-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung betrifft einen Antriebskörper, insbesondere eine Riemenscheibe
für eine
elektrische Maschine. Derartige Antriebskörper beziehungsweise Riemenscheiben
werden häufig
in der KFZ-Technik zum Antrieb eines Generators, wie zum Beispiel
eine Lichtmaschine, eingesetzt und umfassen üblicherweise einen auf einem
Nabenelement angeordneten, zwei axiale Stirnseiten aufweisenden Basiskörper, der
drehfest auf einer (Antriebs-)Welle gelagert ist. Der Basiskörper ist
meist aus Metall oder Kunststoff gefertigt.
-
Riemenscheiben
können
beispielsweise aus metallischen Stoffen, Stahl oder Aluminium gefertigt sein.
Nachteilig dabei ist die hohe Dichte metallischer Stoffe, die bei
den sich derzeit auf dem Markt befindlichen Materialien bei etwa
7,65 kg/dm3 für Stahl liegen. Aluminium weist
eine Dichte von ungefähr
2,61 kg/dm3 auf, die zwar deutlich niedriger
als bei Stahl ist, aber dennoch im Vergleich zu anderen Materialien,
wie beispielsweise Kunststoff, relativ hoch ist. Dadurch weisen
die aus Metall gefertigten Riemenscheiben ein relativ hohes Gewicht
auf. Gerade auf dem Gebiet der KFZ-Fertigung ist man jedoch bemüht, den
Faktor Gewicht möglichst
gering zu halten, so dass der Einsatz metallischer Stoffe nur bedingt geeignet
ist. Der Herstellungsprozess von Riemenscheiben aus metallischen
Stoffen ist außerdem langwierig
und erfordert komplizierte Stanzprozesse.
-
Alternativ
sind auch Riemenscheiben aus Kunststoff, beispielsweise aus Duroplaststoffen,
bekannt. Diese weisen eine ausreichende mechanische und chemische
Resistenz auf und zeichnen sich darüber hinaus durch eine niedrigere
Dichte gegenüber Metall-Riemenscheiben aus.
Jedoch sind derartige aus Kunststoff gefertigte Riemenscheiben extrem brüchig. Gerade
bei der Handhabung, Montage oder beim Transport von Riemenscheiben
kann es zu einem unvorhergesehenen Aufprall kommen, was zu mechanischen
Schäden
führt,
die die Funktion der Riemenscheibe beeinträchtigen. Es kann sogar vorkommen,
dass diese dadurch funktionsuntüchtig werden,
weil sich beispielsweise bei einem Aufprall Material ablösen kann,
das generell in Rillen von entsprechenden Arbeitszonen angeordnet
ist und dort nur eine geringe Dicke aufweist.
-
Um
die Nabe vor mechanischen und auch thermischen Beanspruchungen zu
schützen,
sind üblicherweise
metallische Nabeneinlagen als Stützelemente
vorgesehen. Hierzu ist es beispielsweise bekannt, in den Nabenteil
der als Spritzgussteil ausgebildeten Riemenscheiben eine Metalleinlage
oder Metallarmierung einzubringen. Bei derartigen Nabeneinlagen
werden aufgrund der mechanischen Eigenschaften des Materials die
Anforderungen an eine mechanische Belastbarkeit weitgehend erfüllt. Nachteilig
sind dabei jedoch die chemische Reaktionen, insbesondere die Korrosionsanfälligkeit,
die wiederum zu Lasten der mechanischen Beanspruchung geht. Es ist
bekannt, entsprechende Schutzauflagen anzubringen, um eine Korrosion
zu verhindern. Dies ist jedoch aufwändig und mit hohen Kosten verbunden.
-
In
der Offenlegungsschrift
DE
30 15 334 A1 wird anstelle der teuren Metalleinlagen eine
Kunststoff-Einlage als Stützelement
vorgeschlagen, die gegenüber
dem übrigen
Nabenwerkstoff temperaturbeständiger,
mechanisch fester und kriechbeständiger ist.
-
In
der Patentschrift
US 5,368,525 ist
eine Riemenscheibe offenbart, die einen aus Kunstharz gefertigten
Basiskörper
sowie eine, ein Stützelement bildende
metallische Einlage umfasst, die sich von einem Außenumfang
einer Nabe in das Innere des Basiskörpers erstreckt, um Schutz
vor schädlichen
Vibrationen und Temperaturschwankungen zu bieten.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Ein
erfindungsgemäßer Antriebskörper, insbesondere
eine Riemenscheibe für
eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Generator eines Kraftfahrzeugs,
geht aus von einem auf einem Nabenelement angeordneten und zwei
axiale Stirnseiten aufweisenden Basiskörper, an dem mindestens ein
Stützelement
angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist das
Stützelement
als stirnseitig angeordnetes Einsatzbauteil ausgebildet. Günstigerweise
ist das Nabenelement und/oder das Einsatzbauteil aus einem Material
mit einer höheren
mechanischen und/oder thermischen und/oder chemischen Resistenz
ausgebildet ist als das Material des Basiskörpers. Dabei ist von Vorteil,
dass sämtliche
Anforderungen an die mechanische, thermische und chemische Belastbarkeit des
Antriebskörpers
erfüllt
werden. Günstigerweise wird
der Basiskörper
durch das Einsatzbauteil versteift, wodurch ein vorteilhafter Schutz
gegen einen unvorhergesehenen Aufprall oder Schlag erzielt wird. Außerdem können vorteilhafterweise
durch Wärme- oder
Feuchtigkeitseinflüsse
entstehende Maßänderungen
reduziert werden. Zudem unterstützt
das Einsatzbauteil eine sichere Einleitung bzw. Übertragung von Kräften und
Momenten.
-
Vorteilhafterweise
ist der Basiskörper
so auf dem Nabenelement angeordnet, dass dieses mit einer der Stirnseiten
des Basiskörpers
bündig
abschließt,
sodass es vollständig
von dem Basiskörper aufgenommen
ist, wodurch, unter anderem, eine besonders hohe Kraft- beziehungsweise
Momentübertragung
von dem Nabenelement auf den Basiskörper ermöglicht ist.
-
Besonders
bevorzugt ist das Einsatzbauteil an der anderen Stirnseite des Basiskörpers angeordnet.
Dadurch ist gewährleistet,
dass Belastungen, die auf der Seite des Basiskörpers auftreten, die nicht durch
das Nabenelement gestützt
wird, besser aufgenommen werden können, da beispielsweise ein Verformen
des Basiskörpers
in diesem Bereich durch das Einsatzbauteil verhindert wird. Je breiter
der Basiskörper
ausgebildet ist, desto höher
ist die Bedeutung des Einsatzbauteils und seine Anordnung an der anderen
Stirnseite, für
einen fehlerfreien Betrieb.
-
Bevorzugt
ist der Basiskörper
aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere aus einem thermoplastischen
Polyethylenterephthalat (PET) oder einem thermoplastischen Polyamid
66, gefertigt. Um die mechanische Belastbarkeit zu verstärken, kann
vorgesehen sein, dass der thermoplastische Kunststoff ein Verstärkungsmittel
in einem Gewichtprozentsatz zwischen etwa 10 und 60 Gew.-%, bevorzugt
zwischen etwa zwischen 20 und 50 Gew.-%, insbesondere 35%, ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist als Verstärkungsmittel ein Glasfibermaterial
vorgesehen. Dadurch zeichnet sich der erfindungsgemäße Antriebskörper durch
ein geringes Gewicht aus, was gerade beim Einsatz in der Automobilindustrie
von großem
Vorteil ist. Außerdem
weist der aus Kunststoff gefertigte Basiskörper insbesondere an dessen
Oberfläche
günstige
Eigenschaften im Hinblick auf dessen chemische Resistenz auf.
-
In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
sind das Nabenelement und das Einsatzbauteil innerhalb des Basiskörpers über ein
Verbindungselement miteinander verbunden und somit als ein Bauteil
ausgebildet. Dadurch können
günstigerweise
die Fertigungskosten sowie der Montageaufwand minimiert werden.
-
Es
kann auch vorgesehen sein, dass das Nabenelement und das Einsatzbauteil
einstückig
ausgebildet sind. Bevorzugt kann bei der Fertigung das einstückige Bauteil
mit dem Basiskörper
umspritzt werden, was den Herstellungsprozess vereinfacht.
-
Besonders
bevorzugt sind das Nabenelement und/oder das Einsatzbauteil aus
Metall gefertigt, um einen besonders wirksamen Schutz gegen mechanische
Beeinträchtigungen
zu erzielen.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Nabenelement eine prismatische
Grundform auf, wobei insbesondere der äußere Umfang im Schnitt als
regelmäßiges Vieleck,
insbesondere achteckig, ausgebildet ist. Es ist aber auch jede andere
Ausgestaltung denkbar. Die Dimensionierung des Nabenelements ist
günstigerweise
mit jener des Basiskörpers
abgestimmt. Bevorzugt ist das Nabenelement zentral auf der ersten
Stirnseite des Basiskörpers
angeordnet und greift von außen
nach innen, wobei eine Oberfläche
des Nabenelements mit der Stirnseite des Basiselements abschließt. Im Vergleich
zum Basiskörper
kann das Nabenelement einen um etwa 30–50% kleineren Radius aufweisen
als der Basiskörper.
Das Nabenelement ist günstigerweise
mit dem Basiskörper
an einer der flächigen
Stirnseiten koaxial verbunden, wobei eine kraft- und formschlüssige Verbindung
des Nabenelements mit einem Innenumfang des Basiskörpers hergestellt
werden kann. Günstigerweise
weist das Nabenelement wenigstens ein zusätzliches Verstärkungselement und/oder
ein Befestigungsmittel auf, um eine kraftschlüssige Verbindung mit dem Basiskörper herzustellen.
Vorteilhafterweise dient das Nabenelement neben der Haltefunktion
der Riemenscheibe auf der Welle gleichzeitig zur Erhöhung der
mechanischen Belastbarkeit. Insofern unterstützt das Nabenelement günstigerweise
ein Drehmoment, das benötigt wird,
um die Riemenscheibe mit einer Mutter an einer Achse zu befestigen.
-
Es
kann vorgesehen sein, dass der Antriebskörper stirnseitig in einem außenumfangsnahen
Bereich, der nicht von dem Nabenelement abgedeckt wird, Ausnehmungen
aufweist, die in gleicher radiale Höhe angeordnet sind. Bevorzugt
sind die Ausnehmungen symmetrisch angeordnet. Diese führen günstigerweise
zu einer weiteren Gewichtseinsparung. In einer günstigen Ausbildung sind insgesamt zwischen
vier und sechzehn Ausnehmungen gleichmäßig radial und symmetrisch
auf der Stirnseite des Basiskörpers
verteilt. Außerdem
können
durch die Ausnehmungen Montagearbeiten erleichtert werden. Die Ausnehmungen
sind zweckmäßigerweise
durch radial verlaufende, als Verstärkungsrippen dienende Wände voneinander
getrennt. Die Verstärkungsrippen
dienen vorteilhafterweise zur weiteren Abstützung des Basiskörpers als
Schutz vor mechanischen Einflüssen.
Die Verstärkungsrippen
können
vorteilhafterweise von außen
auf den Basiskörper
einwirkende mechanische Krafteinflüsse ausgleichen.
-
Bevorzugt
ist das Einsatzbauteil ringförmig ausgebildet,
insbesondere mit einem rechteckigen Querschnitt. Besonders bevorzugt
ist das Einsatzbauteil in Randnähe
auf der zweiten Stirnseite des Basiskörpers angeordnet. In einer
günstigen
Ausführungsform
weist das Einsatzbauteil einen Außendurchmesser auf, der etwas
kleiner ausgebildet ist als ein Außendurchmesser des Basiskörpers an
der Stirnseite, an der das Einsatzbauteil angeordnet ist. Das Einsatzbauteil
kann den Basiskörper
günstigerweise
vor einer Deformierung bei mechanischen Einflüssen schützen, insbesondere in einem
stirnseitigen Randbereich des Basiskörpers.
-
Insgesamt
werden mit dem erfindungsgemäßen Antriebskörper die
Anforderungen an ein möglichst
niedriges Gewicht erfüllt.
Darüber
hinaus weist die vorgeschlagene Lösung trotz der bevorzugten Fertigung
des Basiskörpers
aus Kunststoff insgesamt eine hohe Resistenz gegen Korrosion, Abnützung und
nachteiligen mechanischen, thermischen und chemischen Einflüssen auf.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Weitere
Ausführungsformen,
Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in Ansprüchen,
ohne Beschränkung
der Allgemeinheit aus nachfolgend anhand von Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen
der Erfindung.
-
Im
Folgenden zeigen:
-
1 eine
perspektivische Ansicht eines Basiskörpers mit einem Nabenelement
und einem Einsatzbauteil in einer Explosionsdarstellung;
-
2a,
b eine Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer Riemenscheibe auf
eine erste Stirnseite in einer perspektivischen Ansicht (2a)
und in einer Seitenansicht (2b);
-
3a,
b eine Darstellung der ersten bevorzugten Ausführungsform der Riemenscheibe
auf eine zweite Stirnseite in einer perspektivischen Ansicht (3a)
und in einer Seitenansicht (3b);
-
4a, b eine Seitenansicht der ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lösung (4a) sowie eine Schnittdarstellung entlang
einer Linie A-A' gemäß 3b;
-
5 eine
Darstellung der ersten Ausführungsform
in einem Halbschnitt; und
-
6 eine
Darstellung einer alternativen zweiten Ausführungsform in einem Halbschnitt.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
1 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Riemenscheibe
in einer Explosionsdarstellung mit einem Basiskörper 10, einem Nabenelement 11 und
einem Einsatzbauteil 12, die im montierten Zustand jeweils
koaxial an dem Basiskörper 10 angeordnet
sind, wobei das Nabenelement 11 von dem Basiskörper 10 umschlossen
ist und mit einer Stirnseite 18 des Basiskörpers 10 bündig abschließt, und
wobei das Einsatzbauteil 12 an der der Stirnseite 18 gegenüberliegenden
Stirnseite 19 des Basiskörpers 10 angeordnet
ist. Die Riemenscheibe ist mittels des Nabenelements 11 auf
einer nicht gezeigten Welle drehfest gelagert.
-
Der
Basiskörper 10 weist
eine im Wesentlichen hohlzylinderförmige Grundform auf und umfasst eine
Mantelfläche 16,
die mit einem Rillenprofil 17 für einen nicht dargestellten
Riemen ausgestattet ist. An den Stirnseiten 18, 19 sind
jeweils Flansche 26, 27 ausgebildet, die ein ungewolltes
Verrutschen des Riemens verhindern sollen.
-
Der
Basiskörper 10 ist
aus einem thermoplastischen Kunststoff gefertigt, und das Nabenelement 11 und
das Einsatzbauteil 12 bestehen jeweils aus einem Material
mit einer höheren
mechanischen und/oder thermischen und/oder chemischen Resistenz,
beispielsweise aus einem Metall.
-
Das
Nabenelement 11 weist eine prismatische Grundform mit einer
zylinderförmigen
Ausnehmung auf, die mit der nicht gezeigten Welle korrespondiert.
Das Nabenelement 11 entspricht in seiner Kontur einer Achtkantmutter
mit einer radial verlaufenden, nutförmigen Vertiefung 20 auf
dessen Mantelfläche.
-
Das
Einsatzbauteil 12 ist ringförmig ausgebildet und in Randnähe auf der
zweiten Stirnseite 19 des Basiskörpers angeordnet. Insbesondere
ist das Einsatzbauteil 12 so dimensioniert, dass es in einer, in
der zweiten Stirnseite 19 des Basiskörpers 10 ausgebildeten,
umlaufenden, nutförmigen
Vertiefung 25 angeordnet werden kann.
-
In
der Darstellung gemäß 2a,
b ist eine Ansicht auf die erste Stirnseite 18 des Basiskörpers 10 mit
dem montierten Nabenelement 11 gezeigt. Ein Außendurchmesser
des Nabenelements 11 ist so ausgebildet, dass er mit einem
Innendurchmesser des Basiskörpers 10 korrespondiert
und in etwa halb so groß ist
wie ein Außendurchmesser
des Basiskörpers 10.
-
Auf
gleicher radialer Höhe
sind auf der ersten Stirnseite 18 insgesamt acht Ausnehmungen 14 ausgebildet.
Die Ausnehmungen 14 sind in einem umfangsnahen Bereich
der ersten Stirnseite 18 ausgebildet und symmetrisch verteilt.
Sie sind radial von dem Außenumfang
des ersten Einsatzbauteils 11 beabstandet. Ein radialer
Abstand zwischen dem Außenumfang
des Nabenelements 11 und einer innen liegenden Unterkante 23 jeder
Ausnehmung 14 ist in etwa gleich groß wie ein Abstand zwischen
einer außen
liegenden Oberkante 24 der Ausnehmung und dem Außenumfang
des Basiskörpers 10.
Die Ausnehmungen 14 sind im Wesentlichen trapezförmig ausgebildet
und durch insgesamt acht radial verlaufende Verstärkungsrippen 15 voneinander
getrennt. Die Ausnehmungen 14 bzw. die Verstärkungsrippen 15 sind
symmetrisch in Bezug auf die achteckige Außenkante des Nabenelements 11 angeordnet,
wobei das Nabenelement 11 mit seinen Ecken 21 auf
einer jeweils radial verlaufenden Mittellinie 22 der Ausnehmungen 14 angeordnet
ist.
-
In 3a,
b ist der Basiskörper 10 in
einer Ansicht auf dessen zweite Stirnseite 19 gezeigt,
auf der das ringförmige
Einsatzbauteil 12 angeordnet ist. Das Einsatzbauteil 12 korrespondiert
mit der auf der zweiten Stirnseite 19 ausgebildeten Vertiefung 25 des
Basiskörpers 10 und
ist darin angeordnet.
-
In 4a ist die Riemenscheibe in einer Seitendarstellung
gezeigt, wobei auf der Mantelfläche 16 des
Basiskörpers 10 ein
Rillenprofil 17 ausgebildet ist, das eine Vielzahl von
Reihen V-förmiger
Nuten umfasst. Der auf der ersten Stirnseite 18 ausgebildete
Flansch 26 ist breiter als der gegenüberliegend angeordnete zweite
Flansch 27 des Basiskörpers 10.
-
In 4b ist
eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in 3b gezeigt.
Daraus ist erkennbar, wie das Nabenelement 11 und das Einsatzbauteil 12 mit
dem Basiskörper 10 verbunden
sind. Das Nabenelement 11 ist kraft- und formschlüssig mit dem
Basiskörper 10 an
dessen Innenumfang verbunden, wobei die nutförmige Einschnürung 20 des
Nabenelements 11 zur kraftschlüssigen Verbindung mit dem Basiskörper 10 in
der Art von Nut und Feder dient. Über das Nabenelement 11 ist
die Riemenscheibe auf einer nicht gezeigten Welle drehfest gelagert.
Die Ausnehmungen 14 weisen eine Tiefe auf, die in etwa
einer Dicke des Flansches 26 entspricht. Das Einsatzbauteil 12 bildet
ein ringförmiges
Stützelement,
das in der Vertiefung 25 auf der zweiten Stirnseite 19 eingebettet
ist.
-
In 5 ist
die Riemenscheibe in einem Halbschnitt dargestellt. Das Nabenelement 11 und das
Einsatzbauteil 12 sind in bereits geschilderter Weise mit
dem Basiskörper 10 verbunden.
In dieser Ausführungsform
sind das Nabenelement 11 und das Einsatzbauteil 12 voneinander
getrennt ausgebildet.
-
In
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
gemäß 6 sind
das Nabenelement 11 und das Einsatzbauteil 12 innerhalb
des Basiskörpers 10 über ein
Verbindungselement 13 miteinander verbunden und als ein
Bauteil ausgebildet. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Nabenelement 11 und das
Einsatzbauteil 12 einstückig
ausgebildet sind.