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Hintergrund
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades aus pulverisiertem
Metall, und insbesondere auf ein Verfahren zum Herstellen eines
vollständig
dichten, schraubenförmigen
Zahnrads aus pulverisiertem Metall.
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Die Herstellung von Gegenständen aus
pulverisiertem Metall, einschließlich von Zahnrädern, ist auf
dem vorliegenden Gebiet der Technik bekannt. Ein Typ von pulverisiertem
Metall wird ausgewählt, oder
unterschiedliche Typen können
miteinander gemischt werden. Das Pulver wird in einen Formhohlraum
verbracht, bei dem es sich um eine einfache zylindrische Vorform
handeln kann, oder der das Profil des fertigen Erzeugnisses haben
kann. Als nächstes wird
Druck aufgebracht, um den Vorformling herzustellen. Der Vorformling
kann dann herausgenommen und gesintert werden, um das Teil herzustellen. Wenn
ein zylindrischer Vorformling verwendet wird, wird der Vorformling
in eine andere Form gebracht, und ein höherer Druck wird aufgebracht,
um einen Gegenstand herzustellen, der die gewünschte Form hat. Dieser neue
Vorformling kann dann gesintert werden.
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Vorrichtungen zum Herstellen von
schraubenförmigen
Zahnrädern
sind ebenfalls auf dem vorliegenden Gebiet der Technik bekannt,
wobei Abschnitte der Form rotieren, wenn der Vorformling zusammengepreßt wird,
um zu veranlassen, daß der Vorformling
die Form des schraubenförmigen
Zahnrads annimmt. Beispielsweise ist eine derartige Vorrichtung,
die zueinander passende, rotierende Teile aufweist, um abgeformte,
schraubenförmige
Zahnräder
aus pulverisiertem Metall herzustellen, in dem US-Patent 3,891,367
(Signora) beschrieben. Bei Signora weist der Vorfomling die Form
des tatsächlich herzustellenden
schraubenförmigen
Zahnrads auf, im Unterschied dazu, daß zunächst ein zylindrischer Vorformling
hergestellt wird, der später
zu einem schraubenförmigen
Zahnrad umgeformt wird.
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Goodwin beschreibt in dem US-Patent 4,712,411
eine Vorrichtung zum Herstellen eines vollständig dichten, schraubenförmigen Zahnrads
aus pulverisiertem Metall. Goodwin beschreibt im allgemeinen die
Herstellung des schraubenförmigen Zahnrads,
indem zunächst
ein zylindrischer Vorformling durch Sintern hergestellt wird. Der
zylindrische Vorformling wird dann in eine Form eingelegt, wobei der
Formhohlraum die spezielle Geometrie des schraubenförmigen Zahnrads
aufweist. Der Vorformling wird dann erhitzt und in die Form eingelegt,
wo er in axialer Richtung zusammengepreßt wird, sowohl um die schraubenförmig verzahnte
Gestalt auszuformen und auch um das Zahnrad zu verdichten. Ein Nachteil
der Vorgehensweise, die von Goodwin eingesetzt wird, kann darin
bestehen, daß dann,
wenn der Vorformling verdichtet wird, eine erhebliche Menge von
Graten entstehen kann, wenn der Vorformling in die Form des schraubenförmigen Zahnrads
gepreßt
wird. Als Folge davon können
zusätzliche
Maßnahmen
zur Fertigbearbeitung erforderlich sein, um das Zahnrad zu säubern, bevor
es für
einen Abnehmer akzeptabel ist.
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Sowohl bei Signora als auch bei Goodwin wird
ein mechanisch erzeugter Druck verwendet, um das Zahnrad auszuformen.
Es ist allerdings auch bekannt, einen isostatischen Druck zu verwenden,
um ein schraubenförmiges
Zahnrad aus pulverisiertem Metall auszubilden. Beispielsweise beschreibt
Lisowsky in US-Patent 5,390,414 (EP-A-619 157) ein Verfahren zum
Herstellen eines schraubenförmigen Zahnrads
aus pulverisiertem Metall unter Verwendung von heißem und
kaltem isostatischem Druck. Ähnlich
wie bei Goodwin wird bei Lisowsky eine erste Form eingesetzt, um
einen einfachen zylindrischen Vorformling zu erzeugen, der lediglich
die wesentliche Geometrie des beabsichtigten Zahnrads aufweist.
Eine zweite Form wird bereitgestellt, die die genaue Geometrie des
Zahnrads aufweist, und die etwas größer ist als der Vorformling.
Der Vorformling wird in die zweite Form eingelegt, wobei zusätzliches pulverisiertes
Metall um den Vorformling herum bereitgestellt wird, um einen zweiten
Vorformling zu erzeugen, der die Form eines schraubenförmigen Zahnrads
aufweist. Ein kalter isostatischer Druck wird verwendet, um sowohl
den einfachen Vorformling als auch den Vorformling in Form eines
schraubenförmigen
Zahnrads zu erzeugen. Nachdem der Vorformling in Form eines schraubenförmigen Zahnrads
hergestellt worden ist, wird ein heißer isostatischer Druck und/oder
ein Sintervorgang eingesetzt, um das verdichtete schraubenförmige Zahnrad
zu erzeugen.
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Ein nicht heißes erneutes Pressen mit Hilfe rotierender
Werkzeuge und mit erneutem Sintern zur Verdichtung der Haut ist
aus der WO-A-98/16338 bekannt.
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Aus der FR-A-2607040 ist ein Sinter-Schmiedevorgang
mit einem Schritt für
schraubenförmige
Zahnräder
in einer Vorrichtung bekannt, die einen unteren, schwimmend gelagerten
Formhohlraum aufweist.
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Außerdem ist die Verwendung einer
rotierenden oberen Gesenkpresse in Verbindung mit einem unteren,
passenden Hohlraum für
das Preßformen oder
Kalibrieren von bereits gesinterten Gegenständen bekannt, wie beispielsweise
von schraubenförmigen
Zahnrädern
gemäß der EP-A-528
761.
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Eine Formgebung mit isostatischem
Druck kann im allgemeinen mit sich bringen, daß ein Zahnrad-Vorformling innerhalb
eines Formhohlraums plaziert wird, der die spezielle Geometrie des
schraubenförmigen
Zahnrads aufweist. Eine Gummiblase wird durch eine zentrale Bohrung
in dem Zahnrad eingeführt.
Fluid wird in die Gummiblase bei extrem hohen Drücken gepumpt, der auf diese
Weise den Vorformling in radialer Richtung gegen die Wände des
Formhohlraums expandiert und ihn auf diese Weise dazu veranlaßt, die
schraubenförmige
Zahnradform anzunehmen. Ein Nachteil bei der isostatischen Formgebung
besteht darin, daß der
Vorgang wesentlich mehr Zeit benötigen
kann, um das Zahnrad vollständig
zu verdichten. Bei einer Heißverformung
können
enorme Drücke
innerhalb eines Augenblicks erzeugt werden, indem das Zahnrad in
axialer Richtung verdichtet wird. Im Gegensatz dazu kann es mit
isostatischem Druck eine Zeit dauern, den Druck aufzubauen, und
es kann daher zu bevorzugen sein, das Zahnrad dem Druck eine relativ
lange Zeit ausgesetzt zu halten, um sicherzustellen, daß der Vorformling
die spezielle Geometrie des schraubenförmigen Zahnrads vollständig annimmt.
Weiterhin kann es beispielsweise schwierig sein, akkurate Abmessungen
in der axialen Richtung zu erhalten, wenn die isostatische Druckverformung
eingesetzt wird. Im allgemeinen stößt keine Form an die axialen Enden
des Zahnrads an, da die Blase durch eine zentrale Bohrung in dem
Zahnrad eingesetzt werden muß.
Daher kann es schwierig sein, die axialen Abmessungen akkurat zu
steuern. Als Folge davon kann das Zahnrad eine größere Anzahl
von Schritten bei der Abschlußbearbeitung
erfordern, um die letztendlichen Abmessungen zu erhalten, die die
gewünschte
Genauigkeit aufweisen. Neben der Steuerung der Länge des Zahnrads kann das Fehlen
einer Kontrolle über
die axiale Abmessung auch Schwierigkeiten mit sich bringen, um das
Zahnrad vollständig
zu verdichten. Dies liegt daran, daß ohne eine Kontrolle über die
axiale Abmessung das Zahnrad eine gewisse unerwünschte axiale Expansion zusätzlich zu
der radialen Expansion zeigen kann. Anstelle daß sämtliche Teilchen des Zahnrads
gegeneinander verdichtet werden, was auftreten würde, wenn sowohl die radialen
als auch die axialen Abmessungen kontrolliert würden, verlängert sich als Folge davon
das Zahnrad um ein gewisses Maß,
was zu einem längeren
und weniger dichten Zahnrad führt.
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Es besteht daher eine Notwendigkeit
nach einem Verfahren zum Herstellen von vollständig dichten, schraubenförmigen Zahnrädern aus
pulverisiertem Metall, bei dem der Schritt des Herstellens eines einfachen
zylindrischen Vorformlings entfallen kann und bei dem sowohl die
axialen als auch die radialen Abmessungen des Zahnrads kontrolliert
werden können,
um ein schraubenförmiges
Zahnrad mit größerer Dichte,
genaueren axialen Abmessungen und weniger Graten herzustellen. Als
Folge davon können weniger
abschließende
Bearbeitungsschritte notwendig sein, um ein höherwertiges Endprodukt zu erhalten.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Verfahren zum Herstellen eines vollständig dichten, schraubenförmigen Zahnrads
aus pulverisiertem Metall bereitgestellt, wobei das Verfahren die
folgenden Schritte aufweist:
- a. Bereitstellen
von pulverisiertem Metall in einer Vorformungs-Form, die ein rotierendes
Gesenkteil und einen Formhohlraum in Form eines schraubenförmigen Zahnrads
aufweist;
- b. Axiales Verdichten des pulverisierten Metalls mit dem rotierenden
Gesenkteil, um einen Vorformling in Form eines schraubenförmigen Zahnrads
zu erzeugen;
- c. Sintern des Vorformlings in Form eines schraubenförmigen Zahnrads,
wobei das Verfahren weiter die folgenden Schritte aufweist:
- d. Erhitzen des gesinterten Vorformlings in Form eines schraubenförmigen Zahnrads
auf eine Temperatur zwischen 760°C
und 1150°C,
und Plazieren des gesinterten Vorformlings in Form eines schraubenförmigen Zahnrads
in einem schraubenförmig
profilierten Gesenkhohlraum, und
- e. Axiales Verdichten des erhitzten, gesinterten Vorformlings
in Form eines schraubenförmigen Zahnrads
mit einem rotierenden Gesenkteil, wobei das Gesenkteil eine äußere Geometrie
aufweist, die zu dem Gesenkhohlraum paßt, um ein vollständig dichtes
schraubenförmiges
Zahnrad zu erzeugen.
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Das Verfahren kann ferner umfassen,
daß der
schraubenförmig
geformte Gesenkhohlraum in dem Heißformgebungsgesenk vor dem
Schritt e geschmiert wird.
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Alternativ kann das Verfahren weiterhin
umfassen, daß der
gesinterte Vorformling in Form eines schraubenförmigen Zahnrads vor dem Schritt
e erhitzt wird. Weiterhin kann das Verfahren den zusätzlichen
Schritt umfassen, daß der
erhitzte, gesinterte Vorformling in Form eines schraubenförmigen Zahnrads
vor dem Schritt e geschmiert wird.
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Das Verfahren kann ferner umfassen:
- g. Einlegen des vollständig dichten schraubenförmigen Zahnrads
in ein Glättungs-
bzw. Poliergesenk, das einen schraubenförmig profilierten Gesenkhohlraum
aufweist; und
- h. Drücken
des verdichteten schraubenförmigen Zahnrads
durch den schraubenförmig
profilierten Gesenkhohlraum. Das vollständig dichte schraubenförmige Zahnrad
kann vor dem Schritt g geschmiert werden. Das vollständig dichte
schraubenförmige
Zahnrad kann vor dem Schritt g gekühlt werden.
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Es wird somit deutlich, daß ein Verfahren zum
Herstellen eines vollständig
dichten schraubenförmigen
Zahnrads aus pulverisiertem Metall gemäß der vorliegenden Erfindung
beinhalten kann, daß eine
gewünschte
Mischung aus pulverisiertem Metall in ein erstes Vorformungs-Gesenk
eingebracht wird. Vorzugsweise kann das Vorformungs-Gesenk die spezielle
Form und die ungefähren
Abmessungen des gewünschten
fertigen Gegenstands aufweisen, beispielsweise eines schraubenförmigen Zahnrads. Das
pulverisierte Metall kann dann in axialer Richtung verdichtet werden,
durch rotierende Schlagwerkzeuge mit einer ausreichenden Kraft,
um genügend
Druck zu erzeugen, um einen Vorformling in Form eines schraubenförmigen Zahnrads
herzustellen.
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Als nächstes wird der Vorformling
in Form eines schraubenförmigen
Zahnrads in einen Ofen gelegt, wo er gesintert wird. Der gesinterte
Vorformling kann dann geschmiert, erhitzt und zu einer Heißverformungspresse
gebracht werden. In der Heißverformungspresse
kann der gesinterte Vorformling in axialer Richtung durch Schlagwerkzeuge
verdichtet werden, mit ausreichender Kraft, um einen genügenden Druck
zu erzeugen, um das Zahnrad vollständig zu verdichten. Die Heißverformungspresse
hat Schlagwerkzeuge, die rotieren, wenn sie den gesinterten Vorformling
verdichten.
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Nach dem Heißverformungsvorgang kann das
verdichtete, schraubenförmige
Zahnrad langsam auf Raumtemperatur abgekühlt werden. Nach dem langsamen
Abkühlungsvorgang
kann der Heißverformungsschmierstoff
durch Sandstrahlen von dem verdichteten schraubenförmigen Zahnrad
entfernt werden. Nach dem Sandstrahlen kann das verdichtete schraubenförmige Zahnrad
geschmiert und zu einer Glättungs-
bzw. Polierpresse gebracht werden. In der Polierpresse kann das
verdichtete schraubenförmige Zahnrad
durch einen schraubenförmig
profilierten Gesenkhohlraum gedrückt
werden, um dem Teil die genaueren gewünschten Abmessungen des Endprodukts
zu geben. Zusätzliche
Arbeitsschritte zur Fertigbearbeitung können durchgeführt werden,
wenn gewünscht,
wie beispielsweise Walzen, Schleifen, Wärmebehandeln, spanendes Bearbeiten
auf Länge und
Schleifen des Durchmessers der inneren Bohrung.
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Weitere Einzelheiten, Aufgaben und
Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung und den beigefügten
Zeichnungen von bestimmten Ausführungsformen
der Erfindung deutlich.
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Ein besseres Verständnis der
Erfindung kann anhand einer Betrachtung der folgenden detaillierten
Beschreibung erhalten werden, die beispielhaft in Verbindung mit
den beigefügten
Zeichnungen gegeben wird, in denen:
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1 ein
Flußdiagramm
zeigt, in dem die wesentlichen Schritte eines Verfahrens nach der
vorliegenden Erfindung dargestellt sind;
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2 eine
vereinfachte Zeichnung von Vorformungs-Werkzeugen zeigt;
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3 eine
vereinfachte Zeichnung von Heißverformungs-Werkzeugen
zeigt;
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4a einen
Vorformling in Form eines schraubenförmigen Zahnrads aus pulverisiertem
Metall zeigt, der unter Einsatz von herkömmlichen Verfahren hergestellt
ist;
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4b ein
vollständig
dichtes, schraubenförmiges
Zahnrad aus pulverisiertem Metall zeigt, das unter Verwendung eines
Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist,
und
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5 eine
vereinfachte Zeichnung von Glättungswerkzeugen
zeigt.
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Nachfolgend wird auf die Zeichnungsfiguren Bezug
genommen, in denen sich gleiche Bezugszeichen durch die unterschiedlichen
Ansichten hindurch auf ähnliche
Teile beziehen, wobei ein Verfahren zum Herstellen eines vollständig dichten,
schraubenförmigen
Zahnrads aus pulverisiertem Metall schematisch in 1 dargestellt ist.
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Das pulverisierte Metall, aus dem
das Zahnrad hergestellt werden soll, wird ausgewählt und gemischt. Das Pulver
wird zu der Formpresse 1 gebracht, und das Pulver wird
dann in einen Vorformungs-Gesenkabschnitt 10 der Formpresse 1 eingebracht,
wie in 2 dargestellt
ist.
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Bevorzugt weist das Vorformgesenk 10 einen
Gesenkhohlraum 11 auf, der die spezielle Geometrie des
gewünschten
Gegenstands aufweist, d. h. des schraubenförmigen Zahnrads. Das pulverförmige Metall
kann dann in axialer Richtung verdichtet werden, mit einer ausreichenden
Kraft, um genügend Druck
zu erzeugen, um einen Vorformling in Form eines schraubenförmigen Zahnrads
herzustellen, der die spezielle Geometrie des gewünschten
Endprodukts aufweist. Im allgemeinen werden etwa 617 MN/m2 (40 Tonnen je Quadratzoll (tsi)) aufgebracht, um
den Vorformling in Form eines schraubenförmigen Zahnrads zu erzeugen.
Dieser Druck kann allerdings zwischen 309 und 772 MN/m2 (20
bis 50 tsi) variieren, in Abhängigkeit
von dem Metallpulver und dem herzustellenden Gegenstand.
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Die Vorformungspresse 1 weist
vorzugsweise ein Gesenk 10 auf, einen oberen Abschnitt 12 und einen
unteren Abschnitt 13. Der obere Abschnitt 12 weist
ein Schlagwerkzeug 14 auf, das eine äußere Geometrie hat, die zu
dem Gesenk 10 paßt.
Das Schlagwerkzeug 14 kann sich drehen, entsprechend der
schraubenförmigen
Verwindung des Zahnrads, wenn das Schlagwerkzeug 14 in
das Gesenk 10 eintritt, um das pulverförmige Metall zu verdichten,
um den Vorformling in Form eines schraubenförmigen Zahnrads zu erzeugen.
Derartige rotierende Gesenkteile sind in dem zuvor genannten Patent
von Signora offenbart. Der untere Abschnitt 13 der Vorformungswerkzeuge
kann ein Schlagwerkzeug 15 aufweisen, das eine äußere Geometrie
aufweist, die zu dem Gesenk 10 paßt. Das Schlagwerkzeug 15 kann
sich drehen, wenn es den Vorformling in Form eines schraubenförmigen Zahnrads
aus dem Vorformungsgesenk 10 ausstößt. Der untere Abschnitt 14 der
Vorformungswerkzeuge kann einen Kernzapfen 16 aufweisen,
der die Bohrung 45 des schraubenförmigen Vorformlings ausbilden
kann. Der Kernzapfen 16 kann sich während der Verdichtung des Pulvers
und des Ausstoßens
des Vorformlings aus dem Gesenk 10 drehen. Ein Vorformling 40 in
Form eines schraubenförmigen
Zahnrads, der wie vorstehend beschrieben hergestellt worden ist,
kann das äußere Erscheinungsbild
haben, das in 4a dargestellt
ist.
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Nach dem Ausstoßen aus dem Vorformungsgesenk 10 wird
der Vorformling 40 in Form eines schraubenförmigen Zahnrads
in einen Ofen 2 gelegt, wo er gesintert wird. Die Sintertemperatur
beträgt
im allgemeinen 1113°C
(2070°F),
kann aber von 1093°C
bis 1315°C
(2000°F
bis 2400°F)
in Abhängigkeit
von dem Typ des Pulvers und des Teils variieren. Aus dem Ofen 2 kommend,
wird der gesinterte Vorformling 40 in Form eines schraubenförmigen Zahnrads
auf Raumtemperatur abgekühlt.
Der gesinterte Vorformling 40 wird zu einem Schmierungsvorgang 3 gebracht,
und anschließend
in einen Vorformling-Beheizer 4, wo der Vorformling beispielsweise
auf etwa 1010°C
(1850°F)
erhitzt wird. In bevorzugter Weise wird der gesinterte Vorformling 40 induktiv
erhitzt. Allerdings kann auch eine Strahlungsbeheizung und eine
Konvektionsheizung eingesetzt werden. Die Temperatur kann zwischen
760°C und
1150°C (1400°F und 2100°F) in Abhängigkeit
von dem Typ des Pulvers und des Teils variieren.
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Von dem Vorformling-Beheizer 4 kommend, wird
der erhitzte, gesinterte Vorformling 40 anschließend zu
einer Heizverformungspresse 5 gebracht, die am besten in 3 dargestellt ist.
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Die Heißverformungspresse 5 weist
ein Heißverformungsgesenk 20 auf,
das bevorzugt auf einer kontrollierten Temperatur gehalten wird,
die typischerweise etwa 315°C
(600°F)
betragen kann. Wenn der erhitzte, gesinterte Vorformling 40 in
das Heißverformungsgesenk 20 eingelegt
worden ist, das in 3 dargestellt
ist, wird er augenblicklich in axialer Richtung mit einer ausreichenden
Kraft verdichtet, um einen genügend
hohen Druck zu erzeugen, um den gesinterten Vorformling 40 in
Form eines schraubenförmigen
Zahnrads vollständig
zu verdichten. Der Druck beträgt üblicherweise
etwa 617 MN/m2 (40 tsi) in diesem Schritt,
kann allerdings von 309 bis 1389 MN/m2 (20
tsi bis 90 tsi) für
unterschiedliche Typen von Pulvern und Teilen variieren. Ähnlich wie
die Vorformungspresse 1 weist die Heißverformungspresse 5 ein
Gesenk 20 mit einem schraubenförmig profilierten Hohlraum 21,
einem oberen Abschnitt 22 und einem unteren Abschnitt 23 auf.
Der obere Abschnitt 22 weist ein Schlagwerkzeug 24 auf, das
auf den gesinterten Vorformling aufschlägt bzw. diesen verdichtet.
Das Schlagwerkzeug 24 weist eine externe Geometrie auf,
die zu dem Gesenkhohlraum 20 paßt. In bevorzugter Weise dreht
sich das Schlagwerkzeug 24 entsprechend der schraubenförmigen Verwindung
des Zahnrads, während
es den gesinterten Vorformling 40 verdichtet. Der obere
Abschnitt 22 kann einen Kernzapfen 26 aufweisen,
der die Bohrung 25 des Vorformlings 40 während des
Heißverformungsvorgangs
stützt
und ausbildet. Der Kernzapfen 26 kann während des Heißverformungsvorgangs
rotieren.
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Unmittelbar nach dem Verdichten wird
das verdichtete schraubenförmige
Zahnrad durch das Schlagwerkzeug 25 aus dem Gesenkhohlraum 21 ausgestoßen. Vorzugsweise
dreht sich das Schlagwerkzeug 25, während das verdichtete Zahnrad
ausgestoßen
wird. Der gesamte Heißverformungsvorgang
kann eine Dauer von beispielsweise lediglich etwa einer Sekunde
oder weniger aufweisen.
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Alternativ, anstelle der Verwendung
eines geschmierten Vorformlings, kann ein heißer Vorformling aus dem Sinterofen 2 entnommen
werden, und in einem geschmierten Heißverformungsgesenk 20 heiß verformt
werden, wie vorstehend beschrieben.
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Ein verdichtetes schraubenförmiges Zahnrad 43,
das entsprechend den vorstehend beschriebenen Vorformungs- und Heißverformungsschritten hergestellt
worden ist, kann das äußere Erscheinungsbild
haben, das in 4b dargestellt
ist. Wie aus 4a und 4b ersichtlich ist, weist
das verdichtete Zahnrad 43 eine kürzere axiale Länge auf
als der gesinterte Vorformling in Form eines schraubenförmigen Zahnrads 40.
Allerdings haben beide Zahnräder das
gleiche Gewicht. Das kürzere
schraubenförmige Zahnrad 43 hat
lediglich eine größere Dichte.
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Die Dichte des Vorformlings 40 in
Form eines schraubenförmigen
Zahnrads kann bei dem einleitenden Vorverformungsvorgang in dem
Vorformgesenk 10 verändert
werden. Die durchschnittliche Dichte des Vorformlings 40 beträgt typischerweise etwa
6,8 Gramm je Kubikzentimeter (g/cc), kann allerdings von 6,2 bis
7,2 g/cc variieren. Das Gewicht des Vorformlings 40 kann
wesentlich sein und sollte genau kontrolliert werden.
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Die letztendliche Dichte des schraubenförmigen Zahnrads 43 kann
von der axialen Schlag- bzw. Verdichtungskraft
abhängen,
die in dem Heißverformungsgesenk 20 auf
den erhitzten Vorformling 40 aufgebracht wird. Die letztendliche
Dichte des schraubenförmigen
Zahnrads 43 beträgt
typischerweise etwa 7,82 g/cc, kann allerdings zwischen 7,5 und
7,85 g/cc variieren. Die maximale Dichte entspricht im allgemeinen
der minimalen Länge
des verdichteten schraubenförmigen
Zahnrads bei einem gegebenen Gewicht.
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Nach dem Ausstoßen aus dem Heißverformungsgesenk 20 wird
das verdichtete schraubenförmige
Zahnrad 43 zu dem Kühlförderer 6 gebracht,
wo es auf Raumtemperatur abgekühlt
werden kann. Von dem Kühlförderer 6 wird
das verdichtete schraubenförmige
Zahnrad 43 geschmiert 8 und an eine dritte Presse,
eine Polier- bzw. Glättungspresse 9 gebracht,
wo es in einen Glättungsgesenkabschnitt 30 der
Glättungspresse 9 eingelegt
wird, wie in 5 dargestellt
ist. Das Glättungsgesenk 30 weist
einen schraubenförmig
profilierten Hohlraum 31 und einen oberen Abschnitt 32 auf.
Der obere Abschnitt 32 weist ein Schlagwerkzeug 33 und
einen Kernzapfen 34 auf. Das Schlagwerkzeug 33 kann
rund sein, oder es kann eine äußere Geometrie
aufweisen, die zu dem Gesenkhohlraum 31 paßt. Der
obere Abschnitt 32 kann einen Kernzapfen 34 aufweisen,
der die Bohrung 45 des verdichteten schraubenförmigen Zahnrads 43 während des
Glättungsvorgangs
abstützt.
In der Glättungspresse 9 wird
das verdichtete schraubenförmige
Zahnrad 43 durch den schraubenförmig profilierten Gesenkhohlraum 31 mittels
des Schlagwerkzeugs 33 hindurchgedrückt. Der profilierte Gesenkhohlraum 31 weist
die exakten Abmessungen auf, die das fertige, vollständig dichte
schraubenförmige
Zahnrad in gewünschter
Weise besitzen soll. In diesem Vorgang dreht sich das verdichtete
schraubenförrmige
Zahnrad 43, während
es durch den Gesenkhohlraum 31 gedrückt wird. Das Schlagwerkzeug 33 und
der Kernzapfen 34 können
sich mit dem verdichteten schraubenförmigen Zahnrad 43 drehen, während dieses
durch das Glättungsgesenk 30 gedrückt wird.
Der Glättungsschritt
bringt das Zahnprofil des verdichteten schraubenförmigen Zahnrads 43 in die
genaue erforderliche Form. Die präziseren äußeren Abmessungen der schraubenförmigen Zähne werden
dem Zahnrad mitgeteilt, während
das Zahnrad durch das Gesenk 30 gedrückt wird. In diesem Stadium
ist das verdichtete schraubenförmige
Zahnrad 43 noch nicht wärmebehandelt
worden, d. h. gehärtet,
und ist daher noch in gewisser Weise verformbar. Als Folge davon
kann das Zahnrad besser auf die exakten Abmessungen des Gesenkhohlraums 31 hin
verformt werden, während
es durch diesen hindurchgedrückt
wird. Vor dem Glättungsschritt
liegt das verdichtete schraubenförmige
Zahnrad 43 möglicherweise
nur in Klasse 3 oder 4. Nach dem Glätten kann
das Zahnrad 43 allerdings wesentlich präzisere äußere Abmessungen aufweisen
und kann in Klasse 7 bis 10 liegen.
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Zusätzlich können abschließende Bearbeigungsschritte
zur Fertigbearbeitung ausgeführt
werden, nachdem das Glätten
abgeschlossen ist, wenn gewünscht,
wobei das verdichtete schraubenförmige Zahnrad 43 beispielsweise
mittels einer Wärmebehandlung
gehärtet
wird. Auch kann das verdichtete schraubenförmige Zahnrad 43 durch
spanende Bearbeitung oder Schleifen auf gewünschte axiale Längen bearbeitet
werden. Weiterhin kann die zentrale Bohrung 43 auf einen
gewünschten
Durchmesser spanend bearbeitet oder geschliffen werden. Weiterhin
kann das verdichtete schraubenförmige
Zahnrad geschabt und/oder gerollt werden, um ein noch präziseres
Zahnprofil zu erhalten.
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Obwohl die schraubenförmigen Zahnräder 40, 43,
die in 4a und 4b dargestellt sind, mit
einer zentralen Bohrung 45 dargestellt sind, können sie auch
als ein massives Teil hergestellt werden. Außerdem kann das vorstehend
beschriebene Verfahren so eingesetzt werden, daß ein schraubenförmiges Zahnrad
hergestellt wird, das einen Wellenabschnitt oder andere derartige
unterschiedlich gestaltete Abschnitte aufweist, was mittels Formgebung
in unterschiedlichen Höhen
oder unterschiedlich ausgelegten Formhohlräumen möglich ist, wie dies für einen Fachmann
auf dem vorliegenden Gebiet bekannt ist.