DE19626974A1 - Verbundbauteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil gemäß dem Oberbe­ griff von Anspruch 1.

Ein derartiges Verbundbauteil ist unter anderem aus der US-PS 5 094 076 bekannt. Dieses Verbundbauteil weist ein Nabenteil auf, das von einem im Spritzgußverfahren hergestellten Kunst­ stoffbauteil umgeben ist. Das Kunststoffbauteil wird bei der Herstellung angegossen, wobei ein Übertragungskonus Anschläge für Dichtplatten aufweist, die verhindern sollen, daß die Spritzgußmasse in den inneren Bereich des Nabenteils hinein­ geraten kann. Nachteilig hierbei ist es, daß separate Abdicht­ platten erforderlich sind, die dem Spritzgußdruck standhalten müssen.

Wenn andererseits ein Druckgußteil beispielsweise aus Alumi­ niium hergestellt werden soll, ist ein Spritzgußdruck von 400 bis 600 bar erforderlich, was eine entsprechend starke Aus­ legung von Dichtplatten erfordern würde.

Nachteilig bei der vorbekannten Lösung ist ferner, daß durch die geschlossene Ausbildung des Verbundbauteils die im Nabenteil vorgesehene Rollenfreilaufkupplung hermetisch abgeschlossen wird, so daß ein Nachschmieren zerstörungsfrei nicht möglich ist und es insbesondere nicht möglich ist, die Rollenfreilaufkupplung an den Schmiermittelkreislauf eines hydrokinetischen Drehmomentwandlers anzuschließen. Ferner erfordert die zusätzliche Anordnung der Dichtplatten eine genaue Justage, die mit einem speziellen Konus erreicht werden soll, um die Entstehung einer Unwucht zu verhindern.

Bei Rollenfreilaufkupplungen müssen die den Rollen zugewandten Bereiche des Nabenteils so hart wie möglich sein, nachdem durch die besondere Konstruktion einer Rollenfreilaufkupplung erhebliche radiale Kräfte übertragen werden müssen, allein schon um einen vorzeitigen Verschleiß zu verhindern.

Zwar kann die Dichtplatte gemäß der US-PS 5 094 076 aus ver­ gleichsweise weichem und insofern für Dichtzwecke geeignetem Material hergestellt werden. Jedoch ist die Dichtwirkung ins­ gesamt eher unbefriedigend, nachdem aufgrund des zusätzlichen Bauelements praktisch auch eine zusätzliche Dichtstelle ent­ steht und die Funktion der Dichtplatte sehr von der exakten Bearbeitung des Nabenteils bzw. der gleichmäßigen Preßkraft über die Anschläge des dortigen Konus abhängt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verbundbauteil gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaf­ fen, das trotz Verschleißfestigkeit des Nabenteils eine si­ chere Abdichtung beim Anspritzen oder Angießen des Druck­ gußteils ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich sich aus den Unter­ ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Herstellung eines Verbundbauteils ermög­ licht überraschend trotz des enormen Drucks beim Einschießen des Druckgußwerkstoffs wie Magnesium oder Aluminium oder ande­ rer geeigneter Leichtmetallegierungen eine sichere Abdichtung des Nabenteils gegenüber der Druckgußform. Durch eine entspre­ chende Schließkraft der Form läßt sich der erfindungsgemäße Dichtvorsprung verformen, wobei die Verformung sowohl ela­ stisch als auch plastisch erfolgen kann und bevorzugt partiell plastisch und partiell elastisch erfolgt.

Besonders günstig ist es, daß durch diese Verformung praktisch automatisch etwaige Unebenheiten der Gießform ausgeglichen und sicher abgedichtet werden, was die Anforderungen an die Ober­ flächenqualität der Werkzeuge reduziert und somit die Her­ stellkosten vermindert.

Überraschend läßt sich diese Maßnahme auch dann verwenden, wenn eine Rollenfreilaufkupplung, die das Nabenteil aufweist, sehr harte Arbeitsflächen benötigt. Diese werden kurzerhand gehärtet, so daß das Nabenteil an sich lediglich in den Be­ reichen eine erhöhte Härte aufweist, in denen dies erforder­ lich ist.

Bevorzugt sind die Dichtvorsprünge als ringförmige Dichtlippen ausgebildet und erstrecken sich somit kreisringförmig aufein­ ander gegenüberliegenden Stirnflächen des Nabenteils. Durch die Schließkraft der Form erfolgt damit praktisch automatisch eine Zentrierung und Optimierung des dichtenden Anliegens zwi­ schen den Formwerkzeugen, also insbesondere den Formhälften, und dem Nabenteil. Die erforderliche Schließkraft für die Form wird durch die erfindungsgemäßen Dichtvorsprünge nicht erhöht.

Dadurch, daß das Nabenteil an seinen axialen Endflächen mit Ringwülsten versehen ist, die unmittelbar von den beiden Gieß­ formhälften beaufschlagbar und zur Abdichtung plastisch ver­ formbar sind, wird mit geringem Aufwand eine einwandfreie Ab­ dichtung zur Verfügung gestellt, ohne daß zum Beispiel an den Gießformhälften aufwendige, für eine Vielzahl von Arbeitszyk­ len ausgelegte Dichtungsanordnungen vorgesehen werden müssen.

Das Nabenteil ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung als ein Außenlaufring einer Rollenfreilaufkupplung für ein Leitrad eines hydrokinetischen Drehmomentwandlers ausgebildet und weist, ausgehend von einer konischen Fase, an seinen axialen Stirnflächen Ringwülste oder Dichtvorsprünge mit einem säge­ zahn- oder dreieckförmigen Querschnitt auf.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das Nabenteil in Form des Außenlaufringes einer Rollenfreilaufkupplung an seinem radialen Außenumfang mit einer Anzahl von radial vorragenden Flächenvorsprüngen versehen, die den bruchgefährdeten Querschnitt im Bereich der Ausnehmungen für die Rollen der Rollenfreilaufkupplung verstärkend übergreifen.

Besonders günstig ist es ferner, wenn der Dichtvorsprung an­ grenzend an eine konische Schrägfläche vorgesehen ist. Beim Schuß des Druckgußmaterials wird durch die sich insofern ver­ jüngende Querschnittsfläche zum Dichtvorsprung hin die Konus­ fläche praktisch zu einer Art Prallfläche, so daß kein beson­ ders hoher dynamischer Druck an der Dichtung anliegt.

Der Dichtvorsprung oder Ringwulst kann einen beliebigen geeig­ neten Aufbau aufweisen, der für die Ausbildung einer Dichtung unter Erzeugung einer Verformung geeignet ist. Beispielsweise kann der Dichtvorsprung einen im wesentlichen sägezahnförmigen Querschnitt mit bevorzugt abgerundeten Spitzen aufweisen.

Es versteht sich, daß das Übermaß des unbelasteten Dichtvor­ sprungs gegenüber den Formwerkzeugen in weiten Bereichen an die Erfordernisse anpaßbar ist. Bevorzugt wird das Übermaß so gewählt, daß mindestens ein nennenswerter Teil von bei­ spielsweise 20% der Schließkraft, die beispielsweise etwa 10 GN (1000 t) betragen kann, über den Dichtvorsprung aufgefangen und als Dichtkraft verwendet wird.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen.

Es zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Teilschnitt durch ein Leitrad eines hydrokinetischen Drehmomentwandlers, das durch einen Nabenteil aus härterem Material und einem Druckgußteil aus leichterem Material gebildet wird und wobei die nicht unmittelbar zum Verbundbauteil gehörenden Bau­ teile der Rollenfreilaufkupplung strichpunktiert ange­ deutet sind;

Fig. 2 eine Teilansicht des Nabenteils in Form des Außenlauf­ rings der Rollenfreilaufkupplung;

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 einen vergrößerten Teilschnitt einer modifizierten Ausgestaltung zu Fig. 3, jedoch vor der Verformung durch Gießformhälften; und

Fig. 5 einen vergrößerten Teilschnitt der Ausgestaltung gemäß Fig. 3, jedoch nach der Verformung durch die Gießform.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Verbundbauteil 1 in einem Radialschnitt dargestellt. Es besteht aus einem Nabenteil 2 aus einem härteren Material und einem Druckgußteil 3 aus leichterem und/oder weicherem Material.

Das Nabenteil 2 bildet hierbei den Außenlaufring einer Rollen­ freilaufkupplung 4, deren weitere Bauteile, wie der Innenlauf­ ring 5 und die Rollen 6, nur in strichpunktierten Linien ange­ deutet sind.

Mit Bezugszeichen 7 und 8 sind Bereiche zweier Gießformhälften einer zwei- oder mehrteiligen Gießform angedeutet, in die das Nabenteil 2 eingelegt wird und mit dem weicheren oder leich­ teren Material, z. B. Kunststoff oder Aluminium, durch Druck­ gießen zum Verbundbauteil 1 verbunden wird.

Erfindungsgemäß sind an den axialen Endflächen oder Stirn­ flächen 9 und 10 des Nabenteils 2, ausgehend von konischen Fasen oder Schrägflächen 11 und 12, Dichtvorsprünge 13 und 14 mit einem im wesentlichen dreieckförmigen Querschnitt ausge­ bildet, die unmittelbar von den Gießformhälften beaufschlagbar sind. Die Schrägflächen 11 und 12 erstecken sich bei dem be­ vorzugten Ausführungsbeispiel im Winkel von etwa 65° zu einer Achse 22 des Nabenteils 2.

Das Nabenteil 2, das im vorliegenden Fall den Außenlaufring einer Rollfreilaufkupplung bildet, besteht hierbei aus Stahl und ist an seiner inneren Nockenkontur 15, und zwar an den Arbeitsbereichen 23 und 24, gehärtet.

Das Härten erfolgt bevorzugt vor dem Angießen des Druckguß­ teils 3, wobei die Härt-Tiefe in weiten Bereichen an die Erfordernisse anpaßbar ist und bevorzugt etwa 2 mm für den Arbeitsbereich 24 für die Führung der Rollen 6 der Rollen­ freilaufkupplung und etwa 3 mm im Arbeitsbereich 23 für die Lagerung des Innenlaufrings 5 beträgt.

Im Bereich des Außenumfangs und im Bereich der Ringwülste 13 und 14 bleibt das Stahlmaterial ungehärtet, so daß es durch den sehr hohen Schließdruck der Gießformhälften 7 und 8 plastisch verformbar ist und somit für eine zuverlässige Abdichtung sorgt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, führt die Nockenkontur 15 am Außenlaufring 2 einer Rollenfreilaufkupplung zu einem bruch­ gefährdeten Querschnitt im Bereich des Pfeiles 16. Durch die Ausbildung einer Anzahl von radial vorragenden Flächenvor­ sprüngen 17, die diesen Bereich übergreifen, kann dieser bruchgefährdete Querschnitt in günstiger Weise verstärkt wer­ den.

Gleichzeitig sorgen die Flächenvorsprünge 17 für eine günsti­ gere Verankerung des Druckgußteils am Nabenteil, um die am Druckgußteil auftretenden Drehmomente sicher auf das Nabenteil 2 zu übertragen.

Für das Druckgußteil kann hierbei vorzugsweise eine Aluminium- oder eine Magnesiumlegierung oder aber auch entsprechende Kunststoffmaterialien verwendet werden.

Durch das Druckgießen wird der Nabenteil ringförmig unter Druck gesetzt. Nach Erkalten der Form erfolgt dementsprechend eine Ausdehnung aufgrund des nachlassenden Spritzgußdrucks, die beispielsweise 1/20 mm betragen kann. Um diese Durchmes­ seränderung zu kompensieren, kann entweder von vorne herein ein Nabenteil 2 mit entsprechend angepaßtem Durchmesser verwendet werden, oder es erfolgt ein Nachschleifen.

Erfindungsgemäß läßt sich hier stets eine optimale Anpassung der zu verwendenden Werkstoffe in Hinblick auf deren Ge­ wichts/Festigkeits-Verhältnis durch unmittelbares Angießen mittels der erfindungsgemäßen Dichtlippen oder Dichtvorsprünge 13 und 14 trotz der vorgesehenen Verwendung von gehärteten Arbeitsbereichen 23 und 24 realisieren.

Die Härtung kann bei Bedarf auch erst nach Abschluß des Gießvorgangs erfolgen, wobei in diesem Zusammenhang eine induktive Härtung bevorzugt ist. Es versteht sich, daß bei einer derartigen Lösung ein Nachschleifen erforderlich sein kann.

Bei dem aus Fig. 4 ersichtlichen Ausführungsbeispiel ist ein Radius 20 am Kamm des Dichtvorsprungs 14 ausgebildet. Diese Ausgestaltung erlaubt gegenüber einem sägezahnförmigen Aufbau des Dichtvorsprungs 14 eine etwas reduzierte Flächenpressung und eine etwas höhere Verträglichkeit gegenüber fertigungs­ bedingten Herstellungstoleranzen. Zusätzlich zu dem Außen­ radius 20 am Kamm des Dichtvorsprungs 14 ist im Bereich der Überleitung zur Stirnfläche 10 ein Innenradius 21 vorgesehen.

Der gesamte aus Fig. 4 ersichtliche Bereich des Nabenteils 2 ist ungehärtet, im Gegensatz zu den Arbeitsflächen oder -be­ reichen 23 und 24, die in Fig. 2 dargestellt sind.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, in welcher Weise sich der Dicht­ vorsprung 14 durch den Schließdruck der Gießform 8 verformt.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die Verwendung in Zusammenhang mit einer Rollenfreilaufkupplung beschränkt ist. Grundsätzlich eignet sie sich für den beliebigen Einsatz im Antriebszug mit drehbeweglichen Teilen, die der Kraftüber­ tragung dienen, wobei regelmäßig der Nabe bzw. gegebenenfalls der dort eingespannten Welle die höchsten zu übertragenden Kräfte zugeleitet werden. Die erfindungsgemäße Lösung ist auch bei anderen Verbundbauteilen einsetzbar, bei denen trotz Angießens eines Teils aus leichterem Werkstoffharte und damit verschleißarme Arbeitsbereiche erforderlich sind.

Claims (9)

1. Verbundbauteil aus einem Druckgußteil und einem gegenüber dem Druckgußteil härterem Nabenteil, an welches das Druckguß­ teil über eine Gießform (7, 8) angegossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Nabenteil (2) einen Dichtvorsprung (13, 14) aufweist, der sich insbesondere ringförmig an einer Stirnfläche (9, 10) des Nabenteils (2) erstreckt und der beim Druckgießen an der Gießform (7, 8) anliegt und von dieser verformbar ist.

2. Verbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtvorsprünge (13, 14) je an voneinander abgewandten Stirn­ flächen (9, 10) des Nabenteils (2) ausgebildet und insbeson­ dere plastisch verformbar sind.

3. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Nabenteil (2) von dem Dichtvor­ sprung (13, 14) beabstandete Arbeitsbereiche (23, 24), ins­ besondere als Teil einer Nockenkontur (15) eines Außenlauf­ rings einer Rollenfreilaufkupplung, aufweist, die gehärtet sind, und daß der Dichtvorsprung (13, 14) ungehärtet ist.

4. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dichtvorsprünge (13, 14) die Stirnflächen (9, 10) des Nabenteils (2) an deren radial äußeren Bereichen umgeben und von konischen Schrägflächen (12) umgeben sind, die je eine Grenzfläche zum Druckgußteil (3) bilden.

5. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Dichtvorsprung (13, 14) nach in­ nen anschließend an eine Schrägfläche oder einen Außenkonus (12) des Nabenteils (2) ausgebildet ist, der - bezogen auf die Achse des Nabenteils (2) - einen Konuswinkel von 30 bis 85°, bevorzugt 45 bis 75° und insbesondere etwa 65°, aufweist.

6. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Druckgußteil (3) - radial ein­ wärts gesehen - von den Dichtvorsprüngen (13, 14) begrenzt ist und sich vollständig radial außerhalb der Dichtvorsprünge erstreckt.

7. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Dichtvorsprung (13, 14) das Pro­ fil eines Dreiecks oder Sägezahns und/oder einen wulstförmigen Aufbau aufweist und insbesondere an seinem Kamm (20) mit einem Radius versehen ist.

8. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Dichtvorsprung (13, 14) von der sich radial erstreckenden Stirnfläche (9, 10) des Nabenteils (2) vorspringt und insbesondere ein Vorsprungmaß von etwa 0,05 bis 1 mm, bevorzugt 0,2 bis 0,5 mm und insbesondere etwa 0,3 mm, aufweist.

9. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Nabenteil (2) als Außenlaufring einer Rollenfreilaufkupplung ausgebildet ist, eine innere Nockenfläche (15) und an seinem Außenumfang eine Anzahl von radial vorragenden Flächenvorsprüngen (17) aufweist, die einen bruchgefährdeten Querschnitt (16) des Außenlaufrings verstär­ kend übergreifen und mit welchem das Druckgußteil (3) an dem Nabenteil (2) in Drehmoment-Übertragungsrichtung besser ver­ ankerbar ist.