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Die
Erfindung betrifft eine Lagerscheibe mit einem Boden und einem vorstehenden
Rand. Derartige Lagerscheiben werden für vielfältigste Zwecke, etwa im Fahrzeugbau,
eingesetzt. Die Lagerscheiben dienen der Aufnahme oder Halterung
von Teilen und finden beispielsweise bei Schwingungsdämpfern in
Kraftfahrzeugen Anwendung.
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Derartige
Lagerscheiben werden üblicherweise
spanabhebend durch Drehen aus scheibenförmigen Rohlingen hergestellt.
Bei größeren Stückzahlen
können
auch Schmiedeverfahren oder Gussverfahren zum Einsatz kommen.
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Aus
der
DE 100 20 176
C2 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Nabe aus einem
Blech bekannt, bei dem eine Ronde ausgestanzt wird, ein Rand der Ronde
hochgestellt und ein Innenraum umgrenzt wird und der hochgestellte
Rand axial gestaucht sowie dabei eine Kontur des Innenraumes geformt
wird.
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Dieses
Verfahren ist sehr gut zur Herstellung von Scheiben mit verdickten
Naben geeignet.
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Aus
der
DE 25 40 793 C2 geht
ein Verfahren zur Herstellung eines Laufringes für ein Axialdrucklager hervor.
Aus einem Blech wird eine Ronde ausgestanzt, bei welcher ein axialer
Rand hochgestellt wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum einen eine Lagerscheibe
mit verbesserten mechanischen Eigenschaften anzugeben und zum anderen
ein effizientes Herstellungsverfahren für eine solche Scheibe zu schaffen.
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Die
Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 sowie durch eine Lagerscheibe mit den Merkmalen des
Anspruchs 8 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung einer Lagerscheibe, insbesondere für ein Dämpfungselement,
aus Blech umfasst folgende Schritte:
- – eine Ronde
wird ausgestanzt,
- – ein
Rand der Ronde wird hochgestellt und ein Innenraum wird umgrenzt
und
- – der
hochgestellte Rand wird axial gestaucht und dabei wird die Kontur
des Innenraumes geformt.
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Eine
Lagerscheibe kann so in besonders kostengünstiger Weise aus einem Blech
durch Kaltumformung hergestellt werden. Die mit erheblichen Energiekosten
verbundene Wärmeeinbringung wie
beim Gießen
oder Schmieden ist hier nicht erforderlich. Ein Kaltumformen aus
Blech ist zudem aufgrund fehlender Aufwärm- und Abkühlzeiten sowie aufgrund fehlender
Wärmeschrumpfung
schneller und maßgenauer.
Gegenüber
einem spanabhebenden Drehen einer Scheibe ist das Kaltumformen ebenfalls
schneller und Material sparender.
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Zudem
führt die
Kaltumformung zu einer Kaltverfestigung des Stahlmateriales, so
dass bei vorgegebenen Festigkeitseigenschaften eine Lagerscheibe
mit geringerer Wanddicke gefertigt werden kann. Dies führt auch
zu einem geringeren Gewicht, was insbesondere im Fahrzeugbau vorteilhaft
ist.
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Insbesondere
durch das nachträgliche
axiale Stauchen des hochgestellten Randes kann eine definierte Kontur
des Innenraumes, insbesondere des Eckbereiches, ausgeformt werden.
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Nach
der Erfindung ist es vorgesehen, dass beim axialen Stauchen des
Randes in einem Eckbereich des Innenraumes zwischen Rand und einem Boden
eine Falzfuge gebildet wird. Diese Falzfuge zieht sich ringförmig entlang
dem Eckbereich zwischen dem Boden und dem hochgestellten und teilweise
rückgestauchten
Rand. Diese Fuge stellt eine definierte Schwächung des Übergangsbereichs zwischen Boden
und vorstehendem Rand dar, so dass insbesondere in radialer Richtung
eine grö ßere Auslenkbarkeit
des hochgestellten Randes möglich
ist. Gleichzeitig wird trotz der Falzfuge das Dauerfestigkeitsverhalten
nicht wesentlich geschwächt,
da durch die Rückstauchung
des hochgestellten Randes in den Boden in diesem Eckbereich ein
erhöhter
Umformgrad und damit eine erhöhte
Kaltverfestigung im Materialgefüge
erreicht wird. Zudem führt
die Falzfuge zu einer Reibungsfläche
zwischen dem Boden und dem hochgestellten Rand, was in Kombination mit
den vorgenannten Eigenschaften zu einer erhöhten Schwingungsdämpfungseigenschaft
der Lagerscheibe führt.
Dies ist insbesondere beim Einsatz in Dämpfungselementen oder bei Auflagern
von Vorteil, bei welchen eine Schwingungsübertragung verhindert oder
zumindest weitgehend gedämpft
werden soll.
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Für eine verbesserte
Materialverteilung in dem hochgestellten Rand ist es nach der Erfindung vorgesehen,
dass vor dem Hochstellen des Randes an zumindest eine Randkante
der Ronde eine Fase angedrückt
wird. Dies kann ein vorgegebener Radius oder eine 45° Anwinkelung
sein.
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Eine
weitere Ausführungsform
nach der Erfindung besteht darin, dass ein Mittenloch ausgestanzt
wird. Im Gegensatz zu den anderen Herstellungsverfahren kann ein
Mittenloch so in einem Bruchteil einer Sekunde und mit hoher Maßhaltigkeit hergestellt
werden.
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Dabei
ist es nach der Erfindung weiterhin vorteilhaft, dass zum Bilden
einer Fase an dem Mittenloch vor dem Ausstanzen eine Vertiefung
mit Anschrägung
in einen Boden der Scheibe eingedrückt wird. Dieses Eindrücken kann
durch ein entsprechendes Prägewerkzeug
durchgeführt
werden.
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Abhängig von
dem vorgegebenen Einsatzzweck ist es erfindungsgemäß, dass
nach dem Ausstanzen des Mittenloches ein Entgraten erfolgt. Das Entgraten
kann dabei ebenfalls mittels eines Pressenwerkzeuges in einem Pressenhub
mittels eines Entgratungswerkzeuges durchgeführt werden.
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Eine
besonders hohe Maßhaltigkeit
wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass zwischen dem Formen
des Innenraumes und dem Ausstanzen des Mittenlochs ein Kalibrieren
der Kontur des Innenraumes erfolgt. Hierdurch wird in einem oder
mehreren Arbeitsschritten das Formen des Innenraumes kalibrierend
durchgeführt,
so dass auch bei Schwankungen innerhalb des Blechmateriales eine
hohe Maßhaltigkeit
gewährleistet
ist.
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Eine
besonders wirtschaftliche Durchführung des
Verfahrens wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass das Blech
von einem Coil abgespult wird und dass die einzelnen Arbeitsschritte
auf einer Presse mit einem Transferwerkzeug ausgeführt werden. Hierbei
sind in einer einzigen Presse verschiedene Werkzeuge zum Biegen,
Stanzen, Prägen,
zur Durchführung
der einzelnen Arbeitsschritte nebeneinander angeordnet und als ein
Transferwerkzeug verbunden. Das Transferwerkzeug stellt eine zuverlässige Weitergabe
des Werkstückes,
ausgehend vom Coil, über
die einzelnen Arbeitsstationen bis zur Abgabestation der fertigen
Lagerscheibe sicher. Aufwendige Einspann-, Positionier- und Einrichtungszeiten
werden hierbei eingespart oder zumindest auf ein Mindestmaß gesenkt.
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Weiterhin
betrifft die Erfindung eine Lagerscheibe, welche spanlos aus einer
Blechronde geformt ist, und einen Boden und einen hochgestellten Rand
aufweist, welcher einen Innenraum umgrenzt, wobei durch Stauchen
des Randes ein definierter Eckbereich des Innenraumes zwischen Boden
und Rand gebildet ist.
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Wie
bereits dargelegt, kann diese Lagerscheibe mit guten Festigkeits-
und Dämpfungseigenschaften
schnell und kostengünstig gefertigt
werden. Durch das Rückstauchen
des Randes nach dem Umlegen oder Hochstellen kann insbesondere ein
definierter Eckbereich mit kleinem Eckradius erzeugt werden.
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Insbesondere
die Dämpfungseigenschaften der
Lagerscheibe werden erfindungsgemäß dadurch erhöht, dass
der definierte Eckbereich des Innenraumes eine Falzfuge aufweist.
Die Falzfuge kann sich über
5 bis 90% der Wanddicke in Richtung auf den Boden erstrecken. Die
Falzfuge ist dabei so ausgebildet, dass die beiden Fugenwände im Wesentlichen auf
Stoß aneinander
liegen, so dass sich eine erhöhte
Reibung und damit eine verbesserte Schwingungsdämpfung bei Schwingungsbeaufschlagung ergibt.
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Für Verbesserungen
der Schwingungseigenschaften ist es weiterhin erfindungsgemäß, dass
zumindest entlang des Eckbereiches eine Gummierung aufgebracht ist.
Die Gummierung erhöht
weiterhin die Dämpfung
und verhindert Eindringen korosiver Stoffe in die Falzfuge. Bevorzugt
ist praktisch die gesamte Lagerscheibe mit einer Gummierung überzogen,
wobei die Lagerscheibe insgesamt von einer Gummimasse umgossen sein
kann.
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Bevorzugt
ist die Lagerscheibe mindestens ein Bauteil eines Dämpfungselementes,
insbesondere eines Schwingungsdämpfers.
Derartige Schwingungsdämpfer
werden etwa im Fahrwerksbereich eines Kraftfahrzeuges eingesetzt.
Ein derartiges Dämpfungselement
weist als Grundelemente ein Zylindergehäuse und ein darin verschiebbar
gelagertes Kolbenelement mit Kolbenstange auf. Die erfindungsgemäß ausgebildete
Lagerscheibe kann dabei an verschiedensten Stellen dieses Dämpfungselementes
zum Einsatz kommen und die Gesamtwirkung des Schwingungsdämpfers durch
das verbesserte Dämpfungsverhaltens
der Scheibe positiv beeinflussen.
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Die
Lagerscheibe kann beispielsweise am Kolbenelement innerhalb des
Zylindergehäuses
befestigt sein oder etwa als Prallscheibe im Zylindergehäuse dienen
oder an der Außenseite
des Gehäuses oder
des Kolbenelementes zur Befestigung und Lagerung des Schwingungsdämpfungselementes
am Fahrzeug dienen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert, welche
schematisch in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
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1 Querschnittsansichten
des Werkstücks
nach einzelnen Verfahrensschritten;
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2 die
jeweiligen Draufsichten auf das Werkstück nach den einzelnen Verfahrensschritten gemäß den zugehörigen Querschnittsansichten
von 1; und
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3 eine
vergrößerte schematisierte
Querschnittsansicht einer erfindungsgemäß bearbeiteten Lagerscheibe.
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Ein
erstes erfindungsgemäßes Verfahren
ist in den 1 und 2 in den
einzelnen Darstellungen OP 1 bis OP 8 dargestellt. In den Darstellungen OP
9 und OP 10 sind alternative Verfahrensschritte gezeigt, welche
alternativ ab dem Verfahrensschritt OP 5 durchgeführt werden
können.
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Aus
einem nicht dargestellten Blechband wird in einem ersten Verfahrensschritt
eine kreisförmige
Ronde 12, auch Platine genannt, ausgestanzt. Die Ronde 12 kann
jedoch auch eine von der Kreisform abweichende Form aufweisen. Bei
dem dargestellten, bevorzugten Verfahren wird an der oberen Randkante
der Ronde 12 eine Fase 20 angedrückt. Diese
dient der besseren Materialverteilung eines vorstehenden Randes 14,
welcher im darauf folgenden Verfahrensschritt durch ein Umbiegen
oder Hochstellen des Randes der Ronde 12 erzeugt wird. Der
hochgestellte Rand 14 verläuft entlang eines kreisförmigen Bodens 16 und
umgrenzt seitlich einen nach unten offenen Innenraum 18.
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Beim
Hochstellen des Randes 14 durch Biegen oder Ziehen ergibt
sich in einem Eckbereich 22 zunächst ein relativ großer Biege- oder Ziehradius. Ohne
spanabhebende Bearbeitung wird dieser Eckbereich 22 durch
axiales Stauchen des hochgestellten Randes 14 entgegen
der Stanzrichtung P auf den Boden 18 definiert rückgestellt.
Hierbei kann eine definierte Kontur des Innenraumes 18 mit
einem scharfkantigeren Eckbereich 22 ausgeformt werden.
Weiterhin kann dabei eine gewünschte
Kontur einer Vorderkante 15 am Rand 14 eingestellt
werden. Durch weitgehendes Wiederholen dieses Umformschrittes mittels
eines Kalibierwerkzeuges kann eine Kontur des Innenraumes 18 besonders
genau ausgeformt werden. Anschließend kann ein Mittenloch 26 mit
einer gewünschten
Kontur in den Boden 16 eingestanzt werden. Falls notwendig
kann in einem weiteren Pressenschritt ein Entgraten der Randkanten
des gestanzten Mittenloches 26 erfolgen. Auf diese Weise
kann eine Lagerscheibe 10 durch Umformung, insbesondere
eine Kaltumformung, erstellt werden, welche dann aus dem Transferwerkzeug
einer Presse abgeführt
wird.
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Alternativ
zu der beschriebenen Herstellung des Mittenloches 26 kann
gemäß dem Verfahrschritt OP
9 zunächst
in die Rückseite
des Bodens 16 eine Vertiefung 30 mit einer seitlichen
Anschrägung
eingeprägt
oder angedrückt
werden. In einem darauffolgenden Schritt kann der verschobene Mittenbereich 32 ausgestanzt
werden. So kann ein Mittenloch 26 mit einer Lochfase 28 erzeugt
werden, welche im Wesentlichen der Anschrägung der vorausgegangenen Vertiefung 30 entspricht.
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Eine
vergrößerte Darstellung
einer erfindungsgemäßen Lagerscheibe 10 mit
Boden 16 und einem etwa rechtwinklig hochgestellten Rand 14 ist
in 3 gezeigt. Insbesondere ist dieser Figur eine
erfindungsgemäß erzeugte
Falzfuge 24 zu entnehmen, welche sich etwa ringförmig entlang
des Eckbereiches 22 in den Bereich des Bodens 16 hineinerstreckt.
Die Falzfuge 24 entsteht beim axialen Rückstauchen des hochgestellten
Randes 14 in Richtung auf den Boden 16. Durch
die dabei erzeugte Materialverschiebung entstehen aneinander liegende
freie Oberflächen,
welche zu einer erhöhten
inneren Reibung bei einer Schwingungsbeaufschlagung der Lagerscheibe 10 führen. Die
dargestellte Falzfuge 24 erstreckt sich etwa bis in den
Mittenbereich des Bodens 16 hinein.
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Die
Falzfuge 24 bewirkt einerseits eine verbesserte, insbesondere
radiale Auslenkbarkeit des Randes 14. Gleichzeitig führt dies
in Kombination mit der erhöhten
Oberflächenreibung
entlang der Falzfuge 24 zu einer gegenüber einem massiven Teil verbesserten
Dämpfungseigenschaft.
Die Falzfuge 24, welche sogar kleinere Risse im Materialgefüge mit aufweisen
kann, führt
jedoch zu keiner wesentlichen Schwächung der Bauteilfestigkeit,
da im Eckbereich 22 aufgrund der Rückstauchung ein höherer Umformgrad
und damit eine höhere
Kaltverfestigung des Materialgefüges
erreicht wird. Zudem wird anders als bei einer schneidenden oder
spanenden Einbringung einer Eckfuge der Faserverlauf im umgeformten
Material nicht oder nicht nennenswert beeinträchtigt oder angeschnitten.
Dies wirkt sich günstig
auf die Dauerfestigkeit der Lagerscheibe 10 aus.