DE102019124030A1 - Axiallager-Winkelscheibe und Verfahren zur Herstellung einer solchen - Google Patents

Axiallager-Winkelscheibe und Verfahren zur Herstellung einer solchen Download PDF

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Abstract

Axiallager-Winkelscheibe, mit einem Radialflansch (6) und einem davon abstehenden Axialflansch (7), hergestellt aus einem durch Umformen eines Metallbands (1) erzeugten Umformbauteil (5), das nachfolgend zum Härten unter Sauerstoffausschluss derart wärmebehandelt ist, dass der Radialflansch (6) und der Axialflansch (7) zunderfreie und damit nachbehandlungsfreie Oberflächen (10, 11) aufweisen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Axial-Winkelscheibe, mit einem Radialflansch und einem davon abstehenden Axialflansch, hergestellt aus einem durch Umformen eines Metallbands erzeugten Umformbauteils.
  • Derartige Axiallager-Winkelscheiben kommen in unterschiedlichen Anwendungsgebieten zum Einsatz. Ein Beispiel ist die Verwendung als Lager- oder Anlaufscheibe in einem Getriebe.
  • Eine solche Axiallager-Winkelscheibe ist, im Querschnitt gesehen, letztlich L-förmig ausgeführt und weist einen radial zur Seite abstehenden Radialflansch sowie einen axial davon abstehenden Axialflansch auf, der am Innenumfang des Radialflansches ausgebildet ist. Die Herstellung einer solchen Axiallager-Winkelscheibe erfolgt aus einem Metallblech, das entsprechend umgeformt wird. Innerhalb dieses Umformvorgangs wird das Metallblech zunächst gestanzt, um eine entsprechende Ringscheibe zu erzeugen, die anschließend in einem entsprechenden Umformschritt unter Verwendung eines Formwerkzeugs zur Bildung eines die Scheibengeometrie aufweisenden Umformbauteil umgeformt wird, das heißt, dass der Axialflansch ausgebildet wird, gegebenenfalls in Verbindung mit daran vorgesehenen weiteren Geometrieabschnitten wie radialen Einprägungen, Nuten oder dergleichen.
  • Nach dem Stanzen und Umformen ist es erforderlich, das Umformbauteil im Rahmen einer Wärmebehandlung zu härten und anzulassen, um ihm die entsprechenden mechanischen Eigenschaften zu verleihen. Dies geschieht, indem das Umformbauteil in einen Durchlaufofen gebracht wird, wo es eine definierte Zeit verbleibt und entsprechend erwärmt wird, wonach es üblicherweise durch Abschrecken abgekühlt wird. Während der Wärmebehandlung kommt es zur Ausbildung einer Zunderschicht auf der Oberfläche des Umformbauteils, die zu entfernen ist, weshalb das gehärtete Umformbauteil nach Durchführung der Wärmebehandlung oberflächlich mechanisch bearbeitet wird, was durch Strahlen mit einem abrasiven Strahlmittel und anschließendes Polieren der gestrahlten Oberflächen erfolgt. Problematisch hierbei ist jedoch, dass diese mechanische Oberflächenbearbeitung durch Strahlen und Polieren zu einer Verschlechterung der Oberflächenstruktur des Bauteils führt, das heißt, dass die ausgezeichnete Oberflächenqualität des Ausgangswerkstoffs, also des Metallbands, die das Metallband auch noch nach dem Umformen aufweist, deutlich verschlechtert ist. Messungen haben ergeben, dass z. B. ein ursprünglicher Mittenrauwert Ra von ca. 0,12 µm durch den Strahl- und Poliervorgang auf einen Wert von ca. 0,3 µm steigt. Dies wirkt sich negativ auf die Reibung und die Lebensdauer auf. Darüber hinaus ist, nachdem das Strahlgut mit hoher Energie auf die Oberfläche appliziert wird, um die feste, stark haftende Zunderschicht zu entfernen, nicht ausgeschlossen, dass hierüber ein potentieller, partikulärer Schmutzeintrag in die Scheibenoberfläche auftritt, was sich ebenfalls nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften und damit auf die Lebensdauer auswirken kann.
  • Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Axiallager-Winkelscheibe anzugeben.
  • Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß eine Axiallager-Winkelscheibe vorgesehen, mit einem Radialflansch und einem davon abstehenden Axialflansch, hergestellt aus einem durch Umformen eines Metallblechs erzeugten Umformbauteil, das nachfolgend zum Härten unter Sauerstoffausschluss derart wärmebehandelt ist, dass der Radialflansch und der Axialflansch zunderfreie und damit nachbehandlungsfreie Oberflächen aufweisen.
  • Die erfindungsgemäße Axiallager-Winkelscheibe zeichnet sich dadurch aus, dass sie nach der Wärmebehandlung nicht mechanisch oberflächenbehandelt ist, vielmehr weisen die Scheibenoberflächen keinerlei mechanische Behandlungsspuren auf und zeichnen sich nach wie vor durch die hohe Oberflächengüte des Ausgangsmaterials, also des Metallbands, aus. Das heißt, dass z. B. der Mittenrauwert Ra nach wie vor dem äußerst niedrigen Mittenrauwert des Ausgangsmaterials entspricht, wie beschrieben beispielsweise von ca. 0,12 µm. Dies wird erreicht, da erfindungsgemäß die Axiallager-Winkelscheibe zwar gehärtet ist, jedoch erfolgt das Härten unter Sauerstoffausschluss, das heißt, dass die Wärmebehandlung in einer Atmosphäre erfolgt, die keinen Sauerstoff enthält, so dass es nicht zu einer Zunderschichtbildung auf den Scheibenoberflächen kommt. Demzufolge ist diese auch nicht zu entfernen.
  • Der Umstand, dass eine Axiallager-Winkelscheibe in der erfindungsgemäßen Weise hergestellt ist, also unter Sauerstoffausschluss wärmebehandelt wurde, lässt sich an der fertigen Axiallager-Winkelscheibe auf einfache Weise erkennen, nachdem die Winkelscheibe, wie ausgeführt, nach wie vor die hervorragende Oberflächengüte des Ausgangsmaterials aufweist. Das heißt, dass durch eine einfache Rauigkeitsmessung, beispielsweise Ermittlung des Mittenrauwerts und Vergleich mit dem Mittenrauwert des Ausgangsmaterials, der Herstellvorgang an der Axiallager-Winkelscheibe nachgewiesen werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Axiallager-Winkelscheibe weist daher eine Reihe von Vorteilen gegenüber bisher bekannten Winkelscheiben auf. Der zentrale Vorteil ist natürlich die hervorragende Oberflächenqualität, resultierend aus der nicht erforderlichen mechanischen Oberflächennachbearbeitung. Daraus resultiert der weitere Vorteil, dass, da kein Strahlgut auf die Oberflächen appliziert wird, auch kein potentieller Schmutzeintrag in die Scheibenoberfläche durch das Strahlgut möglich ist, und schließlich ergeben sich auch Vorteile hinsichtlich der Herstellung der erfindungsgemäßen Winkelscheibe, da der zeit- und kostenintensive mechanische Nachbearbeitungsschritt entfallen kann.
  • Die Wärmebehandlung umfasst in an sich bekannter Weise einen entsprechenden Temperaturgang, der ein Härten, Abschrecken und Anlassen des Umformbauteils beinhaltet. Bevorzugt erfolgt diese Wärmebehandlung unter Sauerstoffausschluss in einem Vakuumofen, wobei zur Abschreckung eine Stickstoffabschreckung erfolgt. Auch hier verbleiben die Axiallager-Winkelscheiben eine definierte Zeit im Vakuumofen und werden dort erwärmt und abgekühlt, je nach vorgegebenem Temperaturgang, um die entsprechenden mechanischen Eigenschaften einzustellen. Dies alles erfolgt jedoch vollständig unter Sauerstoffausschluss, so dass es nicht zur Zunderbildung kommt, resultierend darin, dass nach Durchführung dieser Wärmebehandlung die Winkelscheibe nahezu oder vollständig gebrauchsfertig sind.
  • Wie beschrieben wird zunächst das Metallband gestanzt, um eine entsprechende Ringscheibe auszubilden, wobei natürlich zeitgleich mit diesem Stanzvorgang auch die Umformung erfolgen kann. Grundsätzlich können sich bei einem solchen Stanzvorgang Stanzgrate an den randseitigen Kanten des Stanzbauteils ergeben, die unerwünscht sind und entweder vor der Wärmebehandlung oder danach zu entfernen sind. Um auch diesen zusätzlichen Arbeitsschritt zu vermeiden und mit mithin die Ausbildung von Stanzgraten zu unterbinden, sieht eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung vor, dass an der durch Stanzen erzeugten, radial äußeren und/oder inneren Schnittkante des Radial- und/oder Axialflansches eine durch Prägung erzeugte und gegenüber der Oberfläche des Radial- und/oder Axialflansches abgesenkte Prägefläche ausgebildet ist. Dieses Prägen wird zweckmäßigerweise als Vorbehandlung vor dem eigentlichen Stanzen vorgenommen. Durch das Prägen unter Ausbildung der Prägefläche erfährt das Metallband im Stanzbereich eine Verformung, die zu einer Kaltverfestigung des Materials und damit zu einem verbesserten Abrissverhalten des Materials führt. Da die Metallbandoberfläche im Prägebereich eine solche Absenkung aufweist, kommt es nicht zur Bildung einer Gratwurzel und damit einer Stanzabrisskante, die über die eigentliche Werkstückoberfläche hinaus aufbaut. Das heißt, dass sogar eine sich bildende Gratwurzel oder Stanzkante in Kauf genommen werden kann, da sie die Funktionsfähigkeit der fertigen Axiallager-Winkelscheibe nicht beeinträchtigt. Man spricht hier auch von sogenannten „hinterlegten Stanzkanten“. In diesem Zusammenhang wird ausdrücklich auf DE 10 2008 052 501 A1 verwiesen, in der ein solches Verfahren zur Herstellung einer Lagerscheibe, insbesondere einer Axiallager-Winkelscheibe beschrieben wird, das die Ausbildung einer solchen Prägefläche und damit die Herstellung einer ihre Funktion nicht beeinträchtigende Stanzgrate aufweisenden Axiallager-Winkelscheibe offenbart. Die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung schließt ausdrücklich die Offenbarung der DE 10 2008 052 501 A1 in Bezug auf die Ausbildung der Prägefläche und der hinterlegten Stanzkanten ein.
  • Neben der Axiallager-Winkelscheibe selbst betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Axiallager-Winkelscheibe. Bei diesem Verfahren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass aus einem Metallband durch Umformen ein Umformbauteil hergestellt wird, das nachfolgend zum Härten unter Sauerstoffausschluss derart wärmebehandelt wird, dass der Radialflansch und der Axialflansch zunderfreie und damit nachbehandlungsfreie Oberflächen aufweisen. Das Umformen des Metallbands schließt einerseits das Stanzen einer Ringscheibe aus dem flächigen Metallband, andererseits aber auch den eigentlichen Umformvorgang zur Ausbildung der L-förmig zueinander stehenden Radial- und Axialflansche ein.
  • Verfahrensgemäß wird das Umformbauteil bevorzugt in einem Vakuumofen mit Stickstoffabschreckung wärmebehandelt, worüber ein vollständiger Sauerstoffausschluss sichergestellt ist.
  • Schließlich kann vorgesehen sein, dass vor einem Stanzschritt des Metallbands die Metallbandoberfläche in einem Stanzbereich geprägt wird, so dass das Metallband im Prägebereich eine reduzierte Bandstärke aufweist, wonach das Metallband in dem Stanzbereich gestanzt wird, indem das Stanzwerkzeug von der der geprägten Oberfläche gegenüberliegenden Bandseite herangeführt wird. Dies führt zur Ausbildung hinterlegter Stanzkanten, die nicht über den Umfang respektive die Oberfläche der entsprechenden Flanschoberfläche hinausstehen und sich demzufolge nicht nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften etc. auswirken.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
  • Die Figur ist eine Prinzipdarstellung, die den Ablauf zur Herstellung einer in der Figur ebenfalls gezeigten erfindungsgemäßen Axiallager-Winkelscheibe zeigt.
  • Ausgangsmaterial ist ein Metallband 1, das eine hinreichende Oberflächengüte besitzt, das heißt, dass es möglichst niedrige Rauigkeitswerte aufweist.
  • In einem ersten Schritt wird in einem späteren Stanzbereich wenigstens eine Prägefläche 2 unter Verwendung eines entsprechenden Prägewerkzeugs ausgebildet, das heißt, dass in diesem Prägebereich die Oberfläche des Metallbands 1 lokal eingedrückt ist, mithin also etwas niedriger liegt als in daran angrenzenden Bereichen. Es kommt in diesem Bereich zu einer Kaltverfestigung des Bandmaterials, was die Ausbildung von Stanzabrisskanten erschwert und, sofern sich solche ausbilden, gleichzeitig sichergestellt ist, dass diese nicht über die entsprechenden Oberflächenebenen der benachbarten Scheibenbereiche hervorstehen.
  • Sodann wird in einem nächsten Schritt das Metallband 1 im Prägebereich 2 gestanzt, so dass sich, wie die Figur zeigt, ein ringscheibenförmiges Stanzbauteil 3 ergibt, an dem exemplarisch und überzogen groß der Prägebereich 2 im Bereich der radial äußeren Stanzkante 4 dargestellt ist.
  • Im folgenden Umformschritt (der auch zeitgleich mit dem Stanzen erfolgen kann) wird aus dem eigentlichen Stanzbauteil 3 das eigentliche Umformbauteil 5 unter Verwendung eines geeigneten Umformwerkzeugs ausgebildet, wobei im Querschnitt gesehen das Umformbauteil 5 L-förmig ausgeführt ist und einen Radialflansch 6 sowie einen quasi rechtwinklig davon abstehenden Axialflansch 7 aufweist.
  • Dieses Umformbauteil 5 wird im nächsten Schritt einer Wärmebehandlung unterworfen. Hierzu wird es in einen Vakuumofen 8 gebracht, wo es unter vollständigem Sauerstoffausschluss wärmebehandelt wird. Diese Wärmebehandlung kann sich in mehreren Stufen vollziehen und dient der eigentlichen Härtung und Ausbildung einer bestimmten Gefügestruktur im Material. Das Umformbauteil 5 wird hierzu entsprechend stark aufgeheizt, gefolgt beispielsweise von einer Stickstoffabschreckung, wonach es erneut zum Anlassen erwärmt wird. Die konkrete Ausgestaltung, insbesondere des Temperaturgangs und die entsprechenden Haltezeiten sind individuell und letztlich materialabhängig zu definieren.
  • Aufgrund der Durchführung der Wärmebehandlung ohne jedwede Sauerstoffbeteiligung kommt es nicht zur Ausbildung einer Zunderschicht auf den Oberflächen des Umformbauteils 5, das heißt, dass dieses vollkommen belagfreie Oberflächen aufweist, die nach wie vor die hervorragende Oberflächengüte des Ausgangsmaterials, also des Metallbands 1, aufweisen. Dies führt dazu, dass nach dem Wärmebehandlungsschritt die fertige Axiallager-Winkelscheibe 9 erhalten wird, wie in der Figur gezeigt, wobei sämtliche Oberflächen 10 des Radialflansches 6 wie auch sämtliche Oberflächen 11 des Axialflansches 7 vollkommen belagfrei sind. Da sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung des oder der Prägeflächen 2 auch keine die Funktionsfähigkeit der Axiallager-Winkelscheibe 9 beeinträchtigenden Stanzkanten ausbilden, liegt damit das fertige Endprodukt vor, also eine sofort einsetzbare Axiallager-Winkelscheibe.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Metallband
    2
    Prägebereich
    3
    Stanzbauteil
    4
    Stanzkante
    5
    Umformbauteil
    6
    Radialflansch
    7
    Axialflansch
    8
    Vakuumofen
    9
    Axiallager-Winkelscheibe
    10
    Oberfläche
    11
    Oberfläche
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008052501 A1 [0011]

Claims (6)

  1. Axiallager-Winkelscheibe, mit einem Radialflansch (6) und einem davon abstehenden Axialflansch (7), hergestellt aus einem durch Umformen eines Metallbands (1) erzeugten Umformbauteil (5), das nachfolgend zum Härten unter Sauerstoffausschluss derart wärmebehandelt ist, dass der Radialflansch (6) und der Axialflansch (7) zunderfreie und damit nachbehandlungsfreie Oberflächen (10, 11) aufweisen.
  2. Axiallager-Winkelscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformbauteil (5) in einem Vakuumofen (8) mit Stickstoffabschreckung wärmebehandelt ist.
  3. Axiallager-Winkelscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der durch Stanzen erzeugten, radial äußeren und/oder inneren Schnittkante (4) des Radial- und/oder Axialflansches (6, 7) eine durch Prägen erzeugte und gegenüber der Oberfläche des Radial- und/oder Axialflansches (6, 7) abgesenkte Prägefläche (2) ausgebildet ist.
  4. Verfahren zur Herstellung einer Axiallager-Winkelscheibe (9) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem aus einem Metallband (1) durch Umformen ein Umformbauteil (5) hergestellt wird, das nachfolgend zum Härten unter Sauerstoffausschluss derart wärmebehandelt wird, dass der Radialflansch (6) und der Axialflansch (7) zunderfreie und damit nachbehandlungsfreie Oberflächen (10, 11) aufweisen.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformbauteil (5) in einem Vakuumofen (8) mit Stickstoffabschreckung wärmebehandelt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Stanzschritt des Metallbands (1) die Metallbandoberfläche in einem Stanzbereich geprägt wird, so dass das Metallband (1) im Prägebereich eine reduzierte Bandstärke aufweist, wonach das Metallband (1) in dem Stanzbereich gestanzt wird, indem das Stanzwerkzeug von der der geprägten Oberfläche gegenüberliegenden Bandseite herangeführt wird.
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