DE69427422T2

DE69427422T2 - Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern

Info

Publication number: DE69427422T2
Application number: DE69427422T
Authority: DE
Inventors: Bohdan Lisowsky
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1993-04-06
Filing date: 1994-03-28
Publication date: 2002-05-02
Anticipated expiration: 2014-03-29
Also published as: CA2121923A1; ES2157954T3; US5390414A; EP0619157A1; EP0619157B1; ATE202023T1; KR100254330B1; CA2121923C; JPH073305A; DE69427422D1

Description

Technisches Gebiet

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung von Zahnrädern und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern aus verdichtetem Metallpulver, insbesondere zur Herstellung von schraubenverzahnten Zahnrädern.

Hintergrund des Standes der Technik

Aus dem Stand der Technik sind mehrere Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern bekannt. Ein Verfahren beinhaltet z. B. die Anwendung des mechanischen oder isostatischen Pressens, um Metallpulver zu einer Zahnradform zu verdichten, die dann wärmebehandelt oder gesintert wird, um dem Zahnrad bestimmte Eigenschaften, wie bessere Härte, zu verleihen. Schließlich kann das Zahnrad mit bekannten Schmiedeausrüstungen geschmiedet werden, um die Dichte weiter zu erhöhen. Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern wie diese sind in US-Patenten Nr. 3 394 432, 3 842 646, 3 891 367, 4 470 953, 4 585 619 und 4 710 345 beschrieben. Das US-Patent Nr. 4 708 912 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnrads, das statt von Metallpulver einen Rohling verwendet, und US-Patent Nr. 3 752 003 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten Zahnrades. Es gibt herkömmliche von den oben beschriebenen Verfahren abgeleitete Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern, um Zahnräder mit gehärteten Oberflächen zu erhalten, wie in den US-Patenten Nr. 3 398 444 und 4 885 831 beschrieben ist. FR-A-2 043 622 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnrads, bei dem ein härtbares metallisches Material an bestimmten Stellen an einem Zahnradkern-Vorformling angewendet und gehärtet wird, um eine verschleißfeste und hohe Festigkeit aufweisende Schicht zu erhalten.
US-A-3 665 585 beschreibt ein Verfahren, bei dem ein Zahnradkern und eine verschleißfeste Schicht voneinander unabhängig durch Sintern hergestellt werden, wonach sie in einem Montiervorgang miteinander verbunden werden.
EP-A-384 629 beschreibt ein Verfahren, bei dem die verschleißfeste Schicht als ein Vorformling aus grünem (frischen) Pulver ausgebildet ist; dieser wird dann an dem Kernkörper befestigt und der Vorformling wird zusammen mit dem Kernkörper in einem abgeschlossenen Behälter erhitzt, um den Vorformling zu sintern, zu trocknen und mit dem Kernkörper zu verbinden.
Bestimmte Zahnradformen, bspw. Zahnradformen mit Schraubenverzahnung, bereiten Probleme, die die Produktion solcher Zahnräder mittels der oben beschriebenen konventionellen Verfahren sehr schwierig und sehr teuer machen. Es besteht der Wunsch, ein Verfahren zur Herstellung dieser Zahnradformen zu entwickeln, das es erlaubt, bestimmte Mischmaterialien zu verwenden, die die gewünschte Reaktion auf eine schnelle Wärmebehandlung, bspw. durch Induktion, hervorrufen.
Es ist auch erwünscht, dass die Verbundmaterialien gleichzeitig die erforderlichen Festigkeitseigenschaften und die erforderliche Restspannungsverteilung haben, um eine bessere Biegefestigkeit und Berührungsverschleißfestigkeit zu erzielen. Darüber hinaus ist es wünschenswert, ein Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern zu entwickeln, das die Unterbringung spezieller verschleißfester Schichten an bestimmten Bereichen an dem Zahnrad erlaubt.

Beschreibung der Erfindung

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnrads anzugeben, das es erlaubt, bestimmte verschleißfeste Schichten an bestimmten Stellen an dem Zahnrad unterzubringen.
Es ist auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnrads zu schaffen, das die Verwendung bestimmter Verbundmaterialien erlaubt, die die gewünschte Reaktion auf eine schnelle Wärmebehandlung, wie bspw. durch Induktion, hervorrufen.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnrads zu schaffen, das die Verwendung von Misch- oder Verbundmaterialien ermöglicht, die die zur Erreichung einer besseren Leistungsfähigkeit hinsichtlich Ermüdung durch Biegung und Berührung benötigten Festigkeitseigenschaften und die erforderliche Restspannungsverteilung aufweisen.
Zur Lösung der oben angegebenen Aufgaben sowie weiterer Aufgaben und zur Verwirklichung der Merkmale der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnrads angegeben, wie es im Anspruch 1 mit Ausführungsformen in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 definiert ist, wobei das Verfahren beinhaltet, dass eine Elastomerform für das Zahnrad hergestellt wird, die die schlussendlich gewünschte Form des Zahnrads aufweist, dass der Zahnradkern-Vorformling in der Zahnradform platziert wird und dass die Zahnradform mit einem härtbaren metallurgischen Material gefüllt wird, wobei die Zahnradform einem hohem Druck ausgesetzt wird. Zu dem Verfahren gehört auch das Härten des härtbaren metallurischen Materials durch Wärmebehandlung des verdichteten Zahnradkern-Vorformlings und des metallurgischen Materials, um ein Zahnrad mit an bestimmten Bereichen angeordnetem verschleißfestem metallurgischem Material herzustellen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Schritt des Verdichtens das isostatische Heißpressen des Zahnradkern-Vorformlings und des härtbaren metallurischen Materials. Der Schritt des Härtens beinhaltet das Induktionshärten des verdichteten Zahnradkern-Vorformlings und des metallurgischen Materials und die Wärmebehandlung des verdichteten Zahnradkern-Vorformlings und des metallurgischen Materials durch Abschrecken und Tempern.
Es gibt viele Vorteile, die der Erfindung zukommen. Durch die Möglichkeit der Anordnung einer speziellen verschleißfesten Schicht an bestimmten Bereichen des Zahnrads kann die vorliegende Erfindung beispielsweise bei vielen Zahnrädern Anwendung finden, die zusätzlich zu der Zahnradverzahnung weitere Bereiche erfordern, die verschleißfest sein sollen.
Die obigen Aufgaben und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind für einen Durchschnittsfachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung der geeignetsten Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ohne Weiteres erkennbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Perspektivdarstellung eines herkömmlichen schraubenverzahnten Zahnrads;
Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm mit Details über das erfindungsgemäße Verfahren zur Ausbildung von Zahnrädern, wie bspw. des in Fig. 1 gezeigten schraubenverzahnten Zahnrads;
Fig. 3a zeigt eine Seitenansicht eines Zahnradzahns in einer gestrichelten Linie, die eine erste bevorzugte Unterbringung einer härtbaren metallurgischen Schicht um den Zahn herum veranschaulicht, um einer Biegeermüdung entgegenzuwirken;
Fig. 3b zeigt eine Seitenansicht eines Zahnradzahns mit einer gestrichelten Linie, die eine zweite bevorzugte Unterbringung einer härtbaren metallurgischen Schicht um den Zahn herum veranschaulicht, um einem Pitting (Einfressen, Grübchenbildung) entgegenzuwirken;
Fig. 3c zeigt eine Seitenansicht eines Zahnradzahns in gestrichelter Linie unter Veranschaulichung einer dritten bevorzugten Unterbringung einer härtbaren metallurgischen Schicht um den Zahn herum, um sowohl einer Biegeermüdung als auch einem Pitting entgegenzuwirken;
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt eines Differenzialgetriebes mit Ritzel/Kegelrad unter Veranschaulichung einer Unterbringung einer härtbaren metallurgischen Schicht an dem Getriebe zur Verschleißverminderung;
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt einer verschweißten Zahnradbaugruppe, der eine Anbringung einer härtbaren metallurgischen Schicht unter Meidung der zu verschweißenden Bereiche veranschaulicht; und
Fig. 6 zeigt einen Querschnitt einer anderen geschweißten Zahnradbaugruppe unter Veranschaulichung einer Anbringung einer härtbaren metallurgischen Schicht innerhalb einer Bohrung.

Geeignetste Ausführungsform der Erfindung

In Fig. 1, auf die nun Bezug genommen wird, ist eine perspektivische Darstellung eines allgemein mit dem Bezugszeichen 10 veranschaulichten schraubenverzahnten Zahnrads gezeigt, das entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Solche Zahnräder sind aus dem Stand der Technik wohl bekannt und weisen mehrere Zähne 12 auf, von denen jeder ein Zahnprofil hat, das von einem Ende zum anderen Ende nominell konstant ist. Wie bekannt sind die Zähne 12 schräubenförmig, und sie erzeugen unter Last einen Axialschub.
Wenn man nun auf Fig. 2 Bezug nimmt, so ist dort ein Flussdiagramm veranschaulicht, das das erfindungsgemäße Verfahren zur Ausbildung von Zahnrädern, wie das in Fig. 1 gezeigte schraubenverzahnte Zahnrad 10, im Einzelnen beschreibt. Wie veranschaulicht werden bei Schritt 20 wenigstens zwei Modelle des Zahnrads hergestellt. Bei diesen Zahnradmodellen sind vorzugsweise alle nachfolgenden Dimensionsabnahmen des Metallpulvers mit berücksichtigt, die bspw. von dem isostatischen Pressen und/oder der vollständigen Verdichtung des Vorformlings aus Metallpulver herrühren, wie es in größerer Ausführlichkeit unten beschrieben ist. Es ist das Ziel, eine zusammengesetzte Struktur herzustellen, die einen Kern mit geringerem Kohlenstoffanteil sowie wärmebehandelbare Schichten mit höheren Kohlenstoffanteilen aufweist. Somit legt ein Modell den Kern mit geringem Kohlenstoffanteil fest, während das andere Modell auch die wärmebehandelbaren Bereiche mit höheren. Kohlenstoffanteilen festlegt und enthält. In der bevorzugten Ausführungsform ähneln die Modelle stark den geplanten Zahnrädern, und sie können unter Verwendung vieler Materialien, wie, um nur einige zu nennen, bspw. Holz, Aluminium, Messing oder Stahl, ausgebildet sein. Im Allgemeinen werden für Zahnradherstellung geringen Produktionsumfangs die Modelle aus Holz, Aluminium oder Messing gefertigt, während für Zahnradproduktionen höheren Umfangs die Modelle aus Stahl hergestellt sind. Unabhängig vom Material sind die Modelle gewöhnlich anfangs geringfügig größer als benötigt, so dass in den Zahnrädern die gewünschte Endgeometrie der Zahnräder eingehalten ist.
Bei Schritt 22, weiterhin unter Bezugnahme auf Fig. 2, werden die Zahnradformen auf der Grundlage der in Schritt 20 definierten Modelle hergestellt. Eine erste Elastomerform wird zur Ausbildung des Zahnradkerns hergestellt, und eine zweite Elastomerform wird hergestellt, um das gesamte Zahnrad auszubilden. Die erste Form weist die Grundgeometrie des beabsichtigten Zahnrads auf, d. h. im Falle des schraubenverzahnten Zahnrads 10 weist die Form die schraubenförmige Zahngrundform auf. Die zweite Form hat vorzugsweise eine Gestalt, um die spezifische Geometrie des geplanten Zahnrads zu enthalten, und sie ermöglicht es, dem Zahnradkern eine zusätzliche Materialschicht beizufügen, wie es unten genauer beschrieben ist.
In der bevorzugten Ausführungsform ist die erste Form zur Durchführung mit dem isostatischen Kaltpressen bei Schritt 24 gedacht, um einen Zahnradkern-Vorformling aus Metallpulver zu erhalten. Während dieses Schritts wird die erste Form mit einem Metallpulvermaterial gefüllt. Um den Zahnradkern auszubilden, wird ein wärmebehandelbares Stahlpulver mit geringem Kohlenstoffanteil, bspw. SAE 8620 oder SAE 4120, verwendet. Das Metallpulver kann flüchtige Bindemittel, wie Wachse oder Äthylenglykol, enthalten, um das Pressen des Pulvers zu erleichtern und die gewünschte "grüne" (unfertige) Festigkeit des Zahnradkern-Vorformlings herzustellen. Die mit dem Metallpulver gefüllte Elastomerform wird dann unter sehr hohem Druck gepresst, wodurch das Metallpulver in der Form zu einem handhabbaren Zahnradkern-Vorformling verdichtet wird, der somit die Form entsprechend der allgemeinen Geometrie des geplanten Zahnrads einnimmt.
Wenn einmal der Zahnradkern-Vorformling durch kaltes isostatisches Pressen ausgebildet ist, wird bei Schritt 26, wie in Fig. 2 gezeigt, der Gesamtrad-Vorformling mit einer härtbaren Schicht ausgebildet. Der in Schritt 24 ausgebildete Zahnradkern-Vorformling wird aus der ersten Form entfernt und innerhalb der zweiten Elastomerform positioniert oder platziert. Ein Metallpulver mit höherem Kohlenstoffanteil, wie die Verbindung SAE 8680 oder SAE 8690, wird dann um den Zahnradkern-Vorformling herum an vorbestimmten Bereichen, d. h. an jenen Bereichen, an denen erhöhte Festigkeit benötigt wird, zu der zweiten Form hinzugefügt. Wenn einmal die zweite Form mit dieser härtbaren Schicht aus stark kohlenstoffhaltigem Metallpulver gefüllt ist, wird die gefüllte Form danach unter sehr hohem Druck kalt isostatisch verpresst, wodurch das stark kohlenstoffhaltige Metallpulver um den Zahnradkern herum in die spezifische Geometrie des beabsichtigten Zahnrads verdichtet wird, was ein schraubenverzahntes Zahnrad ergibt, das eine geschichtete Struktur aufweist. Es sollte anerkannt werden, dass diese Verfahrensweise die strategische Unterbringung der härtbaren Schicht in bestimmten Bereichen erlaubt, wie es unten ausführlicher beschrieben ist.
Der Vorformling des gesamten Zahnrades wird in Schritt 28 weiter verdichtet, um ein Zahnrad hoher Festigkeit zu erhalten. Der Schritt 28 wird vorzugsweise unter Verwendung des isostatischen Heißpressens oder einer Kombination aus Sintern und dem nachfolgenden isostatischen Heißpressen ausgeführt, um zur Erhöhung Festigkeit und als Folge der Wärmebehandlung nahezu 100% Verdichtung zu erhalten. Es kann jede beliebige Art von isostatischem Heißpressen verwendet werden, wie das Ceracon-Verfahren, das kostengünstiger ist als andere.
Die Wärmebehandlung des verdichteten Zahnrad-Vorformlings wird in Schritt 30 durchgeführt. Vorzugsweise wird die Wärmebehandlung durch ein von einem raschen Abschrecken gefolgtes schnelles Induktionserwärmen durchgeführt. Das Zahnrad könnte mit konventionellen Mitteln abgeschreckt und getempert werden. In Abhängigkeit von Zeit und Temperatur kann der Kohlenstoff während der Wärmebehandlung hinaus diffundieren und sich mit dem Kernmaterial vermischen, was zu einer härtbaren Übergangsschicht führt. Nach der Wärmebehandlung entfalten die Materialien des Zahnradkerns eine relativ niedrige Festigkeit, etwa um 30- 35 Rockwell C, während das Umhüllungsmaterial, das einen höheren Kohlenstoffanteil aufweist, eine Festigkeit von ungefähr 55-62 Rockwell C entfaltet.
Es wird nun auf Fig. 3a bis 3c Bezug genommen, in denen mit gestrichelten Linien Seitenansichten eines Zahnradzahns veranschaulicht sind, die mögliche Platzierungen der härtbaren metallurgischen Schicht gemäß Schritt 26 um den Zahn herum zeigen. Diese Figuren veranschaulichen jedem mit durchschnittlichen Fachkenntnissen die Möglichkeiten, die durch vernünftige Auswahl und Platzierung der härtbaren metallurgischen Materialien erhalten werden können.
Bei herkömmlichen aufgekohlten Zahnrädern ist bekanntermaßen die Tiefe der Umhüllung an dem Fuß des Zahns häufig geringer als die Tiefe an der Zahnspitze. Dies ergibt sich gewöhnlich aufgrund der Physik und Chemie des Aufkohlungsprozesses. Die Fig. 3a bis 3c veranschaulichen strategische Unterbringungen der härtbaren Schicht 34, die mit einer normalen Wärmebehandlung nicht möglich ist. Fig. 3a veranschaulicht eine dickere Schicht um den Zahnfuß herum, während Fig. 3b eine Schicht 36 veranschaulicht, die auch eine variierende Dicke aufweist, d. h. eine stärkere Schicht an der Zahnspitze und eine dünnere Schicht an dem Fuß des Zahns. Sicherlich kann auch eine umgekehrte Situation, bei der es eine dicke Schicht an dem Fuß des Zahns und eine dünne Schicht an der Spitze gibt, geschaffen werden, wie es auch Stellen um den Zahn herum geben kann, die keine härtbare Schicht benötigen. Fig. 3c zeigt eine bei langlebigen Zahnrädern wünschenswerte Ausgewogenheit hinsichtlich sowohl der Biegeermüdung als auch des Pittings, wobei die härtbare Schicht an dem Fußkreis, der allgemein durch das Bezugszeichen 42 veranschaulicht ist, dicker ist als an dem Teilkreis, der allgemein durch das Bezugszeichen 40 veranschaulicht ist. Die vorliegende Erfindung schafft somit einen Grad an Flexibilität, der mit existierenden Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern nicht erhalten werden kann.
Bei den existierenden Verfahren wird im Regelfall eine Umhüllung enthalten, die in Richtung auf den Zahnfuß dünner und an der Zahnspitze dicker ist. Dies ergibt sich aufgrund der stattfindenden Diffusion. Es gibt an der Zahnspitze einen höheren Kohlenstoff-Tiefen-Diffusionsstrom und im Bereich des Zahnfußes einen niedrigeren Kohlenstoff-Tiefen-Diffusionsstrom. Wenn außerdem die aufkohlende Ofenatmosphäre nicht gut zirkuliert, erschöpft sich das Kohlenstoffpotential an dem Zahnfuß schneller, wodurch die Diffusionsrate noch weiter erniedrigt wird. Wie in Fig. 3a am besten gezeigt, enthält eine Zahnradspezifikation gewöhnlich eine Angabe der Hüllentiefe bei einem Teilkreis 40 und bei einem Fußkreis 42. Im Allgemeinen werden Messungen der Tiefe der Umhüllung an dem Teilkreis 40 und an dem Fußkreis 42 senkrecht zu der Zahnradoberfläche angegeben. Normalerweise beträgt die Tiefe der Umhüllung an dem Fußkreis 42 ungefähr 60% der Tiefe der Umhüllung an dem Teilkreis 40. Um die Biegeermüdungsbruchbeständigkeit zu verbessern, ist jedoch eine Tiefe der Umhüllung an dem Fußkreis 42 erwünscht, die größer ist als die Tiefe der Umhüllung an dem Teilkreis 40. Leider ist dieses gewünschte Ergebnis mit einem herkömmlichen Aufkohlungsprozess für Zahnräder nicht möglich.
Eine der vorliegenden Erfindung entsprechende Zahnradausbildung erlaubt aber eine Unterbringung von Material. um jedes beliebige gewünschte Verhältnis zwischen der Teilkreis-Umhüllungstiefe und der Fußkreis-Umhüllungstiefe zu erhalten. Um somit Biegeermüdungsbrüchen entgegenzuwirken, beinhaltet Schritt 26 nach Fig. 2 die Unterbringung eines stark kohlenstoffhaltigen Metallpulvers in der zweiten Form um den Zahnfuß herum, um eine härtbare Schicht 34 mit der bevorzugten variablen Dicke auszubilden (wie am geeignetsten in Fig. 3a gezeigt). Nach dem isostatischen Pressen und der Wärmebehandlung bildet die härtbare Schicht 34 an dem Zahnrad an dem Fußkreis 42 des Zahns eine größere Umhüllungstiefe als an dem Teilkreis 40, wie es in Fig. 3a veranschaulicht ist. Die um den Zahnfußkreis ausgebildete gehärtete Schicht 34 weist im Vergleich zu dem Zahnradkern ein zugeordnetes Gefälle der Festigkeit oder der Stärke dieser Schicht 34 auf. Dies ist insbesondere sinnvoll für Zahnräder, die im Wesentlichen zur Übertragung von Drehmoment gedacht sind.
Wenn man, wie in Fig. 3b am besten gezeigt, Zahnräder hat, die vorrangig Bewegung übertragen oder die eine Ermüdung der Oberfläche erfahren, besteht das Ziel darin, die Beständigkeit gegen Pitting bei dem Teilkreis 40 oder in dessen Nähe zu verbessern. Der Schritt 26 beinhaltet entsprechend die Unterbringung eines stark kohlenstoffhaltigen Metallpulvers in der zweiten Form etwa um den Teilkreis 40, um eine härtbare Schicht 36 mit variabler Dicke auszubilden. Nach dem isostatischen Pressen und der Wärmebehandlung weist das Zahnrad bei dem Teilkreis 40 eine größere Umhüllungstiefe als bei dem Fußkreis 42 auf. Die um den Teilkreis ausgebildete gehärtete Schicht 36 weist im Vergleich zu dem Zahnradkern ein zugeordnetes Gefälle der Festigkeit und der Stärke dieser Schicht 36 auf.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird gezeigt, dass die vorliegende Erfindung auch bei Anwendungen, die nicht nur Zahnräder selbst betreffen, nützlich ist. Fig. 4 Veranschaulicht ein im Ganzen durch das Bezugszeichen 50 gekennzeichnetes Ritzel/Kegelrad-Differenzialgetriebe mit einer gehärteten metallurgischen Schicht, die entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Bekanntermaßen benötigt ein Differenzialgetriebe normalerweise eine verschleißfeste Dichtung, weil es in einem weichen Gußeisen- oder Metallpulvergehäuse läuft. Unter Verwendung der vorliegenden Erfindung kann an der Rückseite des Differenzialgetriebes 50 eine härtbare verschleißfeste Schicht 52 angebracht werden. Nach der Wärmebehandlung nimmt das Getriebe seine Verschleißeigenschaften an. Selbstverständlich benötigt das Getriebe dann das gleiche Umhüllungsprofil an den Zähnen, jedoch mit der zusätzlichen verschleißfesten Schicht.
Eine noch weitere Anwendung der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 5, auf die nun Bezug genommen wird, beinhaltet das Verschweißen einer Gruppe von Zahnrädern, wie sie im Ganzen durch das Bezugszeichen 60 veranschaulicht ist. Es ist sehr schwierig, in stark kohlenstoffhaltigen Materialien, wie z. B. nach der Aufkohlung, gute Schweißnähte herzustellen. Gewöhnlich wird der Schweißbereich 62 an der abgeschrägten und der Nabenseite gegen Aufkohlung geschützt oder nach der Wärmebehandlung abgetragen, so dass die Zahnräder durch Schweißen verbunden werden können. Das Schützen oder Abtragen der Schweißbereiche ist ein gesonderter Vorgang, der Zeit benötigt und Kosten verursacht. Mit der vorliegenden Erfindung können die stark kohlenstoffhaltigen härtbaren Schichten 64 bei Schritt 26 gemäß Fig. 2 dort untergebracht werden, wo sie benötigt werden, während die Schweißbereiche vermieden werden, was es erlaubt, die Schweißnähte ohne zusätzliche Arbeitsvorgänge herzustellen.
Eine andere Anwendung der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 6, auf die nun Bezug genommen wird, betrifft ein Zahnrad, das im Ganzen durch das Bezugszeichen 70 veranschaulicht ist. Wie dargestellt, kann das Zahnrad 70 derart ausgebildet sein, dass es zusätzlich zu der an den Zahnradzähnen vorhandenen härtbaren Schicht 76 eine härtbare Schicht 72 in einer Lagerbohrung 74 enthält. Dies ergibt einen besonderen Vorteil bei Anwendungen, bei denen in der Bohrung 74 eine rotierende oder gleitende Welle angeordnet ist. Die härtbare Schicht kann entweder eine glatte Bohrung oder eine Bohrung mit einer Kontur (d. h. einer Verzahnung) ergeben, um Drehmoment von/zu der Welle zu/von dem Zahnrad zu übertragen. Die vorliegende Erfindung erlaubt somit die vorausschauende Unterbringung einer härtbaren verschleißfesten Schicht sowohl an Außenflächen (wie in den Fig. 3a bis 3c und 4 gezeigt), als auch an Innenflächen, wie in Fig. 6 veranschaulicht.
Die oben beschriebenen Anwendungen stellen bemerkenswerterweise nur wenige der möglichen Anwendungen dar, und ein Fachmann kann viele andere Anwendungen erkennen, für die die Möglichkeit, eine stark verschleißfeste Schicht hoher Stärke in einem bestimmten Bereich vorausschauend unterzubringen, vorteilhaft ist.
Es versteht sich von selbst, dass, während die hier gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung bilden, sie selbstverständlich nicht dazu bestimmt sind, alle möglichen Formen der Erfindung darzustellen. Es ist auch selbstverständlich, dass die verwendeten Worte nur der Beschreibung und nicht der Begrenzung dienen, und dass verschiedene Veränderungen vorgenommen werden können, ohne das Wesen und den Bereich der Erfindung, wie sie in den folgenden Ansprüchen angegeben ist, zu verlassen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Zahnrads (50, 60, 70), wobei das Verfahren die Unterbringung verschleißfesten metallurgischen Materials (34, 36, 52, 64, 72) an bestimmten Bereichen an dem Zahnrad einschließlich der Außenseite und der Innenseite des Zahnrads gestattet, wobei zu dem Verfahren die Herstellung einer Elastomerform (22) für den Zahnradkern in Form eines Zahnradkern-Vorformlings, das Füllen der Zahnradkernform mit einem Metallpulvermaterial (24) sowie das Unterwerfen der Zahnradkernform einem hohen Druck zur Ausbildung des Zahnradkern-Vorformlings (24) gehören, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist, durch

- die Herstellung (22) einer Elastomerform für das Zahnrad, die die schlussendlich gewünschte Form des Zahnrads aufweist;

- das Anordnen (26) des Zahnradkern-Vorformlings in der Zahnradform;

- das Füllen der Zahnradform (26) mit einem härtbaren metallurgischen Material;

- das Verdichten (28) des Zahnradkern-Vorformlings und des metallurgischen Materials, indem die Zahnradform einem hohen Druck ausgesetzt wird, und

- das Härten (30) des härtbaren metallurgischen Materials durch Wärmebehandlung des verdichteten Zahnradkern-Vorformlings und des metallurgischen Materials zur Herstellung des Zahnrads mit verschleißfestem metallurgischen Material an speziellen Bereichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1 bei dem der Schritt des Verdichtens (28) das heiße isostatische Pressen des Zahnradkern-Vorformlings und des härtbaren metallurgischen Materials enthält.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, bei dem der Schritt des Härtens (30) das Induktionshärten des verdichteten Zahnradkern-Vorformlings und des metallurgischen Materials beinhaltet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Härtens (30) die Wärmebehandlung des verdichteten Zahnradkern-Vorformlings und des metallurgischen Materials durch Abschrecken und Tempern beinhaltet.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, außerdem dadurch gekennzeichnet:

dass vor der Herstellung der Elastomerform des Zahnradkerns ein Modell (20) des Zahnradkern-Vorformlings hergestellt wird und

dass vor der Herstellung der Elastomerform des Zahnrads ein Zahnradmodell (20) hergestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, bei dem das Verdichten des Zahnradkern-Vorformlings und des metallurgischen Materials das kalte isostatische Pressen der Zahnradform beinhaltet.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, bei dem der Schritt des Füllens der Zahnradform (26) beinhaltet, dass die Zahnradform an den bestimmten Bereichen gefüllt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Zahnrad eine Schraubenverzahnung aufweist und bei dem der Schritt des Füllens der Zahnradform (26) beinhaltet, dass die Zahnradform an dem Teilkreis oder an dem Fußkreis des schraubenverzahnten Zahnrads gefüllt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bei dem der Herstellschritt (22) die Herstellung einer Elastomerform des Zahnrads mit einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser umfasst, die so bemessen sind, dass sie das härtbare metallurgische Material aufnehmen kann, um an dem Zahnrad sowohl an der Innenfläche als auch an der Außenfläche verschleißfestes Material unterzubringen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 9, bei dem der Verdichtungsschritt (28) das durch heißes isostatisches Pressen gefolgte Sintern umfasst.