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    公开号:WO1988000883A1
    申请号:PCT/EP1987/000385
    申请日:1987-07-16
    公开日:1988-02-11
    发明作者:Heinz Faigle
    申请人:Heinz Faigle；
    IPC主号:B29C43-00
    专利说明:
    Verfahren zur Herstellung gezahnter Profilteile aus Kunststoffen, danach hergestelltes Erzeugnis sowie Druckwerkzeug.Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung ganz oder teilweise gezahnter Profilteile aus thermoplastischen Kunststoffen oder aus noch thermo-elastischverformbaren Duro- plasteninsbesondere zur Herstellung von Zahnstangen, Zahnkränzen, Zahnrädern oder Zahnsegmenten, wobei ein insgesamt oder wenigstens teilweise ungeschmolzenesVorfabrikateiner Druckreckungunter worfen wird und der Verformungsvorgangdas Vorfabrikatzwingt, die Formhöhlung eines Druckwerkzeuges auszufüllen oder teilzufüllen und auf Druckwerkzeuge zur Durchführung des Verfahrens sowie auf durch dieses Verfahren und/oder mit solchem Werkzeug hergestellte gezahnte Profilteile. Der Begriff "Vorfabrikat"sollte die zwar theoretisch gemeinsamen, aber in der Praxis doch unterschiedlich gebrauchten Begriffe "Vorformling"und "Halbzeug" zusammen decken. Das Umformen von Kunststoffen nach Verfahren der Metallverarbeitung ist an sich bekannt. Die technologischen Eigenschaften thermo plastischer Kunststoffe lassen sich dabei durch Reckprozesse ver bessern. In der Praxis nützt man dieses Erkenntnis seit längerem bei der Herstellung von Fasern, Folien und Hohlkörpern. Ein weiteres Beispiel sind biaxialverstreckteAcrylglasplatten,die in der Flugzeugindustrie eingesetzt werden. Aber auch auf dem Formteil sektor wurde eine solche Eigenschaftsmodifizierung bekannt und es wurde möglich, technische Konstruktions-und Bauteile mit für den jeweiligen Einsatzzweck verbesserten Eigenschaften herzustellen.In diesem Zusammenhang gehört auch zum Stand der Technik, Zahn räder durch Spritzgiesspressreckenzu fertigen, wodurch belastungs gerechte, partiell orientierte Bereiche in dem Bauteil ausgebildet werden können, so dass dessen Gebrauchseigenschaften verbessert werden. Bei diesen bekannten Verfahren wird zuerst ein Hohlzylinder gespritzt und während seiner Abkühlphaseim gleichen Werkzeug, je doch bei geändertem Formnest zu einem Zahnrad ausgeformt. Dieses Pressreckenbeeinflusst den morphologischen Aufbau des Werkstückes.Zeigen gespritzte Zahnräder überwiegend eine grob-sphärolitische Struktur mit Transkristallisationan den Randzonen und lassen sie Orientierungseffekte nicht erkennen, so zeigt der pressgereckte Zahn eines nach dem Spritzpressreckenhergestellten Zahnrades ein dem gegenüber vollständig verändertes Aussehen. Ausgehend von den Randzonen sind hohe Deformationsbereicheam Zahnfuss und an der Zahnflanke zu erkennen, die einen allmählichen Übergang zum Teilinneren aufweisen. In den deformierten Bereichen kann ten dabei mittels Doppelbrechung und Röntgenstreuungausgepräg te Ulolekularorientierungennachgewiesen werden, die in erster Linie für die Qualitätsverbesserung -verantejortlichsind.Die Erfindung zielt darauf ab, dieses bekannte Verfahren zu-ver- bessern,d.h.,den Verformungsgradbei der Herstellung gezahnter Profilteile zu vergrössern, um dadurch die f#loleku-larorientierung im Sinne einer gesteigerten Qualitätsverbesserungzu beeinflus sen. Dazu wird dem presszureckendenVorfabrikatnicht nur ein uni- direktionalmöglicher Yferformungsflussin das geänderte oder ins- oesamt neue Formnest freigegeben, sondern auch von seinem Gegen bereich her ein tc: ormungsz:-jangausgeübt, indem annähernd kontur- konformzum Hauptbereich (Verzahnung) eine gestaltgebende Kraft ausgeübt wird. Dieses ist auch in der Gegenrichtung und kompen sierend wirksam.Das heisst: Der Werkstoff wird nicht nur dem Über druck nachoebendseine Aussenkontur finden (also sich der Innen kontur des Formnestes anschmiegen), sondern auch von der Innen seite bzw. Gegenseite her annähernd konturkonformmitgeprägt; das Innenwerkzeug prägt ein und mit. Durch diese flassnahmelassen sich wesentlich intensivere Orientierungs-bzw. Reckstrukturen ausbilden.Eine solche Zusatzverformung kann der Formgebung im Hauptbereich (Verzahnung) mit 18o0gegenüberliegen. Man könnte eine solche Vorgangs;,PPieiseals zweidimensional bezeichnen. Die Gegenverfor mung kann aber auch in einem anderen Winkel als 18o0in die Ge genseite eingreifen, z.B.mit zwei Verformungsrichtungen,,die um je 6o0versetzt mit der im Hauptbereich angestrebte Zahnbildung angreifen. In diesem Falle könnte von einem dreidimensionalen Verformungseingriffim inneren (Gegen-) Bereich gesprochen wer den. Darauf wird im folgenden noch näher eingegangen.Das erfindungsgemässe Verfahren ist nun gekennzeichnet durch die Merkmale des Patentanspruches 1. "... im zu verzahnenden Be reich ..." soll sagen, dass ja nicht das gesamte Vorfabrikat sei es in Querschnitt oder Länge - verzahnt werden muss.Der Ausdruck "Gegenbereich" wurde absichtlich gewählt, um nicht "Gegenseite" sagen zu müssen. Denn die Gegenformgebung wird zwar im allgemeinen, muss aber nicht unbedingt, von der gegenüberliegen den Seite her erfolgen.Zur Definition von Begriffen und zum Stand der Technik wird wie folgt Bezug genommen: Unter "Orientierung,"wird im Nachstehenden jede bevorzugte Werk stoffausrichtung verstanden, wobei unberücksichtigt bleibt, ob sie durch Schmelzeflussoder Reckungunterhalb des Schmelzbereiches zustande gekommen ist.Unter "Reckung"wird eine Orientierungserteilung unterhalb des Schmelzbereiches verstanden. Nachstehend wird das erfindungsgemässe Verfahren nochmals mit anderen Worten umrissen, um seine Bedeutung noch klarer herauszu stellen.Es soll' der Druck-Reckvorgangdadurch besonders wirksam vollzogen werden, dass einander gegenüberliegende oder anliegende formgebende Werkzeugteile in Gesamtsumme-,bevorzugt aber auch in jeder Einzel summe, annähernd volumensgleicheAusbuchtungen und Einbuchtungen in das Vorfabrikateinprägen, und sich diese Ausbuchtungen und Einbuchtungen annähernd gegenüberliegen, wodurch das zur Druckver formung gelangende Vorfabrikateiner hochgradigen Reckungunter zogen wird. Die Basis dieser Reckungbildet das Eindringen der formgebenden Werkzeuge in den Hauptbereich und in den Gegenbereich. Fig.16 zeigt recht anschaulich, dass sich dabei ohne wesentliche gegenseitige Beeinflussung beider Bereiche in jedem der Bereiche eine anfängliche Reckstruktur ausbildet, indem sich die Oberfläche dem eindringenden Werkzeug konturkonformmit'Ein-und Ausbuchtungen anschmiegt und die oberflächennahen Zonen diesem Vorgang folgen.Von Fig.17 bis Fig.19 ist sodann das Verformen immer volumens- ärmererVorfahrikategezeigt. Escist deutlich sichtbar, dass sich nunmehr zusätzlich zur reckenden Oberflächendeformation immer mehr die wesentliche, im Inneren wirkende Reckunginfolge des Eindringens einer annähernden Gegenverzahnung bemerkbar macht, die zusammen mit der Verzahnung auf der Hauptseite bewirkt, dass die Zahnflanken und die ihnen naheliegenden Zonen einem kombinierten Reckungszug und Reckungsschubunterliegen. Wichtig ist dabei die Erkenntnis, dass der Reckungsgraddavon abhängt, welches Volumen das Vorfabrikat pro einer bestimmten Zone, z.B.einer Zahnteilung, in den Ver- formungsbereicheinbringen soll und in welchem Volumensverhältnis und Gestaltverhältnis die Kontur des verformenden Werkzeuges dazu steht. Es wird also der Querschnitt bzw. das zonenweise Volumen des zur Verformung vorgesehenen Vorfabrikatesin jeweils jener Grössenordnung gewählt, mittels derer sowohl der Reckungsgradals auch die Wandstärken des zu fertigenden Teiles im Hinblick auf die Eingriffsparameter des Druckwerkzeuges beim verformenden Einschlie ssen vorgegeben werden. Dabei soll bei der Herstellung von Formteilen, die insgesamt oder (im Quer- oder Längsschnitt) teilweise Zahnungen tragen sollen, dem Vorfabrikatausser der zum späteren Gebrauch bestimmten Zahn form der Hauptseite, auch auf der gegenüberliegenden Seite oder anliegenden Seite bzw. Seiten oder einer Kombination von diesen, eine verzahnungsähnliche Form gleicher Teilung eingeprägt werden, bevorzugt in einer Wellen- oder Zahn- oder Zickzack-Linie bzw. -Fläche oder Einprägungen analog der Folge von becherartigenVer tiefungen, wobei das Prägen so gehandhabt wird, dass die mittels der vorgenannten Massnahmen entstehenden Höhlungen wenigstens in Teilhöhe im oder zumindest unter dem jeweiligen Zahnfuss der haupt- seitigenHauptverzahnung eingedrückt werden und dass die Verformung diskontinuierlich oder schrittweise oder kontinuierlich erfolgt und dabei die Reckverformung sowohl in einem Zuge, als auch all mählich prägend durchgeführt werden kann.Die vorstehend im Prinzip geschilderte Recktechnik wird bevorzugt dergestalt angewendet, dass sich keine Längungoder Kürzung (also keine wesentliche Änderung) anwendungstechnisch wichtiger Masse ergibt. Wenn also die Länge (die Zahnteilung) das Kriterium ist, wird man erwünschte Verformungsnebentriebebeispielsweise in die Zahnnebenbreite,z.B.zur Ausbildung einer Seitenwange gehen lassen oder unbrauchbare Nebentriebe später spanabhebend beseitigen.Dabei wird zwischen recktechnischen und gestaltgeberischenForderungen zu unterscheiden sein.Weiterhin ist das erfindungsgemässe Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass während des formgebenden Druckvorganges die formenden Flächen des Druckwerkzeuges soweit einander genähert werden, dass die ge dachten Ebenen, die jeweils die höchsten Erhebungen der formgeben den Flächen beinhalten, zusammenfallen oder sich gegenseitig durch dringen.Ein nach der linearen, kreisenden oder hybridischenMethode wirkendes Druckwerkzeug zur Ausübung des Verfahrens mit mindestens zwei gegen einander verstellbaren formgebenden Flächen ist nun dadurch ge- kennzeichnet, dass die beiden formgebenden Flächen nach der Form der zu fertigenden Zahnung profiliert sind, wobei die beiden Profilierungen unter Berücksichtigung der Wanddicke des ange strebten Formlings wenigstens- annähernd gleich gestaltet sind und gegeneinander um zirka die halbe Teilung der Zahnform ver setzt sind und der Abstand der zahnformgebendenFlächen bei ge schlossenem Druckwerkzeug bevorzugt gleich oder kleiner ist als die Zahnhöhe des zu profilierenden Formling.s.- Anhandder Zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben und er läutert. Es zeigen: Fig.1 das noch offene Druckwerkzeug mit eingelegtem Formling; Fig.2 das geschlossene Druckwerkzeug; Fig.3 den Längsschnitt durch eine Zahnstange und Fig.4 den Querschnitt gemäss der Schnittlinie IV-IVin Fig.3; Fig.5 einen Längsschnitt durch eine Zahnstange, die herkömmlicher weise gefertigt ist und Fig.6 einen Querschnitt im Sinne der Darstellung nach Fig.3, wobei bei den Fig.5 und 6 die Recklinien eingezeichnet sind; die Fig.7 bis 1ozeigen verschiedene- Längsschnittformen von Zahn leisten; Fig.11einen dem Kreisbogen folgenden Schnitt durch einen Zahn kranzteil; Fig.12ein Schema der Innenwalzungvon Zahnkränzen; Fig.13ein Schema eines Druckwerkzeuges mit drei Formungsebenen; Fig.14ein vierteiliges Druckwerkzeug und dessen Wirkungsweise;- Fig.15bis 19 Darstellungen von längshalbierten Verformungsein- laufstückenvon Zahnstangen, wobei Fig.15 herkömmliche und Fig.16 bis 19 erfindungsgemäss hergestellte Formlinge zeigen, samt Reckungsgradzunahmemittels zunehmender Zahnungsdurchdringung. In Fig.1 und 2 ist das Verfahren in einem einfachen Beispiel dargestellt. Fig.1 veranschaulicht ein noch geöffnetes Druck werkzeug mit seinen beiden Druckbacken 1 und 2 und den einander zugewandten formgebenden Flächen 3 und 4, deren Gestaltung der zu formenden Zahnung entsprechen. Die durch die Flächen 3 und 4 vorgegebenen Negativformen sind gegeneinander um eine halbe Teilung T versetzt, so dass korrespondierende Ausbuchtungen bzw. Einbuchtungen innerhalb des Druckwerkzeuges einander gegenüber liegen. Das Vorfabrikat5 ist platten- oder stabartigausge bildet und seine Stärke ist mit S bezeichnet. Die höchsten Er hebung-en der formgebenden Flächen 3 und 4 liegen auf gedachten Ebenen E1 und E2. Dieses Vorfabrikat5 hat hier über seine ge samte Ausdehnung gleiche Querschnitte. Es kann stranggepresst oder gegossen oder nach einem anderen Verfahren der Kunststoff technik hergestellt sein, auch kann es bereits vorgeformt und/oder einem Orientierungsprozessunterworfen worden sein. Das Vorfabr.ikat kann ferner Raumtemperatur besitzen oder auch eine höhere Tempe ratur, jedoch zumindest in Teilbereichen unterhalb seiner Schmelz temperatur. Diese erhöhte Temperatur kann über den Querschnitt des Vorfabrikatesgleichmässig verteilt sein, es können aber auch über den Querschnitt gesehen Zonen erhöhter Temperatur solchen mit niedrigerer Temperatur gegenüberstehen. Das wird samt Gestalt und Herkunft des Vorfabrikatesim folgenden noch im Detail erläutert werden.Zum Schliessen des Druckwerkzeuges werden die beiden Druckbacken 1 und 2 in Richtung der Pfeile 6 und 7 gegeneinander bewegt, so dass der Abstand der formgebenden Flächen 3 und 4, gemessen in Richtung der Zustellbewegung - gleich oder kleiner wird als es der Stärke oder Dicke S des Formlings 5 entspricht. Die ge schlossene Form zeigt Fig.2. Der im Firmling5 (Fig.1 und Fig.2) hervorgehobene Bereich 8 soll dabei verdeutlichen, dass sich der Formling bei der Druckreckungzwar in sich gereckt hat, aber pro betrachtetem Abschnitt 8 annähernd volumsgleichgeblieben ist, so dass diese Verformungsvorgängeauf das Werkstück als Ganzes be zogen, zu keiner wesentlichen Verlängerung desselben führen. Bei der Beurteilung der Volumsähnlichkeitmüssen die Querschnitts konturen als Gesamtes berücksichtigt werden. Dies veranschaulicht Fig.3 im Zusammenhang mit dem Längsschnitt durch eine Zahnstange 9, welche verstärkende Randstege 1obesitzt. Einen Querschnitt nach der Linie IV-IVsoll diese Zahnstange veranschaulichen. Ausgehend von einem Formling mit rechteckigem Querschnitt wird bei der verformenden Umwandlung das Material in die Höhe und in die Breite gereckt, ohne dass das Profil in seiner Gesamtheit verlängert wird.Bei der Formung dieser Zahnstange nach den Fig.3 und 4 wurden die formgebenden Werkzeugteile 1 und 2 soweit in Richtung der Pfeile 6 und 7 zusammengefahren, dass die gedachten Ebenen E1 und E2 sich gegenseitig durchdrungen haben. In Fig.3 ist die Lage dieser Ebenen E1 und E2bei geschlossenem Druckwerkzeug angedeutet. . Fig.S zeigt einen Längsschnitt durch eine Zahnstange, die in herkömmlicherweise gefertigt worden ist; Fig.6 eine Zahnstange, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren und mit dem erfindungs gemässen Werkzeug gefertigt wurde. In diese Längsschnitte sind an deutungsweise die sogenannten Recklinien eingetragen. Die her kömmlich gefertigte Zahnstange nach Fig.5, die nur auf einer Seite profiliert ist, zeigt,.dassdas Bild der Recklinien sehr unregelmässig ist mit den daraus resultierenden Mängeln, wie unter schiedliche Spannungswerte und uneinheitlichem mechanischem Widerstand der einzelnen Querschnitte über die Länge des Werk stückes gesehen. Diese Recklinien zeigen auch an, wie das: Material des Formlings während der formgebenden Druckeinwirkung im Druck werkzeug geflossen ist.Die Fig.7, 8, 9 und 1ozeigen Zahnstangenlängsschnitte-unter- schiedlicherGestalt, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt sind. Die Zahnstange nach Fig.7 wurde mit einem Druckwerkzeug hergestellt, bei welchem die formgebenden Flächen beider Werkzeugbacken 1 und 2 gleich gestaltet sind. Bei den anderen drei Ausführungsbeispielen nach den Fig.B bis 1oist das nicht der Fall. Diese Unterschiede in der Gestalt der form gebenden Fläche des Werkzeuges bedingen ungleiche Reckungbzw.Orientierung des Materials, was unter Berücksichtigung-des je weiligen Anwendungsfalles des Werkstückes angestrebt werden kann. <B>r</B> Als Werkzeuge kommen solche in Betracht, die gegeneinander linear bewegt werden, wie dies im Zusammenhang mit den Fig.1 und 2 ge zeigt ist. Es ist aber auch denkbar, das Werkzeug als sich drehende Scheiben oder Walzen auszugestalten, zwischen welchen das Vor- fabrikatdurchgeführt wird. Dabei sind alle Methoden der her kömmlichen_Verformung denkbar, also beispielsweise das Durch walzen des Vorfabrikateszwischen zwei oder mehr Walzen, oder eine Rybridtechnik,bei der eine gestreckte Form samt Vor fabrikat unter einer querprofilierten Walze durchgeführt oder diese über die Gegenform samt Vorfabrikathinweggeführt wird, oder das Ringwalzen, wie es die Fig.12 zeigt, anhand des bevor zugten Innenwalzens.121 ist das äussere Formrad 122 ist das innere Druckrad (das Längungselement) 123 ist der noch unverformteund 124.der bereits geformte Kunststoffring.Die Zeichnung ist sehr schematisch. In der Praxis wird man zu meist das innere Druckrad 122 nur allmählich, während mehrerer Umdrehungen, gegen das äussere Formrad 121 heranführen oder gar eine Vorverformungmittels eines ungezahntenInnenrades vornehmen.Das Ringwalzen kann auch von aussen her erfolgen. Dabei wird der vorfabrizierte Ring zwischen zwei gezahnten Rädern im Kreis ge führt.Ein schematisches Beispiel eines ringgewalzten Fertigteiles zeigt Fig.11 anhand der Andeutung eines gewalzten Zahnkranzes. Mit 111 ist die Aussenkontur, mit 112 die anfertigungsbedingte (an nähernd konturkonforme)Innenkontur und mit 113 ein Bereich nach der Fertigbearbeitung mittels Innenausdrehengezeigt.Aus den Beispielen laut Figuren 13 und 14 ist ersichtlich, dass das Verfahren auch mit Druckwerkzeugen ausgeübt werden kann, deren formgebende Elemente aus mehr als zwei Teilen bestehen und/oder deren formgebende Ausbuchtungen und Einbuchtungen sich in anderen Winkeln als 18o0gegenüberstehen.In Fig.13 ist ein zweiteiliges Werkzeug gezeigt, dessen eine Hälfte zwei formgebende Ebenen 131 und 132 aufweist, die zusammen mit dem anderen Werkzeugteil und dessen formgebender Ebene 133 eine Kombination von drei gedachten Formungsebenen ergibt. Fig.14 zeigt ähnliches, jedoch verteilt auf vier Werkzeugteile 141, 142, 143 und 144, wobei beispielsweise je zwei Paare vor ausgehend schliessen, um bei der Wiederöffnung die unterschnitten eingeformten Zonen in umgekehrter Öffnungsweise wieder freizu geben.Mit 141 und 142 sind ein oberer und ein unterer Werkzeugteil und mit 143 und 144 sind zwei seitliche Werkzeugteile bezeichnet. Mit 148 und 149 sind Verzahnungen der Werkzeugteile 143 und 144 an gedeutet. Die Verfahrensschritte sind aus der mit 146 und 147 be zeichneten allmählich erfolgenden Umformung eines eingebrachten Halbzeuges 145 ersichtlich. Für den Fachmann ist es naheliegend, dass 141 bis 144 Presswerkzeugesein können, aber genauso damit ein Walzwerkzeug,. eventuell auch das Schema einer Serie hintereinander liegender Walzen verstanden werden kann.Zusammenfassend kann zur Verarbeitungs-,Reckungs-und Merkzeug anwendung gesagt werden: Sowohl nach linearen als auch mittels kreisender Methoden gibt es Möglichkeiten, die erfindungsgemässe Reckungsartauszuüben. Die Art des Werkstoffes, die Gestalt des Vorproduktes in seinem Quer- undLängsschnitt, die Verarbeitungstemperatur und die Gestalt des angestrebten Endproduktes, sind die wichtigsten Bestimmungspara meter zur Wahl der Reckmethode.Als prinzipielle Varianten sind dabei zu nennen: - Das diskontuierlicheVerformen des gesamten Werkstückes, - das schrittweise Verformen, Zone nach Zone, - die kontinuierliche Formgebung, mit den weiteren (überlagernden) Verfahrenamerkmalen, - das Prägerecken in einem Zuge - oder allmählich formgebend auszuführen. Fig.1 und 2 könnten Beispiele sein für eine diskontinuierliche Prägreckungin einem Zuge, Fig.16 bis 19 für schrittweise oder kontinuierliche allmähli che Formgebung und Fig.12 (Innenwalzen) für diskontinuierliches allmähliches Prägerecken.Aus dem Vorerwähnten geht hervor, dass alle der erwähnten Techni ken auch auf gebogene Zahnungssegmenteanwendbar sind. Die Ent scheidung, ob mittels linear bewegter oder sich drehender 6Jerk- zeugegearbeitet werden soll, hängt ausser von der angestrebten Endqestalt-deszu verformenden Vorfabrikatesauch von der Vor formungstemperatur und der dabei gegebenen Duktililitätdes Vor fabrikates und der benötigten einmaligen oder sich mehrfach wie derholenden Verv#jeilzeitdes Formlingsim eingreifenden Bereich des Drucktjerkzeuqesab.Ebenso ist zu entscheiden, ob Nebenformzonen,beispielsweise Seitenvjangenmit-ausgebildettaerdensollen oder gänzlich oder teiltweiseim Verhältnis Vorfabikatzu Formhöhlung bereits vorge ben sind. Wichtig ist auch die Festlegung, in welchen Zonen des Druckwerkzeugesman eine möglichst enge Formdichtung erzielen will und/oder ob man in bestimmten Zonen dem VorfabrikatAus triebsspalte aus dem Druckvierkzeuooffen halten soll, um mittels des dort ermöglichten bevorzugten Werkstoffflussesspezielle Reck strukturen zu erzielen.Es ist naheliegend, das beschriebene Verfahren auch auf andere Zahnunasartenals die bisher beschriebenen auszudehnen, beispiels weise auf Seitenkranzzahnräderoder Zahnriemenrädermit erfin dungsgemässen Einbuchtungen und, gegebenenfalls, bereits wieder spanabhebend entfernten Ausbuchtungen auf der Gegenseite oder deren Belassung. Prinzipiell muss nun noch zur äusseren Gestalt der inneren morpho logischen Struktur und zum thermischen Zustand des Vorfabrikates Stellung genommen :werden: Wie schon einleitend gesagt, sollen unter "Vorfabrikat"die theo retisch zviargemeinsamen, aber in der Praxis doch unterscheidend gebrauchten Begriffe "Vorformling"und "Halbzeug," zusammengefasst werden.Unter "Vorformling"wird dabei zumeist ein zur weiteren Verar beitung oder Bearbeitung bestimmtes Produkt verstanden, das in seiner Längs- und/oder Quererstreckung und/oder seinem Dickever- laufbereits eine gewisse Konturierungaufweist, die von geraden geometrischen Formen abweicht.Unter "Halbzeug" versteht man zwar auch einen "Vorformling", doch wird zumeist darunter ein Produkt verstanden, das in seiner Längserstreckung einen einheitlichen Querschnitt aufweist, z. B:. eine Platte; ein Rundstab, ein Drei- oder Mehrkantstab,ein Rund rohr, ein Kanuohr oder ein sonstiges durchgehendes Profil.Diesen Gestaltgebungsunterschiedenwird deshalb besondere Auf merksamkeit gewidmet, weil die erfindungsgemässe Druckreckungsich des Gegenbereichsverformungseinflussesbedient und es daher von grossem Einfluss ist, aus welcher Ausgangslage und welchem Ausgangs querschnitt heraus das druckzureckendeVorfabrikatseine Fertig gestalt erhält. Es ist einleuchtend, dass die Reckungswegeund die Reckungslängenunterschiedlich sind, je nachdem, ob beispielsweise eine Zahnstange aus einem vorgegebenen Rundstab oder aus einem Vierkantstabgeprägt wird oder gar aus einem Vorfabrikat,das mitläufigoder gegenläufig zur vorgesehenen Verzahnung bereits Ver dickungen oder Verdünnungen trägt.Des weiteren ist zu beachten, dass das Vorfa,brikatder vorgesehenen Verformungsmethodebzw. dem vorgesehenen Endprodukt angepass-tist, also- beispielsweise plattenförmig oder stabförmiglängsgestreckt, plan oder längs- oder quergebogen, oder auch in sich annähernd oder ganz geschlossen, beispielsweise ringförmig ist.Die Herkunft des Vorfabrikatesist solange unerheblich, als seine Werkstoffart und der Grad seiner Vorverarbeitung eneerfindungs gemässe Weiterverarbeitung ermöglichen.. Unter Beachtung dieser Ge sichtspunkte kann das Vorfabrikatbeispielsweise durch Guss,Spritz- guss,Pressen, Extrudierenoder irgend einer anderen kunststoff technischen Methode hergestellt sein oder eine Verstärkung, beispielsweise eine Faserverstärkung bereits in sich tragen oder zur Weiterverarbeitung mitbekommen.Wichtig ist ferner auch die Möglichkeit, dass das Vorfabrikatbe reits einem Orientierungsvorgang unterworfen war oder beim Ein gang in die gegenständliche Reckungeinem Orientierungsvorgang unterliegt. Solche vororientierteKunststoffe können einer Um orientierung unterzogen werden.. Dabei hängt es weitgehend von den Parametern des nachfolgenden Umformungsvorganges ab, inwie weit die Vororientierungin die Nachorientierung eingeht. Je nach der Art der Umformung, beispielsweise des durch das Umformwerk- zeuggebotenen, veränderten Formraumes, der Verarbeitungstempera tur, dem Druck und der Fliessweglängesamt Überflusswegenkönnen die bei der Vororienti.erungeingebrachten richtungsabhängigen Eigenschaften verstärkt, umgelenkt oder vermindert werden.Eine weitere Verarbeitungsvariante ist die Weiterverformungs- temperatur.Es ist die Weiterverarbeitung von vorgeformten Teilen bekannt, deren Haut bereits erstarrt, deren Kern jedoch noch schmelzflüssig ist. Dabei erfährt die Haut, also die bereits er starrte, aber thermoelastischnoch verformbare Schichte eine Reckungund die darunterliegendeZone eine Schmelzorientierung. Dabei wird es von untergeordneter Bedeutung oder Sache eines ge steuerten Vorganges sein, ob die innere-Schmelze aus einem noch nicht abgeklungenem Herstellungsprozessdes Vorformlingsoder von einer Wiedererwärmung entstammt.Die umgekehrte Arbeitsweise, dass innen vororientierte,zum Beispiel gereckte Halbzeuge äusserlich wieder angeschmolzenwerden, ist bis her nicht bekanntgeworden. Sie hat jedoch eine wesentliche Be deutung, wenn ein Endprodukt erzielt werden soll, das innen die durch Orientierung erzielbare Verfestigung besitzt, aber an der Oberfläche und/oder den Oberflächen nahen Zonen infolge der Wiederschmelzung wieder orientierungslos oder orientierungsarm ge- worden ist, jedoch wieder wichtige Anfangseigenschaften bein haltet. Dies ist besonders bedeutungsvoll, wenn Kunststoffgemische: verarbeitet werden und die Aussenzone infolge einer vorgegangenen Orientierung oder Reckungschon in einer unvorteilhaften Weise vorbeanspruchtwaren, beispielsweise. infolge einer Gestaltsver- zerrunginkorporierter Partikel.Aus dem Vorhergesagten folgt, dass die beschriebene Arbeitsweise auch für noch nicht vororientierteHalbzeuge oder Formlinge wichtig sein kann, um eingefrorene Spannungen vor einer Umformung auszu lösen. Das erfindungsgemässe Verfahren kann also auch Verwendung finden bei orientierten oder unorientiertenHalbzeugen oder Form- lingen,die bei der Weiterverformung aussen oder innen geschmolzen sind oder nachträglich in der Oberflächenzone geschmolzen oder nachverformt werden.Es ist auch darauf hinzuweisen, dass die vorstehend geschilderten Verfahren sich nur auf Druckverformung beziehen. Sofern sich in Details Konturähnlichkeitenauch mittels Zug- oder Tiefzugverfahren erzielen lassen sollten, ist auf die nachweisbare Orientierungs differenz bzw. Umkristallisierungsdifferenzzu verweisen, sowie auf den gravierenden Unterschied, dass bei einer Druckreckungdie..' Zugzonen als eines der mehreren Resultate der Schubausführung ent stehen und insbesondere darauf, dass mittels des gegenständlichen Verfahrens ein umzuformendes Vorfabrikatnicht nur wie beim Tief ziehen an eine einseitig vorgegebene Wandkontur angeformtwird, sondern auch von der Gegenseite her formgestalterisch und dadurch auch strukturgestalterisch geprägt wird.Ergänzend soll erwähnt werden, dass die im Gegenbe-reichgeprägten Ein- und Ausbuchtungen, insbesondere die Ausbuchtungen je nach Prägetiefe in einem weiteren Schritt teilweise oder ganz ent fernt werden können, beispielsweise mit einer spanabhebenden Methode. Denkbar ist aber auch, dass diese Einprägungen des Gegenbereiches, wenn sie verzahnungsgerecht ausgebildet sind,'imGebrauch zu einem beidseitigen oder mehrseitigen Zahneingriff genutzt werden oder wenn sie verzahnungsähnlich sind, zu einem Eingriff von Abstütz- rollen. Ebenso denkbar ist aber auch, dass bei einem erfindungsgemässen kreisförmig geschlossenen Gebilde die zahnähnlich konturierte Form gebung des Gegenbereiches zum formschlüssigen Umfassen eines keil verzahnten Radkörpers oder einer keilverzahnten Welle und der gleichen genutzt wird.
    权利要求:
    ClaimsP a t e n t a n s p r ü c h e :
    1. Verfahren zur Herstellung ganz oder teilweise gezahnter Profilteile aus thermoplastischen Kunststoffen oder aus noch thermoelastisch verformbaren Duroplasten insbesondere zur Herstellung von Zahnstangen, Zahnkränzen, Zahnrädern oder Zahnsegmenten, wobei ein insgesamt oder wenigstens teilweise ungeschmolzenes Vorfabrikat einer Druckreckung unterworfen wird und der Verformungsvorgang das Vorfabrikat zwingt, die Formhöhlung eines Druckwerkzeuges auszufüllen oder teilzufüllen, dadurch gekennzeichnet, daß eine allgemein oder zonenspezifisch besonders hohe Werkstofforientierung bzw. Werkstoffreckung bewirkt wird, indem zuerst das zu verformende Vorfabrikat hergestellt und gegebenenfalls bearbeitet und/oder vorbehandelt wird und sodann zumindest im zu verzahnenden Bereich, zusätzlich zur Prägung der für den späteren Gebrauch bestimmten Zähne auf der Hauptseite (im Hauptbereich) auch im Gegenberεich geprägt wird und dabei auf der Hauptseite (im Hauptbereich) jeweils eine Ausbuchtung, also ein Zahn, ausgeprägt wird, indem, mitwirkend vom Gegenbereich her, in Richtung der gleichen Stelle eine Einprägung, also eine Einbuchtung, eingedrückt wird, und umgekehrt, daß die hauptseitige einbuchtende Eindrückung zwischen den Zähnen eine Ausbuchtung im Gegenbereich mitbewirkt, und somit pro Zahnteilung volumensähnliche Werkstoffmengen des Vorfabrikates in den Hauptberεlch und, um eine halbe
    Teilung versetzt, in den Gegenbereich gedrängt werden, also in statistischer Sicht die jeweiligen Nachbarschaftsbereiche ausgleichend, wobei im Verzahnungsbereich des fertig geprägten, druckgereckten Formlings bevorzugt Konturgleichheit oder Konturähnlichkeit in einem gemeinsamen wellenähnlichen Verlauf der neu entstehenden Konturen des Hauptbereiches und des Gegenbereiches hergestell wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des formgebenden Druckvorganges die formgebenden Konturflächen des Druckwerkzeuges soweit einander genähert werden, daß die gedachten Ebenen, die je weils die höchsten Erhebungen der formgebenden Konturflächen beinhalten, zusammenfallen oder sich gegenseitig durchdringen.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es auch mit Druckwerkzeugen ausgeübt wird, deren formgebende Elemente aus mehr als zwei Teilen bestehen und/oder deren formgebende Ausbuchtungen und Einbuchtungen sich in anderen Winkeln als 180° gegenüberstehen, sowie eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung diskontinuierlich oder schrittweise oder kontinuierlich erfolgt und dabei die Reckverformung sowohl in einem Zuge, als auch allmählich prägend durchgeführt wird.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt bzw. das zonenweise Volumen des zur Verformung vorgesehenen Vorfabrikates in jeweils jener Größenordnung vorgegeben werden, mittels derer sowohl der Reckungsgrad als auch die Wandstärken des zu fertigenden Teilεs in Hinblick auf die Eingriffsparameter des Druckwerkzeuges beim verformenden Einschließen vorwählbar sind bzw. vorbestimmt sind.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Nebenformzonen, beispielsweise Seitenwangen mitausgebildet werden oder gänzlich oder teilweise im Verhältnis Vorfabrikat zu Formhöhlung bereits vorgegeben sind und daß es eine Teilumlenkung oder eine Vollumlenkung erfährt, je nachdem welche Orientierung oder Ortientierungsrichtung für die Verwendung des herzustellenden Produktes wichtig ist bzw. sind.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in gewissen Zonen des Druckwerkzeuges eine möglichst enge Formdichtung angestrebt wird und/oder in bestimmten Zonen dem Vorfabrikat Austriebsspalte aus dem Druckwerkzeug offen stehen, um mittels des dort ermöglichten bevorzugten Werkstoff-Flusses spezielle Reckstrukturen zu erzielen, sowie eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens.
    8. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vorfabrikat in seiner Längs-und/oder Quererstreckung und/oder seinem Dicke-Verlauf bereits eine gewisse Konturierung erteilt wird, die von schlichten geometrischen Formen abweicht, oder wie ein Halbzeug vorgestaltet wird, das in seiner Längserstreckung einen einheitlichen Querschnitt aufweist, z.B. eine Platte, ein Rundstab, ein Drei-oder Mehrkantstab, ein Rundrohr, ein Kantrohr, oder ein sonstiges durchgehendes Profil.
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vorfabrikat mitläufig oder gegenläufig zur vorgesehenen Verzahnung bereits Verdickungen oder Verdünnungen erteilt werden.
    10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorfabrikat bereits schon im einen vorhergehenden Verfahrensschritt einem Orientierungsvorgahg unterwürfen wurde oder beim Eingang in die gegenständliche Reckung einem Orientierungsvorgang unterworfen wird.
    11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorfabrikat beispielsweise durch Guß, Spritzguß, Pressen, Extrudieren oder irgend einer anderen kunststofftechnlschen Methode in einem der Reckung vorausgehenden Verfahrensschritt hergestellt wird und gegebenenfalls bereits eine Verstärkung, beispielsweise eine in sich trägt oder anläßlich der Weiterverformung (Reckprägung) als Begleitmaterial mitbekommt.
    12. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es bei ortientierten oder unortientierten Halbzeugen oder Formungen, die bei der Weiterverformung außen oden innen geschmolzen sind oder nachträglich in der Oberflächenzone geschmolzen oder nachverformt werden, angewendet wird.
    13. Erzeugnis nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Gegenbereich geprägten Ein-und Ausbuchtungen, insbesondere die Ausbuchtungen, je nach Prägetiefe in einem weiteren Schritt teilweise oder ganz entfernt werden, beispielsweise mit einer spanabhebenden Methode.
    14. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einprägungen des Gegenbereiches, wenn sie verzahnuπgsgerecht ausgebildet sind, im Gebrauch zu einem beidseitigen oder mehrseitigen Zahneingriff genutzt werden, oder, wenn sie verzahnungsähnlich sind zu einem Eingriff von Abstützrollen.
    15. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem kreisförmig geschlossenen Gebilde die zahnähnlich konturierte Formgebung des Gegenbereiches zum formschlüssigen Umfassen eines keilverzahnten Radkörpers oder einer keilverzahnten Welle und dgl. genutzt wird.
    16. Ein nach linearen, kreisenden oder hybridischen Methoden wirkendes Druckwerkzeug zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 15 mit mindestens zwei gegeneinander verstellbaren formgebenden Flächen, dadurch gekennzeichnet, daß die formgebenden Flächen nach der Form der zu fertigenden Zähnung profiliert sind, wobei die Profilierungen unter Berücksichtigung der Wanddicke des angestrebten Formlings wenigstens annähernd gleich gestaltet sind und gegeneinander um zirka die halbe Teilung der Zahnform versetzt sind und der Abstand der zahnformgebenden Flächen bei geschlossenem Druckwerkzeug bevorzugt gleich oder kleiner ist als die Zahnhöhe des zu profilierenden Formlings.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE3775537D1|1992-02-06|
    EP0276267A1|1988-08-03|
    EP0276267B1|1991-12-27|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1988-02-11| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1988-02-11| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1988-03-17| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1987904864 Country of ref document: EP |
    1988-08-03| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1987904864 Country of ref document: EP |
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    ATA2019/86||1986-07-25||
    AT201986||1986-07-25||DE19873775537| DE3775537D1|1986-07-25|1987-07-16|Verfahren zur herstellung gezahnter profilteile aus kunststoffen, danach hergestelltes erzeugnis sowie druckwerkzeug.|
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