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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum umformtechnischen Erzeugen eines Bauteils.
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Im Stand der Technik ist es bekannt, Geometrien in metallischen Bauteilen mittels Kalt- oder Warmumformung zu erzeugen. Es kann auch eine Kombination von Kalt- und Warmumformung vorgenommen werden, bei der zunächst warm vorgepresst und anschließend kalt fertig gepresst wird. Überdies ist auch die Halbwarmumformung bekannt. Dabei werden Umformvorgänge, die bei einer Temperatur oberhalb 1.000 °C stattfinden, als Warmumformung (im Englischen als hot forging bekannt) bezeichnet. Nach einer Warmumformung ist im Stand der Technik an den Funktionsflächen üblicherweise eine Kaltumformung oder eine Zerspanung erforderlich. Bei Temperaturen zwischen 700 °C und 900 °C (gelegentlich auch bis 1.050 °C) handelt es sich um Halbwarmumformungen (im Englischen: warm forging). Die Kaltumformung führt in der Regel zu einer hohen Genauigkeit, wohingegen bei der Warmumformung geringere Umformkräfte erforderlich sind und sich höhere Umformgrade erzielen lassen.
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Ein im Stand der Technik bekannter Fertigungsablauf ist durch folgende Schritte gegeben: Warmumformen, Strahlen, Weichglühen, Strahlen, Beschichten, Halbwarmumformen, Zerspanen, Einsatzhärten, Strahlen und Hartbearbeiten.
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Ein alternativer Ablauf sieht vor: Warmumformen, Weichglühen, Strahlen, Beschichten, Kaltumformen, Zerspanen, Einsatzhärten, Strahlen und Hartbearbeiten.
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Nachteilig am Stand der Technik ist somit, dass die Prozessketten zur Erzeugung von Bauteilen, bei denen eine Warm-/Kalt- oder eine Warm-/Halbwarm-Umformung und eine anschließende Einsatzhärtung stattfinden, viele Einzelschritte aufweisen. Dies führt zu einer entsprechend langen Herstellungszeit, erhöht die Kosten und ist auch in energetischer Hinsicht nachteilig, da für jeden Schritt Energie aufgewendet werden muss.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die umformtechnische Erzeugung von Bauteilen im Hinblick auf die Energiebilanz zu verbessern.
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Die Erfindung löst die Aufgabe gemäß einer ersten Lehre durch ein Bauteil. Gemäß einer zweiten Lehre wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum umformtechnischen Erzeugen eines Bauteils gelöst.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Bauteil, welches umformtechnisch aus einem Rohling erzeugt worden ist, wobei der Rohling einen Kohlenstoffanteil größer als 0,2 Gewichtsprozent aufweist. In einer Ausgestaltung weist der Rohling vorzugsweise einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,4 Gewichtsprozent und 0,7 Gewichtsprozent auf.
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Der Rohling, aus dem das Bauteil durch Umformverfahren erzeugt worden ist, besteht somit nicht aus einem üblichen oder gängigen Einsatzhärtestahl, weil er über einen höheren Kohlenstoffanteil verfügt.
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Um Stahl härter und somit verschleißfester zu machen, sind verschiedene Wärmebehandlungsmethoden bekannt. Ein bedeutender Einflussfaktor ist der Anteil von Kohlenstoff im Stahl, der durch spezielle Effekte unter Temperatureinwirkung und anschließender Abkühlung den Stahl „härtet“. Dabei kommt im Stand der Technik der sog. Einsatzhärtestahl zur Anwendung. Dabei handelt es sich um Stahl mit einem relativ geringen Kohlenstoffanteil, der typischerweise kleiner als 0,2 Gewichtsprozent ist. Um den Stahl bzw. die Bauteile zu härten, wird Kohlenstoff zugeführt. Dies geschieht über einen längeren Zeitraum und bei entsprechenden Temperaturen in einer kohlenstoffhaltigen Atmosphäre. Der Kohlenstoff diffundiert langsam in das Bauteil bis zu einer gewissen Tiefe ein, die von der Zeitdauer der Behandlung abhängig ist. Durch Temperatur- und Abkühlungseffekte wird das Bauteil an den Stellen gehärtet, zu denen der Kohlenstoff eindiffundiert ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Bauteil wird für den Rohling ein höherkohlenstoffhaltiger Stahl verwendet, der über einen z. B. für eine Wärmebehandlung ausreichend hohen Kohlenstoffanteil verfügt.
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Eine Ausgestaltung des Bauteils sieht vor, dass es sich bei dem Bauteil um ein Differentialkegelrad handelt. Die Besonderheit dieser Ausgestaltung besteht darin, dass eine komplexe Struktur wie die eines Differentialkegelrads aus einem Material mit einem hohen Kohlenstoffgehalt erzeugt wird.
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Eine Ausgestaltung des Bauteils besteht darin, dass der Rohling in Stangenform vorliegt.
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Eine Ausgestaltung des Bauteils sieht vor, dass das Bauteil zumindest mit folgenden Schritten aus dem Rohling erzeugt worden ist: dass in einem ersten Schritt der Rohling auf eine Temperatur - vorzugsweise zwischen 800 °C und 1.050 °C - oberhalb einer Temperatur erwärmt worden ist, bei welcher eine Austenitisierung des Rohlings beginnt, dass in einem zweiten Schritt der im ersten Schritt erwärmte Rohling abgeschert und fertig umgeformt worden ist, und dass in einem dritten Schritt der umgeformte Rohling einer kontrollierten Abkühlung unterzogen worden ist.
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Im zweiten Schritt wird insbesondere keine solche Erwärmung ausgeführt, sodass es sich um eine Warmumformung handeln würde. Der zweite Schritt umfasst in einer Ausgestaltung eine Halbwarmumformung. Durch die Halbwarmumformung (die Temperatur liegt unterhalb von 1.050 °C) zu Beginn des Herstellungsverfahrens anstelle der im Stand der Technik üblichen Warmumformung können im Stand der Technik erforderliche Umformschritte und beispielsweise auch - für den Fall eines Rohlings aus einem höherkohlenstoffhaltigen Stahl - ein Einsatzhärten entfallen. So wäre es im Stand der Technik bei einem Rohling aus einem Einsatzstahl bei einer Halbwarmumformung erforderlich, das Einsatzhärten durchzuführen. Dieser Schritt entfällt bei einem Rohling aus einem höherkohlenstoffhaltigen Stahl. Als Vorteil ergibt sich eine verkürzte Fertigungszeit und ein reduzierter Energiebedarf. Die Erfindung zeichnet sich somit vorteilhafterweise durch Ressourceneffizienz und durch die Reduzierung des Energiebedarfs aus.
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Die Halbwarmumformung erfolgt mit einer Temperatur oberhalb einer Temperatur, bei welcher eine Austenitisierung des Materials des Rohlings beginnt. Dieser untere Temperaturwert der Austenitisierung ist dabei materialabhängig und liegt bei den meisten Werkstoffen zwischen ungefähr 850 °C und 1.050 °C. Dabei versteht man unter Austenitisierung, dass infolge einer Wärmebehandlung von Eisen Ferrit zu Austenit gewandelt wird, dass also die Umwandlung einer kubisch-raumzentrierten Kristallstruktur zu einem Mischkristall, der aus Eisen und Kohlenstoff besteht, stattfindet. Der Temperaturbereich, in welchem die Austenitisierung stattfindet, erstreckt sich dabei bis zum Schmelzpunkt des jeweiligen Materials. Die Temperatur der Halbwarmumformung liegt jedoch unterhalb des Schmelzpunkts. In einer Ausgestaltung liegt die Temperatur der Halbwarmumformung bei maximal 1.050 °C. Ein Vorteil einer Halbwarmumformung oberhalb der vorgenannten Temperatur der beginnenden Austenitisierung besteht darin, dass - insbesondere in Verbindung mit einer Wärmebehandlung - komplexe Geometrien im Rohling erzeugt und entsprechende Bauteile gefertigt werden können.
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Eine Ausgestaltung des Bauteils besteht darin, dass der zweite Schritt ein Netshape-Umformverfahren ist. Handelt es sich bei dem Bauteil um ein Differentialkegelrad, so stellt die Umformung oberhalb der Temperatur der beginnenden Austenitisierung in Kombination mit dem Schmieden der fertigen Funktions-Geometrie im zweiten Schritt vorzugsweise unter Anwendung einer Netshape-Umformung eine Besonderheit im Vergleich mit dem Stand der Technik dar. Die Funktions-Geometrie ist beispielsweise bei einem Kegelrad durch die Verzahnung gegeben.
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Eine Ausgestaltung des Bauteils sieht vor, dass das Bauteil ein solches vorgegebenes Kerngefüge aufweist, wie es durch die Abkühlung im dritten Schritt erzeugt worden ist. Durch die gezielte Abkühlung im dritten Schritt wird im Bauteil ein gewünschtes Kerngefüge erzeugt. Die Kohlenstoffverteilung erfährt dabei im dritten Schritt im Wesentlichen keine Änderung und ist insbesondere bei der Verwendung eines höherkohlenstoffhaltigen Stahls für den Rohling über den Querschnitt des Bauteils im Wesentlichen konstant.
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Eine Ausgestaltung des Bauteils besteht darin, dass in dem dritten Schritt ein vorgegebenes Kerngefüge erzeugt worden ist, und dass das vorgegebene Kerngefüge bezogen ist auf Anwendungscharakteristika des Bauteils. Die Anwendungscharakteristika beziehen sich dabei z. B. auf die Härte, die Zähigkeit oder die Dauerfestigkeit, die das Bauteil für die Anwendung aufzuweisen hat.
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Eine Ausgestaltung des Bauteils sieht vor, dass vor dem ersten Schritt keine sich auf Materialeigenschaften auswirkende Erwärmung des Rohlings durchgeführt worden ist. Dabei kann der Rohling selbst bei seiner Erzeugung eine Erwärmung erfahren haben. Dies wäre jedoch nicht Teil des Herstellungsverfahrens des erfindungsgemäßen Bauteils. Der Rohling ist somit weiterhin nur durch seinen Kohlenstoffgehalt größer als 0,2 Gewichtsprozent gekennzeichnet. Erfindungsgemäß ist jedoch vor dem ersten Schritt keine Vorerwärmung erforderlich.
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Eine Ausgestaltung des Bauteils besteht darin, dass im zweiten Schritt eine Laufverzahnung umformtechnisch erzeugt worden ist. Die Laufverzahnung ist in dieser Ausgestaltung eine Funktions-Geometrie des Bauteils, die im zweiten Schritt umformtechnisch erzeugt wird.
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Eine Ausgestaltung des Bauteils sieht vor, dass eine im zweiten Schritt erzeugte Funktions-Geometrie keine weitere formverändernde Bearbeitung erfahren hat. Durch den zweiten Schritt hat das Bauteil somit seine endgültige Funktions-Geometrie erhalten. Weitere umformtechnische oder spanabhebende Bearbeitungen zur Erzeugung der gewünschten Funktions-Geometrie sind nicht mehr erforderlich. Handelt es sich bei dem Bauteil beispielsweise um ein Kegelrad, so handelt es sich bei der Funktions-Geometrie um die Verzahnung, die im zweiten Schritt vollständig erzeugt wird. Weitere Bearbeitungsschritte, die auch besondere Geometrien erzeugen, können in den unterschiedlichen Ausgestaltungen dem zweiten Schritt folgen. Dies bezieht sich dann jedoch auf andere Abschnitte des Bauteils und nicht auf die Funktions-Geometrie. So wird in dem Beispiel Kegelrad die Verzahnung nicht umgeformt oder einer Zerspanung unterzogen.
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Eine Ausgestaltung des Bauteils besteht darin, dass der Rohling in dem zweiten Schritt über Wärme verfügt, die in den Rohling in dem ersten Schritt eingebracht worden ist. Dies spart die aufzuwendende Energie ein. In dieser Ausgestaltung ist die Halbwarmumformung des zweiten Schritts also Teil einer verketteten Wärmebehandlung. In dem somit Umformung und Wärmebehandlung kombiniert werden, ergibt sich ein sehr effizienter und ressourcenschonender Gesamtprozess.
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Eine Ausgestaltung des Bauteils sieht vor, dass eine Vertiefung im Rohling erzeugt worden ist, und dass nach dem dritten Schritt eine spanabhebende Bearbeitung der Vertiefung erfolgt ist. In einer Ausgestaltung ist die Vertiefung im zweiten Schritt und/oder umformtechnisch erzeugt worden. In einer Ausgestaltung ist die Vertiefung eine durchgehende Bohrung. In einer alternativen Ausgestaltung verfügt die Vertiefung über einen Boden.
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Eine Ausgestaltung des Bauteils besteht darin, dass nach dem dritten Schritt eine spanabhebende Bearbeitung einer von der im zweiten Schritt erzeugten Funktions-Geometrie abgewandten Seite des Rohlings erfolgt ist. In dieser Ausgestaltung wird die Rückseite der Funktions-Geometrie oder z. B. die Unterseite, wenn die Funktions-Geometrie auf der Oberseite angeordnet ist, spanabhebend bearbeitet.
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Eine Ausgestaltung des Bauteils sieht vor, dass nach dem dritten Schritt eine im zweiten Schritt erzeugte Funktions-Geometrie des Rohlings zumindest teilweise einer Induktionshärtung unterzogen worden ist. Durch die Induktionshärtung wird die Oberfläche in Bezug auf ihre Härte auf einen gewünschten Wert und auf einen gewünschten Härteverlauf gebracht.
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Eine Ausgestaltung des Bauteils besteht darin, dass das Bauteil eine durch die Induktionshärtung erzeugte Martensitbildung sowie eine Ansprunghärte gemäß dem Kohlenstoffgehalt aufweist, und dass die Martensitbildung bezogen ist auf Anwendungscharakteristika - insbesondere Härte und/oder Zähigkeit und/oder Dauerfestigkeit - des Bauteils.
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Eine Ausgestaltung des Bauteils sieht vor, dass nur Zähne der im zweiten Schritt erzeugten Funktions-Geometrie der Induktionshärtung unterzogen worden sind. In dieser Ausgestaltung verfügt die Funktions-Geometrie über Zähne. Die Zähne sind somit in dieser Ausgestaltung eine besondere Form der Funktionsflächen der Funktions-Geometrie. Daher sind in einer allgemeinen Ausgestaltung nur die Funktionsflächen der im zweiten Schritt erzeugten Funktions-Geometrie der Induktionshärtung unterzogen worden. Die Funktionsflächen sind dabei vor allem die Abschnitte oder Bereiche der Funktions-Geometrie, die in der Anwendung des Bauteils der größten mechanischen Belastung ausgesetzt sind.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind alle Abschnitte des Bauteils, die in der Anwendung einer mechanischen Belastung, z. B. durch den Kontakt mit anderen Bauteilen unterliegen einer Induktionshärtung unterzogen worden.
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Eine Ausgestaltung des Bauteils besteht darin, dass Zähne und Zwischen-Abschnitte zwischen den Zähnen der im zweiten Schritt erzeugten Funktions-Geometrie der Induktionshärtung unterzogen worden sind.
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Eine Ausgestaltung des Bauteils sieht vor, dass Funktionsflächen und Zwischen-Abschnitte zwischen den Zähnen der im zweiten Schritt erzeugten Funktions-Geometrie der Induktionshärtung unterzogen worden sind.
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Eine Ausgestaltung des Bauteils sieht vor, dass das Bauteil jeweils in einem Kopfbereich der Zähne eine höhere Eindringtiefe an gehärtetem Material als in den zughörigen Fußbereichen aufweist. Die Flanken der Zähne zwischen dem Kopfbereich und den zugehörigen Fußbereichen kann eine veränderlich Eindringtiefe aufweisen.
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Eine Ausgestaltung des Bauteils besteht darin, dass das Bauteil nach dem dritten Schritt zumindest teilweise einer Oberflächenbehandlung unterzogen - insbesondere gestrahlt - worden ist.
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Eine Ausgestaltung des Bauteils sieht vor, dass das Bauteil über einen im Wesentlichen konstanten Kohlenstoffgehalt verfügt, und dass eine Härte des Bauteils in Richtung der Außenseite höher als in einem Kernbereich ist. Das Bauteil verfügt somit über einen Verlauf der Härte, der von außen nach innen abnimmt und der vergleichbar mit dem Verlauf ist, wie er gemäß Stand der Technik aus Rohlingen aus Einsatzhärtestahl erzeugt wird. Der Kohlenstoffgehalt ist jedoch - im Gegensatz zu den Bauteilen gemäß dem Stand der Technik - im Wesentlichen konstant über das ganze Bauteil. Dies ist ein deutlicher Unterschied und dies ergibt sich daraus, dass ein Rohling mit einem höheren Kohlenstoffanteil verwendet wird.
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Eine Ausgestaltung des Bauteils besteht darin, dass das Bauteil frei von einem Aufkohlungsprozess erzeugt worden ist.
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Gemäß einer zweiten Lehre löst die Erfindung die Aufgabe durch ein Verfahren zum umformtechnischen Erzeugen eines Bauteils - insbesondere eines Differentialkegelrad - aus einem Rohling, wobei der Rohling einen Kohlenstoffanteil größer als 0,2 Gewichtsprozent - vorzugsweise zwischen 0,4 Gewichtsprozent und 0,7 Gewichtsprozent - aufweist, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte aufweist: dass in einem ersten Schritt der Rohling auf eine Temperatur - vorzugsweise zwischen 800 °C und 1.050 °C - oberhalb einer Temperatur des Rohlings erwärmt wird, bei welcher eine Austenitisierung stattfindet, dass in einem zweiten Schritt der im ersten Schritt erwärmte Rohling abgeschert und fertig umgeformt wird, und dass in einem dritten Schritt der umgeformte Rohling einer kontrollierten Abkühlung unterzogen wird.
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Im vorangehenden und folgenden Text sind Ausgestaltungen des Bauteils und der für die Herstellung des Bauteils ausgeführten Prozessschritte diskutiert. Die dortigen Ausführungen gelten entsprechend auch für das Verfahren, sodass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
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Eine Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass im zweiten Schritt ein Netshape-Umformverfahren ausgeführt wird.
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Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass im dritten Schritt ein vorgegebenes Kerngefüge erzeugt wird. In einer Ausgestaltung wird im dritten Schritt im Wesentlichen keine Änderung der Kohlenstoffverteilung vorgenommen. Die Kohlenstoffverteilung ist dabei insbesondere bei der Verwendung eines Rohlings aus einem Stahl mit einem höheren Kohlenstoffgehalt im Wesentlichen konstant über den gesamten Querschnitt des Bauteils.
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Eine Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass im zweiten Schritt eine Laufverzahnung umformtechnisch erzeugt wird.
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Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass in dem ersten Schritt Wärme in den Rohling eingebracht wird, und dass die eingebrachte Wärme beim zweiten Schritt verwendet wird.
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Eine Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass - vorzugsweise im zweiten Schritt und/oder vorzugweise umformtechnisch - eine Vertiefung - insbesondere eine durchgehende Bohrung - im Rohling erzeugt wird, und dass nach dem dritten Schritt die Vertiefung spanabhebend bearbeitet wird.
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Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass nach dem dritten Schritt eine von der im zweiten Schritt erzeugten Funktions-Geometrie abgewandten Seite des Rohlings spanabhebend bearbeitet wird.
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Eine Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass nach dem dritten Schritt eine im zweiten Schritt erzeugte Funktions-Geometrie des Rohlings zumindest teilweise einer Induktionshärtung unterzogen wird.
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Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass nur Zähne der im zweiten Schritt erzeugten Funktions-Geometrie der Induktionshärtung unterzogen werden. In einer alternativen Ausgestaltung werden Zähne und Zwischen-Abschnitte zwischen den Zähnen der im zweiten Schritt erzeugten Funktions-Geometrie der Induktionshärtung unterzogen.
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Eine Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass das Bauteil nach dem dritten Schritt zumindest teilweise einer Oberflächenbehandlung unterzogen - insbesondere gestrahlt - werden.
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Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Bauteil und das erfindungsgemäße Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:
- 1 einen Schnitt durch einen Rohling sowie eine räumliche Darstellung eines erfindungsgemäß erzeugten Bauteils,
- 2 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Bauteil,
- 3 einen vergrößerten Ausschnitt eines Schnitts eines Bauteils im Bereich eines Zahns,
- 4 einen schematischen Verlauf des Kohlenstoffanteils entlang der Tiefe des Bauteils von der Außenfläche zum Kernbereich für einen einsatzgehärteten Stahl sowie einen erfindungsgemäß verwendeten Stahl und
- 5 einen schematischen Ablauf der Herstellungsschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die 1 a) zeigt einen Schnitt durch einen Rohling 1, der kreiszylindrisch ausgestaltet ist und bei dem es sich um ein Stangenmaterial handelt.
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Die 1 b) zeigt ein aus einem solchen Rohling 1 entstandenes Bauteil 2 in Form eines Kegelrads.
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Die Funktions-Geometrie 20, die für die eigentliche Funktion des Bauteils 2 erforderlich ist und die hierfür besonders sorgfältig erzeugt sein muss, besteht aus einer Verzahnung mit einander abwechselnden Zähnen und Tälern. Dies ist insgesamt die Laufverzahnung 21 des Kegelrads 2.
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In der Mitte des Bauteils 2 befindet sich eine durchgehende Vertiefung 22 oder Aussparung. Diese Aussparung 22 sowie die von der Funktions-Geometrie 20 abgewandte Rück- oder Unterseite 23 sind dabei teilweise spanend erzeugt oder zumindest nachbearbeitet worden. Dies im Gegensatz zu der Laufverzahnung 21, die einmalig durch einen Umformschritt erzeugt wurde.
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Die hier zu sehende Außenseite 25 oder Oberfläche der Funktions-Geometrie 20 hat nach der Umformung lediglich eine Härtebehandlung erfahren.
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In der 2 ist ein Schnitt durch einen Rohling nach der Umformung und vor einem spanabhebenden Schritt dargestellt.
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Zu erkennen ist hier beispielsweise auf der rechten Seite die Verzahnung, die durch die Umformung erzeugt worden ist. Wie anhand der Längsachse zu erkennen, ist aus der zylindrischen Ursprungsform des Rohlings eine eher ringartige Struktur geworden.
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Von der Außenseite 25 bis zum Kerngefüge 26 als dem inneren Bereich des Bauteils liegt ein konstanter Kohlenstoffgehalt vor, der bedingt durch die Wahl des Materials des Rohlings oberhalb des Wertes von Einsatzstahl liegt.
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Die durchgehende Aussparung 22 ist in diesem Beispiel kreiszylindrisch ausgeführt. Alternativ kann die Aussparung ballig ausgeführt sein oder über eine Steckverzahnung verfügen. Durch die gestrichelten Linien ist angedeutet, dass die Aussparung 22 und die von der Funktions-Geometrie abgewandte Seite 23 spanabhebend bearbeitet werden. An diesen Stellen, die nicht für die eigentliche Funktion des Bauteils relevant sind, wird somit nicht nur umformtechnisch die Geometrie erzeugt, sondern sie wird spanabhebend erschaffen oder in den gewünschten Endzustand gebracht.
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Die 3 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch einen Zahn 200 der Funktions-Geometrie 20, also der Laufgeometrie.
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Angrenzend an den Zahn 200 befindet sich rechts und links jeweils ein Abschnitt 203, der auch als Tal beschrieben werden kann.
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Die gestrichelte Linie deutet den Verlauf der Härte von der Außenseite zum Kernbereich an (vgl. 2). Zu erkennen ist, dass sich die Eindringtiefe am Kopfbereich 201 viel tiefer als am Fußbereich 202 erstreckt. Somit ist also die Spitze oder der Kopf des Zahns 200 über einen größeren Bereich gehärtet worden als der Fußbereich 202 und damit auch die talförmigen Bereiche zwischen den Zähnen 200.
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In der 4 ist der Verlauf des Kohlenstoffanteils c bei einem einsatzgehärteten Stahl (durchgezogene Linie) sowie einem erfindungsgemäß verwendeten Stahl mit höherem Kohlenstoffanteil (gestrichelte Linie) prinzipiell dargestellt.
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Aufgetragen sind dabei die Werte über den Randabstand t. Wie die Vergrößerung eines Zahns verdeutlicht, wird der Randabstand t von der Oberfläche des Bauteils in Richtung des Kernbereichs gemessen (vgl. 2).
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Deutlich zu erkennen ist, dass der Kohlenstoffanteil über die gesamte Tiefe - also über jeden Randabstand t - beim Stahl mit höherem Kohlenstoffanteil den gleichen Wert aufweist. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass bereits der Rohling einen hohen Kohlenstoffgehalt aufweist und dass es nicht notwendig ist, durch einen Bearbeitungsprozess den Kohlenstoffgehalt zu erhöhen. Dies führt im Stand der Technik stets dazu, dass der Kohlenstoffgehalt am Rand höher als im Kernbereich ist, da der Kohlenstoff von der Oberfläche her in das Bauteil eingebracht worden ist. Dies zeigt die durchgezogene Linie für Einsatzhärtestahl. Bei dem Einsatzhärtestahl nimmt auch die Härte von außen nach innen, d.h. mit größerem Randabstand t, ab. Bei dem erfindungsgemäß verwendeten Stahl mit höherem Kohlenstoffanteil ergibt sich der Härteverlauf durch das beispielsweise durchgeführte Induktionshärten.
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Die 5 zeigt eine Ausführung eines Ablaufdiagramms des erfindungsgemäßen Umformverfahrens.
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Der Rohling wird im ersten Schritt 101 einer Erwärmung unterzogen. Der Rohling hat dabei in einer Variante einen Kohlenstoffanteil größer als 0,2 Gewichtsprozent.
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Im zweiten Schritt 102 wird die Funktions-Geometrie durch eine Halbwarmumformung fertig erzeugt. Dies erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur oberhalb derjenigen Temperatur, bei welcher die Austenitisierung des Materials des Rohlings stattfindet, jedoch unterhalb von 1.050 °C. Die Funktions-Geometrie benötigt anschließend keine die Geometrie beeinflussende Bearbeitung.
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Im dritten Schritt 103 wird der umgeformte Rohling einer kontrollierten Abkühlung unterzogen, der sich in einer Ausgestaltung eine spanabhebende Bearbeitung anschließt. In einer weiteren Behandlung erfolgt ein Induktionshärten zumindest eines Teils der Funktions-Geometrie.
