DE3936648C2 - Scheibenförmiges Maschinenelement und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein scheibenförmiges Maschinenele­ ment mit einer Nabe zur Verbindung mit einer Achse oder Welle und mit einer Materialverdickung in Axialrichtung im äußeren Umfangsbereich, wobei die Materialverdickung aus einem umgeformten Randbereich eines auch die Nabe bildenden scheibenförmigen Blechrohlings besteht.

Scheibenförmige Maschinenelemente dieser Art sind in viel­ fältigen Ausführungsformen bekannt. So werden solche Maschinenelemente beispielsweise als Schwingungsdämpfer eingesetzt, wobei die durch die Materialverdickung im äußeren Umfangsbereich gebildete, umlaufend angeordnete Masse zur Schwingungsdämpfung dient. Derartige Schwingungsdämpfer können dabei als getrennte Bauteile oder einteilig kombi­ niert mit einem anderen Maschinenelement ausgeführt sein. Darüber hinaus kann ein solches Maschinenelement auch als Riemenscheibe ausgebildet sein, wobei dann in den verdickten äußeren Umfangsbereich die Riemenlauffläche eingeformt ist. Anstelle einer Riemen- oder auch Zahnriemenlauffläche kann im verdickten Umfangsbereich auch eine Verzahnung ausgebildet sein, wenn das betreffende Maschinenelement als Zahnrad mit entsprechend großer Zahnbreite dienen soll.

Ein solches scheibenförmiges Maschinenelement ist aus JP 62-1 24 043 A bekannt, welches am äußeren Umfangsrand eine sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckende Materialverdickung aufweist. Diese Materialverdickung wird dadurch hergestellt, daß zunächst der scheibenförmige Blechrohling topfförmig umgeformt wird und daß anschließend der dann zylindrische Randbereich zusammengefaltet wird, so daß Faltspalten in radialer Richtung entstehen.

Von Nachteil bei diesem bekannten Maschinenelement ist zum einen, daß ausgehend von einem scheibenförmigen Blechrohling zunächst ein eigener Umformschritt zur Umformung in einen topsförmigen Gegenstand erforderlich ist, dessen axialer Randbereich nachfolgend durch Zusammenfalten umgeformt wird. Durch diesen vorgeschalteten Umformschritt wird entsprechend die Herstellung aufwendig und zeitintensiv. Von wesentlichem Nachteil ist darüber hinaus, daß durch das Zusammenfalten des Randbereiches Faltspalte entstehen, die wenigstens im Bereich der Spalte selbst zu einer Materialschwächung führen und insbesondere eine inhomogene Materialbeschaffenheit in den Faltbereichen und eine inhomogene Oberfläche zur Folge haben. Dies ist insbesondere dann von Nachteil, wenn der materialverdickte Bereich anschließend zur Einbringung einer Profilierung oder dgl. vorgesehen ist, da eine solche Außenkontur dann nicht ohne weiteres homogen eingebracht werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein gattungegemäßes scheibenförmiges Maschinenelement auf möglichst einfache Weise ohne wesentlichen Materialverlust herstellen zu können, wobei das Material im Umformungsbereich möglichst wenig beansprucht werden und weitgehend homogen bleiben soll.

Diese Aufgabe wird mit einem scheibenförmigen Maschinenelement der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Randbereich des scheibenförmigen Blechrohlings zur Bildung der Materialverdickung mehrfach radial nach innen eingerollt ist, derart, daß der äußere Umfang des eingerollten Randbereiches glatt und spaltfrei ausgebildet ist.

Durch die Ausbildung der Materialverdickung als radial mehrfach nach innen eingerollter Randbereich ist der so eingerollte Randbereich an seinem äußeren Umfang homogen, d. h. es sind am äußeren Umfang keine Faltspalte, weder in achsparalleler Richtung noch in radialer Richtung vorhanden. Vielmehr ist bei dem eingerollten Rand der Umfangsbereich glatt und spaltfrei und erlaubt insbesondere eine homogene Einbringung einer möglichen Außenkontur, so daß eine Materialschwächung aufgrund von Faltspalten oder dgl. vermieden wird. Darüber hinaus ist das Maschinenteil ohne Materialverlust besonders leicht herzustellen, da die Umformung des Randbereiches unmittelbar aus einem scheibenförmigen Blechrohling erfolgen kann, ohne daß vorher eine topfförmige Umformung zur Bildung eines axialen Umfangsrandbereiches erfolgen muß.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß der radial nach innen eingerollte Randbereich zusätz­ lich dichtend verpreßt ist. Mit dieser Ausbildung läßt sich eine besonders stabile Materialverdickung erzielen, die vor allem dann vorteilhaft ist, wenn der Randbereich einer Belastung ausgesetzt werden soll.

Soll das Maschinenelement zur Übertragung von Kräften ein­ gesetzt werden, ist vorgesehen, daß der Randbereich mit einer umlaufenden Profilierung versehen ist.

Die Profilierung kann beispielsweise als Verzahnung, Keil­ riemen-, Poly-V- oder Zahnriemenlauffläche ausgebildet sein. Das Maschinenelement dient dann entsprechend als Zahnrad, Keilriemenscheibe oder Zahnriemenscheibe. Selbst­ verständlich sind aber auch noch andere Ausbildungen des Maschinenelementes möglich.

So sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung auch vor, daß das Maschinenelement als Riemenscheibe mit im wesentlichen winkligem Profil aus­ gebildet ist, an dessen zur Antriebsachse parallelen Schen­ kel eine Antriebsprofilierung und an dessen im wesentli­ chen radial verlaufenden Schenkel im äußeren Umfangsbe­ reich die Materialverdickung ausgebildet ist. Eine solche Riemenscheibe mit einstückig angeformtem weiteren Maschi­ nenelement mit umfänglicher Materialverdickung ist dann ebenfalls auf einfache Weise im wesentlichen nur umformend herstellbar.

Zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe sieht die Erfin­ dung auch ein Verfahren zur Herstellung vorbeschriebener Maschinenelemente vor, das sich dadurch auszeichnet, daß ausgehend von einem scheibenförmigen Blechrohling der Rand­ bereich des Rohlings durch radiales Drücken von außen und radiales Gegenhalten von innen und ggf. durch zusätzliches axiales Drücken von der Bördelseite her zu einer umlaufen­ den Schlaufe vorgeformt wird, derart, daß der ursprüngli­ che Umfangsrand an der Scheibenfläche anliegt, daß an­ schließend der an der Scheibenfläche anliegende Umfangs­ rand radial von innen nach außen gedrückt wird und dann durch radiales Drücken von außen, gleichzeitiges Gegenhal­ ten von innen und ggf. zusätzliches axiales Drücken von der Bördelseite her der Randbereich radial nach innen eingerollt wird.

Durch diese Verfahrensführung wird die Herstellung vorbe­ schriebener Maschinenelemente gegenüber bekannten Herstel­ lungsverfahren wesentlich vereinfacht und ein Materialver­ lust vermieden, da nur umformende Herstellungsschritte be­ nötigt werden. Im Anschluß an die erfindungsgemäße Ausbil­ dung des verdickten Randbereiches kann dann je nach ge­ wünschtem Einsatzgebiet für das Maschinenelement die weite­ re Herstellung auf bekannte Weise erfolgen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich noch vorteilhaft dadurch weiterbilden, daß der Randbereich anschließend axial gestaucht und radial von außen und innen querschnitt­ lich etwa rechteckförmig gedrückt wird. Auf diese Weise wird der Randbereich zusätzlich dichtend verpreßt, wodurch sich eine besonders stabile Verdickung erzielen läßt, die zur Kraftübertragung geeignet ist, wenn der Randbereich mit einer Profilierung versehen ist.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1-4 in einer Prinzipskizze im Schnitt die ein­ zelnen Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Maschinenelementes,

Fig. 5 eine erste Ausführungsform eines Maschinen­ elementes nach der Erfindung im Schnitt,

Fig. 6 eine zweite Ausführungsform ebenfalls im Schnitt und

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform.

In den Fig. 1 bis 4 ist zunächst prinziphaft eine Verfah­ rensführung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen schei­ benförmigen Maschinenelementes mit einer Materialver­ dickung in Axialrichtung im äußeren Umfangsbereich darge­ stellt.

Von einem scheibenförmigen Blechrohling 1 ist in Fig. 1 im wesentlichen nur ein äußerer Randbereich 2 dargestellt. Dieser Blechrohling 1 wird zunächst von außen radial durch Drücken beaufschlagt, was durch den Pfeil 3 angedeutet ist. Es ergibt sich dadurch die in Fig. 1 dargestellte Kon­ figuration, der äußere Umfang des Randbereichs 2 ist leicht angewinkelt.

Anschließend wird der Randbereich 2 weiterhin von außen (Pfeil 3) radial nach innen gedrückt, wobei zusätzlich der sich allmählich schlaufenförmig umlegende Randbereich 2 von der Innenseite radial von innen gegengehalten wird, was durch den Pfeil 4 angedeutet ist. Um die schlaufenför­ mige Ausformung des Randbereiches 2 zu unterstützen, wird der Randbereich 2 zusätzlich von der Bördelseite her axial gedrückt (Pfeil 5), bis sich schließlich die in Fig. 2 dar­ gestellte Ausformung ergibt, d. h. eine umlaufende Schlaufe 6 im Randbereich 2 entsteht. Dabei liegt der ursprüngliche Umfangsrand 7 des Rohlings 1 an der glatten Scheibenfläche des Rohlings 1 an.

Der auf der glatten Scheibenfläche aufliegende Umfangsrand 7 der Schlaufe 6 wird dann durch radiales Drücken von in­ nen (Pfeil 4) soweit nach außen bewegt, daß unter dann er­ neut einsetzendem Drücken von außen (Pfeil 3) ein radiales Aufrollen des Randbereiches 2 erfolgt. Durch weiteres radi­ ales Drücken von außen (Pfeil 3) und ggf. zusätzliches axiales Drücken (Pfeil 5) wird der Randbereich 2 entspre­ chend mehrfach aufgerollt, bis die gewünschte Materialver­ dickung erreicht ist (Fig. 3).

Um eine Verdichtung und weitere Ausformung dieser Material­ verdickung zu erreichen, wird der Randbereich 2 anschlie­ ßend gleichzeitig axial gestaucht (Pfeil 5) und radial von innen (Pfeil 4) und außen (Pfeil 3) gedrückt, so daß sich die in Fig. 4 dargestellte etwa querschnittlich rechteck­ förmige Ausbildung des Randbereiches 2 ergibt.

Wie erkennbar, erfolgt die Herstellung des verdickten Rand­ bereiches 2 allein aufgrund umformender Drück- bzw. Stauch­ vorgänge, es sind keine spanenden Fertigungsvorgänge not­ wendig. Anschließend kann der in Fig. 4 dargestellte Blech­ rohling 1 mit radial zusammengerolltem Randbereich 2 wei­ ter bearbeitet werden, z. B. kann der Randbereich 2 mit einer Profilierung versehen werden, was nachfolgend näher dargestellt wird.

Fig. 5 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines nach vor­ beschriebenem Verfahren hergestellten scheibenförmigen Ma­ schienenelementes aus einem Blechrohling. Das Maschinenele­ ment ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Zahnrad 8 aus­ gebildet. Dieses Zahnrad weist zunächst einen Nabenbereich 9 auf, der entsprechend mit einer Welle oder Achse verbind­ bar ist, die nur durch eine gestrichelte Linie 10 angedeu­ tet ist.

Einstückig an den scheibenförmigen Nabenbereich 9 ist über einen gebogenen Übergangsbereich 11 ein scheibenförmiger Außenbereich 12 angeformt, d. h. das gesamte Zahnrad 8 ist aus einem einzigen scheibenförmigen Blechrohling herge­ stellt.

Am äußeren Umfang des Außenbereichs 12 ist ein verdickter Randbereich 2 mit einer zugeordneten außenrandseitigen Pro­ filierung 13 in Form einer Verzahnung ausgebildet. Wesent­ lich für die Frfindung ist dabei die Ausbildung des ver­ dickten Randbereiches 2. Die Verdickung besteht aus einem radial zusammengerollten Randbereich eines scheibenförmi­ gen Blechrohlings, wie dies in den Fig. 1 bis 4 darge­ stellt ist. Die Verzahnung 13 ist dabei nach der Herstel­ lung des verdickten Randbereiches 2 beispielsweise durch Hämmern am Außenumfang des Randbereiches 2 hergestellt.

Fig. 6 zeigt eine Riemenscheibe, die allgemein mit 14 be­ zeichnet ist. Diese Riemenscheibe weist im wesentlichen ein winkliges Profil auf, an dessen zu einer in der Zeich­ nung nur angedeuteten, mit 15 bezeichneten Antriebsachse parallelen Schenkel 16 eine Antriebsprofilierung 17 ausge­ bildet ist, die in der Zeichnung als Poly-V-Riemenlauf­ fläche dargestellt ist, hier könnte aber auch eine Zahnrie­ menlauffläche oder eine einfache Riemenlauffläche vorgese­ hen sein.

Einstückig an den zur Antriebsachse 15 parallelen Schenkel 16 ist über einen gebogenen Übergangsbereich 18 ein im we­ sentlichen radial verlaufender Schenkel 19 angeformt, d. h. die gesamte Riemenscheibe 14 ist aus einem einzigen schei­ benförmigen Blechrohling hergestellt.

Am äußeren Umfang des radialen Schenkels 19 ist ein ver­ dickter Randbereich 2 ausgebildet, der durch radiales Zu­ sammenrollen des Randbereiches entsprechend dem vorbe­ schriebenen Verfahren (Fig. 1 bis 4) hergestellt ist. Der Randbereich 2 der Riemenscheibe 14 dient dabei zur Ausbil­ dung einer umfänglichen Masse, die als Schwingungsdämpfer­ element dient.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung, wobei das Maschinenelement hier als gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 6 abgewandelte Riemenscheibe aus­ gebildet ist, wobei dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 6 verwendet sind, sofern gleiche Funktionsteile bezeichnet sind.

Gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 6 weist die ein­ stückig aus einem Blechrohling hergestellte Riemenscheibe 14 zusätzlich am Umfangsrand des verdickten Randbereiches 2 eine Profilierung 20 auf, die im dargestellten Beispiel als Verzahnung ausgebildet ist, wobei es sich beispiels­ weise um eine Geberverzahnung handeln kann, die Riemen­ scheibe 14 dient dann entsprechend als kombiniertes Geber­ rad. Selbstverständlich kann die Profilierung aber auch als normale Verzahnung ausgebildet sein und ein Abtriebs­ rad der Riemenscheibe 14 bilden.

Die Riemenscheibe 14 ist elastisch mittels eines beispiels­ weise aus einem Elastomer bestehenden ringförmigen Elemen­ tes 21 auf einer Nabe 22 gelagert, die fest mit der An­ triebsachse 15 verbunden ist und auf deren Ausgestaltung es hier nicht näher ankommt. Bei dieser Ausgestaltung dient der verdickte Randbereich der Riemenscheibe 14 gleichzeitig als Schwingungsdämpfermasse.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Aus­ gestaltungen der Erfindung sind möglich, ohne den Grundge­ danken zu verlassen. So könnte das scheibenförmige Maschi­ nenelement auch anders ausgestaltet sein, wesentlich ist jedoch, daß es einen verdickten Randbereich 2 aufweist, der durch radiales Zusammenrollen aus einem Blechrohling hergestellt ist. Die Anzahl der Rollungen des zusammenge­ rollten Randbereiches ist dabei dann jeweils davon ab­ hängig, wie dick der Randbereich 2 ausgebildet sein soll.

Claims (8)

1. Scheibenförmiges Maschinenelement mit einer Nabe zur Ver­ bindung mit einer Achse oder Welle und mit einer Material­ verdickung in Axialrichtung im äußeren Umfangsbereich, wobei die Materialverdickung aus einem umgeformten Randbereich eines auch die Nabe bildenden scheibenförmigen Blechrohlings besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich (2) des scheibenförmigen Blechrohlings (1) zur Bildung der Materialverdickung mehrfach radial nach innen eingerollt ist, derart, daß der äußere Umfang des eingerollten Randbereiches (2) glatt und spaltfrei ausgebildet ist.

2. Maschinenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der radial nach innen eingerollte Randbereich (2) zusätzlich dichtend verpreßt ist.

3. Maschinenelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich (2) mit einer umlaufenden Profilierung (13, 20) versehen ist.

4. Maschinenelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung (13, 20) als Verzahnung ausgebildet ist.

5. Maschinenelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung (13, 20) als Keilriemen-, Poly-V- oder Zahnriemenlauffläche ausgebildet ist.

6. Maschinenelement nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß es als Riemenscheibe (14) mit im wesentlichen winkligem Profil ausgebildet ist, an dessen zur Antriebsachse (15) parallelen Schenkel (16) eine Antriebsprofilierung (17) und an dessen im wesentlichen radial verlaufenden Schenkel (19) im äußeren Umfangsbereich die Materialverdickung (2) ausgebildet ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Maschinenelementes nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einem scheibenförmigen Blechrohling der Randbereich des Rohlings durch radiales Drücken von außen und radiales Gegenhalten von innen und ggf. durch zusätzli­ ches axiales Drücken von der Bördelseite her zu einer um­ laufenden Schlaufe vorgeformt wird, derart, daß der ur­ sprüngliche Umfangsrand an der Scheibenfläche anliegt, daß anschließend der an der Scheibenfläche anliegende Umfangs­ rand radial von innen nach außen gedrückt wird und dann durch radiales Drücken von außen, gleichzeitiges Gegenhal­ ten von innen und ggf. zusätzliches axiales Drücken von der Bördelseite her der Randbereich radial nach innen eingerollt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich anschließend axial gestaucht und radial von außen und innen querschnittlich etwa rechteckförmig gedrückt wird.