Verfahren zur Herstellung eines Metallteils eines Kunststoff-Metall-Verbundteiles und ein nach dem Verfahren hergestelltes Metallteil

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metallteils (1), wobei das Metallteil (1) an seinem Außenumfang (2) mit einem Kunststoffteil, insbesondere einem Zahnrad aus Kunststoff, Nylon oder dergleichen versehen wird, wobei in eine Platine in einem ersten Schritt eine kugelähnliche Vertiefung gedrückt, in einem zweiten Schritt in die kugelähnliche Vertiefung ein Loch (8) eingebracht, in einem dritten Schritt eine Aufnahme (4) durchgezogen, in einem vierten Schritt ein Kragen (13) nach unten gebogen wird und in einem fünften Schritt auf dem Außenrand des Kragens (13) axiale Riefen erzeugt werden.
Die Erfindung betrifft auch ein nach dem Verfahren hergestelltes Metallteil.

Beschreibung

[0001] Verfahren zur Herstellung eines Metallteiles eines Kunststoff - Metall - Verbundteiles und ein nach dem Verfahren hergestelltes Metallteil.

[0002] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metallteils, wobei das Metallteil an seinem Außenumfang mit einem Kunststoffteil, insbesondere mit einem Zahnrad aus Kunststoff, Nylon oder dergleichen versehen wird sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes Metallteil.

[0003] Derartige Zahnräder aus Kunststoff, Nylon usw. mit einem Metallteil werden in großen Stückzahlen bei der Herstellung von Pkw, Lkw usw. verwendet. Einsatzgebiete sind u.a. die Lenkhilfen in solchen Fahrzeugen. Hierzu wird das Metallteil mit einem Lager, beispielsweise Wälzlager, bestückt.

[0004] Nach dem Stand der Technik werden die Metallteile der oben beschriebenen Zahnräder spanend hergestellt. Bekannt sind folgende Herstellungsverfahren:

Verfahren 1:

[0005] 

• Ein Rundstahl wird auf einer Länge von ca. 3m mit einer Rändelung versehen.
• Der Rundstahl wird in Scheiben vorbestimmter Dicke gesägt.
• Die Scheiben werden am Außendurchmesser induktiv erwärmt.
• Ein Nylonrohling, ein Kunststoffrohling oder dergleichen wird auf dem Umfang der Scheibe aufgepresst und verbindet sich durch einen Aufschrumpfprozess über die Rändelung unverrutschbar mit der Scheibe.
• Anschließend wird das Rohteil, bestehend aus der Scheibe mit aufgeschrumpftem Nylonmantel, Kunststoffmantel oder dergleichen durch spanende Bearbeitung in seine endgültige Form gebracht. Dabei erhält der Nylonmantel, der Kunststoffmantel oder dergleichen eine Verzahnung, vorzugsweise eine Schrägverzahnung. Die Scheibe erhält eine Bohrung zur Aufnahme eines Bolzens, einer Welle oder dergleichen. Weiterhin wird die Scheibe so ausgedreht, dass ein Lager, beispielsweise Kugellager, Nadellager, Zylinderrollenlager usw., eingebracht werden kann.

Siehe hierzu Figur 1.

Verfahren 2:

[0006] 

• Von einem Rundstahl werden Scheiben vorbestimmter Dicke abgesägt.
• Die Scheiben werden spanend bearbeitet und erhalten einen Aufnahmebereich, beispielsweise zur Aufnahme eines Lagers, und achsparallele Riefen bzw. eine Geradverzahnung auf dem Außenumfang.
• Das spanend hergestellte Metallteil wird in einem weiteren Arbeitsschritt im Kunststoff - Spritzgießverfahren ummantelt.
• Anschließend wird das Rohteil, bestehend aus Metallteil mit einem umspritzten Kunststoffmantel, Nylonmantel oder dergleichen weiterbearbeitet wie bei Verfahren 1.

Siehe hierzu Figur 2.

[0007] Die Rändelungen auf dem Außendurchmesser können dabei als Rändel mit achsparallelen Riefen, als Kreuzrändel, als Links - Rechts - Rändel oder dergleichen ausgebildet sein.

[0008] Durch die Schrägverzahnung entstehen bei Vorwärts - und / oder Rückwärtslauf des Zahnrades axiale Kräfte in gegenläufiger Richtung. Aus diesem Grund muss zwischen dem Kunststoffmantel, dem Nylonmantel oder dergleichen und dem Metallteil in der Rotationsrichtung sowie in axialer Richtung eine, neben dem Schrumpfprozess, zusätzliche formschlüssige Verbindung bestehen. Diese wird bei den oben beschriebenen Verfahren durch die Rändelung oder die Geradverzahnung erreicht. Bei einer Geradverzahnung besteht aber die Gefahr, dass der Kunststoffmantel, der Nylonmantel oder dergleichen seitlich von dem Metallteil rutschen kann, wenn die Schrumpfkräfte nachlassen.

[0009] Nachteilig ist weiterhin bei beiden Verfahren die kostenintensive Herstellung durch eine spanende Bearbeitung des Metallteils.

[0010] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Metallteil kostengünstiger herzustellen und die formschlüssige Verbindung zu verbessern.

[0011] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass in eine Platine in einem ersten Schritt eine kugelähnliche Vertiefung gedrückt, in einem zweiten Schritt die kugelähnliche Vertiefung gelocht, in einem dritten Schritt ein Dom durchgezogen, in einem vierten Schritt ein Kragen nach unten gebogen wird und in einem fünften Schritt auf dem Außenrand des Kragens axiale Riefen erzeugt werden.

[0012] Weitere Ausgestaltungen des Herstellungsverfahrens ergeben sich aus den diesbezüglichen Unteransprüchen.

[0013] Die Erfindung betrifft außerdem ein nach dem Verfahren hergestelltes Metallteil.

[0014] Weitere Ausgestaltungen des Metallteils ergeben sich aus den diesbezüglichen Unteransprüchen.

[0015] Das Metallteil kann beispielsweise auch für Rollen einer Rollenbahn verwendet werden, wobei der Rollenkörper aus Kunststoff ist.

[0016] Als Material für das Metallteil werden vorzugsweise alle handelsüblichen Bleche verwendet, welche die Verformungs - und Festigkeitsansprüche zur Aufgabenstellung erfüllen, wie beispielsweise das tiefziehfähige Blech mit der Bezeichnung StW24-DD13. Der Einsatz anderer Materialien wird ausdrücklich berücksichtigt.

[0017] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von sehr schematischen Zeichnungen näher beschrieben.

[0018] Es zeigen:

Fig. 1a

in räumlicher Darstellung ein bekanntes Metallteil mit Blick auf einen Flansch;

Fig. 1b

in räumlicher Darstellung das Metallteil gemäß Fig. 1a mit Blick auf eine Aufnahme; jeweils mit einem Kragen mit axialen Riefen;

Fig. 2

in räumlicher Darstellung ein Metallteil gemäß Fig.1a mit einem Kragen mit einer Rechts - Links - Rändelung

Fig. 3 bis Fig. 9

in Schnittdarstellung die einzelnen Verfahrensschritte gemäß der Erfindung zur Herstellung eines Metallteils;

Fig. 10

im Teilschnitt eine bevorzugte Ausbildung des Metallteils gemäß der Erfindung;

Fig. 10a

im Teilschnitt eine erste Variante des Metallteils nach Fig. 10;

Fig. 10b

im Teilschnitt eine zweite Variante des Metallteils nach Fig. 10;

Fig. 11

im Vollschnitt eine weitere Ausführung eines Metallteils und

Fig. 12

in Vorderansicht das Metallteil von Figur 11.

[0019] Figur 1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Metallteil 1. Figur 1a zeigt das Metallteil 1 von unten und Figur 1b das Metallteil 1 von oben. Das Metallteil 1 besteht aus einem Außenumfang 2 mit einer Rändelung, die hier als Rändel mit achsparallelen Riefen ausgebildet ist, einem Flansch 3 und einer zylinderförmigen Aufnahme 4, auf deren Außendurchmesser 5 beispielsweise der Ring eines Lagers (nicht dargestellt) aufgepresst wird. Die Befestigung des Ringes des Lagers kann aber auch durch andere Mittel erfolgen.

[0020] In Figur 2 ist ein Metaltteil 1 nach Figur 1a dargestellt. Der Unterschied besteht in der auf dem Außenumfang 2 angebrachten Rändelung, die hier in Form einer Kreuzrändelung vorliegt.

[0021] Das Verfahren zur Herstellung eines Metallteils 1 wird in den Figuren 3 bis 9 näher beschrieben.

[0022] Ausgehend von einer ebenen Platine 6 wird gemäß Figur 3 eine kugelförmige Vertiefung 7 in die Platine 6 eingebracht. Eine in der kugelförmigen Vertiefung 7 zentrisch angeordnete Lochung 8 kann bereits in einem vorherigen Schritt eingebracht werden oder im Anschluss an den Vertiefungsvorgang.

[0023] Als Einziehradius ist bei der Vertiefung bei einem Außendurchmesser der Aufnahme 4 von beispielsweise 35 mm R 5 vorgesehen.

[0024] Anschließend wird, wie in Figur 4 dargestellt, die kugelförmige Vertiefung durch Ziehen oder Tiefziehen zu einem Kegelabschnitt 9 umgeformt. Der Kegelabschnitt 9 wird in einem oder mehreren Schritten, wiederum durch Ziehen oder Tiefziehen, zu einer zylinderförmigen Aufnahme 4 umgeformt, wie in Figur 5 dargestellt.

[0025] In weiteren Schritten wird gemäß Figur 6 und Figur 7 der Außenumfang 5 und die Höhe 10 der Aufnahme 4 verkleinert oder reduziert. Dabei kommt es zu einer Materialverdickung und / oder einer Materialverfestigung im Bereich der Aufnahme 4.

[0026] Wie in Figur 8 dargestellt, wird der Einziehradius 11 von beispielsweise R5 auf einen Radius R 0,5 kalibriert.

[0027] Beim nächsten Arbeitsschritt wird der Flansch 12 gemäß Figur 9 um 90° nach untern gebogen bzw. gebördelt, wobei der äußere Kragen 13 vorzugsweise zylinderförmig ausgestaltet wird.

[0028] Auf den äußeren Kragen 13 wird anschließend im nächsten Verfahrensschritt eine achsparallele Rändelung aufgebracht. Die Riefen der achsparallelen Rändelung werden durch Materialverdrängung erzeugt. Hierzu wird das Metallteil 1 mit der inneren Kontur 14 gemäß Figur 10 aufgenommen und durch einen Ring gedrückt, dessen Innenform dem Profil der Riefen entspricht. Dabei über die Außenkontur des Metallteils 1 verdrängtes Material wird beispielsweise durch einen weiteren Stauch - oder Kalibriervorgang im Randbereich verteilt und ggfls. verfestigt.

[0029] In einer speziellen Ausgestaltung kann die Materialverdrängung zur Erzeugung der Riefen einer achsparallelen Rändelung auch von beiden Randbereichen 20, 21 aus erfolgen. Dabei wird das verdrängte Material zur Mitte der Höhe des Außendurchmessers 5 hin verdrängt und es werden die Riefen 16 gebildet. Das verdrängte Material bildet etwa in der Mitte einen umlaufenden Steg 15.

[0030] Eine erste Variante einer weiteren Ausführung sieht vor, dass der umlaufende Steg 15, bezogen auf den Flansch 3, am oberen Randbereich 20 des Kragens 13 ausgebildet ist (Fig. 10a).

[0031] Eine zweite Variante einer weiteren Ausführung sieht vor, dass der umlaufende Steg 15, bezogen auf den Flansch 3, am unteren Randbereich 21 des Kragens 13 ausgebildet ist (Fig. 10b).

[0032] Ein Metallteil 1 mit einem derartigen Steg 15 hat den Vorteil, dass der umspritzte Kunststoffmantel, Nylonmantel oder dergleichen nicht von den Riefen 16 abrutschen kann, dass das Kunststoffmaterial, Nylonmaterial oder dergleichen den Steg 15 von beiden Seiten oder einer Seite umschließt.

[0033] Der Steg 15 kann dabei einen äußeren Durchmesser 22 aufweisen, der gleich groß oder größer ist als der äußere Durchmesser der Riefen 16.

[0034] Die Position und der Durchmesser sowie die Breite des Steges 15 wird beeinflusst von der oder den auf den Kunststoffmantel, der Nylonmantel oder dergleichen einwirkenden Kraft oder Kräften, die aus unterschiedlichen Richtungen angreifen können.

[0035] Für eine Abdichtung des Metallteils 1 in einem Kunststoffspritzgusswerkzeug besitzt das Metallteil 1 am unteren Rand des Kragens 13 eine Dichtlippe 17 und am Innendurchmesser der Aufnahme 4 eine weitere Dichtlippe 18 auf. Die Anordnung ist in Figur 10 dargestellt. Durch die Dichtlippen wird verhindert, dass Spritzgussmaterial in das Metallteil 1, speziell auf die innere Kontur 14 gelangt.

[0036] Wird anstelle des Spritzgussverfahrens eine induktive Erwärmung des Kragens 13 durchgeführt und anschließend beispielsweise ein Nylonmantel aufgezogen, so kann die entstehende Wärme durch in den Flansch 3 eingebrachte Lochungen 19 entweichen. Die Lochungen 19 sind beispielsweise gemäß Figur 11 und gemäß Figur 12 angeordnet.

[0037] Der Übergang zwischen dem Flansch 3 und der Aufnahme 4 kann so gestaltet werden, dass eine Kontur 14 entsteht, die einem Freistich ähnelt. Eine derartige Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der auf die Aufnahme aufgepresste Ring eines Lagers in diesem Bereich nicht an der Innenkontur anliegt.

[0038] Weiterhin sind zusätzliche Kalibrierschritte denkbar, um die geforderten Form - und / oder Lagetoleranzen ( siehe Fig. 11 ) einzuhalten.

[0039] Bezugszeichenliste

1.

Metallteil

2.

Außenumfang

3.

Flansch

4.

Aufnahme

5.

Außendurchmesser

6.

Platine

7.

Vertiefung

8.

Loch

9.

Kegelabschnitt

10.

Höhe

11.

Einziehradius

12.

Flansch

13.

Kragen

14.

Kontur

15.

Steg

16.

Riefen

17.

Dichtlippe

18.

Dichtlippe

19.

Löcher

20.

oberer Randbereich

21.

unterer Randbereich

22.

äußerer Durchmesser

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Metallteiles (1), wobei das Metallteil

(1) an seinem Außenumfang (2) mit einem Kunststoffteil, insbesondere mit einem Zahnrad aus Kunststoff, Nylon oder dergleichen versehen wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass in eine Platine in einem ersten Schritt eine kugelähnliche Vertiefung gedrückt,
in einem zweiten Schritt in die kugelähnliche Vertiefung ein Loch (8) eingebracht wird,
in einem dritten Schritt eine Aufnahme (4) durchgezogen,
in einem vierten Schritt ein Kragen (13) nach unten gebogen wird
und
in einem fünften Schritt auf dem Außenrand des Kragens (13) axiale Riefen erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Aufnahme (4) zuerst als Kegelabschnitt ausgebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Aufnahme (4) als Zylinder ausgebildet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Aufnahme (4) mit einem Lager versehen wird bzw. in die Aufnahme (4) eine Verzahnung für einer Wellenverbindung eingebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Material der Aufnahme (4) gestaucht und / oder kalibriert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Riefen (16) durch eine einseitige Materialverdrängung gebildet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Riefen (16) durch eine zweiseitige Materialverdrängung gebildet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Metallteil (1) zur Einhaltung der Form - und / oder Lagetoleranzen einem zusätzlichen Kalibriervorgang unterzogen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass an den unteren Rand des Kragens (13) und / oder an den Innendurchmesser der Aufnahme (4) eine Dichtlippe (17, 18) geformt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Herstellen des Metallteils (1) mit einem Folge-Verbundwerkzeug durchgeführt wird.

11. Metallteil (1) hergestellt nach den Verfahrensansprüchen 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Metallteil (1) eine gezogene oder tiefgezogene Aufnahme (4) für ein Lager aufweist.

12. Metallteil (1) nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Metallteil (1) einen Kragen (13) mit axialen Riefen (16) aufweist.

13. Metallteil (1) nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kragen (13) einen umlaufenden Steg (15) aufweist.

14. Metallteil (1) nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass der umlaufende Steg (15) in der Mitte des Kragens (13) ausgebildet ist.

15. Metallteil (1) nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass der umlaufende Steg (15) am oberen Randbereich (20) des Kragens (13) ausgebildet ist.

16. Metallteil (1) nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass der umlaufende Steg (15) am unteren Randbereich (21) des Kragens (13) ausgebildet ist.

17. Metallteil (1) nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass der äußerer Durchmesser (22) des umlaufenden Steges (15) gleich oder größer ausgebildet ist als der äußere Durchmesser der Riefen (16).

18. Metallteil (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Übergang von Aufnahme (5) und Flansch (3) als Freistich ausgebildet ist.

19. Metallteil (1) nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Flansch (3) Löcher (19) aufweist.

Zeichnung