DE102015211657B3

DE102015211657B3 - Riemenrad und Anordnung des Riemenrades auf einer Spindelmutter

Info

Publication number: DE102015211657B3
Application number: DE102015211657.3A
Authority: DE
Inventors: Carsten Stehr
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-06-24
Filing date: 2015-06-24
Publication date: 2016-06-09
Anticipated expiration: 2035-06-25
Also published as: WO2016206878A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Riemenrad für einen Zahnriementrieb, aufweisend eine Nabe (2) mit einer Befestigungsbohrung (3) und einem Zahnkranz (4). Es wird vorgeschlagen, dass das Riemenrad (1) aus einem Sintermetall hergestellt und mit einer Bordscheibe (7) durch Umformung gefügt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Riemenrad für einen Zahnriemen, aufweisend eine Nabe mit einer Befestigungsbohrung sowie einen Zahnkranz mit einer Umfangsverzahnung. Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung des Riemenrades auf einer Spindelmutter eines Spindelantriebes.
Riemenräder, auch Riemenscheiben genannt, sind als Komponenten von Riemen- oder Zahnriementrieben bekannt. Im Falle eines Zahnriementriebes weist das Riemenrad einen Zahnkranz mit einer speziellen Umfangsverzahnung auf, welche dem Zahnprofil des Zahnriemens entspricht. Aus Geräuschgründen ist die Umfangsverzahnung teilweise auch als Schrägverzahnung ausgebildet, daher weist der Zahnkranz seitliche Ränder auf, damit der Zahnriemen auf dem Riemenrad geführt ist. Aus Gründen der Herstellung der Verzahnung wird einer der beiden Begrenzungsränder nach der Herstellung der Verzahnung mit dem Riemenrad verbunden, was beispielsweise durch eine Schweißverbindung erfolgte. Bekannt ist auch, dass man ein Riemenrad auf einer Antriebswelle durch einen Presssitz befestigt – dazu wird die Nabe des Riemenrades zwecks Durchmesservergrößerung erwärmt, damit sie anschließend mit der Welle gefügt werden kann.
In der älteren Anmeldung der Anmelderin DE 10 2014 206 934 A1 wurde ein Stellmotor mit einem Spindelantrieb offenbart, bei welchem die Spindelmutter über ein Riemenrad und einen Riementrieb angetrieben wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Riemenrad vorzuschlagen, welches kostengünstig herstellbar ist und eine einfache Befestigung auf einem Abtriebsglied erlaubt.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die unabhängigen Patentansprüche 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Riemenrad aus einem Sintermetall herstellbar und mit einer Bordscheibe durch Umformung gefügt ist. Der Vorteil des Sintermetalls besteht unter anderem im Herstellverfahren, welches beliebige Formen, also auch die Herstellung einer Umfangsverzahnung für einen Zahnriemen erlaubt. Darüber hinaus weist das Sintermetall ein relativ niedriges spezifisches Gewicht auf. Die Verbindung mit einer Bordscheibe, die bevorzugt aus einem Blech oder Feinblech hergestellt ist, erfolgt durch eine Umformung des Sintermetalls. Eine derartige Fügeverbindung ist – insbesondere im Vergleich zur bekannten Schweißverbindung – sehr kostengünstig und leicht herstellbar.
Durch Sintern, ein Verfahren zur Herstellung oder Veränderung von Werkstoffen aus dem Bereich der Pulvermetallurgie, können durch feinkörnige, metallische Stoffe, insbesondere unter erhöhtem Druck, Bauteile mit komplexen geometrischen Strukturen hergestellt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Bordscheibe kreisringförmig ausgebildet und stirnseitig am Zahnkranz befestigt. Damit kann die Bordscheibe ihre Funktion, nämlich die Führung des Zahnriemens auf dem Zahnkranz erfüllen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist am Zahnkranz stirnseitig ein umlaufender, axial abragender Steg, eine sogenannte Rollkante, angeordnet, auf welche die kreisringförmige Bordscheibe aufschiebbar ist. Damit ist eine einfache, präzise Montage und Zentrierung der Bordscheibe möglich.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Bordscheibe eine umlaufende Innenkante auf, um welche das Sintermaterial des Steges umgeformt wird, beispielsweise durch Rollieren oder Verstemmen. Das Sintermaterial wird also plastisch verformt und bildet eine Flanke einer Ringnut, in welcher die Bordscheibe gehalten ist. Damit wird eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen der Bordscheibe und dem Zahnkranz respektive dem Riemenrad hergestellt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist für das Sintermetall des Riemenrades bevorzugt ein Sintermetall mit der Bezeichnung Sint-D32 oder Sint-D39 gemäß DIN 30910 vorgesehen. Dieser Werkstoff erfüllt insbesondere die Forderung einer hinreichenden Duktilität und Verformbarkeit.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Riemenrad auf der Spindelmutter eines Spindelantriebes angeordnet und durch einen Presssitz mit der Spindelmutter verbunden. Damit wird eine reib- oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Riemenrad und der Spindelmutter zur Übertragung eines Drehmoments hergestellt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Spindelmutter eine zylindrische Außenfläche mit einem Außendurchmesser und die Befestigungsbohrung der Nabe ein Untermaß gegenüber dem Außendurchmesser auf; durch Aufbringen einer Axialkraft wird das Riemenrad auf die Spindelmutter aufgepresst. Damit ergibt sich ein vereinfachtes Fügeverfahren, welches keine thermische Behandlung des Riemenrades bzw. seiner Nabe erforderlich macht.
Das vorgenannte Riemenrad bzw. die vorgenannte Anordnung des Riemenrades auf einer Spindelmutter eines Spindelantriebes wird bevorzugt in einem Stellmotor verwendet, der bei einer Hinterachslenkung zur Anwendung kommt. Die bereits genannten Vorteile kommen auch bei der Hinterachslenkung zur Geltung, da diese somit insgesamt kostengünstiger und leichter herstellbar ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Riemenrad mit Bordscheibe,
2 eine Ansicht in axialer Richtung auf das Riemenrad,
3 eine Ansicht in radialer Richtung auf das Riemenrad,
4 eine Einzelheit im Bereich der Bordscheibe vor der Verformung und
4a die Einzelheit im Bereich der Bordscheibe nach der Verformung.
1 zeigt in einem Axialschnitt ein Riemenrad 1, welches eine Nabe 2 mit einer Befestigungsbohrung 3 sowie einen Zahnkranz 4 mit einer Umfangsverzahnung 5 aufweist. Die Nabe 2 und der Zahnkranz 4 sind durch eine Tragscheibe 6 miteinander verbunden. Der Zahnkranz 4 weist auf seiner in der Zeichnung links angeordneten Seite einen radial nach außen überstehenden, umlaufenden Rand 4a auf, welcher einstückig an den Zahnkranz 4 respektive an das Riemenrad 1 angeformt ist. Das Riemenrad 1 ist aus einem Sintermetall, bevorzugt aus einem Werkstoff mit der Bezeichnung Sint-D32 oder Sint-D39 in einem Stück hergestellt.
Das Riemenrad 1 wird bevorzugt auf einer (gestrichelt dargestellten) Spindelmutter 8 eines nicht dargestellten Spindelantriebes eines Aktuators (= Stellmotor für Lenkung, insbesondere Hinterachslenkung) befestigt. Die Befestigung erfolgt durch Aufpressen des Riemenrades 1 in axialer Richtung auf die Spindelmutter 8, die einen Außendurchmesser 8a aufweist. Die Befestigungsbohrung 3 des Riemenrades 1 weist gegenüber dem Außendurchmesser 8a ein Untermaß auf, sodass sich eine Überdeckung beider Durchmesser ergibt. Der ausgewählte Sinterwerkstoff ist in der Lage, die bei und nach dem Aufpressen auftretenden Beanspruchungen in der Nabe 2 aufzunehmen.
2 zeigt das Riemenrad 1 in einer Ansicht in axialer Richtung, und 3 zeigt das Riemenrad 1 in einer Ansicht in radialer Richtung, wobei die Umfangsverzahnung 5, welche als Schrägverzahnung ausgebildet ist, sowie der überstehende Rand 4a deutlich erkennbar sind.
Auf der in 1 rechts angeordneten Seite ist an der Stirnseite des Zahnkranzes 4 eine kreisringförmig ausgebildete Bordscheibe 7 angeordnet, welche durch Umformung des Sintermaterials mit dem Zahnkranz 4 gefügt wird. Hierzu weist der Zahnkranz 4 stirnseitig einen umlaufenden, axial abragenden ringförmigen Steg 4b auf, auf welchen die Bordscheibe 7 aufgesetzt wird.
4 zeigt eine Einzelheit X aus 1 in vergrößerter Darstellung. Der Steg 4b ist an seinem Außenumfang leicht konisch ausgebildet, so dass die Bordscheibe 7, welche eine Innenkante 7a aufweist, leicht montiert und mit dem Zahnkranz 4 zentriert werden kann.
4a zeigt die fertige Verbindung zwischen dem Zahnkranz 4 und der Bordscheibe 7, wobei der Steg 4b (4) um die Innenkante 7a durch plastische Verformung des Sintermaterials umgelegt ist. Diese Art der Umformung kann durch Rollieren mittels eines Rollenwerkzeuges oder Verstemmen erreicht werden. Durch die Umformung ist die Bordscheibe 7 kraftschlüssig (in Umfangsrichtung) und formschlüssig (in Axialrichtung) mit dem Zahnkranz 4, d. h. dem Riemenrad 1 verbunden. Der ausgewählte Sinterwerkstoff weist eine hinzureichende Duktilität auf, um diese Umformung zuzulassen und die Bordscheibe 7 dauerhaft auf dem Riemenrad 1 zu halten.
Bezugszeichenliste

1: Riemenrad
2: Nabe
3: Befestigungsbohrung
4: Zahnkranz
4a: Rand
4b: Steg
5: Umfangsverzahnung
6: Tragscheibe
7: Bordscheibe
7a: Innenkante
8: Spindelmutter
8a: Außendurchmesser

Claims

Riemenrad für einen Zahnriementrieb, aufweisend eine Nabe (2) mit einer Befestigungsbohrung (3) und einem Zahnkranz (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Riemenrad (1) aus einem Sintermetall hergestellt und mit einer Bordscheibe (7) durch Umformung gefügt ist.
Riemenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bordscheibe (7) aus einem Blech hergestellt ist.
Riemenrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bordscheibe (7) kreisringförmig ausgebildet und stirnseitig am Zahnkranz (4) befestigt ist.
Riemenrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Zahnkranz (4) stirnseitig ein umlaufender Steg (4b) angeordnet und dass die Bordscheibe (7) auf den Steg (4b) aufschiebbar ist.
Riemenrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bordscheibe (7) eine umlaufende Innenkante (7a) aufweist und dass der Steg (4b) um die Innenkante (7a) zur Herstellung einer kraft- und formschlüssigen Verbindung mit dem Zahnkranz (4) umformbar ist.
Riemenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintermetall ein Werkstoff mit der Bezeichnung Sint-D32 oder Sint-D39 nach DIN 30910 ist.
Anordnung eines Riemenrades (1) auf einer Spindelmutter (8) eines Spindelantriebes, dadurch gekennzeichnet, dass das Riemenrad (1) nach einem der vorherigen Ansprüche ausgebildet und auf die Spindelmutter (8) aufgepresst ist.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (8) eine zylindrische Außenfläche mit einem Außendurchmesser (8a) und der Innendurchmesser der Befestigungsbohrung (3) der Nabe (2) ein Untermass gegenüber dem Außendurchmesser (8a) aufweist und dass das Riemenrad (1) in axialer Richtung auf die Spindelmutter (8) zur Herstellung eines Presssitzes aufpressbar ist
Hinterachslenkung mit Stellmotor, aufweisend zumindest ein Riemenrad zum Antrieb einer Spindelmutter, wobei das Riemenrad nach einem der Ansprüche von 1 bis 6 ausgebildet und/oder auf einer Spindelmutter angeordnet ist nach einem der Ansprüche von 7 bis 8.