DE19723119C1 - Verfahren zur Herstellung eines einstückigen Bauteils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel­ lung eines einstückigen Bauteils für Brillen.

Es ist bekannt, derartige Brillenteile, wie bei­ spielsweise einstückige Brillenbügel mit Feder­ scharniergehäuse, aus einem Draht herzustellen. Dieser wird zu Beginn der Bearbeitung abgelängt und anschließend auf verschiedene Durchmesser redu­ ziert. Anschließend wird ein Längsabschnitt des Drahts geprägt und/oder umgeformt, um beispiels­ weise die Geometrie des Gehäuses zu erhalten. Ab­ schließend erfolgt eine spanende Bearbeitung zumin­ dest eines Längsabschnitts des Drahts, beispiels­ weise das Abtrennen von geprägten oder umgeformten überstehenden Bereichen, das Einbringen einer Boh­ rung etc.

Der Nachteil dieses Herstellungsverfahrens ist darin zu sehen, daß eine Vielzahl von kosteninten­ siven Arbeitsschritten erforderlich ist. Darüber hinaus müssen mehrere Maschinen zur Fertigung be­ reitgestellt werden, die einen hohen Investitions­ bedarf erfordern. Im übrigen sind die Durchlaufzei­ ten und der Steuerungsaufwand bei einer Serienpro­ duktion sehr hoch.

Es ist ebenfalls bekannt, Teile mit Hilfe eines Pulver-Spritzgußverfahrens (Powder-Injection-Mol­ ding; im folgenden kurz PIM-Verfahren genannt) her­ zustellen. Hierbei wird ein geeignetes Metallpulver mit einem pulverförmigen Binder - ähnlich einem Kunststoffspritzguß-Verfahren - vorzugsweise erwärmt und unter Druck in eine Gußform eingebracht, deren Kontur der Kontur des herzustellenden Teils ent­ spricht. Die so erhaltene erste Vorform wird zur Erzeugung einer zweiten Vorform erwärmt, wodurch der Binder aus der ersten Vorform ausgetrieben wird. Im abschließenden Verfahrensschritt wird dann die zweite Vorform in einem üblichen Sinterofen ge­ sintert. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß be­ stimmte geometrische Formen nicht herstellbar sind. Dazu gehören insbesondere längliche Teile mit sehr geringem Durchmesser. Hier läßt sich das Pulver nicht in die entsprechende Form spritzen. Desweite­ ren sind die gewünschten Toleranzen bedingt durch das Entbindern und Sintern nicht mehr einhaltbar.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht des­ halb darin, ein Verfahren anzugeben, das eine ein­ fache und kostengünstige Fertigung von einstückigen Bauteilen, beispielsweise Brillenteilen, ohne spa­ nende Bearbeitung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung ei­ nes einstückigen Bauteils, vorzugsweise für Bril­ len, das einen ersten Abschnitt mit einer ersten geometrische Form und einen zweiten Abschnitt mit einer zweiten geometrischen Form aufweist, sieht vor, daß das Bauteil mittels eines PIM-Verfahrens, vorzugsweise eines MIM-Verfahrens hergestellt wird, wobei der erste Abschnitt bereits seine endgültige Form besitzt, während der zweite Abschnitt als vor­ zugsweise zylindrischer Abschnitt ausgebildet ist. Dieser zweite Abschnitt wird dann im nächsten Ar­ beitsschritt in die gewünschte Form umgeformt, vor­ zugsweise zunächst auf die gewünschte Länge redu­ ziert und anschließend in seine endgültige Form ge­ prägt und/oder umgeformt.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt somit zwei Arbeitsschritte, nämlich Spritzgießen, Entbindern und Sintern, und anschließend das Umformen, vor­ zugsweise zunächst das Reduzieren und anschließend das Prägen/Umformen. Spanende Bearbeitungsschritte sind somit nicht notwendig; auch das Ablängen des Bauteils entfällt. Damit wird eine beträchtliche Kostenreduzierung erreicht, da in den bisherigen Fertigungsverfahren der spanende Arbeitsvorgang in der Regel 30% bis 50% der Gesamtkosten beträgt.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß sich die als spröde, hart und nicht nachbearbeitbar beschriebenen gesinterten Teile doch nachbearbeiten, insbesondere prägen und umfor­ men lassen.

Das Verfahren ist besonders dann vorteilhaft, wenn der zweite Abschnitt eine geometrische Form auf­ weist, die sich mit Hilfe des PIM-Verfahrens nicht herstellen läßt. Dies trifft insbesondere bei Bril­ lenbügeln zu, die eine längliche Form mit geringem Durchmesser besitzen. Besonders vorteilhaft läßt sich das Verfahren zur Herstellung eines einstücki­ gen Brillenbügels mit Federscharniergehäuse einset­ zen. Hierbei bildet der erste Abschnitt mit einer komplizierten geometrischen Form das Federschar­ niergehäuse und der zweite Abschnitt mit einer ein­ fachen geometrischen Form den Brillenbügel.

Vorzugsweise wird der zweite Abschnitt nach dem Sintern in mehreren Arbeitsschritten auf die ge­ wünschte Länge gebracht, indem der Durchmesser re­ duziert wird, wobei das Reduzieren vorzugsweise durch eine hämmernde Bearbeitung erfolgt.

Anschließend wird vorzugsweise ein Teil des zweiten Abschnitts durch Prägen in eine im Querschnitt rechteckige Form gebracht.

Zur Herstellung des Bauteils ist die Verwendung von Titan, rostfreiem Stahl, Neusilber oder einer nic­ kelfreien Metallegierung besonders vorteilhaft.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbei­ spiels mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Als Ausführungsbeispiel ist ein Brillenteil, näm­ lich ein Brillenbügel, dargestellt. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf Brillenteile, son­ dern ist allgemein auf einstückige Bauteile anwend­ bar. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ein­ stückigen Brillenbügels mit Federschar­ niergehäuse, und

Fig. 2a bis c schematische Darstellungen des Brillenbü­ gels in unterschiedlichen Bearbeitungs­ stadien zur Erläuterung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Brillenbügel 1, der ein Federscharniergehäuse 3 und ein Bügelabschnitt 5 umfaßt. Das Federscharnierge­ häuse 3 (im folgenden kurz Gehäuse genannt) und der Bügelabschnitt 5 sind einstückig aus Titan oder beispielsweise einer nickelfreien Metallegierung einstückig gefertigt. Das Gehäuse 3 weist eine Aus­ nehmung 7 auf, die zu dem dem Bügelabschnitt 5 ab­ gewandten Ende des Brillenbügels 1 eine Öffnung 9 aufweist. Die Ausnehmung 7 dient zur Aufnahme eines - nicht dargestellten - Federmechanismus, der notwen­ diger Bestandteil eines Federscharniers ist. Je nach Anwendungsfall hat die Ausnehmung 7 einen kreisförmigen oder einen rechteckigen Querschnitt.

Die Ausnehmung 7 wird begrenzt durch Seitenwände 11, wobei die unteren und oberen Seitenwände 11.1 und 11.2 parallel zueinander angeordnet sind, wäh­ rend die Seitenwände 11.3 und 11.4 sowie die Sei­ tenwand 11.5 schräg zueinander verlaufen (wie in der Draufsicht gemäß Fig. 1 zu erkennen). Die Seitenwände 11.3 bis 11.5 verlaufen darüber hinaus schräg zu der den Boden des Gehäuses bildenden Sei­ tenwand 11.1.

Fig. 1 läßt des weiteren erkennen, daß die obere Seitenwand 11.2 zum Ende des Brillenbügels 1 hin in einen Abschnitt 13 übergeht, der eine konisch zu­ nehmende Wandstärke besitzt. Des weiteren ist die­ ser Abschnitt 13 - in Draufsicht - U-förmig ausgebil­ det, sodaß zwischen den beiden Schenkeln 15 ein Scharnierauge aufgenommen werden kann.

Die untere Seitenwand 11.1 ragt, wie in Fig. 1 zu erkennen, über das Ende des Abschnitts 13 der Sei­ tenwand 11.2 hinaus.

Zur Fixierung des Federmechanismus in der Ausneh­ mung 7 ist in der Seitenwand 11.2 - optinal - ein Ab­ schnitt 17 vorgesehen, der eine geringere Wand­ stärke aufweist. Dieser Abschnitt 17 ist vorzugs­ weise - in Draufsicht - kreisförmig ausgebildet. Er dient als Sickung, die in eine entsprechende Ver­ tiefung des Federmechanismus eingreift und diesen dadurch in der Ausnehmung 7 festhält.

Das Gehäuse 3 geht über in den Bügelabschnitt 5, der in Seitenansicht eine geringere Dicke d auf­ weist als das Gehäuse 3. Der Bügelabschnitt 5 weist eine längliche Form auf, die - beginnend vom Gehäuse 3 - in einem ersten Längsabschnitt R einen rechtec­ kigen Querschnitt besitzt und dann in einem Längs­ abschnitt K in einen kreisförmigen Querschnitt übergeht.

Die Herstellung des Brillenbügels 1 wird nun anhand der Fig. 2a bis 2c erläutert.

In einem ersten Bearbeitungsschritt wird das Ge­ häuse 3 des Brillenbügels 1 mit Hilfe des PIM- vor­ zugsweise des MIM (Metal-Injection-Molding)-Verfah­ rens hergestellt. Das PIM-Verfahren als Oberbegriff für das MIM-Verfahren ist allgemein bekannt, so daß auf dessen Beschreibung verzichtet wird. Im übrigen ist in der deutschen Patentanmeldung 195 11 16 7 der Anmelderin ein PIM-Herstellungsverfahren für ein Federscharniergehäuse beschrieben. Der Offenba­ rungsgehalt dieser Anmeldung wird hiermit in den Umfang der vorliegenden Beschreibung einbezogen.

Das PIM-Verfahren läßt die Herstellung eines Teils zu, das - wie das vorliegende Federscharnierge­ häuse 3 - eine komplizierte geometrische Form auf­ weist. Allerdings ist es mit dem PIM-Verfahren nicht möglich, ein längliches Teil mit sehr gerin­ gem Durchmesser beziehungsweise Dicke herzustellen, wie es der Bügelabschnitt 5 ist.

Statt dessen wird ein vorzugsweise zylindrischer Abschnitt 51 im ersten Verfahrensschritt (PIM-Ver­ fahren) hergestellt. Dieser Abschnitt 51 schließt sich unmittelbar an das - seine endgültige Form be­ reits aufweisende - Gehäuse 3 an. Wie aus der Sei­ tenansicht des Brillenbügels 1 gemäß Fig. 2a zu erkennen, entspricht die Dicke d' beziehungsweise der Durchmesser des Teils 5' der Höhe des Federge­ häuses 3.

Nach dem PIM-Herstellungsverfahren liegt somit ein Bauteil vor, das einerseits einen Abschnitt auf­ weist, der bereits seine endgültige Form aufweist, der einer weiteren Bearbeitung zur Herstellung der end­ gültigen Form unterzogen werden muß.

Diese Nachbearbeitung besteht, wie in Fig. 2b zu erkennen, zunächst deraus, den Abschnitt 5' zu re­ duzieren. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Abschnitt 5' derart reduziert, daß mehrere Ab­ schnitte mit unterschiedlichem Durchmesser entste­ hen, wobei die Durchmesser ausgehend vom Gehäuse 3 zum anderen Ende des Abschnitts 5' abnehmen. Die Übergänge von einem Durchmesser auf den anderen er­ folgen dabei nicht stufenförmig sondern kontinuier­ lich mittels kegelförmiger Längsabschnitte 19. Selbstverständlich sind auch andere beliebige Kon­ turen möglich.

Das Reduzieren erfolgt beispielweise mit Hilfe von Vorrichtungen, die die Umfangsfläche des Bügelab­ schnitts 5 hämmernd bearbeiten. Selbstverständlich sind auch andere Bearbeitungen zur Reduzierung denkbar.

Im anschließenden Bearbeitungsschnitt wird - wie in Fig. 2c zu erkennen - der dem Gehäuse 3 zugewandte Abschnitt des Bügelabschnitts 5 umgeformt, so daß sich ein im Querschnitt im wesentlichen rechteck­ förmiger Längsabschnitt R ergibt. Der Übergang des Abschnitts R zum Gehäuse 3 erfolgt kontinuierlich mittels der schräg verlaufenden Seitenwand 11.5.

Der Längsabschnitt K ist ebenfalls noch in seine endgültige Form umzuformen beziehungsweise zu prä­ gen.

Mit Hilfe der vorgenannten wenigen Arbeitsschritte ist es möglich, einen einstückigen Brillenbügel sehr kostengünstig ohne spanende Bearbeitungs­ schritte herzustellen, obgleich der Brillenbügel eine Form aufweist, die als solche nicht mittels des PIM-Verfahrens herstellbar wäre. Selbstver­ ständlich läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Herstellung anderer Brillenteile einset­ zen. Der beschriebene Brillenbügel wurde rein bei­ spielhaft angegeben. Es ist durchaus denkbar, bei­ spielsweise Zubehörteile für Brillen, wie Backen, Gelenkbacken, Brücken, Nasenstege, Stegblättchen beziehungsweise Brücken mit integrierten Nasenste­ gen und Stegblättchen mit Hilfe des vorgenannten Verfahrens herzustellen. Der grundsätzliche Verfah­ rensablauf bleibt auch bei diesen Teilen erhalten. So wird zumindest ein Abschnitt des herzustellenden Teils mit Hilfe des PIM-Verfahrens komplett herge­ stellt, so daß eine Nachbearbeitung nicht mehr not­ wendig ist. Der andere Abschnitt des Teils liegt nach dem PIM-Verfahrens als Rohling vor, der zur Herstellung der endgültigen Form nachbearbeitet, insbesondere umgeformt oder geprägt werden muß.

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung eines einstückigen Bauteils, insbesondere für Brillen, das einen er­ sten Abschnitt mit einer ersten geometrischen Form und einen zweiten Abschnitt mit einer zweiten geo­ metrischen Form aufweist, bei dem das Bauteil mit­ tels eines Pulver-Spritzgußverfahrens (Powder-In­ jection-Molding; PIM) hergestellt wird, wobei der erste Abschnitt bereits seine endgültige Form be­ sitzt, während der zweite Abschnitt als Rohling vorliegt und bei dem der zweite Abschnitt in die gewünschte Form umgeformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Bauteil mit Hilfe eines Metallpulver- Spritzgußverfahrens (Metall-Injection-Molding; MIM) hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zweite Abschnitt zylindrisch ausgebildet ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil eine längliche Form aufweist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ab­ schnitt zunächst durch Reduzieren des Durchmessers auf die gewünschte Länge gebracht wird, und an­ schließend in seine endgültige Form geprägt und/oder umgeformt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ab­ schnitt eine geometrische Form aufweist, die zur Herstellung mittels Pulver-Spritzgußverfahrens un­ geeignet ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil ein Brillenbügel mit Federscharniergehäuse ist, wobei der erste Abschnitt das Gehäuse und der zweite Ab­ schnitt den Bügel bildet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt in mehreren Arbeitschritten auf die gewünschte Länge reduziert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der zweite Abschnitt durch hämmernde Bear­ beitung eine längliche zylindrische Form erhält.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der zweite Abschnitt zumindest teilweise durch Prägen eine im Querschnitt rechteckige Form erhält.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das dem Gehäuse abgewandte Ende des zweiten Abschnitts eine zylindrische Form aufweist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine in Längsrichtung verlaufende zum Ende des ersten Ab­ schnitts hin geöffnete Ausnehmung aufweist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung einen rechteckigen Querschnitt aufweist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Bauteils Titan, rostfreier Stahl oder Neusilber verwendet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Bauteils eine nickelfreie Metallegierung verwendet wird.