DE102016200341A1

DE102016200341A1 - Verfahren zur Herstellung einer Balligkeit auf einem Sinterbauteil

Info

Publication number: DE102016200341A1
Application number: DE102016200341.0A
Authority: DE
Inventors: Peter Hofmann; Alexander Weiermair
Original assignee: Miba Sinter Austria GmbH
Current assignee: Miba Sinter Austria GmbH
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2016-01-14
Publication date: 2016-07-28
Also published as: AT516779B1; US10022798B2; CN105817628A; AT516779A1; US20160214178A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Balligkeit auf einem, aus einem Sinterpulver hergestellten Sinterbauteil (2), insbesondere auf Zähnen eines eine Verzahnung aufweisenden Sinterbauteils (2), durch Kalibrieren des Sinterbauteils (2), wozu das gesinterte Sinterbauteil (2) in ein Kalibrierwerkzeug (1) eingeführt wird, das einen Formgebungsraum (8) mit zumindest einer Formgebungswand (9) aufweist, wobei in der Formgebungswand (9) eine zur herzustellenden Balligkeit des Sinterbauteils (2) inverse Balligkeit ausgebildet ist, und nach dem Kalibrieren wieder aus dem Kalibrierwerkzeug (1) entnommen wird. Die Größe des Formgebungsraums (9) des Kalibrierwerkzeugs (1) wird zumindest für die Zeitspanne beginnend mit dem Einführen des Sinterbauteils (2) in das und endend nach der Entnahme des Sinterformteils (2) aus dem Kalibrierwerkzeug (1) unverändert beibehalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Balligkeit auf einem, aus einem Sinterpulver hergestellten Sinterbauteil, insbesondere auf Zähnen eines eine Verzahnung aufweisenden Sinterbauteils, durch Kalibrieren des Sinterbauteils, wozu das gesinterte Sinterbauteil in ein Kalibrierwerkzeug eingeführt wird, das einen Formgebungsraum mit zumindest einer Formgebungswand aufweist, wobei in der Formgebungswand eine zur herzustellenden Balligkeit des Sinterbauteils inverse Balligkeit ausgebildet ist, und nach dem Kalibrieren wieder aus dem Kalibrierwerkzeug entnommen wird.
Eine Breitenballigkeit auf Zähnen von pulvermetallurgisch hergestellten Bauteilen ist vorteilhaft für das Laufverhalten von Zahnrädern mit einer Laufverzahnung, wie z.B. das Tragbild, das NVH-Verhalten, die Kompensation von Achsfehlern, etc.. Die Breitenballigkeit kann hergestellt werden, indem die Verzahnung nach dem Sintern spanend bearbeitet wird.
Aus dem Stand der Technik sind aber auch Walzverfahren bekannt. So beschreibt z.B. die DE 32 19 674 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines zahnstangenförmigen Werkzeugs für das Kaltrollen einer Balligverzahnung, wonach an einem Werkzeugeinsatzrohling eine Zahnung mit geraden Zähnen erzeugt wird, wobei der Werkzeugeinsatzrohling während der Erzeugung der Zahnung eingespannt wird und/oder der mit der Zahnung versehenen Werkzeugeinsatz im Gebrauch derart gewölbt wird, dass sich an dem fertigen Werkzeug aus einem Werkzeugträger und dem daran montierten Werkzeugeinsatz eine zur Zahnform der Balligverzahnung komplementäre Zahnform der Zahnung des Werkzeugeinsatzes ergibt.
Walzverfahren zur Herstellung von Balligkeiten sind auch aus der DE 18 17 649 A1 , der DE 20 60 579 A1 , der AT 508 990 B1 , der WO 2008/116243 A1 und der US 6,517,772 B1 bekannt.
Weitere Verfahren und Werkzeuge zur Erzeugung von Balligkeiten bzw. zum Walzen von Zahnrädern sind aus der JP 2008-049384 A , der DE 19 66 067 A1 , der DE 20 04 222 A1 , der DE 16 52 654 A1 , der FR 2 385 480 A1 , der GB 2 146 590 A , der CH 564 999 A5 , der DE 29 48 106 A1 und der US 6,289,586 B1 bekannt.
Aus der österreichischen Patentanmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen A 50550/2013 ist ein Kalibrierwerkzeug zur Herstellung einer Balligkeit auf einem Sinterbauteil, insbesondere auf Zähnen eines, eine Verzahnung aufweisenden Sinterbauteils, bekannt, umfassend einen Kalibrierwerkzeuggrundkörper, in dem ein Kalibriereinsatz gehalten ist, wobei der Kalibriereinsatz eine Ausnehmung zur Aufnahme des zu kalibrierenden Sinterbauteils oder zur Aufnahme eines Druckstiftes aufweist. Der Kalibriereinsatz ist in Richtung senkrecht auf eine Pressrichtung verstellbar, sodass ein Durchmesser der Ausnehmung verkleinert oder vergrößert werden kann. Dazu ist eine Verstelleinrichtung vorgesehen, die auf den Kalibriereinsatz zur Veränderung des Durchmessers der Ausnehmung wirkt. An einer Innenoberfläche oder einer Außenoberfläche des Kalibriereinsatzes ist ein vertiefter Bereich oder ein erhabener Bereich zur Herstellung der Balligkeit ausgebildet. Weiter beschreibt diese Patentanmeldung ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung einer Balligkeit auf einem Sinterbauteil unter Verwendung dieses Kalibrierwerkzeuges.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, mit der eine Verzahnung mit Zähnen, die eine Balligkeit aufweisen, einfacher hergestellt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe mit dem eingangs genannten Verfahren, bei dem die Größe des Formgebungsraums des Kalibrierwerkzeugs zumindest für die Zeitspanne beginnend mit dem Einführen des Sinterbauteils in das und endend nach der Entnahme des Sinterformteils aus dem Kalibrierwerkzeug unverändert beibehalten wird.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass eine Balligkeit auf einem Sinterbauteil, insbesondere den Zähnen einer Verzahnung des Sinterbauteils, auch hergestellt werden kann, wenn das kalibrierte Sinterbauteil nach dem Kalibrieren aus einer Kalibrierform ausgestoßen wird, die keine Möglichkeit bietet, diese für das Ausstoßen zu vergrößern. Die Balligkeit muss daher beim Ausstoßen durch die vorhandene Querschnittsverjüngung im Bereich der Axialöffnung des Kalibrierwerkzeugs gezwängt werden. Es wäre dabei zu erwarten, dass die Balligkeit umgeformt wird und beim Ausstoßen des Sinterbauteils verschwindet. Im Zuge von Tests konnte jedoch festgestellt werden, dass zwar eine gewisse Umformung stattfinden kann, allerdings die Balligkeit an sich in einem Ausmaß erhalten bleibt, die aus Anwendungssicht für das Sinterbauteil ausreichend ist. Es ist damit also eine Vereinfachung der Herstellung des Balligkeit während des Kalibrierens des Sinterbauteils erzielbar, da keine Einstellungen für die Verkleinerung oder Vergrößerung des Durchmessers des Formgebungsraums erforderlich sind, wie dies in der voranstehend genannten Patentanmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen A 50550/2013 der Fall ist. Damit kann aber auch die Prozesszeit für ein Sinterbauteil verkürzt und folglich der Durchsatz pro Zeiteinheit erhöht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass ein einteiliges Kalibrierwerkzeug aus einem starren Werkstoff verwendet wird. Das Kalibrierwerkzeug an sich ist damit einfache zu handhaben und auch robuster ausgeführt, sodass höhere Umformkräfte während des Kalibrierens angewandt werden können. Durch den Verzicht auf eine Teilung des Kalibrierwerkzeuges können zudem Gratbildungen an dem Sinterbauteil einfacher vermieden werden, wodurch ebenfalls eine Verfahrensverkürzung zur Herstellung des Sinterbauteils durch Reduktion der einzelnen Prozessschritte für die Nachbearbeitung des Sinterbauteils erreicht werden kann.
Bevorzugt kann weiter vorgesehen sein, dass die Kalibrierung zur Herstellung der Balligkeit unmittelbar anschließend an das Sintern des Sinterpulvers durchgeführt wird. Das Sinterbauteil wird also insbesondere vor dem Kalibrieren nicht oberflächenverdichtet. Es kann damit erreicht werden, dass die Kalibrierung bei einer geringeren mechanischen Beanspruchung des Sinterbauteils erfolgt, also unter „schonenderen“ Bedingungen. Zudem ist damit auch eine Reduktion der Toleranzen des Sinterbauteils erreichbar, da das plastische Fließen des Materials beim Kalibrieren verbessert werden kann, wenn das Kalibrieren unmittelbar nach dem Sintern des Sinterpulvers durchgeführt wird.
Nach einer anderen Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass ein Kalibrierwerkzeug verwendet wird, das einen zylindrischen Bereich aufweist, der unmittelbar an eine Einführöffnung des Kalibrierwerkzeuges für das Sinterbauteil anschließt. Es kann damit ein besserer Erhalt der Balligkeit beim Ausstoßen des Sinterbauteils aus dem Kalibrierwerkzeug erreicht werden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die kalibrierte Oberfläche des Sinterbauteils während des Kalibrierens und/oder während des Entfernens des Sinterbauteils aus dem Kalibrierwerkzeug zumindest bereichsweise oberflächenverdichtet wird, sodass das Sinterbauteil bessere mechanische Kennwerte auch ohne nachträgliche Oberflächenverdichtung erreicht. Durch den Entfall einer nachträglichen Oberflächenverdichtung kann wiederum eine entsprechende Verfahrensverkürzung zur Herstellung des Sinterbauteils erreicht werden.
Nach einer anderen Ausführungsvariante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass ein Kalibrierwerkzeug verwendet wird, das zwischen dem zylindrischen Bereich und dem Bereich mit der zu der Balligkeit des Sinterbauteils inversen Balligkeit eine Umformkante aufweist. Es kann damit ein Sinterbauteil hergestellt werden, der einen Dichtegradient im Bereich der Oberfläche in axialer Richtung aufweist, wodurch das Tragbild einer Verzahnung im kämmenden Eingriff mit einer weiteren Verzahnung verbessert werden kann.
Es kann ein Kalibrierwerkzeug verwendet wird, dessen zu der auf dem Sinterbauteil herzustellenden Balligkeit inverse Balligkeit in axialer Richtung symmetrisch ausgebildet ist. Es können damit am Sinterbauteil Balligkeiten erzeugt werden, die in axialer Richtung einen asymmetrischen Verlauf aufweisen, wodurch ebenfalls das Tragbild einer Verzahnung im kämmenden Eingriff mit einer weiteren Verzahnung beeinflusst werden kann.
Andererseits ist es aber auch möglich, dass ein Kalibrierwerkzeug verwendet wird, dessen zu der auf dem Sinterbauteil herzustellenden Balligkeit inverse Balligkeit in axialer Richtung asymmetrisch ausgebildet ist. Es wird damit die Balligkeit des Sinterbauteils in dem Kalibrierwerkzeug ebenfalls asymmetrisch ausgebildet. Diese Asymmetrie kann aber beim Ausstoßen des Sinterbauteils aus dem Kalibrierwerkzeug durch teilweise plastische, bleibende Verformung zumindest teilweise ausgeglichen werden, insbesondere wenn im Kalibrierwerkzeug eine Umformkante ausgebildet ist.
Bevorzugt ist bei der letztgenannten Ausführungsvariante des Verfahrens vorgesehen, dass ein Radius der Rundung der inversen Balligkeit in Richtung von einer ersten Stirnfläche auf eine zweite Stirnfläche des Kalibrierwerkzeuges größer wird, wodurch die Ausbildung einer zumindest annähernd symmetrischen Balligkeit auf dem Sinterbauteil während des Ausstoßens des kalibrierten Sinterbauteils unterstützt wird.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:
1 eine erste Ausführungsvariante eines Kalibrierwerkzeuges in Seitenansicht geschnitten;
2 einen Ausschnitt aus dem Kalibrierwerkzeug in Ansicht auf die in Art einer Verzahnung ausgebildeten Formgebungswände;
3 einen Ausschnitt aus einer Verzahnung mit einer Breitenballigkeit der Zahnflanken der Zähne;
4 ein Detail einer andere Ausführungsvariante eines Kalibrierwerkzeuges in Seitenansicht geschnitten;
5 ein Detail einer weiteren Ausführungsvariante eines Kalibrierwerkzeuges in Seitenansicht geschnitten;
6 ein Detail einer weiteren Ausführungsvariante eines Kalibrierwerkzeuges in Seitenansicht geschnitten;
7 ein Detail einer anderen Ausführungsvariante eines Kalibrierwerkzeuges in Seitenansicht geschnitten.
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 1 ist ein Kalibrierwerkzeug 1, auch als Kalibriermatrize bezeichenbar, zur Kalibrierung eines Sinterbauteils 2 gezeigt.
Das Sinterbauteil 2 ist insbesondere ein Stirnzahnrad. Im Sinne der Erfindung wird unter einem Stirnzahnrad sowohl ein Stirnzahnrad an sich (zum kämmenden Eingriff in die Verzahnung eines weiteren Zahnrades) als auch ein Zahnriemenrad oder ein Kettenrad verstanden. Es ist daneben aber auch möglich, andere Sinterbauteile 2 mit dem Kalibrierwerkzeug 1 herzustellen.
Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass ein Sinterbauteil 1 bzw. ein pulvermetallurgischer Bauteil üblicherweise nach folgender Verfahrensroute hergestellt wird:

– Gegebenenfalls vorlegieren des eingesetzten Pulver;
– Pulvermischen;
– Pressen eines Grünlings aus dem Pulver in einer Pressform;
– Sintern des Grünlings, wobei das Sintern auch zweistufig erfolgen kann;
– Kalibrieren des gesinterten Bauteils;
– Gegebenenfalls mechanische und oder physikalische Nachbehandlung (beispielsweise Härtung) des Sinterbauteils.

Da diese prinzipielle Verfahrensweise sowie Abwandlungen dazu aus dem Stand der Technik bekannt sind, sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf die einschlägige Literatur dazu verwiesen.
Das Kalibrierwerkzeug 1 wird im Verfahrensschritt „Kalibrieren des Bauteils“ eingesetzt. Es ist dabei vorgesehen, dass in diesem Verfahrensschritt nicht nur die Kalibrierung an sich, also die Erhöhung der Maßgenauigkeit des Sinterbauteils 2, erfolgt, sondern gleichzeitig damit eine Balligkeit auf Zähnen 3 einer Verzahnung 4 des Sinterbauteils 2 erzeugt wird.
Unter einer Balligkeit im Sinne der Erfindung wird insbesondere eine Abweichung der Linearität der Zahnflanken von Zähnen eines Zahnrades verstanden. Es werden darunter sowohl die Breitenballigkeit, wie sieh beispielsweise in 3 dargestellt ist, die Profilballigkeit und die Flankendrehungsballigkeit verstanden. Die Breitenballigkeit ist dabei eine Modifikation des Zahnprofils entlang der Zahnbreite in axialer Richtung eines Zahnrades, die Längsballigkeit eine Modifikation des theoretischen Zahnprofils in Profilrichtung von Zahnfuß zum Zahnkopf, und die Flankendrehungsballigkeit eine Modifikation des Zahnprofils durch Verdrehung einer Zahnflanke in Längsrichtung. Die Definitionen der Höhen- und Breitenballigkeit von Verzahnungen sind in der Norm DIN 3960 enthalten.
Insbesondere wird mit dem Kalibrierwerkzeug 1 eine Breitenballigkeit erzeugt. Es können alle drei Arten der Balligkeit gemeinsam oder nur einzelne oder eine Kombination aus zwei der voranstehend genannten Balligkeitsarten erzeugt werden.
Weiter wird das Kalibrierwerkzeug 2 bevorzugt auf Geradverzahnungen angewandt. Es können aber auch Schrägverzahnungen mit einer Balligkeit des Zahnprofils hergestellt werden.
Die Balligkeit kann sowohl symmetrisch als auch asymmetrisch ausgeführt sein. Dies bedeutet, dass beispielsweise bei einer Breitenballigkeit eine Seite der Zahnflanken (in axialer Richtung des Zahnrades betrachtet) stärker zurückgenommen wird (bezogen auf das theoretische Profil) als die zweite Seite.
In 1 ist das Kalibrierwerkzeug 1 zur Herstellung einer Breitenballigkeit auf den Zahnflanken eines Zahnes 3 dargestellt.
Das Kalibrierwerkzeug 1 kann in einer entsprechenden, nicht dargestellten Presseinrichtung in einem Werkzeughalter 5 gehalten sein. Sowohl der Werkzeughalter 5 als auch die Presseinrichtung sind aus dem Stand der Technik bekannt, sodass zu weiteren Einzelheiten dazu darauf verwiesen sei.
Das Kalibrierwerkzeug 1 weist eine in einer Axialrichtung 6 durchgängig ausgebildete Ausnehmung 7 auf. Die Ausnehmung 7 dient der Einführung in das bzw. der Entfernung des Sinterbauteils 1 aus dem Kalibrierwerkzeug 1. Die Ausnehmung 7 ist von zumindest einer Formgebungswand 8 umgeben. Wie besser aus 2 ersichtlich ist, ist die Formgebungswand 8 in Art einer Verzahnung ausgebildet um damit die Verzahnung eines Zahnrades kalibrieren zu können.
Mit zumindest einer Formgebungswand 8 ist dabei gemeint, dass die Anzahl der Formgebungswandungen 8 von der Form des zu kalibrierenden Sinterbauteils 2 abhängig ist.
Die zumindest eine Formgebungswand 8 definiert einen Formgebungsraum 9. Bekanntlich dient das Kalibrieren eines Sinterbauteils der Verbesserung der Maßgenauigkeit des Sinterbauteils, also beispielsweise zur Behebung von Ungenauigkeiten, wie z.B. Verzügen, die durch das Sintern entstehen. Es können damit die Toleranzen reduziert werden. Demgemäß entsprechen die Geometrie des Formgebungsraumes 9 und dessen Abmessungen in der Regel dem fertigen Sinterbauteil.
Nachdem mit dem Kalibrieren bei dem Verfahren, das Gegenstand dieser Patentanmeldung ist, eine Balligkeit zumindest einer Oberfläche des Sinterbauteils 2 hergestellt wird, ist bei der Ausführungsvariante des Kalibrierwerkzeuges 1 nach 1 in der zumindest einen Formgebungswand 8 eine Ausnehmung 10 in Form eine Vertiefung vorgesehen. Die Form und die Abmessungen dieser Ausnehmung 10 entsprechen der herzustellenden Balligkeit in dem Kalibrierwerkzeug. Die Größe der Ausnehmung 10 ist vorzugsweise größer als die fertige Balligkeit an dem Sinterbauteil 2 nach dem Entformen aus dem Kalibierwerkzeug 1. Es wird damit eine gegebenenfalls bleibende plastische Verformung der Balligkeit am Sinterbauteil 1, die durch das Entformen verursacht werden kann, berücksichtigt.
Die Ausnehmung 10 ist bei dieser Ausführungsvariante des Kalibrierwerkzeuges 1 als Vertiefung ausgebildet. Demgemäß wird mit diesem Kalibrierwerkzeug 1 eine positive Balligkeit, im Speziellen eine positive Breitenballigkeit, auf den Zahnflanken des Sinterbauteils 2 hergestellt.
Zur Herstellung von Zahnrädern ist die Ausnehmung 10 axialsymmetrisch ausgebildet. Wenn allerdings das zu kalibrierende Sinterbauteil 2 von der „Kreisgeometrie“ abweicht, wird der Grundriss der Ausnehmung 10 entsprechend an den Grundriss des Sinterbauteils 2 in Axialrichtung 11 angepasst, d.h. die Kontur in Radialrichtung, um das Sinterbauteil 2 vollflächig über seinen Umfang an die Formgebungswand 9 anlegen zu können.
Für den Fall, dass mit dem Kalibrierwerkzeug 1 ein Zahnrad kalibriert wird, weist die Innenoberfläche des Kalibrierwerkzeuges 1 ebenfalls eine Verzahnung auf.
Zur Herstellung des Sinterbauteils 1 wird, wie bereits voranstehend beschrieben, aus einem Sinterpulver ein halbfertiges Sinterbauteil 1 durch Sintern hergestellt. In diesem Zustand wiest das Sinterbauteil 1 noch keine Balligkeit zumindest einer seiner Oberflächen auf, also insbesondere noch keine Breitenballigkeit der Zahnflanken der Zähne 3 einer Verzahnung eines Zahnrades auf. Die Balligkeit wird erst im Zuge des Kalibrierens des Sinterbauteils 1 hergestellt.
Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt, dass unter dem Querschnitt einer normalen Evolventenverzahnung an sich, wie sie nach dem Sintern vorliegen kann, keine Balligkeit im Sinne der Erfindung verstanden wird.
Das Kalibrieren des Sinterbauteils 1 erfolgt mit Hilfe eines Oberstempels 11 und eines Unterstempels 12. Sowohl der Oberstempel 11 als auch der Unterstempel 12 sind an ihren radialen Außenoberflächen an die Geometrie der zumindest einen Formgebungswand 8 angepasst, können also beispielsweise ebenfalls eine Außenverzahnung aufweisen, die in die Innenverzahnung des Kalibrierwerkzeuges 1 beim Kalibrieren eingreift.
Zum Kalibrieren des gesinterten, bevorzugt nicht oberflächenverdichteten Sinterbauteils 2 kann dieser auf den Unterstempel 12 aufgelegt werden, wozu der Unterstempel 12 in der Axialrichtung 6 nach oben zur oberen Öffnung des Kalibierwerkzeuges 1 verfahren werden kann. Sobald die Verzahnung des Sinterbauteils 2 in ihrer Stellung mit der Innenverzahnung des Kalibrierwerkzeuges 1 übereinstimmt, falls der Sinterbauteil 2 eine Verzahnung aufweist, wird der Oberstempel 11 nach unten in Richtung auf den Unterstempel 12 abgesenkt, bis er auf dem Sinterbauteil 2 aufliegt. In dieser Stellung werden dann der Unterstempel 12 und der Oberstempel 11 weiter nach unten abgesenkt, sodass der Sinterbauteil 2 in den Bereich der Ausnehmung 10 des Kalibrierwerkzeuges gelangt. Zum Kalibrieren kann danach der Oberstempel 11 noch weiter in Richtung auf den still stehenden Unterstempel abgesenkt werden. Es kommt dabei zu einem Materialfluss, indem die Ausnehmung 10 zur Herstellung der Balligkeit des Kalibrierwerkzeuges 1 mit dem verdrängten Material ausgefüllt wird. Zudem werden auch andere Ungenauigkeiten des Sinterbauteils dadurch behoben, wie dies an sich bekannt ist. Das Sinterbauteil 2 legt sich damit vollumfänglich an das Kalibrierwerkzeug 2 an und bildet dessen Innenkontur des Formgebungsraums 9 nach.
Sobald dieser Kalibrierschritt abgeschlossen ist, wird der Oberstempel 11 wieder gehoben, sodass dieser aus dem Eingriff mit dem Kalibrierwerkzeug gelangt. Danach wir das kalibrierte Sinterbauteil durch Heben des Unterstempels 12 aus dem Kalibrierwerkzeug 1 ausgestoßen. Nachdem der Querschnitt des Formgebungsraums 9 nach oben hin kleiner wird, wird dabei das Sinterbauteil 2 teilweise plastisch zurück verformt. Überraschenderweise bleibt dabei aber die ausgebildete Balligkeit, insbesondere Breitenballigkeit, erhalten, sodass also das fertig kalibrierte, ausgestoßene Sinterbauteil 2 nach dem Ausstoßen die gewünschte Balligkeit bleibend aufweist.
Es wird also mit der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Balligkeit auf einem, aus einem Sinterpulver hergestellten Sinterbauteil 2, insbesondere auf Zähnen eines eine Verzahnung aufweisenden Sinterbauteils 2, durch Kalibrieren des Sinterbauteils 2 bereitgestellt, wozu das gesinterte Sinterbauteil 2 in das Kalibrierwerkzeug 1 eingeführt wird, das den Formgebungsraum 9 mit zumindest einer Formgebungswand 8 aufweist, wobei in der Formgebungswand 8 eine zur herzustellenden Balligkeit des Sinterbauteils 2 inverse, komplementäre Balligkeit ausgebildet ist, und nach dem Kalibrieren wieder aus dem Kalibrierwerkzeug entnommen wird. Die Größe des Formgebungsraums 9 des Kalibrierwerkzeugs 1 wird dabei zumindest für die Zeitspanne beginnend mit dem Einführen des Sinterbauteils 2 in das und endend nach der Entnahme des Sinterformteils 2 aus dem Kalibrierwerkzeug 1 unverändert beibehalten. D.h., dass der Durchmesser bzw. die Querschnittsform an keiner Stelle des Kalibrierwerkzeuges 1 zumindest während dieser Zeitspanne verändert wird, also auch nicht vergrößert oder verkleinert wird, wie dies bei dem Verfahren nach der voranstehend genannten Patentanmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen A 50550/2013 der Fall ist. Bevorzugt besteht das Kalibrierwerkzeug aus einem Massivwerkstoff und ist insbesondere einteilig, also nicht teilbar, ausgeführt.
Die gegebenenfalls auftretende bleibende plastische Umformung der Balligkeit während des Entfernens des Sinterbauteils 2 aus dem Kalibrierwerkzeug kann nötigenfalls einfach durch entsprechende Auslegung der Größe des Formgebungsraums 9 berücksichtigt werden, sodass also das fertig kalibrierte Sinterbauteil 2 jedenfalls die Balligkeit im gewünschten Ausmaß aufweist.
Die Entformung des Sinterbauteils 2 kann auch so erfolgen, dass zuerst der Unterstempel 12 abgesenkt und danach das Sinterbauteil 2 mit dem Oberstempel 11 nach unten ausgestoßen wird.
Für die Zentrierung des Sinterbauteils 2 kann ein Kernstift 13 vorgesehen sein, wie dies in 1 strichliert angedeutet ist, der in dem Kalibrierwerkzeug 2 unbeweglich, d.h. fix, angeordnet sein kann.
Das Kalibrierwerkzeug 1 besteht bevorzugt aus einem einteiligen, starren, insbesondere metallischen Werkstoff, sodass also das Verfahren unter Verwendung eines derartigen Kalibrierwerkzeug 1 durchgeführt werden kann. Insbesondere kann das Kalibrierwerkzeug 1 aus einem Stahl bestehen.
Es ist weiter bevorzugt, wenn die Kalibrierung zur Herstellung der Balligkeit unmittelbar anschließend an das Sintern des Sinterpulvers durchgeführt wird.
Obwohl es prinzipiell möglich ist, dass der vertiefte Bereich in der zumindest einen Formgebungswand 8 des Kalibrierwerkzeuges 1 unmittelbar anschließend an eine Einführöffnung 14 des Kalibrierwerkzeuges 1 zum Einführen des Sinterbauteils 2 ausgebildet ist, wird jedoch bevorzugt, wenn das Kalibrierwerkzeug 1 an die Einführöffnung 14 unmittelbar anschließend zuerst zumindest einen zylindrischen Bereich 15 mit konstantem Durchmesser aufweist, an den sich die Vertiefung in der Formgebungswand 8, d.h. die Ausnehmung 10, zur Herstellung der Balligkeit anschließt, wie dies in 1 dargestellt ist.
Es besteht auch die Möglichkeit, wenngleich dies nicht bevorzugt ist, dass der Bereich 15 konisch ausgeführt ist.
Vorzugsweise weist das Kalibrierwerkzeug auch einen zweiten zylindrischen Bereich auf, der unten im Bereich des eintauchenden Unterstempels 12 ausgebildet ist, wie dies in 1 dargestellt ist.
Die negative Balligkeit im Kalibrierwerkzeug 1, d.h. die Ausnehmung 10 kann beispielsweise durch Auslenkung beim Erodieren mit definiertem Faktor hergestellt werden. Die maximale Tiefe der Ausnehmung 10 gegenüber der zylindrischen Innenoberfläche des Kalibierwerkezeugs richtet sich nach der gewünschten Geometrie der herzustellenden Balligkeit am Sinterbauteil 2. Beispielsweise kann ein Rundungsradius 16 des insbesondere mit einer Rundung ausgeführten vertieften Bereiches der Ausnehmung 10 ausgewählt sein aus einem Bereich von 10 mm bis 15.000 mm.
Wie aus 4 ersichtlich ist, kann die Ausnehmung 10 des Kalibrierwerkzeuges 1 symmetrisch ausgebildet sein, sodass also die Rundung der negativen Balligkeit nur einen, konstant bleibenden Rundungsradius 16 aufweist.
Es ist aber auch möglich, wie dies in 5 dargestellt ist, dass das Kalibrierwerkzeug 1 eine zu der auf dem Sinterbauteil 2 herzustellenden Balligkeit inverse Balligkeit in axialer Richtung aufweist, die asymmetrisch ausgebildet ist. Die Ausnehmung 10 des Kalibrierwerkzeuges 1 kann dazu beispielsweise mit verschiedenen Rundungsradien 16 ausgebildet sein. So kann der Rundungsradius 16 der Ausnehmung 10 in Richtung von einer ersten Stirnfläche 17 auf eine zweite Stirnfläche 18 des Kalibrierwerkzeuges 1 größer werden.
Es ist weiter möglich, dass die kalibrierte Oberfläche des Sinterbauteils 2 während des Kalibrierens und/oder während des Entfernens des Sinterbauteils 2 aus dem Kalibrierwerkzeug 1 zumindest bereichsweise oberflächenverdichtet wird. Dazu kann die Ausnehmung 7 (1) des Kalibrierwerkzeuges 1 mit einem kleineren Durchmesser ausgeführt sein, als der maximale Außendurchmesser des Sinterbauteils 2.
Es ist dazu aber auch möglich, dass ein Kalibrierwerkzeug 1 in dem Verfahren eingesetzt wird, das eine Umformkante 19 aufweist. Diese kann beispielsweise, wie dies in 4 dargestellt ist, im Übergang von der Ausnehmung 10 auf den zylindrischen Bereich 15 des Kalibrierwerkzeuges 1 ausgebildet sein. Z.B. kann dieser Übergangsbereich scharfkantig ausgebildet sein. Es kann damit ein Dichtegradient der kalibrierten Oberfläche in der Axialrichtung 6 ausgebildet werden.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Übergang von der Ausnehmung 10 auf den zylindrischen Bereich 15 mit einer Rundung ausgebildet ist, wie dies in 6 dargestellt ist.
In 7 ist eine Ausführungsvariante des Kalibrierwerkzeuges 1 dargestellt, die anstelle der Ausnehmung 10 in der zumindest einen Formgebungswand 8 eine Erhebung 20 aufweist, die radial nach innen über die Formgebungswand 8 vorspringt. Es ist damit möglich Sinterbauteile 2 herzustellen, die eine negative Balligkeit aufweisen, als eine Einformung, beispielsweise im Bereich der Zahnflanken.
Generell kann die Balligkeit, je nach Ausführung des Kalibrierwerkzeugs 1, auch am Zahnkopf eines Zahnrades bzw. verzahnten Sinterbauteils 1 vorliegen.
Es ist weiter möglich, dass das Kalibrieren des Sinterbauteils 2 heiß durchgeführt wird, wodurch die Ausbildung der Balligkeit vereinfacht wird.
Obwohl die voranstehenden Ausführungen auf äußere Oberflächen von Sinterbauteilen 2 bezogen sind, insbesondere auf Außenverzahnungen von Sinterbauteilen 2, besteht die Möglichkeit, Innenverzahnungen bzw. innere Oberflächen von Sinterbauteilen 2 mit derartigen Balligkeiten zu versehen. Es wird dazu ein Kernstift mit einer entsprechend geformten Oberfläche, also mit einer, eine Balligkeit aufweisenden Oberfläche, verwendet. Dieser Kernstift kann muss jedoch nicht fixiert sein, wie der voranstehend genannte Kernstift 13. Es ist also möglich, dass sich dieser Kernstift in der Axialrichtung 6 auf und ab bewegen kann.
Das nach dem Verfahren hergestellte, kalibrierte und mit einer Balligkeit versehene Sinterbauteil 2 wird nach dem Kalibrieren bevorzugt nicht oberflächenverdichtet. Ebenso erfolgt bevorzugt keine Hart-/Feinbearbeitung der kalibrierten Oberfläche. Es sind jedoch verschiedene Wärmebehandlungen, wie diese im Bereich der Herstellung von Sinterbauteilen 2 bekannt sind, nach dem Kalibrieren anwendbar.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten des Kalibrierwerkzeuges 1, 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 Kalibrierwerkzeuges 1 dieses bzw. dessen Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
Bezugszeichenliste

1: Kalibrierwerkzeug
2: Sinterbauteil
3: Zahn
4: Verzahnung
5: Werkzeughalter
6: Axialrichtung
7: Ausnehmung
8: Formgebungswand
9: Formgebungsraum
10: Ausnehmung
11: Oberstempel
12: Unterstempel
13: Kernstift
14: Einführöffnung
15: Bereich
16: Rundungsradius
17: Stirnfläche
18: Stirnfläche
19: Umformkante
20: Erhebung

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 Patentliteratur

DE 3219674 A1 [0003]
DE 1817649 A1 [0004]
DE 2060579 A1 [0004]
AT 508990 B1 [0004]
WO 2008/116243 A1 [0004]
US 6517772 B1 [0004]
JP 2008-049384 A [0005]
DE 1966067 A1 [0005]
DE 2004222 A1 [0005]
DE 1652654 A1 [0005]
FR 2385480 A1 [0005]
GB 2146590 A [0005]
CH 564999 A5 [0005]
DE 2948106 A1 [0005]
US 6289586 B1 [0005]
AT 50550/2013 A [0006, 0009, 0051]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm DIN 3960 [0033]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Balligkeit auf einem, aus einem Sinterpulver hergestellten Sinterbauteil (2), insbesondere auf Zähnen eines eine Verzahnung aufweisenden Sinterbauteils (2), durch Kalibrieren des Sinterbauteils (2), wozu das gesinterte Sinterbauteil (2) in ein Kalibrierwerkzeug (1) eingeführt wird, das einen Formgebungsraum (8) mit zumindest einer Formgebungswand (9) aufweist, wobei in der Formgebungswand (9) eine zur herzustellenden Balligkeit des Sinterbauteils (2) inverse Balligkeit ausgebildet ist, und nach dem Kalibrieren wieder aus dem Kalibrierwerkzeug (1) entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Formgebungsraums (9) des Kalibrierwerkzeugs (1) zumindest für die Zeitspanne beginnend mit dem Einführen des Sinterbauteils (2) in das und endend nach der Entnahme des Sinterformteils (2) aus dem Kalibrierwerkzeug (1) unverändert beibehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein einteiliges Kalibrierwerkzeug (1) aus einem starren Werkstoff verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung zur Herstellung der Balligkeit unmittelbar anschließend an das Sintern des Sinterpulvers durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kalibrierwerkzeug (1) verwendet wird, das einen zylindrischen Bereich (15) aufweist, der unmittelbar an eine Einführöffnung (14) des Kalibrierwerkzeuges (1) für das Sinterbauteil (2) anschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kalibrierte Oberfläche des Sinterbauteils (2) während des Kalibrierens und/oder während des Entfernens des Sinterbauteils (2) aus dem Kalibrierwerkzeug (1) zumindest bereichsweise oberflächenverdichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kalibrierwerkzeug (1) verwendet wird, das zwischen dem zylindrischen Bereich (15) und dem Bereich mit der zu der Balligkeit des Sinterbauteils (2) inversen Balligkeit eine Umformkante (19) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kalibrierwerkzeug (1) verwendet wird, dessen zu der auf dem Sinterbauteil (2) herzustellenden Balligkeit inverse Balligkeit in axialer Richtung symmetrisch ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kalibrierwerkzeug (1) verwendet wird, dessen zu der auf dem Sinterbauteil (2) herzustellenden Balligkeit inverse Balligkeit in axialer Richtung asymmetrisch ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Radius der Rundung der inversen Balligkeit in Richtung von einer ersten Stirnfläche (17) auf eine zweite Stirnfläche (18) des Kalibrierwerkzeuges (1) größer wird.