EP1694452B1

EP1694452B1 - Method for producing a toothed gear

Info

Publication number: EP1694452B1
Application number: EP04802001A
Authority: EP
Inventors: Christian Sandner; Horst Rössler
Original assignee: Miba Sinter Austria GmbH
Current assignee: Miba Sinter Austria GmbH
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2004-12-13
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2024-12-13
Also published as: US20070107481A1; DE502004011620D1; EP1694452A1; ES2351504T3; JP2007518567A; US7334444B2; AT412955B; ATA20542003A; WO2005058524A1

Description

Technical area

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.The invention relates to a method for producing a gear from a powder metal blank pressed and sintered with an oversize in the toothed region, the powder metal blank supported on a mandrel being in the region of the oversize by pressing on a counter-toothing of a rotating pusher tool engaging in the teeth of the powder metal blank plastic deformation is compressed by the allowance.

Ein solches Verfahren ist aus der AT 406 836 B bekannt.Such a method is from the AT 406 836 B known.

State of the art

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.In order to avoid a comparatively low bending fatigue strength in the region of the tooth roots and a low wear resistance in the region of the tooth flanks in powder-metallurgically produced toothed wheels, it is known ( EP 0 552 272 B1 . AT 406 836B ), the sintered powder metal blanks of the gears in the flank and the foot of the teeth to densify, so that a largely non-porous surface layer is obtained, which brings in the engagement region of the gear a significant increase in the allowable load capacity. The compaction of the surface layer in the engagement region of the toothed wheel takes place via a pusher tool in the form of at least one toothed wheel, which either has an external toothing (FIG. 3) engaging in the toothing of the powder metal blank (FIG. EP 0 552 B1 ) or an internal toothing ( AT 406 836 B ), with the aid of which the sliding speed between the tooth flanks of the powder metal blank and the pusher tool can be reduced. Regardless of the type of pusher tool used, however, there is the risk that the pressure forces occurring locally between the pusher tool and a mandrel receiving the gear cause a plastic deformation of the entire wheel cross-section, which not only causes insufficient compaction of the tooth flanks, but also leads to an impermissible increase in the wheel circumference, especially in gears with a relative to the root comparatively large inner diameter.

Zum Walzen ( JP 62057726 A ) oder zum Festwalzen ( JP 59115120 ) von Zahnrädern ist es darüber hinaus bekannt, diese Zahnräder zur Bearbeitung im Bereich ihrer Nabe zwischen zwei Druckringen axial einzuspannen, doch beziehen sich diese Dokumente nicht auf ein Verfahren zum Verdichten der Verzahnung von Pulvermetallrohlingen.For rolling ( JP 62057726 A ) or for rolling ( JP 59115120 In addition, these documents do not relate to a method for compacting the teeth of powder metal blanks.

Presentation of the invention

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.The invention is therefore based on the object, a method for producing a gear of the type described in such a way that an advantageous compression of the powder metal blank produced with an oversize can be ensured in the toothed area without having to fear an increase in the wheel circumference.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Pulvermetallrohling während seiner Verdichtung an beiden Stirnseiten über den Umfang radial eingespannt wird.The invention solves this problem by the fact that the powder metal blank is radially clamped during its compression at both ends over the circumference.

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.Due to the clamping of the powder metal blank on both end faces, the otherwise limited to the engagement region of the printer tool locally pressing forces are distributed over the circumference of the powder metal blank with the effect that an increase in the wheel circumference is suppressed and the compression of the powder metal blank substantially to the Aufmaßbereich the Gearing limited. For radial clamping of the powder metal blank over its circumference, the powder metal blank can be clamped axially in a simple manner between two pressure rings, wherein both force and positive connections are possible. It is only ever about to clamp the powder metal blank radially, without hindering the compaction by the pusher tool in the toothed area. For this purpose, radial thrust forces over the friction caused by the axial clamping of the powder metal blank between the pressure rings be removed from the powder metal blank on the pressure rings. However, a corresponding removal of force can of course also be achieved or supported by a positive engagement, if this positive engagement allows a transmission of force in the radial direction.

Zur Durchführung des Verfahrens kann eine bekannten Vorrichtung verwendet 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.For carrying out the method, a known device can be used, which has a mandrel for supporting the oversized pressed and sintered powder metal blank of the gear to be produced and at least one pusher tool which engages with a counter-toothing in the toothing of the powder metal blank. If in such a device two coaxial to the mandrel, the powder metal blank between axially clamped pressure rings provided so the powder metal blank between these axially pressed pressure rings can be clamped radially over the circumference, due to the consequent inclusion of a portion of the engaging portion of the pusher tool on the Pulvermetallrohling between the pusher tool and the mandrel acting forces to prevent enlargement of the wheel circumference, without hindering the compression in the toothed area.

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.In order to provide simple design conditions, one of the two pressure rings can be axially supported against the mandrel, while the other pressure ring is connected to an axial actuator. Thus, the required axial clamping forces can be exerted by the pressure rings on the powder metal blank on this actuator.

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 Ausnehmungen können nach der Verdichtung des Verzahnungsbereiches wieder entfernt werden.If the radial clamping of the powder metal blank at its two end faces is to be assisted at least by a positive engagement, then the pressure rings and / or the powder metal blank may have axially projecting circumferential projections for the positive connection between the powder metal blank and the pressure rings. These circumferential lugs can engage in annular recesses or axial overlap corresponding shoulders to ensure a positive engagement in the radial direction. The provided in the field of powder metal blank lugs or recesses can be removed after compression of the gearing area.

Short description of the drawing

Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens in einer schematischen Seitenansicht,
Fig. 2: einen auf einem Dorn abgestützten, zwischen zwei stirnseitigen Druck- ringen 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: ein weiteres Beispiel einer radialen Einspannung des Pulvermetallrohlings ebenfalls in einem vereinfachten Axialschnitt.

Reference to the drawing, the inventive method for producing a gear is explained in detail. Show it:

Fig. 1: a device for carrying out the method in a schematic side view,
Fig. 2: a powder metal blank supported on a mandrel and radially clamped between two end-face pressure rings in a simplified axial section on a larger scale,
Fig. 3: one of the Fig. 2 corresponding representation of a design variant of the radial clamping of the powder metal blank and
Fig. 4: Another example of a radial clamping of the powder metal blank also in a simplified axial section.

Way to carry out the invention

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. -füße 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.The device according to the Fig. 1 has a mandrel 1 for receiving a powder metal blank 2 to be processed, and a pressure roller 5 which can be set against a pusher tool 4 via an adjusting drive 3, for example a hydraulic cylinder. The pusher tool 4 consists of a sprocket with an internal toothing 6, which cooperates as a counter-toothing with the toothing 7 of the powder metal blank 2. Since 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 teeth 6 of the pusher tool 4 are formed according to the nominal size of the teeth of the gear to be produced, the tooth flanks or feet in the Oversize compressed by the pressed teeth of the pusher tool 4 under a plastic deformation, wherein the compression takes place gradually, because the powder metal blank is processed in several rounds.

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.So that no plastic deformation of the entire gear cross section is effected by the locally limited to the engagement region of the pusher tool force application 4, which is associated with an increase in the wheel circumference, the powder metal blank 2 is radially clamped at its two end faces over the circumference, which precludes an extension of the wheel circumference. The otherwise locally limited to the meshing area pressing forces can thus be removed distributed over the entire circumference of the wheel. The distributed over the circumference forces exclude an overload of the wheel body. Nevertheless, the necessary compression of the toothing is ensured in the range of the oversize, because yes, the toothing is outside the clamped area of the powder metal blank.

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 Dornes 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.For radial clamping of the powder metal blank 2 over its circumference are according to the Fig. 2 two pressure rings 8, 9 are provided, between which the powder metal blank 2 is clamped axially. To act on these pressure rings 8, 9 is an actuator 10 which is formed in the embodiment as a nut 11 which is mounted on the mandrel 1 in the axial direction schraubverstellbar 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 abuts against a shoulder 12 of the mandrel 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 connection, can be removed via the radial shear forces from the powder metal blank 2 on the pressure rings 8, 9. The pressing forces which become effective in the region of the wheel body are thus not only distributed over the circumference of the wheel by the radial support of the powder metal blank 2, but are also partly removed from the pressure rings 8 and 9.

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 übergriffene Ringschultern ergeben, so daß sich über diese Ringschultern eine formschlüssige Abstützung des Pulvermetallrohlings 2 an den Druckringen 8, 9 einstellt.According to the Fig. 3 the positive connection between the powder metal blank 2 on the one hand and the pressure rings 8, 9 on the other hand complemented by a positive connection. For this purpose, the powder metal blank 2 forms axially projecting lugs 13, which result from the pressure rings 8, 9 overlapped ring shoulders, so that on these annular shoulders a form-fitting Support of the powder metal blank 2 at the pressure rings 8, 9 sets.

Wie die Fig. 4 zeigt, kann die radiale Einspannung des Pulvermetallrohlings 2 auch nur kraftschlüssig erfolgen, wenn die Verbindung zwischen dem Pu Ivermetallrohling 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. As the Fig. 4 shows, the radial clamping of the powder metal blank 2 can also be done only positively when the connection between the Pu Ivermetallrohling 2 and the pressure rings 8, 9 via circumferential radial projections 13 of the pressure rings 8, 9, which press into the end faces of the powder metal blank 2 and thus condition the desired positive engagement in the radial direction.

Claims

Method for producing a toothed wheel from a powder metal blank (2) which is pressed and sintered with an allowance in the toothing region, wherein the powder metal blank (2) which is supported on a mandrel (1) is compacted in the region of the allowance by pressing a counter toothing, which engages into the toothing (7) of the powder metal blank (2), of a rotating pusher tool (4) with plastic deformation by the amount of the allowance, characterised in that during its compaction the powder metal blank (2) is radially clamped over the periphery on both end sides.
Method as claimed in claim 1, characterised in that the powder metal blank (2) is axially clamped for the purpose of radial clamping between two pressure rings (8, 9).