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Die Erfindung betrifft ein Riemenrad nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Verwendung des Riemenrades.
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Aus dem Stand der Technik sind Zahnriemenräder in Verbindung mit Zahnriementrieben bekannt, welche eine Bordscheibe aufweisen, um einen Zahnriemen auf dem Zahnriemenrad axial in Position zu halten. Folgend genannte Dokumente zeigen verschiedene Ausführungen von Bordscheiben auf Zahnriemenrädern:
DE 10 2008 025 077 A1 ,
DE 10 2006 059 946A1 ,
DE 10 2009 017 121 A1 ,
DE 10 2013 112 542 A1 ,
DE 10 2005 018 581 A1 sowie
DE 10 2015 211 657 B3 . Das hier erstgenannte Dokument offenbart dabei ein Riemenrad aus einem metallischen Werkstoff oder einem Kunststoff oder Verbundwerkstoff für einen Zahnriemenantrieb, aufweisend eine Nabe, eine Tragscheibe sowie einen Zahnkranz, welcher eine mit dem Riemenrad gefügte Bordscheibe aufweist.
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Durch die
DE 10 2015 211 657 B3 der Anmelderin wurde ein Riemenrad für einen Zahnriementrieb bekannt, wobei das Riemenrad aus einem Sintermetall hergestellt und mit einer Bordscheibe gefügt ist. Die Bordscheibe, welche der Fixierung des Zahnriemens auf dem Riemenrad dient, ist aus einem Blech hergestellt, wird auf einen Steg der Riemenscheibe aufgeschoben und durch Umformung des Steges in axialer Richtung auf der Riemenscheibe fixiert. Das Riemenrad und der Zahnriementrieb sind vorzugsweise Bestandteile eines Aktuators einer Hinterachslenkung für Kraftfahrzeuge. Die Bordscheibe ist kreisringförmig ausgebildet und kann als Stanzteil hergestellt werden. Für die Fixierung der Bordscheibe an dem Riemenrad ist eine Umformung erforderlich.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, weitere Potenziale bei der Herstellung und Montage der Bordscheibe, insbesondere im Hinblick auf Kosten und Gewicht auszuschöpfen.
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Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung betrifft ein Riemenrad für einen Riemenantrieb in einer steer-by-wire-Lenkung, vorzugsweise Hinterachslenkung. Das Riemenrad besteht zumindest größtenteils aus einem metallischen Werkstoff für einen Zahnriementrieb, mit einer Nabe, einer Tragscheibe sowie einen Zahnkranz, welcher eine mit dem Riemenrad gefügte Bordscheibe aufweist. Die Bordscheibe gewährleistet, dass der Riemen im Betrieb nicht von der Bordscheibe herunterläuft.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung besteht die mit dem Riemenrad gefügte Bordscheibe aus einem Kunststoff. Insbesondere ist die Bordscheibe aus einem Duroplast hergestellt. Damit ergeben sich Vorteile bezüglich der Herstellungs- und Montagekosten sowie hinsichtlich des Gewichts der Bordscheibe.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die Bordscheibe Befestigungsmittel zur Fixierung an dem Riemenrad auf. Damit entfällt eine Umformung des Riemenrades oder eine Verschweißung, um die Bordscheibe dauerhaft an dem Riemenrad zu fixieren.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Befestigungsmittel als Rast- oder Schnappelemente, auch Clipselemente genannt, ausgebildet, woraus sich der Vorteil einer einfachen und schnellen Montage ergibt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Rast- oder Schnappelemente einstückig mit der Bordscheibe ausgebildet. Da die Bordscheibe aus Kunststoff hergestellt wird, können Rast- oder Schnappelemente beliebiger Form angeformt und als ein Teil mit der Bordscheibe gespritzt werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Tragscheibe des Riemenrades auf dem Umfang verteilte Durchbrüche auf, welche die Befestigungsmittel, die vorzugsweise als Schnapphaken ausgebildet sind, durchgreifen. Damit wird durch einen einfachen Montagevorgang eine formschlüssige Fixierung der Bordscheibe in axialer Richtung auf dem Riemenrad erreicht. Darüber hinaus wird durch die Schnapphaken, welche im verbauten Zustand unter einer permanenten Spannung in Richtung Drehachse stehen, eine Zentrierung der Bordscheibe erreicht.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Schnapphaken in axialer Richtung verlaufende Stege und die Durchbrüche in der Tragscheibe korrespondierende Ausnehmungen auf, in welche die Stege derart eingreifen, dass eine Fixierung in Umfangsrichtung erreicht wird. Die Bordscheibe kann sich somit relativ zum Riemenrad nicht verdrehen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Bordscheibe radial nach innen gerichtete Mitnehmerelemente mit axial ausgerichteten Rast- oder Schnappstiften, auch Clips genannt, und die Tragscheibe korrespondierende Bohrungen auf dem Umfang auf, in welche die Clips formschlüssig eingreifen. Durch die stiftförmig und vorzugsweise spreizbar ausgebildeten Clips in Verbindung mit den Bohrungen in der Tragscheibe wird eine Fixierung in axialer und in tangentialer Richtung erreicht, was durch einen einfachen Montagevorgang möglich ist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Rast- oder Schnappelemente als Rastnasen mit einer Stirnkante ausgebildet, welche in eine auf der Nabe des Riemenrades angeordnete Ringnut eingreift. Durch den Eingriff der Stirnkanten in die Ringnut wird die Bordscheibe in axialer und in radialer Richtung gegenüber dem Riemenrad fixiert und zentriert.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Rastnasen ein als Federelement ausgebildetes Winkel- oder V-förmiges Profil auf, welches für die nötige Vorspannung beim Zusammenbau sorgt. Bevorzugt stützt sich der Scheitelpunkt des V-förmigen Profils an der Tragscheibe ab, so dass die Bordscheibe einerseits über die Ringnut an der Nabe und andererseits an der Tragscheibe in axialer Richtung abgestützt ist. Eine Fixierung in Umfangsrichtung kann über eine stirnseitig am Riemenrad angeordnete Kante erfolgen.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das erfindungsgemäße Riemenrad mit Bordscheibe aus einem Kunststoff für einen Zahnriementrieb eines Aktuators für steer-by-wire-Lenkung, vorzugsweise eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges verwendet. Bei diesem Produkt sind die oben erwähnten Kosten- und Gewichtvorteile von besonderer Bedeutung.
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Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Herstellung eines Riemenrades für eine steer-by-wire-Lenkung. Es wird zum einen eine Tragscheibe aus einem metallischen Werkstoff hergestellt, vorzugsweise durch Sintern. Alternativ kann die Tragscheibe durch Druckguss hergestellt werden. Als weitere Alternative kann die Tragscheibe aus einem Kunststoff durch Spritzguss hergestellt sein. Auch kann die Tragscheibe aus einem Kunstverbund- oder Kunststoff-Metall-Verbund hergestellt sein. In einem anderen Schritt wird eine Bordscheibe aus einem Kunststoff durch ein Spritzgussverfahren hergestellt. Die Bordscheibe kann in einem Arbeitsschritt hergestellt werden und Durchbrüche zur Lagerung oder Befestigungsmittel als Rast- oder Schnappelemente, auch Clipselemente genannt, erhalten. In einem weiteren Schritt wird die Tragscheibe mit der Bordscheibe zu einem Riemenrad gefügt. Dabei gelangen die Befestigungsmittel der Bordscheibe in formschlüssigen Eingriff mit der Tragscheibe. Eine Fixierung durch Umformen der Tragscheibe oder der Bordscheibe ist nicht erforderlich. Es ergibt sich hierdurch eine einfache und kostengünstige Montage.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
- 1 ein Riemenrad mit einer gefügten Bordscheibe in einer ersten Ansicht,
- 2 das Riemenrad mit Bordscheibe gemäß 1 in einer weiteren Ansicht,
- 3 das Riemenrad als Einzelteil (ohne Bordscheibe),
- 4 die Bordscheibe als Einzelteil mit integrierten Schnapphaken,
- 5 einen Durchbruch in der Riemenscheibe als vergrößerte Einzelheit,
- 6 einen Axialschnitt des Riemenrades mit gefügter Bordscheibe,
- 7 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein Riemenrad mit gefügter Bordscheibe in einer ersten Ansicht,
- 8 das Riemenrad gemäß 1 in einer anderen Ansicht mit Blick auf die Bordscheibe,
- 9 einen Axialschnitt des Riemenrades mit montierter Bordscheibe,
- 10 die Schnappverbindung aus 9 als Einzelheit,
- 11 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein Riemenrad mit gefügter Bordscheibe als Axialschnitt und
- 12 eine Ansicht des Riemenrades gemäß 11 in axialer Richtung mit Mitnehmerelementen.
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1 bis 6 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein Riemenrad 1, welches mit einer Bordscheibe 2 eine bauliche Einheit bildet. Das Riemenrad 1, welches aus einem Sinterwerkstoff hergestellt ist, ist in 3 als Ganzes erkennbar: es weist einen Zahnkranz 3 mit einer vorzugsweise als Schrägverzahnung ausgebildeten Umfangsverzahnung 3a für einen nicht dargestellten Zahnriemen eines Zahnriementriebes auf. Die Schrägverzahnung 3a wird an einer Stirnseite durch einen einstückig mit dem Riemenrad 1 ausgebildeten, umlaufenden Bord 4 (6) zur axialen Fixierung des Zahnriemens begrenzt. Das Riemenrad 1 weist eine Nabe 5 mit einer Bohrung 6 sowie eine Tragscheibe 7 auf, welche mit dem Zahnkranz 3 verbunden ist. In der Tragscheibe 7 sind, verteilt über den Umfang, vorzugsweise vier nierenförmig ausgebildete Durchbrüche 8 angeordnet.
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4 zeigt die Bordscheibe 2 als Einzelteil, welche aus einem Kunststoff als Spritzgussteil hergestellt ist. Der verwendete Kunststoff ist vorzugsweise ein Duroplast oder ein thermoplastischer Kunststoff mit dem Kurzzeichen PBT (Polybutylenterephthalat). Die Bordscheibe 2, welche im Wesentlichen kreisringförmig ausgebildet ist, weist an ihrem Innenumfang angeordnete Befestigungselemente 9 auf, welche als Schnapphaken 9 ausgebildet sind. 1 zeigt das mit der Bordscheibe 2 gefügte Riemenrad 1 in einer Ansicht von vorn, d. h. mit Blick auf die Bordscheibe 2; 2 zeigt das Riemenrad 1 einer Ansicht von hinten, d. h. mit Blick auf den Bord 4. Dabei ist erkennbar, dass die Schnapphaken 9, vorzugsweise vier auf dem Umfang, die Durchbrüche 8 durchgreifen und mit dem Riemenrad 1 eine formschlüssige Rast- oder Schnappverbindung bilden. In 4 ist erkennbar, dass auf der Innenseite eines Schnapphakens 9 ein in axialer Richtung verlaufender Steg 9a angeordnet ist, welcher als Formschlusselement gegen Verdrehen der Bordscheibe 2 gegenüber dem Riemenrad 1 fungiert.
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In 5 ist der mit dem Schnapphaken 9 korrespondierende Durchbruch 8 in der Tragscheibe 7 des Riemenrades 1 vergrößert dargestellt, wobei in die Innenseite des nierenförmigen Durchbruches 8 eine Vertiefung 8a in Form einer Kerbe 8a eingeformt ist, welche der Form des Steges 9a entspricht. Nach dem Fügen der Bordscheibe 2 mit dem Riemenrad 1 liegt der Steg 9a in der Vertiefung 8a und bildet somit eine Fixierung der Bordscheibe 2 gegen Verdrehen gegenüber dem Riemenrad 1. Um diesen Zusammenhang zu verdeutlichen, sind der Steg 9a in 4 und die Kerbe 8a in 5 jeweils eingekreist und durch eine gerade Linie miteinander verbunden.
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6 zeigt einen Axialschnitt des Riemenrades 1 mit gefügter Bordscheibe 2, wobei erkennbar ist, wie der Schnapphaken 9 den Durchbruch 8 durch- und hintergreift, so dass eine axiale Fixierung der Bordscheibe 2 in beiden Richtungen erreicht wird. Der Schnapphaken 9, welcher an die kreisringförmig ausgebildete Bordscheibe 2 angeformt ist, weist einen federnd ausgebildeten, sich in axialer Richtung erstreckenden Haken 9b mit einer Rastnase 9c auf, welche die Tragscheibe 7 im Bereich des Durchbruches 8 hintergreift. Bei der Montage oder dem Fügen der Bordscheibe 2 mit dem Riemenrad 1 gleitet die Rastnase 9c zunächst auf der Innenseite des Durchbruches 8 und wird dabei im Bereich einer elastischen Verformung radial nach außen gedrückt, so dass sich der Durchmesser des Schnapphakens 9 respektive der Rastnase 9c vergrößert. Nachdem die Rastnase 9c den Durchbruch 8 in axialer Richtung passiert hat, schnappt die Rastnase 9c nach innen und bildet eine Rastverbindung mit der Tragscheibe 7. Der Haken 9b übt aufgrund seiner Elastizität eine ständige Radialkraft in Richtung der Drehachse des Riemenrades 1 aus. Die Bordscheibe 2 wird durch die vier auf dem Umfang angeordneten, unter Spannung stehenden Schnapphaken 9 gegenüber dem Riemenrad 1 zentriert. Aus 6 wird deutlich, dass der Zahnkranz 3 einerseits vom Bord 4, einstückig mit dem Riemenrad 1, und andererseits von der gefügten Bordscheibe 2 begrenzt wird.
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Das Riemenrad 1 wird für einen Zahnriementrieb verwendet, welcher vorzugsweise in einem Aktuator einer Hinterachslenkung eingebaut ist. Dabei ist das Riemenrad 1 über die zentrale Bohrung 6 mit einer nicht dargestellten Spindelmutter eines Spindelantriebes verbunden und wird vorzugsweise elektromotorisch angetrieben. Die Spindelmutter bewirkt bei Verdrehung eine Axialbewegung einer Spindel, welche auf das Lenkgestänge der Hinterräder wirkt und somit einen Lenkausschlag bewirkt.
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7 bis 10 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein Riemenrad 11 mit einer gefügten Bordscheibe 12 aus Kunststoff. Gleiche oder analoge Teile sind mit Bezugszahlen bezeichnet, die um 10 gegenüber den Bezugszahlen der 1 bis 6 erhöht sind. Das Riemenrad 11 weist eine Nabe 15, eine Tragscheibe 17 sowie einen Zahnkranz 13 mit einem umlaufenden Bord 14 auf. In der Tragscheibe 17 sind drei Bohrungen 18, verteilt auf dem Umfang, angeordnet. Die Bordscheibe 12, hergestellt aus Kunststoff, vorzugsweise Duroplast oder PBT, weist drei Mitnehmerelemente 12a (8) auf, welche als radial nach innen ragende Lappen 12a mit Schnappstiften 19 (10, 9) ausgebildet sind. Die Rast- oder Schnappstifte 19, auch Clips 19 genannt, weisen einen etwa zylinderförmig ausgebildeten Schaft 19a sowie mindestens eine Rastnase 19b auf. Die Tragscheibe 17 weist einen Zentrieransatz 17a (10) auf, auf welchen die Bordscheibe 12 aufgeschoben wird. Gleichzeitig durchdringen die Schnappstifte 19, welche geschlitzt ausgebildet und daher spreizbar sind, die Tragscheibe 17 und werden in die Bohrung 18 hineingedrückt, wobei die Rastnasen 19b zusammengedrückt werden. Nach Passieren der Bohrung 18 schnappen die Rastnasen 19b zurück und hintergreifen die Tragscheibe 17, so dass eine axiale Fixierung der Bordscheibe 12 mit der Tragscheibe 17 in beiden axialen Richtungen sichergestellt ist. Die Schnappstifte 19 sowie die Mitnehmerelemente 12a sind vorzugsweise einstückig mit der Bordscheibe 12 hergestellt, und zwar als Kunststoffspritzteil. In der Zeichnung sind drei Bohrungen 18 und drei Schnappstifte 19 als bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt, möglich sind auch mehr als drei. Wie 9 und 10 zeigen, können die Clips 19 direkt unter dem Zahnkranz 13 angeordnet sein.
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11 und 12 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein Riemenrad 21 mit einer gefügten Bordscheibe 22; die Bezugszahlen für gleiche oder analoge Teile sind gegenüber 1 um 20 erhöht. 11 zeigt das Riemenrad 21 in einem Axialschnitt, mit Nabe 25, Tragscheibe 27, Zahnkranz 23 und Bord 24. In der Nabe 25 ist eine Ringnut 28 angeordnet. 12 zeigt das Riemenrad 21 in einer Ansicht in axialer Richtung mit Blick auf die Bordscheibe 22, hergestellt aus Kunststoff, vorzugsweise Duroplast oder PBT als Spritzgussteil. Die kreisringförmig ausgebildete Bordscheibe 22 weist drei auf dem Umfang verteilt angeordnete Rastnasen 29 auf, welche in ihrem radial innen liegenden Bereich eine Stirnkante 29a aufweisen. Wie insbesondere aus 11 ersichtlich, greift die Stirnkante 29a in die Ringnut 28 ein und bewirkt damit eine Fixierung der Bordscheibe 22 in axialer Richtung. Die Rastnasen 29 weisen - wie aus 11 ersichtlich - jeweils ein V-förmiges oder Winkelprofil 29b auf, welches als Federelement ausgebildet ist und für die notwendige Vorspannung bei der Montage sorgt. Der Scheitelpunkt des V-förmigen Profils 29b kann sich an der Tragscheibe 27 abstützen, womit eine eindeutige Fixierung der Bordscheibe 22 erreicht wird. Wie aus 12 ersichtlich, können die Rastnasen 29 durch eine ringförmig verlaufende, sektorweise unterbrochene Kante 30 formschlüssig gegen Verdrehen gesichert werden. Es versteht sich, dass ein Riemen nicht von der Riemenscheibe herunterlaufen kann, weil dieser sicher zwischen dem Bord 14 und dem überstehenden Rand der Bordscheibe 2 geführt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Riemenrad
- 2
- Bordscheibe
- 3
- Zahnkranz
- 3a
- Stirnverzahnung
- 4
- Bord
- 5
- Nabe
- 6
- Bohrung
- 7
- Tragscheibe
- 8
- Durchbruch
- 8a
- Ausnehmung, Vertiefung, Kerbe
- 9
- Schnapphaken
- 9a
- Steg
- 9b
- Haken
- 9c
- Rastnase
- 11
- Riemenrad
- 12
- Bordscheibe
- 12a
- Mitnehmerelement
- 13
- Zahnkranz
- 14
- Bord
- 15
- Nabe
- 16
- Bohrung
- 17
- Tragscheibe
- 17a
- Zentrieransatz
- 18
- Bohrung
- 19
- Rast- oder Schnappstift (Clip)
- 19a
- Schaft
- 19b
- Rastnase
- 21
- Riemenrad
- 22
- Bordscheibe
- 23
- Zahnkranz
- 24
- Bord
- 25
- Nabe
- 26
- Bohrung
- 27
- Tragscheibe
- 28
- Ringnut
- 29
- Rastnase
- 29a
- Stirnkante
- 29b
- Winkelprofil
- 30
- Kante
