DE102011102001A1

DE102011102001A1 - Schwungscheibe

Info

Publication number: DE102011102001A1
Application number: DE201110102001
Authority: DE
Inventors: Rafael Tworuschka
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2012-01-12

Abstract

Bei einer Schwungscheibe mit einem Schwungrad, an dem ein Geberring angeordnet ist, wird eine kostengünstigere Fertigung ermöglicht, indem das Schwungrad eine umlaufende Stufe aufweist, die einen Sitz für den Geberring bildet, wobei die axiale Tiefe der Stufe größer ist als die axiale Dicke des Gebe der Geberring an der Stufe an mehreren Stellen verstemmt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schwungscheibe mit einem Schwungrad, an dem ein Geberring angeordnet ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schwungscheibe.
Schwungscheiben bei Verbrennungsmotoren, dies betrifft auch Primärmassen von Zweimassenschwungrädern, werden häufig mit einem Geberring versehen. Der Geberring umfasst eine Vielzahl von Markierungen, die es erlauben die Stellung der Schwungscheibe und damit der Kurbelwelle mittels eines optischen, induktiven oder kapazitiven Sensors zu erfassen.
Im Stand der Technik wird zur Befestigung des Geberringes an dem Schwungrad der Geberring mit dem Schwungrad vernietet oder verschweißt. Das Vernieten erfordert einen großen axialen Bauraum durch die überstehenden Nietköpfe, das Schweißen ist vergleichsweise teuer und der Geberring verzieht sich durch den hohen Wärmeeintrag.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine kostengünstigere Verbindung des Geberringes an dem Schwungrad bereitzustellen. Zudem soll das Verziehen des Geberringes verringert oder verhindert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schwungscheibe mit einem Schwungrad, an dem ein Geberring angeordnet ist, wobei das Schwungrad eine umlaufende Stufe aufweist, die einen Sitz für den Geberring bildet, wobei die axiale Tiefe der Stufe größer ist als die axiale Dicke des Geberringes an der Stufe, und wobei das Schwungrad und der Geberring an der Stufe an mehreren Stellen verstemmt sind.
Unter Verstemmen wird hier verstanden, das Material des Schwungrades so zu verformen, dass dieses plastisch in radialer Richtung über den Geberring fließt. Verstemmen bezeichnet das Herstellen einer kraft- und formschlüssigen Verbindung zwischen zwei einzelnen Werkstücken durch plastisches Verformen. Die Verformung des Randbereiches zumindest eines der Teile erfolgt in einer Weise, dass sie sich unlösbar ineinander verkeilen.
Der Geberring wird also an einzelner Stellen plastisch so verformt, dass eine formschlüssige Verbindung in axialer Richtung zwischen Geberring und Schwungrad hergestellt wird. Das Verstemmen oder die Herstellung der Verstemmung erfolgt üblicherweise mittels eines Stempels als Werkzeug, mit dem durch hohen Druck eine entsprechende plastische Verformung hergestellt wird. Die verstemmten Stellen sind vorzugsweise kreisringförmig, können aber auch andere Geometrien aufweisen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Geberring einen Lochscheibenteil umfasst, der mit einem Innendurchmesser an der Stufe anliegt. Unter Lochscheibenteil wird hier insbesondere ein scheibenförmiges Teil des Geberrings verstanden, der eine kreisrunde Öffnung mit einem Innendurchmesser aufweist. Der radial äußere Bereich des Lochscheibenteils trägt die Geberelemente und ist als einhüllende Kurve ebenfalls kreisförmig. Die Stufe bildet eine zylinderförmige Anlagefläche, an der der zylinderförmige Innendurchmesser des Ringscheibenteils anliegt. Der Ringscheibenteil bildet mit der Stufe vorzugsweise eine Presspassung nach Art eines Schrumpfsitzes, sodass der Innendurchmesser mit dem Schrumpfsitz an der Stufe anliegt. Der Schrumpfsitz wird hergestellt durch Aufschrumpfen des Geberringes an dem Schwungrad. Dazu wird der Geberring erwärmt, sodass der sich Innendurchmesser vergrößert und größer ist als der Außendurchmesser der Stufe bzw. der zylinderförmigen Anlagefläche. Nach dem Abkühlen des Geberringes zieht sich dieser zusammen und die Presspassung zwischen Geberring und Schwungrad ist hergestellt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schwungrad an der Stufe einen Freistich aufweist. Der Freistich verringert die an der Stufe auftretenden Spannungen und ermöglicht es, den Innendurchmesser des Geberringes nach dessen Formung durch Stanzbiegen unbearbeitet zu lassen, also insbesondere beispielsweise keine Schrägen vorsehen zu müssen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Geberring eine Vielzahl in radialer Richtung zu einem hohlzylindrischen Teil des Schwungrades hin gebogene Geberelemente umfasst. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Geberelemente eine Anlagefläche umfassen, die sich an einer umlaufenden Stufe des Schwungrades abstützen. Die Stufe wird gebildet durch einen umlaufenden Teil mit gegenüber dem hohlzylindrischen Teil verringertem Durchmesser.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die verstemmten Stellen kreisförmig sind. Die verstemmten Stellen (Verstemmungen) können alternativ auch andere Geometrien aufweisen. Kreisförmige Verstemmungen sind jedoch kostengünstig mit einem recht einfachen herstellbaren zylindrischen Werkzeug zu fertigen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die verstemmten Stellen über den Umfang der Stufe verteilt angeordnet sind. Dabei können die verstemmten Stellen gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sein, es können aber auch ungleichmäßig verteilte Verstemmungen vorgesehen sein. Die Anzahl der Verstemmungen richtet sich nach dem gewünschten Verformungsgrad der Verstemmungen und der gewünschten axialen Belastbarkeit. Beispielsweise können acht bis zwölf Verstemmungen über den Umfang verteilt angeordnet sein.
Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Schwungscheibe mit einem Schwungrad, an dem ein Geberring angeordnet ist, wobei zunächst der Geberring auf das Schwungrad aufgezogen und danach verstemmt wird. Das Aufziehen des Geberringes erfolgt bei warmer Geberring, sodass durch Abkühlen des Geberringes ein Schrumpfsitz erzeugt wird. Das Verstemmen erfolgt mittels einer Werkzeugmaschine wie beispielsweise einer Presse, die entsprechend geformte Stempel in den Außenumfang der in dem Schwungrad angeordneten Stufe eindrückt, sodass Material plastisch radial nach außen über den Geberring gedrückt wird. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Geberring warm auf das Schwungrad aufgezogen wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schwungscheibe in einer räumlichen Darstellung;
2 einen Teilschnitt durch das Ausführungsbeispiel in einer räumlichen Darstellung;
3 das Ausführungsbeispiel im Halbschnitt in einer ersten Fertigungsphase;
4 das Ausführungsbeispiel im Halbschnitt in einer ersten Fertigungsphase.
Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schwungscheibe 1 in einer räumlichen Darstellung. Die Schwungscheibe 1 umfasst im Wesentlichen ein Schwungrad 2 sowie einen Geberring 3. Die 2 zeigt einen Teilschnitt durch die erfindungsgemäße Schwungscheibe 1 in einer räumlichen Darstellung. Das Schwungrad 2 umfasst einen scheibenförmigen Bereich 4. Der scheibenförmige Bereich 5 hat im Wesentlichen die Form einer Lochscheibe. Der scheibenförmiger Bereich 4 ist, wie auch der 3 zu entnehmen ist, mit mehreren in axialer Richtung verlaufenden Prägungen 5, 6 versehen. Unter axialer Richtung wird die Richtung parallel zur Rotationsachse R der Kupplungsscheibe verstanden. Entsprechend ist die radiale Richtung senkrecht zur Rotationsachse R, die Umfangsrichtung ist eine Drehung um die Rotationsachse R.
Durch die Prägungen 5, 6 wird die Dicke des Schwungrades 2 stellenweise bzw. umlaufend erhöht oder verringert, sodass sich Bereiche unterschiedlicher axialer Dicke ergeben. In einem inneren Bereich 7 umfasst das Schwungrad 2 einen Befestigungsflansch 8. Dieser ist mit auf einer Kreislinie angeordneten Befestigungsbohrungen 9 versehen. Außerhalb der Befestigungsbohrungen 9 sind weitere Bohrungen 10 angeordnet. Zwischen den Befestigungsbohrungen 9 sind mehrere Zentrierstifte 11 in weiteren Bohrungen angeordnet. Im radial inneren Bereich des Befestigungsflansches 8 ist das Schwungrad 2 als Zentrierhülse 12 ausgeführt. Mit Hilfe des Befestigungsflansches 8, den Befestigungsbohrungen 9, den Zentrierstiften 11 sowie der Zentrierhülse 12 wird die Schwungscheibe 1 an einer hier nicht dargestellten Kurbelwelle in an sich bekannter Art und Weise befestigt.
Die Befestigung des Geberringes 3 an dem Schwungrad 2 wird nun anhand der 1 und 2 beschrieben. Wie aus 2 zu erkennen ist, weist der scheibenförmige Bereich 4 eine umlaufende Stufe 13 auf. Die umlaufende Stufe 13 bildet eine in axialer Richtung verlaufende zylinderförmige Anlagefläche. Die zylinderförmige Anlagefläche 14 geht über in eine lochscheibenförmige Anlagefläche 15, die in radialer Richtung verläuft. Zwischen der zylinderförmigen Anlagefläche 14 und der lochscheibenförmigen Anlagefläche 15 ist ein Freistich 16 angeordnet. Die zylinderförmige Anlagefläche 14 hat einen Außendurchmesser d, der mit einem Innendurchmesser D des Geberringes 3 eine Presspassung bildet.
Der Geberring 3 umfasst einen Lochscheibenteil 17 mit dem zuvor genannten Innendurchmesser D. Radial nach außen schließen sich an dem Lochscheibenteil 17 eine Vielzahl von Geberelementen 18 an. Die Geberelemente 18 sind drahtförmige bzw. streifenförmige Fahnen, die einstückig mit dem Lochscheibenteil 17 verbunden sind und zunächst in einem ersten Bereich radial nach außen verlaufen, sodann um etwa 90° umgebogen sind und in axialer Richtung verlaufen. An ihrem dem Lochscheibenteil 17 abgewandten Ende sind die Geberelemente 18 mit einer Stufe 19 nach einer Kröpfung versehen, sodass diese eine Anlagefläche 20 bilden. Die Anlagefläche 20 ragt gegenüber dem in axialer Richtung verlaufenden Teil eines jeden Geberelementes 18 in radialer Richtung nach innen hervor und liegt an einem hohlzylindrischen Teil 21 des Schwungrades 2 an. Das hohlzylindrische Teil 21 weist, wie beispielsweise der 3 unmittelbar zu entnehmen ist, einen umlaufenden Teil mit verringertem Durchmesser 22 auf, an dem die Anlageflächen 20 anliegen. Der umlaufende Teil mit verringertem Durchmesser 22 bildet mit dem hohlzylindrischen Teil 21 mit dem größeren Durchmesser eine umlaufende Kante 23. Der Geberring 3 kann beispielsweise durch Stanzbiegen aus einer ebenen Metallplatte hergestellt werden.
Das Lochscheibenteil 17 des Geberrings 3 mit dem Innendurchmesser D hat der zylinderförmigen Anlagenfläche 14 des Schwungrades 2 mit dem Außendurchmesser d eine Presspassung. Diese wird nach Art eines Schrumpfsitzes hergestellt, der Geberring 3 bzw. der Lochscheibenteil 17 des Geberringes 3 wird so stark erwärmt, dass der Innendurchmesser D größer wird als der Außendurchmesser d. Nach Abkühlen des Geberringes 3 hat sich dieser dann wieder so weit verringert, dass eine Presspassung entstanden ist. Die Presspassung sorgt für einen in Umfangsrichtung und in radialer Richtung spielfreien festen Sitz des Geberringes 3 an dem Schwungrad 2. Zudem kann durch die Presspassung ein Schleppmoment zwischen Geberring 3 und Schwungrad 2 zum Beispiel bei einer Drehbeschleunigung übertragen werden. In axialer Richtung ist der Geberring 3 in Richtung auf das Schwungrad 2 zu durch die lochscheibenförmige Anlagefläche 15 festgelegt. In die Gegenrichtung erfolgt die Festlegung nun durch Verstemmungen 24. Die axiale Tiefe der zylinderförmigen Anlagefläche 14 und damit der Stufe 13, diese ist in 3 mit B2 bezeichnet, ist größer als die axiale Dicke B1 des Lochscheibenteils 17. Dadurch ragt die zylinderförmige Anlagefläche 14 über den Lochscheibenteil 17 hinaus, dieser Materialüberschuss in axialer Richtung ist in 3 mit dem Maß c bezeichnet.
Mit Hilfe dieses Materialüberschusses werden nun wie nachfolgend dargestellt die Verstemmungen 24 hergestellt. Wie beispielsweise aus 1 oder 2 ersichtlich ist, handelt es sich bei den Verstemmungen 24 um Einprägungen in den scheibenförmigen Bereich 4 des Schwungrades 2 im Bereich des Außendurchmessers b der Stufe 13. Die Einprägungen sind kreisrund, wobei der Mittelpunkt dieser Kreisfläche in etwa an der Kante der Stufe 13, sprich dem Außendurchmesser der zylinderförmigen Anlagefläche 14 gelegen ist. Dadurch wird Material des scheibenförmigen Bereiches 4 radial nach außen gedrückt und schiebt sich über den Lochscheibenteil 17. Auf diese Weise wird auch in die zweite axiale Richtung eine formschlüssige Festlegung des Geberringes an dem Schwungrad 2 bewirkt. Im Bereich der Verstemmungen wird also das Material des Schwungrades 2 plastisch so verformt, dass dieses radial nach außen über den Geberring 3 fließt.
Die 3 und 4 zeigen die Herstellung der Verstemmungen 24. In 3 ist der Geberring 3 bereits aus Schwungrad 2 aufgezogen, dies erfolgt wie zuvor dargestellt durch Erwärmen des Geberringes 3 und anschließendes Aufziehen des Geberringes 3 auf das Schwungrad 2. In einem nächsten Schritt werden Stempel 25 einer Werkzeugmaschine an mehreren Stellen des Außenumfanges des Außendurchmessers b auf der Stufe 13 angesetzt und in axialer Richtung eingedrückt, sodass Material des scheibenförmigen Bereichs 4 über den Geberring gedrückt wird, dieses Material ist in 4 mit dem Bezugszeichen 26 versehen.
Bezugszeichenliste

1: Schwungscheibe
2: Schwungrad
3: Geberring
4: Scheibenförmiger Bereich
5: Prägung
6: Prägung
7: innerer Bereich
8: Befestigungsflansch
9: Befestigungsbohrung
10: Bohrung
11: Zentrierstifte
12: Zentrierhülse
13: Stufe
14: zylinderförmige Anlagefläche
15: lochscheibenförmige Anlagefläche
16: Freistich
17: Lochscheibenteil
18: Geberelement
19: Stufe
20: Anlagefläche
21: hohlzylindrischer Teil
22: umlaufender Teil mit verringertem Durchmesser
23: umlaufende Kante
24: Verstemmung
25: Stempel
26: über den Geberring gedrückter Bereich

Claims

Schwungscheibe (1) mit einem Schwungrad (2), an dem ein Geberring (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad (2) eine umlaufende Stufe (13) aufweist, die einen Sitz für den Geberring (3) bildet, wobei die axiale Tiefe (b2) der Stufe (13) größer ist als die axiale Dicke (b1) des Geberringes (3) an der Stufe (13), und wobei das Schwungrad (2) und der Geberring (3) an der Stufe (13) an mehreren Stellen (24) verstemmt sind.
Schwungscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Geberring (3) einen Lochscheibenteil (17) umfasst, der mit einem Innendurchmesser (D) an der Stufe (13) anliegt.
Schwungscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (D) mit einem Schrumpfsitz an der Stufe (13) anliegt.
Schwungscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad (2) an der Stufe (13) einen Freistich (16) aufweist.
Schwungscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Geberring (3) eine Vielzahl in radialer Richtung zu einem hohlzylindrischen Teil (21) des Schwungrades (2) hin gebogene Geberelemente (18) umfasst.
Schwungscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Geberelemente (18) eine Anlagefläche (20) umfassen, die sich an einer umlaufenden Stufe des Schwungrades (2) abstützt.
Schwungscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die verstemmten Stellen (24) kreisförmig sind.
Schwungscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die verstemmten Stellen (24) über den Umfang der Stufe (13) verteilt angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung einer Schwungscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst der Geberring (3) auf das Schwungrad (2) aufgezogen und danach verstemmt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Geberring (3) warm auf das Schwungrad (2) aufgezogen wird.