DE102015104027B4 - Method for producing a spring element with a damping element - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Federelementes, bestehend aus einer Flachfeder mit einem daran befestigten Dämpfungselement aus einem Kunststoff, welche Flachfeder an einem Halter in einem Gehäuse fixierbar ist, wobei das Dämpfungselement zur Bewegungsdämpfung eines dreh- oder verschiebbar gelagerten Bauteils an einer Reibfläche desselben anliegt. Zur Anwendung kommen folgende Verfahrensschritte: Vorstanzen von einer Vielzahl von parallel verlaufend angeordneten Federkonturen aus einem Federblech, Aufspulen und Wärmebehandlung des aufgerollten Federblechstreifens, Abrollen und Zuführen eines Abschnittes des Federblechstreifens mit mindestens einer oder einer definierten Anzahl von Federkonturen in einer Vorbehandlungsstation, in welcher mindestens die definierten Flächen auf den Federkonturen unmittelbar vor dem nächsten Verfahrensschritt für die Aufbringung des Dämpfungselementes derart vorhandelt werden, dass die Oberfläche der definierten Fläche aufgeraut und/oder porös ist und eine größere Haftungsfläche für den Kunststoff des Dämpfungselementes bildet bzw. dieser in die Flachfeder hinein zu diffundieren vermag, und Anspritzen des Kunststoffs, Ausstanzen und Verarbeiten der einzelnen Federelemente.The invention relates to a method for producing a spring element, consisting of a flat spring with a damping element attached thereto made of a plastic, which flat spring is fixed to a holder in a housing, wherein the damping element for damping movement of a rotatably or displaceably mounted member of a friction surface of the same is applied. Pre-punching of a plurality of parallel arranged spring contours from a spring plate, winding and heat treatment of the rolled strip spring, unwinding and feeding a portion of the spring strip with at least one or a defined number of spring contours in a pretreatment station, in which at least the defined surfaces on the spring contours immediately before the next step for the application of the damping element are vortexed such that the surface of the defined surface roughened and / or porous and forms a larger adhesion surface for the plastic of the damping element or to diffuse into the flat spring able, and injection molding of the plastic, punching and processing of the individual spring elements.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Federelementes, bestehend aus einer Flachfeder mit einem daran befestigten Dämpfungselement aus einem Kunststoff, welche Flachfeder an einem Halter in einem Gehäuse fixierbar ist, wobei das Dämpfungselement zur Bewegungsdämpfung eines dreh- oder verschiebbar gelagerten Bauteils an einer Reibfläche desselben anliegt, sowie ein Federelement, das nach dem Verfahren hergestellt ist.The invention relates to a method for producing a spring element, consisting of a flat spring with a damping element attached thereto made of a plastic, which flat spring is fixed to a holder in a housing, wherein the damping element for damping movement of a rotatably or displaceably mounted member of a friction surface thereof is applied, and a spring element, which is produced by the method.
Zur Ausübung eines kontinuierlichen Dreh- oder Schiebemomentes ist es grundsätzlich bei Stellorganen bekannt, Federn vorzusehen, die zwischen dem Schiebeteil und dem Trägerelement eingespannt sind und entlang einer Gleitfläche an dem Trägerelement gleiten können. Die dabei auftretenden Andruckkräfte sind so bemessen, dass nur eine Bremswirkung beim Verschieben oder Verdrehen erzielt wird.To exercise a continuous rotational or sliding torque, it is generally known in actuators to provide springs which are clamped between the sliding part and the support member and can slide along a sliding surface on the support member. The pressure forces occurring are dimensioned so that only a braking effect when moving or twisting is achieved.
Es hat sich gezeigt, dass auch solche Stelleorgane, die eine Feder aufweisen, beim Verschieben Geräusche erzeugen können. Ferner hat sich gezeigt, dass die relativ harte Feder beim Montieren in entsprechende Aufnahmen händisch nur schwerlich eingelegt werden kann, um die gewünschte Bremswirkung beim Verschieben oder Verdrehen der Elemente sicherzustellen. Die eingelegten Federn arbeiten als Schleifbremsen und gegebenenfalls auch als Rasten, wozu sie in den Endstellungen oder auch in Mittenstellungen in Ausnehmungen einrasten oder aus diesen durch erhöhte Kraftaufwendung wieder herausgleiten können. Eine gewünschte leichte Betätigung ist bei solchen Schleifbremsen unzureichend. Des Weiteren hat sich gezeigt, dass die Federn relativ groß sind, so dass solche Federn als Bremselemente nur in größeren Bauteilen eingesetzt werden können. Ferner ist eine Montage außerordentlich aufwändig. Die Verwendung von Federn hat grundsätzlich aber den Vorteil, dass sich diese auch bei längerem Gebrauch nur wenig abnutzen und ihre Federcharakteristik durch Materialschwund und dergleichen nicht beeinträchtigt wird.It has been found that even those locating organs that have a spring can generate noise when moving. Furthermore, it has been shown that the relatively hard spring when mounting in corresponding receptacles can be difficult to insert manually to ensure the desired braking effect when moving or rotating the elements. The inserted springs work as grinding brakes and possibly also as notches, for which they engage in recesses in the end positions or in the center positions or can slide out of them again due to increased force application. A desired easy operation is insufficient in such grinding brakes. Furthermore, it has been found that the springs are relatively large, so that such springs can be used as brake elements only in larger components. Furthermore, an assembly is extremely expensive. However, the use of springs basically has the advantage that they wear only slightly during prolonged use and their spring characteristic is not affected by material shrinkage and the like.
Aus der
Bei Verwendung von Dämpfungselementen aus Kunststoff ist es über eine längere Betriebszeit nicht ausgeschlossen, dass durch Materialschwund oder Abnutzung der gewünschte Bremseffekt nachlässt.When using damping elements made of plastic, it is not excluded over a longer period of operation that diminishes material shrinkage or wear the desired braking effect.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Herstellungsverfahren und ein Federelement anzugeben, welches besonders für die Großserienproduktion geeignet ist und die Vorteile einer Metallfeder als Dämpfungselement mit den Vorteilen eines Dämpfungselementes aus Kunststoff kombiniert, um eine Bewegungsdämpfung zwischen zwei verschieb- oder verdrehbaren Elementen auch über eine längere Nutzungsdauer sicherzustellen.The invention is based on the object to provide a manufacturing method and a spring element, which is particularly suitable for mass production and the advantages of a metal spring as a damping element combined with the advantages of a damping element made of plastic, a movement damping between two sliding or rotatable elements on to ensure a longer service life.
Die Aufgabe löst die Erfindung durch Anwendung der Verfahrensschritte gemäß der Lehre des Patentanspruch 1, nämlich:
- 1) Vorstanzen von einer Vielzahl von parallel verlaufend angeordneten Federkonturen in einen Federblechstreifen,
- 2) Aufspulen des vorgestanzten Federblechstreifens auf eine Rolle,
- 3) Wärmebehandlung des aufgerollten Federblechstreifens zur Festlegung definierter Federeigenschaften,
- 4) Abrollen und Zuführen eines Abschnittes des Federblechstreifens mit mindestens einer oder einer definierten Anzahl von Federkonturen in eine Vorbehandlungsstation, in welcher definierte Flächen auf den Federkonturen unmittelbar vor dem nächsten Verfahrensschritt für die Aufbringung des Dämpfungselementes derart vorhandelt werden, dass die Oberfläche der definierten Fläche aufgeraut und/oder porös ist und eine größere Haftungsfläche für den Kunststoff des Dämpfungselementes bildet bzw. dieser in die Flachfeder hinein zu diffundieren vermag,
- 5) Einlegen der Federkonturen des vorbehandelten Abschnitts des Federblechstreifens in Kavitäten eines Spritzgießwerkzeuges,
- 6) Schließen des Werkzeuges und Aufspritzen des Dämpfungselementes durch Einbringen des Kunststoffes in die Kavitäten des Spritzgießwerkzeuges,
- 7) Öffnen des Spritzgießwerkzeuges nach einer Anhaftungsphase und Zuführen des Federblechstreifens in ein Stanzwerkzeug,
- 9) Ausstanzen der Federelemente im Stanzwerkzeug für den Verbau oder Zwischenlagern.
- 1) pre-punching of a plurality of parallel arranged spring contours in a Federblechstreifen,
- 2) winding the pre-cut spring strip onto a roll,
- 3) heat treatment of the rolled-up spring steel strip to establish defined spring properties,
- 4) unwinding and feeding a portion of the spring strip with at least one or a defined number of spring contours in a pretreatment station, in which defined areas on the spring contours immediately before the next step for the application of the damping element are vorträgt so that the surface of the defined surface roughened and / or is porous and forms a larger adhesion surface for the plastic of the damping element or is able to diffuse into the flat spring,
- 5) inserting the spring contours of the pretreated section of the spring steel strip into cavities of an injection molding tool,
- 6) closing the tool and spraying the damping element by introducing the plastic into the cavities of the injection mold,
- 7) opening the injection mold after an adhesion phase and feeding the spring steel strip into a punching tool,
- 9) punching the spring elements in the punching tool for the shoring or intermediate storage.
Der erste Verfahrensschritt ist als solcher bei der Herstellung von Flachfedern aus Federstahl bekannt. In einem Folgeverbundwerkzeug werden dabei die Konturen jeder einzelnen Feder ausgeschnitten. Von Vorteil ist es, wenn die Seitenränder mit dem Pilotierstreifen versehen sind, um eine weitere passgenaue Bearbeitung zu ermöglichen. Die Lochungen des Pilotierstreifens können auch beim Vorstanzen der Federkonturen eingebracht werden.The first process step is known as such in the manufacture of flat springs made of spring steel. In a follow-on composite tool while the contours of each spring are cut out. It is advantageous if the side edges are provided with the pilot strip, in order to allow further custom-fit processing. The perforations The Pilotierstreifens can also be introduced during the pre-punching of the spring contours.
Es ist auch bekannt, derartig vorgestanzte Federblechstreifen aufzurollen und für die Weiterbearbeitung zu lagern.It is also known to roll up such pre-cut spring strip and store for further processing.
Auch der dritte Verfahrensschritt ist als solcher bekannt, nämlich die Federeigenschaften der einzelnen Federelemente durch eine Wärmebehandlung auf der Rolle zu definieren. Diese Wärmebehandlung ist vom Material und der Federform abhängig zu definieren, um gewünschte Federeigenschaften zu erzielen.Also, the third process step is known as such, namely to define the spring properties of the individual spring elements by a heat treatment on the roll. This heat treatment is to be defined depending on the material and the spring shape in order to achieve desired spring properties.
Um das Dämpfungselement nun auf die Oberfläche einer freigeschnittenen Federkontur aufbringen zu können, ist im vierten Verfahrensschritt eine spezielle Vorbehandlung der zu belegenden Fläche vorgesehen. Hierdurch soll die Voraussetzung für eine erhöhte Haftung des aus Kunststoff bestehenden Dämpfungselementes an der Oberfläche der Feder erreicht werden. Es soll nämlich sichergestellt werden, dass über die gesamte Gebrauchszeit das Dämpfungselement an der Oberfläche der Feder haften bleibt und nicht durch mechanische Belastung beim Bremsen von der Feder abgeschoben wird.In order to be able to apply the damping element now to the surface of a cut-free spring contour, a special pretreatment of the surface to be occupied is provided in the fourth method step. As a result, the condition for an increased adhesion of the existing plastic damping element to the surface of the spring to be achieved. Namely, it should be ensured that over the entire period of use, the damping element adheres to the surface of the spring and is not deported by mechanical stress during braking of the spring.
Das Dämpfungselement übt mit der Reibfläche an dem anliegenden Bewegungselement eine Dämpfung der Bewegung aus und wird abgenutzt. Die Feder bewirkt dann eine Nachführung. Kommt das Dämpfungselement in Einsatz mit einem runden Element des Drehkörpers, so empfiehlt es sich, entsprechend dem Radius des Drehkörpers die Oberfläche bogenförmig zu gestalten. Kommt das Dämpfungselement im Einsatz mit einem linear verschiebbaren Element, so ist die Oberfläche geradlinig auszuführen. Die Breite und die Länge des Dämpfungselementes sind entsprechend dem Einsatz und der aufzubringenden Dämpfungskraft zu dimensionieren.The damping element exerts a damping of the movement with the friction surface on the adjacent movement element and becomes worn. The spring then causes a tracking. If the damping element comes into use with a round element of the rotary body, then it is advisable to make the surface arcuate in accordance with the radius of the rotary body. If the damping element comes into use with a linearly displaceable element, the surface should be straight. The width and the length of the damping element are to be dimensioned according to the application and the damping force to be applied.
Es hat sich gezeigt, dass es besonders empfehlenswert ist, das Dämpfungselement mit einem Sockel zu versehen, aus dessen Oberseite der bremsende Teil angeformt vorsteht. Wenn dieser Teil sowohl in der Länge kürzer als auch in der Breite schmäler ausgeführt ist als der Sockel, so hat dies den Vorteil, dass in dem Überstand zum Beispiel die Kavitätszahl eingedrückt werden kann, in der der Spritzvorgang erfolgt. Wenn eine Qualitätsüberprüfung erfolgt, kann anhand der Nummer ein einmaliger Fehler oder ein Serienfehler sofort erkannt und die Kavität in dem Werkzeug nachgebessert werden. Es können aber auch Seriennummern eingeprägt sein.It has been found that it is particularly advisable to provide the damping element with a base, protruding from the top of the braking part formed. If this part is made narrower in length both shorter and in width than the base, this has the advantage that in the supernatant, for example, the Kavitätszahl can be pressed, in which the injection process takes place. If a quality check is carried out, the number can be used to immediately detect a single fault or a serial fault and improve the cavity in the tool. But it can also be stamped serial numbers.
Nachdem die Vorbehandlung abgeschlossen ist, schließt sich unmittelbar danach, zur Meidung von Oxidation an der behandelten Oberfläche, der Spritzvorgang an. Dazu werden Federstreifen mit den Federkonturen, z. B. 4, 8, 10, 12 oder mehr, in die Kavitäten des einen Spritzgießwerkzeugs, das mit einer entsprechenden Anzahl von Kavitäten bestückt ist, eingelegt. Nach dem Schließen des Werkzeugs wird die Kunststoffmasse in die Kavitäten gespritzt, so dass das Dämpfungselement mit dem Federstahl des Federelementes verbunden wird. Wird ein Silikon verwendet, so wird dieses in der Regel im kalten Zustand eingebracht. Andere Kunststoffe werden entsprechend den Verarbeitungsvorschriften temperiert in die Kavitäten gespritzt. Nach einer Anhaftungsphase, die je nach Werkzeugausführung und verwendeten Kunststoff auch sehr kurz sein kann, wird der Federblechstreifen mit den angespritzten Dämpfungselementen aus dem Spritzgießwerkzeug herausgenommen und dem Stanzwerkzeug zugeführt, das die Federelemente von den seitlichen Pilotierstreifen trennt. Die Pilotierstreifen können vorgefertigt sein oder auch während des Stanzvorganges des Konturenschnittes eingebracht werden. Sie weisen in der Regel runde Löcher auf, die in Reihe angeordnet sind und die eine maßgenaue Fertigung sowohl beim Einlegen in das Spritzgießwerkzeug als auch in das Stanzwerkzeug ermöglichen.Immediately after the pretreatment is completed, the injection process is followed to avoid oxidation of the treated surface. These spring strips with the spring contours, z. B. 4, 8, 10, 12 or more, in the cavities of an injection mold, which is equipped with a corresponding number of cavities, inserted. After closing the tool, the plastic compound is injected into the cavities, so that the damping element is connected to the spring steel of the spring element. If a silicone is used, it is usually introduced in the cold state. Other plastics are sprayed in accordance with the processing regulations tempered into the cavities. After an adhesion phase, which may also be very short, depending on the tool design and plastic used, the spring strip is removed with the molded damping elements from the injection mold and fed to the punch that separates the spring elements of the lateral pilot strips. The pilot strips can be prefabricated or introduced during the punching process of the contour cut. They usually have round holes, which are arranged in series and allow a dimensionally accurate production both when inserted into the injection mold and in the punching tool.
Vorteilhafte weitere Verfahrensschritte sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben. Im Anspruch 11 ist ein Federelement angegeben, das nach dem Verfahren hergestellt ist. Des Weiteren sind in den Ansprüchen 12 und 13 konstruktive Details der Federelemente angegeben.Advantageous further method steps are specified in the subclaims 2 to 8. In claim 11, a spring element is specified, which is produced by the method. Furthermore, constructive details of the spring elements are specified in claims 12 and 13.
Um eine Produktionsüberwachung zu ermöglichen, ist in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, dass die aufgespritzten Dämpfungselemente, z. B. solche aus Silikon, vor dem Zuführen des Federblechstreifens in das Stanzwerkzeug oder nach dem Einlegen in das Stanzwerkzeug mittels Kameras optischer und/oder triangularer Messsensoren in einem weiteren Verfahrensschritt vermessen werden. Hierdurch können sofort Toleranzabweichungen festgestellt werden und im weiteren Ausscheidungsprozess nach dem Trennen des Federelementes die fehlerhaften Dämpfungselemente aussortiert werden.To enable production monitoring, it is provided in a further embodiment that the sprayed damping elements, for. As those made of silicone, before feeding the spring steel strip into the punch or after insertion into the punching tool by means of cameras optical and / or triangular measuring sensors are measured in a further process step. As a result, tolerance deviations can be detected immediately and in the further elimination process after the separation of the spring element, the faulty damping elements are sorted out.
Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn in einem weiteren Verfahrensschritt in einem Anlassprozess vor dem Verbauen, vor oder nach dem Zwischenlagern, die ausgestanzten Federelemente mit den Dämpfungselementen getempert werden. Dadurch werden geruchsbildende Gase freigesetzt und können entweichen.It has also proven to be advantageous if in a further process step in a tempering process prior to installation, before or after the intermediate storage, the punched spring elements are tempered with the damping elements. As a result, odor-causing gases are released and can escape.
Grundsätzlich können bei Anwendung des Verfahrens verschiedene Federmaterialien zum Einsatz kommen. Üblicherweise werden nicht rostende Federstähle (V2A) (Stähle) eingesetzt, die durch Legierung bestimmte Federeigenschaften aufweisen. Es kann aber auch ein Metallstreifen aus Federbronze oder anderem Metallfedermaterial verwendet werden.In principle, different spring materials can be used when using the method. Usually stainless steel spring steels (steels) are used, which have certain spring properties due to alloying. But it can also be used a metal strip of spring bronze or other metal spring material.
Die Oberflächen der Federmaterialien können durch Oberflächenbeschichtungen auch gefärbt sein. Z. B. können nicht rostende Federstähle geschwärzt oder in Silber verarbeitet werden. Bei der Vorbehandlung werden diese Farbschichten, soweit sie nicht in das Federmaterial diffundiert sind, teils abgetragen oder teils ausgebrannt, je nachdem, welches Verfahren zur Vorbehandlung der definierten Flächen angewendet wird.The surfaces of the spring materials may also be colored by surface coatings. For example, stainless steel spring steels can be blackened or processed in silver. In the pre-treatment, these color layers, if they are not diffused into the spring material, partly eroded or partly burned out, depending on which method is used for the pretreatment of the defined areas.
Im Rahmen der Vorbehandlung kann auch das bekannte Delta-Tone-Verfahren eingesetzt werden, um die Oberfläche des Federstahls mit einer hochwirksamen Versiegelung zu versehen, bevor die Aufrauung erfolgt. Die Zinkaluminiumbeschichtung erfolgt dabei beispielsweise nur bis zu 7 μm bis 13 μm, bildet aber eine hochwirksame Barriere gegen Korrosion. Die durch die Beschichtung gegebene Farbe bleibt auch über die Nutzungsdauer erhalten. Die Schichtdicken können auch geringer, aber auch höher ausgelegt sein, dies hängt jeweils von dem Einsatzgebiet ab. Auch sind mehrschichtige Beschichtungen möglich.As part of the pre-treatment, the known delta-tone process can be used to provide the surface of the spring steel with a highly effective seal before the roughening takes place. The zinc aluminum coating takes place, for example, only up to 7 microns to 13 microns, but forms a highly effective barrier against corrosion. The color given by the coating also remains over the useful life. The layer thicknesses can also be smaller, but also designed to be higher, this depends on the field of application. Also, multi-layer coatings are possible.
Kommt eine Delta-Seal-Beschichtung der Federstähle in Betracht, so ist eine Grundierung nach dem Delta Tone-Verfahren angebracht. Durch das Delta Seal-Verfahren wird eine organisch hochvernetzte, eine Mikroschicht bildende Deckbeschichtung aufgebracht, die nach einem Einbrennprozess haftfest und chemikalienresistent ist. Auch diese Beschichtungen werden aufgeraut. Dafür können z. B. folgende Verfahren zur Anwendung kommen:
Reinigung der zu belegenden Fläche der Feder durch Plasmaaktivierung oder inhomogene Gestaltung der Oberfläche durch einen Laser; Aufrauen der definierten Flächen durch flammenpyrolytische Abscheidung von amorphen Silicat oder durch Auftrag von materialspezifischen Säuren; Behandlung mit einem Laser, um die gewünschte Oberflächenstruktur zu erreichen.If a delta-seal coating of the spring steels is considered, a primer according to the Delta Tone method is appropriate. By means of the Delta Seal process, an organic highly cross-linked, microlayer-forming topcoat is applied, which is adherent and chemically resistant after a baking process. These coatings are roughened as well. For z. For example, the following methods are used:
Cleaning of the area of the spring to be occupied by plasma activation or inhomogeneous design of the surface by a laser; Roughening of the defined areas by flame pyrolytic deposition of amorphous silicate or by application of material-specific acids; Treatment with a laser to achieve the desired surface structure.
Als Material für die Herstellung des Dämpfungselementes haben sich ein elastischer Kunststoff, vorzugsweise ein hochvernetzter synthetischer Kautschuk oder ein synthetisches Polymer erwiesen. Besonders geeignet ist ein Silikon. Es kann aber auch ein thermoplastisches Polyurethan (TPU) oder ein thermoplastisches Elastomer (TPE) zur Anwendung kommen.As material for the production of the damping element, an elastic plastic, preferably a highly crosslinked synthetic rubber or a synthetic polymer have been found. Particularly suitable is a silicone. However, a thermoplastic polyurethane (TPU) or a thermoplastic elastomer (TPE) may also be used.
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