WO2002043897A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines zahnrades - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a gear from a pressed and sintered powder metal blank with an oversize in the flank or foot region of the teeth, which in the area of the oversize by pressing an engaging in the toothing counter toothing of a press tool under one plastic deformation around the oversize is compressed.
  • a pusher tool in the form of at least one gearwheel which has a counter-toothing which engages in the toothing of the powder metal blank.
  • the teeth of the powder metal blank are thus subjected to post-compression in the engagement area of the pusher tool, to the extent that is provided in the flank or foot area Measurement of the powder metal blank.
  • the load-bearing capacity of the toothing can be increased with the thickness of the post-compressed surface layer. Since the depth of the post-compaction primarily depends on the size of the allowance in the flank and foot area of the toothing, an increase in the load-bearing capacity of the toothing requires increasing allowances, which not only allow the desired closer compression of the flank or foot area, but also Give cause for the teeth to stretch in the direction of the tooth height, especially during the double-sided loading of the tooth flanks of the powder metal blank due to the counter-toothing of the pusher tool. The tensile stresses caused by the tooth extension in the tooth body entail the risk of crack formation, which can result in broken teeth. This means that the depth of post-compaction and thus the possible increase in tooth load-bearing capacity must remain limited.
  • the invention is therefore based on the object to design a method for producing a gear of the type mentioned so that the load-bearing capacity of the toothing can be increased without having to worry about cracks in the tooth body.
  • the invention solves this problem in that during the plastic deformation of the flank or foot area, the tooth tip surface of the respective tooth is acted upon by a compressive force which counteracts an extension of the tooth.
  • the pressure force acting during the plastic deformation of the flank or foot area on the tooth tip surfaces of the teeth prevents the sintered material from flowing in the direction of the tooth height due to the plastic deformation of the flank or foot area, so that the free flow of the Sintered material occurring tensile stresses can be largely suppressed, in connection with an additional, slight compression of the tooth tip.
  • the gap profile between the tooth flanks of the counter-toothing of the trigger tool determines the shape of the tooth tip surface of the teeth of the powder metal blank, so that a desired profile of the tooth tip surface of the teeth of the gear wheel can also be specified via this gap profile, which would otherwise require reworking of the Makes tooth tip surfaces unnecessary.
  • the flow of the sintered material in the radial direction due to the re-compression of the tooth flanks of the powder metal blank is inhibited by the gap profile of the pusher tool, the gap profile having a shaping effect on the tooth tip surface.
  • the pressed and sintered powder metal blank 1 with a corresponding allowance in the tooth flank area is clamped on a receiving shaft and machined with the aid of a pusher tool 2 which has a ring gear with counter teeth 3 for the teeth 4 of the powder metal blank 1.
  • the tooth geometry of the counter-toothing 3 is based on the desired geometry of the toothing 4 of the gear wheel to be manufactured.
  • the powder metal blank 1 Since the powder metal blank 1 has an oversize in the area of the tooth flanks 6 of its teeth 7, this means that when the trigger tool 2 is rolled on the powder metal blank 1, the tooth flanks 6 of the toothing 4 of the powder metal blank 1 are plastically deformed by the teeth 5 of the counter-toothing 3 of the trigger tool 2 by the allowance to the desired course, namely with a recompression of a surface layer 8, which is indicated in dashed lines in the drawing.
  • the teeth 7 of the powder metal blank 1 tend, particularly with a flank load on both sides by the press tool 2, to radial stretching, which leads to tensile stresses within the tooth body.
  • the foot height h f of the teeth 5 of the trigger tool 2 measured between the root circle 9 and the pitch circle 10 of the counter toothing 3 corresponds to the head height h k of the teeth 7 measured between the pitch circle 11 and the pitch circle 12 Tooth 4 of the powder metal blank 1.
  • This simple measure exerts a compressive force on the tooth tip surface 14 of the teeth 7 of the powder metal blank 1 via the gap profile 13 between the flanks of the teeth 5 of the counter toothing 3 with the effect that the stretching is prevented and the tooth tip surface 14 a shape predetermined by the gap profile 13 is forced.
  • the tensile stresses that otherwise occur due to a radial flow of the sintered material in the region of the tooth body can be largely suppressed, which leads to a greater depth of the compressed surface layer 8 in the tooth flank region.
  • there is an additional compression of the tooth head there is an additional compression of the tooth head.

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines zahnrades aus einem mit einem Aufmass im Flanken-bzw. Fussbereich der Zähne gepressten und gesinterten Pulvermetallrohling (1) beschrieben, der im Bereich des Aufmasses durch ein Andrücken einer in die Verzahnung (4) eingreifenden Gegenverzahnung (3) eines Drückerwerkzeuges (2) unter einer plastischen Verformung um das Aufmass verdichtet wird. Um vorteilhafte Bedingungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass während der plastischen Verformung des Flanken- bzw. Fussbereiches die Zahnkopffläche des jeweiligen Zahnes mit einer einer Streckung des Zahnes entgegenwirkenden Druckkraft beaufschlagt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Zahnrades
Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades aus einem mit einem Aufmaß im Flanken- bzw. Fußbereich der Zähne gepreßten und gesinterten Pulvermetallrohling, der im Bereich des Aufmaßes durch ein Andrücken einer in die Verzahnung eingreifenden Gegenverzahnung eines Drückerwerkzeuges unter einer plastischen Verformung um das Aufmaß verdichtet wird.
Stand der Technik
[0002] Da die Verdichtung von aus einem Sinterpulver gepreßten Formkörpern durch die Belastbarkeit der Preßwerkzeuge beschränkt wird, muß mit einer Restporosität dieser Formkörper gerechnet werden. Diese Restporosität von aus einem Sinterpulver gepreßten und gesinterten Zahnrädern beeinträchtigt die Belastbarkeit der Zähne. Um die dadurch bedingte niedrigere Dauerbiegefestigkeit im Bereich der Zahnfüße und geringere Verschleißfestigkeit im Zahnflankenbereich zu verbessern, ist es bekannt (EP 0 552 272 B1 , WO 00/43148 A1), die gesinterten Pulvermetallrohlinge der Zahnräder im Flanken- und Fußbereich der Zähne zu verdichten, so daß eine weitgehend porenfreie Oberflächenschicht erhalten wird. Zu diesem Zweck wird ein Drückerwerkzeug in Form wenigstens eines Zahnrades eingesetzt, das eine in die Verzahnung des Pulvermetallrohlings eingreifende Gegenverzahnung aufweist, Die Zähne des Pulvermetallrohlings werden somit im Eingriffsbereich des Drückerwerkzeuges einer Nachverdichtung unterzogen, und zwar im Ausmaß des im Flanken- bzw. Fußbereiches vorgesehenen Aufmaßes des Pulvermetallrohlings.
[0003] Obwohl bei einer üblichen Zahnbelastung die Spannungsspitzen in oberflächennahen Bereichen auftreten und folglich bereits eine vergleichsweise geringe Nachverdichtung im Flanken- und Fußbereich zu einer deutlichen Steigerung der Tragfähigkeit der Verzahnung führt, kann die Tragfähigkeit der Verzahnung mit der Dicke der nachverdichteten Oberflächenschicht gesteigert werden. Da die Tiefe der Nachverdichtung vor allem von der Größe des Aufmaßes im Flanken- und Fußbereich der Verzahnung abhängt, setzt eine Steigerung der Tragfähigkeit der Verzahnung zunehmende Aufmaße voraus, die jedoch nicht nur die angestrebte tiefere Verdichtung des Flanken- bzw. Fußbereiches erlauben, sondern auch Anlaß zu einer Streckung der Zähne in Richtung der Zahnhöhe geben, vor allem während der beidseitigen Belastung der Zahnflanken des Pulvermetallrohlings durch die Gegenverzahnung des Drük- kerwerkzeuges. Die Durch die Zahnstreckung im Zahnkörper bedingten Zugspannungen bringen die Gefahr von Rißbildungen mit sich, was Zahnbrüche zur Folge haben kann. Dies bedeutet, daß die Tiefe der Nachverdichtung und damit die mögliche Steigerung der Zahntragfähigkeit beschränkt bleiben muß.
[0004] Um eine gleichmäßige Oberflächenverdichtung bei gleichzeitiger Formgebung zu erreichen, ist es im übrigen bekannt (JP 10176203 A), mit Hilfe einer Gegenverzahnung eine einheitliche Druckbelastung auf die Zähne eines gesinterten Zahnrades während des Abrollvorganges auszuüben. Da bei einer solchen formgebenden Verdichtung vergleichsweise geringen Ausmaßes keine Rißbildungen im Zahnkörper zu erwarten ist, kann ein solches formgebendes Verdichtungsrollen keine Lehre geben, wie bei örtlich beschränkten, vergleichsweise großen Verdichtungen die Rißneigung unterdrückt werden kann. Darstellung der Erfindung
[0005] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß die Tragfähigkeit der Verzahnung gesteigert werden kann, ohne Rißbildungen im Zahnkörper besorgen zu müssen.
[0006] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß während der plastischen Verformung des Flanken- bzw. Fußbereiches die Zahnkopffläche des jeweiligen Zahnes mit einer einer Streckung des Zahnes entgegenwirkenden Druckkraft beaufschlagt wird.
[0007] Die während der plastischen Verformung des Flanken- bzw. Fußbereiches auf die Zahnkopfflächen der Zähne einwirkende Druckkraft steht einem Fließen des Sinterwerkstoffes in Richtung der Zahnhöhe aufgrund der plastischen Verformung des Flanken- bzw. Fußbereiches entgegen, so daß die bei einem freien Fließen des Sinterwerkstoffes auftretenden Zugspannungen weitgehend unterdrückt werden können, und zwar in Verbindung mit einer zusätzlichen, geringfügigen Verdichtung des Zahnkopfes. Damit werden die notwendigen Voraussetzungen geschaffen, die Dicke der verdichteten Oberflächenschichten im Flanken- bzw. Fußbereich durch eine Vergrößerung des Aufmaßes des Pulvermetallrohlings zu vergrößern, ohne die Belastbarkeit des Zahnkörpers selbst zu beeinträchtigen. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß durch eine weitgehende Unterdrückung der Fließbewegung des Sinterwerkstoffes in Richtung der Zahnhöhe die Verdichtung im Flanken- bzw. Fußbereich unterstützt wird.
[0008] Zur erfindungsgemäßen Herstellung von gesinterten Zahnrädern mit nachverdichteten Flanken- bzw. Fußbereichen der Zähne kann von einer bekannten Vorrichtung mit einer Aufnahmewelle für einen Pulvermetallrohling und einem mit einer Gegenverzahnung in die Verzahnung des Pulvermetallrohlings eingreifenden Drückerwerkzeug ausgegangen werden. Bei einer solchen Vorrichtung braucht lediglich die Kopfhöhe der Verzahnung des Pulvermetallroh- lings der Fußhöhe der Gegenverzahnung des Drückerwerkzeuges zu entsprechen, um eine radiale Streckung der Zähne des Pulvermetallrohlings während der Nachverdichtung der Flanken- bzw. Fußbereiche zu unterbinden. Aufgrund des fehlenden Kopfspieles bestimmt das Lückenprofil zwischen den Zahnflanken der Gegenverzahnung des Drückerwerkzeuges die Form der Zahnkopfflä- che der Zähne des Pulvermetallrohlings, so daß über dieses Lückenprofil zusätzlich ein gewünschter Verlauf der Zahnkopffläche der Zähne des Zahnrades vorgegeben werden kann, was eine sonst erforderliche Nachbearbeitung der Zahnkopfflächen überflüssig macht. Das durch das Nachverdichten der Zahnflanken des Pulvermetallrohlings bedingte Fließen des Sinterwerkstoffes in radialer Richtung wird ja durch das Lückenprofil des Drückerwerkzeuges gehemmt, wobei das Lückenprofil für die Zahnkopffläche formgebend wirksam wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
[0009] Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades näher erläutert, und zwar wird ein mit einem erfindungsgemäßen Drückerwerkzeug kämmender Pulvermetallrohling ausschnittsweise im Bereich des Werkzeugeingriffes in einer axialen Ansicht gezeigt.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
[0010] Der mit einem entsprechenden Aufmaß im Zahnflankenbereich gepreßte und gesinterte Pulvermetallrohling 1 wird auf einer Aufnahmewelle aufgespannt und mit Hilfe eines Drückerwerkzeuges 2 bearbeitet, das einen Zahnkranz mit einer Gegenverzahnung 3 für die Verzahnung 4 des Pulvermetallrohlings 1 aufweist. Die Zahngeometrie der Gegenverzahnung 3 ist auf die Sollgeometrie der Verzahnung 4 des herzustellenden Zahnrades abgestellt. Da der Pulvermetallrohling 1 im Bereich der Zahnflanken 6 seiner Zähne 7 ein Aufmaß aufweist, bedeutet dies, daß beim Abwälzen des Drückerwerkzeuges 2 auf dem Pulvermetallrohling 1 die Zahnflanken 6 der Verzahnung 4 des Pul- vermetallrohlings 1 durch die Zähne 5 der Gegenverzahnung 3 des Drückerwerkzeuges 2 um das Aufmaß auf den Sollverlauf plastisch verformt werden, und zwar unter einer Nachverdichtung einer Oberflächenschicht 8, die in der Zeichnung strichliert angedeutet ist.
[0011] Aufgrund der Druckbelastung der Zahnflanken 6 der Zähne 7 durch die Zähne 5 der Gegenverzahnung 3 neigen die Zähne 7 des Pulvermetallrohlings 1 insbesondere bei einer beidseitigen Flankenbelastung durch das Drückerwerkzeug 2 zu einer radialen Streckung, die innerhalb der Zahnkörper zu Zugspannungen führt. Um die Streckung und damit die Zugspannung zu begrenzen, entspricht die zwischen dem Fußkreis 9 und dem Wälzkreis 10 der Gegenverzahnung 3 gemessene Fußhöhe hf der Zähne 5 des Drückerwerkzeuges 2 der zwischen dem Wälzkreis 11 und dem Kopfkreis 12 gemessenen Kopfhöhe hk der Zähne 7 der Verzahnung 4 des Pulvermetallrohlings 1. Durch diese einfache Maßnahme wird über das Lückenprofil 13 zwischen den Flanken der Zähne 5 der Gegenverzahnung 3 eine Druckkraft auf die Zahnkopfflä- che 14 der Zähne 7 des Pulvermetallrohlings 1 mit der Wirkung ausgeübt, daß die Streckung unterbunden und der Zahnkopffläche 14 eine durch das Lückenprofil 13 vorgegebene Form aufgezwungen wird. Als Folge der Unterdrückung radialer Streckungen der Zähne 7 des Pulvermetallrohlings 1 können die sonst durch ein radiales Fließen des Sinterwerkstoffes im Bereich des Zahnkörpers auftretenden Zugspannungen weitgehend unterdrückt werden, was zu einer größeren Tiefe der verdichteten Oberflächenschicht 8 im Zahnflankenbereich führt. Außerdem ergibt sich eine zusätzliche Verdichtung des Zahnkopfes.

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 Flanken- bzw. Fußbereich der Zähne gepreßten und gesinterten Pulvermetallrohling (1), der im Bereich des Aufmaßes durch ein Andrücken einer in die Verzahnung (4) eingreifenden Gegenverzahnung (3) eines Drückerwerkzeuges (2) unter einer plastischen Verformung um das Aufmaß verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß während der plastischen Verformung des Flanken- bzw. Fußbereiches die Zahnkopffläche des jeweiligen Zahnes mit einer einer Streckung des Zahnes entgegenwirkenden Druckkraft beaufschlagt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Aufnahmewelle für einen Pulvermetallrohling (1) und einem mit einer Gegenverzahnung (3) in die Verzahnung des Pulvermetallrohlings (1) eingreifenden Drückerwerkzeug (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfhöhe (hk) der Verzahnung (4) des Pulvermetallrohlings (1) der Fußhöhe (hf) der Gegenverzahnung (3) des Drückerwerkzeuges (2) entspricht.
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