EP1658912B1 - Verfahren zur Herstellung eines Metallteils eines Kunststoff-Metall-Verbundteiles und ein nach dem Verfahren hergestelltes Metallteil - Google Patents
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- B21D53/00—Making other particular articles
- B21D53/26—Making other particular articles wheels or the like
- B21D53/28—Making other particular articles wheels or the like gear wheels
Definitions
- the invention relates to a method for producing a metal part, wherein the metal part is provided on its outer circumference with a plastic part, in particular with a gear made of plastic, nylon or the like, and a metal part produced by the method.
- Such gears made of plastic, nylon, etc. with a metal part are used in large numbers in the manufacture of cars, trucks, etc. Areas of application include u.a. the steering aids in such vehicles.
- the metal part is equipped with a bearing, such as bearings.
- the knurls on the outer diameter can be formed as knurls with axially parallel grooves, as cross knurls, as left - right knurls or the like.
- Another disadvantage is the cost-intensive production by a machining of the metal part in both methods.
- the invention is therefore an object of the invention to produce a generic metal part more cost-effective and to improve the positive connection.
- a method characterized in that pressed in a circuit board in a first step, a ball-like depression, in a second step in the ball-like depression centric hole is introduced, pulled in a third step, a recording , which is formed as a cylinder, in a fourth step, a collar is bent down and produced in a fifth step on the outer edge of the collar axial grooves and the grooves are formed by a one-sided or a two-sided material displacement in such a way that a circumferential ridge is generated, so that the plastic part can not slip off the grooves.
- the invention also relates to a metal part produced by the process.
- the metal part may for example also be used for rollers of a roller conveyor, wherein the roller body is made of plastic.
- thermoformable sheet with the name StW24-DD13.
- StW24-DD13 thermoformable sheet with the name StW24-DD13.
- FIG. 1 shows a perspective view of a metal part.
- FIG. 1a shows the metal part 1 from below and FIG. 1b the metal part 1 from above.
- the metal part 1 consists of an outer periphery 2 with a knurling, which is formed here as a knurl with axially parallel grooves, a flange 3 and a cylindrical receptacle 4, on the outer diameter 5, for example, the ring of a bearing (not shown) is pressed.
- the attachment of the ring of the bearing can also be done by other means.
- FIG. 2 is a metal part 1 after FIG. 1a shown. The difference lies in the knurling mounted on the outer circumference 2, here in the form of a knurled knurl.
- the method for producing a metal part 1 is in the FIGS. 3 to 9 described in more detail.
- a spherical recess 7 is introduced into the board 6.
- a hole 8 arranged centrally in the spherical recess 7 can already be introduced in a previous step or following the recessing process.
- Einziehradius is provided in the recess at an outer diameter of the receptacle 4, for example, 35 mm R 5 in the recess.
- the cone portion 9 is formed in one or more steps, again by pulling or deep drawing, to a cylindrical receptacle 4, as in FIG. 5 shown.
- the Einziehradius 11 of, for example, R5 is calibrated to a radius R 0.5.
- the flange 12 according to FIG. 9 bent or crimped at 90 ° to the lower, wherein the outer collar 13 is preferably designed cylindrical.
- an axially parallel knurling is then applied in the next step.
- the grooves of the axis-parallel knurling are produced by material displacement.
- the metal part 1 with the inner contour 14 according to FIG. 10 taken and pressed by a ring whose inner shape corresponds to the profile of the grooves.
- the material displaced from the metal part 1 is distributed in the edge region, for example, by a further upsetting or calibrating process and, if necessary, is displaced. solidified.
- the material displacement for generating the grooves of an axis-parallel knurling can also take place from both edge regions 20, 21.
- the displaced material is displaced towards the middle of the height of the outer diameter 5 and the grooves 16 are formed.
- the displaced material forms approximately in the middle of a circumferential web 15th
- a first variant of a further embodiment provides that the circumferential web 15, with respect to the flange 3, is formed on the upper edge region 20 of the collar 13 ( Fig. 10a ).
- a second variant of a further embodiment provides that the circumferential web 15, with respect to the flange 3, is formed at the lower edge region 21 of the collar 13 ( Fig. 10b ).
- a metal part 1 with such a web 15 has the advantage that the overmolded plastic jacket, nylon jacket or the like can not slip off the grooves 16 that the plastic material, nylon material or the like surrounds the web 15 from both sides or one side.
- the web 15 may have an outer diameter 22 which is equal to or larger than the outer diameter of the grooves 16.
- the position and the diameter and width of the web 15 is influenced by the force or forces acting on the plastic jacket, the nylon jacket or the like, which can act from different directions.
- the metal part 1 at the lower edge of the collar 13 has a sealing lip 17 and the inner diameter of the receptacle 4, a further sealing lip 18.
- the arrangement is in FIG. 10 shown.
- the transition between the flange 3 and the receptacle 4 can be designed so that a contour 14 is formed which is similar to an undercut.
- a contour 14 is formed which is similar to an undercut.
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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.
Figur 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 die bei Verfahren 1.
Figur 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. Bei einer Geradverzahnung besteht aber die Gefahr, dass der Kunststoffmantel, der Nylonmantel oder dergleichen seitlich von dem Metallteil rutschen kann, wenn die Schrumpfkräfte nachlassen.
- Nachteilig ist weiterhin bei beiden Verfahren die kostenintensive Herstellung durch eine spanende Bearbeitung des Metallteils.
- Die
europäische Patentanmeldung EP 0 639 415 A2 offenbart ein gattungsnahes Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Körpers, insbesondere eines Lamellenträgers für ein Automatikgetriebe. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass aus einer Platine durch Kaltverformung mittels Vorziehen bzw. Tiefziehen und Abstrecken sowie Fließdrücken ein einstückiger, insbesondere zur Verwendung als Lamellenträger bestimmter Rohling mit - a) einem mittig angeordneten Kragen und
- b) einer radial außerhalb von dem Kragen und konzentrisch zu dem Kragen angeordneten, außen sowie teilweise innen zylindrischen Wand sowie mit einem Kragen und die Wand verbindenden, ringförmigen Boden hergestellt wird;
- c) dass ferner eine Innenverzahnung auf der Innenseite der zylindrischen Wand hergestellt wird und
- d) dass ein radial auswärts gerichteter Flansch zugleich am freien Rand der zylindrischen Wand in ebenfalls einstückiger Weise erzeugt wird.
- 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 in die kugelähnliche Vertiefung zentrisch ein Loch eingebracht wird, in einem dritten Schritt eine Aufnahme durchgezogen, die als Zylinder ausgebildet wird, in einem vierten Schritt ein Kragen nach unten gebogen wird und in einem fünften Schritt auf dem Außenrand des Kragens axiale Riefen erzeugt und die Riefen durch eine einseitige oder eine zweiseitige Materialverdrängung gebildet werden in der Weise, dass ein umlaufender Steg erzeugt wird, so dass das Kunststoffteil nicht von den Riefen abrutschen kann.
- 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:
- 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 . -
Figur 1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Metallteil 1.Figur 1a zeigt das Metallteil 1 von unten undFigur 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
Figur 2 ist ein Metaltteil 1 nachFigur 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
Figuren 3 bis 9 näher beschrieben. - 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. - Als Einziehradius ist bei der Vertiefung bei einem Außendurchmesser der Aufnahme 4 von beispielsweise 35 mm R 5 vorgesehen.
- 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 inFigur 5 dargestellt. - 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. - Wie in
Figur 8 dargestellt, wird der Einziehradius 11 von beispielsweise R5 auf einen Radius R 0,5 kalibriert. - 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. - 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. - 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.
- 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 ). - 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 ). - 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.
- Der Steg 15 kann dabei einen äußeren Durchmesser 22 aufweisen, der gleich groß oder größer ist als der äußere Durchmesser der Riefen 16.
- 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.
- 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. - 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 gemäßFigur 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
Fig. 11 ) einzuhalten. - 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
Claims (14)
- 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, wobei
in eine Platine in einem ersten Schritt eine kugelähnliche Vertiefung gedrückt,
in einem zweiten Schritt in die kugelähnliche Vertiefung zentrisch ein Loch (8) eingebracht wird,
in einem dritten Schritt eine Aufnahme (4) durchgezogen wird, die als Zylinder ausgebildet wird.
in einem vierten Schritt ein Kragen (13) nach unten gebogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem fünften Schritt auf dem Außenrand des Kragens (13) axiale Riefen (16) erzeugt und die Riefen (16) durch eine einseitige oder eine zweiseitige Materialverdrängung gebildet werden in der Weise,
dass ein umlaufender Steg (15) erzeugt wird, so dass das Kunststoffteil nicht von den Riefen (16) abrutschbar ist. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Aufnahme (4) zuerst als Kegelabschnitt ausgebildet wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Aufnahme (4) mit einem Lager versehen wird bzw. in die Aufnahme (4) eine Verzahnung für eine Wellenverbindung eingebracht wird. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Material der Aufnahme (4) gestaucht und / oder kalibriert wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
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 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass an den unteren Rand des Kragens (13) und / oder an den Innendurchmesser der Aufnahme (4) eine Dichtlippe (17, 18) geformt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Herstellen des Metallteils (1) mit einem Folge-Verbundwerkzeug durchgeführt wird. - Metallteil (1), das an seinem Außenumfang (2) mit einem Kunststoffteil, insbesondere mit einem Zahnrad aus Kunststoff, Nylon oder dergleichen versehbar ist, herstellbar nach den Verfahrensansprüchen 1 bis 7, wobei
das Metallteil (1) einen Flansch (3), eine gezogene oder tiefgezogene zylindrische Aufnahme (4) für ein Lager aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallteil
einen Kragen (13) mit auf dem Außenrand des Kragens angeordneten axialen Riefen (16) und einen infolge einseitiger oder zweiseitiger Materialverdrängung gebildeten umlaufenden Steg (15) aufweist zum Zweck der Unverrutschbarkeit des Kunststoffteils. - Metallteil (1) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der umlaufende Steg (15) in der Mitte des Kragens (13) ausgebildet ist. - Metallteil (1) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der umlaufende Steg (15) am oberen Randbereich (20) des Kragens (13) ausgebildet ist. - Metallteil (1) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der umlaufende Steg (15) am unteren Randbereich (21) des Kragens (13) ausgebildet ist. - Metallteil (1) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der äußere Durchmesser (22) des umlaufenden Steges (15) gleich oder größer ausgebildet ist als der äußere Durchmesser der Riefen (16). - Metallteil (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Übergang von Aufnahme (4) und Flansch (3) als Freistich ausgebildet ist. - Metallteil (1) nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Flansch (3) Löcher (19) aufweist.
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