DE3527992C2

DE3527992C2 - Laufrad

Info

Publication number: DE3527992C2
Application number: DE3527992A
Authority: DE
Inventors: Stig Västra Frölunda Hallerbäck
Original assignee: SKF GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1984-09-05
Filing date: 1985-08-03
Publication date: 1986-12-18
Also published as: DE3527992A1; FR2569809A1; DK154725C; SE8404438L; IT1185844B; DK154725B; IT8521830A0; SE440263B; FR2569809B1; US4600400A; DK381185D0; GB2164720A; DK381185A; GB8521837D0; GB2164720B; IT8522698V0; SE8404438D0

Abstract

Das Laufrad besteht aus einer steifen Nabe (1), einem diese Nabe (1) umgebenden Laufkranz (3) und einem dazwischen angeordneten Radkörper (4). Der Radkörper (4) ist aus einem Gießwerkstoff mit einem größeren Wärmedehnungskoeffizienten als der Werkstoff der Nabe (1) und der des Laufkranzes (3) hergestellt. Der Laufkranz (3) besitzt einen Befestigungsabschnitt (3A), der mit einem äußeren Rand (4A) des Radkörpers (4) fest verbunden ist. Damit der Radkörper (4) nach dem Herstellen des Laufrades im Gießverfahren mit dem Laufkranz (3) und der Nabe (1) genügend sicher verbunden ist, besitzt der Radkörper (4) auf einer oder auf seinen beiden Seiten eine oder mehrere Einbuchtungen (4B), welche eine dünne Wandung (6) zwischen jeder Einbuchtung (4B) und der Bohrungsfläche (3B) des Befestigungsabschnittes (3A) bilden. Auf der den Einbuchtungen (4B) jeweils gegenüberliegenden Seite ist ein entlang der Bohrungsfläche (3B) in Umfangsrichtung sich erstreckendes, bis zur gegenüberliegenden Seitenfläche des Befestigungsabschnittes (3A) durchgeführtes Schlitzloch (5) im äußeren Rand (4A) des Radkörpers (4) axial eingeformt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laufrad gemäß bewirkt, daß die Nabe ungefähr die gleichen Wärme-

j_e_ Ob_crb-.._rjff des Anspruchs ! dehnungseigenschaften aufweist wie die Welle aus

^U7™rröderbestenen7m^aHgenieincn aus einem Lauf- Stahl, auf dc~r die Nabe normalerweise festgesetzt ist.

kranz einer Nabe und einem diese beiden miteinander Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in verbindenden Radkörper. Der Radkörper kann dabei 65 den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Speichen oder am Umfang angeordnete Rippen mit Mit der Weiterbildung nach Anspruch 2 wird erreicht,

Wandelementen aufweisen. An den Laufkranz und an daß die Luft der Umgebung beim Drehen des Laufrades

die Nabe werden in Bezug auf Festigkeit und Genauig- durch die umfangsseitigen Begrenzungswande der Ein-

buchtungen radial nach außen geschleudert wird. Es entsteht ein kühlender Ventilationseffekt, wobei Reibungswärme vom Laufkranz oder von der Nabe infolge Konvektion an die Umgebung abgeführt wird. Bei äußerer Erwärmung des Laufkranzes, z. B. durch Reibung eines auf diesem geführten Riemens, wird nur eine geringe Wärmemenge vom Laufkranz durch Wärmeleitung an den Radkörper abgegeben, wen die in Umfangsrichtung sich erstreckenden Schlitzlöcher die Wärmeleitverbindung vom Laufkranz zum radial inneren Teil des Radkörpers unterbrechen.

Der Radkörper läuft deshalb mit niedriger Temperatur und kann aus einem billigen Kunststoff geringer Wärmestandfestigkeh gefertigt werden.

Mit der zusätzlichen Ausgestaltung nach Anspruch 3 wird erreicht, daß die Wandung des äußeren Randes des Radkörpers bei ihrer Biegung nach innen von den steifen Seitenabschnitten dieses Randes nur wenig gehindert wird.

Anspruch 4 weist auf eine weitere Ausgestaltung hin, die Ausbiegung der Wandung des äußeren Randes in weiten Grenzen zu ermöglichen.

Das erfindungsgemäße Laufrad wird in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 den teilweisen Längsschnitt durch ein Laufrad und

Fig. 2 die teilweise Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Laufrades.

Fig. 1 zeigt ein Laufrad, welches als Keilriemensd;eibe ausgebildet ist und eine einzige Keilnut für einen Keilriemen (nicht gezeigt) aufweist. Das Laufrad besteht aus einer auf einer Welle (nicht dargestellt) festsetzbaren Nabe 1, einem diese Nabe 1 umgebenden Laufkranz 3 und einem dazwischen angeordneten, an seinem äußeren Rand 4/4 mit dem Laufkranz 3 und an seinem inneren Rand mit der Nabe 1 fest verbundenen Radkörper 4. Nabe 1 und Radkörper 4 bestehen aus einem biegeelastischen, spritzgießfähigen Kunststoff, der einen größeren Wärmdehnungskoeffizienten aufweist als der Werkstoff des Laufkranzes 3, der aus Stahl gefertigt ist. Die Nabe 1 und der Radkörper 4 sind in einer gemeinsamen Spritzgießform geformt. Zur Versteifung ist in der Nabe 1 eine koaxial zur Achse des Laufrades angeordnete Stahlwendel 2 eingegossen.

Der Laufkranz 3 hat einen radial nach innen weisenden Befestigungsabschnitt ZA mit zwei radial verlaufenden, gegenseitigen Seitenflächen. Zwischen seinen beiden Seitenflächen hat der Befestigungsabschnitt 3Λ eine axial verlaufende, radial nach innen weisende Bohrungsfläche 3ß, welche konzentrisch zur Achse des Laufrades angeordnet und zylindrisch ausgebildet ist. Der äußere Rand 4/4 des Radkörpers 4 umschließt den Befestigungsabschnitt 3/4 an seinen beiden Seitenflächen und an seiner Bohrungsfläche 3ß.

Jede Seitenfläche des Befestigungsabschnittes ZA besitzt am Umfang verteilt angeordnete, axial durchgehende Löcher ZC. In diese Löcher ZC greif ι der Kunststoff des äußeren Randes 4A formschlüssig, so daß der Rand 4Λ mit dem Befestigungsabschnitt ZA des Laufkranzes 3 fest verbunden ist.

Auf jeder Seite des Radkörpers 4 ist eine gleichgroße Anzahl von Einbuchtungen 4ß angeordnet. Die Einbuchtungen 4ß der einen Seite liegen zu denen der gegenüberliegenden Seite in Umfangsrichtung versetzt zueinander und sind radial unter dem äußeren Rand 4/4 im Radkörper 4 eingearbeitet. Ein in Umfangsrichtung im Bereich der Einbuchtungen 4B verlaufender Querschnitt des Radkörpers 4 besitzt somit eine Zick-Zack-Form.

Die Einbuchtungen 4ß erstrecken sich übrigens bis in die Nähe und über die gesamte B-.'eite der Bohrungsfläche ZB des Befestigungsabschnittes 3A Dabei ist jede Einbuchtung 4ß radial nach außen von einer Wandung 6 begrenzt, welche relativ dünn ist und zwischen der Einbuchtung 4ß des Radkörpers 4 und der Bohrungsfiäche 3ßdes Befestigungsabschnittes 3/4 angeordnet ist.

Auf der jeder Einbuchtung 4ß gegenüberliegenden Seite des Randes 4Λ ist ein Schlitzloch 5 axial von außen nach innen geformt, welches jeweils bis zur gegenüberliegenden Seitenfläche des Befestigungsabschnittes ZA durchgeführt ist und in Umfangsrichtung entlang der Bohrungsfläche 4ß verläuft.

Der radial innere, mit der Nabe 1 verbundene Abschnitt des Radkörpers 4 hat somit über die Wandung 6 abwechselnd auf der einen und auf der dieser gegenüberliegenden anderen Seite eine am Umfang begrenzte, einstückige Verbindung mit seinem äußeren Rand 4A

Sämtliche Schlitzlöcher 5 sind im vorliegenden Fall radial nach innen durch eine zylinderabschnittförmige Lochwand begrenzt, deren Durchmesser genauso groß wie der Durchmesser der Bohrungsfiäche 3ß des Laufkranze 3 ist.

Beim Abkühlen des fertiggegossenen Laufrades (nach dem Spritzgießen) versucht der Kunststoff des Radkörpers 4 zu schrumpfen. Dieser Schrumpfung wirken die Nabe 1 und der Laufkranz 3, welche relativ steif sind und einen kleineren Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen, entgegen. Da die Wandung 6 des Randes 4A mit dem radial inneren Abschnitt des Radkörpers 4 abwechselnd auf der einen und auf der anderen Seite verbunden ist und auf der gegenüberliegenden Seite infolge des Schlitzloches 5 mit dem äußeren Rand 4/4 keine Verbindung hat, kann sich diese beim Schrumpfen radial nach innen elastisch und/oder plastisch verbiegen. Dieser Biegung der Wandung 6 nach innen wird kein besonders großer Widerstand entgegengesetzt, denn der Kunststoff der Wandung 6 hat auf der metallischen Bohrungsfiäche 3ß des Befestigungsschnittes 3Λ eine geringe Haftfähigkeit. Auf diese Weise entstehen zwischen dem am Laufkranz 3 befestigten Rand 4Λ und dem radial inneren Abschnitt des Radkörpers 4 nur sehr kleine (unschädliche) Zugspannungen.

Beim Abgießen des Laufrades kann der Laufkranz 3 in der Gießform durch Halteelemente festgehalten werden, welche gleichzeitig als Formmittel zum Einformen der Schlitzlöcher 5 dienen.

Beim Drehen des Laufrades wird die Luft in den Einbuchtungen 4ß axial nach außen geschleudert. Dadurch wird eine relativ große Wärmemenge infolge Konvektion vom Laufrad an die Umgebungsluft abgeführt. Die Schlitzlöcher 5 unterbrechen übrigens die Wärmeleitverbindung zwischen dem inneren Abschnitt des Laufradkörpers 4 und dem sich im Betrieb infolge Laufreibung am Keilriemen erwärmenden Laufkranz 3. Im Betrieb wird deshalb der Radkörper 4 nur wenig erwärmt.

Die Schlitzlöcher 5 sind im vorliegenden Fall ringab-

schnittförmig ausgebildet, so daß jeweils zwei seitlich gegenüberliegende Schlitzlöcher 5 sich an der Stelle 7 in Umfangsrichtung überlappen (siehe Fig. 2). Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Verteilung der Wandungen 6 am Umfang erzielt. Gleichzeitig ergibt sich dadurch eine relativ große elastische und/oder plasatische Verformungsmöglichkeit der Wandungen 6 beim Ab-

⁶ ζ

kühlen nach dem Spritzgießen des Laufrades.

Im Rahmen der Erfindung kann das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel konstruktiv abgeändert
werden. Z. B. kann eine einzelne ringförmige Einbuchtung auf einer der beiden Seiten des Radkörpers axial 5 ;> eingeformt sein. Das zugehörige Schlitzloch 5 verläuft p dann auf der gegenüberliegenden anderen Seite des

Radkörpers 4 ebenfalls ringförmig, also über den ge- ;};

samten Umfang des Laufrades. In diesem Fall kann der |A

Radkörper 4 auf der anderen Seite ebenflächig ausgebil- io {;!

det sein. Il

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen jj*j^:

15 %

20

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Claims

1 2

Patentansprüche keit verhältnismäßig hohe Anforderungen gestellt Geringere Belastungen erleidet der Radkörper, der ledig-

1 Lauf rad. insbesondere Keilriemenscheibe, beste- lieh der kraftschlüssigen, zentrischen Verbindung des hend aus einer auf einer Welle festsetzbaren, stei- Laufkranzes mit der Nabe dient. Der Laufkranz und die fen Nabe (1), einem diese Nabe (1) umgebenden 5 Nabe werden deshalb oft aus Stahl und der Radkörper Laufkranz (3) und einem dazwischen angeordneten, aus einem nicht so festen, billigen Werkstoff hergestellt an seinem äußeren Rand (4A) mit dem Laufkranz Wenn die Nabe aus Stahl hergestellt ist, hat diese den-(3) und an seinem inneren Rand mit der Nabe (1) im selben Wärmdehnungskoeffizienten wie die Welle aus Gießverfahren fest verbundenen Radkörper (4) aus Stahl, auf der die Nabe normalerweise festgesetzt .st einem plastisch und/oder biegeelastisch nachgiebi- 10 Bei Erwärmung des Laufrades erfolgt dann keine untergen Gießwerkstoff mit einem größeren Wärme- schiedliche Wärmedehnung zwischen Nabe und Welle dehnungskoeifizienten als der in der Größenord- und die Sitzverbindung zwischen Nabe und Welle bleibt nung von Stahl liegende Wärmedehnungskoeffi- auch bei Erwärmung im Betrieb unverändert fest
zient des Werkstoffes bzw. der Werkstoffkombina- Der Laufkranz einer Keilriemenscheibe wird oft aus tion der Nabe (1) und des Laufkranzes (3), wobei 15 Stahl gefertigt, weil dieser relativ verschleißfest sein der Laufkranz (3) einen radial nach innen weisen- muß und außerdem eine gute Wärmeleitfähigkeit besitden vom äußeren Rand (4A) radial von innen und zen soll. Die am Laufkranz erzeugte Reibungswärme seitlich umschlossenen Befestigungsabschnitt (3A) wird von den Stahlflächen in ausreichender Menge pro mit zwei gegenseitigen radial verlaufenden Seiten- Zeiteinheit durch Konvektion an die Umgebungsluft abflachen und einer axial verlaufenden Bohrungsflä- 20 gegeben.

ehe (3B) besitzt dadurch gekennzeichnet, daß der Es ist ein Laufrad der genannten Gattung bekannt. Radkörper (4) auf einer oder auf seinen beiden Sei- weiches einen metallischen Laufkranz für einen Kettenten eine über den gesamten Umfang sich erstrek- oder Keilriementrieb aufweist (US-PS 39 90 136). Der kende Einbuchtung oder mehrere, gleichmäßig am Laufkranz ist mit einer metallischen Nabe durch einen Umfang verteilt angeordnete Einbuchtungen (4B) 25 dazwischen angeordneten, im Spritzgußverfahren einaufweist welche sich, eine dünne Wandung (6) bil- gebrachten Radkörper aus thermoplastischen Kunstdend bis in die Nähe und über die gesamte Breite stoff fest verbunden. Nach dem Spritzgießen des Radder Bohrungsfläche (3B) des Befestigungsabschnit- körpers kühlt der Radkörper ab und schrumpft betes (3A) erstreckt bzw. erstrecken, und daß auf der trächtlich, so daß im Radkörper dieses bekannten Laufdieser bzw. diesen Einbuchtungen) (4B) gegen- 30 rades relativ hohe Zugspannungen auftreten. Diese überliegenden Seite ein entlang der Bohrungsflä- Zugspannungen können vor allem bei einem Laufrad ehe (3B) in Umfangsrichtung mindestens über den mit größerem Zwischenraum zwischen Laufkranz und Umfangsbereich der gegenüberliegenden Einbuch- Nabe so groß sein, daß schädliche Annsse im Radkörper tung(en) (4B) sich erstreckendes, bis zur gegen- entstehen.

überliegenden Seitenfläche des Befestigungsab- 35 Der in Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung liegt

schnittes (3A) durchgeführtes Schlitzloch (5) einge- die Aufgabe zugrunde, ein Laufrad der genannten Gat-

formt ist ^tunS ^zu schaffen, dessen Radkörper im wirtschaftlichen

2 Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- Gießverfahren mit dem Laufkranz und der Nabe ohne net, daß auf jeder Seite des Radkörpers (4) eine große Eigenspannungen (Zugspannungen) sicher verglei'chgroße Anzahl von Einbuchtungen (4B) ange- 40 bunden werden kann.

ordnet und zur Bildung eines in Umfangsrichtung Mit dem Laufrad der Erfindung wird erreicht, daß der

im Bereich der Einbuchtungen (4B) verlaufenden Radkörper aus Gießwerkstoff an seinem äußeren Rand

Zick-Zack-förmigen Querschnittes des Radkörpers mit dem Befestigungsabschnitt des Laufkranzes und an

(4) die Einbuchtungen (4B)der einen Seite zu denen seinem inneren Rand mit der Nabe im Gießverfahren

der gegenüberliegenden Seite in Umfangsrichtung 45 verbunden ist. Die Verbindung des Befestigungsab-

versetzt zueinander angeordnet sind. schnittes mit dem Radkörper ist dabei zum Teil nachgie-

3 Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- big, d. h. während des Abkühlens des Radkörpers nach net daß die einander seitlich gegenüberliegenden dem Gießen kann sich die dünne Wandung des äußeren Schlitzlöcher (5) sich gegenseitig in Umfangsrich- Randes des Radkörpers, welche der Bohrungsfläche des tung überlappend angeordnet sind. 50 Befestigungsabschnittes direkt gegenüberliegt, infolge

4. Laufrad nach Anspruch 1 oder 3, dadurch ge- eigener Biegung radial nach innen verlagern, so daß kennzeichnet, daß das bzw. die Schlitzlöcher (5) ra- unerwünscht hohe radiale Zugspannungen im Radkordial nach innen durch eine zylindrische bzw. zylin- per vermieden sind, aber trotzdem eine sichere, zenderabschnittförmige Lochwand begrenzt ist bzw. irisch haltende Verbindung zwischen Laufkranz und sind, deren Durchmesser genauso groß wie der 55 Radkörper geschaffen ist.

Durchmesser der zylindrischen Bohrungsfläche Nabe und Radkörper können zusammen im GieBver-

(3B) des Laufkranzes (3) ist. fahren geformt und hergestellt werden, wobei zur Ver-

^v steifung der Nabe eine konzentrisch zur Achse der WeI-

Beschreibung Ie angeordnete Stahlwendel in der Nähe eingegossen

60 sein kann. Die in der Nabe eingegossene Stahlwendel