HIP Verbundwerkstoffe fur den Getriebebau insbesondere der Nabe: Kraftubertragung durch Aufstecken von Verbundschneckenelementen auf einer Welle

摘要

HIP (Heissisostatisches Pressen) wird heute fur eine diffusionssschlussige Verbindung fur Schneckennaben im Bereich Kunststoffmaschinen verwendet. Die Kraftubertragung der Welle uber die Nabe erfolgt durch einen konventionellen Stahl mit einer hohen Zahigkeit. Die Besonderheit an der Welle ist eine Beschichtung mit einem Abrasion- und korrosionsfesten pulvermetallurgischen (PM) Stahl. Die Schichtdicke des PM-Materials wird durch die Schneckentiefe und der eingebrachten Verzahnung im Innern der Nabe bestimmt. Die Diffusionszone Grundmaterial zu PM-Material betragt maximal 0.2 mm und weist eine hohe Festigkeit auf, die sich nach den schwacheren mechanischen Eigenschaften der beiden Werkstoffe richtet. Zur Herstellung der Nabe wird eine Stahlstange in ein Stahlrohr eingelegt und durch einen Deckel oben und unten zentriert. Der Abstand zwischen Stahlstange und Rohr richtet sich nach den Anforderungen des Fertigteils. Der so entstandene Hohlraum wird durch eine pulvermetallurgische Sonderlegierung bis auf eine Fulldichte von 72% gefullt, evakuiert und gasdicht verschlossen. Beim anschliessenden HIP-Prozess bei 1100°C und einem auf die Kapsel wirkenden isostatischen Druck von 100 MPa wahrend einer Zeit von 3 h wird das Pulver verdichtet und verbindet sich mit dem Grundkorper. Mit Ultraschall und einer Festigkeitsprufung wird das Teil kontrolliert und fur die Weiterverarbeitung zu einer Verbundschnecke freigegeben. Da die Antriebswelle zur Kraftubertragung eine gezahnte Geometrie aufweist, muss die Nabe, sprich Schnecke, beim aufstecken der Teile auf der Welle auch dieser Form entsprechen. Um dies kraftschlussig und sehr passgenau zu erreichen, wird die Innenform der Schnecke nach der Warmebehandlung geraumt. Dies kann problemlos erfolgen, weist doch das Innenteil des konventionellen Stahls auch nach der Warmebehandlung eine Harte von < 35 HRC auf. Die Aussenschicht der Schnecke hat nach der gleichen Warmebehandlung eine Harte von 56 - 64 HRC und ist somit je nach Wunsch verschleiss, abrasions- und korrosionsfest. Wurde dieses Material ohne Verbund eingesetzt, bricht die Schnecke bei dem verlangten hohen Drehmoment und die Bearbeitung der Innenverzahnung ware nur durch Drahterodieren moglich.