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Die Erfindung offenbart eine Riemenscheibenanordnung für eine Wasserpumpe eines Fahrzeugs, umfassend eine Welle zum Antreiben der Wasserpumpe mit einer an einem distalen Ende angeordneten Riemenscheibe, umfassend einen zur Welle parallelen Abschnitt zur Aufnahme eines motorgetriebenen Riemens, wobei an einer Innenumfangsfläche des parallelen Abschnitts ein Außenring eines zweireihigen Kugelrollenlagers angeordnet ist, und ein Innenring des Kugelrollenlagers an einem hohlzylinderförmigen Gehäuseabschnitt der Wasserpumpe zur Anlage kommt.
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Gebiet der Erfindung
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Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Kraftfahrzeugtechnik. Eine Wasserpumpe wird in der Regel über einen Riemen von einem Verbrennungsmotor angetrieben und ist zur Kühlung des Verbrennungsmotors vorgesehen. Dabei treibt der Riemen eine Riemenscheibe an, die zumindest mittelbar mit einer Antriebswelle der Wasserpumpe verbunden ist.
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Aus dem Dokument „NTN Technical Review No. 9", welches im Jahr 2011 veröffentlicht wurde, geht auf Seite 94 bis 97 eine Riemenscheiben-Lager-Anordnung für Wasserpumpen hervor. Gemäß 2, rechts weist die Riemenscheiben-Lager-Anordnung eine Welle auf, an der an einem distalen Ende ein Flansch angeordnet ist. Der Flansch weist einen zur Welle parallelen Abschnitt auf, dessen Innenumfangsfläche als Außenringlauffläche eines daran angeordneten zweireihigen Kugelrollenlagers dient und dessen Außenumfangsfläche als Lauffläche für einen Riemen zum Antreiben der Wasserpumpe vorgesehen ist. Als Innenringlauffläche des Kugelrollenlagers wird ein Abschnitt eines Pumpengehäuses genutzt, der einen hohlzylindrischen Abschnitt aufweist. Die Welle sowie der Flansch sind aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet und über mehrere Fertigungsschritte, wie Drehen und Schleifen, hergestellt worden, wobei die Montage der beiden Teile durch thermisches Fügen oder Pressen realisierbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Riemenscheibenanordnung dahingehend zu verbessern, dass das Gewicht einerseits und die Herstellungszeit, sowie die Herstellungskosten und der Herstellungsaufwand andererseits, gesenkt werden.
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Die Aufgabe wird ausgehend von einer Riemenscheibenanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen und einer Vorrichtungsanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 3 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Erfindungsgemäß sind die Welle und die Riemenscheibe einteilig ausgebildet und bestehen aus einem spritzgegossenen Polymerwerkstoff. Durch den Polymerwerkstoff wird nicht nur das Gewicht der Riemenscheibenanordnung gesenkt, sondern auch die Belastung des Kugelrollenlagers und die Trägheit der Riemenscheibenanordnung werden gesenkt, wodurch sich Kraftstoff einsparen lässt. Dadurch, dass die Welle und die Riemenscheibe einteilig ausgebildet sind, und zwar in Form eines Spritzgussteiles, werden die Herstellungszeit und der Herstellungsaufwand erheblich gesenkt. Daraus resultieren geringere Herstellungskosten im Vergleich zur Herstellung der metallischen Riemenscheibe. Ferner ergibt sich aus dem Spritzgussverfahren der Vorteil einer einfachen und schnellen endformnahen Formgebung über die Gussform, wobei eine Nachbearbeitung in der Regel entfällt.
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Vorzugsweise ist an einem Teilabschnitt der Innenumfangsfläche der Riemenscheibe ein an die Kontur der Riemenscheibe angeformtes Blech zur Versteifung angeordnet. Dieses Blech erhöht somit die Steifigkeit der Riemenscheibe, insbesondere die Steifigkeit der parallelen Abschnitts, der zur Aufnahme des Riemens vorgesehen ist.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Riemenscheibenanordnung, die an einer teilweise dargestellten Wasserpumpe angeordnet ist, und
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2 eine erfindungsgemäße Vorrichtungsanordnung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Riemenscheibenanordnung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Gemäß 1 besteht die Riemenscheibenanordnung aus einer Welle 1 und einer Riemenscheibe 2, die einteilig ausgebildet sind. Diese sind aus einem spritzgegossenen Polymerwerkstoff ausgebildet. Ferner weist die Riemenscheibenanordnung an einem zur Welle 1 parallelen Abschnitt 3 ein zweireihiges Kugelrollenlager 5 auf, welches aus einem Außenring 4, einem Innenring 6 und zwei Reihen dazwischen angeordneter Wälzkörper 19a, 19b. Der Außenring 4 weist an seiner Außenumfangsfläche eine Profilierung 21 auf, die zur formschlüssigen Verbindung der Riemenscheibe 2 und dem Außenring 4 vorgesehen ist. Dadurch dreht der Außenring 4 zusammen mit der Riemenscheibe 2, die ihrerseits an einer Außenumfangsfläche des parallelen Abschnitts 3 über einen Riemen von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Diese Drehbewegung wird über die Riemenscheibe 2 auf die daran ausgebildete Welle 1 übertragen, die ihrerseits mit einer innerhalb eines Gehäuses 20 der Wasserpumpe angeordneten Antriebswelle 9 verbunden ist. Die Welle 1 erstreckt sich dabei durch einen hohlzylinderförmigen Gehäuseabschnitt 7 der Wasserpumpe. An der Außenumfangsfläche des hohlzylinderförmigen Gehäuseabschnitts 7 ist der Innenring 6 des Kugelrollenlagers 5 angeordnet. Zwischen dem Kugelrollenlager 5 und dem hohlzylinderförmigen Gehäuseabschnitt 7 liegt eine Pressverbindung vor. Diese Pressverbindung wird dadurch erzielt, dass der hohlzylinderförmige Gehäuseabschnitt 7 unterkühlt wird, wodurch dieser geringfügig schrumpft und dadurch erlaubt, die Riemenscheibenanordnung, bestehend aus dem in der Riemenscheibe 2 eingegossenen Kugelrollenlager 5 und der an die Riemenscheibe 2 ausgebildeten Welle 1. Denkbar ist jedoch auch eine thermische Verbindung zwischen dem hohlzylinderförmigen Gehäuseabschnitt 7 und dem Kugelrollenlager 5. Die Welle 1 ist durch ein Dichtungselement 10 an dem Gehäuse 20 der Wasserpumpe abgedichtet. Die Welle 1 ist mit einer Außenumfangsfläche an einer Innenumfangsfläche der Antriebswelle 9 drehfest verbunden, wobei zwischen der Welle 1 und der Antriebswelle 9 eine Pressverbindung vorgesehen ist.
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Gemäß 2 umfasst die Vorrichtungsanordnung zum Spritzgießen der Riemenscheibenanordnung im Wesentlichen eine erste Gussform 11, eine an die erste Gussform 11 stirnseitig angeordnete zweite Gussform 13, sowie eine Rundscheibe 15 und ein hohlzylindrisches Element 17. Die erste Gussform 11 weist eine zylindrische Aussparung 12 zur Bildung einer Außenkontur der Welle 1 auf. Die zweite Gussform 13 weist demgegenüber eine zylindrische Aussparung 14 im Wesentlichen zur Bildung einer Außenkontur der Riemenscheibe 2 auf. Die Welle 1 kann vorzugsweise über ein Stangenelement 19 als Hohlwelle ausgebildet werden, wobei das Stangenelement 19 zur Bildung der Innenumfangsfläche der Welle 1 vorgesehen ist und dazu in den zylindrischen Aussparung 12, 14 angeordnet ist. Ein Durchmesser der zylindrischen Aussparung 12 der ersten Gussform 11 ist kleiner als ein Durchmesser der zylindrischen Aussparung 14 der zweiten Gussform 13.
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Um unteranderem einen zur Welle 1 parallelen Abschnitt 3 der Riemenscheibe 2 zu erzeugen, sind die Rundscheibe 15, das hohlzylindrische Element 17, ein gewölbtes Blech 18 und das Kugelrollenlager 5 innerhalb der zylindrischen Aussparung 14 angeordnet und schließen zusammen ein inneres Luftvolumen ein, indem beim Spritzgießen keine Polymermasse strömt. Die Rundscheibe 15 ist dabei stirnseitig an die erste Gussform 11 angeordnet und weist einen zentralen Durchbruch 16 zur Bildung einer Außenkontur der Welle 1 auf. Stirnseitig an der Rundscheibe 15 ist das hohlzylindrische Element 17 angeordnet, das ebenfalls zur Bildung einer Außenkontur der Welle 1 vorgesehen ist. Ein Innenradius des hohlzylindrischen Elements 17 entspricht einem Innenradius des zentralen Durchbruchs 16 und der zylindrischen Aussparung 12. Ebenfalls stirnseitig an der Rundscheibe 15 ist das Kugelrollenlager 5 angeordnet. Der Außenradius des Kugelrollenlagers 5 weist dieselbe Größe wie der Außenradius der Rundscheibe 15 auf. Das gewölbte ringförmige Blech 18 kommt stirnseitig einerseits an dem hohlzylindrischen Element 17 und andererseits an dem Kugelrollenlager 5 zur Anlage. Das ringförmige Blech 8 ist über mehrere Schweißpunkte an dem Außenring 4 des Kugelrollenlagers 5 fixiert. Eine Verbindung zwischen dem Außenring 4 und dem ringförmigen Blech 8 über eine am Außenring 4 gebildete Nut ist jedoch auch denkbar. Ferner weist der Außenring 4 des Kugelrollenlagers 5 eine Profilierung 21 auf, die beim Spritzgießen mit Polymermasse gefüllt wird und dadurch eine formschlüssige Verbindung zwischen der Riemenscheibe 2 mit der daran ausgebildeten Welle 1 und dem Kugelrollenlager 5 bildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle
- 2
- Riemenscheibe
- 3
- paralleler Abschnitt
- 4
- Außenring
- 5
- Kugelrollenlager
- 6
- Innenring
- 7
- Gehäuseabschnitt
- 8
- ringförmiges Blech
- 9
- Antriebswelle
- 10
- Dichtungselement
- 11
- erste Gussform
- 12
- zylindrische Aussparung
- 13
- zweite Gussform
- 14
- zylindrische Aussparung
- 15
- Rundscheibe
- 16
- zentraler Durchbruch
- 17
- hohlzylindrisches Element
- 18
- Stangenelement
- 19a, 19b
- Wälzkörper
- 20
- Gehäuse
- 21
- Profilierung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „NTN Technical Review No. 9”, welches im Jahr 2011 veröffentlicht wurde, geht auf Seite 94 bis 97 [0003]
