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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Riemenscheibenvorrichtung für eine Spann- oder Umlenkrolle, die vorgesehen ist, um mit einem Getriebeelement zusammenzuwirken, beispielsweise einer Kette oder einem Verteilerriemen eines Verbrennungsmotors eines Automobils. Die Erfindung betrifft auch einen Motor, der mit einer solchen Riemenscheibenvorrichtung ausgestattet ist.
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Eine derartige Rolle dient im Allgemeinen dazu, permanent eine Spannung an dem Getriebeelement, wie einem Riemen oder einer Kette, in einem bestimmten Bereich aufrechtzuerhalten oder lokal die von diesem vorgegebene Orientierung zu modifizieren. Daher wird von einer Spannrolle bzw. von einer Umlenkrolle gesprochen.
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In einer Spannrolle ist eine Riemenscheibe in Drehung auf einer Schraube oder einem Bolzen mit Hilfe einer Lageranordnung montiert, wobei die Rolle anschließend direkt oder indirekt an einem Motorblock oder an einem Element einer Spannrollenvorrichtung, beispielsweise einem Gelenkarm oder einem Exzenter, montiert wird.
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Die Lageranordnung ist eine mechanische Vorrichtung, die es gestattet, eine Schwenkverbindung zwischen der Riemenscheibe und der Schraube oder dem Bolzen herzustellen. Zu diesem Zweck kann die Lageranordnung ein Lager sein.
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Es ist bekannt, eine Rolle eines Lagers vorzusehen, das mit einem Innenring, einem Außenring, der von der Riemenscheibe überragt wird, und einer Reihe von Rollelementen, beispielsweise Kugeln, versehen ist, welche radial zwischen Laufbahnen der Lager untergebracht sind, die auf jedem der Ringe definiert sind.
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Um höhere Lasten zu tragen, kann das Lager mit mindestens zwei Reihen von Rollelementen versehen sein. Gemäß einer Alternative kann die Rolle mit mindestens zwei Lagern mit einer einzelnen Reihe von Rollelementen versehen sein.
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Die Verwendung mehrerer axial benachbarter Lager erfordert jedoch die Verwendung einer Riemenscheibe, die durch Überlagerung an den Außenringen der Lager montiert ist, wie dies beispielsweise in
WO 01/33108 A1 beschrieben wird. Tatsächlich bestehen aufgrund von Toleranzen und Fehlern bei der Herstellung von Elementen jedes Lagers axiale und radiale Ausrichtungsfehler sogar zwischen zwei Lagern, die eigentlich identisch sein sollten. Eine Riemenscheibe, die festgezogen an den Außenringen von axial benachbarten Lagern montiert ist, ermöglicht es, die Ausrichtungsfehler zwischen den Außenringen zu kompensieren.
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Eine Riemenscheibe aus Metall oder starrem Kunststoff kann daher für diesen Zweck verwendet werden, wobei die Innenringe der Lager in einer zylindrischen Innenfläche einer zentralen Bohrung der Riemenscheibe montiert sind.
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Dennoch verhindert eine derartige Einschränkung, die Herstellung einer Riemenscheibe durch das Einspritzen von Material auf den Außenringen der Lager vorzunehmen. Tatsächlich können in diesem Fall die Ausrichtungsfehler durch die Riemenscheibe nicht kompensiert werden, da das die Riemenscheibe bildende Material nur auf den Ringen aufgebracht ist und liegt. Eine weniger starre, weniger massive, kostengünstigere Riemenscheibe ist nicht geeignet. Das Verfahren der Überformung, das Fachleuten bekannt und kostengünstiger ist, ist ebenso wenig geeignet.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Verfahren zur Herstellung einer Riemenscheibenvorrichtung vorzuschlagen, das besonders einfach und wirtschaftlich durchzuführen ist.
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Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Riemenscheibenvorrichtung für eine Spann- oder Umlenkrolle eines Getriebeelements.
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Gemäß der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Riemenscheibe, mindestens zwei Lager und eine Manschette, und das Verfahren umfasst die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte:
- (a) mindestens zwei Lager mit einer einfachen Reihe von Rollelementen werden vorher zusammengebaut, wobei die Lager jeweils einen Innenring, der mit einer Bohrung versehen ist, einen Außenring, der mit einer zylindrischen Außenfläche versehen ist, und eine einzelne Reihe von Rollelementen, die radial zwischen den Innenringen und Außenringen untergebracht ist, umfassen, wobei die Ringe in relativer Drehung um eine zentrale Achse sein können;
- (b) eine Manschette wird koaxial mit den Lagern positioniert;
- (c) die mindestens zwei Lager mit einer einfachen Reihe von Rollelementen werden aufeinanderfolgend an einer zylindrischen Außenfläche der Manschette montiert, wobei die Innenringe der Lager axial aneinander aufeinanderfolgend anliegen, wobei die Einheit der Innenringe der Lager die Manschette gemeinsam aufweist und derart, dass die zylindrische Außenfläche der Manschette die Bohrungen der Innenringe der axial benachbarten Lager überlagert; und
- (d) eine Riemenscheibe aus Kunststoffmaterial wird durch das Einspritzen von Material auf den zylindrischen Außenflächen der Außenringe der Lager gebildet.
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Dank der Erfindung sind die Innenringe benachbarter Lager alle in Bezug auf die zylindrische Außenfläche der Manschette positioniert und ausgerichtet. Die relativen axialen und radialen Ausrichtungsfehler zwischen den Ringen werden durch die zylindrische Beschaffenheit der Außenfläche der Manschette kompensiert. Eine solche zylindrische Beschaffenheit ist für Fachleute relativ einfach herzustellen.
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Danach wird eine Riemenscheibe durch Einspritzen von Material auf den Außenringen benachbarter Lager gebildet, die durch den vorhergehenden Schritt alle in Bezug aufeinander ausgerichtet wurden. Das Einspritzverfahren scheidet ein Material ab, das auf den Außenflächen und etwaigen Zwischenräumen zwischen den Außenringen der Lager liegt, wobei die Zwischenräume durch den vorhergehenden Schritt der Positionierung und Ausrichtung begrenzt worden sind.
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Somit ermöglicht es die Erfindung, die Verwendung eines Lagers mit mehreren Reihen durch mehrere Lager mit einer einfachen Reihe zu ersetzen, wobei die technischen Vorteile beibehalten werden, äquivalent zu der Anzahl von Reihen von Rollelementen. Außerdem erfordert ein Lager mit mehreren Reihen höhere Kosten und eine höhere Herstellungspräzision in Bezug auf mehrere Lager mit einer einfachen Reihe, äquivalent zu der Anzahl von Reihen von Rollelementen.
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Die Erfindung betrifft auch eine Riemenscheibenvorrichtung für eine Spann- oder Umlenkrolle, die durch ein solches Herstellungsverfahren erhalten wird.
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Gemäß vorteilhaften, jedoch nicht obligatorischen Aspekten der Erfindung kann eine Anschlagvorrichtung, die durch ein solches Herstellungsverfahren erhalten wird, ein oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen, die in jeder technisch zulässigen Kombination genommen sind:
- – Die Rollelemente des Lagers sind Kugeln.
- – Die Rollelemente des Lagers sind mehr oder weniger regelmäßig in Umfangsrichtung beabstandet von einem Käfig gehalten.
- – Die Riemenscheibe wird aus einem Material hergestellt, das eingespritzt, gegossen oder geformt werden kann, beispielsweise aus Kunststoff.
- – Die Riemenscheibe wird aus Polyamid PA66 mit etwa 30 % Glasfasern hergestellt.
- – Die Riemenscheibe umfasst einen äußeren axialen Abschnitt, der dazu bestimmt ist, mit einem Getriebeelement zusammenzuwirken, einen inneren axialen Abschnitt, der die Außenringe der Lager überragt, und einen radialen ringförmigen Zwischenabschnitt, der die axialen Abschnitte verbindet.
- – Die Riemenscheibe umfasst Versteifungsrippen, die zwischen den inneren und äußeren axialen Abschnitten vorgesehen sind und an dem Zwischenabschnitt befestigt sind.
- – Der innere axiale Abschnitt der Riemenscheibe umfasst zwei Schultern, die radial in das Innere der Riemenscheibenvorrichtung gerichtet sind, wobei die Schultern axial auf beiden Seiten der Einheit, die durch die Lager der Riemenscheibenvorrichtung gebildet wird, derart positioniert sind, dass die Außenringe benachbart den Lagern axial von den Schultern gehalten werden.
- – Der innere axiale Abschnitt der Riemenscheibe ist an einem axialen Ende durch Befestigungsmittel verlängert, die dazu bestimmt sind, mit einem Deckel zusammenzuwirken.
- – Die Befestigungsmittel für einen Deckel bestehen aus einem ringförmigen axialen Abschnitt, der mit einem Relief versehen ist, das dazu bestimmt ist, in einem dem Deckel zugeordneten Hohlraum untergebracht zu werden.
- – Das Relief ist ringförmig.
- – Die Manschette ist aus Stahl.
- – Die Manschette ist aus gesintertem Stahl D10 mit einem Agglomerierungsmittel.
- – Die Manschette umfasst einen rohrförmigen Abschnitt, der mit der zylindrischen Außenfläche versehen ist, an der die Lager montiert sind, wobei der rohrförmige Abschnitt an einem axialen Ende durch einen ringförmigen radialen Flansch mit größerem Durchmesser verlängert ist.
- – Der Außendurchmesser des Flansches der Manschette erstreckt sich nicht über mehr als 90 % des Innendurchmessers der Riemenscheibe, um einen radialen Raum zwischen dem Flansch und der Riemenscheibe für ein Verschließen einer Form über den Außenringen der Lager während des Verfahrens der Überformung der Riemenscheibe frei zu lassen.
- – Die Manschette ist mit einer Bohrung versehen, die dazu bestimmt ist, eine Schraube oder einen Bolzen zu tragen.
- – Die Manschette ist mit Befestigungsmitteln versehen, die dazu bestimmt sind, einstückig auf einem Träger montiert zu werden.
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Die Erfindung betrifft ebenso einen Verbrennungsmotor, der mindestens eine Spannrollen- oder Umlenkrollenvorrichtung für ein Getriebedrehmomentelement gemäß einer der oben angeführten Ausführungsformen umfasst.
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Die Erfindung wird besser verstanden werden und weitere Vorteile davon werden im Lichte der folgenden Beschreibung einer einzigartigen Ausführungsform einer Riemenscheibenvorrichtung gemäß ihrem Prinzip deutlicher erkennbar werden, die nur als Beispiel angegeben und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung angeführt ist, die eine axiale Ansicht, halb im Schnitt, einer solchen Riemenscheibenvorrichtung darstellt.
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Eine Riemenscheibenvorrichtung für eine Spann- oder Umlenkrolle eines Getriebeelements, Bezugszahl 1 in ihrer Gesamtheit, umfasst eine Riemenscheibe 2, zwei Wälzlager 6 und 10 und eine Manschette 14.
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Die Riemenscheibe 2 umfasst einen inneren axialen Abschnitt 3, einen äußeren axialen Abschnitt 5 und einen radialen ringförmigen Zwischenabschnitt 4, der den inneren Abschnitt 3 und den äußeren Abschnitt 5 verbindet. Die Riemenscheibe 2 in ihrer Gesamtheit und insbesondere die diese bildenden Abschnitte 3, 4, 5 sind gemäß einer zentralen Achse X1 ringförmig. Versteifungsrippen 4a sind zwischen dem axialen inneren Abschnitt 3 und äußeren Abschnitt 5 vorgesehen und verbinden sich auf dem Zwischenabschnitt 4.
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Der axiale äußere Abschnitt 5 der Riemenscheibe 2 hat eine zylindrische Außenfläche 5a, die dazu bestimmt ist, mit einem Getriebeelement 17 zusammenzuwirken, das mit gestrichelten Linien dargestellt ist, beispielsweise einem Riemen oder einer Kette.
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Der innere axiale Abschnitt 3 der Riemenscheibe 2 weist ein axiales Ende 3d auf, das axial durch Befestigungsmittel 3e verlängert ist, die dazu bestimmt sind, mit einem Deckel 18 zusammenzuwirken, der mit gestrichelten Linien dargestellt ist. Das axiale Ende ist ringförmig und die Befestigungsmittel bestehen aus einem ringförmigen Relief 3e, das dazu bestimmt ist, in einer zugeordneten Rille des Deckels untergebracht zu werden. Alternativ dazu können die Befestigungsmittel aus einer Klebung oder jedem anderen geeigneten Mittel bestehen.
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Der innere axiale Abschnitt 3 der Riemenscheibe 2 hat eine Bohrung 3a, in der die beiden Wälzlager 6, 10 untergebracht sind.
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Das Wälzlager 6 umfasst einen Außenring 7, der mit zwei Radialfrontalkanten 7a, 7b, einer zylindrischen Außenfläche 7c und einer Bohrung 7d versehen ist, und einen Innenring 8, der mit zwei Radialfrontalkanten 8a, 8b, einer zylindrischen Außenfläche 8c und einer Bohrung 8d versehen ist.
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Das Wälzlager 6 umfasst eine einzige Reihe von Rollelementen 9, hier in der Form von Kugeln ausgeführt, welche zwischen den toroidalen Laufbahnen des Lagers angeordnet sind, die in der Bohrung 7d des Außenrings 7 und an der zylindrischen Außenfläche 8c des Innenrings 8 vorgesehen sind.
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Die Ringe 7, 8 des Wälzlagers 6 können in relativer Drehung um die zentrale Achse X1 sein.
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Ähnlich umfasst das Wälzlager 10 einen Außenring 11, der mit zwei Radialfrontalkanten 11a, 11b, einer zylindrischen Außenfläche 11c und einer Bohrung 11d versehen ist, und einen Innenring 12, der mit zwei Radialfrontalkanten 12a, 12b, einer zylindrischen Außenfläche 12c und einer Bohrung 12d versehen ist.
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Das Wälzlager 10 umfasst eine einzige Reihe von Rollelementen 13, hier in der Form von Kugeln ausgeführt, welche zwischen den toroidalen Laufbahnen des Lagers angeordnet sind, die in der Bohrung 11d des Außenrings 11 und an der zylindrischen Außenfläche 12c des Innenrings 12 vorgesehen sind.
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Die Ringe 11, 12 des Wälzlagers 10 können in relativer Drehung um die zentrale Achse X1 sein.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Außenringe 7, 11 und Innenringe 8, 12 massiv, das heißt, ihre Form wird durch Bearbeitung mittels Abspanen (Drehen, Feinbearbeitung) aus Rohren, Stangen und geschmiedeten und/oder gewalzten Rohlingen erhalten.
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Die Rollelemente 9, 13 können in einem Käfig untergebracht sein, der nicht dargestellt ist, wodurch die Aufrechterhaltung der Umfangsbeabstandung der Rollelemente gewährleistet wird.
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Die Wälzlager 6, 10 können jeweils ein oder zwei ringförmige Dichtungsmittel, die nicht dargestellt sind, auf jeder Seite der einzigen Reihe von Rollelementen umfassen.
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Gemäß der Erfindung sind die Wälzlager 6, 10 mit einer einfachen Reihe von Rollelementen 9, 13 jeweils axial benachbart.
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Die Außenringe 7, 11 und Innenringe 8, 12 der beiden Lager 6, 10 sind jeweils axial derart benachbart, dass die Radialfrontalkanten 7b, 11a der Außenringe 7, 11 und die Radialfrontalkanten 8b, 12a der Innenringe 8, 12 axial aneinander anliegen.
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Die Wälzlager 6, 10 sind beide radial in der Riemenscheibe 2 aufgenommen. Genauer sind die zylindrischen Außenflächen 7c, 11c der Außenringe 7, 11 der Wälzlager 6, 10 jeweils mit der Bohrung 3a des inneren axialen Abschnitts 3 der Riemenscheibe 2 in Kontakt.
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Der innere axiale Abschnitt 3 der Riemenscheibe 2 umfasst zwei Schultern 3b, 3c, die radial in das Innere der Riemenscheibenvorrichtung 1 gerichtet sind, wobei die Schultern 3b, 3c axial auf beiden Seiten der Einheit positioniert sind, die durch die Wälzlager 6, 10 der Anschlagvorrichtung 1 gebildet wird. Die Schulter 3b liegt axial gegen die Radialfrontalkante 11b des Außenrings 11 des Wälzlagers 10 an, und die Schulter 3c liegt axial gegen die Radialfrontalkante 7a des Außenrings 7 des Wälzlagers 6 an. So werden die Außenringe 7, 11 axial benachbart den Wälzlagern 6, 10 axial von den Schultern 3b, 3c der Riemenscheibe 2 gehalten.
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Die Innenringe 8, 12 axial benachbart den Wälzlagern 6, 10 weisen benachbarte Bohrungen 8d, 12d auf, in denen eine Manschette 14 untergebracht ist.
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Die Manschette 14 mit der zentralen Achse X1 umfasst einen zylindrischen axialen Abschnitt 15, der eine zylindrische Außenfläche 15a aufweist, an der jeweils die Bohrungen 8d, 12d der Innenringe 8, 12 der Lager 6, 10 ausgerichtet sind.
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Der zylindrische axiale Abschnitt 15 ist an einem seiner axialen Enden durch einen ringförmigen radialen Flansch 16 mit einem größeren Durchmesser verlängert. Der Flansch bedeckt eine Seite des freien radialen Raums zwischen der Bohrung 11d des Außenrings 11 und der zylindrischen Außenfläche 12c des Innenrings 12, um ein Eindringen von Verunreinigungselementen zu verhindern, die von der Außenseite der Vorrichtung 1 stammen.
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Der Flansch 16 bildet auch eine axiale Anschlagfläche, gegen welche die Radialfrontalkante 12b des Innenrings 12 des Wälzlagers 10 axial in Anlage gelangt.
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Da der Innenring 8 des anderen Wälzlagers 6 der Vorrichtung 1 ebenso gegen den Innenring 12 des Wälzlagers 10 anliegt, dient der Flansch 16 als Referenz für die axiale Positionseinstellung der benachbarten anliegenden Innenringe.
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Außerdem kann der Flansch 16 gegen einen äußeren Träger, der nicht dargestellt ist, für die Riemenscheibenvorrichtung 1 axial in Anlage gelangen, um die Montage und die Befestigung der Vorrichtung 1 an dem Träger zu gestatten. Der Träger kann beispielsweise ein Motorblock, ein Gelenkarm oder ein Exzenter der zugeordneten automatischen Spannrolle sein. Zu diesem Zweck ist die Manschette 14 in ihrer Gesamtheit mit einer querverlaufenden Bohrung 15b versehen, in die eine Schraube eingeführt werden kann, die dazu bestimmt ist, die Riemenscheibenvorrichtung 1 mit dem Träger einstückig auszubilden.
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Gemäß der Erfindung wird die Vorrichtung 1 durch die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte montiert.
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Die beiden Wälzlager 6 und 10 mit einer einfachen Reihe von Rollelementen werden vorher zusammengebaut, wobei die Lager 6, 10 jeweils einen Innenring 8, 12, der jeweils mit einer Bohrung 8d, 12d versehen ist, einen Außenring 7, 11, der jeweils mit einer zylindrischen Außenfläche 7c, 11c versehen ist, und eine einzige Reihe von Rollelementen 9, 13 umfassen, die jeweils radial zwischen den Innenringen 8, 12 und Außenringen 7, 11 untergebracht sind, wobei die Ringe 7, 8 und 11, 12 in relativer Drehung um die zentrale Achse X1 sein können.
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Die Manschette 14 wird koaxial mit den Wälzlagern 6, 10 positioniert.
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Die beiden Wälzlager 6, 10 mit einer einfachen Reihe von Rollelementen werden aufeinanderfolgend an der zylindrischen Außenfläche 15a des zylindrischen axialen Abschnitts 15 der Manschette 14 montiert, wobei die Einheit der Innenringe 8, 12 der Lager 6, 10 jeweils den axialen Abschnitt 15 gemeinsam aufweist. Die zylindrische Außenfläche 15a des axialen Abschnitts 15 überlagert die Bohrungen 8d, 12d der Innenringe 8, 12 der axial benachbarten Lager 6, 10.
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Genauer werden die Innenringe 8, 12 in ihrer Position auf dem zylindrischen Abschnitt 15 eingestellt, um in eine axiale Anlage zu gelangen. Außerdem gelangt auch der Innenring 12 des Lagers 10 in axiale Anlage gegen den Flansch 16, der sich radial von dem axialen Abschnitt 15 der Manschette erstreckt, um eine Positionierungsreferenz und einen Anschlag für die Innenringe 8, 12 zu bilden. Demgemäß gelangen die Außenringe 7, 11 in die Nähe voneinander bis zu einer axialen Anlage.
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Die Riemenscheibe 2 aus Kunststoffmaterial wird anschließend auf die Anordnung überformt, die aus den Außenringen 7, 11 der Lager 6, 10 gebildet wird.
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Die Riemenscheibe kann vorteilhaft aus Kunststoffmaterial hergestellt sein, beispielsweise vom Typ Polyamid PA66, verstärkt mit 30 % Glasfasern.
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Gemäß einer Alternative, die nicht dargestellt ist, kann die Vorrichtung 1 mehr als zwei axial benachbarte Wälzlager umfassen.
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Vorzugsweise erstreckt sich der Außendurchmesser des Flansches 16 der Manschette 14 nicht über mehr als 90 % des Innendurchmessers der Riemenscheibe 2, insbesondere der Schulter 3b, um einen radialen Raum zwischen dem Flansch 16 und der Riemenscheibe 2 für das Verschließen einer Form auf den Außenringen 7, 11 der Lager 6, 10 während des Verfahrens der Überformung der Riemenscheibe 2 frei zu lassen.
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Die Erfindung wird vorstehend in dem Fall der Verwendung von Kugellagern beschrieben. Sie kann ebenso mit anderen Rollelementen verwendet werden, insbesondere Rollen oder Nadeln.
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Die technischen Eigenschaften von Ausführungsformen und Varianten, die vorstehend ausgeführt werden, können miteinander kombiniert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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