DE102009002787A1

DE102009002787A1 - Ringförmiges axiales Sicherungselement und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE102009002787A1
Application number: DE200910002787
Authority: DE
Inventors: Tobias Miller
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-05-04
Filing date: 2009-05-04
Publication date: 2010-11-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein ringförmiges axiales Sicherungselement, welches auf seinem Umfang einen Stoß (2) mit einem Umfangsspalt (u) und einen Querschnitt (A) aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass der Querschnitt (A) zum Ausgleich einer stoßbedingten Unwucht in mindestens einem Umfangsbereich reduziert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein ringförmiges axiales Sicherungselement nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Sicherungselementes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 6.
Axiale Sicherungselemente sind insbesondere als Normteile bekannt; sie dienen der axialen Fixierung von Bauteilen auf Wellen oder in Bohrungen. Durch DIN 471 sind Sicherungsringe, auch Halteringe genannt, für Wellen bekannt, während in DIN 472 Sicherungsringe (Halteringe) für Bohrungen dargestellt und beschrieben sind. Die Sicherungsringe weisen auf ihrem Umfang einen Stoß oder Spalt auf, damit sie zur Montage auf einer Welle oder in einer Bohrung elastisch gespreizt oder auf den Bohrungsdurchmesser zusammengedrückt werden können. Insbesondere die Sicherungsringe für Bohrungen weisen daher einen relativ großen Umfangsspalt auf. Der Querschnitt der genormten Sicherungsringe ist über den Umfang gesehen nicht konstant, sondern wächst bezüglich seiner radialen Breite von Stoß bis zum diametral dem Stoss gegenüberliegenden Umfangsbereich, da in diesem Bereich bei der Montage das größte Biegemoment auftritt. Andererseits sind nach DIN 983 bzw. DIN 984 Sicherungsringe für Wellen und Bohrungen bekannt, bei welchen sich die radiale Breite über den Umfang betrachtet sprungartig ändert, sodass auf dem Umfang einzelne nach außen (bei Sicherungsringe für Wellen) oder nach innen (bei Sicherungsringen für Bohrungen) ragende Lappen gebildet werden. Die Dicke dieser Sicherungsringe, welche als Stanzteile hergestellt und anschließend gehärtet werden, ist jeweils konstant.
Zu den genormten Sicherungselementen gehören auch Sprengringe gemäß DIN 9045, DIN 5417 sowie DIN 7993. Die Sprengringe werden aus Federstahldraht hergestellt und sind ebenfalls auf dem Umfang geschlitzt, weisen jedoch einen konstanten Querschnitt auf. Bekannt sind Runddraht-Sprengringe, d. h. mit kreisförmigem Querschnitt oder Sprengringe mit rechteckförmigem Querschnitt, d. h. mit einer konstanten radialen Breite und einer konstanten Dicke.
Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, dass der Umfangsspalt eines axialen Sicherungselementes, insbesondere eines in Bohrungen einzusetzenden Sprengringes eine Unwucht zur Folge hat, die zu einem unruhigen Lauf des gesicherten Bauteils führt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein axiales Sicherungselement der eingangs genannten Art derart zu gestalten, dass möglichst keine oder zumindest reduzierte Unwuchten auftreten, sodass ein ruhiger Lauf des Bauteiles erreicht wird. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung unwuchtfreier bzw. unwuchtarmer Sicherungselemente vorzuschlagen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist bei einem axialen Sicherungselement vorgesehen, dass der Querschnitt zum Ausgleich einer stoßbedingten Unwucht in mindestens einem definierten Umfangsbereich reduziert ist. Damit wird der Vorteil erreicht, dass die aus dem Umfangsspalt des ringförmigen Sicherungselementes resultierende Unwucht kompensiert werden kann. Damit wird für das Bauteil mit dem Sicherungselement ein ruhiger oder schwingungsärmerer Lauf erreicht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Umfangsbereich mit reduziertem Querschnitt diametral gegenüber der Stoßfuge des Sicherungselementes angeordnet. Der reduzierte Querschnitt liegt somit gegenüber der Stossfuge und erstreckt sich – entsprechend der Stärke der Querschnittsverminderung – über einen der Größe der Unwucht angepassten Umfangsbereich.
Nach weiteren bevorzugten Ausführungsformen werden bei einem rechteckförmigen Querschnitt des Sicherungselementes entweder die radiale Breite oder die Dicke oder die radiale Breite und die Dicke reduziert. Der verbleibende Querschnitt muss jedoch hinreichend stark bemessen sein, um das bei der Montage des Sicherungselementes auftretende Biegemoment aufnehmen zu können.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Sicherungselement aus einem Runddraht (Federstahldraht) hergestellt und weist somit einen kreisförmigen Querschnitt auf, der ebenfalls erfindungsgemäß reduziert werden kann. Die Querschnittsreduzierung kann auch an mehreren Umfangsbereichen angeordnet sein.
Erfindungsgemäß ist ferner bei einem Verfahren zur Herstellung des Sicherungselementes vorgesehen, dass der Querschnitt des Sicherungselements gewalzt wird, d. h. durch Walzen umgeformt wird, wobei als Ausgangsmaterial ein gezogener Draht verwendet wird. Bevorzugt erfolgt das Walzen mittels eines Rollensatzes, wobei der Abstand der sich gegenüberliegenden Rollen veränderbar ist. Durch den Rollensatz können sowohl die radiale Breite als auch die Dicke des Sicherungselementes, vorzugsweise eines Sprengringes durch Umformung reduziert werden. Vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass die Querschnittsänderung während des ursprünglichen Herstellungsprozesses vorgenommen werden kann. Dies erspart zusätzliche Kosten. Durch die Umformung mittels Walzen ergibt sich auch eine Kaltverfestigung, d. h. trotz Querschnittsreduktion eine Steigerung der Festigkeit des Materials.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Walzvorgang in einer oder in mehreren Stufen, damit der zulässige Umformgrad nicht überschritten, d. h. das Material nicht überbeansprucht wird.
Die Erfindung wird bevorzugt für Sprengringe angewandt, welche in Nuten von Bohrungen eingesetzt werden. In diesem Falle ist der Umfangsspalt bzw. das Stoßspiel am größten und demzufolge auch die Unwucht am stärksten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können.
Es zeigen
1 einen Sprengring nach dem Stand der Technik mit einem Bereich X,
2 den Bereich X in vergrößerter Darstellung, jedoch für einen erfindungsgemäßen Sprengring mit reduziertem Querschnitt,
3 eine schematische Darstellung des Walzvorganges mittels eines Rollensatzes zur Reduzierung der radialen Breite und
4 einen Rollensatz zur Reduzierung der Dicke des Sprengringes.
1 zeigt einen Sprengring 1 nach dem Stand der Technik, z. B. nach DIN 9045 oder DIN 5417. Der Sprengring 1 weist eine konstante radiale Breite b sowie eine in 1 nicht erkennbare konstante Dicke s (Erstreckung in axialer Richtung) auf. Der insbesondere für den Einsatz in Bohrungen verwendbare Sprengring 1 weist einen Stoß 2 mit einem Umfangsspalt u auf, welcher bei der Montage in die Bohrung nahezu geschlossen wird und nach dem Einsetzen in die Ringnut wieder auffedert. Der bekannte Sprengring 1 wird durch Stanzen aus einem Blech hergestellt und anschließend gehärtet. Durch ein gestrichelt dargestelltes Rechteck X ist ein Bereich gekennzeichnet, welcher diametral gegenüber dem Stoß 2 angeordnet ist. Dieser Bereich X ist in 2 vergrößert für einen erfindungsgemäßen Sprengring dargestellt.
2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines erfindungsgemäßen, als Sprengring 3 ausgebildeten axialen Sicherungselements. Der Mittelpunkt des Sprengringes 3 ist mit M bezeichnet, welcher den Scheitelpunkt eines Sektors mit dem Zentriwinkel (Mittelpunktswinkel) α bildet. Außerhalb des Zentriwinkels α weist der Sprengring eine konstante radiale Breite b auf, innerhalb des Zentriwinkels α, der in der Zeichnung willkürlich gewählt ist, weist der Sprengring 3 eine reduzierte radiale Breite b₀ auf – die ursprüngliche radiale Breite b ist in diesem Bereich gestrichelt dargestellt. Die Dicke s des Sprengringes 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel konstant. Der Umfangsbereich innerhalb des Zentriwinkels α befindet sich – wie oben erwähnt – diametral gegenüber dem in 2 nicht dargestellten Stoß des Sprengringes 3, welcher somit in Verlängerung des Durchmessers d oberhalb des Mittelpunktes M angeordnet ist. Durch die verringerte radiale Breite b₀ ergibt sich eine Querschnittsverminderung für den Sprengring 3, wodurch in diesem Bereich eine Massenveränderung vorgenommen ist, welche eine Veränderung der Zentrifugalkräfte in diesem Bereich zur Folge hat. Durch diese Massenveränderung wird die durch den Stoß des Sprengringes 3 bedingte Unwucht kompensiert oder verringert, sodass sich insgesamt ein schwingungsärmerer Lauf für das mit dem Sicherungsring 3 versehene Bauteil ergibt.
Alternativ zu dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel kann zusätzlich die Dicke s des Sprengringes 3 verändert werden oder nur die Dicke s ohne eine Veränderung der radialen Breite b. Darüber hinaus können die Querschnittsverminderungen über b und/oder s auch in mehreren Umfangsbereichen derart vorgenommen werden, dass eine Kompensation der stoßbedingten Unwucht erreicht wird.
3 zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Querschnittsreduzierung eines Sprengringes. Dargestellt ist der Querschnitt A eines Sprengringes im Hochformat, wobei die radiale Breite mit b angegeben ist. In der Zeichnung oberhalb und unterhalb des Querschnittes A sind zwei Rollen 4a, 4b mit jeweils horizontalen Rollenachsen a1, a2 angeordnet, welche zusammen einen Rollensatz 4 bilden. Durch Verringerung des Achsabstandes der beiden Achsen a1, a2 kann die radiale Breite b des Querschnittes A durch Walzen reduziert werden. Die Veränderung des Achsabstandes kann in Stufen erfolgen, sodass die endgültige radiale Breie b₀ in mehreren Stufen erreicht wird.
4 zeigt einen Rollensatz 5 mit zwei Rollen 5a, 5b, die jeweils vertikal angeordnete Achsen c1, c2 aufweisen. Der Querschnitt A ist wiederum in Hochformat angeordnet, wobei die Dicke des Sprengringes mit s angegeben ist. Durch Veränderung des Abstandes der Achsen c1, c2 kann die Dicke s des Querschnittes A durch Walzen mittels des Rollensatzes 5 reduziert werden. Die Rollensätze 4 gemäß 3 und 5 gemäß 4 können auch hintereinander angeordnet sein, sodass sowohl die radiale Breite b als auch die Dicke s nacheinander auf ein reduziertes Maß heruntergewalzt werden können. Durch den Umformvorgang Walzen wird ein günstiger Faserverlauf mit einer Steigerung der Materialfestigkeit erreicht. Insofern kann auch ein Härteprozess, wie er bei gestanzten Sicherungsringen durchgeführt werden muss, entfallen.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Sicherungselementes, insbesondere eines Sprengringes läuft folgendermaßen ab: Als Ausgangsmaterial wird bevorzugt ein Runddraht (Federstahldraht) verwendet, welcher einer nicht dargestellten Walzeinrichtung zugeführt wird. Auf der Walzeinrichtung wird der Rundquerschnitt in einen rechteckförmigen Querschnitt A oder ein anderes beliebiges Profil umgeformt. Danach – oder auch gleichzeitig – erfolgt die erfindungsgemäße Reduktion des bereits gewalzten Querschnittes A in bestimmten Abschnitten, welche dem später hergestellten Stoß des Sprengringes zugeordnet werden. Die Querschnittsverminderung kann – wie oben ausgeführt – bezüglich der radialen Breite b und/oder der Dicke s durch Walzen mittels Rollensätzen erfolgen. Nach dem Walzen der reduzierten Querschnittsabschnitte wird der Walzdraht durch weitere Umformung in die endgültige Form des Sprengringes mit Einbringung des Stoßes gebracht und fertig gestellt. Der Stoß ist dann so gegenüber dem oder den reduzierten Querschnittsbereichen angeordnet, dass sich ein Sprengring ohne oder mit nur geringer Unwucht ergibt. Die Erfindung ermöglicht somit einen vollen Unwuchtausgleich. Ein nachträgliches Härten – wie nach dem Stanzen – ist nicht erforderlich.

1: Sprengring (Stand der Technik)
2: Stoß
3: Sprengring
4: Rollensatz
4a: Rolle
4b: Rolle
5: Rollensatz
5a: Rolle
5b: Rolle
b: radiale Breite
s: Dicke
u: Umfangsspalt
d: Durchmesser
b₀: reduzierte radiale Breite
α: Zentriwinkel
A: Querschnitt
M: Mittelpunkt
a1: Rollenachse
a2: Rollenachse
c1: Rollenachse
c2: Rollenachse

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 Nicht-Patentliteratur

- DIN 471 [0002]
- DIN 472 [0002]
- DIN 983 [0002]
- DIN 984 [0002]
- DIN 9045 [0003]
- DIN 5417 [0003]
- DIN 7993 [0003]
- DIN 9045 [0020]
- DIN 5417 [0020]

Claims

Ringförmiges axiales Sicherungselement, welches auf seinem Umfang einen Stoß (2) mit einem Umfangsspalt (u) und einen Querschnitt (A) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (A) zum Ausgleich einer stoßbedingten Unwucht in mindestens einem Umfangsbereich reduziert ist.
Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der diametral zum Stoß (2) angeordnete Umfangsbereich im Querschnitt reduziert ist.
Sicherungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (A) rechteckförmig ausgebildet ist und eine radiale Breite (b) aufweist, und dass die radiale Breite (b) auf eine radiale Breite (b₀) reduziert ist.
Sicherungselement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (A) eine Dicke (s) aufweist und dass die Dicke (s) reduziert ist.
Sicherungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt kreisförmig ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Sicherungselements nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei aus einem Runddraht ein Profilquerschnitt gewalzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilquerschnitt abschnittsweise durch Walzen reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilquerschnitt als Rechteckquerschnitt (A) mit einer radialen Breite (b) und einer Dicke (s) ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die reduzierte radiale Breite (b₀) durch Walzen mittels eines Rollensatzes (4) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (s) durch Walzen mittels eines Rollensatzes (5) reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzen in Stufen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement, insbesondere der Sprengring (3) anschließend an den Walzvorgang durch weitere Umformung in die fertige Ringform gebracht wird.