DE19850157A1 - Leerlaufriemenscheibe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leerlaufriemenscheibe, insbesondere eine Leerlaufriemenscheibe, die einen Synchronriemen für Kraftfahrzeugmotoren oder einen Antriebsriemen für Hilfsaggregate mit sich zieht, wobei ein derartiger Riemen dazu vorgesehen ist, einer hohen Belastung ausgesetzt zu werden.

Leerlaufriemenscheiben werden installiert, um den Umschlingungswinkel eines Riemens, wie z. B. eines Synchronriemens für Kraftfahrzeugmotoren oder eines Antriebsriemens für Hilfsaggregate, zu vergrößern und damit eine geeignete Spannung auf den Riemen auszuüben.

Einige Leerlaufriemenscheiben sind so ausgeführt, daß ein Riemenscheiben- Hauptkörper aus Stahlblech mit einer Riemenscheiben-Umfangsfläche, um die ein Riemen gespannt wird, durch Presspassung auf dem Außenring eines Wälz­ lagers befestigt wird, wobei der Riemenscheiben-Hauptkörper einer Phosphatie­ rung unterzogen wurde, um Korrosion zu verhindern, etc.

Wenn diese Art von Riemenscheibe durch einen um sie gespannten Riemen einer Last (Radiallast) ausgesetzt wird, werden der Riemenscheiben-Hauptkörper 1 und das Lager 2 leicht deformiert, wie in Fig. 3 dargestellt. Da jedoch die Ver­ formungsmuster des Riemenscheiben-Hauptkörpers 1 und des Lagers 2 unter­ schiedlich sind, wird zwischen den beiden Elementen ein geringes Spiel s defi­ niert (speziell zwischen der Innenfläche 1a1 des Riemenscheiben-Hauptkörpers 1 und der Außenfläche 2b1 des Außenrings 2b des Lagers 2). Dieses Spiel s wird größer, wenn die vom Riemen ausgehende Radialkraft L ansteigt, wodurch die Verbindungswirkung zwischen dem Riemenscheiben-Hauptkörper 1 und dem Außenring 2b des Lagers 2 abnimmt. So variiert beispielsweise bei einer Leer­ laufriemenscheibe, bei der der Außendurchmesser des Außenrings 2b des Lagers 2 68 mm beträgt, der maximale Wert des Spiels s mit der Riemenspannung, wie in Fig. 5 dargestellt.

Wenn also diese Art von Leerlaufriemenscheibe mit einem Riemen verwendet wird, der einer hohen Radiallast ausgesetzt ist, beispielsweise ein Synchronrie­ men, so erfährt sie eine Drehkraft, wobei zwischen dem Riemenscheiben- Hauptkörper 1 und dem Außenring 2b des Lagers 2 eine geringe Verbindungs­ kraft ausgeübt wird, so daß zwischen dem Riemenscheiben-Hauptkörper 1 und dem Außenring 2b des Lagers 2 eine relative Rotation (Schlupf) auftritt, die zu einem Verschleiß der Befestigungsflächen des Riemenscheiben-Hauptkörpers 1 und des Außenrings 2b des Lagers 2 führt. Darüber hinaus wird der Riemen­ scheiben-Hauptkörper 1 einer seitlichen Kraft ausgesetzt, wenn beispielsweise der Riemen seitlich versetzt wird, was die Möglichkeit mit sich bringt, daß er von dem Außenring 2b abrutscht.

Insbesondere, wenn der Riemenscheiben-Hauptkörper aus dünnem Stahlblech besteht, neigt er dazu, sich zu verformen, und ein relativ großes Spiel entsteht, was wiederum Probleme mit Phänomenen wie dem oben beschriebenen Schlupf mit sich bringt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer derartigen Leerlaufriemen­ scheibe mit einem Riemenscheiben-Hauptkörper aus Stahlblech den Schlupf des Riemenscheiben-Hauptkörper und des Außenrings des Lagers sowie das Abrut­ schen des Riemenscheiben-Hauptkörpers zu verhindern.

Um diese Aufgabe zu erfüllen, ist eine Leerlaufriemenscheibe gemäß der vorlie­ genden Erfindung so ausgeführt, daß der Riemenscheiben-Hauptkörper aus Stahlblech mit einer Riemenscheiben-Umfangsfläche, um die ein Riemen zu spannen ist, durch Presspassung auf dem Außenring eines Wälzlagers befestigt wird, wobei bei der Leerlaufriemenscheibe eine Metallschicht zwischen dem Riemenscheiben-Hauptkörper aus Stahlblech und dem Außenring des Wälzlagers angeordnet ist, und wobei der Elastizitätsmodul des Metalls niedriger ist als der des Riemenscheiben-Hauptkörpers aus Stahlblech und des Außenrings des Wälzlagers.

Diese Metallschicht wird beispielsweise durch Beschichten mit einem Metall gebildet, dessen Elastizitätsmodul niedriger ist als der des Riemenscheiben- Hauptkörpers aus Stahlblech und des Außenrings des Wälzlagers, wobei das Metall auf die Innenfläche des Riemenscheiben-Hauptkörpers aus Stahlblech und/oder auf die Außenfläche des Außenrings des Lagers aufgebracht wird.

Was die Metalle betrifft, deren Elastizitätsmodul niedriger ist als der des Rie­ menscheiben-Hauptkörpers aus Stahlblech und des Außenrings des Wälzlagers, so zählen hierzu beispielsweise Zink, Zinn, Gold, Silber und Kupfer.

Darüber hinaus liegt vorzugsweise die Dicke der Metallschicht und die Be­ schichtungsdicke zwischen 5 und 20 µm, und der Riemenscheiben-Hauptkörper aus Stahlblech hat vorzugsweise eine größere Breite als der Außenring des La­ gers.

Das heißt, die Leerlaufriemenscheibe gemäß der Erfindung weist eine Schicht aus einem Weichmetall auf, dessen Elastizitätsmodul niedriger ist als der des Riemenscheiben-Hauptkörpers aus Stahlblech und des Außenrings des Wälzla­ gers, wobei die Schicht zwischen der Innenfläche des Riemenscheiben- Hauptkörpers aus Stahlblech und der Außenfläche des Außenrings des Lagers angeordnet ist. Wenn ein Riemen mitgeführt wird, wird diese Weichmetall­ schicht elastisch verformt und dient somit dazu, das zwischen dem Riemenschei­ ben-Hauptkörper und dem Außenring des Lagers definierte Spiel zu füllen. Da­ mit ist es möglich, eine Abnahme der Verbindungswirkung zwischen dem Rie­ menscheiben-Hauptkörper und dem Außenring des Lagers ebenso zu verhindern wie das Auftreten von nachteiligen Effekten wie z. B. Schlupf.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Leerlaufriemenscheibe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Riemenscheiben-Hauptkörper gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Leerlaufriemenscheibe gemäß einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung;

Fig. 4(A) einen Schnitt durch eine Zink-Beschichtung;

Fig. 4(B) einen Schnitt durch eine Phosphat-Beschichtung; und

Fig. 5 eine Tabelle, die den Zusammenhang zwischen der Riemenspannung und dem maximalen Wert des Spiels bei einer bekannten Leerlaufrie­ menscheibe verdeutlicht.

Wie in Fig. 1 dargestellt, weist eine Leerlaufriemenscheibe gemäß einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung einen Riemenscheiben-Hauptkörper 1 auf, um den ein Riemen zu spannen ist, ein in dem Riemenscheiben-Hauptkörper 1 befestigtes Kugellager 2 und ein in dem Innenring 2a des Kugellagers 2 befestigtes Wel­ lenelement 3.

Der Riemenscheiben-Hauptkörper 1 wird auf einer Presse aus Stahlblech herge­ stellt und hat gemäß Fig. 2 die Form eines ringförmigen Körpers mit einem zy­ lindrischen Bereich 1a und Flanschbereichen 1b, die sich von den entgegenge­ setzten Enden des zylindrischen Körpers 1a radial nach außen erstrecken. Der zylindrische Bereich 1a weist an seiner Außenseite eine Innenfläche 1a1 auf, auf der der Außenring 2b des Kugellagers 2 befestigt ist, und auf seiner Innenseite eine Riemenscheiben-Umfangsfläche 1a2, die mit einem nicht dargestellten Rie­ men in Kontakt zu bringen ist. Um einen Schlupf zu vermeiden, ist die Innenflä­ che 1a1 des zylindrischen Bereiches 1a mit Zink beschichtet - einem Metall, dessen Elastizitätsmodul niedriger ist als der des Riemenscheiben-Hauptkörpers 1 und des Außenrings 2b des Kugellagers 2, wobei die Beschichtung 5-20 µm dick ist. Darüber hinaus ist es zu bevorzugen, daß die Innenfläche 1a1 des zylin­ drischen Bereiches 1a breiter ist als der Außenring 2b des Kugellagers 2, um etwas Schlupf zuzulassen. Die Flanschbereiche 1b sind vorgesehen, um den Riemen zu führen, der mit der Riemenscheiben-Umfangsfläche 1a2 in Kontakt steht.

Das Kugellager 2 besteht aus einem Außenring 2b, der in dem zylindrischen Bereich 1a des Riemenscheiben-Hauptkörpers 1 befestigt ist, einem Innenring 2a, der auf dem Wellenelement 3 befestigt ist, einer Vielzahl von Kugeln 2c, die zwischen den Laufrillen des Innenrings und des Außenrings (2a, 2b) angeordnet sind, einem Käfig 2d, der die Kugeln 2c entlang dem Umfang gleichmäßig beab­ standet hält, und einem Paar Dichtungen 2e zum Abdichten von Schmierfett.

Das Wellenelement 3 ist im Innenring 2a des Kugellagers 2 befestigt und weist in der Mitte eine Verbindungsöffnung 3a auf, die z. B. einen nicht dargestellten Befestigungsbolzen aufnehmen kann.

Das heißt, der Riemenscheiben-Hauptkörper 1 wird durch das Wellenelement 3 und das Kugellager 2 an der Befestigungswelle befestigt, und ein Riemen wird um die Riemenscheiben-Umfangsfläche 1a2 gespannt, so daß die Riemenschei­ be in Abhängigkeit von der Umlaufbewegung des Riemens in Drehung versetzt wird und damit die Funktion einer Riemenspannrolle erfüllt.

Wie oben beschrieben, wird die Leerlaufriemenscheibe mit einem um sie ge­ spannten Riemen einer Radialkraft L ausgesetzt, die durch die Riemenspannung erzeugt wird. Wie in Fig. 3 dargestellt, entsteht deshalb wie im Fall einer be­ kannten Leerlaufriemenscheibe im lastfreien Bereich ein geringes Spiel s zwi­ schen der Innenfläche 1a1 des Riemenscheiben-Hauptkörpers 1 und der Außen­ fläche 2b1 des Außenrings 2b des Kugellagers 2. Dieses Spiel s wird, wie in Tabelle 1 dargestellt, mit zunehmender Spannung des mitgeführten Riemens größer, wodurch die Verbindungswirkung zwischen dem Riemenscheiben- Hauptkörper 1 und dem Außenring 2b des Kugellagers 2 schwächer wird.

Die Leerlaufriemenscheibe in der oben beschriebenen Ausführungsform ist so ausgeführt, daß das Zink für die Beschichtung, das auf die Innenfläche 1a1 des Riemenscheiben-Hauptkörpers 1 aufgebracht wird, ein Weichmetall ist, dessen Elastizitätsmodul niedriger ist als der des Riemenscheiben-Hauptkörpers 1 und des Außenrings 2b des Lagers 2; daher wird die Zink-Schicht elastisch verformt und füllt so das Spiel s. Daher nimmt im Gegensatz zu einer bekannten Leerlauf­ riemenscheibe bei dieser Leerlaufriemenscheibe selbst bei steigender Riemen­ spannung die Verbindungswirkung nicht ab; sie kann Phänomene wie den Schlupf also verhindern.

Um die Wirkungen dieser Zink-Beschichtung zu bestätigen, wurde eine Leerlauf­ riemenscheibe mit einem Außendurchmesser von 72 mm (dem Außendurchmes­ ser der Riemenscheiben-Umfangsfläche 1a2 des Riemenscheiben-Hauptkörpers 1) und mit einer herkömmlichen Phosphat-Beschichtung sowie die Leerlaufrie­ menscheibe der obigen Ausführungsform mit einer 5-10 µm dicken Zink- Beschichtung getestet, wobei jeweils Riemen um die Riemenscheiben gespannt waren. Die Riemenscheiben wurden mit 1500 U/min gedreht, und die Riemen­ spannung wurde allmählich angehoben, um den Spannungswert zu messen, bei dem ein Schlupf-Phänomen auftritt. Bei diesem Test wurden die Zink- Beschichtung m und der Film p der Phosphatbehandlung in einer Dicke von 5-10 µm jeweils auf Metallrohlinge k aufgebracht, wie in Fig. 4(A) und (B) darge­ stellt. Von diesen weist der Film p der Phosphatbehandlung eine Verbindungs­ schicht p1 auf; die während der chemischen Reaktion mit der Oberfläche des Metallrohlings gebildet wird, und eine Oberflächenschicht p2, die als Phosphat­ schicht vorliegt, welche hierauf 2-4 µm dick gebildet wird.

Während in diesem Test bei der bekannten Riemenscheibe (mit einem Film p der Phosphatbehandlung) bei einer Riemenspannung von 80 kgf ein Schlupf auftrat, wurde bei der Leerlaufriemenscheibe (mit Zink-Beschichtung) der obigen Aus­ führungsform bis zu einer Spannung von 250 kgf kein Schlupf erzeugt. Dieses Ergebnis zeigt, daß die Leerlaufriemenscheibe gemäß der obigen Ausführungs­ form einer Last standhält, die mehr als dreimal so groß ist wie die Last, der eine bekannte Riemenscheibe standhalten kann.

Nachfolgend wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Eine Leerlaufriemenscheibe gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus einem Metall mit einem niedrigeren Elastizitätsmodul als dem des Riemenscheiben-Hauptkörpers und des Außenrings des Lagers zwi­ schen der Innenfläche des Riemenscheiben-Hauptkörpers aus Stahlblech und der Außenfläche des Außenring des Lagers angeordnet ist. Die Metallschicht ist nicht auf eine Beschichtung beschränkt, wie bei der obigen Ausführungsform. Sie kann beispielsweise in Form eines 5-20 µm dünnen Metallfilms vorliegen, der um den Außenring des Lagers gewickelt ist, wobei der Außenring dann durch Presspassung in den Riemenscheiben-Hauptkörper eingebracht wird. Wenn eine Beschichtung verwendet werden soll, so kann sie auf die Außenfläche des Au­ ßenrings des Lagers aufgebracht werden. Da jedoch eine derartige Metallschicht dazu vorgesehen ist, einen Schlupf bei dem Riemenscheiben-Hauptkörper und dem Außenring des Lagers zu verhindern, wie oben beschrieben, ist eine Dicke von mindestens 5 µm erforderlich; wenn auch Faktoren wie die Einfachheit des Befestigungsvorgangs durch Presspassung, die Passung an sich und eine Variati­ on des Lagerspiels, die sich aus der Presspassung ergibt, berücksichtigt werden, beträgt die Dicke vorzugsweise 5-20 µm.

Darüber hinaus wurde bei der obigen Ausführungsform Zink als Metall mit ei­ nem niedrigeren Elastizitätsmodul als dem des Riemenscheiben-Hauptkörpers aus Stahlblech usw. verwendet. Ein derartiges Metall ist jedoch nicht auf Zink beschränkt, so daß auch andere Metalle wie Zinn, Gold, Silber und Kupfer ver­ wendet werden können.

Außerdem sind die Konstruktion des Lagers und des Wellenelements sowie die Form der Flanschbereiche, der Riemenscheiben-Umfangsfläche des Riemen­ scheiben-Hauptkörpers usw. verschiedensten Änderungsmöglichkeiten unterwor­ fen, die jeweils der Aufgabe der Erfindung gerecht werden. So ist beispielsweise das Lager nicht auf das dargestellte Zweireihen-Lager beschränkt und kann auch einreihig vorliegen. Darüber hinaus kann der Innenring des Lagers entfallen, und statt dessen kann die Laufrille direkt auf dem Wellenelement ausgebildet sein.

Claims (5)

1. Leerlaufriemenscheibe, bei der ein Riemenscheiben-Hauptkörper (1) aus Stahlblech mit einer Riemenscheiben-Umfangsfläche, um die ein Riemen zu spannen ist, durch Presspassung auf dem Außenring eines Wälzlagers (2) befestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Leerlaufriemenscheibe eine Metallschicht mit einem niedrigeren Elastizitätsmodul als dem des Riemenscheiben-Hauptkörpers (1) aus Stahlblech und dem des Außenrings (2b) des Wälzlagers (2) zwischen dem Riemenscheiben-Hauptkörper (1) aus Stahlblech und dem Außenring (2b) des Wälzlagers (2) angeordnet ist.

2. Leerlaufriemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metall mit einem niedrigeren Elastizitätsmodul als dem des Riemenschei­ ben-Hauptkörpers (1) aus Stahlblech und dem des Außenrings (2b) des Wälzlagers (2) durch Beschichten auf die Innenfläche des Riemenscheiben- Hauptkörpers aus Stahlblech und/oder auf die Außenfläche des Außenring des Lagers aufgebracht wird.

3. Leerlaufriemenscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall, dessen Elastizitätsmodul niedriger ist als der des Riemen­ scheiben-Hauptkörpers (1) aus Stahlblech und des Außenrings (2b) des Wälzlagers (2), ein Element ist, das aus einer Gruppe auszuwählen ist, die aus Zink, Zinn, Gold, Silber und Kupfer besteht.

4. Leerlaufriemenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die jeweilige Dicke der Metallschicht und der Beschichtung zwischen 5 und 20 µm liegt.

5. Leerlaufriemenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Riemenscheiben-Hauptkörper (1) aus Stahlblech eine größere Breite hat als der Außenring (2b) des Lagers (2).