DE10349415A1

DE10349415A1 - Schraubendreher-Einsätze und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE10349415A1
Application number: DE2003149415
Authority: DE
Inventors: Horst Holland-Letz
Original assignee: Felo Werkzeugfabrik Holland Letz GmbH
Current assignee: Felo Werkzeugfabrik Holland Letz GmbH
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2023-10-22
Also published as: DE10362089B4; DE10349415B4

Abstract

Die Neuerung betrifft Schraubendreher-Einsätze und das Verfahren zu ihrer Herstellung. Danach bestehen die Schraubendreher-Einsätze aus einer Profilspitze (2) und dem Antriebsschaft (1, 11). Der Antriebsschaft weist ein Sechskantprofil oder in einer Ausführungsvariante ein Sechskantprofil (11b) mit in Längsrichtung verlaufenden Nuten (12a, 12b) auf. Die Nuten können sich bis in den Bereich (11c) zwischen Sechskantprofil (11b) und Profilspitze (2) fortsetzen. Die Schraubendreher-Einsätze werden aus Metallpulver in der Weise gefertigt, daß im Mehrstationen-Spritzgießverfahren in einer ersten Station das erste Teil eines Rohlings gespritzt wird und in einer zweiten Station das zweite Teil des Rohlings, wobei in der zweiten Station an die Stirnfläche des ersten Teiles (2) das zweite Teil (1, 11) unmittelbar angespritzt wird und an der Verbindungsstelle (3) durch das Anspritzen und das nachfolgende Sintern des Rohlings eine Verbindung des metallischen Gefüges eintritt.

Description

Die Neuerung betrifft Schraubendreher-Einsätze mit einer Funktionsspitze aus Hartmetall und ein Verfahren zu deren Herstellung.

Aus G 92 11 907.7 sind Schraubendreher-Einsätze bekannt, die im Spritzgießverfahren mit nachfolgender Sinterbehandlung einstückig aus Hartmetall hergestellt sind. Es hat sich gezeigt, daß die Herstellung einstückiger Teile durch Pressen eines Rohlings aus Hartmetall-Pulver presstechnische Schwierigkeiten bereitet. Auch beim Spritzgießen des Rohlings, unter Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffes als Bindemittel für das Metallpulver, treten Schwierigkeiten auf, in dem stark profilierten Bereich der Funktionsspitze eine homogene Gefügestruktur zu erreichen. Infolgedessen ist die Haltbarkeit der Funktionsspitzen unbefriedigend.

Aus PCT/DE 01/00 852 sind Schraubendreher-Einsätze bekannt, bei denen die Funktionsspitze aus Hartmetall als gesondertes Teil gefertigt und mit einem Schaftteil aus zweckentsprechendem Stahl durch Löten oder Verschweißen verbunden ist. Die Haltbarkeit der Funktionsspitzen ist zwar befriedigend, jedoch verteuern die Kosten für das Verbinden der Funktionsspitze mit dem Schaft den Schraubendreher-Einsatz erheblich.

In DE 4 243 608 C2 wird ein Schraubendreher-Einsatz beschrieben, bei dem der Schaftabschnitt eine geringere Torsions-Federkonstante aufweist als der Arbeitsbereich, die Funktionsspitze. Diese ist im Beispiel als Spitze eines Kreuzschlitz-Schraubendrehers dargestellt. Daß der Schaftabschnitt eine unterschiedliche Torsions-Federkonstante als der Arbeitsbereich hat, wird dadurch erreicht, daß der Schaftabschnitt aus einem weicheren Material hergestellt ist als der Arbeits- oder Abtriebsbereich. Der Abtriebsbereich besteht aus einem Kern aus weicherem Material, der von dem härteren Material ummantelt ist. Die Zielsetzung ist hier, zwischen dem Sechskant-Antriebsschaft und dem Abtriebsbereich einen Schaftabschnitt so auszubilden, daß er bei Gebrauch des Schraubendreher-Einsatzes auftretende Drehmomentspitzen durch Torsionsfederung dämpfend abbaut. Die Verbindung zwischen dem Schaftabschnitt aus dem weichen Material und dem Abtriebsbereich ist in der Weise hergestellt, daß der Schaftabschnitt in den Abtriebsbereich hineinragt und dessen Kern bildet, der von dem härteren Material des Abtriebsbereiches ummantelt ist. Die Schraubendreher-Einsätze aus den beiden Materialien werden in Mehrkomponenten-Spritzgießmaschinen in bekannter Verfahrensweise als Rohlinge hergestellt und anschließend gesintert. Sehr nachteilig bei dieser Ausführung erscheint, daß der in den Abtriebsbereich hineinragende Kern des Schaftabschnittes auf Grund der gegebenen Querschnittsprofile von Kreuzspitzen nur einen kleinen Durchmesser haben kann und bei höheren Drehmomenten deren Übertragbarkeit fraglich erscheint.

Die Aufgabe ist es, eine Fertigungsweise und Ausbildung der Verbindung von Profilspitze und Antriebsschaft zu entwickeln, durch die eine sichere Übertragung der in der Praxis auftretenden Drehmomente erreicht wird. Diese Aufgabe wird in der nachstehend beschriebenen Weise gelöst.

Bei dem Verfahren zur Herstellung von Schraubendreher-Einsätzen gemäß der Neuerung werden die Profilspitzen vorzugsweise aus Hartmetallpulver, mit thermoplastischem Kunststoff als Bindemittel und die Antriebsschäfte aus Metallpulver eines härtbaren Stahles gespritzt. Für eine wirtschaftliche Produktion weisen die Formen eine Mehrzahl von Kavitäten auf und sind Teil eines Formsystems, das drehbar in einer Spritzgießmaschine mit zwei Spritzeinheiten eingebaut ist. Nachdem die Antriebsschäfte in die erste Spritzgießform gespritzt sind und durch Kühlung eine ausreichend Festigkeit erreicht haben, schaltet das Formsystem durch Drehung in eine zweite Station. Zuvor werden in der ersten Spritzgießform Formkerne zurückgezogen, die die vorderen Stirnflächen der Antriebsschäfte formen. In der zweiten Station liegen die vorderen Stirnflächen der Antriebsschäfte frei in Richtung von Formkavitäten einer zweiten Spritzgießform, wobei die Formkavitäten dichtend an die vorderen Stirnflächen anschließen. Diese Formkavitäten haben die Form der Profilspitze. In der zweiten Station werden die Kavitäten der Profilspitze gefüllt. Dabei verbindet sich die Profilspitze an ihrer Basisfläche unmittelbar mit der vorderen Stirnfläche des Antriebsschaftes.

Die Verbindung wird zweckmäßigerweise dadurch verbessert und verstärkt, daß unrunde Formelemente als Verankerungselemente an der vorderen Stirnfläche des Antriebsschaftes angeformt sind, die entweder erhaben von der Stirnfläche abstehen oder vertieft in sie eingeformt sind. Beim Spritzen der Profilspitze wird durch die unrunden Formelemente auch eine formschlüssige Verbindung zwischen Antriebsschaft und Profilspitze hergestellt. Profilspitzen mit unrunden Formelementen an der Basisfläche als Verankerungselemente sind an sich aus PCT/DE 01/00 852 bekannt. Diese Profilspitzen sind aus Hartmetallpulver gepreßt und nachfolgend gesintert. Sie werden durch Verlöten, Verschweißen oder Verkleben mit dem getrennt hergestellten Antriebsschaft verbunden. Die Verankerungselemente sind bei dieser Ausführungsform erforderlich, weil nur durch zusätzliche formschlüssige Verbindung die geforderten Drehmomente übertragen werden können, wenn die Verbindung im übrigen durch Verlöten oder Verkleben erfolgt.

Beim Spritzgießen der Rohlinge wird durch die unrunden Formelemente die Konturoberfläche vergrößert. Diese wird beim Anspritzen des zweiten Teiles angeschmolzen und es kommt in der Schmelzzone zu einer guten Vorverbindung im Gefüge der beiden Teile.

Die Profilspitzen-Spritzgießteile kühlen in der zweiten Station ab, anschließend schaltet das Formsystem in eine dritte Station weiter. Dort wird der Rohling des vollständigen Schraubendreher-Einsatzes entnommen. Die Reihenfolge des Spritzgießens der beiden Teile kann auch umgekehrt sein, indem zuerst die Profilspitze gespritzt wird, wobei ihre dem Antriebsschaft zugekehrte Stirnfläche die Verankerungselemente aufweisen würde. Die Reihenfolge, bei der zuerst der Antriebsschaft gespritzt wird, ist jedoch günstiger, weil er die größere Masse aufweist und die längere Kühlzeit benötigt.

Anschließend werden die Rohlinge in einem Sinterverfahren verdichtet, wobei eine innige Verbindung im metallischen Gefüge von Profilspitze und Antriebsschaft im Bereich der Verbindungsflächen eintritt. Die Profilspitze aus Hartmetall ist dann gebrauchsfertig. Der Antriebsschaft aus einer Stahllegierung wird, wenn erforderlich, in einer automatischen Induktionshärteanlage nachgehärtet, wobei eine Härtung der Randschicht ausreicht. Um die Nachhärtung zu vermeiden und eine besonders homogene Gefügestruktur im Bereich der Verbindungsstelle zu erzielen, wird in einer Ausführungsvariante auch der Antriebsschaft aus Hartmetall hergestellt. Die Verbindung von Antriebsschaft und Profilspitze gemäß der Neuerung über die ganze Basisfläche der Profilspitze und die gleich große Fläche der vorderen Stirnseite des Antriebsschaftes, insbesondere mit einer zusätzlichen formschlüssigen Verbindung, ist hoch belastbar und überträgt die im Gebrauch der Schraubendreher-Einsätze auftretenden Drehmomente.

Die Herstellung der Schraubendreher-Einsätze im mehrstufigen Spritzgießverfahren ist wirtschaftlich günstiger als die getrennte Herstellung von Profilspitze und Antriebsschaft und die nachfolgende Verbindung der beiden Teile. Von besonderem Vorteil bei dem Spritzgießverfahren gemäß der Neuerung ist, daß das Querschnittsprofil des Antriebsschaftes in einer Ausführungsvariante durch die Gestaltung der Spritzgießform so verändert wird, daß zum einen die Querschnittsfläche kleiner wird, zum anderen die Oberfläche größer. Dadurch wird die Abkühlzeit stark verkürzt, die Produktionszyklus-Zeit insgesamt kürzer, außerdem wird Material gespart. Die Verringerung des Querschnittsprofiles und die Vergrößerung der Oberfläche wird dadurch erreicht, daß in den Antriebsschaft in Längsrichtung verlaufende Nuten eingeformt sind. Diese Nuten können nur im Bereich des Sechskantprofiles eingeformt sein, sich aber in konsequenter Verfolgung des Gestaltungszweckes bis in den Bereich zwischen Sechskantprofil und Profilspitze erstrecken. Um die radiale Entformbarkeit zu ermöglichen, dürfen die Querschnittsprofile der Nuten keine Hinterschneidung aufweisen. Bei den vier schräg zur Entformungsrichtung liegenden Sechskantflächen ist das Querschnittsprofil der Nuten deshalb vorzugsweise anders als bei den Nuten in den zwei senkrecht zur Entformungsrichtung liegenden Flächen. Die Nuten in den senkrecht zur Entformungsrichtung liegenden Flächen können tiefer eingeformt sein, als die Nuten in den schräg liegenden Flächen. Es können aber auch alle sechs Nuten das gleiche Querschnittsprofil aufweisen. Die Nuten in dem Bereich zwischen Sechskantprofil und Profilspitze laufen vor der Verbindungsstelle von Antriebsschaft und Profilspitze aus, so daß zwischen der Verbindungsstelle und Auslauf der Nuten ein kurzer zylindrischer Abschnitt verbleibt. Das Querschnittsprofil dieser Nuten kann sich auch in Längsrichtung verändern, insbesondere zum Auslauf hin. Die Nuten im Sechskantprofil und die Nuten im Bereich zwischen Sechskantschaft und Profilspitze können unterschiedliche Querschnittsprofile oder Tiefen haben. Bei unterschiedlicher Tiefe entsteht eine Stufe an dem Übergang der Nute im Sechskantprofil und der Nute im Bereich zwischen Sechskantschaft und Profilspitze.

Eine solche Gestaltung des Antriebsschaftes bringt keine technischen Nachteile, denn zur Übertragung des Drehmomentes ist das bei Schraubendreher-Einsätzen übliche Sechskantprofil nicht insgesamt erforderlich. Es genügt vielmehr, wenn entlang der Kanten des Sechskantes Flächenstreifen verbleiben, die bei Belastung des Schraubendreher-Einsatzes mit einem Drehmoment an dem Sechskant-Innenprofil des Aufnahmefutters zur Anlage kommen. Zwischen dem Sechskant-Außenprofil eines Schraubendreher-Einsatzes und dem Sechskant-Innenprofil des Aufnahmefutters ist in der Regel ohnehin eine gewisse Maßtoleranz vorhanden. Diese führt dazu, daß auch ein normales Sechskant-Außenprofil im wesentlichen im Bereich der Kanten zur Anlage am Innenprofil kommt.

Durch die Verkleinerung der Querschnittsfläche des Antriebsschaftes, der damit verbundenen Verringerung der zu kühlenden Materialmasse und der Vergrößerung der bei der Kühlung wirksamen Oberfläche, können die Produktions-Zykluszeiten so weit verringert werden, daß auch die Herstellung der Schraubendreher-Einsatz-Rohlinge in einem Stück, also in einem Spritzgießvorgang, wirtschaftlich ist. Allerdings muss dann das gesamte Teile aus Hartmetall gefertigt werden.

In den Zeichnungen ist der Neuerungsgegenstand beispielhaft dargestellt. Es zeigen
1 eine Seitenansicht auf einen Schraubendreher-Einsatz mit Kreuzspitze, teilweise geschnitten. Darin sind:

1: der Antriebsschaft
2: die Profilspitze
3: die Verbindungsstelle von Antriebsschaft und Profilspitze
4a, 4b: die einander zugekehrten Stirnflächen

2 eine Draufsicht auf die vordere Stirnfläche des Antriebsschaftes. Darin sind:

4: die vordere Stirnfläche
5: Verankerungselemente

3 eine Seitenansicht des Antriebsschaftes. Darin sind:

1: der Antriebsschaft
4a: die vordere Stirnfläche des Antriebsschaftes (1)
5: erhaben abstehende Verankerungselemente

4 eine schematische Darstellung der ersten Spritzgießform im Schnitt, in der ersten Spritzgießstation. Darin sind:

1: ein Antriebsschaft
6: die abheb- und drehbare Formträgerplatte
7a, 7b: Formeinsätze mit der Kavität für den Antriebsschaft
8: ein Kern zur Formung der Stirnfläche des Antriebsschaftes

5 eine schematische Darstellung der ersten Spritzgießform in der zweiten Spritzgießstation, verbunden mit der zweiten Spritzgießform. Darin sind:

1: der Antriebsschaft
2: die Profilspitze
7a, 7b: die Formeinsätze für den Antriebsschaft
9: der Formeinsatz für die Profilspitze der zweiten Spritzgießform
10: die Kavität in dem Formeinsatz für die Profilspitze

6 eine Seitenansicht auf einen Schraubendreher-Einsatz in der Ausführungsvariante mit genutetem Antriebsschaft. Darin sind:

2: die Profilspitze
11: der Antriebsschaft
11a: die Flächenstreifen entlang der Kanten des Sechskant-Profiles
11b: das Sechskantprofil des Antriebsschaftes
11c: der Bereich des Antriebsschaftes zwischen Sechskantprofil (11b)
: und Profilspitze (2)
12a, 12b: die Nuten im Antriebsschaft (11)

7 einen Querschnitt entlang der Linie A-A durch das Sechskantprofil des Antriebsschaftes (11) gemäß 6. Darin sind:

11: der Antriebsschaft
11a: die Flächenstreifen entlang der Kanten des Sechskant-Profiles
12a, 12b: die Nuten im Sechskantprofil (11b) des Antriebsschaftes (11)
C-C: die Entformungsrichtung

8 eine Seitenansicht auf einen Schraubendreher-Einsatz gemäß 6, jedoch erstrecken sich die Nuten bis in den Bereich (11c) zwischen Sechskantprofil (11b) und Profilspitze (2). Darin sind:

2: die Profilspitze
1: der Antriebsschaft
11c: der Bereich des Antriebsschaftes (11) zwischen Sechskantprofil
11b: und Profilspitze (2)
12a, 12b: die Nuten im Sechskantprofil (12a) des Antriebsschaftes
13: Stufen am Übergang der Nuten (12a, 12b) und (14a, 14b)
14a, 14b: die Nuten im Bereich (11c)

9 einen Querschnitt entlang der Linie B-B durch den Bereich (11c) zwischen Sechskantprofil (11b) und Profilspitze (2). Darin sind:

11c: der Bereich des Antriebsschaftes (11) zwischen Sechskantprofil
11b: und Profilspitze (2)
14a, 14b: die Nuten

Selbstverständlich können Schraubendreher-Einsätze auch mit anderer Profilspitze als die im Beispiel dargestellte Kreuzspitze nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt werden.

Claims

Schraubendreher-Einsätze und Verfahren zur Herstellung von Schraubendreher-Einsätzen, im wesentlichen bestehend aus einer Profilspitze (2) und einem Antriebsschaft (1, 11), hergestellt aus Metallpulver mit thermoplastischem Kunststoff als Bindemittel, im mehrstufigen Spritzgießverfahren und durch nachfolgendes Sintern geformt und verfestigt, wobei in einer ersten Station in einer ersten Spritzgießform das erste Teil, der Antriebsschaft (1, 11) oder die Profilspitze (2) gespritzt wird, in einer zweiten Station in einer zweiten Spritzgießform das zweite Teil, die Profilspitze (2) oder der Antriebsschaft (1, 11) gespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Station die Stirnfläche des in der ersten Station gespritzten Teiles formbündig und dichtend an die Kavität der zweiten Form anschließt und die spritztechnische Verbindung der beiden Teile (1, 11 und 2) an den einander zugekehrten Flächen (4a, 4b) an einer Verbindungsstelle (3) erfolgt.
Schraubendreher-Einsätze und Verfahren zur Herstellung von Schraubendreher-Einsätzen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsschaft (1, 11) und die Profilspitze (2) an der Verbindungsstelle (3) durch das Anspritzen des jeweils zweiten Teiles in der zweiten Spritzgießform und das anschließende Sintern des so hergestellten Rohlings im metallischen Gefüge miteinander verbunden sind.
Schraubendreher-Einsätze und Verfahren zur Herstellung von Schraubendreher-Einsätzen nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß das in der ersten Spritzgießform gespritzte Teil an der dem zweiten Teil zugewandten Stirnfläche, von der Stirnfläche abstehende oder vertieft in sie eingearbeitete, unrunde Ankerelemente (5) aufweist, durch die beide Teile (1, 11 und 2) auch formschlüssig miteinander verbunden sind.
Schraubendreher-Einsätze und Verfahren zur Herstellung von Schraubendreher-Einsätzen nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß in das Sechskantprofil (11b) des Antriebsschaftes (11) in Längsrichtung verlaufende Nuten (12a, 12b) eingeformt sind.
Schraubendreher-Einsätze und Verfahren zur Herstellung von Schraubendreher-Einsätzen nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (12a, 12b) unterschiedliches Querschnittsprofil aufweisen.
Schraubendreher-Einsätze und Verfahren zur Herstellung von Schraubendreher-Einsätzen nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die in Längsrichtung verlaufenden Nuten (12a, 12b) sich bis in den Bereich (11c) zwischen Sechskantprofil (11b) und Profilspitze (2) als Nuten (14a, 14b) fortsetzen.
Schraubendreher-Einsätze und Verfahren zur Herstellung von Schraubendreher-Einsätzen nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich (11c) verlaufenden Nuten (14a, 14b) ein anderes Querschnittsprofil haben als die Nuten (12a, 12b).
Schraubendreher-Einsätze und Verfahren zur Herstellung von Schraubendreher-Einsätzen nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Profilspitze (2) aus Hartmetall und der Antriebsschaft (1, 11) aus härtbarem Stahl besteht.
Schraubendreher-Einsätze und Verfahren zur Herstellung von Schraubendreher-Einsätzen nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Profilspitze (2) und der Antriebsschaft (1, 11) aus Hartmetall bestehen.
Schraubendreher-Einsätze und Verfahren zur Herstellung von Schraubendreher-Einsätzen nach Anspruch 4 bis 7 und 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Profilspitze (2) und der Antriebsschaft (11) einstückig in einem Spritzgieß-Vorgang hergestellt sind.