DE19531077A1 - Bauteil mit einer zumindest in Teilbereichen seiner Oberfläche erhöhten Rauheit für eine Preßverbindung mit einem Bauelement sowie Verfahren zu seiner Herstellung als Sinterteil aus Metallpulver - Google Patents
Bauteil mit einer zumindest in Teilbereichen seiner Oberfläche erhöhten Rauheit für eine Preßverbindung mit einem Bauelement sowie Verfahren zu seiner Herstellung als Sinterteil aus MetallpulverInfo
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Description
Drehfeste Verbindungen zwischen Bauteilen werden vielfach
als reibschlüssige Verbindungen ausgelegt. Die Normalkraft
wird durch Klemmen oder Pressen aufgebracht. Reibschluß
verbindungen zwischen Bauteilen bieten den Vorteil, daß
sie im Vergleich zu Formschlußverbindungen kostengünstig
herzustellen sind. Diese Verbindungen bieten je nach Be
lastung jedoch keine vollständige Spielfreiheit bzw.
Drehfestigkeit. Dies gilt insbesondere für schwankende
bzw. wechselnde Belastungen. In einigen Anwendungsberei
chen muß dann aus Sicherheitsgründen auf eine formschlüs
sige Verbindung zwischen den Bauelementen, beispielsweise
zwischen Nabe und Welle, zurückgegriffen werden. Bei ei
nem Viertakt-Verbrennungsmotor könnte zum Beispiel die
Verbindung Kettenrad-Nockenwelle als reibschlüssige Ver
bindung ausgelegt werden. Dadurch könnte der Einbau einer
Paßfeder vermieden werden. Geringfügige Relativbewegungen
zwischen Kettenrad und Nockenwelle sind jedoch nicht to
lerierbar, da dadurch eine Verstellung der Ventilsteuer
zeiten erfolgt und schlimmstenfalls ein Motorschaden ver
ursacht wird. Aufgrund der hieraus resultierenden Sicher
heitsanforderungen, die herkömmliche Reibschlußverbindun
gen nicht erfüllen können, muß auf eine formschlüssige
Verbindung von Kettenrad und Nockenwelle zurückgegriffen
werden. Auch bei anderen reibschlüssigen Verbindungen,
bei welchen der Reibschluß durch Flächenpressung erzeugt
wird, läßt die maximale Drehmoment- und Kraftübertragbar
keit oftmals zu wünschen übrig.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Bauteil mit wenig
stens einer zur Preßverbindung mit einem Bauelement vorge
sehenen Anlagefläche zu schaffen, welches eine drehfeste,
schlupffreie Verbindung ermöglicht, die eine hohe Drehmo
ment- und/oder Kraftübertragbarkeit gewährleistet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Bauteil
mit wenigstens einer zur Preßverbindung mit einer Gegen
fläche eines Bauelementes vorgesehenen Anlagefläche, die
als Rauhfläche ausgebildet ist, wobei die Rauhfläche durch
auf der Anlagefläche angeordnete Hartstoffpartikel gebil
det wird, die eine höhere Härte und Druckfestigkeit als
zumindest die Gegenfläche des Bauelementes aufweisen. Die
auf der zur Preßverbindung vorgesehenen Anlagefläche des
Bauteils angeordneten Hartstoffpartikel dringen bei Auf
bringung einer Normalkraft in wenigstens eine der beiden
gegeneinander liegenden Flächen ein und bewirken eine Ver
krallung bzw. "Verzahnung" der beiden Flächen miteinander.
Eine solche Verbindung kann hohe Drehmomente und Kräfte
übertragen. Im einfachsten Falle können die Hartstoffpar
tikel mit einem Klebstoff auf die Anlagefläche aufgebracht
worden sein. Bei Anziehen der Verbindung, d. h. bei Auf
bringung einer Normalkraft zur Erzeugung einer Flächen
pressung, dringen die Hartstoffpartikel sowohl in das
Bauelement als auch in das Bauteil ein, so daß hierdurch
ein mikroskopischer Formschluß zwischen Bauelement und
Bauteil erzeugt wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das
Bauteil als pulvermetallurgisch hergestelltes Bauteil aus
gebildet und die Hartstoffpartikel bilden einen festen
Verbund mit der Anlagefläche. Die Herstellung eines sol
chen Bauteils ist besonders kostengünstig, weil die Ver
fahren zur Herstellung von Sinterbauteilen eine Vielzahl
von Verfahrensschritten umfassen, welche für die Erzeu
gung einer Rauhfläche ausgenutzt werden können. Dadurch
entfallen Arbeitsvorgänge, die bei herkömmlichen Stahl
bauteilen Fertigungszeit in Anspruch nehmen würden. Ein
pulvermetallurgisch hergestelltes Bauteil wird durch Ver
dichten eines Metallpulvers in einer Form, anschließendes
Sintern und gegebenenfalls anschließendes Kalibrieren,
d. h. maßhaltig Pressen, hergestellt. Sowohl beim Herstel
len der Grundform des Sinterbauteils als auch beim Sin
tern oder Kalibrieren ergeben sich Möglichkeiten, eine
Rauhfläche gemäß der Erfindung vorzusehen.
Als Hartstoff können Metalloxide vorgesehen sein. Hier
können Aluminiumoxide, beispielsweise Korunde oder Eisen
oxide Anwendung finden.
Zweckmäßigerweise sind als Hartstoff Metallcarbide vorge
sehen. Es kommt beispielsweise die Verwendung von Wolfram
carbid als Hartstoff in Betracht.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird weiterhin
gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Sinter
bauteils aus Metallpulver mit einer zumindest in Teilbe
reichen seiner Oberfläche erhöhten Rauheit, welches sich
dadurch auszeichnet, daß auf den vorgeformten Grünling
ein sinterfähiges Gemisch aufgetragen wird, das einen Hart
stoffanteil enthält, und daß der mit dem Auftrag versehene
Grünling anschließend gesintert wird. Hier wird ein fester
Verbund des Hartstoffs mit der Oberfläche des Sinterbau
teils erzielt. Dabei macht sich das erfindungsgemäße Ver
fahren zunutze, daß ohnehin ein Sintern erforderlich ist.
Es muß lediglich in einem Zwischenschritt auf den vorge
formten Grünling ein entsprechendes Pulvergemisch mit
einem Hartstoffanteil aufgetragen werden.
Vorzugsweise wird als sinterfähiges Gemisch ein metalli
sches Sinterpulver mit eine flüssige Phase bildenden Le
gierungskomponenten verwendet. Beim Sintern wird dann
eine innige Verbindung des die Rauhfläche bildenden Ge
misches mit der Oberfläche des Bauteils erzielt.
Der Zusatz von eine flüssige Phase bildenden Legierungs
komponenten ist nicht zwingend. Es können auch Sintermi
schungen verwendet werden, die ohne Zusatz von solchen
Legierungskomponenten eine ausreichende Sinteraktivität
besitzen.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird
das sinterfähige Gemisch mit einem zumindest pastösen
Bindemittel aufgetragen. Die Viskosität des Gemisches
kann dabei durch Zugabe von Lösungsmitteln eingestellt
werden. Ein solches Gemisch läßt sich besonders einfach
auftragen.
Das Aufbringen des Hartstoffauftrags kann dabei unter Ver
wendung einer Schablone erfolgen. Das Gemisch kann dann
entweder aufgespritzt oder mit einem Stempel aufgebracht
werden. Es ist ebenfalls möglich, das Gemisch im Siebdruck
verfahren aufzubringen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfin
dung kann das sinterfähige Gemisch als Vlies mit kunst
stoffgebundenem Pulver aufgebracht werden. Für derartige
Anwendungen sind kunststoffgebundene Hartstoff-Lotform
teile bekannt, die als Vliesformteile erhältlich sind.
Diese können je nach Form und Ausdehnung der zu erzeugen
den Rauhfläche vorgefertigt sein. Sie lassen sich kontu
rengenau und randscharf auf das Substrat, d. h. auf den
vorgeformten Grünling, aufbringen.
Bei nach dem Sintern zu kalibrierenden Bauteilen ist es
zweckmäßig, wenn die mit dem Hartstoffauftrag versehenen
Flächenbereiche beim Kalibrieren ausgelassen werden.
Eine weitere Lösung der Aufgabe sieht ein Verfahren zur
Herstellung eines Sinterbauteils mit einer zumindest in
Teilbereichen seiner Oberfläche erhöhten Rauheit vor, wel
ches sich auszeichnet durch das teilweise Auftragen eines
Hartstoffpulvers und durch das Einpressen der Hartstoff
partikel in die Bauteiloberfläche während des Kalibrier
vorgangs, wobei die Eindringtiefe der Hartstoffpartikel
so begrenzt wird, daß die Hartstoffpartikel eine Rauhflä
che bilden. Für die meisten Anwendungsfälle müssen fertig
gesinterte Bauteile aufgrund der Formänderung beim Sintern
kalibriert werden, d. h. durch Pressen oder durch Stoßen
mit einem Kalibrierstempel auf ihr Endmaß gebracht werden.
Bei einem solchen Verfahren ist es lediglich erforderlich,
die Hartstoffpartikel kurz vor dem Kalibriervorgang aufzu
bringen. Der Auftrag kann dabei sowohl in loser Schüttung
als auch mit einem Bindemittel erfolgen.
Zweckmäßigerweise erfolgt das Einpressen der Hartstoff
partikel über einen gestuften Stempel, der diese zum Teil
in die Bauteiloberfläche eindrückt. Der Stempelweg kann
dabei durch eine Stempelstufe in der Bewegung begrenzt
werden, welche auf einen nicht mit Partikeln belegten Be
reich aufsetzt.
Als weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden
Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterbau
teils mit einer zumindest in Teilbereichen seiner Oberflä
che erhöhten Rauheit vorgesehen, welches sich dadurch aus
zeichnet, daß eine Rauhfläche durch Prägen beim Pressen
des Grünlings oder beim Kalibrieren des fertiggesinterten
Bauteils erzeugt wird. Die entsprechende Andruckfläche des
Kalibrierstempels kann hierfür mit einer Mikroprofilierung
versehen sein. Bei der Erzeugung der Flächenpressung zwi
schen einem so geprägten Bauteil und einem Bauelement wird
zwischen den aufeinanderliegenden Anlageflächen ebenfalls
ein Formschluß im mikroskopischen Bereich erzeugt. Dadurch
wird die Kraft- und Momentenübertragbarkeit wesentlich er
höht.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Bauteil, vorzugs
weise Sinterbauteil, mit wenigstens einer zur Preßverbin
dung mit einer Gegenfläche eines Bauelements versehenen
Anlagefläche, die in Teilbereichen mit einem Oberflächen
auftrag versehen ist, der aus einem Werkstoff besteht,
welcher durch Aufbringen einer Normalkraft bei Herstellen
der Preßverbindung zwischen der Gegenfläche und der Anla
gefläche plastisch verformbar ist. Bei Aufbringen einer
Normalkraft bzw. Klemmkraft beginnt der Werkstoff des
Oberflächenauftrags zu fließen und füllt die Oberflächen
unebenheiten der Gegenfläche des Bauelements aus. Dabei
wird die natürliche Rauheit, d. h. beispielsweise die auf
grund spanabhebender Bearbeitung entstandene Rauheit des
Bauelements ausgenutzt. Soll die Preßverbindung ein Dreh
moment übertragen, so nimmt der Oberflächenauftrag einen
Teil der Scherkräfte auf.
Vorzugsweise ist der Oberflächenauftrag auf die als Anla
gefläche dienende Oberfläche des Bauteils aufgesintert.
Beispielsweise kann der Oberflächenauftrag aus aufgesin
tertem unlegiertem Eisen gebildet sein. Das reine Eisen
besitzt eine ausreichende Duktilität, so daß es sich bei
Aufbringen einer Preßkraft plastisch verformt. Der Ober
flächenauftrag kann beispielsweise in Form eines Musters
auf die Anlagefläche aufgebracht sein.
Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise anhand von
in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen er
läutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine als drehfeste reibschlüssige Ver
bindung ausgelegte Anordnung eines Rades
auf einem Wellenende, wobei die Anlage
fläche des Rades an der Welle als Rauh
fläche gemäß der Erfindung ausgebildet
ist,
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Auftrags
aus einem sinterfähigen Gemisch mit einem
Hartstoffanteil auf einen vorgeformten
Grünling vor dem Sintern,
Fig. 3 den in Fig. 2 schematisch dargestellten
Auftrag nach dem Sintern und
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines ge
stuften Kalibrierstempels in Bezug auf
ein zu kalibrierendes Sinterbauteil mit
einem Hartstoffpartikelauftrag.
In Fig. 1 ist ein für eine Preßverbindung ausgebildetes
Bauteil mit 1 dargestellt, das mit einem Bauelement 2,
beispielsweise einer Welle, verbunden ist. Das Bauteil 1
ist als Rad zur Kraftübertragung auf die Welle 2 ausge
bildet. Bauteil 1 und Welle 2 sind über eine Schraube 3
gegeneinander gepreßt. Über das Bauteil 1 soll ein Dreh
moment auf die Welle 2 übertragen werden. Die Verbindung
zwischen Bauteil 1 und Welle 2 ist als Reibschlußverbin
dung ausgebildet, wobei die hierfür notwendige Flächen
pressung über die Schraube 3 aufgebracht wird. Der Haft
reibungskoeffizient zwischen dem Bauteil 1 und der Welle 2
ist dadurch erhöht, daß die Anlagefläche 4 des Bauteils 1
an der Welle 2 als Rauhfläche ausgebildet ist. Auf der
Anlagefläche 4 des Bauteils 1 sind Hartstoffpartikel an
geordnet, die zumindest eine größere Härte und Druckfestig
keit als der Werkstoff der Welle 2 aufweisen. Diese Hart
stoffpartikel können beispielsweise durch einen organi
schen Klebstoff auf die Anlagefläche 4 aufgetragen worden
sein. Da die Klebstoffschicht bei Scherbeanspruchung kei
ne Momente übertragen kann, müssen die Hartstoffpartikel
in diesem Falle sowohl härter als der Werkstoff der Welle 2
als auch härter als der Werkstoff des Bauteils 1 sein.
Bei Aufbringen einer Normalkraft über das Schraubenanzugs
moment drücken sich die Hartstoffpartikel in die Anlage
fläche 4 und in die entsprechende Gegenfläche der Welle 2.
Hierdurch wird eine "Verzahnung" der aufeinander gepreßten
Flächen miteinander bewirkt, so daß eine Relativbewegung
zwischen dem als Rad ausgebildeten Bauteil 1 und der Welle
2 nicht mehr möglich ist, wenn das Schraubenanzugsmoment
entsprechend gewählt ist.
Die vorstehend beschriebene Preßverbindung ist als lösbare
Verbindung im Sinne einer Klemmverbindung unter Aufbrin
gung einer andauernden Klemmkraft zu verstehen. Die auf
einanderliegenden Flächen, Anlagefläche 4 und Gegenfläche
2, können jedwede Formgebung besitzen, diese können bei
spielsweise auch konisch ausgebildet sein.
Die Hartstoffpartikel könnten beispielsweise auch über ein
einfaches Klebeband auf der Anlagefläche 4 aufgebracht wor
den sein. Bevorzugt wird jedoch eine feste Verbindung der
Hartstoffpartikel mit der Anlagefläche 4. Ein solcher fe
ster Verbund ist am einfachsten zu bewerkstelligen, wenn
das Bauteil 1 als Sinterbauteil bzw. als pulvermetallur
gisch hergestelltes Bauteil ausgebildet ist.
Als Hartstoffpartikel kommen verschiedenste keramische
Materialien, Metalloxide und Metallcarbide in Betracht.
Beispielsweise Siliziumcarbid, Aluminiumoxyd, Wolframcar
bid, Eisenoxyd und dergleichen sowie Mischungen hieraus.
In den Fig. 2 und 3 ist schematisch eine auf das Bauteil 1
aufgesinterte Hartstoffschicht dargestellt. Wie aus Fig. 2
ersichtlich ist, ist das Bauteil 1 mit einem Auftrag
aus Sinterpulver 5, Bindemittel 6 und Hartstoffpartikeln 7
versehen. Das Sinterpulver 5 enthält eine flüssige Phase
bildende Legierungskomponenten.
Fig. 3 zeigt die Bauteiloberfläche nach dem Sintern. Es
hat sich ein Überzug gebildet, der sich mit der feinporö
sen Oberfläche des Bauteils innig verbunden hat und der
die Hartstoffpartikel 7 verankert. So ist ein fester Ver
bund zwischen Hartstoff und Bauteil 1 erzeugt.
Zum Aufsintern einer Rauhfläche sind auch Eisenbasispul
ver mit einer hohen Sinteraktivität schon bei 1120°C ge
eignet. Hierbei können beispielsweise Pulversorten für
einen sehr harten Sinterwerkstoff mit einem Anteil an ent
sprechenden Legierungszusätzen verwendet werden. Es hat
sich die Verwendung von chromoxydhaltigen Pulvern mit
Nickelumhüllung der Chromoxydpartikel sowie von kupferum
hüllten Metallpulvern als geeignet erwiesen.
Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung einer Rauhfläche
ist in Fig. 4 schematisch dargestellt. Mit 9 ist ein Ka
librierstempel bezeichnet, der mit einer Stempelstufe 10
versehen ist. Der Stempelweg wird dabei durch die Stem
pelstufe 10 in der Bewegung begrenzt, wobei die Stempel
stufe 10 auf einen nicht mit Hartstoffpartikeln 7 beleg
ten Bereich des Bauteils 1 aufsetzt. Auf diese Art und
Weise werden die Hartstoffpartikel 7 teilweise in die
Oberfläche des Bauteils 1 eingedrückt.
Claims (16)
1. Bauteil mit wenigstens einer zur Preßverbindung mit
einer Gegenfläche eines Bauelementes (2) vorgesehenen An
lagefläche (4), die als Rauhfläche ausgebildet ist, wobei
die Rauhfläche durch auf der Anlagefläche (4) angeordnete
Hartstoffpartikel (7) gebildet wird, die eine höhere Härte
und Druckfestigkeit als zumindest die Gegenfläche des Bau
elementes (2) aufweisen.
2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
es als pulvermetallurgisch hergestelltes Bauteil ausgebil
det ist und daß die Hartstoffpartikel (7) einen festen
Verbund mit der Anlagefläche (4) bilden.
3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als Hartstoff Metalloxide vorgesehen sind.
4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Hartstoff Metallcarbide vorgesehen
sind.
5. Verfahren zur Herstellung eines Sinterbauteils aus
Metallpulver mit einer zumindest in Teilbereichen seiner
Oberfläche erhöhten Rauheit, dadurch gekennzeichnet, daß
auf den vorgeformten Grünling ein sinterfähiges Gemisch
aufgetragen wird, das zumindest einen Hartstoffanteil
enthält, und daß der mit dem Auftrag versehene Grünling
anschließend gesintert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
als sinterfähiges Gemisch ein metallisches Sinterpulver
mit eine flüssige Phase bildenden Legierungskomponenten
verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich
net, daß das sinterfähige Gemisch mit einem zumindest pa
stösen Bindemittel aufgetragen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das sinterfähige Gemisch unter Ver
wendung einer Schablone aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das sinterfähige Gemisch als Vlies
mit kunststoffgebundenem Pulver aufgebracht wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das Bauteil nach dem Sintern unter
Auslassung der mit dem Hartstoffauftrag versehenen Flä
chenbereiche kalibriert wird.
11. Verfahren zur Herstellung eines Sinterbauteils mit
einer zumindest in Teilbereichen seiner Oberfläche er
höhten Rauheit, insbesondere nach einem der Ansprüche
5 bis 10, gekennzeichnet durch das teilweise Auftragen
eines Hartstoffpulvers und durch das Einpressen der Hart
stoffpartikel in die Bauteiloberfläche während des Kali
briervorgangs, wobei die Eindringtiefe der Hartstoffpar
tikel so begrenzt wird, daß diese eine Rauhfläche bilden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hartstoffpartikel über einen gestuften Kalibrier
stempel teilweise in die Bauteiloberfläche gedrückt
werden.
13. Verfahren zur Herstellung eines Sinterbauteils mit
einer zumindest in Teilbereichen seiner Oberfläche erhöh
ten Rauheit, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rauhfläche
durch Prägen beim Pressen des Grünlings oder beim Kali
brieren des fertiggesinterten Bauteils erzeugt wird.
14. Bauteil, vorzugsweise Sinterbauteil, mit wenigstens
einer zur Preßverbindung mit einer Gegenfläche eines Bau
elements (2) vorgesehenen Anlagefläche (4), die in Teil
bereichen mit einem Oberflächenauftrag versehen ist, der
aus einem Werkstoff besteht, welcher durch Aufbringen
einer Normalkraft bei Herstellen der Preßverbindung zwi
schen der Gegenfläche und der Anlagefläche plastisch ver
formbar ist.
15. Bauteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß der Oberflächenauftrag auf die als Anlagefläche (4)
dienende Oberfläche des Bauteils aufgesintert ist.
16. Bauteil nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Oberflächenauftrag aus aufgesintertem
unlegiertem Eisen gebildet wird.
Priority Applications (6)
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DE19531077A DE19531077A1 (de) | 1995-08-23 | 1995-08-23 | Bauteil mit einer zumindest in Teilbereichen seiner Oberfläche erhöhten Rauheit für eine Preßverbindung mit einem Bauelement sowie Verfahren zu seiner Herstellung als Sinterteil aus Metallpulver |
DE29521198U DE29521198U1 (de) | 1995-08-23 | 1995-08-23 | Bauteil mit einer zumindest in Teilbereichen seiner Oberfläche erhöhten Rauheit für eine Preßverbindung mit einem Bauelement |
EP96928457A EP0846037B1 (de) | 1995-08-23 | 1996-08-13 | Formkörper aus metallpulver und verfahren zu seiner herstellung |
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