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Die Erfindung betrifft eine Bordscheibe für einen Riementrieb, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Bordscheibe, ein Verfahren zur Befestigung einer Bordscheibe an einem Riementrieb sowie eine Anordnung einer Bordscheibe an einem Riementrieb. Dabei bezieht sich die Erfindung insbesondere auf Riementriebe elektromechanischer Lenkungen in Kraftfahrzeugen.
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Aus
EP 2 128 496 A2 ist es bekannt, eine Bordscheibe durch Verstemmen am Grundkörper eines topf- oder glockenförmigen Grundkörpers aus Metall eines Zahnriemenrades zu verstemmen.
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Aus
DE 10 2005 018 581 A1 ist es bekannt, eine als im Wesentlichen flache Blechscheibe dienende Bordscheibe mit einer Innenverzahnung auszubilden und die Bordscheibe mit der Innenverzahnung in axialer Richtung auf ein Zahnriemenrad aufzupressen.
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Aus
DE 28 33 458 B2 ist ein Verfahren zur Befestigung einer Bordscheibe an einem Riemenrad mit einem stirnseitigen, kegeligen, sich zum Riemenrad hin verjüngenden Ansatz bekannt, das zur Anwendung mit einer Bordscheibe angewendet werden soll, welche zwei Schenkel aufweist, die schräg zur radialen Richtung in einem Winkel zueinander angeordnet sind. Gemäß dem Verfahren wird die Bordscheibe durch Aufbringen einer Kraft in axialer Richtung zur Bordscheibe hin plastisch derart verformt, dass der Winkel zwischen den Schenkeln sich vergrößert und die Bordscheibe sich durch plastische Verformung dem Ansatz anpasst.
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Zur Durchführung der vorstehend beschriebenen Verfahren ist die Aufbringung axial wirkender Kräfte erforderlich. Dies ist insbesondere dann unerwünscht, wenn ein Riemenrad eines Riementriebes bereits auf einer gelagerten Motorwelle montiert ist, bevor die zu dem Riemenrad gehörige Bordscheibe montiert wird. In diesem Fall besteht die Gefahr, dass es bei Anwendung axialer Kräfte zu einer Schädigung eines oder mehrerer Motorwellenlager kommt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bordscheibe für einen Riementrieb, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Bordscheibe, ein Verfahren zur Befestigung einer Bordscheibe an einem Riementrieb sowie eine Anordnung einer Bordscheibe an einem Riementrieb zur Verfügung zu stellen, die eine einfache, kostengünstige und variable Herstellung und Montage einer Bordscheibe an einem Riementrieb ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 3, 4 bzw. 10.
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Eine erfindungsgemäße Bordscheibe für einen Riementrieb umfasst einen sich in radialer Richtung erstreckenden Wandabschnitt und einen sich in axialer Richtung erstreckenden, zumindest teilweise zylindrischen Bundabschnitt. Der Wandabschnitt ist vorzugsweise kreisringförmig ausgebildet. Weiter vorzugsweise geht der Wandabschnitt – in radialer Richtung betrachtet – im Bereich seiner Innenseite in den Bundabschnitt über. Eine erfindungsgemäße Bordscheibe hat den Vorteil, dass diese einfach und kostengünstig herstellbar ist und eine Montage durch Aufbringen von überwiegend oder ausschließlich radial wirkenden Kräften ermöglicht. Eine erfindungsgemäße Bordscheibe kann daher auch dann auf einem Riementrieb montiert werden, wenn nahezu alle Elemente eines Riementriebes, insbesondere eine Motorwelle, ein auf der Motorwelle gelagertes Riemenrad und optional auch ein Zahnriemen bereits montiert sind. Da eine Montage mit nur oder überwiegend radial wirkenden Kräfte möglich ist und weiterhin eine Abstützung der radial wirkenden Kräfte während des Montageprozesses erfolgen kann, besteht nicht die Gefahr, dass ein oder mehrere Lager der Motorwelle beim Befestigen der Bordscheibe auf der Motorwelle und/oder einem Bund zerstört oder vorgeschädigt werden.
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In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bordscheibe ist diese einstückig ausgebildet und durch Umformen eines Blechzuschnitts hergestellt, insbesondere durch Zugdruckumformen. Die Herstellung einer solchen Bordscheibe ist besonders einfach und kostengünstig, da in diesem Fall nur wenig Material erforderlich ist und die Bearbeitung des Materials in sehr kurzer Zeit durch ein oder mehrere Umformwerkzeuge bewirkt werden kann. Wenn eine erfindungsgemäße Bordscheibe aus einem Blechzuschnitt hergestellt ist, können Materialstärken von maximal 10 mm, bevorzugt maximal 5 mm, weiter bevorzugt maximal 2 mm und besonders bevorzugt maximal 1 mm verwendet werden. Als Werkstoff für eine erfindungsgemäße Bordscheibe besonders geeignet sind Stahlwerkstoffe oder sonstige Werkstoffe mit ähnlicher oder höherer Duktilität. Werkstoffe aus Stahl (oder anderen Metallen mit ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten) sind für erfindungsgemäße Bordscheiben insbesondere deshalb besonders geeignet, weil im Bereich von elektromechanischen Lenkungen aufgrund der räumlichen Nähe zu Verbrennungsmotoren die Bordscheibe über einen großen Temperaturbereich beansprucht wird, insbesondere zwischen –30° C und 150° C und die unmittelbar benachbart angeordneten Motorwellen und Riemenräder häufig aus Stahlwerkstoffen gefertigt sind.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Bordscheibe für einen Riementrieb umfassend einen sich in radialer Richtung erstreckenden Wandabschnitt und einen sich in axialer Richtung erstreckenden, zumindest teilweise zylindrischen Bundabschnitt, wobei an einem ebenen Blechzuschnitt mit einer Ausnehmung durch einen oder mehrere Umformschritte an dem sich an die Ausnehmung anschließenden Bereich des Blechzuschnitts ein sich in axialer Richtung erstreckender, zumindest teilweise zylindrischer Bund ausgebildet wird. Auf die vorstehend bereits beschriebenen Vorteile, insbesondere hinsichtlich einer einfachen und kostengünstigen Herstellung, wird hiermit noch einmal verwiesen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Befestigung einer Bordscheibe an einem Riementrieb, gemäß welchem die Bordscheibe in axialer Richtung auf eine Motorwelle oder einen Bund eines Riemenrades aufgeschoben und anschließend ein Rolliervorgang derart durchgeführt wird, dass die Bordscheibe nach Abschluss des Rolliervorgangs mindestens in axialer Richtung gegen Verschieben gesichert ist. Mit der genannten „Sicherung gegen Verschieben“ ist gemeint, dass die Bordscheibe kraft- und/oder formschlüssig auf der Motorwelle und/oder auf dem Bund des Riemenrades befestigt ist und somit ihre Funktion, einen über das Riemenrad geführten Riemen vor axialem Abgleiten von dem Riemenrad zu schützen, erfüllen kann. Der Rolliervorgang kann insbesondere dadurch durchgeführt werden, dass eine in radialer Richtung wirkende Kraft auf den Bundabschnitt der Bordscheibe, einen Bund eines Riemenrades und/oder eine Motorwelle aufgebracht wird und die jeweiligen Elemente mindestens einmal um 360° rotiert werden.
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Alternativ kann eine Kraft mittels eines Werkzeuges radial aufgebracht werden und das Werkzeug um die entsprechenden Elemente mindestens einmal um 360° geführt werden. Entscheidend ist dementsprechend, dass durch eine Relativbewegung zwischen einem (Rollier-)Werkzeug und dem Bundabschnitt, einem Bund eines Riemenrades und/oder einer Motorwelle, eine Kraft in radialer Richtung ausgeübt wird, vorzugsweise mindestens einmal über den gesamten Umfang. Dies kann auch dadurch erfolgen, dass das Werkzeug und die Elemente gleichzeitig relativ zueinander bewegt werden.
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Besonders geeignet erscheinen insbesondere folgende konkreten Ausführungsformen (Varianten) eines erfindungsgemäßen Verfahrens:
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Gemäß einer ersten Variante wird die Bordscheibe in eine in der Motorwelle ausgebildete Nut einrolliert. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine Motorwelle – beispielsweise aus anderen Gründen – bereits mit einer entsprechenden Nut an einer geeigneten Position versehen ist und diese Nut ohne zusätzliche Herstellungskosten für das Einrollieren zur Verfügung steht.
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Gemäß einer zweiten Variante wird die Bordscheibe in eine in einem Bund des Riemenrades ausgebildete Nut einrolliert. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hat insbesondere den Vorteil, dass das Einrollieren der Bordscheibe bereits im Rahmen einer Vormontage erfolgen kann und die Bordscheibe zusammen mit dem Riemenrad als vorgefertigte Einheit auf eine Motorwelle aufgeschoben werden kann.
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Gemäß einer dritten Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der Rolliervorgang das Aufbringen radialer Kräfte unmittelbar auf eine Motorwelle oder auf einen Bund des Riemenrades und zwar derart, dass sich zur Befestigung der Bordscheibe in axialer Richtung unmittelbar benachbart zu der Bordscheibe mindestens eine Materialaufwerfung an dem Element ausbildet, auf welches die radialen Kräfte unmittelbar aufgebracht wurden (d.h. an der Motorwelle oder an dem Bund des Riemenrades). Eine derartige Materialaufwerfung wird insbesondere so erzeugt, dass die Bordscheibe aufgrund der Materialaufwerfung in axialer Richtung kein Spiel mehr auf der Motorwelle und/oder auf dem Bund des Riemenrades hat. Die Bordscheibe kann so form- und/oder kraftschlüssig auf der Motorwelle oder auf dem Bund des Riemenrades fixiert werden. Wenn die Fixierung in kraftschlüssiger Art und Weise (ausschließlich oder kumulativ zu einer formschlüssigen Verbindung) erfolgt, ist die Bordscheibe auch rotatorisch mit dem Bund des Riemenrades bzw. mit der Motorwelle fixiert. So kann ein reibungsbedingter Verschleiß aufgrund von rotatorischen Relativbewegungen zwischen der Bordscheibe und dem Bund des Riemenrades wirksam vermieden werden.
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Wie bereits erwähnt, ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet für Riementriebe elektromechanischer Lenkungen von Kraftfahrzeugen. Dies gilt insbesondere für Zahnriementriebe bestehend aus zwei Zahnriemenrädern und einem Zahnriemen, welche dem (Hilfs-)Antrieb einer Lenkstange mittels einer Kugelgewindemutter dienen. Derartige Zahnriementriebe bestehen üblicherweise aus einem kleinen Zahnriemenrad mit einer Motorwelle und einem die Motorwelle antreibenden Elektromotor und einem großen Zahnriemenrad, das die Kugelgewindemutter antreibt. Das kleine Zahnriemenrad ist meist durch einen zylindrischen Pressverband auf der Motorwelle montiert. Das große Zahnriemenrad ist mit der Kugelgewindemutter verbunden. Der Zahnriemen bewegt sich aufgrund von Schrägverzahnungen und sonstigen während des Lenkbetriebes auftretenden Kräften in axialer Richtung hin und her (lenkrichtungsabhängig). Damit der Zahnriemen dabei nicht von den Zahnriemenrädern abgleitet, wird sowohl der "Linkslauf" als auch der "Rechtslauf" durch eine Bordscheibe, insbesondere eine erfindungsgemäße Bordscheibe, begrenzt. Dabei ist es ausreichend, wenn an einem der Zahnriemenräder linksseitig und an dem gleichen oder dem anderen Zahnrad rechtsseitig eine Bordscheibe montiert ist. Die erfindungsgemäße Bordscheibe kann sowohl mit einem –wie vorstehend beschriebenen – kleinen Zahnriemenrad als auch mit einem – wie vorstehend beschriebenen – großen Zahnriemenrad verwendet werden. Sie wird vorzugsweise für ein kleines Zahnriemenrad verwendet, das mit einer Motorwelle verbunden und über den Elektromotor angetrieben ist.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das Aufschieben und der Rolliervorgang durchgeführt werden können, nachdem das Riemenrad bereits auf einer gelagerten Motorwelle montiert ist. Der Zahnriemen kann während des Aufschiebens und des Rolliervorgangs ebenfalls bereits montiert sein.
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Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung einer Bordscheibe an einem Riementrieb, insbesondere einer elektromechanischen Lenkung, gemäß welcher die Bordscheibe durch mittels eines Rolliervorgangs erzeugter Umformung der Bordscheibe, eines Bundes eines Riemenrades oder einer Motorwelle mindestens in axialer Richtung fixiert ist. Auf sämtliche, vorstehend in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Bordscheibe und den erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile wird hiermit noch einmal verwiesen.
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Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 einen Teil einer elektromechanischen Lenkvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht,
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2 die in 1 gezeigte Lenkvorrichtung in einer Schnittdarstellung gemäß der Schnittebene II in 1,
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3 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung,
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4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung,
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5 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung und
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6 den in 5 mit VI gekennzeichneten Bereich in einer vergrößerten Darstellung.
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Die 1 und 2 zeigen in verschiedenen Ansichten einen Riementrieb 10 einer elektromechanischen Lenkung 12. Der Riementrieb 10 umfasst ein großes Zahnriemenrad 14 und ein kleines Zahnriemenrad 16 sowie einen über die Zahnriemenräder 14, 16 gespannten Zahnriemen 18.
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Das große Zahnriemenrad 14 ist über eine Kugelgewindemutter 20 in bekannter Art und Weise mit einem Bereich einer Lenkstange 22 verbunden, in welchem ein Gewindeabschnitt 24 ausgebildet ist.
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Das kleine Zahnriemenrad 16 ist drehfest mit einer Motorwelle 26 verbunden, welche über einen Elektromotor 28 antreibbar ist. Die Motorwelle 26 ist unter anderem über ein nur schematisch dargestelltes Kugellager 30 gelagert (siehe 2).
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Links des großen Zahnriemenrades 14 ist eine als Bordscheibe dienende, sich radial erstreckende Lippe 32 angeformt. Diese Lippe 32 erstreckt sich über den gesamten Umfang des großen Zahnriemenrades 14. Rechts des kleinen Zahnriemenrades 16 ist eine Bordscheibe 34 als separates Bauteil angeordnet (siehe 2).
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Die 3 bis 6 zeigen drei verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Bordscheibe 34, wobei in den 3 bis 5 jeweils eine Variante einer erfindungsgemäßen Bordscheibe 34 dargestellt und in diesen Figuren nur der in 2 mit III gekennzeichnete Bereich einer elektromechanischen Lenkung vergrößert dargestellt ist.
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Im Folgenden werden für alle identischen oder zumindest funktionsgleichen Elemente verschiedener Ausführungsformen von erfindungsgemäßen und aus dem Stand der Technik bekannten Bordscheiben 34 die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Die 3 und 4 zeigen erfindungsgemäße Bordscheiben 34 nach dem Aufschieben und vor dem Rollieren (3a, 4a) und nach dem Rollieren (3b, 4b). Die 5 und 6 zeigen eine aus dem Stand der Technik bekannte Bordscheibe 34 in einer erfindungsgemäßen Anordnung 36. Bei den in den 3 und 4 gezeigten Anordnungen 36 handelt es sich ebenfalls um erfindungsgemäße Anordnungen 36.
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Die in den 3 und 4 gezeigten Bordscheiben 34 weisen einen sich in radialer Richtung erstreckenden Wandabschnitt 38 und einen sich in axialer Richtung erstreckenden Bundabschnitt 40 auf. Der Begriff „axial“ bezieht sich auf die mit der gestrichelten Linie 54 gekennzeichnete, gemeinsame Drehachse der Motorwelle 26, des Zahnriemenrades 16 und der Bordscheibe 34. Der sich in radialer Richtung erstreckende Wandabschnitt 38 umfasst einen ersten Bereich 42 mit rein radialem Verlauf und einen zweiten Bereich 44, welcher in Richtung des Bundabschnitts 40 geneigt und gegenüber dem ersten Bereich 42 abgewinkelt ist.
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Wie in 3 zu erkennen, ist in dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 36 die Bordscheibe 34 auf die Motorwelle 26 aufgeschoben, und zwar derart, dass der Bereich 42 des Wandabschnitts 38 der Bordscheibe 34 an der Stirnseite des kleinen Zahnriemenrades 16 anliegt. In 3 ist ferner zu erkennen, dass in der Motorwelle 26 eine umlaufende Ringnut 46 ausgebildet ist. Diese Ringnut 46 wird genutzt, um die Bordscheibe 34 durch Einrollieren in axialer Richtung auf der Motorwelle 26 zu fixieren. Dazu wird gemäß dem Pfeil FR eine Rollierkraft auf den sich im Bereich der Ringnut 46 befindenden Bundabschnitt der Bordscheibe 34 ausgeübt, insbesondere mittels eines Rollierwerkzeuges. Anschließend wird die Motorwelle 26 (vorzugsweise mindestens) einmal um 360° gedreht, um die Bordscheibe 34 durch Einrollieren und dadurch resultierende plastische Verformungen mit der Motorwelle 26 zu verbinden. Nach dem Einrollieren ist die Bordscheibe 34 kraft- und formschlüssig mit der Motorwelle 26 verbunden. Sie kann sich in axialer Richtung der Motorwelle 26 nicht mehr verschieben. Durch den Kraftschluss ist die Bordscheibe 34 auch rotatorisch gegenüber der Motorwelle 26 festgelegt.
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In der in 4 gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung 36 ist die Bordscheibe 34 auf einen an dem Zahnriemenrad 16 ausgebildeten Bund 48 aufgeschoben. An dem Bund 48 ist eine Ringnut 50 ausgebildet. Durch Einrollieren kann der Bundabschnitt 40 der in 4 dargestellten Bordscheibe 34 in analoger Art und Weise wie vorstehend in Verbindung mit 3 beschrieben an dem Bund 48 des kleinen Zahmriemenrades 16 befestigt werden. Dazu wird, wie in 4 schematisch dargestellt, eine Rollierkraft FR in radialer Richtung auf den Bundabschnitt 40 der Bordscheibe 34 aufgebracht und die Motorwelle 26 (vorzugsweise mindestens) einmal um 360° rotiert. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, dass die Bordscheibe relativ zum Rollierwerkzeug, insbesondere zusammen mit der Motorwelle, verdreht wird.
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Die 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung 36. Bei dieser Anordnung 36 kann eine aus dem Stand der Technik bekannte Bordscheibe 34 verwendet werden. Die Bordscheibe 34 wird in axialer Richtung auf die Motorwelle 26 so aufgeschoben, dass sie mit der Stirnseite des kleinen Zahnriemenrades 16 zur Anlage kommt. Anschließend wird – wie durch den Pfeil FR dargestellt – eine Rollierkraft auf die Motorwelle 26 in radialer Richtung aufgebracht, welche zu einer Bildung von Materialaufwerfungen 52a, 52b an der Motorwelle 26 unmittelbar benachbart zum Krafteingriffspunkt führt (vgl. 6). Durch die in 6 gut zu erkennende, unmittelbar neben der Bordscheibe 34 aufgrund des Rolliervorgangs entstehende Materialaufwerfung 52a kann die Bordscheibe 34 formschlüssig in axialer Richtung auf der Motorwelle 26 fixiert werden. Durch Erhöhung der Rollierkraft FR und/oder Verschiebung des Kraftangriffspunktes der Rollierkraft FR in Richtung Bordscheibe 34 kann die Materialaufwerfung 52a auch zusätzlich einen Kraftschluss zwischen der Bordscheibe 34 und der Motorwelle 26 erzeugen, so dass die Bordscheibe 34 auch rotatorisch gegenüber der Motorwelle 26 festgelegt ist.
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Nur der Vollständigkeit halber wird darauf verwiesen, dass das in Verbindung mit den 5 und 6 beschriebene Verfahren bzw. diese Anordnung auch durch Aufbringen einer Rollierkraft an einem nicht dargestellten Bund eines Zahnriemenrades 14, 16 erfolgen kann, auf welchen eine Bordscheibe (nicht gezeigt) zuvor aufgeschoben wurde.
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Zur Klarstellung wird ferner darauf verwiesen, dass die in den 3, 4 und 6 eingetragenen Rollierkräfte FR alle rein radial wirken. Dies ist zwar vorteilhaft, aber nicht zwingend erforderlich. Die Rollierkraft kann auch eine axiale Kraftkomponente aufweisen. Bevorzugt ist es, wenn eine axiale Kraftkomponente – falls vorhanden – im Verhältnis zur Gesamtkraft (aufgeteilt in eine axiale und eine radiale Kraftkomponente) maximal als 50 %, besonders bevorzugt maximal 20 %, der gesamten Rollierkraft ausmacht.
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Darüber hinaus wird darauf verwiesen, dass die vorstehend beschriebenen Verfahren und Anordnungen auch in analoger Art und Weise an anderen Elementen ausgeführt werden können, welche zwischen oder neben einer Motorwelle 26 und einem Zahnriemenrad 14, 16 angeordnet sein können.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Riementrieb
- 12
- Lenkung
- 14
- großes Zahnriemenrad
- 16
- kleines Zahnriemenrad
- 18
- Zahnriemen
- 20
- Kugelgewindemutter
- 22
- Lenkstange
- 24
- Gewindeabschnitt
- 26
- Motorwelle
- 28
- Elektromotor
- 30
- Kugellager
- 32
- Lippe
- 34
- Bordscheibe
- 36
- Anordnung
- 38
- Wandabschnitt
- 40
- Bundabschnitt
- 42
- erster Bereich
- 44
- zweiter Bereich
- 46
- Ringnut
- 48
- Bund
- 50
- Ringnut
- 52a, 52b
- Materialaufwerfung
- 54
- gestrichelte Linie (axiale Richtung)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2128496 A2 [0002]
- DE 102005018581 A1 [0003]
- DE 2833458 B2 [0004]
