EP1694452A1 - Verfahren zum herstellen eines zahnrades - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines zahnrades

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EP1694452A1
EP1694452A1 EP04802001A EP04802001A EP1694452A1 EP 1694452 A1 EP1694452 A1 EP 1694452A1 EP 04802001 A EP04802001 A EP 04802001A EP 04802001 A EP04802001 A EP 04802001A EP 1694452 A1 EP1694452 A1 EP 1694452A1
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EP
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metal blank
powder metal
toothing
pressure rings
mandrel
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EP04802001A
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Christian Sandner
Horst Rössler
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Miba Sinter Austria GmbH
Original Assignee
Miba Sinter Austria GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H5/00—Making gear wheels, racks, spline shafts or worms
    • B21H5/02—Making gear wheels, racks, spline shafts or worms with cylindrical outline, e.g. by means of die rolls
    • B21H5/022—Finishing gear teeth with cylindrical outline, e.g. burnishing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49462—Gear making
    • Y10T29/49467—Gear shaping
    • Y10T29/49471—Roll forming

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a gearwheel from a powder metal blank pressed and sintered with an oversize in the toothing area, the powder metal blank supported on a mandrel in the area of the oversize by pressing a counter toothing of a rotating presser tool engaging in the toothing of the powder metal blank plastic deformation around the allowance is compressed.
  • the surface layer in the engagement area of the gearwheel is compacted by means of a pusher tool in the form of at least one gearwheel, which has either an external toothing (EP 0 552 B1) engaging in the toothing of the powder metal blank or an internal toothing (AT 406 836 B), with the aid of which the sliding speed can be reduced between the tooth flanks of the powder metal blank and the press tool.
  • a pusher tool in the form of at least one gearwheel, which has either an external toothing (EP 0 552 B1) engaging in the toothing of the powder metal blank or an internal toothing (AT 406 836 B), with the aid of which the sliding speed can be reduced between the tooth flanks of the powder metal blank and the press tool.
  • the invention is therefore based on the object of designing a method for producing a gearwheel of the type described at the outset in such a way that advantageous compression of the powder metal blank produced with an oversize in the toothing region can be ensured without having to fear an increase in the wheel circumference.
  • the invention solves this problem in that the powder metal blank is clamped radially over the circumference at both end faces during its compression.
  • the pushing forces which are otherwise locally limited to the area of engagement of the printing tool, are distributed over the circumference of the powder metal blank with the effect that an enlargement of the wheel circumference is prevented and the compression of the powder metal blank is essentially limited to the measuring range of Gearing limited.
  • the powder metal blank can be axially clamped between two pressure rings in a simple manner, both non-positive and positive connections being possible. It is only a question of clamping the powder metal blank radially without hindering compression by the trigger tool in the toothing area.
  • radial thrust forces can be exerted by the friction caused by the axial clamping of the powder metal blank between the pressure rings. finally be removed from the powder metal blank on the pressure rings.
  • a corresponding transfer of force can, of course, also be achieved or supported by a form fit if this form fit allows a force transmission in the radial direction.
  • a known device has a mandrel for supporting the powder metal blank of the gearwheel to be produced, which is pressed and sintered, and has at least one pusher tool which engages with a toothing in the toothing of the powder metal blank. If in such a device two pressure rings coaxial to the mandrel and the powder metal blank are axially clamped between them, the powder metal blank can be clamped radially over these circumferences between these axially pressed pressure rings in order to hold the part in the engagement area of the trigger tool due to the resulting receiving Powder metal blank between the pressing tool and the mandrel acting forces to prevent an enlargement of the wheel circumference without hindering the compression in the toothing area.
  • one of the two pressure rings can be supported axially relative to the mandrel, while the other pressure ring is connected to an axial actuator.
  • the required axial clamping forces can thus be exerted by the pressure rings on the powder metal blank via this actuator.
  • the pressure rings and / or the powder metal blank can have axially projecting, circumferential approaches for the positive connection between the powder metal blank and the pressure rings. These circumferential approaches can engage in annular recesses or axially overlap corresponding shoulders in order to ensure a form-fit that is effective in the radial direction.
  • the approaches or exceptions provided in the area of the powder metal blank Sections can be removed again after the gearing area has been compressed.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention for performing the method in a schematic side view
  • FIG. 3 a representation corresponding to FIG. 2 of a construction variant of the radial clamping of the powder metal blank
  • Fig. 4 shows another embodiment of a radial clamping of the powder metal blank also in a simplified axial section.
  • the device according to FIG. 1 has a mandrel 1 for receiving a powder metal blank 2 to be machined and a pressure roller 5 which can be adjusted to a presser tool 4 via an actuator 3, for example a hydraulic cylinder.
  • the pusher tool 4 consists of a ring gear with an internal toothing 6, which cooperates with the toothing 7 of the powder metal blank 2 as counter toothing.
  • the teeth of the powder metal blank 2 were sintered with a corresponding allowance in the flank or foot area, but the teeth of the internal toothing 6 of the pusher tool 4 are designed according to the nominal size of the teeth of the gear to be manufactured, the tooth flanks or feet are in the area of Oversize compressed by the pressed teeth of the press tool 4 under a plastic deformation, the compression being carried out step by step because the powder metal blank is processed in several cycles. So that there is no plastic deformation of the entire gear cross-section due to the local application of force to the pressure tool 4, which is associated with an enlargement of the wheel circumference, the powder metal blank 2 is clamped radially on its two end faces over the circumference, which prevents the wheel circumference from being lengthened.
  • the pusher forces which are otherwise local to the meshing area, can thus be distributed over the entire circumference of the wheel.
  • the forces distributed over the circumference prevent the wheel body from being overloaded. Nevertheless, the necessary compression of the toothing in the area of the oversize is ensured, because the toothing lies outside the clamped area of the powder metal blank.
  • two pressure rings 8, 9 are provided according to FIG. 2, between which the powder metal blank 2 is clamped axially.
  • an actuator 10 which is designed in the exemplary embodiment as a nut 11, which is screw-adjustable in the axial direction on the mandrel 1 and presses the pressure ring 9 against the powder metal blank 2, which is supported on the pressure ring 8.
  • the pressure ring 8 itself strikes a shoulder 12 of the dome 1 and is axially fixed by this shoulder 12. Since the pressure rings 8, 9 are pressed with their end faces on the end faces of the powder metal blank 2, there is a frictional engagement, via which radial thrust forces can be transferred from the powder metal blank 2 to the pressure rings 8, 9.
  • the pusher forces that become effective in the area of the wheel body are thus not only distributed over the wheel circumference by the radial support of the powder metal blank 2, but are also partially transferred to the pressure rings 8 and 9.
  • the positive connection between the powder metal blank 2 on the one hand and the pressure rings 8, 9 on the other hand is supplemented by a positive connection.
  • the powder metal blank 2 forms axially projecting projections 13, which result in annular shoulders overlapped by the pressure rings 8, 9, so that a form-fitting conclusive support of the powder metal blank 2 on the pressure rings 8, 9.
  • the radial clamping of the powder metal blank 2 can also only take place in a force-fitting manner if the connection between the powder metal blank 2 and the pressure rings 8, 9 takes place via circumferential radial projections 13 of the pressure rings 8, 9, which are in press in the end faces of the powder metal blank 2 and thus cause the desired positive locking in the radial direction.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades aus einem mit einem Aufmass im Verzahnungsbereich gepressten und gesinterten Pulvermetallrohling (2) beschieben, wobei der auf einem Dorn (1) abgestützte Pulvermetallrohling (2) im Bereich des Aufmasses durch ein Andrücken einer in die Verzahnung des Pulvermetallrohlings (2) eingreifenden Gegenverzahnung eines umlaufenden Drükkerwerkzeuges (4) unter einer plastischen Verformung um das Aufmass verdichtet wird. Um eine genaue Herstellung sicherzustellen, wird vorgeschlagen, dass der Pulvermetallrohling während seiner Verdichtung an beiden Stirnseiten über den Umfang radial eingespannt wird.

Description

Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades aus einem mit einem Aufmaß im Verzahnungsbereich gepreßten und gesinterten Pulvermetallrohling, wobei der auf einem Dorn abgestützte Pulvermetallrohling im Bereich des Aufmaßes durch ein Andrücken einer in die Verzahnung des Pulvermetallrohlings eingreifenden Gegenverzahnung eines umlaufenden Drückerwerkzeuges unter einer plastischen Verformung um das Aufmaß verdichtet wird.
Stand der Technik
Um eine vergleichsweise niedrige Dauerbiegefestigkeit im Bereich der Zahnfüße und eine geringe Verschleißfestigkeit im Bereich der Zahnflanken bei pulvermetallurgisch hergestellten Zahnrädern zu vermeiden, ist es bekannt (EP 0 552 272 B1 , AT 406 836B), die gesinterten Pulvermetallrohlinge der Zahnräder im Flanken- und im Fußbereich der Zähne zu verdichten, so daß eine weitgehend porenfreie Oberflächenschicht erhalten wird, die im Eingriffsbereich des Zahnrades eine erhebliche Steigerung der zulässigen Belastbarkeit mit sich bringt. Die Verdichtung der Oberflächenschicht im Eingriffsbereich des Zahnrades erfolgt über ein Drückerwerkzeug in Form wenigstens eines Zahnrades, das entweder eine in die Verzahnung des Pulvermetallrohlings eingreifende Außenverzahnung (EP 0 552 B1) oder eine Innenverzahnung (AT 406 836 B) aufweist, mit deren Hilfe die Gleitgeschwindigkeit zwischen den Zahnflanken des Pulvermetallrohlings und des Drückerwerkzeuges verringert werden kann. Unabhängig von der Art des eingesetzten Drückerwerkzeuges besteht jedoch die Gefahr, daß die örtlich zwischen dem Drückerwerkzeug und einem das Zahnrad aufnehmenden Dorn auftretenden Druckkräfte eine plastischen Verformung des gesamten Radquerschnittes bedingen, was nicht nur eine unzureichende Verdichtung der Zahnflanken nach sich zieht, sondern auch zu einer unzulässigen Vergrößerung des Radumfanges führt, insbesondere bei Zahnrädern mit einem gegenüber dem Fußkreis vergleichsweise großen Innendurchmesser.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß eine vorteilhafte Verdichtung des mit einem Aufmaß hergestellten Pulvermetallrohlings im Verzahnungsbereich sichergestellt werden kann, ohne eine Vergrößerung des Radumfanges befürchten zu müssen.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Pulvermetallrohling während seiner Verdichtung an beiden Stirnseiten über den Umfang radial eingespannt wird.
Durch die Einspannung des Pulvermetallrohlings an beiden Stirnseiten werden die sonst in wesentlichen auf den Eingriffsbereich des Druckerwerkzeuges örtlich beschränkten Drückerkräfte über den Umfang des Pulvermetallrohlings mit der Wirkung verteilt, daß eine Vergrößerung des Radumfanges unterbunden wird und sich die Verdichtung des Pulvermetallrohlings im wesentlichen auf den Aufmaßbereich der Verzahnung beschränkt. Zur radialen Einspannung des Pulvermetallrohlings über seinen Umfang kann der Pulvermetallrohling in einfacher Weise zwischen zwei Druckringen axial eingeklemmt werden, wobei sowohl Kraft- als auch formschlüssige Verbindungen möglich sind. Es geht je lediglich darum, den Pulvermetallrohling radial einzuspannen, ohne die Verdichtung durch das Drückerwerkzeug im Verzahnungsbereich zu behindern. Zu diesem Zweck können radiale Schubkräfte über den durch das axiale Einklemmen des Pulvermetallrohlings zwischen den Druckringen bedingten Reib- schluß vom Pulvermetallrohling auf die Druckringe abgetragen werden. Eine entsprechende Kraftabtragung kann aber selbstverständlich auch durch einen Formschluß erreicht oder unterstützt werden, wenn dieser Formschluß eine Kraftübertragung in radialer Richtung erlaubt.
Zur Durchführung des Verfahrens kann von einer bekannten Vorrichtung ausgegangen werden, die einen Dorn zum Abstützen des mit Aufmaß gepreßten und gesinterten Pulvermetallrohlings des herzustellenden Zahnrades und wenigstens ein Drückerwerkzeug aufweist, das mit einer Gegenverzahnung in die Verzahnung des Pulvermetallrohlings eingreift. Werden bei einer solchen Vorrichtung zwei zum Dorn koaxiale, den Pulvermetallrohling zwischen sich axial klemmende Druckringe vorgesehen, so kann der Pulvermetallrohling zwischen diesen axial angedrückten Druckringen über den Umfang radial eingespannt werden, um aufgrund der dadurch bedingten Aufnahme eines Teiles der im Eingriffsbereich des Drückerwerkzeuges auf den Pulvermetallrohling zwischen dem Drückerwerkzeug und dem Dorn wirksam werdenden Kräfte eine Vergrößerung des Radumfanges zu unterbinden, ohne die Verdichtung im Verzahnungsbereich zu behindern.
Um einfache Konstruktionsverhältnisse zu schaffen, kann einer der beiden Druckringe axial gegenüber dem Dorn abgestützt werden, während der andere Druckring mit einem axialen Stelltrieb verbunden wird. Über diesen Stelltrieb können somit die erforderlichen axialen Klemmkräfte von den Druckringen auf den Pulvermetallrohling ausgeübt werden.
Soll die radiale Einspannung des Pulvermetallrohlings an seinen beiden Stirnseiten zumindest durch einen Formschluß unterstützt werden, so können die Druckringe und/oder der Pulvermetallrohling axial vorstehende, umlaufende Ansätze zur formschlüssigen Verbindung zwischen dem Pulvermetallrohling und den Druckringen aufweisen. Diese umlaufenden Ansätze können in ringförmige Ausnehmungen eingreifen oder entsprechende Schultern axial übergreifen, um einen in radialer Richtung wirksamen Formschluß sicherzustellen. Die im Bereich des Pulvermetallrohlings vorgesehenen Ansätze oder Ausneh- mungen können nach der Verdichtung des Verzahnungsbereiches wieder entfernt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens in einer schematischen Seitenansicht,
Fig. 2 einen auf einem Dorn abgestützten, zwischen zwei stirnseitigen Druckringen radial eingespannten Pulvermetallrohling in einem vereinfachten Axialschnitt in einem größeren Maßstab,
Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer Konstruktionsvariante der radialen Einspannung des Pulvermetallrohlings und
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer radialen Einspannung des Pulvermetallrohlings ebenfalls in einem vereinfachten Axialschnitt.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Die Vorrichtung gemäß der Fig. 1 weist einen Dorn 1 zur Aufnahme eines zu bearbeitenden Pulvermetallrohlings 2 sowie eine über einen Stelltrieb 3, beispielsweise einen Hydraulikzylinder, an ein Drückerwerkzeug 4 anstellbare Druckrolle 5 auf. Das Drückerwerkzeug 4 besteht aus einem Zahnkranz mit einer Innenverzahnung 6, die als Gegenverzahnung mit der Verzahnung 7 des Pulvermetallrohlings 2 zusammenwirkt. Da die Zähne des Pulvermetallrohlings 2 mit einem entsprechenden Aufmaß im Flanken- bzw. Fußbereich gesintert wurden, die Zähne der Innenverzahnung 6 des Drückerwerkzeuges 4 jedoch entsprechend dem Sollmaß der Zähne des zu fertigenden Zahnrades ausgebildet sind, werden die Zahnflanken bzw. -fuße im Bereich des Aufmaßes durch die angepreßten Zähne des Drückerwerkzeuges 4 unter einer plastischen Verformung verdichtet, wobei die Verdichtung schrittweise erfolgt, weil der Pulvermetallrohling in mehreren Umläufen bearbeitet wird. Damit durch den örtlich auf den Eingriffsbereich des Drückerwerkzeuges 4 beschränkten Kraftangriff keine plastische Verformung des gesamten Zahnradquerschnittes erfolgt, was mit einer Vergrößerung des Radumfanges verbunden ist, wird der Pulvermetallrohling 2 an seinen beiden Stirnseiten über den Umfang radial eingespannt, was einer Verlängerung des Radumfanges entgegensteht. Die sonst örtlich auf den Zahneingriffsbereich beschränkten Drückerkräfte können somit über den gesamten Radumfang verteilt abgetragen werden. Die über den Umfang verteilten Kräfte schließen eine Überlastung des Radkörpers aus. Trotzdem wird die notwendige Verdichtung der Verzahnung im Bereich des Aufmaßes sichergestellt, weil ja die Verzahnung außerhalb des eingespannten Bereichs des Pulvermetallrohlings liegt.
Zum radialen Einspannen des Pulvermetallrohlings 2 über seinen Umfang sind gemäß der Fig. 2 zwei Druckringe 8, 9 vorgesehen, zwischen denen der Pulvermetallrohling 2 axial geklemmt wird. Zur Beaufschlagung dieser Druckringe 8, 9 dient ein Stelltrieb 10, der im Ausführungsbeispiel als Mutter 11 ausgebildet ist, die auf dem Dorn 1 in axialer Richtung schraubverstellbar gelagert ist und den Druckring 9 gegen den Pulvermetallrohling 2 drückt, der sich am Druckring 8 abstützt. Der Druckring 8 selbst schlägt an einer Schulter 12 des Domes 1 an und wird durch diese Schulter 12 axial festgelegt. Da die Druckringe 8, 9 mit ihren Stirnseiten an den Stirnseiten des Pulvermetallrohlings 2 angepreßt werden, ergibt sich ein Reibschluß, über den radiale Schubkräfte vom Pulvermetallrohling 2 auf die Druckringe 8, 9 abgetragen werden können. Die im Bereich des Radkörpers wirksam werdenden Drückerkräfte werden somit durch die radiale Abstützung des Pulvermetallrohlings 2 nicht nur über den Radumfang verteilt, sondern auch zum Teil auf die Druckringe 8 und 9 abgetragen.
Gemäß der Fig. 3 wird die formschlüssige Verbindung zwischen dem Pulvermetallrohling 2 einerseits und den Druckringen 8, 9 anderseits durch eine formschlüssige Verbindung ergänzt. Zu diesem Zweck bildet der Pulvermetallrohling 2 axial vorstehende Ansätze 13, die von den Druckringen 8, 9 übergrif- fene Ringschultern ergeben, so daß sich über diese Ringschultern eine form- schlüssige Abstützung des Pulvermetallrohlings 2 an den Druckringen 8, 9 einstellt.
Wie die Fig. 4 zeigt, kann die radiale Einspannung des Pulvermetallrohlings 2 auch nur kraftschlüssig erfolgen, wenn die Verbindung zwischen dem Pu Iver- metallrohling 2 und den Druckringen 8, 9 über umlaufende radiale Ansätze 13 der Druckringe 8, 9 erfolgt, die sich in die Stirnseiten des Pulvermetallrohlings 2 eindrücken und damit den angestrebten Formschluß in radialer Richtung bedingen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades aus einem mit einem Aufmaß im Verzahnungsbereich gepreßten und gesinterten Pulvermetallrohling, wobei der auf einem Dorn abgestützte Pulvermetallrohling im Bereich des Aufmaßes durch ein Andrücken einer in die Verzahnung des Pulvermetallrohlings eingreifenden Gegenverzahnung eines umlaufenden Drückerwerkzeuges unter einer plastischen Verformung um das Aufmaß verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulvermetallrohling während seiner Verdichtung an beiden Stirnseiten über den Umfang radial eingespannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Pulvermetallrohling zur radialen Einspannung zwischen zwei Druckringen axial eingeklemmt wird.
3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Dorn zum Abstützen eines mit Aufmaß gepreßten und gesinterten Pulvermetallrohlings für ein Zahnrad und mit wenigstens einem Drückerwerkzeug, das mit einer Gegenverzahnung in die Verzahnung des Pulvermetallrohlings eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zum Dorn (1) koaxiale, den Pulvermetallrohling (2) zwischen sich axial klemmende Druckringe (8, 9)vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Druckringe (8, 9) axial gegenüber dem Dorn (1) abgestützt und der andere Druckring (9) mit einem axialen Stelltrieb (10) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckringe (8, 9)und/oder der Pulvermetallrohling (2) axial vorstehende, umlaufende Ansätze (13) zur formschlüssigen Verbindung zwischen dem Pulvermetallrohling (2) und den Druckringen (8, 9) aufweisen.
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