DE102008035671A1

DE102008035671A1 - Spann- und/oder Umlenkrolle

Info

Publication number: DE102008035671A1
Application number: DE102008035671A
Authority: DE
Inventors: Thomas Grabosch; Johann Singer
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2010-02-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spann- und/oder Umlenkrolle für einen Zugmitteltrieb, insbesondere einen Riementrieb, mit einer Kunststoff-Laufscheibe (1), deren Nabe (1.1) an einem Außenring (2.1) eines Wälzlagers (2) lagefixiert befestigt ist. Erfindungsgemäß ist die Kunststoff-Laufscheibe zusätzlich durch eine Einlage (3) verstärkt, wobei die Einlage (3) aus einem rotationssymmetrischen, konzentrisch zur Drehachse der Laufscheibe (1) angeordneten Körper besteht, der im Bereich der radialen Erstreckung a der Laufscheibe (1) angeordnet ist und zumindest einen scheibenförmigen Abschnitt besitzt, der über seine radiale Erstreckung vollständig oder zumindest teilweise von Kunststoff umgeben ist, so dass die Einlage (3) integraler Bestandteil der Laufscheibe (1) und kraft- und/oder formschlüssig mit dieser verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Spann- und/oder Umlenkrolle für einen Zugmitteltrieb, insbesondere einen Riementrieb, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1. Derartige Spann- und/oder Umlenkrollen werden beispielsweise in Zugmitteltrieben zum Antrieb von Nebenaggregaten in einem Kraftfahrzeug eingesetzt. Ein weiteres Einsatzgebiet stellt unter anderem auch die Textilindustrie dar. Hier finden derartige Rollen als sogenannte Bandspannrollen Einsatz.
Spann- und/oder Umlenkrollen mit einer Laufscheibe aus Kunststoff sind aus dem Stand der Technik bekannt. Gegenüber ebenfalls bekannten Laufscheiben aus Metall weisen Laufscheiben aus Kunststoff den Vorteil auf, dass durch ihren Einsatz das Gewicht der Spann- und/oder Umlenkrolle reduziert werden kann. Darüber hinaus müssen sich Laufscheiben aus Kunststoff aber auch als hinreichend steif und verschleißfest erweisen. Bei der Herstellung der Laufscheibe, insbesondere beim Erstarren des Kunststoffes, kann es zudem zu einem unerwünschten Schrumpfen und damit zum Verzug der Laufscheibe kommen. Die Rundheit der Lauffläche ist dann nicht mehr gewährleistet. Aufgrund einer ungleichmäßigen Belastung unterliegen unrunde Laufscheiben im Betrieb einem vorzeitigen Verschleiß. Zudem können unangenehme Laufgeräusche auftreten.
Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit und der Formbeständigkeit einer Laufscheibe aus Kunststoff ist im Stand der Technik bereits vorgeschlagen worden, eine Kunststoff-Laufscheibe mit einem Metalleinsatz zu verbinden. Eine durch einen Metalleinsatz verstärkte Riemenscheibe sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Riemenscheibe wird beispielsweise in der DE 699 08 314 T2 beschrieben. Der Metalleinsatz kann die Form einer Scheibe haben, eine Nabe oder eine Lageranordnung sein.
Eine mittels einer Lageranordnung verstärkte Laufrolle aus Kunststoff geht auch aus der DE 197 02 180 A1 hervor. Die Nabe der Laufrolle ist lagefixiert am Außenring eines Wälzlagers befestigt. Zur Schaffung einer formschlüssigen Verbindung zwischen Laufrolle und Wälzlager liegt die Nabe nicht nur an der Außenumfangsfläche des Wälzlager-Außenrings an, sondern umgreift diesen, so dass axial und radial ausgerichtete Anlageflächen gebildet werden. Zur Herstellung einer solchen Laufrolle wird vorzugsweise der Außenring des Wälzlagers mit dem Kunststoff umspritzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Festigkeit, Form- und Verschleißbeständigkeit einer Laufscheibe aus Kunststoff für eine Spann- und/oder Umlenkrolle der eingangs genannten Art und damit die Lebensdauer der Rolle weiter zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch eine Spann- und/oder Umlenkrolle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß ist die wälzgelagerte Kunststoff-Laufscheibe zusätzlich durch eine Einlage verstärkt. Die Einlage besteht dabei aus einem rotationssymmetrischen, konzentrisch zur Drehachse der Laufscheibe angeordneten Körper, der im Bereich der radialen Erstreckung a der Laufscheibe angeordnet ist. Weiterhin besitzt die Einlage zumindest einen scheibenförmigen Abschnitt, der über seine radiale Erstreckung vollständig oder zumindest teilweise von Kunststoff umgeben ist, so dass die Einlage integraler Bestandteil der Laufscheibe und kraft- und/oder formschlüssig mit dieser verbunden ist. Das vorgeschlagene Bauteil umfasst somit wenigstens die Komponenten Laufscheibe, Wälzlager und Einlage, wobei die Einlage zumindest einen scheibenförmigen Abschnitt besitzt, das heißt einen Abschnitt mit einer im Wesentlichen radialen Erstreckung. Eine solche Einlage nimmt die radial wirkende Druckbelastung der Laufscheibe durch das anliegende Zugmittel auf. Darüber hinaus kann die Einlage auch einen oder mehrere ringförmige Abschnitte, das heißt Abschnitte mit einer im Wesentlichen axialen Erstreckung, umfassen. Die vollständige Einbettung des zumindest scheibenförmigen Abschnittes der Einlage in den Kunststoff der Laufscheibe gewährleistet einen hervorragenden Verbund der Einlage mit dem Werkstoff der Laufscheibe. Erst die Einbettung in den Kunststoff macht die vorgeschlagene Einlage zum integralen Bestandteil der Laufscheibe. Diese kann daher auch als Hybridbauteil bezeichnet werden.
Bevorzugt weist die Einlage ein umlaufend gleich bleibendes, symmetrisches oder asymmetrisches Querschnittsprofil auf. Durch ein umlaufend gleichbleibendes Querschnittsprofil ist gewährleistet, dass die Stützfunktion der Einlage in jedem Umfangsbereich gleich ist. Dadurch wird die Rundheit der Laufscheibe dauerhaft sichergestellt. Darüber hinaus ist das Querschnittsprofil der Einlage an das der Laufscheibe anzupassen. Besitzt letztere beispielsweise ein symmetrisches Profil in Bezug auf eine Radialebene, weist auch die Einlage bevorzugt ein symmetrisches Profil bezüglich dieser Ebene auf.
Weiterhin bevorzugt ist das Querschnittsprofil der Einlage im Wesentlichen rechteckig, ein T-Profil oder ein Doppel-T-Profil mit gleichen oder ungleichen sich axial erstreckenden Flanschabschnitten. Ein rechteckiges Querschnitts- Profil entspricht dabei einem scheibenförmigen Körper. Eine Einlage, die nicht nur scheibenförmig ist, sondern neben einem scheibenförmigen Abschnitt noch wenigstens einen Ringabschnitt, das heißt einen sich im Wesentlichen axial erstreckenden Abschnitt, besitzt, weist den Vorteil auf, dass die Stützwirkung sich auch über die Breite bzw. die axiale Ausdehnung der Laufscheibe erstreckt. Ein mit dem scheibenförmigen Abschnitt der Einlage verbundener Ringabschnitt vermag beispielsweise eine Kippbewegung der Laufscheibe gegenüber einer Radial- und/oder Tangentialebene zu verhindern.
Vorteilhafterweise ist die Einlage zudem zentriert in Bezug auf ihre axiale Position gegenüber der Laufscheibe angeordnet. Diese Anordnung, insbesondere bei Vorhandensein eines ringförmigen Abschnittes der Einlage, wirkt ebenfalls einem Kippen der Laufscheibe gegenüber einer Radial- und/oder Tangentialebene entgegen. Vorzugsweise findet eine Zentrierung der Einlage auch in Bezug auf das Wälzlager statt, so dass die über die Einlage auf das Wälzlager übertragene Druckkraft, mittig eingeleitet wird. Das Wälzlager wird somit gleichmäßig belastet, wodurch die Lebensdauer des Wälzlagers erhöht werden kann.
Die radiale Position der Einlage kann derart gewählt sein, dass ein radial außen liegender, sich axial erstreckender Bereich der Einlage die Lauffläche für das Zugmittel bildet. Die hieran angrenzenden radialen Bereich der Einlage können dabei von Kunststoff umgeben sein oder frei liegen. Indem die verstärkende Einlage die Lauffläche oder zumindest einen Teil der Lauffläche bildet, werden Form- und Verschleißbeständigkeit der Lauffläche erhöht. Alternativ oder ergänzend kann die radiale Position der Einlage auch derart gewählt sein, dass ein radial innen liegender sich axial erstreckender Bereich der Einlage am Außenring des Wälzlagers anliegt. Indem sich die Einlage direkt an dem Wälzlager abstützt, wird zum Einen die Kraftübertragung auf das Wälzlager verbessert, zum Anderen eine Kippbewegung der Laufscheibe gegenüber einer Radialebene verhindert.
Vorzugsweise besteht die Laufscheibe aus einem Duroplast oder Thermoplast als Kunststoff. Diese Werkstoffe weisen bereits von Hause aus eine hohe Festigkeit und gute Form- und Verschleißbeständigkeit auf. Weiterhin vorzugsweise ist die Laufscheibe mittels Umspritzen bzw. Spritzgießen hergestellt. Die Einlage wird vorzugsweise in ein Formwerkzeug zum Spritzgießen eingelegt und mit Kunststoff umspritzt. Dadurch erhält man einen kraft- und/oder formschlüssigen Verbund der jeweiligen Werkstoffe. Vorzugsweise wird auch das Wälzlager mit in die Form eingelegt und mit Kunststoff umspritzt, so dass ferner ein kraft- und/oder formschlüssiger Verbund der Laufscheibe mit dem Wälzlager erzielt wird.
Die Einlage besteht vorzugsweise aus Metall, insbesondere Stahl, Aluminium oder einer ihrer Legierungen. Alternativ kann die Einlage auch aus einem Kunststoff, insbesondere einem Duroplast oder Thermoplast, einem Elastomer oder einem Faserverbundwerkstoff sein. Gegenüber dem Kunststoff der Laufscheibe sollte der Werkstoff der Einlage jedoch eine höhere Festigkeit und/oder Steifigkeit besitzen, um seine Stütz- bzw. Stabilisierungsfunktionen erfüllen zu können. Besonders bevorzugt wird eine Einlage aus Metall, da der Werkstoff zudem eine verbesserte Wärmeabfuhr der durch das Wälzlager eingebrachten Wärme gewährleistet. Dadurch kann die thermische Beanspruchung des Wälzlagers reduziert und die Lebensdauer des Wälzlagers erhöht werden.
Weiterhin vorzugsweise ist die Oberfläche der Einlage glatt oder zumindest in einem Teilbereich mit Durchbrüchen oder Hinterschnitten versehen, die sich beim Spritzgießen mit Kunststoffmaterial füllen und somit einen Formschluss bewirken. Alternativ oder ergänzend kann ein Teilbereich der Oberfläche der Einlage auch geriffelt oder gerändelt sein, wodurch ebenfalls ein verbesserter Verbund der Werkstoffe erzielt werden kann. Zudem können für denselben Zweck die zu umspritzenden Oberflächen einer Vorbehandlung durch Entfetten, Aufbringen von Texturen und/oder Beschichten unterzogen werden.
Die Lauffläche einer erfindungsgemäßen Spann- und/oder Umlenkrolle kann je nach einzusetzendem Zugmittel glatt oder profiliert, eben oder ballig ausgebildet sein. Als Zugmittel kommen insbesondere Riemen, wie beispielsweise Keil-, Rippen- oder Zahnriemen in Betracht. Weiterhin kann die Lauffläche ein- oder zweiseitig von Führungsborden eingefasst sein.
Das die Laufscheibe stützende Wälzlager kann beispielsweise ein ein- oder zweireihiges Radialrillenkugellager sein oder mehrere Lager dieser Art umfassen. Geeignet sind zum Beispiel auch zweireihige Schrägkugellager. Zur formschlüssigen Verbindung der Laufscheibe mit dem Außenring des Wälzlagers kann dieser außenumfangseitig eine umlaufende Nut aufweisen. Weiterhin ist vorzugsweise eine Vorabdichtung des Wälzlagers im Bereich der Ringnut zwischen Außenring und Innenring in Form von Schnappkappen, Dichtscheiben oder -ringen, Labyrinthdichtungen und/oder Fett vorgesehen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen Teilquerschnitt durch eine erfindungsgemäße Spannrolle einer ersten Ausführungsform,
2 einen Teilquerschnitt durch eine erfindungsgemäße Spannrolle einer zweiten Ausführungsform,
3 einen Teilquerschnitt durch eine erfindungsgemäße Spannrolle einer dritten Ausführungsform und
4 einen Teilquerschnitt durch eine erfindungsgemäße Spannrolle einer vierten Ausführungsform.
Die in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Spannrolle unterscheiden sich im Wesentlichen im Hinblick auf das Querschnittsprofil der jeweils eingesetzten Einlage. Darüber hinaus kann aber auch das Querschnittsprofil der Laufscheibe sowie der Typ des Wälzlagers variieren. Da sich hieraus unzählige Kombinationsmöglichkeiten ergeben, hat man sich vorliegend auf die Darstellung verschiedener Einlagevarianten beschränkt, die ebenfalls nur beispielhaft für den Erfindungsgegenstand sind.
Eine erfindungsgemäße Spann- und/oder Umlenkrolle wie sie in den 1 bis 4 dargestellt ist, umfasst wenigstens eine Laufscheibe 1 aus Kunststoff, ein Wälzlager 2 sowie einen scheiben- und/oder ringförmigen Körper als Einlage 3. Die Laufscheibe 1 weist eine Nabe 1.1 auf, mit der sie sich an dem Wälzlager 2 abstützt. Von der Nabe 1.1 führt ein Mittelsteg 1.2 zu einem radial außen liegenden Ringbereich 1.3, dessen Außenumfangsfläche die Lauffläche 4 bildet. Das dargestellte Wälzlager 2 weist einen Außenring 2.1, einen Innenring 2.2 und Kugeln als Wälzkörper 2.3 auf. Die Ringnut zwischen Außenring 2.1 und Innenring 2.2 des Wälzlagers 2 ist mittels Dichtscheiben 5 abgedeckt.
Das Ausführungsbeispiel der 1 zeigt einen scheibenförmigen Körper als Einlage 3, der im Bereich der Mittelsteges 1.2 der Laufscheibe 1 angeordnet ist. Die Einlage 3 weist eine geringere Stärke als der Mittelsteg 1.2 auf. Des Weiteren ist die Einlage 3 zentriert in Bezug auf ihre axiale Position gegenüber der Laufscheibe 1 angeordnet. Somit wird die Einlage 3 beidseitig von Kunststoff überdeckt, wobei die Stärke der Überdeckung gleich ist. Zudem ist die radiale Erstreckung b der Einlage 3 kürzer als die radiale Erstreckung a der Laufscheibe 1 gewählt und die Einlage 3 hinsichtlich ihrer radialen Position derart angeordnet, dass sie vollständig von Kunststoff umgeben ist.
Im Unterschied zum scheibenförmigen Körper der 1 weist die Einlage 3 des Ausführungsbeispiels der 2 zusätzlich einen an einen scheibenförmigen Abschnitt angesetzten, radial außen liegenden Ringbereich sowie einen radial innen liegenden Ringbereich auf. Im Querschnitt zeigt die Einlage 3 somit ein Doppel-T-Profil mit sich axial erstreckenden Flanschabschnitten 3.1, 3.2, das vollständig in den Kunststoff eingebettet ist.
Ein Doppel-T-Profil weist auch die Einlage 3 des Ausführungsbeispiels der 3 im Querschnitt auf. Hier weisen die Flanschabschnitte 3.1, 3.2 jedoch eine unterschiedliche Länge, das heißt axiale Ausdehnung auf. Zudem wurde die Einlage radial nach außen gerückt, so dass die Laufscheibe 1 außenumfangseitig mit dem radial außen liegenden Flanschabschnitt 3.1 der Einlage 3 abschließt. Der Flanschbereich 3.1 bildet somit die Lauffläche 4 aus. Weiterhin entspricht die axiale Ausdehnung des Flanschabschnittes 3.1 der der Laufscheibe 1, so dass stirnseitig ebenfalls keine Überdeckung des Flanschabschnittes mit Kunststoff erfolgt. Wahlweise kann die axiale Ausdehnung des Flanschabschnittes 3.1 auch geringer als die der Laufscheibe 1 gewählt werden, so dass der Flanschabschnitt 3.1 stirnseitig von Kunststoff überdeckt wird.
Bei dem Ausführungsbeispiels der 4 liegt der umgekehrte Fall vor, das heißt der radial innen liegende Flanschabschnitt 3.2 weist eine größere axiale Ausdehnung als der radial außen liegende Flanschabschnitt 3.1 auf und die Einlage 3 wurde an das Wälzlager 2 herangerückt, so dass der Flanschabschnitt 3.2 an der Außenumfangsfläche des Außenrings 2.1 des Wälzlagers 2 anliegt. Der Flanschabschnitt 3.2 bildet somit die Nabe 1.1 der Laufscheibe 1 aus. Als integrales Bestandteil der Laufscheibe 1 liegt die radiale Erstreckung b der Einlage 3 immer innerhalb des Bereiches der radialen Erstreckung a der Laufscheibe 1. Das heißt, dass b ≤ a ist.
Die senkrecht zur Drehachse der Laufscheibe liegende Radiale 6 bildet vorliegend bei allen vier Ausführungsbeispielen eine Symmetrieachse aus. Ein symmetrisches Profil der Laufscheibe und/oder der Einlage ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Der Erfindungsgedanke umfasst auch solche Lösungen, die asymmetrisch ausgebildet sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 69908314 T2 [0003]
- DE 19702180 A1 [0004]

Claims

Spann- und/oder Umlenkrolle für einen Zugmitteltrieb, insbesondere einen Riementrieb, mit einer Kunststoff-Laufscheibe (1), deren Nabe (1.1) an einem Außenring (2.1) eines Wälzlagers (2) lagefixiert befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoff-Laufscheibe zusätzlich durch eine Einlage (3) verstärkt ist, wobei die Einlage (3) aus einem rotationssymmetrischen, konzentrisch zur Drehachse der Laufscheibe (1) angeordneten Körper besteht, der im Bereich der radialen Erstreckung a der Laufscheibe (1) angeordnet ist und zumindest einen scheibenförmigen Abschnitt besitzt, der über seine radiale Erstreckung vollständig oder zumindest teilweise von Kunststoff umgeben ist, so dass die Einlage (3) integraler Bestandteil der Laufscheibe (1) und kraft- und/oder formschlüssig mit dieser verbunden ist.
Spann- und/oder Umlenkrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlage (3) ein umlaufend gleich bleibendes, symmetrisches oder asymmetrisches Querschnittsprofil aufweist.
Spann- und/oder Umlenkrolle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Querschnittsprofil der Einlage (3) im Wesentlichen rechteckig, ein T-Profil oder ein Doppel-T-Profil mit gleichen oder ungleichen sich axial erstreckenden Flanschabschnitten (3.1, 3.2) ist.
Spann- und/oder Umlenkrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlage (3) zentriert in Bezug auf ihre axiale Position gegenüber der Laufscheibe (1) angeordnet ist.
Spann- und/oder Umlenkrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein radial außen liegender sich axial erstreckender Bereich der Einlage (3) die Lauffläche (4) für das Zugmittel bildet.
Spann- und/oder Umlenkrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein radial innen liegender sich axial erstreckender Bereich der Einlage (3) am Außenring (2.1) des Wälzlagers (2) anliegt.
Spann- und/oder Umlenkrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufscheibe (1) aus einem Duroplast oder Thermoplast mittels Umspritzen hergestellt ist.
Spann- und/oder Umlenkrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlage (3) aus Metall, insbesondere Stahl, Aluminium oder einer ihrer Legierungen, oder aus Kunststoff, insbesondere einem Duroplast oder Thermoplast, einem Elastomer oder einem Faserverbundwerkstoff, ist.
Spann- und/oder Umlenkrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Einlage (3) glatt oder zumindest in einem Teilbereich mit Durchbrüchen oder Hinterschnitten versehen und/oder geriffelt oder gerändelt ist.