DE102005009139A1

DE102005009139A1 - Spannrolle für einen Zugmitteltrieb

Info

Publication number: DE102005009139A1
Application number: DE102005009139A
Authority: DE
Inventors: Thomas Rasche
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-03-01
Filing date: 2005-03-01
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2025-03-02
Also published as: DE102005009139B4; WO2006092187A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannrolle (31), an der ein Zugmittel eines Zugmitteltriebs geführt ist. Die Spannrolle schließt eine als Hohlkörper gestaltete, aus Stahlblech hergestellte Laufscheibe (34a, 34b) ein, die über einen Pressverband (41a, 41b) mit dem Wälzlager (33) verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Spannrolle eines Zugmitteltriebs, die auch als Bandspannrolle zu bezeichnen ist, an der ein Zugmittel geführt ist bzw. die an einem Zugmittel abgestützt ist. Die Spannrolle umfasst eine aus Stahl hergestellte Laufscheibe, die einen als Hohlkörper gestalteten Rotationskörper bildet sowie ein Wälzlager. Eine Nabe und eine Mantelfläche der Laufscheibe sind zumindest einseitig über Stege und/oder Wandungen verbunden sind. Im Einbauzustand ist die Laufscheibe über die Mantelfläche an dem Zugmittel abgestützt. Die Nabe umschließt das Wälzlager und ist an diesem mittels einer einen Pressverband bildenden Überdeckung lagefixiert.
Hintergrund der Erfindung
Bei Wälzlageranwendungen, die über einen Pressverband mit einem weiteren Bauteilen zusammengefügt sind, kann im Betriebszustand ein Wandern insbesondere in Axialrichtung auftreten. Dies tritt sowohl für einen Pressverband zwischen dem Außenring des Wälzlagers und einem weiteren Bauteil auf als auch zwischen dem Wälzlager-Innenring und einer Welle. Dieser ungewollte Effekt steht unmittelbar in einem Zusammenhang mit der Wandstärke des La gerrings bzw. des Bauteils, das den Außenring des Wälzlagers umschließt sowie der zu übertragenden Last bzw. des zu übertragenden Drehmoments. Zur Vermeidung dieses Effekts wurde bei bisher bekannten Lösungen die Pressung zwischen dem Ring und dem Gehäuse bzw. dem Ring und der Welle erhöht. Diese Maßnahme verursacht einen erhöhten Kraftaufwand, verbunden mit der Gefahr, dass die Nabe, bzw. der Ring des aufzupressenden Bauteils gesprengt wird oder es zur negativen Presserscheinungen im Bereich der Kontaktfläche der zusammengefügten Bauteile kommt.
Eine erhöhte Einpresskraft und eine damit verbundene Überdeckung kann weiterhin eine ungleichmäßige Verformung der zusammengefügten Bauteile führen, verbunden mit einer nachteiligen Geräuschentwicklung des Wälzlagers und/oder einer Schwingungsanregung des Zugmittels, die mit der Laufscheibe zusammenwirkt.

Aus dem Gebrauchsmuster DE 80 14 496 U1 ist eine Spannrolle bekannt mit einer Laufscheibe, die als einseitig offener Hohlkörper gestaltete ist und die auf den Außenring eines Wälzlagers gepresst ist. Zur Fixierung der Laufscheibe weist diese endseitig einen radial nach innen gerichteten Bord, welcher sich einseitig an dem Wälzlager abstützt. Axial versetzt zu dem Wälzlager ist die Nabe der Laufscheibe über eine kreisringförmige Wandung mit der Mantelfläche der Laufscheibe verbunden. Dieser Aufbau zeigt nachteilig eine deutlich größere Breite der Mantelfläche gegenüber der Wälzlagerbreite, was zu einem nachteiligen unrunden Lauf der Spannrolle führen kann, insbesondere bei einem zu großen Wälzlagerspiel.

Aufgabe der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, eine sichere Befestigung der über den Pressverband verbundenen Bauteile der Spannrolle zu realisieren.

Gemäß der Erfindung weist zumindest ein mit dem Pressverband in Verbindung stehendes Bauteil im Bereich der Versteifung eine reduzierte Überdeckung auf. Diese Maßnahme ermöglicht eine optimale Auslegung des Pressverbandes zur Erzielung eines Festsitzes der Laufscheibe. Die gezielte reduzierte Überdeckung im Bereich von Versteifungen der Laufscheibe gewährleistet eine gewünschte gleichmäßige Spannungsverteilung über die gesamte Breite des Pressverbandes, insbesondere im Werkstoff der Laufscheibe. Die bei bisherigen Pressverbänden auftretende nachteilige örtliche Spannungsspitzen werden durch die erfindungsgemäße Maßnahme vermieden. Durch die sich über die gesamte Länge des Pressverbandes einstellende gleichmäßige Flächenpressung stellt sich ein sicherer Fügesitz zwischen der Laufscheibe und dem Wälzlager ein.

Gemäß der Erfindung weist zumindest eines der den Pressverband bildenden Bauteile im Bereich der Versteifung eine reduzierte Überdeckung auf. Bei Bedarf schließt die Erfindung eine reduzierte Überdeckung an beiden Bauteilen des Pressverbandes ein, um so wirkungsvoll einen Spannungsanstieg zwischen versteiften und normalen Bereichen der zusammengefügten Bauteile zu verhindern. Diese Maßnahme verbessert entscheidend die Qualität des Pressverbandes und verhindert ein nachteiliges selbsttätiges Wandern der über einen Fügesitz fixierten Bauteile.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht außerdem eine bauraumoptimierte Laufscheibe. Da im Vergleich zu bisherigen Lösungen kein Mindestabstand zwischen dem Pressverband, der Überdeckungszone, und dem versteiften Bereich der Laufscheibe einzuhalten ist, kann die Breite der Laufscheibe entscheidend verringert werden.

In vorteilhafter Weise erstreckt sich die Erfindung ebenfalls auf Spannrollen, deren Laufscheiben sowohl seitlich als auch mittig Versteifungen in Form von Stegen oder Wandungen aufweisen, die eine Verbindung zwischen der Nabe und der Mantelfläche herstellen. Für derartig konzipierte Spannrollen ist die Nabe generell in allen Versteifungszonen mit radialen Stufen, zur Erzielung einer reduzierten Überdeckung im Pressverband versehen. Die radiale Stufe, die auch als Einzug bezeichnet werden kann, ist vorzugsweise spanlos herstellbar.

Die einen erfindungsgemäßen Pressverband einschließende Spannrolle, die im Bereich von Versteifungen eine reduzierte Überdeckung aufweist, ist kombinierbar mit einer üblichen bisherigen Befestigungsart. Diese sieht vor, das Wälzlager mit einem Bolzen oder einem Trägerteil zu kombinieren, mit dem die Spannrolle beispielsweise an einem Gehäuse der Brennkraftmaschine mit Hilfe einer Verschraubung lösbar befestigt ist.

Mit dem auch als Lagersitz zu bezeichnenden erfindungsgemäßen Pressverband, mit dem trotz eines zumindest örtlich versteiften Bereichs der Nabe eine nahezu konstante Spannungseinleitung erzielbar ist, wird außerdem die Gefahr eines Dauerbruchs vermieden, was sich vorteilhaft auf die Lebensdauer der Spannrolle auswirkt. Die sich einstellende konstante Spannung in dem elastisch verformbaren Bereich der den Presssitz bildenden Bauteile ermöglichen weiterhin eine verkürzte Länge des Pressverbandes.

Die Spannungseinleitung in den Pressverband bzw. in die Bauteile die den Pressverband bilden, erfolgt zunächst durch,

– den Herstellungsprozess der Laufscheibe;
– dem Auf- bzw. Einpressen der Laufscheibe auf den Außenring des Wälzlagers;
– sowie im Betriebszustand durch die vom Zugmittel in die Spannrolle eingeleiteten Trumkräfte.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 9.

Zur Erzielung einer erfindungsgemäßen reduzierten Überdeckung bietet es sich an, die Nabe der Laufscheibe innenseitig mit einer radialen Stufe zu versehen. Die Lage des gestuften Bereichs stimmt dabei mit der Lageposition der Wandung überein, d.h. die Länge des gestuften Bereichs erstreckt sich über die Breite des aufgrund der Wandung versteiften Bereichs. Diese konstruktive Maßnahme gewährleistet die gewünschte gleichmäßige Spannung über die gesamte Breite des Pressverbandes. Gleichzeitig stellt sich damit über die gesamte Breite des Pressverbandes eine gleiche elastische Umformung der beiden den Pressverband bildenden Bauteile ein.

Die Höhe der radialen Stufe in der Nabe wird erfindungsgemäß so ausgelegt, dass sich zwischen dem versteiften Bereich und dem normalen Nabenabschnitt eine gleiche Überdeckung einstellt. Vorteilhaft stellt sich damit eine gewünschte gleiche Flächenpressung bzw. Spannungseinleitung in einer Kontaktzone zwischen beiden den Pressverband bildenden Bauteile ein.

Die Erfindung ist in vorteilhafter Weise auf alle bekannten Bauformen von Laufscheiben übertragbar. Beispielsweise auf eine Laufscheibe mit einem als C-Profil gestalteten, einseitig offenen Hohlprofil. Im Bereich einer Wandung dieser Laufscheibe, die eine Verbindung zwischen der Nabe und der Mantelfläche herstellt, weist die Nabe eine reduzierte Wandstärke auf. Diese Maßnahme bewirkt die gewünschte reduzierte Überdeckung, verbunden mit einer verringerten Spannungseinleitung in dem versteiften Bereich der Nabe.

Für Spannrollen, deren Laufscheibe ein weitestgehend rechteckförmig gestaltetes Querschnittsprofil aufweisen, ist die Nabe an beiden Endseiten mit einer gestuften Bohrung versehen, zur Erzielung einer erfindungsgemäßen gereduzierten Überdeckung im Pressverband.

Die Erfindung ist außerdem auf Spannrollen übertragbar, deren Laufscheibe ein Hohlprofil partiell angeordnete mittige sowie seitliche Stege zwischen der Nabe und der Mantelfläche einschließt. Eine an die Versteifungen der Nabe angepasste Überdeckung sieht vor, dass die Nabe innenseitig zunächst an beiden Endseiten eine radiale Stufe bildet sowie in einer Mittenzone partielle Ausnehmungen entsprechend der Anordnung der Stege oder eine umlaufende Ringnut aufweist, zur Erzielung einer angepassten reduzierten Überdeckung.

In vorteilhafter Weise ermöglicht die Erfindung eine breitenoptimierte Spannrolle, bei der die Breite der Laufscheibe an die Breite des Wälzlagers angepasst ist. Abweichend zu bisherigen Spannrollen ist kein axialer Abstand im Bereich des Pressverbandes zwischen den versteifenden Elementen der Laufscheibe, wie Stege und/oder Wandungen und dem Lageraußenring des Wälzlagers erforderlich, um eine unzulässig hohe Spannungseinleitung in die Nabe der Laufscheibe zu verhindern. Durch das erfindungsgemäße Konzept stellt sich damit für viele Einbaufälle eine bauraumoptimierte Lösung dar, bei der die Breite der Laufscheibe nahezu mit der Breite des Wälzlagers und des Zugmittels übereinstimmt.

Die erfindungsgemäße Maßnahme zur Erzielung einer reduzierten Überdeckung im Bereich der Laufscheibenversteifung ermöglicht die Anwendung bisheriger Herstellverfahren. Die dazu vorgesehene Laufscheibe, deren Nabe einen radialen Einzug bzw. eine radial gestufte Innenbohrung aufweist ist ebenfalls auf Laufscheiben übertragbar, die aus Stahl oder aus einem Stahlblech spanlos mittels eines Tiefziehverfahrens herstellbar sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In drei Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die nachfolgend erläutert werden. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Laufscheibe in einem Längsschnitt;
2 das Detail „X" aus 1 in einem vergrößerten Maßstab;
3 eine Spannrolle, die ein Trägerteil sowie eine Wälzlagerung umfasst in Verbindung mit einer, die Wälzlagerung außen umschließenden Laufscheibe;
4 das Detail „Y" aus 3 in einem vergrößerten Maßstab;
5 eine bekannte Spannrolle bisheriger Bauart.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Zunächst wird die 5 beschrieben, die einen bekannten Stand der Technik darstellt. Die in 5 in einer Schnittdarstellung abgebildete Spannrolle 1, umfasst einen Bolzen 2, ein Wälzlager 3 sowie eine Laufscheibe 4. Der zentrisch positionierte, auch als Trägerteil zu bezeichnende und als ein Tiefziehteil gestaltete Bolzen 2 ist über eine Abstützfläche 5, beispielsweise an einem Gehäuse, einer in 5 nicht abgebildeten Brennkraftmaschine befestigt. Zur Befestigung ist insbesondere eine Verschraubung vorgesehen, die durch eine Bohrung 6 des Bolzens 6 geführt ist. Ein Führungsansatz 7 des Bolzens 2 dient zur Aufnahme des Wälzlagers 3. Dazu ist ein Innenring 8 des Wälzlagers 3 auf den Führungsansatz 7 aufgepresst, der an einer Stufe 9 lagefixiert ist. Eine Laufscheibe 4 umschließt den Außenring 10 des Wälzlagers 3. Eine Nabe 13 der Laufscheibe 4 ist über einen Pressverband 11 im Bereich einer Kontaktzone 12 mit dem Außenring 10 des Wälzlagers 3 drehstarr lagefixiert. Die eine mittige Trennfuge 14 aufweisende Nabe 13 der Laufscheibe 4 bildet beidseitig jeweils stirnseitig Wandungen 15a, 15b, die eine Verbindung zu einer Mantelfläche 16 herstellen. Im Einbauzustand der Spannrolle 1 ist die einen Hohlkörper 18 bildende Laufscheibe 4 kraftschlüssig an einem Zugmittel 17 eines in 5 nicht dargestellten Zugmitteltriebs abgestützt.
Der Pressverband 11 zwischen dem Wälzlager 3 und der Laufscheibe 4 umfasst eine maßliche Überdeckung, d. h. im nicht eingebauten Zustand übertrifft ein Außendurchmesser des Außenrings 10 einen Innendurchmesser der Nabe 13 der Laufscheibe 4. Die Überdeckung des Pressverbandes 11 ist so ausgelegt, dass die Laufscheibe 4 mit dem Wälzlager 3 über eine Presspassung verbunden ist, indem insbesondere mittels einer elastischen Verformung der Laufscheibe 4 im Bereich der Nabe 13 eine drehstarrer Fügesitz zwischen der Laufscheibe 4 an dem Wälzlager 3 erzielbar ist. Die Wandungen 15a, 15b, die alternativ auch als Stege ausgeführt sein können, bilden Versteifungen, die eine geringere elastische Verformung aufweisen als der weitere zylindrische Bereich der Nabe 13. Daher ist ein axialer Abstand „a₁" und „a₂" auf beiden Seiten des Wälzlagers 3 gegenüber der Wandung 15a, 15b vorgesehen. Diese Maßnahme gewährleistet eine weitestgehend gleiche Überdeckung des Pressverbandes über die gesamte Breite „S" im Bereich der Kontaktzone 12 zwischen dem Außenring 10 des Wälzlagers 3 und der Nabe 13. Die sich einstellende Breite „S₁" der Laufscheibe 4 übertrifft dabei deutlich das Breitenmaß der Kontaktzone 12, des Pressverbandes 11, der einen Fügesitz zwischen der Laufscheibennabe und dem Wälzlager 3 bildet.
Die 1 zeigt eine erfindungsgemäß gestaltete Laufscheibe 24, mit einem ein C-Profil bildenden einseitig offenen Hohlkörper 28. Wie der 2 zu entnehmen, ist die das Detail „x" gemäß 1 in einem vergrößerten Maßstab darstellt, weist die Nabe 23 innenseitig eine radiale Stufe 22 auf. Die auch als Einzug zu bezeichnende radiale Stufe 22 bildet eine reduzierte Wandstärke 21 bzw. voneinander abweichende Innendurchmesser „d₁" und „d₂" der Nabe 23. Aufgrund der Durchmesserunterschiede stellt sich im Einbauzustand über die Länge des Pressverbandes, der weitestgehend mit der Breite der Laufscheibe 24 übereinstimmt, eine abweichende Überdeckung zwischen der Nabe 23 und dem Außenring 10 des Wälzlagers 3 ein. Damit verbunden ergibt sich eine nahezu gleiche Einleitung von Werkstoffspannungen in die Nabe 23, aufgrund des radialen Einzugs, der Stufe 22, deren Länge „z" weitestgehend mit der endseitigen Versteifung, der Wandung 25 der Laufscheibe 24a übereinstimmt.
Die 3 zeigt die Spannrolle 31 mit einem spangebend hergestellten Bolzen 32, auf dem als Wälzlager 33 ein doppelreihiges Rillenkugellager positioniert ist. Dabei weist der Bolzen 32 zwei Laufbahnen auf, zur Aufnahme der parallel zueinander angeordneten Wälzkörper des Wälzlagers 33. Übereinstimmend werden die zwei axial zueinander versetzten Außenringe 30a, 30b des Wälzlagers 33 von einer Laufscheibe umschlossen, die zwei einzelne Laufscheiben 34a, 34b einschließt. Vergleichbar den 1 und 2 bilden die Laufscheiben 34a, 34c einen einseitig offenen Hohlkörper in Form eines C-Profils, wobei die geöffneten Seiten zueinander gerichtet sind und an einer Trennfuge 29 zusammenstoßen.
Die Laufscheiben 34a, 34b sind jeweils über einen Pressverband 41a, 41b im Bereich der Kontaktzonen 40a, 40b mit dem Außenring 30a, 30b kraftschlüssig verbunden. Zur Erzielung gleicher Werkstoffspannungen im Bereich der Kontaktzone 40a, 40b zwischen der Nabe 43a, 43b und dem zugehörigen Außenring 30a, 30b des Wälzlagers 33, sind die Naben 43a, 43b innenseitig radial gestuft, wobei die Gestaltung und Zuordnung der Stufe 42a, 42b entsprechend der 2 ausgelegt ist.
Die 4 zeigt in einem vergrößerten Maßstab das Detail „Y" aus 3 und verdeutlicht insbesondere die Ausbildung der radialen Stufe 42a zwischen der Nabe 43a und dem Außenring 30a. Die innenseitig gestufte Nabe 43a ermöglicht eine gleichbleibende Überdeckung über die ganze Breite der Nabe 43a. Diese Maßnahme beeinflusst die Breite der gesamten Spannrolle 31, und ermöglicht wie in 3 gezeigt, dass ein Breitenmaß „S₁" der Laufscheibe 34a, 34b, das weitestgehend der Breite „S₂" des Wälzlagers 33 entspricht.

1: Spannrolle
2: Bolzen
3: Wälzlager
4: Laufscheibe
5: Abstützfläche
6: Bohrung
7: Führungsansatz
8: Innenring
9: Stufe
10: Außenring
11: Pressverband
12: Kontaktzone
13: Nabe
14: Trennfuge
15a: Wandung
15b: Wandung
16: Mantelfläche
17: Zugmittel
18: Hohlkörper
21: Wandstärke
22: Stufe
23: Nabe
24: Laufscheibe
25: Wandung
26: Mantelfläche
27: Stirnseite
28: Hohlkörper
29: Trennfuge
30a: Außenring
30b: Außenring
31: Spannrolle
32: Bolzen
33: Wälzlager
34a: Laufscheibe
34b: Laufscheibe
40a: Kontaktzone
40b: Kontaktzone
41a: Pressverband
41b: Pressverband
42a: Stufe
42b: Stufe
43a: Nabe
43b: Nabe

Claims

Spannrolle, an der ein Zugmittel eines Zugmitteltriebs geführt ist, umfassend eine spanlos aus Stahl hergestellte, als Hohlkörper gestaltete Laufscheibe (4, 24, 34a, 34b) mit einer Nabe (13, 23, 43a, 43b) sowie einer Mantelfläche (16, 26), die zumindest einseitig über Versteifungen bildende Stege und/oder Wandungen (15a, 15b, 25) verbunden sind, wobei die Laufscheibe (2, 24, 34a, 34b) über die Mantelfläche (16, 26) an einem Zugmittel (17) abgestützt ist und die Nabe (13, 23, 43a, 43b) ein Wälzlager (3, 33) umschließt und an diesem mittels eines Pressverbandes (11, 41a, 41b), einer Überdeckung, zwischen dem Wälzlager (3, 33) und der Nabe (13, 23, 43a, 43b) in einer Kontaktzone (12, 40a, 40b), drehstarr befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein mit dem Pressverband (11, 41a, 41b) in Verbindung stehendes Bauteil im Bereich der Versteifung eine reduzierte Überdeckung aufweist.
Spannrolle nach Anspruch 1, bei der die Nabe (23, 43a, 43b) der Laufscheibe (24, 34a, 34b) innenseitig in einem versteiften Bereich, der weitestgehend mit einer Lageposition der Wandung (15a, 15b, 25) übereinstimmt, eine radiale Stufe (22, 42a, 42b) bildet.
Spannrolle nach Anspruch 2, wobei eine Höhe der Stufe (42, 42a, 42b) an eine Werkstoffelastizität und/oder an eine Bauteilelastizität der Nabe (23, 43a, 43b) zwischen dem versteiften und dem normalen Abschnitt angepasst ist.
Spannrolle nach Anspruch 1, deren Laufscheibe (24, 34a, 34b) als Hohlkörper ein C-profilartig gestaltetes, einseitig offenes Bauteil bildet.
Spannrolle nach Anspruch 1, wobei die Laufscheibe als ein weitestgehend geschlossener, trapezartig gestalteter Hohlkörper gestaltet ist.
Spannrolle nach Anspruch 1, die eine Laufscheibe mit einem weitestgehend rechteckförmig gestalteten Hohlkörper einschließt.
Spannrolle nach Anspruch 1, deren Wälzlager (3, 33) einem Bolzen (2, 32) zugeordnet ist, der als ein Trägerteil ausgebildet, zur Befestigung der Spannrolle (1, 31) vorgesehen ist.
Spannrolle nach Anspruch 1, wobei eine Breite „S₁" der Laufscheibe (34a, 34b) weitestgehend einer Breite „S₂" des Wälzlagers (43) entspricht.
Spannrolle nach Anspruch 1, die eine aus Stahl oder einem Stahlblech spanlos, insbesondere mittels eines Tiefziehverfahrens hergestellte Laufscheibe (24, 34a, 34b) einschließt.