DE102004061090A1

DE102004061090A1 - Verfahren zum Herstellen eines Getrieberades auf einer Welle

Info

Publication number: DE102004061090A1
Application number: DE102004061090A
Authority: DE
Inventors: Werner Hartmann; Martin Wellhäusser
Original assignee: Valeo Systemes dEssuyage SAS
Current assignee: Valeo Systemes dEssuyage SAS
Priority date: 2004-12-18
Filing date: 2004-12-18
Publication date: 2006-09-07
Also published as: WO2006063780A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen eines auf einer Welle befestigten Getrieberades aus Kunststoff wird ein in einen Formraum eines Spritzgießwerkzeuges hineinreichender Abschnitt der Welle über einen in den Formraum mündenden Anspritzkanal mit dem Kunststoff zur Bildung des Getrieberades umspritzt. Das Kunststoffmaterial wird dem Formraum in Achsrichtung der Welle gegenüber dieser zentriert sowie einem Wellenende gegenüberliegend und von diesem beabstandet zugeführt. Nach dem Spritzgießen wird das das Wellenende abdeckende Kunststoffmaterial als Anguss entfernt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Getrieberades auf einer Welle bzw. eines auf einer Welle befestigten Getrieberades gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.

Durch Spritzgießen aus Kunststoff gefertigte Getrieberäder sind insbesondere auch für elektromotorische Hilfsantriebe für Fahrzeuge und dabei speziell auch für Antriebseinheiten bzw. Motoren für Scheibenwischanlagen bekannt, und zwar bei Antriebseinheiten für Scheibenwischanlagen speziell auch als Schneckenräder auf der Ausgangswelle eines Schneckengetriebes. Bekannt ist hierbei auch, das betreffende Getrieberad durch Umspritzen der Welle oder einer zur Vergrößerung des Durchmessers der Welle auf dieser drehfest angeordneten Buchse in einem Inmold-Spritzgießverfahren herzustellen ( DE 34 14 842 A1 ).

Bei derartigen elektromotorischen Hilfsantrieben oder deren Getriebe ist es vielfach beispielsweise für eine axiale Abstützung erforderlich, dass auch ein dem Getrieberad benachbartes Ende Welle frei liegt, also nicht durch ein Kunststoffmaterial abgedeckt ist, sodass die Welle mit diesem Ende dann beispielsweise mit einem die axiale Lagerung oder Abstützung bewirkenden gehäuseseitigen Lagerelement zusammenwirken kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem die Herstellung von jeweils auf einer Welle befestigten Getrieberädern in besonders einfacher, rationeller Weise und mit hoher Präzision durch Spritzgießen möglich ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.

Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der bezogen auf die Achse der Welle zentralen Anspritzung beim Spritzgießen des Getrieberades bzw. beim Umspritzen der Welle mit diesem Getrieberad. Durch die zentrale Anspritzung, die beispielsweise über einen einzigen, zentralen und achsgleich mit der Achse der Welle angeordneten Anspritzkanal erfolgt, wird der Kunststoff beim Spritzgießen dem das eigentliche Getrieberad formenden Formraum gleichmäßig und zentral, d. h. in einer Fließrichtung von innen radial nach außen zugeführt, sodass sich dieser Formraum gleichmäßig mit dem Kunststoffmaterial füllt, Bindenähte oder andere Unstetigkeiten in dem hergestellten Getrieberad vermieden werden, sodass für dieses u.a. auch eine besonders hohe Festigkeit erreicht wird. Durch die zentrale Anspritzung wird weiterhin auch ein gleichmäßiges Schwinden beim Aushärten oder Abkühlen des Kunststoffmaterials erzielt und damit eine reproduzierbare hohe Formgenauigkeit der hergestellten Getriebe- oder Zahnräder, sodass bei der späteren Verwendung u. a. eine reduzierte Geräuschentwicklung und optimierte Rundlaufeigenschaften erreicht werden.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen:
1 in vereinfachter Darstellung ein aus Kunststoff durch Spritzgießen hergestelltes Getrieberad, zusammen mit einer dieses Getrieberad tragenden Welle, im Schnitt;
2 eine Ansicht auf die in der 1 untere Seite des Getrieberades;
3 in schematischer Darstellung und in Positionen a)–c) den Spritzgieß- und Auswurfprozess zum Herstellen des Getrieberades.
In den Figuren ist 1 ein Getrieberad, beispielsweise ein Zahnrad oder Getrieberad eines elektromotorischen Hilfsantriebs für Fahrzeuge, beispielsweise ein Schneckenrad eines Schneckengetriebes einer elektromotorischen Antriebseinheit einer Scheibenwischanlage (Wischermotor). Das Getrieberad 1, welches an seinem Umfang mit der entsprechenden Verzahnung 2 hergestellt ist, ist an einem Ende einer Welle 3 befestigt, und zwar durch Umspritzen der Welle 3, die dort beispielsweise mit einer Oberflächenprofilierung 4, z. B. mit einer Verzahnung oder Mehrfachkerbung usw, versehen ist.
Im Verwendungsfall ist die Welle 3 in einem Lager eines Gehäuseteils, beispielsweise eines Deckels der Antriebseinheit drehbar gelagert, wie dies in der 1 mit unterbrochenen Linien 5 angedeutet ist, sodass die Welle 2 mit ihrem dem Getrieberad 1 entfernt liegenden Ende 3.1 aus dem Gehäuse 5 vorsteht und dort beispielsweise ein nicht dargestellter Wischarm befestigt werden kann. Das Getrieberad 1 befindet sich dann innerhalb des Gehäuses 5.
Auch das dem Getrieberad benachbarte stirnseitige Ende 3.2 der Welle 3 liegt frei, sodass sich die Welle 3 innerhalb des Gehäuses 5 mit diesem Ende 3.2 beispielsweise an einem axialen Stützlager oder Lagerelement 6 abstützen kann.
Das Getrieberad 1 besteht bei der dargestellten Ausführungsform aus einem die Verzahnung 2 aufweisenden im Wesentlichen scheibenartigen Radabschnitt 1.1 sowie aus einem einstückig mit diesem hergestellten hülsenartigen Abschnitt 1.2, der die Welle 3 zwischen dem Radabschnitt 1.1 und dem freiliegenden Ende 3.2 umschließt und dessen Außendurchmesser nur einem Bruchteil des Außendurchmessers des Radabschnittes 1.1 entspricht.
Die Herstellung des Getrieberades 1 durch Umspritzen der Welle 3 erfolgt entsprechend der 3 unter Verwendung eines dreiteiligen Spritzgießwerkzeuges 7 mit den Werkzeugteilen 8, 9 und 10.
Bei geschlossenem Werkzeug (Position a) schließen die Werkzeugteile 8, 9 und 10 so aneinander an, dass das Werkzeugteil 9 zwischen den Werkzeugteilen 8 und 10 angeordnet ist und die Werkzeugteile 8, 9 und 10 einen Formraum bilden, in welchen beim Spritzgießen die mit ihrer Achse achsgleich mit einer Werkzeugachse WA angeordnete Welle 3 mit ihrem die Oberflächenprofilierung 4 aufweisenden Ende hineinreicht. Im Einzelnen ist der Formraum des Werkzeuges 7 von mehreren Teilräumen gebildet, und zwar von einem Teilraum 11 im Werkzeugteil 8, von einem Teilraum 12 im Werkzeugteil 9 und von einem Teilraum 13 im Werkzeugteil 10.
Im Werkzeugteil 8 ist weiterhin eine Öffnung 14 vorgesehen, in der die Welle 3 gehalten ist. Im Werkzeugteil 10 ist der einzige Injektions- bzw. Spritzkanal 15 vorgesehen, und zwar zentral in der Art, dass dieser Anspritzkanal 15 mit seiner Achse achsgleich mit der Werkzeugachse WA und damit auch achsgleich mit der Achse der in der Öffnung 14 des Werkzeugteils 8 angeordneten Welle 3 liegt.
Der Teilraum 11 ist so ausgebildet, dass mit ihm der Radabschnitt 1.1 mit der Verzahnung 2 geformt wird. Hierfür ist der Teilraum 11 an seinem die Werkzeugachse WA konzentrisch umschließenden und die Verzahnung 2 formenden Umfang sowie an der in der 3 oberen und in einer Ebene senkrecht zur Werkzeugachse WA angeordneten Oberseite bis auf die Öffnung 14 geschlossen. An der Unterseite ist der Teilraum 11 durch das Werkzeugteil 9 abgeschlossen, und zwar bis auf den Übergang zum Teilraum 12, der im Werkzeugteil 9 zum Formen des die Welle 3 umschließenden Hülsenabschnittes 1.2 dient und der im Wesentlichen von dem Ringraum zwischen der Umfangsfläche einer im Werkzeugteil 9 vorgesehenen kreisförmigen Öffnung 12.1 und der Außenfläche der Welle 3 gebildet ist.
An der dem Werkzeugteil 8 abgewandten Unterseite des Werkzeugteiles 9 geht der Teilraum 12 in den Teilraum 13 über, in den der Anspritzkanal 15 mündet und der ebenso, wie der Anspritzkanal 15 im Werkzeugteil 10 vorgesehen ist. Der Teilraum 13 ist von einer kreisscheibenförmigen Vertiefung 13.1 an der dem Werkzeugteil 9 zugewandten Seite des Werkzeugteils 10 gebildet, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform an einem ringförmigen Vorsprung 16, mit welchem das Werkzeugteil 9 bei geschlossenem Werkzeug 7 an einer ringförmigen Ausnehmung 17 zentriert ist.
Mit dem Teilraum 13 wird beim Spritzgießen ein scheibenartiger Abschnitt 18.1 eines Angusses 18 erzeugt, der (Abschnitt) das Ende 3.2 der Welle 3 abdeckt und an dem dann auch der von dem einzigen Anspritzkanal 15 gebildete Abschnitt 18.2 des Angusses 18 vorgesehen ist. Da der Durchmesser des Teilraumes 13 ist größer als der Durchmesser der den Teilraum 12 bildenden Öffnung 12.1, steht der Abschnitt 18.1 des Angusses 18 radial über den Hülsenabschnitt 1.2 vorsteht, d.h. der Abschnitt 18.1 bildet einen Hinterschnitt.
Im Detail erfolgt die Herstellung des Getrieberades durch Umspritzen der Welle 3 beispielsweise derart, dass vor dem Schließen der Werkzeugs 7 oder bei bereits geschlossenem Werkzeug 7 die Welle 3 in die Öffnung 14 so eingesetzt wird, dass das Ende 3.2 dieser Welle vom Boden der kreisscheibenförmigen Vertiefung 13.1 beabstandet und dadurch zusätzlich zu den Teilräumen 11 und 12 auch der Teilraum 13 gebildet ist. Über den Anspritzkanal 15 wird dann das für die Herstellung des Getrieberades 1 verwendete Kunststoffmaterial, z.B. thermoplastischer Kunststoff in den von den Teilräumen 11–13 gebildeten Formraum eingespritzt. Nach dem Aushärten bzw. Abkühlen wird das Werkzeug 7 zunächst in einem ersten Schritt zwischen den Werkzeugteilen 9 und 10 in Richtung der Werkzeugachse WA geöffnet (Position b der 3). In einem weiteren Schritt wird das Werkzeug 7 dann auch zwischen den Werkzeugteilen 8 und 9 geöffnet (Position c der 3), wobei die Werkzeugteile wiederum relativ zueinander in Richtung der Werkzeugachse WA auseinanderbewegt werden. Hierbei bleibt der radial über den Hülsenabschnitt 1.2 wegstehende Abschnitt 18.1 mit dem Abschnitt 18.2 am Werkzeugteil 9 und wird somit von dem Hülsenabschnitt 1.2 abgetrennt, sodass schließlich die mit dem Getrieberad 1 umspritzte und auch am Ende 3.2 freiliegende Welle 3 erhalten ist, dieses Ende der Welle dann z.B. für eine axiale Abstützung benutzt werden kann, wie dies vorstehend im Zusammenhang mit der 1 erläutert wurde.
Beim Spritzgießen dienen die Teilräume 12 und 13 im Wesentlichen als Verteilerkanäle zum möglichst gleichmäßigen Verteilen des Kunststoffes in den Teilraum 11, und zwar in der Weise, dass das Kunststoffmaterial dem Teilraum 11 bezogen auf die Werkzeugachse WA und damit auch bezogen auf die Achse des herzustellenden Getrieberades möglichst gleichmäßig radial von Innen nach Außen zugeführt wird.
Das beschriebene Verfahren gestattet die Herstellung der mit dem Getrieberad 1 umspritzten Welle 3 in rationeller Weise. Durch die zentrale Anspritzung über den achsgleich mit der Achse der Welle 3 angeordneten Anspritzkanal 15 wird u. a. erreicht, dass sich das Kunststoffmaterial beim Spritzgießen in dem den Radabschnitt 1.1 formenden Teilraum 11 gleichmäßig verteilt und insbesondere auch beim Abkühlen eine gleichmäßige Schwindung stattfindet. Hierdurch wird eine hohe Formgenauigkeit für das Getrieberad 1 erreicht, wodurch im eingebauten Zustand eine reduzierte Geräuschentwicklung und optimierte Rundlaufeigenschaften erzielt werden. Durch die zentrale Anspritzung werden weiterhin Bindenähte im Getrieberad 1 vermieden, wodurch sich eine erhöhte Festigkeit ergibt. Weiterhin lassen sich mit der zentralen Anspritzung die Zykluszeiten des Spritzgieß- und Auswurfprozesses wesentlich reduzieren, wobei insbesondere auch durch das Abtrennen des gesamten Angusses 18 bzw. der Abschnittes 18.1 und 18.2 noch im Werkzeug 7 der Herstellungsprozess wesentlich vereinfacht wird.
Bei geschlossenem Werkzeug 7 bilden die Teilräume 12 und 13 Räume, über die bei der zentralen Anspritzung das Kussstoffmaterial durch mehrfache Umlenkung dem Teilraum 11 zufließt, d.h. sich das Kunststoffmaterial zunächst radial zur Werkzeugachse WA gleichmäßig verteilt (im Teilraum 13) und erst dann über den Teilraum 13 in Achsrichtung der Werkzeugachse WA dem Teilraum 11 zufließt. Durch die mehrfache Umlenkung ergibt sich ein gleichmäßiger Eintritt des Kunststoffstromes in den den Radabschnitt 1.1 mit der Verzahnung 2 formenden Teilraum 11.
Durch den größeren Durchmesser des Teilraumes 13 wird für den Abschnitt 18.1 eine Hinterschneidung gebildet, sodass der gesamte Angus 18 in der vorbeschriebenen Weise beim Auseinanderbewegen der Werkzeugteile 8 und 9 durch Abbrechen oder Abreißen noch im Werkzeug 7 vom Getrieberad 1 entfernt wird.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.

1: Zahn- oder Getrieberad
1.1: Radabschnitt
1.2: Hülsenabschnitt
2: Verzahnung
3: Welle
3.1, 3.2: Wellenende
4: Oberflächenprofilierung
5: Gehäuse
6: Axialstützlager
7: Werkzeug
8, 9, 10: Werkzeugteil
11, 12, 13: Teilraum
12.1: Öffnung im Werkzeugteil 12
13.1: scheibenförmige Vertiefung im Werkzeugteil 13
14: Aufnahmeöffnung im Werkzeugteil 8 für Welle 3
15: zentraler Anspritzkanal
16: Vorsprung
17: Ausnehmung
18: Anguss
18.1, 18.2: Abschnitt des Angusses 18
WA: Werkzeugachse

Claims

Verfahren zum Herstellen eines auf einer Welle (3) befestigten Getrieberades (1) aus Kunststoff, wobei ein in einen Formraum (11, 12, 13) eines Spritzgießwerkzeuges (7) hineinreichender Abschnitt der Welle (3) über einen in den Formraum mündenden Anspritzkanal (15) mit dem Kunststoff zur Bildung des Getrieberades (1) umspritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial dem Formraum (11, 12, 13) in Achsrichtung der Welle (3) und in Bezug auf die Achse der Welle zentriert sowie von einem in dem Formraum aufgenommenen Wellenende (3.2) beabstandet zugeführt wird, und dass nach dem Spritzgießen der das Wellenende (3.2) abdeckende Kunststoff als Anguss (18) entfernt wird, so dass das Wellenende (3.2) frei liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anguss (18) beim Öffnen des Werkzeuges (7) oder beim Auswerfen der mit dem Getrieberad (1) umspritzten Welle (3) aus dem Werkzeug abgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial beim Spritzgießen dem Formraum (11, 12, 13) des geschlossenen Werkzeuges (7) über einen einzigen zentralen Anspritzkanal (15) zugeführt wird, der achsgleich mit der Achse der im Werkzeug (7) angeordneten Welle (3) sowie mit Abstand von dem Wellenende (3.2) in den Formraum mündet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial beim Spritzgießen dem Formraum des geschlossenen Werkzeuges (7) über wenigstens zwei Anspritzkanäle zugeführt wird, die um die Achse der im Werkzeug (7) angeordneten Welle (3) verteilt mit ihren Achsen parallel zur Achse der Welle (3) vorgesehen sind und dem Ende (3.2) der Welle (3) gegenüberliegend in den Formraum (11, 12, 13) münden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der das Getrieberad (1) bildende Formkörper beim Spritzgießen mit einem die Verzahnung (2) aufweisenden und die Welle (3) umschließenden Radabschnitt (1.1) mit größerem Durchmesser, mit einem an den Radabschnitt (1.1) zu dem Wellenende (3.2) anschließenden und die Welle (3) ebenfalls umschließenden hülsenförmigen Abschnitt (1.2) mit stark reduzierten Außendurchmesser und daran anschließend mit einem das Wellenende (3.2) abdeckenden Abschnitt (18.1) des Angusses (18) hergestellt und anschließend der das Wellenende (3.2) abdeckende Abschnitt (18.1) zusammen mit dem Rest des Angusses (18) durch Abtrennen am Hülsenabschnitt (1.2) oder am Übergang zu dem Hülsenabschnitt (1.2) entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der das Wellenende (3.2) abdeckende Abschnitt (18.1) des Angusses (18) mit einer Hinterschneidung geformt und beim Öffnen des Werkzeugs an dieser Hinterschneidung in einem Werkzeugteil (9) zurückgehalten von dem in einem weiteren Werkzeugteil (8) mit der Welle (3) gehaltenen Getrieberad (1) durch Brechen oder Zerreißen abgetrennt wird.