技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于由粉末制造净成形或
近净成形质量的用于
可变气门正时（VVT）系统的齿轮、尤其是
链轮的方法，其中，所述齿轮具有至少近似圆柱形的壳体，该壳体在轴向上分别通过一个端面限定并且具有外表面，在该外表面上与两个端面间隔开地构造具有齿和在各齿之间的齿根的齿部，该齿部具有带有
齿根圆直径的齿根圆，其中，粉末被填入凹模中并且借助至少一个冲头
压实。本发明还涉及一种由粉末制成的用于VVT系统的齿轮、尤其是链轮，其中，所述齿轮具有至少近似圆柱形的壳体，该壳体在轴向上分别通过一个端面限定并且具有外表面，在该外表面上与两个端面间隔开地构造具有齿和在各齿之间的齿根的齿部，该齿部具有带有齿根圆直径的齿根圆。
背景技术
[0002] 接近最终轮廓的构件的制造变得越来越重要，这是因为由此可显著更成本低廉地制造这些构件。粉末
冶金似乎注定用于此途，这是因为借助该技术可在无需显著再加工的情况下制造几何形状复杂的构件。但该技术也有其局限性，当几何形状过于复杂时，由于构件附着在凹模的壁上，从而在薄壁的构件区域或构件中增加了折断危险并由此提高了废品产量。
[0003] 因此，在
现有技术中为了制造几何形状复杂的
烧结构件提出由单个零件组成这种构件。例如DE102010034014A1公开了一种用于
粉末冶金制造旋转体的方法，其中，第一起始体由
金属粉末压实，第二起始体与第一起始体分开地由金属成形，其中，各起始体以端面相对于旋转体的纵轴线在轴向
接触中相互紧靠并且持久牢固地彼此连接，在此第一起始体由
铝基粉末压实而成并且第二起始体由铝材成形，并且各起始体在端面上彼此烧结在一起。
发明内容
[0004] 本发明的任务在于能够通过
冲压技术形成开头所提的齿轮。
[0005] 该任务一方面借助开头所提的方法并且另一方面通过开头所提的齿轮得以解决，其中根据所述方法规定，至少在齿的区域中在壳体的外表面上并且在径向上突出于该外表面地构造突起，或在所述齿轮中规定，至少在齿的区域中在壳体的外表面上并且在径向上突出于该外表面地构造突起。
[0006] 在此有利的是，可减小壳体的壁厚，由此实现相应的重量减轻，但尽管如此仍可借助粉末冶金法来制造该齿轮，因此可成本低廉地制造几何形状复杂的齿轮，这是因为无需或仅需少量的再加工。因此可更加简单地制造高
精度的齿轮。
[0007] 根据该方法和齿轮的一种实施方案规定，所述突起在轴向上看构造成波纹轮廓的形式。因此通过避免突起和壳体表面之间的过渡处上的棱边（在径向上看），实现了粉末或齿轮更好的可脱模性和更好的可压实性。此外也因此在压实步骤中在齿区域中在强度至少近似相同的情况下实现了齿轮的重量减轻。
[0008] 所述突起也可由用于形成齿部齿根的凹部的轴向延长部构成，由此通过可以更加简单地设计冲头而也可实现可脱模性和可压实性。
[0009] 另外可规定，所述突起被再压固。通过再压固改善突起对于齿部的齿的
支撑作用，所述再压固可在造型期间通过所述至少一个冲头的重新制作进行。
[0010] 粉末优选在多件式的上冲头和多件式的下冲头之间被压实。通过多件性改善粉末压实。另外由此可更好地制造具有复杂几何形状、尤其是侧凹的构件。此外还可由此简化可脱模性。
[0011] 可规定，齿根圆直径小于壳体的最大外直径。由此可减少每个构件所使用的粉末并因此也实现齿轮的重量减轻。
[0012] 优选地，所述突起在壳体的外表面上具有高度，该高度选自下极限为齿的齿高的20%和上极限为齿的齿高的70%的范围。小于20%时突起虽然还有支撑作用，但却可观察到在凹模中出现增多的齿折断。大于70%时存在突起干扰齿轮与嵌接到齿部中的另一齿式元件或与链的链节的相互作用的危险。
[0013] 突起可在轴向上直接邻接齿地设置，由此对于齿的支撑作用更加显著。但突起也可在轴向上与齿间隔开地设置。这尤其是可通过对齿轮的切削再加工来实现，由此一方面可改善制造齿轮期间的支撑作用并且另一方面通过间隔开可在完成的齿轮中改善另一齿式元件或链与齿
轮齿部的嵌接。这种实施方式在齿根圆直径小于壳体的最大外直径时尤为适合。
[0014] 另外可规定，突起设置在齿的两个轴向端面的区域中，换言之，齿分别设置在两个突起之间，由此可在压实时实现齿的更好的
稳定性。
附图说明
[0015] 为了更好地理解本发明，借助附图对其进行详细说明。附图如下：
[0016] 图1为齿轮的透视图；
[0017] 图2为根据图1的齿轮的侧视图；
[0018] 图3为根据图2中线III-III截取的根据图2的齿轮的剖视图；
[0019] 图4为根据图2中线IV-IV截取的根据图2的齿轮的剖视图；
[0020] 图5为根据图2的齿轮齿部的在图2中以X标记的局部的放大图；
[0021] 图6为齿轮的一种实施方式的齿部的俯视图；
[0022] 图7为进行再加工之后的根据图6的齿轮；
[0023] 图8为用于制造齿轮的冲压工具的一种实施方案的局部图；
[0024] 图9为相对于图8的冲压工具的齿轮的局部图。
具体实施方式
[0025] 首先要指出，在不同的实施方式中相同部件使用相同附图标记或相同构件名称，其中，在整个
说明书中包含的公开内容可以按意义转到具有相同附图标记或相同构件名称的部件上。同样，在说明书中选择的
位置说明如上面、下面、侧面等涉及直接描述以及所示附图并且在位置改变时按意义转到新的位置。
[0026] 图1至4示出齿轮1、尤其是链轮的第一种实施方案的不同视图。
[0027] 根据图1至4的齿轮1用于所谓的可变气门正时（VVT）系统。根据图1至4的齿轮1尤其是构造为用于VVT系统的
定子。
[0028] 这种如在开头所提的DE102010034014A1中所描述的定子用于制造用于调节
阀控制轴（如
凸轮轴）相对于
内燃机曲轴的旋转
角度位置的摆翼调节器。定子指的是摆翼调节器的这样的部件，即该部件以相对于曲轴固定的旋转角度关系被驱动并且经由旋转翼调节器的
转子输出到阀控制轴上。转子可相对于定子围绕纵轴线在有限的枢转角度范围内来回旋转并且因此可调节阀控制轴相对于曲轴的旋转角度位置。定子可借助其
驱动盘、尤其是通过链传动装置或
齿轮传动装置、与曲轴机械耦合。
[0029] 齿轮1按照粉末冶金法由烧结粉末、尤其是金属粉末、优选
钢粉制成。这种粉末冶金法由现有技术已知并且尤其是包括下述方法步骤：必要时混合粉末、将粉末压实成压
块、必要时加工压块、烧结压块、精整已烧结的构件、必要时再加工（如磨削、冲洗、淬火等）。由于这些基本方法步骤和不同的粉末冶金法由现有技术已知，所以对此参见有关文献。
[0030] 另外以净成形或近净成形质量制造齿轮。净成形质量在此理解为在烧结后不再进行切削加工。而近净成形表示允许进行少量切削再处理以便形成最终轮廓质量。这些概念在本说明书的范围中对应于常用技术用语而使用。
[0031] 齿轮1具有至少近似圆柱形的壳体2。至少近似圆柱形在此是指壳体2可根据齿轮1的预期应用而在外表面3和/或内表面4上偏离精确的圆柱形状。
[0032] 壳体2在根据箭头5的轴向上通过第一端面6和第二端面7限定。
[0033] 在外表面3上设置或构造齿部8，该齿部具有齿9和在各齿9之间的齿根10。
[0034] 齿部8构造为用于嵌接传动链。但齿9也可构造成其它形状、例如构造为用于嵌接齿形皮带或另一齿轮的
齿条或一般而言用于嵌接具有另外的齿部的另一齿式元件。
[0035] 齿部8与两个端面6、7间隔开地设置，在所示实施方案中，齿部与第一端面6的距离小于齿部与第二端面7的距离。
[0036] 齿部8与壳体2构造成一体的，也就是说，齿轮并不像在前面引用的现有技术中那样由两个构件接合而成。一般而言，整个齿轮1构造成一体和一件式的。
[0037] 在壳体2的外表面3上在径向上突出于该外表面地设置或构造多个突起11。各突起11设置在齿9的区域中。尤其是各突起11分别设置在两个齿根10之间、在沿径向的齿端面12的区域中。
[0038] 在根据箭头5的轴向上看，突起11的横截面可构造成方形、矩形、三角形、梯形、多边形等。但在该优选的实施方案中，各突起11构造成波纹轮廓的形式。在此优选地，波谷13设置在齿9的齿根10下方并且波峰14设置在齿9的齿顶15下方，这尤其是由图5的细节图可见。分别在径向上看，在此尤其是波谷13的最低点正好位于齿根10的最低点下方和/或波峰14的最高点正好位于齿顶15的最高点下方，并且分别在制造公差范围内。因此在该实施方案中，所有突起11彼此连接成一个共同的波纹轮廓。在此齿部8的“波纹形状”基本上可被突起11近似地复制。但应明确指出，突起11的波纹形状并不构成另一齿部。
[0039] 在该优选的实施方案中，突起11分别位于一个齿9的区域中，因而在每个齿的区域中构造有一个突起11。
[0040] 应指出，在本发明的范畴中也可为每个齿9或在各个齿9的区域中、在齿端面之一12的区域中设置多于一个的突起11、例如两个突起等。
[0041] 突起11可在径向上在壳体2的外表面3上具有高度16（图2），该高度选自下极限为齿9的齿高17（图5）的20%、尤其是30%且上极限为齿9的齿高17的70%、尤其是60%的范围。高度16在此从壳体2的外表面3偏离圆柱形状的位置起测量，这例如在图2中构造在邻接齿端面12的区域中。
[0042] 突起11在根据箭头5的轴向上的宽度18可选自下极限为相同方向上的壳体宽度19的5%、尤其是10%和上极限为相同方向上的壳体宽度19的80%、尤其是70%的范围。在此尤其是突起11可从齿部8延伸至第一端面6，如图1至4所示。
[0043] 原则上在根据箭头5的轴向上看，突起11可仅设置在齿9的一侧上。但图1至4示出齿轮1的优选实施方案，其中，除了齿端面12的区域中的突起11外，在朝向第二端面7的另一齿端面21的区域中也设有突起20。
[0044] 突起20原则上可构造得与突起11一样，为此参见上述说明。
[0045] 但在该优选的实施方案中，所述另外的突起20构造成斜坡状的，其高度从壳体2的外表面3起直至齿9的区域中增加，这尤其是从图3和4中可见。斜度在此可选自下极限为0.5°和上极限为5°的范围。在此，所述另外的突起20也可具有斜度为0°的区域、尤其是在齿
9的区域中。
[0046] 如由图1至4的另外的突起20可见，突起20也可终止于壳体的第二端面7之前，从而圆柱形的壳体2的区域22没有另外的突起20。这同样适用于突起11。当然另外的突起20也可延伸至壳体2的第二端面7。
[0047] 一般而言，关于表述“圆柱形的壳体2”和“突起11、20”应指出，突起11或另外的突起20开始于壳体2偏离圆柱形状之处。在此壳体也可构造成阶梯状的、即具有多个彼此邻接的直径不同的圆柱体。在此情况下，关于突起11或20的相应说明涉及相应所属的圆柱形外表面3。
[0048] 另外应指出，壳体2在内表面4中也可具有由功能决定的嵌件，所述嵌件尤其是与壳体2一体地构造、优选在一个或多个压实步骤中与壳体2一体地构造。前面的表述“至少近似圆柱形”涉及壳体2因所述嵌件而从圆柱形状的偏离。
[0049] 由图1至4还可见，突起11具有不同于另外的突起20的几何形状。但在本发明的范畴中，突起11也可具有与另外的突起20相同的几何形状。
[0050] 另外的突起20通过凹部23彼此分开。在该优选的实施方案中，这些凹部23由用于构成齿部8的齿根10的凹部24的轴向延长部构成。换言之，齿根10向壳体2的第二端面7的方向延长。在此优选地，另外的突起20之间的凹部23向壳体2的第二端面7的方向具有在俯视图中看减小的横截面、即构造成至少近似变尖的，其中该“尖部”可倒圆。
[0051] 但另外的突起20之间的凹部23也可具有另外的横截面形状、如矩形或梯形或具有倒圆的侧面等。倒圆的侧面在此也可设置在凹部23的变尖的实施方案中。
[0052] 可这样确定突起11的径向上的高度16，即突起11在齿根10的齿根圆25的高度上达到或具有其最大高度16，这由图5可见。齿根圆在此涉及由齿根10的最深点构成的圆的直径。
[0053] 但突起11也可在径向上延伸直至齿根圆25上方或终止于齿根圆25下方。
[0054] 根据另一种实施方案可规定，齿根圆25的直径小于圆柱形的壳体2在邻接齿部8的区域中的最大外直径，换言之，齿根10通过壳体2中的凹入成形部形成。
[0055] 在图1至4所示的齿轮1的实施方案中，突起11和20在根据箭头5的轴向上直接邻接齿部8的齿9设置。
[0056] 在图6和7中示出齿轮1的另一种并且必要时本身独立的实施方式，其中，为相同部件使用与在上述附图中相同的附图标记或构件名称。为避免不必要的重复，参见或引用上述图1至5的详细说明。
[0057] 与齿轮1的上述实施方案的重要区别在于，一方面仅构造另外的突起20、即在壳体2的第一端面6和齿9之间的区域没有突起，并且另一方面另外的突起20在轴向上与齿间隔开地设置、即在齿9和另外的突起20之间构造环绕的凹槽26。
[0058] 该实施方案由图1所示的已烧结且精整的齿轮1的“坯件”通过切削再加工制造而成。所述坯件为此首先具有在轴向上延伸直至壳体2的第一端面6的齿部8。接着从第一端面6开始从该齿部8去除一个区域。
[0059] 另外，在所述坯件中另外的突起20贴靠齿8地构造，接着在连接齿8的区域中去除一部分另外的突起20以形成凹槽26。
[0060] 图7示出所述加工步骤之后的完成的齿轮1。因此在齿轮1的该实施方案中齿轮以近净成形的质量被制造。
[0061] 在图8中示出用于制造齿轮1的冲压工具27的细节。
[0062] 应指出，该冲压工具27可用于压实粉末以形成齿轮1的压块和/或用于精整已烧结的齿轮1。因此，在齿轮1的粉末技术制造中根据本发明的方法称为压实步骤和/或精整步骤。
[0063] 冲压工具27具有凹模28、上冲头29和下冲头30。上冲头29和/或下冲头30构造成可在垂直方向上彼此相对调整的。
[0064] 优选地，上冲头29构造成多件式的并且具有至少一个第一上冲头部件31和一个第二上冲头部件32。在此第一上冲头部件31设置在凹模28和第二上冲头部件32之间。这两个上冲头部件31、32构造成可彼此独立调整的。
[0065] 下冲头30也优选构造成多件式的并且具有至少一个第一下冲头部件33和一个第二下冲头部件34。在此，第一下冲头部件33设置在凹模28和第二下冲头部件34之间。这两个下冲头部件33、34构造成可彼此独立调整的。
[0066] 在图9中示出齿轮1的局部图，其中切线VIII-VIII对应于图8中冲压工具27的剖面。图8中所示的虚线再现齿部8的齿轮廓。
[0067] 在此这样选择将上冲头29分割成两个上冲头部件31、32和将下冲头30分割成两个下冲头部件33、34，即上冲头部件31和下冲头部件33用于加工或形成齿部8，上冲头部件32和下冲头部件34用于加工或形成突起11（图9）。
[0068] 借助冲压工具27可制造净成形或近净成形质量的齿轮1。
[0069] 必要时在制造齿轮1后至少局部洗刷和/或打磨齿部8。
[0070] 上冲头29和/或下冲头30的多件性也允许通过重新制作上冲头部件32和/或下冲头部件34而再压固突起11、20。
[0071] 根据用于制造净成形或近净成形质量的用于VVT系统的齿轮1的方法规定，由粉末制造具有至少近似圆柱形的壳体2的齿轮1，该壳体在轴向上分别通过一个端面6、7限定并且具有外表面3，在该外表面3上与两个端面6、7间隔开地构造具有齿9和在各齿9之间的齿根10的齿部8，该齿部8具有带有直径的齿根圆25，其中，粉末被填入凹模28中并且借助至少一个冲头压实，其中，至少在齿9的区域中在壳体2的外表面3上并且在径向上突出于该外表面地构造突起11、20。
[0072] 该方法也可用于制造其它烧结构件，如齿形皮带轮或链轮。
[0073] 该方法尤其是用于制造具有齿部8的薄壁的烧结构件。
[0074] 各
实施例显示齿轮1和冲压工具27的可能的实施方案。
[0075] 最后按规定要指出，为了更好地理解齿轮1和冲压工具27的结构，其组成部分局部未按比例和/或放大和/或缩小地示出。
[0076] 附图标记列表
[0077] 1 齿轮
[0078] 2 壳体
[0079] 3 外表面
[0080] 4 内表面
[0081] 5 箭头
[0082] 6 端面
[0083] 7 端面
[0084] 8 齿部
[0085] 9 齿
[0086] 10 齿根
[0087] 11 突起
[0088] 12 齿端面
[0089] 13 波谷
[0090] 14 波峰
[0091] 15 齿顶
[0092] 16 高度
[0093] 17 齿高
[0094] 18 宽度
[0095] 19 壳体宽度
[0096] 20 突起
[0097] 21 齿端面
[0098] 22 区域
[0099] 23 凹部
[0100] 24 凹部
[0101] 25 齿根圆
[0102] 26 凹槽
[0103] 27 冲压工具
[0104] 28 凹模
[0105] 29 上冲头
[0106] 30 下冲头
[0107] 31 上冲头部件
[0108] 32 上冲头部件
[0109] 33 下冲头部件
[0110] 34 下冲头部件
