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WO2005092600A1 - Metall-kunststoff-verbundteil mit schwundkompensation - Google Patents

Metall-kunststoff-verbundteil mit schwundkompensation Download PDF

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Publication number
WO2005092600A1
WO2005092600A1 PCT/EP2005/050443 EP2005050443W WO2005092600A1 WO 2005092600 A1 WO2005092600 A1 WO 2005092600A1 EP 2005050443 W EP2005050443 W EP 2005050443W WO 2005092600 A1 WO2005092600 A1 WO 2005092600A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
plastic
composite part
plastic element
metal element
shrinkage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2005/050443
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Juergen Oberle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2005092600A1 publication Critical patent/WO2005092600A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/68—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
    • B29C70/681—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C70/682—Preformed parts characterised by their structure, e.g. form
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/68—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
    • B29C70/78—Moulding material on one side only of the preformed part
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2015/00—Gear wheels or similar articles with grooves or projections, e.g. control knobs
    • B29L2015/003—Gears
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/04—Bearings

Definitions

  • the present invention relates to a metal-plastic composite part according to the preamble of claim 1.
  • Plastic element In particular, a gap can occur between the plastic element and the metal element after the plastic element has solidified. As a result, play can occur between the two elements of the composite part, which, for example when used as a toothed wheel, can lead to undesirable noise development. Furthermore, when the direction of rotation changes, an impact can occur between the metal and the plastic element. Another problem with the shrinkage of the Plastic element can occur if a tension is introduced into the plastic element due to the shrinkage. These tensions can lead to premature fatigue of the plastic element, so that such composite parts can only have a short service life.
  • a composite part according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that it can provide a play-free and tension-free metal-plastic connection.
  • the influences of the shrinkage of the plastic part are used for this.
  • the metal element and the plastic element of the composite part each have a contact surface, the contact surfaces of the two elements lying opposite one another and forming a contact area between the metal element and the plastic element.
  • the contact surfaces of the metal element and the plastic element are arranged at an angle to at least one direction of shrinkage of the plastic element.
  • the shrinkage direction of the plastic element can be axial, radial or tangential or in the circumferential direction.
  • Elasticity of the plastic allows a small relative movement between the plastic element and the metal element due to the gaps, so that the plastic element comes into contact with the metal element somewhat delayed and thus damping the hard stop is feasible.
  • an improved noise behavior and, on the other hand, a better durability of the composite part is achieved.
  • the contact area between the metal and the plastic element is preferably formed by tapering areas on the two elements.
  • the metal element and the plastic material element each have at least one contact surface at an angle to the radial, axial and tangential direction of the composite part.
  • the angle between the contact surface of the metal element and a direction of shrinkage and the angle between the contact surface of the plastic element and the direction of shrinkage are preferably the same.
  • the contact area between the metal element and the plastic element can be formed not only as a line but as a surface.
  • the composite part is preferably a gearwheel, the plastic element being arranged inside the gearwheel and has a through opening for receiving a shaft or the like.
  • the through opening is designed, for example, as a square or an internal toothing is provided on the through opening and the shaft is designed in each case in accordance with the shape of the through opening.
  • a small amount of play must be provided between the two elements.
  • the through opening in the plastic element preferably has a region that tapers in the axial direction of the composite part.
  • the plastic element further preferably has a collar which has a larger diameter than an inner diameter of the metal element. Axial securing of the plastic element on the metal element can thereby be obtained.
  • the contact area between the metal element and the plastic element is preferably formed by two mutually opposite and converging areas.
  • the two regions converging towards one another particularly preferably have the same angle relative to a direction of shrinkage of the plastic element, only the signs of the angles being different.
  • the metal element of the composite part is particularly preferably produced by means of sintering and the plastic element is injection-molded onto the metal element.
  • a composite part according to the invention is preferably used as a gear in an electrical machine, in particular on the output.
  • a large variety of variants can be obtained by means of the composite part according to the invention, since only a different plastic element can be injection molded onto a predetermined standardized metal element, which can be designed in accordance with an output shaft. This can be achieved, for example, simply by changing inserts in the plastic injection mold using the same insert made of metal.
  • the electrical machine is particularly preferably an electric motor which is used in a vehicle.
  • electric motors of this type can be used in vehicles for adjusting seats and / or backrests and / or other devices in the interior of the vehicle, in which special requirements with regard to low noise of the electric motor are required.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a composite part designed as a gearwheel according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a detailed sectional view of the gearwheel shown in FIG. 1
  • Figure 3 is a side view of the composite part from the left in Figure 2 and
  • FIG. 4 shows a partial sectional view along the line C-C in FIG. 2.
  • a composite part 1 according to the invention comprises a metal element 2 and a plastic element 3.
  • the plastic element 3 is essentially tubular and is arranged in a through opening of the metal element 2.
  • a through opening 4 which in this exemplary embodiment has a
  • a toothing 5 is provided on an outer circumference of the metal element 2, so that the composite part 1 shown in the exemplary embodiment is a gearwheel for an electric motor.
  • a shaft 6 can be introduced (see FIG. 2), via which the power of the electric motor can be delivered.
  • a play-free connection is now formed between the metal element 2 and the plastic element 3, which can in particular compensate for any shrinkage of the plastic element after the injection molding onto the metal element 2.
  • the shrinkage is exaggerated to better illustrate the invention.
  • Figure 2 is a section along the line AA of Figure 3.
  • the shrinkage between the metal element 2 and the plastic element occurs in the radial direction R, in the axial direction A and in the tangential direction or Circumferential direction T on.
  • the shrinkage SA occurs both on the left and on the right side of the plastic element 3. Due to the radial shrinkage SR, there is an annular gap between the metal element 2 and the plastic element 3, due to which, in the prior art, noise can occur during operation. Furthermore, in the prior art, stresses in the plastic element can occur due to the axial shrinkage, since the plastic element contracts in the axial direction and thus a tension occurs between its axial stops.
  • the tangential shrinkage ST can be seen in FIGS. 3 and 4.
  • contact surfaces are therefore provided on the metal element 2 and on the plastic element 3, which are arranged at an angle to at least one direction of shrinkage R, A and T.
  • the left part of Figure 2 is the
  • a contact surface 8a is provided on the metal element 2, which is arranged at an angle ⁇ to the axial direction of shrinkage A.
  • a surface 3c is also arranged on the plastic element 3 at an axial end, which due to the shrinkage is arranged at a somewhat larger angle than the angle ⁇ to the axial shrinkage direction A (cf. FIG. 2).
  • the angle of the metal element and the angle of the plastic element are initially the same, since the plastic initially lies directly against the metal contour during spraying. The larger angle results from the shrinkage of the plastic element.
  • the areas 8a and 3c can also be conical areas, so that the contact area would be a circle. This measure can thus be used to prevent
  • Areas 3b serve as axial securing of the plastic element on the metal element.
  • the protruding regions 3b are arranged in recesses 7 formed in the metal element 2. In Figure 4, this axial securing is shown in detail on a protruding area 3b.
  • FIG. 4 shows a partial sectional view along the line C-C of FIG. 2. A total of four projecting regions 3b are provided, each of which is inserted into correspondingly formed recesses 7.
  • the recesses 7 have at their ends in the circumferential direction contact surfaces 7a and 7b which are arranged at an angle ⁇ to the radial direction of shrinkage R (cf. FIG. 4).
  • Contact areas 3f and 3g are also provided on the protruding areas 3b, which due to the shrinkage are at a somewhat larger angle than the angle ⁇ to the radial
  • Shrinkage direction R are arranged.
  • the surfaces 7a and 7b or 3f and 3g taper towards one another. If a shrinkage occurs in the radial direction R and / or in the tangential direction T after the hardening of the plastic, a contact area K between the surfaces 7a and 3g or 7b and 3f is placed further towards the center of the plastic element 3, so that there is no play between the two elements 2 and 3 is present. Therefore, the occurring at the plastic element 3 shrinkage has no effect on the connection between the metal member 2 and the plastic element 3.
  • the shrinkage in the tangential direction, in figure 4 b on the basis of the width M of the recess in the
  • the shrinkage SR is drawn in relation to the length X 3 of the contact surfaces 3f, 3g and 7a, 7b of the plastic or metal element.
  • the length X 3 must always be greater than the maximum shrinkage that occurs in order to ensure a contact area between the plastic element 3 and the metal element 2.
  • FIG. 3 shows a left side view of the composite part 1 from FIG. 2.
  • four projecting areas with contact surfaces 3 c are also provided in order to compensate for any shrinkage that may occur on the plastic element 3.
  • the protruding areas of the plastic element 3 are arranged in recesses 8 of the metal element 2. Here is between one
  • Radial direction R and the tapered areas 8b and 8c provided an angle ⁇ .
  • the shrinkage SR in the radial direction is again smaller than a length X 2 of the surfaces 8b and 8c in the radial direction.
  • the shrinkage ST in the tangential direction can be recognized on the basis of the maximum width b M of the metal part relative to the width b ⁇ of the hardened plastic element 3.
  • the four projections formed on the plastic element 3 can shrink in the radial direction R, axial direction A and tangential direction Compensate T, the three surfaces 8a, 8b, 8c and 3c, 3d, 3e are provided.
  • the composite part according to the invention can thus be used to achieve zero-backlash compensation between the metal and the plastic element.
  • the choice of the different angles of the contact surfaces of the metal element or of the plastic element relative to a direction of shrinkage thus results in linear contact areas K. This also enables the
  • the angle ⁇ which defines the inclination of the contact surface 8a relative to the axial direction of shrinkage A, can be determined as follows:
  • dl is the diameter of the plastic part before the shrinkage
  • dl ' is the diameter of the plastic part after the shrinkage
  • SA is the shrinkage of the plastic part in the axial direction.
  • the other angles ⁇ and ⁇ can also be determined in a corresponding manner.
  • the metal element 2 is preferably produced in the sintering process, it is advantageous in terms of production technology if the conical regions are only attached to one end of the composite part and to the other end of the in

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundteil, umfassend ein Metallelement (2) und ein Kunststoffelement (3), wobei das Metallelement (2) eine Kontaktfläche (8a, 8b, 8c) aufweist und das Kunststoffelement (3) eine Kontaktfläche (3c, 3d, 3e) aufweist, wobei die Kontaktflächen des Metallelements und des Kunststoffelements einander gegenüberliegen und einen Kontaktbereich zwischen dem Metallelement und dem Kunststoffelement bilden, und wobei die Kontaktfläche (8a, 8b, 8c) des Metallelements und die Kontaktfläche (3c, 3d, 3e) des Kunststoffelements in einem Winkel (alpha, beta, delta) zu wenigstens einer Schwundrichtung (R, A, T) angeordnet sind.

Description

Metall-Kunststoff-Verbundteil mit Schwundkompensation
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Metall-Kunststoff- Verbundteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Verbundteile, umfassend ein Metallelement und ein Kunststoffelement, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Wenn das Kunststoffelement an das Metallelement angespritzt werden soll, tritt bei derartigen Verbundteilen das Problem auf, dass nach dem Erstarren des Kunststoffelements ein Schwund am Kunststoffelement auftritt. Dadurch ergeben sich einerseits Probleme hinsichtlich der äußeren Abmessungen des Kunststoffelements und andererseits auch Probleme am Verbindungsbereich zwischen dem Metall- und dem
Kunststoffelement. Insbesondere kann nach dem Erstarren des Kunststoffelements ein Spalt zwischen dem Kunststoffelement und dem Metallelement auftreten. Dadurch kann ein Spiel zwischen den beiden Elementen des Verbundteiles auftreten, was beispielsweise bei einer Verwendung als Zahnrad zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung führen kann. Weiterhin kann dabei bei einer Änderung der Drehrichtung ein Schlag zwischen dem Metall- und dem Kunststoffelement auftreten. Ein weiteres Problem durch den Schwund des Kunststoffelements kann auftreten, wenn aufgrund des Schwundes eine Spannung in das Kunststoffelement eingebracht wird. Diese Spannungen können zu einer vorzeitigen Ermüdung des Kunststoffelements führen, so dass derartige Verbundteile nur eine kurze Lebensdauer aufweisen können.
Vorteile der Erfindung
Ein erfindungsgemäßes Verbundteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass es eine spielfreie und spannungsfreie Metall- Kunststoffverbindung bereitstellen kann. Hierzu werden erfindungsgemäß die Einflüsse des Schwundes des Kunststoffteiles ausgenutzt. Dazu weisen das Metallelement und das Kunststoffelement des Verbundteils jeweils eine Kontaktfläche auf, wobei die Kontaktflächen der beiden Elemente einander gegenüberliegen und einen Kontaktbereich zwischen dem Metallelement und dem Kunststoffelement bilden. Hierbei sind die Kontaktflächen des Metallelements und des Kunststoffelements in einem Winkel zu wenigstens einer Schwundrichtung des Kunststoffelements angeordnet. Die Schwundrichtung des Kunststoffelements kann dabei axial, radial oder tangential bzw. in Umfangsrichtung sein. Bedingt durch den Schwund des Kunststoffelements ergeben sich zwar trotzdem Bereiche (Spalte) zwischen dem Metallelement und dem Kunststoffelement, welche jedoch aufgrund des Kontaktes zwischen den beiden Elementen an den zu den Schwundrichtungen geneigten Kontaktflächen keine Auswirkungen haben. Wenn weiterhin extreme Lasten, wie z.B. ein harter Anschlag auf das Verbundteil eingeleitet werden, kann aufgrund der
Elastizität des Kunststoffs eine kleine Relativbewegung zwischen dem Kunststoffelement und dem Metallelement aufgrund der Spalte zugelassen werden, so dass das Kunststoffelement etwas verzögert am Metallelement zur Anlage kommt und somit eine Dämpfung des harten Anschlages ausführbar ist. Somit wird einerseits ein verbessertes Geräuschverhalten und andererseits auch eine bessere Dauerhaltbarkeit des Verbundteils erreicht.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise ist der Kontaktbereich zwischen dem Metall- und dem Kunststoffelement durch sich verjüngende Bereiche an den beiden Elementen gebildet. Dadurch kann, insbesondere wenn das Verbundbauteil ein drehendes Teil, wie z.B. ein Zahnrad, ist, eine spiel- und spannungsfreie Metall- Kunststoffverbindung in beiden Drehrichtungen realisiert werden.
Um Spiel in allen Richtungen zwischen dem Metallelement und dem Kunststoffelement zu vermeiden, weist das Metallelement und das KunstStoffelement jeweils mindestens eine Kontaktfläche in einem Winkel zur radialen, axialen und tangentialen Richtung des Verbundteils auf. Mit anderen Worten sind jeweils mindestens drei Kontaktflächen am Metall- und Kunststoffelement vorhanden, welche zueinander nicht parallel angeordnet sind.
Vorzugsweise ist der Winkel zwischen der Kontaktfläche des Metallelements und einer Schwundrichtung sowie der Winkel zwischen der Kontaktfläche des Kunststoffelements und der Schwundrichtung gleich. Dadurch kann der Kontaktbereich zwischen dem Metallelement und dem Kunststoffelement nicht nur als Linie, sondern als Fläche ausgebildet werden.
Das Verbundteil ist vorzugsweise ein Zahnrad, wobei das Kunststoffelement im Inneren des Zahnrades angeordnet ist und eine Durchgangsöffnung zur Aufnahme einer Welle o.a. aufweist. Um eine drehfeste Verbindung zwischen der Durchgangsöffnung und der Welle zu ermöglichen, ist die DurchgangsÖffnung beispielsweise als Vierkant ausgebildet oder eine Innenverzahnung ist an der Durchgangsöffnung vorgesehen und die Welle ist jeweils entsprechend der Form der Durchgangsöffnung ausgebildet. Um die Welle dabei in die Durchgangsöffnung einführen zu können, ist ein kleines Spiel zwischen beiden Elementen vorzusehen.
Um auch eine spielfreie Verbindung zwischen der Welle und dem Kunststoffelement zu erhalten, weist die Durchgangsöffnung im Kunststoffelement vorzugsweise einen sich in Axialrichtung des Verbundteils verjüngenden Bereich auf.
Weiter bevorzugt weist das Kunststoffelement einen Bund auf, welcher einen größeren Durchmesser als einen Innendurchmesser des Metallelements aufweist. Dadurch kann eine Axialsicherung des Kunststoffelements am Metallelement erhalten werden.
Vorzugsweise ist der Kontaktbereich zwischen dem Metallelement und dem Kunststoffelement durch jeweils zwei einander gegenüberliegende und aufeinander zulaufende Bereiche gebildet. Die beiden aufeinander zulaufenden Bereiche weisen dabei besonders bevorzugt den gleichen Winkel relativ zu einer Schwundrichtung des Kunststoffelements auf, wobei lediglich die Vorzeichen der Winkel unterschiedlich sind.
Besonders bevorzugt ist das Metallelement des Verbundteils mittels Sintern hergestellt und das Kunststoffelement wird mittels Spritzgießen an das Metallelement angespritzt. Ein erfindungsgemäßes Verbundteil wird vorzugsweise in einer elektrischen Maschine, insbesondere am Abtrieb, als Zahnrad verwendet. Dadurch kann eine große Variantenvielfalt mittels des erfindungsgemäßen Verbundteils erhalten werden, da lediglich an ein vorgegebenes standardisiertes Metallelement ein jeweils unterschiedliches Kunststoffelement angespritzt werden kann, welches entsprechend einer Abtriebswelle ausgebildet sein kann. Dies kann beispielsweise einfach durch Wechseleinsätze in dem Kunststoff-Spritzwerkzeug unter Verwendung des gleichen Einlegeteils aus Metall realisiert werden. Durch die Verwendung des Kunststoffes kann weiterhin das Geräuschniveau am Abtriebsbereich der elektrischen Maschine verbessert werden. Die elektrische Maschine ist besonders bevorzugt ein Elektromotor, welcher in einem Fahrzeug verwendet wird. Beispielsweise können derartige Elektromotoren in Fahrzeugen zur Verstellung von Sitzen und/oder Lehnen und/oder anderen Einrichtungen im Innenraum des Fahrzeugs verwendet werden, bei denen besondere Anforderungen hinsichtlich einer Geräuscharmut des Elektromotors gefordert sind.
Zeichnung
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines als Zahnrad ausgebildeten Verbundteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Figur 2 eine detaillierte Schnittansicht des in Figur 1 gezeigten Zahnrades, Figur 3 eine Seitenansicht des Verbundteils von links in Figur 2 und
Figur 4 eine Teilschnittansicht entlang der Linie C-C in Figur 2.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Wie insbesondere in Figur 1 gezeigt, umfasst ein erfindungsgemäßes Verbundteil 1 ein Metallelement 2 und ein Kunststoffelement 3. Das Kunststoffelement 3 ist dabei im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet und in einer Durchgangsöffnung des Metallelements 2 angeordnet. Im Kunststoffelement 3 ist weiter eine Durchgangsöffnung 4 vorgesehen, welche in diesem Ausführungsbeispiel einen
Querschnitt in Form eines Vierkants (vgl. Figuren 3 und 4) aufweist. An einem äußeren Umfang des Metallelements 2 ist eine Verzahnung 5 vorgesehen, so dass es sich bei dem im Ausführungsbeispiel dargestellten Verbundteil 1 um ein Zahnrad für einen Elektromotor handelt. In die
Durchgangsöffnung 4 des Kunststoffelements 3 kann dabei eine Welle 6 eingeführt werden (vgl. Figur 2), über welche die Leistung des Elektromotors abgegeben werden kann.
Erfindungsgemäß ist nun zwischen dem Metallelement 2 und dem Kunststoffelement 3 eine spielfreie Verbindung ausgebildet, welche insbesondere einen Schwund des Kunststoffelements nach dem Spritzgießen an das Metallelement 2 ausgleichen kann. In den Figuren 2, 3 und 4 ist der Schwund zur besseren Darstellung der Erfindung übertrieben dargestellt. Figur 2 ist dabei ein Schnitt entlang der Linie A-A von Figur 3. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, tritt der Schwund zwischen dem Metallelement 2 und dem Kunststoffelement in Radialrichtung R, in axialer Richtung A und in tangentialer Richtung bzw. Umfangsrichtung T auf. Wie in Figur 2 gezeigt, ergibt sich hierdurch entlang des Außenumfangs des Kunststoffelements 3 ein Schwund SR sowie in axialer Richtung ein Schwund SA. Wie in Figur 2 gezeigt, tritt der Schwund SA sowohl an der linken als auch an der rechten Seite des Kunststoffelements 3 auf. Durch den radialen Schwund SR existiert somit ein Ringspalt zwischen dem Metallelement 2 und dem KunstStoffelement 3, aufgrund dessen es im Stand der Technik zu einer Geräuschentwicklung im Betrieb kommen kann. Weiterhin kann es im Stand der Technik aufgrund des axialen Schwundes zu Spannungen im Kunststoffelement kommen, da sich das Kunststoffelement in Axialrichtung zusammenzieht und somit eine Spannung zwischen seinen axialen Haltepunkten auftritt. Der tangentische Schwund ST ist in den Figuren 3 und 4 erkennbar.
Erfindungsgemäß sind daher Kontaktflächen am Metallelement 2 und am Kunststoffelement 3 vorgesehen, welche in einem Winkel zu wenigstens einer Schwundrichtung R, A und T angeordnet sind. Im linken Teil von Figur 2 ist der
Kontaktbereich K zwischen dem Metallelement 2 und dem Kunststoffelement 3 dargestellt. Hierbei ist am Metallelement 2 eine Kontaktfläche 8a vorgesehen, welche in einem Winkel α zur axialen Schwundrichtung A angeordnet ist. Am Kunststoffelement 3 ist ebenfalls eine Fläche 3c an einem axialen Ende angeordnet, welche aufgrund des Schwundes in einem etwas größeren Winkel als der Winkel α zur axialen Schwundrichtung A angeordnet ist (vgl. Figur 2). Es sei angemerkt, dass nach dem Spritzen zunächst der Winkel des Metallelements und der Winkel des Kunststoffelements gleich sind, da sich der Kunststoff zunächst beim Spritzen direkt an die Metallkontur anlegt. Der größere Winkel ergibt sich aus dem Schwund des Kunststoffelements . Dadurch ergibt sich ein Kontaktbereich K zwischen dem Metallelement und dem Kunststoffelement. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, ergeben sich vier bogenförmige Kontaktbereiche K. Es sei angemerkt, dass die Fläche 8a und 3c auch kegelförmige Flächen sein können, sodass der Kontaktbereich ein Kreis wäre. Durch diese Maßnahme kann somit verhindert werden, dass bei
Auftreten von Schwund am Kunststoffelement 3 ein Klappern oder ähnliche Geräusche zwischen dem Kunststoffelement 3 und dem Metallelement 2 auftreten, da der Schwund dadurch kompensiert wird, dass der Kontaktbereich K entsprechend dem Schwund in Axialrichtung A weiter innen im Verbundteil liegt.
An dem in Figur 2 gezeigten rechten Ende des Kunststoffelements 3 sind an dem zylinderringförmigen Hauptbereich 3a vorstehende Bereiche 3b ausgebildet. Diese
Bereiche 3b dienen als Axialsicherung des Kunststoffelements am Metallelement. Die vorstehenden Bereiche 3b sind dabei in im Metallelement 2 gebildeten Ausnehmungen 7 angeordnet. In Figur 4 ist diese Axialsicherung im Detail an einem vorstehenden Bereich 3b dargestellt. Figur 4 zeigt eine Teilschnittansicht entlang der Linie C-C von Figur 2. Insgesamt sind vier vorstehende Bereiche 3b vorgesehen, welche jeweils in entsprechend gebildete Ausnehmungen 7 eingefügt sind. Die Ausnehmungen 7 weisen dabei an ihren Enden in Umfangsrichtung Kontaktflächen 7a und 7b auf, welche in einem Winkel ß zur radialen Schwundrichtung R angeordnet sind (vgl. Figur 4) . An den vorstehenden Bereichen 3b sind ebenfalls Kontaktflächen 3f und 3g vorgesehen, welche aufgrund des Schwundes in einem etwas größeren Winkel als der Winkel ß zur radialen
Schwundrichtung R angeordnet sind. Die Flächen 7a und 7b bzw. 3f und 3g laufen dabei konisch aufeinander zu. Wenn nun nach dem Aushärten des Kunststoffs ein Schwund in Radialrichtung R und/oder in Tangentialrichtung T auftritt, wird ein Kontaktbereich K zwischen den Flächen 7a und 3g bzw. 7b und 3f weiter in Richtung der Mitte des Kunststoffelements 3 gelegt, so dass kein Spiel zwischen den beiden Elementen 2 und 3 vorhanden ist. Dadurch hat der am Kunststoffelement 3 auftretende Schwund keine Auswirkungen auf die Verbindung zwischen dem Metallelement 2 und dem Kunststoffelement 3. Der Schwund in Tangentialrichtung kann in Figur 4 anhand der Breite bM der Aussparung im
Metallelement und der Breite bk des Kunststoffelements nach dem Schwund erkannt werden. In Figur 4 ist der Schwund SR gegenüber der Länge X3 der Kontaktflächen 3f, 3g bzw. 7a, 7b des Kunststoff- bzw. Metallelements eingezeichnet. Hierbei muss die Länge X3 immer größer als der maximale auftretende Schwund sein, um einen Kontaktbereich zwischen dem Kunststoffelement 3 und dem Metallelement 2 sicherzustellen.
Figur 3 zeigt eine linke Seitenansicht des Verbundteils 1 aus Figur 2. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, sind ebenfalls vier vorstehende Bereiche mit Kontaktflächen 3c vorgesehen, um einen eventuell auftretenden Schwund am Kunststoffelement 3 auszugleichen. Die vorstehenden Bereiche des Kunststoffelements 3 sind in Ausnehmungen 8 des Metallelements 2 angeordnet. Hierbei ist zwischen einer
Radialrichtung R und den sich verjüngenden Bereichen 8b und 8c ein Winkel δ vorgesehen. Der Schwund SR in Radialrichtung ist dabei wieder kleiner als eine Länge X2 der Flächen 8b und 8c in Radialrichtung. Der Schwund ST in Tangentialrichtung kann anhand der maximalen Breite bM des Metallteils relativ zur Breite bκ des ausgehärteten Kunststoffelements 3 erkannt werden. Somit können die vier am Kunststoffelement 3 gebildeten Vorsprünge einen Schwund in Radialrichtung R, Axialrichtung A und Tangentialrichtung T ausgleichen, die jeweils drei Flächen 8a, 8b, 8c bzw. 3c, 3d, 3e vorgesehen sind.
Durch das erfindungsgemäße Verbundteil kann somit ein spielfreier Schwundausgleich zwischen dem Metall- und dem Kunststoffelement realisiert werden. Durch die Wahl der unterschiedlichen Winkel der Kontaktflächen des Metallelements bzw. des Kunststoffelements relativ zu einer Schwundrichtung ergeben sich somit linienförmige Kontaktbereiche K. Hierdurch können auch noch die
Dämpfungseigenschaf en des Verbundelements insbesondere bei extremen Lasten, wie z.B. harten Anschlägen im System, verbessert werden, da eine kleine Relativbewegung zwischen dem Kunststoffelement und dem Metallelement möglich ist. Der Winkel α, welcher die Neigung der Kontaktfläche 8a relativ zur axialen Schwundrichtung A definiert, kann dabei wie folgt bestimmt werden:
tanα > dl - (dl -dY) ' 2 - SA
wobei dl der Durchmesser des Kunststoffteiles vor dem Schwund ist, dl' der Durchmesser des Kunststoffteils nach dem Schwund ist und SA der Schwund des Kunststoffteils in axialer Richtung ist.
In entsprechender Weise können auch die anderen Winkel ß und δ bestimmt werden.
Da in diesem Ausführungsbeispiel die Winkel der Kontaktflächen des Metallelements unterschiedlich zu denen des KunstStoffelements sind, ergeben sich immer linienförmige Kontaktbereiche K. In diesem Ausführungsbeispiel sind weiterhin noch konische flächen 4a an der Durchgangsöffnung 4 gebildet. Da es sich bei der Welle 6 um eine Vierkantwelle handelt, sind dementsprechend vier zur Axialrichtung A geneigte Flächen 4a 5 vorgesehen. Am Ende der Welle 6 sind ebenfalls vier zur Axialrichtung A geneigte Flächen 6b vorgesehen, welche am Ende des Hauptbereichs 6a der Welle 6 ausgebildet sind. Dadurch kann weiterhin eine spielfreie Verbindung zwischen der Welle 6 und dem Kunststoffelement 3 erhalten werden.
L0 Zwischen der Fläche 4a und der Axialrichtung A ist dabei ein Winkel δ ausgebildet und der Winkel zwischen der Fläche 6b der Welle und der Axialrichtung ist wieder etwas größer ausgebildet, so dass sich wieder linienförmige Kontaktbereiche zwischen der Welle 6 und dem
L5 Kunststoffelement 3 ergeben.
Es sei weiterhin angemerkt, dass es auch möglich ist, den in Figur 2 auf der linken Seite dargestellten Kontaktbereich auch am anderen Ende des Verbundteiles anstelle der
10 Ausnehmung 7 und des vorstehenden Elements 3b vorzusehen. Da das Metallelement 2 vorzugsweise jedoch im Sinterverfahren hergestellt wird, ist es fertigungstechnisch vorteilhaft, wenn die konischen Bereiche nur an einem Ende des Verbundteils angebracht werden und am andere Ende der in
-5 Figur 2 an der rechten Seite gezeigte Bereich zur axialen Sicherung vorgesehen wird. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verbundteil besonders kostengünstig ohne Nacharbeiten hergestellt werden.

Claims

Ansprüche
1. Verbundteil, umfassend ein Metallelement (2) und ein Kunststoffelement (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Metallelement (2) eine Kontaktfläche (8a, 8b, 8c) aufweist und das Kunststoffelement (3) eine Kontaktfläche (3c, 3d, 3e) aufweist, wobei die Kontaktflächen des Metallelements und des Kunststoffelements einander gegenüberliegen und einen Kontaktbereich (K) zwischen dem Metallelement und dem Kunststoffelement bilden, und wobei die Kontaktfläche (8a, 8b, 8c) des Metallelements und die Kontaktfläche (3c, 3d, 3e) des Kunststoffelements in einem Winkel (α, ß, δ) zu wenigstens einer Schwundrichtung (R, A, T) des Kunststoffelements angeordnet sind.
2. Verbundteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kontaktbereich (K) zwischen dem Metallelement (2) und dem Kunststoffelement 3 durch sich verjüngende Bereiche am Metallelement (2) und am Kunststoffelement (3) gebildet ist.
3. Verbundteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallelement (2) und das Kunststoffelement (3) jeweils mindestens eine Kontaktfläche in einem Winkel (α, ß, δ) zur radialen, axialen und tangentialen Richtung (R, A, T) des Verbundteils aufweisen.
4. Verbundteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α, ß, δ) der Kontaktfläche des Metallelements (2) und der Winkel der Kontaktfläche des Kunststoffelements (3) gleich ist.
5. Verbundteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffelement (3) innerhalb des Metallelements (2) angeordnet ist und eine Durchgangsöffnung (4) zur Aufnahme einer Welle (6) aufweist.
Verbundteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (4) am Kunststoffelement (3) einen sich in Axialrichtung des Verbundteils verjüngenden Bereich (4a) aufweist.
7. Verbundteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffelement (3) einen vorstehenden Bereich (3b) für eine Axialsicherung im Metallelement aufweist, wobei der vorstehende Bereich (3b) einen größeren Durchmesser als ein Innendurchmesser des Metallelements (2) aufweist.
8. Verbundteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (K) zwischen dem Metallelement (2) und dem Kunststoffelement (3) durch zwei einander gegenüberliegende und aufeinander zulaufende Bereiche gebildet ist.
9. Verbundteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundteil ein Zahnrad ist.
10. Elektrische Maschine, umfassend ein Verbundteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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