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Die Erfindung betrifft eine Trägerplatte aus Blech zur Fixierung oder Lagerung von Achsen oder Wellen und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Trägerplatte.
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Es sind bereits Platten aus Blech bekannt, die mit einer Durchhalsung oder mit mehreren Durchhalsungen zur Aufnahme von Wälzlagern versehen sind. Mehrere Durchhalsungen werden allerdings in der Regel in ausreichend großem Abstand zueinander angeordnet, so dass bei der Herstellung der Durchhalsungen mittels eines Abstreckstempels die Platte auf der Rückseite durch eine Matrize abgestützt werden kann, die die Durchhalsung vollständig umgibt. Es ist jedoch auch bekannt, zwei Durchhalsungen extrem nahe zueinander anzuordnen.
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So ist in der
DE 298 02 228 U1 ein Lagerschild offenbart, das durch einen Tiefziehprozess aus einer Blechplatine geformt ist. Das Lagerschild weist zwei im wesentlichen zylindrische Sitzflächen für die Außenringe von Wälzlagern auf, die so nahe zueinander angeordnet sind, dass zwischen ihnen kein Material mehr vorhanden ist. Diese Ausbildung des Lagerschilds ermöglicht es, die Außenringe so nahe zueinander zu positionieren, dass sie sich fast berühren und hat sich für Anwendungen, bei denen eine sehr dichte Annäherung benachbarter Lager gewünscht wird, sehr gut bewährt. Da die Außenringe von den Sitzflächen nicht über ihren gesamten Umfang umschlossen sind, lässt sich das bekannte Lagerschild jedoch nicht bei allen Anwendungen einsetzen.
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Aus der
DE 199 50 584 A1 ist eine Führung eines Übertragungsglieds mit einer Aufnahme für das Übertragungsglied und einer die Aufnahme an einem Schaltgetriebe abstützenden Stütze bekannt, wobei wenigstens die Aufnahme aus einem Umformteil gebildet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Trägerplatte aus Blech zur Fixierung oder Lagerung von Achsen oder Wellen anzugeben, die eine relativ dichte Annäherung der Achsen oder Wellen ermöglicht und für den Einsatz unter hohen Belastungen geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Trägerplatte mit der Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst. Ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Trägerplatte ist in Anspruch 12 angegeben.
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Die erfindungsgemäße Trägerplatte aus Blech zur Fixierung oder Lagerung von Achsen oder Wellen weist wenigstens zwei benachbarte Durchhalsungen auf. Die Durchhalsungen sind durch spanlose Umformung des Blechs der Trägerplatte hergestellt und besitzen jeweils eine über den vollen Umfang ausgebildete Seitenwand, die auf einer Seite der Trägerplatte aus der Trägerplatte herausragt. Die mittlere Wandstärke jeder der Seitenwände ist in einander zugewandten ersten Umfangsreichen, die jeweils einen Anteil von maximal 25% des gesamten Umfangs der Durchhalsungen (1) ausmachen, stärker als in zweiten Umfangsbereichen, die sich jeweils über den restlichen Umfang der Durchhalsungen erstrecken.
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Die erfindungsgemäße Trägerplatte hat den Vorteil, dass sie zum einen eine relativ dichte Annäherung der in den Durchhalsungen aufgenommenen Maschinenteile ermöglicht und zum anderen durch die sich über den gesamten Umfang erstreckende Sitzfläche gleichzeitig einen sehr festen Sitz.
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Die Durchhalsungen können in den ersten Umfangsbereichen jeweils in ihrer axialen Ausdehnung lokal reduziert sein. Die Reduzierung der axialen Ausdehnung der Durchhalsungen kann jeweils durch einen muldenförmigen Einzug der Seitenwände und/oder der Trägerplatte hervorgerufen werden. Die Reduzierung der axialen Ausdehnung resultiert aus dem Umformprozess.
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Wenigstens eine der benachbarten Durchhalsungen kann zylinderförmig ausgebildet sein und als Aufnahme für ein Maschinenteil, insbesondere einen Außenring eines Lagers dienen. Die Seitenwand dieser Durchhalsung kann sowohl im ersten Umfangsbereich als auch im zweiten Umfangsbereich der Durchhalsung wenigstens teilweise als radiale Sitzfläche für das Maschinenteil ausgebildet sein. Die radiale Sitzfläche für das Maschinenteil kann pro Umfangseinheit im ersten Umfangsbereich der Durchhalsung kleiner sein als im zweiten Umfangsbereich. Insbesondere kann die radiale Sitzfläche für das Maschinenteil pro Umfangseinheit im ersten Umfangsbereich der Durchhalsung 20 bis 80% des Wertes im zweiten Umfangsbereich annehmen. Mit der genannten Geometrie lässt sich ein guter Kompromiss zwischen der möglichen Annäherung der benachbarten Durchhalsungen aneinander und der Ausbildung der Sitzflächen erreichen, die herstellungsbedingt im ersten Umfangsbereich mit zunehmender Annäherung der Durchhalsungen aneinander abnimmt.
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Die erfindungsgemäße Trägerplatte kann eine erste Plattenebene und eine zweite Plattenebene aufweisen, die in Normalenrichtung zueinander versetzt angeordnet sind. Der Übergang zwischen der ersten Plattenebene und der zweiten Plattenebene kann wellenförmig ausgebildet sein. Diese Maßnahmen haben den Vorteil, dass die Steifigkeit der Trägerplatte erhöht wird und es gleichzeitig zu einer Schwingungsdämpfung und einer Geräuschreduzierung kommt. Dabei können insbesondere in der ersten Plattenebene die benachbarten Durchhalsungen angeordnet sein und in der zweiten Plattenebene kann wenigstens eine Ausnehmung angeordnet sein. In dieser Ausnehmung, die ebenfalls als Durchhalsung ausgebildet sein kann, kann insbesondere ein Außenring aufgenommen sein, für den infolge der höheren Steifigkeit der Trägerplatte eine höhere Vorspannung verfügbar ist.
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Die erfindungsgemäße Trägerplatte kann als Zwischenträger in einem Getriebe, insbesondere in einem Fahrzeuggetriebe eingesetzt werden.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Trägerplatte mit wenigstens zwei benachbarten Durchhalsungen, die jeweils eine über den vollen Umfang der jeweiligen Durchhalsung ausgebildete Seitenwand besitzen, wird ein Blechteil einem spanlosen Umformprozess unterzogen und dabei zunächst mit einer der Anzahl der Durchhalsungen entsprechenden Zahl von Lochungen versehen. Die Lochungen werden tropfenförmig ausgebildet, wobei die Bereiche der Lochungen, die die kleinsten Krümmungsradien aufweisen, benachbart zueinander angeordnet werden. Durch einen Abstreckprozess, bei dem ein Abstreckstempel gegen das Blechteil gepresst wird und bei dem sich das Blechteil gegen eine Matrize abstützt, werden jeweils benachbarte Durchhalsungen erzeugt. Die Matrize unterstützt das Blechteil beim Abstrecken lediglich außerhalb von einander zugewandten ersten Umfangsbereichen der Durchhalsungen, die jeweils einen Anteil von maximal 25% des gesamten Umfangs der Durchhalsungen ausmachen. Innerhalb der ersten Umfangsbereiche wird das Blechteil ohne stützende Matrize abgestreckt. Dies hat den Vorteil, dass eine dichtere Annäherung der benachbarten Durchhalsungen aneinander möglich ist verglichen mit einem Herstellungsverfahren, bei dem das Blechteil im gesamten Umfangsbereich der Durchhalsungen unterstützt wird. Dabei hat sich überraschenderweise gezeigt, dass trotz der fehlenden Unterstützung im ersten Umfangsbereich jeweils eine über den vollen Umfang der jeweiligen Durchhalsung ausgebildete Seitenwand hergestellt werden kann, die zudem bezüglich ihrer Form eine so hohe Qualität besitzt, dass sie wenigstens zum Teil als Sitzfläche für ein in die Durchhalsung eingeführtes Maschinenteil dienen kann. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in den vergleichsweise geringen Herstellungskosten, die insbesondere daraus resultieren, dass keine zerspanenden Bearbeitungsvorgänge erforderlich sind.
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Die tropfenförmige Ausbildung der Lochungen hat den Vorteil, dass zusätzliches Material für den Abstreckvorgang verfügbar ist, mit dem die Seitenwände der Durchhalsungen in den ersten Umfangsbereichen ausgebildet werden können.
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Die Lochungen können insbesondere durch eine Stanzvorgang hergestellt werden. Dabei können der Stanzvorgang und der Abstreckprozess in einem Arbeitsgang durchgeführt werden. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass sie eine effiziente Herstellung der erfindungsgemäßen Trägerplatte ermöglicht.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
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Es zeigen:
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1 zwei benachbarte Durchhalsungen der erfindungsgemäßen Trägerplatte in Aufsicht,
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2 die Durchhalsungen aus 1 in Schnittdarstellung,
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3 die Herstellung der Durchhalsungen in Schnittdarstellung,
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4 für die Herstellung der Durchhalsungen benötigte Lochungen in Aufsicht,
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5 die erfindungsgemäße Trägerplatte in Aufsicht,
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6 die erfindungsgemäße Trägerplatte in perspektivischer Darstellung und
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7 die erfindungsgemäße Trägerplatte in einer weiteren perspektivischen Darstellung.
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Wesentliche Bestandteile der erfindungsgemäßen Trägerplatte sind zwei nebeneinander angeordnete Durchhalsungen. Bevor auf die gesamte Trägerplatte an Hand der 4 bis 6 näher eingegangen wird, erfolgt daher eine detaillierte Beschreibung der Durchhalsungen unter zu Hilfenahme der 1 bis 3.
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1 zeigt zwei benachbarte Durchhalsungen 1 der erfindungsgemäßen Trägerplatte in Aufsicht. Eine entsprechende Schnittdarstellung ist in 2 abgebildet, wobei der Schnitt längs der Linie A-A geführt wurde.
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Die beiden Durchhalsungen 1 sind auf der Trägerplatte sehr dicht nebeneinander angeordnet und jeweils identisch aufgebaut. Die Durchhalsungen 1 besitzen einen kreisförmigen Querschnitt und weisen jeweils eine Seitenwand 2 auf, die über den vollen Umfang der jeweiligen Durchhalsung 1 ausgebildet ist. Die Seitenwände 2 der Durchhalsungen 1 ragen auf einer Seite der Trägerplatte als zylindrische Hülsen aus der Trägerplatte heraus und weisen jeweils einen ersten Umfangsbereich 3 und einen zweiten Umfangsbereich 4 auf. Die ersten Umfangsbereiche 3 der benachbarten Durchhalsungen 1 sind einander zugewandt, d. h. sie sind dort angeordnet, wo sich die Seitenwände 2 der Durchhalsungen 1 sehr nahe aneinander annähern, und nehmen maximal 25% des gesamten Umfangs der Durchhalsungen 1 ein. Die zweiten Umfangsbereiche 4 erstrecken sich jeweils über den restlichen Umfang der Durchhalsungen 1. In den ersten Umfangsbereichen 3 ist die mittlere Wandstärke der Seitenwände 2 stärker als in den zweiten Umfangsbereichen 4. Dieser Unterschied ist herstellungsbedingt. Ebenfalls herstellungsbedingt ist eine lokale Reduzierung der axialen Ausdehnung der Durchhalsungen 1 innerhalb der ersten Umfangsbereiche 3. Wie in 2 dargestellt, kann diese lokale Reduzierung aus einem muldenförmigen Einzug 5 der Trägerplatte in einem Gebiet zwischen den beiden ersten Umfangsbereichen 3 der Durchhalsungen 1 resultieren. Ebenso ist es auch möglich, dass die Höhe der Seitenwand 2 in den ersten Umfangsbereichen 3 jeweils niedriger ist als in den zweiten Umfangsbereichen 4. Auch im Hinblick auf den Traganteil gegenüber ein in die Durchhalsung 1 eingeführtes Maschinenteil, beispielsweise einen Außenring eines Lagers, unterscheidet sich der erste Umfangsbereich 3 jeweils vom zweiten Umfangsbereich 4. So beträgt die Sitzfläche für den Außenring pro Umfangseinheit im ersten Umfangsbereich zwischen 20 und 80% des Wertes im zweiten Umfangsbereich 4. Dies rührt zum einen daher, dass die innere Mantelfläche der Seitenwand 2 bedingt durch den Einzug 5 in der Trägerplatte und/oder einer Verkürzung der Seitenwand 2 im ersten Umfangsbereich 3 pro Umfangseinheit kleiner ist als im zweiten Umfangsbereich 4 und zum anderen daher, dass die innere Mantelfläche im ersten Umfangsbereich 3 zum Teil von einer Zylinderform abweicht und daher nicht vollflächig als Sitzfläche für den Außenring zur Verfügung steht. Eine Abweichung von der Zylinderform liegt insbesondere in der Nähe des Einzugs 5 vor.
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3 zeigt die Herstellung der beiden benachbarten Durchhalsungen 1 in Schnittdarstellung. Vor dem in 3 dargestellten Herstellungsschritt wird die Blechplatine an den Stellen, an denen die beiden Durchhalsungen 1 entstehen soll, gelocht. Dies kann beispielsweise mittels eines Stanzprozesses erfolgen. Anschließend werden die Durchhalsungen 1 in einem Tiefziehprozess hergestellt, bei dem zylinderförmige Stempel 6 im Bereich der Lochungen gegen die Blechplatine gepresst werden und dadurch das Material der Blechplatine aus dem Umgebungsbereich der Lochungen in Vorschubrichtung der Stempel abgestreckt wird. Je nach den Anforderungen des Einzelfalls können die Abstreckstempel 6 ein- oder mehrstufig ausgebildet sein und auch gleichzeitig als Stanzwerkzeug zur Herstellung der Lochungen dienen.
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Beim Abstreckvorgang stützt sich die Blechplatine auf Matrizen 7 ab, die konzentrisch zu den Lochungen angeordnet sind und diese zum Teil umschließen. Im Bereich zwischen den Durchhalsungen 1, d. h. in der Umgebung der ersten Umfangsbereiche 3 der Durchhalsungen 1 wird die Blechplatine nicht durch die Matrizen 7 abgestützt, da die Platzverhältnisse dies nicht zulassen. Dennoch findet in diesem Bereich eine entsprechende Abstreckung statt, wobei jedoch wegen der mangelnden Abstützung der muldenförmige Einzug 5 in der Trägerplatte entsteht. Desweiteren wird die mittlere Wandstärke der Seitenwand 2 in diesem Bereich, d. h. im ersten Umfangsbereich 3, stärker ausgebildet als im zweiten Umfangsbereich 4, da das Material wegen der fehlenden Unterstützung nicht so stark abgestreckt wird.
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Wegen der geringeren Abstreckung ist auch die Höhe der Seitenwand 2 im ersten Umfangsbereich 3 in der Regel geringer als im zweiten Umfangsbereich 4. Diesem Höhenunterschied kann durch eine Optimierung der Geometrie der Lochungen entgegen gewirkt werden. Im einfachsten Fall entspricht die Geometrie der Lochungen der gewünschten Geometrie der Durchhalsungen 1, d. h. für eine Durchhalsung 1 mit einem kreisförmigen Querschnitt kann eine Lochung mit ebenfalls kreisförmigen Querschnitt vorgesehen werden. Alternativ dazu kann jedoch auch ein anderer Lochungsquerschnitt gewählt werden. Insbesondere eignet sich hierzu eine Lochung mit einem tropfenförmigen Querschnitt. Eine Blechplatine mit einer derartigen Lochung ist in 4 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
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4 zeigt die für die Herstellung der erfindungsgemäßen Trägerplatte verwendete Blechplatine nach dem Lochungsvorgang in dem Bereich, in dem die Durchhalsungen 1 ausgebildet werden sollen, in Aufsicht. Die Blechplatine weist zwei benachbart angeordnete Freistanzungen 8 auf, die jeweils den gleichen tropfenförmigen Querschnitt besitzen. Die Freistanzungen 8 sind so zu einander orientiert, dass jeweils die Bereiche mit den kleinsten Krümmungsradien einander benachbart sind. Verglichen mit einem kreisförmigen Querschnitt liegt somit eine etwas andersartige Geometrie vor, die insgesamt zu einem günstigeren Abstreckverhalten führt. Die detaillierte quantitative Festlegung der Form der Lochungen kann jeweils mit Hilfe von Vorversuchen empirisch ermittelt werden.
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5 zeigt die erfindungsgemäße Trägerplatte in Aufsicht. Neben den Durchhalsungen 1 weist die Trägerplatte 2 zwei Ausnehmungen 9 auf, die im dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls als Durchhalsungen ausgeführt sind und beispielsweise als Aufnahmen für Außenringe von Lagern dienen können. Im Gegensatz zu den Durchhalsungen 1 können die Ausnehmungen 9 jedoch mit jeweils vollständig umlaufenden Matrizen hergestellt werden. Die Durchhalsungen 1 sind in einer ersten Plattenebene 10 angeordnet und die Ausnehmungen 9 in einer zweiten Plattenebene 11. Die erste Plattenebene 10 und die zweite Plattenebene 11 sind relativ zueinander in Normalerrichtung, d. h. in einer Richtung senkrecht zu den Plattenebenen 10 und 11, versetzt. Die versetzten Plattenebenen 10 und 11 dienen der Versteifung der Trägerplatte. Dadurch kann ein fester und zuverlässiger Sitz der Außenringe gewährleistet werden. Die Versteifung kann dadurch noch weiter erhöht werden, dass der Übergang 12 zwischen der ersten Plattenebene 10 und der zweiten Plattenebene 11 wellenförmig ausgebildet wird. Die wellenförmige Ausbildung des Übergangs 12 wirkt sich des weiteren auch günstig im Hinblick auf eine Verringerung von Schwingungen und Geräuschen aus. Als weitere Bestandteile weist die Trägerplatte zwei Gewindedurchsetzungen 13 auf, in die jeweils ein Gewinde 14 eingerollt ist. Mit Hilfe der Gewinde 14 kann die Trägerplatte in der jeweiligen Einbauumgebung fixiert werden.
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5 und 6 zeigen die Trägerplatte in verschiedenen perspektivischen Darstellungen, wobei einmal die Vorderseite und einmal die Rückseite der Trägerplatte abgebildet ist. Es sind jeweils deutlich die über die erste Plattenebene 10 vorstehenden Seitenwände 2 der Durchhalsungen 1 erkennbar. Des weitem ist auch die Ausbildung des muldenförmigen Einzugs 5 zu sehen sowie der wellenförmige Übergang 12 zwischen der ersten Plattenebene 10 und der zweiten Plattenebene 11.
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Die Trägerplatte kann beispielsweise in einem Getriebe, insbesondere einem Fahrzeuggetriebe, als Zwischenträger angeordnet sein. Dabei nehmen in dem Ausführungsbeispiel gemäß den 5 bis 7 die Durchhalsungen 1 Führungen für Schaltgestänge auf und die Ausnehmungen 9 Wälzlager zur Lagerung von Getriebewellen. Mit Hilfe der Gewindedurchsetzungen 13 ist die Trägerplatte im Getriebe fixiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Durchhalsung
- 2
- Seitenwand
- 3
- erster Umfangsbereich
- 4
- zweiter Umfangsbereich
- 5
- Einzug
- 6
- Stempel
- 7
- Matrize
- 8
- Freistanzung
- 9
- Ausnehmung
- 10
- erste Plattenebene
- 11
- zweite Plattenebene
- 12
- Übergang zwischen ersten Plattenebene 10 und zweiter Plattenebene 11
- 13
- Gewindedurchsetzung
- 14
- Gewinde
