DE102007046813A1

DE102007046813A1 - Spannrolle eines Zugmitteltriebs

Info

Publication number: DE102007046813A1
Application number: DE102007046813A
Authority: DE
Inventors: Rainer Pflug
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-09-29
Filing date: 2007-09-29
Publication date: 2009-04-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannrolle (1) eines Zugmitteltriebs, beispielsweise eines Riementriebs einer Brennkraftmaschine, mit einem eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle verbindenden Zugmittel, wobei die Spannrolle (1) eine radial äußere Laufscheibe (3) aufweist, in deren zentraler Nabe ein Wälzlager (4) mit einem Lageraußenring (5), einem Lagerinnenring (6) und dazwischen angeordneten, in Laufbahnen (10, 11) abwälzenden Wälzkörpern (12) eingesetzt ist, wobei in eine zur Laufscheibe (3) gerichtete Oberseite des Lageraußenrings (5) wenigstens eine Rändelung als Sitzfläche für eine radial innere Mantelfläche (15) der Laufscheibe (3) eingebracht ist. Um eine dauerhafte und verdrehsichere Verbindung der Laufscheibe mit dem Lageraußenring zu verbessern, ist vorgesehen, dass die Rändelung (20; 21) axial und radial außerhalb einer Mantelfläche (14) des Lageraußenrings (5) in wenigstens eine ballige Faser (18; 19) eingeformt ist, wobei die Fase (18; 19) jeweils einen den Durchmesser des Lageraußenrings (5) verkleinernden Übergang von der radial äußeren Mantelfläche (14) des Lageraußenrings (5) zu jeweils einer Stirnseite (16; 17) des Lageraußenrings (5) bildet.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Spannrolle eines Zugmitteltriebs, beispielsweise eines Riementriebs einer Brennkraftmaschine, mit einem eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle verbindenden Zugmittel, wobei die Spannrolle eine radial äußere Laufscheibe aufweist, in deren zentraler Nabe ein Wälzlager mit einem Lageraußenring, einem Lagerinnenring und dazwischen angeordneten, in Laufbahnen abwälzenden Wälzkörpern eingesetzt ist, wobei in eine zur Laufscheibe gerichtete Oberseite des Lageraußenrings wenigstens eine Rändelung als Sitzfläche für eine radial innere Mantelfläche der Laufscheibe eingebracht ist.
Hintergrund der Erfindung
Das Einbringen wenigstens einer Rändelung in die durch eine radial äußere Mantelfläche gebildete Oberfläche des Lageraußenrings als Sitzfläche für die Laufscheibe ist eine seit langem bekannte Maßnahme zur drehfesten Verbin dung der zumeist aus Kunststoff, aber auch aus Stahl bestehenden Laufscheibe mit dem Lageraußenring des Kugellagers der Spannrolle.
Unter einer Rändelung bzw. unter Rändeln wird gemäß der DE 10 2005 019 693 A1 das Einprägen von Mustern auf Handgriffe an Werkzeugen, Schrauben, Randmuttern, Bauteilen und ähnlichem verstanden. Dadurch liegen die Werkzeuge oder Bauteile bei deren Handhabung besser in der Hand und rutschen nicht leicht ab. Bekannt sind auch Stahllaufscheiben mit definierter Laufbahngeometrie an deren Grifffläche, die bei unterschiedlichen Anwendungsfällen zum Einsatz kommen.
Außerdem sind gemäß der DE 10 2005 019 693 A1 Laufscheiben oder Reibräder für nichtmetallische Umschlingungsmittel von Umschlingungstrieben bekannt, an deren Außenumfangsfläche das Umschlingungsmittel abläuft. Eine solche Laufscheibe bzw. Reibrad sitzt mit ihrer lnnendurchmesserfläche so auf dem Außenring eines Wälzlagers, dass eine betriebsfeste Verbindung zwischen diesen beiden Bauteilen gewährleistet ist. Eine axial beidseitige Rändelung im Außenmantel des Lageraußenrings zeigt beispielsweise die US 3,451,736 A .
Aus der DE 36 34 383 A1 ist eine als ringförmiges Maschinenteil bezeichnete Laufrolle bekannt, bei welcher ein Laufrollenmantel mit einem Lageraußenring verbunden ist. Die radial äußere Mantelfläche des Lageraußenrings weist beiderseits ringförmig geschlossene, gerändelte Abschnitte mit einer Vielzahl axial verlaufender Rändelvorsprünge auf. Diese Abschnitte nehmen jeweils ca. 30% der Gesamtbreite des Außenringes ein und erstrecken sich bis zu dessen axialen Seitenflächen. Die Scheitelflächen der Rändelvorsprünge sind durch eine gemeinsame Endbearbeitung nach dem Härten des Außenringes zusammen mit dem verbleibenden, dazwischen liegenden, glatten Bereich der Mantelfläche durch Schleifen abgetragen und sind deshalb niveaugleich mit diesem Bereich. Der Laufrollenmantel wird in Kunststoffspritztechnik in einem Formwerkzeug bei eingelegtem Kugellager hergestellt, wobei der Kunststoff in die Vertie fungen der Rändelung fließt und eine formschlüssige, verdrehsichere Verbindung zwischen Laufrollenmantel und Außenring entsteht.
Die bislang bekannten Lösungen weisen den Nachteil auf, dass durch das Rändeln bzw. das Einbringen der Rändelungen in die radial äußere Mantelfläche des Lageraußenrings eine Schwächung des Lageraußenrings entsteht, welche sich nachteilig auf die Lebensdauer des Kugellagers und damit der Spannrolle auswirken kann. Dies ist besonders deutlich zu bemerken, wenn die den Durchmesser schwächenden Rändelungen in unmittelbarer oder mittelbarer Nähe zu den Laufbahnen des Kugellagers eingebracht werden. Aber auch axial außerhalb der Laufbahn eingebrachte Rändelungen führen zu einer Schwächung des Lageraußenrings, welche sich nachteilig auswirken kann. Zudem konnte festgestellt werden, dass insbesondere beim Auftreten von Querkräften und bei besonders hohen dynamischen Verdrehmomenten im Betrieb der Spannrolle eine dauerhafte Verbindung zwischen Lageraußenring und Laufscheibe der Spannrolle nicht unter allen Bedingungen gegeben ist, so dass im Extremfall die Laufscheibe durchrutscht und ihre Funktion verliert.
Ferner ist das Einbringen der Rändelungen bislang aufwendig. Denn hierfür ist in der Regel ein prozessintensiver Dreheinstich auszuführen. Ebenfalls ist eine Kontrolle des korrekten Sitzes der Laufscheibe auf dem Lageraußenring nach Fertigstellung schwierig, da die Rändelung zumeist nicht von außen zu kontrollieren ist.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannrolle eines Riementriebs zu schaffen, welche die geschilderten Nachteile beseitigt. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, die Verbindung zwischen Lageraußenring und Laufscheibe zu optimieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die gestellte Aufgabe auf überraschend einfache Art und Weise dadurch lösen lässt, dass wenigstens eine Rändelung in eine Fase, welche den Übergang zwischen der radial äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings und seiner Stirnseite bildet, eingebracht wird.
Die Erfindung geht daher aus von einer Spannrolle eines Zugmitteltriebs, beispielsweise eines Riementriebs einer Brennkraftmaschine, mit einem eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle verbindenden Zugmittel, wobei die Spannrolle eine radial äußere Laufscheibe aufweist, in deren zentraler Nabe ein Wälzlager mit einem Lageraußenring, einem Lagerinnenring und dazwischen angeordneten, in Laufbahnen abwälzenden Wälzkörpern eingesetzt ist, wobei in eine zur Laufscheibe gerichtete Oberseite des Lageraußenrings wenigstens eine Rändelung als Sitzfläche für eine radial innere Mantelfläche der Laufscheibe eingebracht ist. Dabei ist zur Lösung der Aufgabe vorgesehen, dass die Rändelung axial und radial außerhalb einer Mantelfläche des Lageraußenrings in wenigstens eine ballige Fase eingeformt ist, wobei die Fase jeweils einen den Durchmesser des Lageraußenrings verkleinernden Übergang von der radial äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings zu jeweils einer Stirnseite des Lageraußenrings bildet.
Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass die radial äußere Mantelfläche des Lageraußenrings mechanisch nicht geschwächt ist, gleichzeitig aber eine sichere Verbindung zwischen Lageraußenring und Laufscheibe ermöglicht wird.
Diese Ausgestaltung bietet eine Reihe überraschender Vorteile. So wird die Wandstärke im belasteten Querschnitt nicht reduziert, was in einer höheren Belastbarkeit bzw. in einer erhöhten Sicherheit gegen Bruch bzw. Verformung des Lageraußenrings und damit des Wälzlagers resultiert.
Ein besonders positiver Effekt der Erfindung besteht darin, dass beim Herstellprozess, insbesondere beim Drehen des Lageraußenrings, auf einen besonderen bislang notwendigen Einstich für die Rändelung verzichtet werden kann. Hieraus ergeben sich geringere Herstellkosten sowie ein geringeres Herstellprozessrisiko. Bei einer Fertigung im Paket, also bei einem gleichzeitigen Drehen mehrerer Lageraußenringe, können die angrenzenden Fasen mit nur einem Rändelwerkzeug gleichzeitig gerändelt werden, was zu einer Halbierung der Rändelwerkzeugkosten führt. Alternativ dazu ist es nunmehr möglich, bei einer Ausgestaltung mit beidseitiger Rändelung beider Fasen beide Rändelungen in nur einer axialen Pressoperation anzuformen. Hieraus ergeben sich in neuartiger Weise Einsatzmöglichkeiten von kostengünstigen Umformtechnologien.
Ein weiterer Vorteil der neuartigen Ausgestaltung der Rändelung ergibt sich dadurch, dass beim Härten aufgrund der Ringsymmetrie der Fasen eine gleichmäßige Formänderung, also ein Schrumpfung erwartet werden kann. Dies führt zu weniger Ausschuss, zu einer besseren Wirtschaftlichkeit sowie zu einem optimierten Festsitz des Dichtringes und der Laufscheibe.
Die in die Stirnseiten mündende Rändelung ermöglicht ferner eine einfache optische Überprüfung der Rändelung, beispielsweise durch eine Kamera mit angeschlossenem Bildverarbeitungsprogramm.
Ein weiterer Vorteil gegenüber herkömmlichen Lösungen ergibt sich dadurch, dass durch einen beidseitigen Formschluss mit der umspritzten Laufscheibe das Durchrutschmoment der Pressverbindung gleichmäßig verteilt und quasi verdoppelt werden kann, womit eine gesteigerte Anwendungssicherheit einhergeht.
Wird anstelle einer Laufscheibe aus Polymer-Material das erfindungsgemäß ausgestaltete Wälzlager in eine als Stahlpulley bezeichnete Laufscheibe aus Stahlmaterial eingepresst, so ergibt sich der überraschende Effekt, dass das Entstehen eines Spans mit resultierendem Fressen vermieden wird. Auch hierbei ergibt sich eine geringere Ausschussquote bzw. ein wesentlich sicherer Festsitz des Stahlpulleys.
In einer besonders praktischen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass beide Fasen jeweils mit einer Rändelung versehen sind. Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass die Laufscheibe aus Kunststoff besteht und auf den Lageraußenring aufgespritzt ist. Besonders vorteilhaft ist schließlich eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass die Laufscheibe aus einem Stahl gefertigt oder aus einem Blech besteht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt 1 ein Ausführungsbeispiel einer Spannrolle gemäß der Erfindung im Längsschnitt in hälftiger Ansicht.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In der einzigen 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spannrolle 1 im Längsschnitt in hälftiger Ansicht dargestellt. Die Spannrolle 1 ist Teil eines nicht dargestellten Zugmitteltriebs, insbesondere eines Riementriebs einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Der Zugmitteltrieb weist in bekannter Weise eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle sowie ein beide verbindendes Zugmittel, insbesondere einem Treibriemen, auf. Die Spannrolle 1 kann beispielshalber an einem freien Ende eines Spannarms eines Riemenspanners gelagert sein oder in sonstiger Weise in den Zugmitteltrieb integriert sein. Auf einer äußeren Lauffläche 2 der Spannrolle 1 wird der nicht dargestellte Treibriemen geführt. Dieser Treibriemen ist um eine ebenfalls nicht dargestellte, von einer Kurbelwelle angetriebene Antriebsscheibe geschlungen. Der Riementrieb umfasst zudem weitere Riemenscheiben, die jeweils mit Nebenaggregaten der Brennkraftmaschine verbunden sind. Die dargestellte Spannrolle 1 befindet dient zur Beeinflussung der Riemenspannung und zur Erzeugung einer Riemenvorspannkraft.
Die Spannrolle 1 besteht im wesentlichen aus einer radial äußeren Laufscheibe 3 aus einem polymeren Werkstoff. In der zentralen Nabe der Spannrolle 1 ist ein Wälzlager in Form eines Kugellagers 4 eingesetzt und kraftschlüssig mit der Laufscheibe 3 verbunden. Das Kugellager 4 weist einen Lageraußenring 5 und einem Lagerinnenring 6 auf, zwischen denen beidseitig jeweils ein axial äußerer Dichtring 7 eingesetzt bzw. eingepresst ist. In radial innere Mantelflächen 8, 9 von Lageraußenring 5 und Lagerinnenring 6 ist jeweils eine Laufbahn 10, 11 für die Lagerkugeln 12 eingearbeitet. Die Laufbahnen 10 und 11 schmälern jeweils die Dicke des von dem Lageraußenring 5 und dem Lagerinnenring 6 in einem durch gestrichelte Linien A und C angedeuteten Bereichs links und rechts von einer Mittellinie B erheblich. Dieser Bereich zwischen den Linien A und C ist gleichzeitig der im Betrieb der Spannrolle 1 am stärksten belastete Bereich des Kugellagers 4 und der Spannrolle 1. In eine zentrale Bohrung 13 des Lagerinnenrings 6 wird ein Bolzen oder ein vergleichbares Verbindungsmittel eingepresst oder eingesetzt, mittels dem die Spannrolle 1 beispielsweise an einem Motorblock oder an einem Spannarm eines Riemenspanners befestigbar ist.
Der Lageraußenring 5 weist eine radial äußere Mantelfläche 14 auf, auf welcher eine radial innere Mantelfläche 15 der Laufscheibe 3 formschlüssig aufliegt. Ein Übergangsbereich von der radial äußeren Mantelfläche 14 des Lageraußenrings 5 zu axial beidseitigen Stirnseiten 16 und 17 des Lageraußenrings 5 wird jeweils durch ballige Fasen 18, 19 gebildet, durch deren Kurvenverlauf der Durchmesser des Lageraußenrings 5 im Bereich der Mantelfläche 14 zu den Stirnseiten 16, 17 hin auf kurzer axialer Länge sanft verringert ist. Anders ausgedrückt senkt sich das Niveau der Mantelfläche 15 im Bereich der Fasen 18, 19 kontinuierlich unterhalb einer Horizontallinie D ab, so dass die Fasen 18, 19 axial und radial außerhalb der Mantelfläche 14 angeordnet sind. Die Fasen 18, 19 sind jeweils mit einer umlaufenden Rändelung 20, 21 versehen, welche jeweils aus einer Abfolge von axial verlaufenden Vertiefungen und Erhebungen bestehen, welche durch Einprägen, spanabhebende, materialverdrängende, materialverdichtende oder durch andere an sich bekannte Maßnahmen in den Lageraußenring 15 im Bereich der Fasen 18, 19 eingearbeitet sind. Der jeweilige Grund der Vertiefungen der Rändelung 20 bzw. 21 ist in 1 durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
Die Rändelungen 20, 21, welche in die eine Oberfläche des Lageraußenrings 5 bildenden Fasen 18, 19 eingeformt sind, dienen als Sitzflächen der kraft- und formschlüssigen Verbindung des Lageraußenrings 5 mit der Laufscheibe 3. Diese ist als Kunststoffspritzgussteil durch An- oder Aufspritzen mit dem Lageraußenring 5 verbunden, wobei der zunächst noch flüssige Kunststoff der Laufscheibe 3 in die Vertiefungen der Rändelungen 20, 21 einfließt. Nach Erstarren der Kunststoffmasse der Laufscheibe 3 ist eine form- und kraftschlüssige Verbindung der Lauscheibe 3 mit dem Lageraußenring 5 hergestellt, welche verhindert, dass sich die Laufscheibe 3 gegen den Lageraußenring 5 verdrehen kann.
Durch die Einbringung der Rändelungen 20, 21 in den Bereich der Fasen 18, 19 wird erreicht, dass der Durchmesser der Mantelfläche 14 des Lageraußenrings 5 nicht geschwächt wird. Eine derartige Schwächung hat sich als nachteilig erwiesen, da eine solche Schwächung den kritischen Bereich axial innerhalb der Lauffläche 10 zwischen den Linien A und C noch weiter schwächt, was zu einem vorzeitigen Ausfall der Kugellagers 4 führen kann. Die Rändelungen 20, 21 schwächen aber lediglich den völlig unkritischen Bereich der Fasen 18 und 19, so dass diese Schwächung der Fasen 18, 19 völlig ohne Belang auf die Lebensdauer des Kugellagers 4 ist.
In dem Falle, in dem die Laufscheibe 3 nicht aus Kunststoff sondern aus einem metallischem Werkstoff, insbesondere aus Stahlvollmaterial oder aus Blech, besteht, bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung der in die Fasen 18, 19 eingebrachten Rändelungen 20, 21 den Vorteil, dass beim Einpressen des Kugellagers 4 in die beispielsweise aus Stahl bestehende Laufscheibe 3 eine kritische Entstehung von Spänen und damit ein so genanntes Fressen vermieden wird. Dies führt zu einer geringeren Ausschussquote bei der Herstellung, sowie zu einem deutlich verbesserten Festsitz der aus Stahl bestehenden Laufscheibe 3 auf dem Lageraußenring 5.

1: Spannrolle
2: Lauffläche
3: Laufscheibe
4: Wälzlager; Kugellager
5: Lageraußenring
6: Lagerinnenring
7: Dichtring
8: Radial innere Mantelfläche des Lageraußenrings
9: Radial äußere Mantelfläche des Lagerinnenrings
10: Laufbahn
11: Laufbahn
12: Wälzkörper; Lagerkugel
13: Zentrale Bohrung im Lagerinnenring
14: Radial äußere Mantelfläche des Lageraußenrings 5
15: Radial innere Mantelfläche der Laufscheibe 3
16: Stirnseite
17: Stirnseite
18: Fase
19: Fase
20: Rändelung
21: Rändelung
A: Linie
B: Linie
C: Linie
D: Linie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005019693 A1 [0003, 0004]
- US 3451736 A [0004]
- DE 3634383 A1 [0005]

Claims

Spannrolle (1) eines Zugmitteltriebs, beispielsweise eines Riementriebs einer Brennkraftmaschine, mit einem eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle verbindenden Zugmittel, wobei die Spannrolle (1) eine radial äußere Laufscheibe (3) aufweist, in deren zentraler Nabe ein Wälzlager (4) mit einem Lageraußenring (5), einem Lagerinnenring (6) und dazwischen angeordneten, in Laufbahnen (10, 11) abwälzenden Wälzkörpern (12) eingesetzt ist, wobei in eine zur Laufscheibe (3) gerichtete Oberseite des Lageraußenrings (5) wenigstens eine Rändelung als Sitzfläche für eine radial innere Mantelfläche (15) der Laufscheibe (3) eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rändelung (20, 21) axial und radial außerhalb einer Mantelfläche (14) des Lageraußenrings (5) in wenigstens eine ballige Fase (18, 19) eingeformt ist, wobei die Fase (18, 19) jeweils einen den Durchmesser des Lageraußenrings (5) verkleinernden Übergang von der radial äußeren Mantelfläche (14) des Lageraußenrings (5) zu jeweils einer Stirnseite (16, 17) des Lageraußenrings (5) bildet.
Spannrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Fasen (18, 19) jeweils mit einer Rändelung (20, 21) versehen sind.
Spannrolle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufscheibe (3) aus Kunststoff besteht und auf den Lageraußenring (5) aufgespritzt ist.
Spannrolle wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufscheibe (3) aus einem Blech oder einem metallischen Gussteil besteht.