DE102005006673A1

DE102005006673A1 - Verfahren zur Herstellung eines Metallteiles eines Kunststoff-Metall-Verbundteiles und ein nach dem Verfahren hergestelltes Metallteil

Info

Publication number: DE102005006673A1
Application number: DE102005006673A
Authority: DE
Inventors: Klaus Giersdorf
Original assignee: Rempel Stanztechnik & Co GmbH; Rempel Stanztechnik & Cokg GmbH
Current assignee: Rempel Stanztechnik & Co GmbH; Rempel Stanztechnik & Cokg GmbH
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2006-06-08
Also published as: EP1658912B1; EP1658912A2; EP1658912A3

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. DOLLAR A Die Erfindung betrifft auch ein nach dem Verfahren hergestelltes Metallteil.

Description

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.
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.
Nach dem Stand der Technik werden die Metallteile der oben beschriebenen Zahnräder spanend hergestellt. Bekannt sind folgende Herstellungsverfahren:
Verfahren 1:

• 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 1.

Verfahren 2:

• 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 2.

Die Rändelungen auf dem Außendurchmesser können dabei als Rändel mit achsparallelen Riefen, als Kreuzrändel, als Links-Rechts-Rändel oder dergleichen ausgebildet sein.
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. Dabei ist die Verzahnung auf dem Metallteil mittig, aber nicht über die gesamte Breite angeordnet. Durch diese formschlüssige Verbindung ist gewährleistet, das sowohl axiale wie auch radiale Kräfte ohne Verrutschen der Kunststoffumspritzung aufgenommen werden können.
Nachteilig ist bei beiden Verfahren die kostenintensive Herstellung durch eine spanende Bearbeitung des Metallteils.

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

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.

Weitere Ausgestaltungen des Herstellungsverfahrens ergeben sich aus den diesbezüglichen Unteransprüchen.

Die Erfindung betrifft außerdem ein nach dem Verfahren hergestelltes Metallteil.

Weitere Ausgestaltungen des Metallteils ergeben sich aus den diesbezüglichen Unteransprüchen.

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

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.

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

Es zeigen:

1a in räumlicher Darstellung ein bekanntes Metallteil mit Blick auf einen Flansch;

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

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

3 bis 9 in Schnittdarstellung die einzelnen Verfahrensschritte gemäß der Erfindung zur Herstellung eines Metallteils;

10 im Teilschnitt eine bevorzugte Ausbildung des Metallteils gemäß der Erfindung;

11 im Vollschnitt eine weitere Ausführung eines Metallteils und

12 in Vorderansicht das Metallteil von 11.

1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Metallteil 1. 1a zeigt das Metallteil 1 von unten und 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.
In 2 ist ein Metallteil 1 nach 1a dargestellt. Der Unterschied besteht in der auf dem Außenumfang 2 angebrachten Rändelung, die hier in Form einer Kreuzrändelung vorliegt.
Das Verfahren zur Herstellung eines Metallteils 1 wird in den 3 bis 9 näher beschrieben.
Ausgehend von einer ebenen Platine 6 wird gemäß 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.
Als Einziehradius ist bei der Vertiefung bei einem Außendurchmesser der Aufnahme 4 von beispielsweise 35 mm R5 vorgesehen.
Anschließend wird, wie in 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 5 dargestellt.
In weiteren Schritten wird gemäß 6 und 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.
Wie in 8 dargestellt, wird der Einziehradius 11 von beispielsweise R5 auf einen Radius R 0,5 kalibriert.
Beim nächsten Arbeitsschritt wird der Flansch 12 gemäß 9 um 90° nach untern gebogen bzw. gebördelt, wobei der äußere Kragen 13 vorzugsweise zylinderförmig ausgestaltet wird.
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 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.
Für eine Abdichtung des Metallteils 1 in einem Kunststoffspritzgusswerkzeug besitzt das Metallteil 1 am unteren Rand des Kragens 13 eine Dichtlippe 16 und am Innendurchmesser der Aufnahme 4 eine weitere Dichtlippe 17 auf. Die Anordnung ist in 10 dargestellt. Durch die Dichtlippen wird verhindert, dass Spritzgussmaterial in das Metallteil 1, speziell auf die innere Kontur 14 gelangt.
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 18 entweichen. Die Lochungen 18 sind beispielsweise gemäß 11 und gemäß 12 angeordnet.
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.
Weiterhin sind zusätzliche Kalibrierschritte denkbar, um die geforderten Form- und/oder Lagetoleranzen (siehe 11) einzuhalten.

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: Riefen
16: Dichtlippe
17: Dichtlippe
18: Löcher

Claims

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 (15) erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (4) zuerst als Kegelabschnitt ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (4) als Zylinder ausgebildet wird.
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.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Aufnahme (4) gestaucht und/oder kalibriert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Riefen (15) durch eine einseitige Materialverdrängung gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Riefen (15) durch ein Material-Ziehverfahren gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Riefen (15) durch ein Kalt-Fließpressen gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Riefen (15) durch eine zweiseitige Materialverdrängung gebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallteil (1) zur Einhaltung der Form- und/oder Lagetoleranzen einem zusätzlichen Kalibriervorgang unterzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an den unteren Rand des Kragens (13) und/oder an den Innendurchmesser der Aufnahme (4) eine Dichtlippe (16, 17) geformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen des Metallteils (1) mit einem Folge-Verbundwerkzeug durchgeführt wird.
Metallteil (1) hergestellt nach den Verfahrensansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallteil (1) eine gezogene oder tiefgezogene Aufnahme (4) für ein Lager aufweist.
Metallteil (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallteil (1) einen Kragen (13) mit axialen Riefen (15) aus demselben Material aufweist.
Metallteil (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von Aufnahme (5) und Flansch (3) als Freistich ausgebildet ist.
Metallteil (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (3) Löcher (18) aufweist.