch eine Laufungenauigkeit aufgrund der sich teilweise ablösenden Beschichtung 22 verursacht werden können. Damit kann in der Folge die Dichtheit des Sitzes des Sinterzahnrades 1 auf einem weiteren Bauteil, insbesondere der Kurbelwelle 18, verbessert werden.
Vorzugsweise erfolgt die Beschichtung der zumindest einen Verzahnung 9 und/oder 11 und/oder 13 des Sinterzahnrades 1 mit dem elastomeren Werkstoff nach der Härtung der reibungserhöhenden Elemente 19 und der gegebenenfalls vorhandenen Kettenradverzahnung.
Als elastomerer Werkstoff kann ein natürlicher oder synthetischer Gummi oder ein Thermoplastisches Elastomer verwendet werden.
Für die Beschichtung des Sinterzahnrades 1 mit dem elastomeren Werkstoff werden vorzugsweise folgende Verfahrensschritte durchgeführt:

– Waschen des Sinterzahnrades 1 zumindest im Bereich der zu beschichtenden Oberfläche, beispielsweise mit einem organischem Lösungsmittel, wie Perchlorethylen;
– Aktivierung der zu beschichtenden Oberfläche des Sinterzahnrades 1, insbesondere durch Strahlen mit einem Strahlmittel bzw. mit Strahlpartikel;
– Auftrag eines Haftmittels auf den zu beschichtenden Oberfläche des Sinterzahnrades 1; wobei das Haftmittel dem Stand der Technik für derartige Beschichtungen 23 entsprechen kann;
– Auftrag des elastomeren Werkstoffes auf die zu beschichtenden Oberfläche des Sinterzahnrades 1.

Es ist weiter möglich, dass nicht nur die zumindest eine Verzahnung 9 und/oder 11 und/oder 13 des Sinterzahnrades 1 mit einer Beschichtung 23 aus einem elastomeren Werkstoff versehen wird, sondern dass auch die Dichtfläche 14 oder eine weitere Dichtfläche des Sinterzahnrades 1, beispielsweise im Bereich der Verschraubung des Sinterzahnrades 1 mit dem weiteren Bauteil, mit einem elastomeren (Dicht)Werkstoff versehen wird. Das Sinterzahnrad 1 kann beispielsweise über einen Schraubbolzen, der mittig, d.h. in der Achse des Sinterzahnrades 1 und in der axialen Richtung 3 sich erstreckend angeordnet wird, mit dem weiteren Bauteil verschraubt werden, wie dies an sich für Verbindungen eines Kurbelwellenrades mit einer Kurbelwelle 18 bekannt ist.
Zur Erhöhung der Härte der Dichtfläche 14, z.B. für einen Wellendichtring, auf oder in der ersten axialen Stirnfläche 4 des Sinterzahnrades 1 kann diese ebenfalls gehärtet werden. Vorzugsweise wird diese Dichtfläche 14 aber nur gerollt, wobei das Rollen insbesondere vor der oxidierenden Behandlung der Dichtfläche 14 durchgeführt wird. Es kann damit eine Härte der Dichtfläche 14 von zumindest 90 HV 5, insbesondere eine Härte zwischen 90 HV 5 und 300 HV 5, hergestellt werden. Unterstützend für die Erreichung dieser Härtewerte wirken dabei die Oxide in der Dichtfläche, die aufgrund der oxidierenden Behandlung entstehen.
Das Rollen der Dichtfläche 14 wird mit einem herkömmlichen Rollwerkzeug durchgeführt.
Mit dem beschriebenen Verfahren kann also ein Sinterzahnrad 1 hergestellt werden, dass zumindest eine Zahnriemenspur mit einer Zahnriemenverzahnung und gegebenenfalls zumindest eine Kettenradspur mit einer Kettenradverzahnung aufweist, wobei die Zahnriemenspur und/oder die Kettenrasspur mit einer Beschichtung 23 aus einem elastomeren Werkstoff versehen und die Kettenradverzahnung gehärtet ist, wobei weiter eine Dichtfläche 14 zur Anordnung einer Wellendichtung oxidische Partikel aufweist, und wobei auf der ersten axialen Stirnfläche 4 reibungserhöhende Elemente 19 ausgebildet sind, die eine Härte von zumindest 300 HV 5 aufweisen.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten des Sinterzahnrades bzw. beschreiben mögliche Ausführungsvarianten des Verfahrens zu dessen Herstellung, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Sinterzahnrades 1 dieses teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
Bezugszeichenliste

1: Sinterzahnrad
2: Radkörper
3: Richtung
4: Stirnfläche
5: Stirnfläche
6: Richtung
7: Umfangsfläche
8: Spur
9: Verzahnung
10: Spur
11: Verzahnung
12: Spur
13: Verzahnung
14: Dichtfläche
15: Dichtelement
16: Dichtelement
17: Stirnfläche
18: Kurbelwelle
19: Element
20: Längserstreckung
21: Vertiefung
22: Positionierelement
23: Beschichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 4287 DIN [0007]
DIN 4768/1 [0007]
DIN EN ISO 4287 DIN [0048]
DIN 4768/1 [0048]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Sinterzahnrades (1) mit einem Radkörper (2), der in axialer Richtung (3) von einer ersten axialen Stirnfläche (4) und einer zweiten axialen Stirnfläche (5) begrenzt ist, und mit mindestens einer Spur (8, 10, 12) für zumindest einen Umschlingungstrieb, die auf einer radialen Umfangsfläche (7), die sich zwischen der ersten axialen Stirnfläche (4) und einer zweiten axialen Stirnfläche (5) erstreckt, angeordnet ist, wobei der Radkörper (3) aus einem Sinterwerkstoff nach einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt wird, umfassend die Schritte Pressen eines Pulvers zu einem Grünling, wobei während des Pressens auf oder in der zweiten axialen Stirnfläche (5) eine Dichtfläche (14) zur Anordnung eines Dichtelementes (15) ausgebildet wird, und Sintern des Grünlings, dadurch gekennzeichnet, dass der Radkörper (3) nach dem Sintern zumindest im Bereich der Dichtfläche (14) oxidierend behandelt wird, um die Dichtfläche (14) drallfrei auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (14) mit einer gemittelten Rauhtiefe Rz nach DIN EN ISO 4287 zwischen 0,8 µm und 25 µm hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Pressens des Pulvers auf der ersten axialen Stirnfläche (4) mehrere reibungserhöhende Elemente (19) ausgebildet werden, die über die erste axiale Stirnfläche (4) vorragen und/oder dass während des Pressens des Pulvers auf der zweiten axialen Stirnfläche (5) mehrere reibungserhöhende Elemente (19) ausgebildet werden die über die zweite axiale Stirnfläche (5) vorragen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die reibungserhöhenden Elemente (19) zumindest einmal induktiv gehärtet oder lasergehärtet werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die reibungserhöhenden Elemente (19) leistenförmig ausgebildet werden mit einer Längserstreckung (20) in radialer Richtung (6).
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die leistenförmigen reibungserhöhenden Elemente (19) mit einem zumindest annähernd dreieckförmigen Querschnitt ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar neben den reibungserhöhenden Elementen (19) Vertiefungen (21) in der ersten axialen Stirnfläche (4) und/oder in der zweiten axialen Stirnfläche (5) ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spur (10) des Sinterzahnrades (1) durch eine Kettenradverzahnung gebildet ist, und dass die Kettenradverzahnung zumindest einmal induktiv gehärtet oder lasergehärtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Radkörper (3) in zumindest einem Teilbereich mit einem elastomeren Werkstoff versehen wird, wobei vor dem Aufbringen des elastomeren Werkstoffs dieser zumindest eine Teilbereich oxidierend behandelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (14) vor der oxidierenden Behandlung gerollt wird.