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TECHNISCHER
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
generell das Gebiet der Riemenscheiben, die zusammen mit dem Endlosantriebsriemen
eines Fahrzeugzubehör-Antriebssystems
verwendet werden können,
und ein Verfahren zum Herstellen der Riemenscheibe. Insbesondere
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Riemenscheibenanordnung,
bei der ein äußerer Kunststoff-Riemenscheibenkörper mittels
einer Aufnahmeeinrichtung zum Positionieren des Metalleinsatzes
in dem Formhohlraum um einen Metalleinsatz herum geformt ist, und
zwar zum Aufrechterhalten der Rundheit des Metalleinsatzes in dem äußeren Kunststoff-Riemenscheibenkörper während des
Formens und zum Sicherstellen der Konzentrizität des an dem Riemen angreifenden Teils
des äußeren Kunststoff-Riemenscheibenkörpers relativ
zu dem runden Metalleinsatz. Insbesondere betrifft die Erfindung
ein Verfahren zum Herstellen einer Riemenscheibenanordnung, bei
der ein äußerer Kunststoff-Riemenscheibenkörper mittels
einer Aufnahmeeinrichtung zum Positionieren des Metalleinsatzes
in dem Formhohlraum um einen Metalleinsatz herum geformt ist, wobei
eine Verriegelungseinrichtung auf der äußeren ebenen Umfangsfläche des Metalleinsatzes
vorgesehen ist, um eine relative Drehung zwischen dem äußeren Kunststoff-Riemenscheibenkörper und
dem Metalleinsatz zu verhindern.
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Riemenscheiben werden normalerweise
in Fahrzeugzubehör-Antriebssystemen
verwendet. Verschiedene Fahrzeugzubehörteile, wie z. B. Servopumpe,
Wechselstromgenerator, Klimaanlagenpumpe und Wasserpumpe, werden
mit einem einzigen Endlosantriebsriemen betrieben; der von einer
Riemenscheibe angetrieben wird, die mit der Motorkurbelwelle und
Abtriebriemenscheiben verbunden ist, welche betriebsmäßig den
Zubehörteilen
zugeordnet sind. Dieses System wird als "Serpentinen"-Antriebsriemensystem bezeichnet. Das
Antrei ben einer Anzahl von Zubehörteilen,
insbesondere mittels eines Serpentinen-Antriebsriemen, erfordert ein sorgfältiges Handhaben
des Riemens, um eine korrekte Platzierung des Riemens auf den betriebsmäßig den
Zubehörteilen
zugeordneten Abtriebsriemenscheiben zu gewährleisten. Ein präzises Positionieren
des Riemens macht häufig
die Verwendung von Leerlaufriemenscheiben erforderlich. Ferner muss
zur Verhinderung eines Riemenschlupfes eine konstante Last auf dem
Endlosantriebsriemensystem aufrechterhalten werden. Die Verwendung
einer Spannanordnung, komplett mit einem an einer Spannscheibe angebrachten
Spannarm, unterstützt
das Aufrechterhalten einer Last oder eines Drehmoments auf dem Endlosantriebsriemensystem.
Leerlauf- oder Spannscheiben
sind typischerweise aus Stahl gefertigt, Stahl ist jedoch teuer,
schwer und problematisch bei der Herstellung einer zufriedenstellenden
Riemenscheibenkonstruktion. Diese Riemenscheiben werden auch aus
Nylon hergestellt, Nylon bietet jedoch keine guten Formbeständigkeit,
und die Nylonscheibe zeigt eine übermäßige Abnutzung
während
des Betriebs.
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Riemenscheiben aus Kunststoff und
Metall sind per se nicht neu; bei dem Stand der Technik entsprechenden
riemengetriebenen Kunststoffscheiben mit Metalleinsätzen handelt
es sich um den Typ, bei dem ein äußerer Kunststoff-Riemenscheibenkörper sowohl
auf einer Metallscheibe geformt als auch von dieser gehalten wird.
Die US-Patente Nr. 4,473,363 und 4,468,210 zeigen Beispiele für den äußeren Kunststoff-Riemenscheibenkörper, der
in einem einschrittigen Verfahren auf einer Metallscheibe geformt ist.
Die US-Patente Nr. 4,913,688 und 5,476,423 zeigen Beispiele für ein zweischrittiges
Montageverfahren, bei dem zuerst der äußere Kunststoff-Riemenscheibenkörper geformt
wird und dann der Metalleinsatz in den bereits geformten Riemenscheibenkörper eingesetzt
wird.
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Eine Anzahl von Kunststoff-Riemenscheiben mit
Metalleinsätzen
werden unter Anwendung des einschrittigen Formverfahrens hergestellt.
Im Falle einer Riemenscheibenanordnung, die mittels eines Formpressverfahrens
hergestellt wird, wird ein ringförmiger
Kunststoff-Vorformling erwärmt,
bis er biegsam ist, und dann um den Metalleinsatz herum in einen
Hohlraum eingeformt. Eine einfache Art, den Metalleinsatz in den
Formhohlraum zu platzieren, ist die Verwendung eines einzelnen Aufnahmestifts,
der in dem mittig angeordneten Loch der Metallscheibe positioniert
ist. Wenn der Metalleinsatz eine Lageranordnung ist, ist das Aufrechterhalten
der Konzentrizität
oder Rundheit des Metalllagers von großer Bedeutung. Es hat sich
herausgestellt, dass aufgrund des hohen Drucks beim Formpressverfahren
die Verwendung eines einzelnen Aufnahmestifts, der durch die Mitte
des Lagers verläuft,
zu einem Verlust der Konzentrizität des Lagers in dem Kunststoff-Riemenscheibenkörper führt, wodurch
das Lager inakzeptabel wurde. Die Verwendung eines unrunden Lagers führt zu einer
verkürzten
Lebensdauer des Lagers bei hohen UpM und möglicher zu Lärmerzeugung.
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Herkömmlicherweise wird bei Herstellung
einer Riemenscheibe unter Anwendung des einschrittigen Verfahrens
zum Formpressen des Kunststoffkörpers
um dem Metalleinsatz herum die Außenperipherie des Metalleinsatzes
physisch verändert
(oder gestaucht). Beispiele hierfür umfassen das Verwenden eines
Metalleinsatzes mit Vorsprüngen
auf seiner Außenperipherie,
wie z. B. radial vorstehenden Ausbuchtungen, wie im US-Patent Nr.
4,473,363 beschrieben, oder mit einer darin ausgebildeten Rändelung,
wie im US-Patent Nr. 4,468,210 beschrieben. Die Außenperipherie
des Metalleinsatzes wird verändert
(oder gestaucht), um eine relative Drehung zwischen dem Metalleinsatz
und dem äußeren Kunststoffkörper zu
verhindern.
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Zahlreiche Riemenscheiben werden
auch unter Anwendung des zweischrittigen Herstellverfahrens hergestellt.
Das US-Patent Nr. 4,913,688 zeigt ein Beispiel, bei dem der Metalleinsatz
nach dem Formen des Körpers
an dem äußeren Kunststoff-Riemenscheibenkörper angebracht
wird; zur Unterstützung
des Verbondens des Kunststoffs mit dem Metall wird ein Kleber, wie
z. B. Epoxidharz, zwischen dem Metall und dem Kunststoff aufgebracht,
nachdem der äußere Kunststoff-Riemenscheibenkörper als
separates Teils geformt worden ist. Das US-Patent Nr. 5,476,423
zeigt zunächst
das Formen eines äußeren Kunststoff-Riemenscheibenkörpers, und
während der
Kunststoff noch eine Temperatur von über 38°C (100°F) aufweist, wird ein Lager
in dem Kunststoffkörper
positioniert und die Anordnung gekühlt, damit der Kunststoffkörper um
das Lager schrumpfen und das Lager fixieren kann. Das Verfahren,
bei dem ein Kleber zum Verbonden verwendet wird, sowie das Schrumpf-Verfahren
zum Anbringen des Metalleinsatzes an dem Kunststoff-Riemenscheibenkörper eliminiert
das Risiko des Verlustes der Konzentrizität des runden Metalleinsatzes
(oder Lagers), bringt aber andere Probleme mit sich. Das Verfahren
zum Verbonden mittels eines Klebers führt zu Reinigungs- und Umweltproblemen.
Und das Verfahren des Aufschrumpfens von Kunststoff zum Festhalten
des Metalleinsatzes verriegelt in der Praxis den Metalleinsatz nicht
in ausreichendem Maße
mit dem Kunststoffkörper.
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In
EP 712 708 A1 ist das Umspritzen eines Metalleinsatzlagers
mit Kunstharz beschrieben. Das Lager wird axial entlang seiner Innenöffnung gehalten,
und eine äußere Kunststoff-Ummantelung
als Riemenscheibenstruktur wird dann um das Metalllager herum gespritzt.
In dem französischen
Patent Nr. 2 339 111 ist eine zusammengesetzte Führungsscheibe beschrieben,
die aus einem äußeren Kunstharz
aus Polyethylen mit einem hohen Molekulargewicht und einem in der
elastomeren Komponente eingebetteten innersten Metallring gebildet
ist. Es wird kein kreisförmiges
Metallelement direkt in eine äußere starre
Harzkomponente eingeformt.
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Insbesondere auf dem Gebiet des Endlosriemenantriebs
eines Fahrzeugzubehör-Antriebssystems
besteht weiterhin Bedarf an einer Kunststoff-Riemenscheibe mit einem
Metalleinsatz, die schnell und erfolgreich unter Anwendung eines
Verfahrens hergestellt werden kann, bei dem die Rundheit des Metalleinsatzes
aufrechterhalten wird.
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Entsprechend liegt der vorliegenden
Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer
Kunststoff-Riemenscheibe mit einem Metallein satz zu schaffen, bei
dem die Rundheit des Metalleinsatzes aufrechterhalten wird.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Kunststoff-Riemenscheibenanordnung
mit einem Metalleinsatz geschaffen, das folgende Schritte umfasst:
Platzieren eines kreisförmigen
Metalleinsatzes, der eine Achse und eine radial von der Achse vorstehende
im wesentlichen ebene Außenumfangsfläche aufweist,
mit oder ohne daran befestigten Verriegelungseinrichtung auf einer
Aufnahmeeinrichtung, die in einem Formhohlraum und um den Außenumfang des
Metalleinsatzes herum angeordnet ist, und zwar zum Positionieren
des Metalleinsatzes vor dem Formen in dem Formhohlraum und zum Aufrechterhalten
der Rundheit des Metalleinsatzes, wodurch die Konzentrizität des an
dem Riemen angreifenden Teils des äußeren Kunststoff-Riemenscheibenkörpers relativ
zu dem runden Metalleinsatz sichergestellt wird; und Formen eines
ringförmigen
Kunststoffkörpers
um den Metalleinsatz.
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Die beiliegenden Zeichnungen, die
Teil der Spezifikation sind und in denen gleiche Bezugszeichen gleiche
Teile bezeichnen, zeigen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung
der Prinzipien der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine
Endansicht eines dem Stand der Technik entsprechenden, mit Ausbuchtungen
versehenen Metalleinsatzes;
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2 eine
Endansicht einer dem Stand der Technik entsprechenden Riemenscheibenkonstruktion;
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3 eine
Endansicht einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung des kreisförmigen
Metalleinsatzes;
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4 eine
perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des kreisförmigen Metalleinsatzes
mit einer vor dem Formen des Kunststoffkörpers um den Metalleinsatz
auf dem Außenumfang ausgebildeten
Rändelung;
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5 eine
perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des kreisförmigen Metalleinsatzes
mit einer vor dem Formen des Kunststoffkörpers um den Metalleinsatz
auf den Außenumfang des
Metalleinsatzes aufgebrachten ausgehärteten Kleberwulst;
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5A eine
Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Aufnahmeeinrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5B eine
Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform
eines Kunststoff-Vorformlings
und eines Metalleinsatzes in dem Formhohlraum vor dem Formen des
Kunststoffkörpers
um den Metalleinsatz;
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6.
eine Endansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Riemenscheibenanordnung
im Anschluss an das Formen des Kunststoffkörpers um den in 4 gezeigten Metalleinsatz;
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7 eine
perspektivische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
eines Metalllagereinsatzes mit einer vor dem Formen des Kunststoffkörpers um
das Metalllager auf dem Außenumfang
des Metalllagers ausgebildeten Rändelung;
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8 eine
Endansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Riemenscheibenanordnung
im Anschluss an das Formen des Kunststoffkörpers um das in 7 gezeigte Metalllager;
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9 eine
perspektivische Ansicht entlang der Linie 9-9 aus 8 einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Riemenscheibenanord nung im Anschluss an das Formen des Kunststoffkörpers um das
Metalllager;
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10 eine
schematische Darstellung eines am vorderen Endes vorgesehenen Zubehör-Antriebssystems
eines Motors, bei dem mindestens eine Leerlaufscheibe und eine Spannscheibe
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die Zeichnungen und insbesondere 1 und 2 zeigen einen dem Stand der Technik
entsprechenden, mit Ausbuchtungen versehenen Metalleinsatz bzw.
eine dem Stand der Technik entsprechende Kunststoff-Riemenscheibe
mit einem Metalleinsatz. 1 zeigt
einen dem Stand der Technik entsprechenden, mit Ausbuchtungen versehenen
Metalleinsatz 2. Der Außenumfangsrand 6 ist
mit mehreren radial vorstehenden Vorsprüngen, wie z. B. Ausbuchtungen 7,
ausgebildet. Der mit Ausbuchtungen versehene Metalleinsatz 2 ist
aus Stahlblech ausgestanzt. Die in 2 gezeigte,
dem Stand der Technik entsprechende Kunststoff-Riemenscheibe mit
Metalleinsatz 1 sind aus zwei Teilen gebildet, und zwar
dem in 1 gezeigten,
mit Ausbuchtungen versehenen Metalleinsatz 2 und dem Kunststoffkörper 3.
Der Kunststoffkörper 3 wird
auf dem Außenumfangsrand 6 des
Metalleinsatzes 2 gehalten und in einem einschrittigen
Formverfahren um diesen formgepresst. Vorsprünge in Form von Ausbuchtungen 7 verlaufen radial
in den Kunststoffkörper 3 und
verhindern eine relative Drehung des Metalleinsatzes 2 relativ
zu dem Kunststoffkörper 3.
Wie oben beschrieben, zeigen die dem Stand der Technik entsprechende
Kunststoff-Riemenscheibe und der dem Stand der Technik entsprechende
Metalleinsatz, die in 2 gezeigt sind – wobei
der in 1 gezeigte, dem
Stand der Technik entsprechende, mit Ausbuchtungen versehene Metalleinsatz
verwendet wird – ein
Beispiel für eine
dem Stand der Technik entsprechende Riemenscheibenanordnung, die
in einem einschrittigen Formverfahren hergestellt wird, deren Nachteile
die vorliegende Erfindung eliminiert.
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3 zeigt
einen erfindungsgemäßen unmodifizierten
Metalleinsatz 10 vor dem Formpressen in einen äußeren Kunststoffkörper. Der
Metalleinsatz 10 weist eine im wesentlichen ebene Außenumfangsfläche 11 auf.
Der Metalleinsatz 10 ist aus Stahl gefertigt und kann die
Form einer Scheibe, einer Nabe oder einer Lageranordnung haben.
Eine detaillierte Beschreibung der bevorzugten Lageranordnung erfolgt
weiter unten anhand von 7.
Ein unmodifizierter Metalleinsatz, wie in 3 gezeigt, kann zur Herstellung einer
Riemenscheibe unter Anwendung des hier offenbarten erfindungsgemäßen Verfahrens
verwendet werden.
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Der Metalleinsatz 10 kann,
falls gewünscht, mit
einer Verriegelungseinrichtung modifiziert werden, die zum Festklemmen
und strukturellen Verbonden des Kunststoffkörpers um den Metalleinsatz
und zum Verhindern einer relativen Drehung zwischen dem Kunststoffkörper und
dem Metalleinsatz auf die Außenumfangsfläche des
Metalleinsatzes aufgebracht wird. Bei einer in 4 gezeigten bevorzugten Ausführungsform
dient eine Rändelung 22,
die in der ebenen Außenumfangsfläche 11 des
Metalleinsatzes 10 ausgebildet ist, als Verriegelungseinrichtung. 4 zeigt einen Metalleinsatz
mit zwei Nuten 23 und 24, die in die Außenfläche 11 einarbeitet
sind. Die Rändelung 22 befindet
sich in der Nut 23 und dient bei der in 4 gezeigten Ausführungsform als Verriegelungseinrichtung.
Eine Verriegelungseinrichtung in Form einer Rändelung ist nicht auf die in 4 gezeigte Ausführungsform
beschränkt;
die in 4 gezeigte Nut 24 ist
nicht notwendigerweise dafür
vorgesehen, dass die Rändelung 22 effektiv
als Verriegelungseinrichtung dient. Ferner kann sich die Rändelung 22 an
jeder beliebigen Stelle entlang der Außenumfangsfläche des
Metalleinsatzes befinden.
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Der Metalleinsatz 10 kann
ferner, falls gewünscht
mit einer Verriegelungseinrichtung in Form einer auf die im wesentlichen
ebene Außenumfangsfläche 11 aufgebrachten
ausgehärteten
Kleberwulst 20 modifiziert werden, wie in 5 gezeigt. Gemäß 5 ist die ausgehärtete Kleberwulst 20 des
Metalleinsatzes
10 in einer beliebigen Form um die Außenumfangsfläche des
Metalleinsatzes ausgebildet. Die ausgehärtete Wulst steht radial von
der Mitte nach außen
vor. Ferner verläuft
die ausgehärtete
Wulst axial um den Außenumfang
des Metalleinsatzes. Das axiale Vorstehen der ausgehärteten Wulst
unterstützt das
Verhindern einer relativen Drehbewegung zwischen dem Metalleinsatz
und dem äußeren Riemenscheibenkörper.
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Je nach der in der fertigen Riemenscheibenanordnung
gewünschten
physikalischen Eigenschaft kann ein unterschiedlicher Kleber für die ausgehärtete Wulst 20 verwendet
werden. Ein Klebertyp, der sich als geeignet herausgestellt hat,
ist ein Zweikomponenten-Epoxidharz-Konstruktionskleber FUSOR 320/322
von Lord Corporation. Andere Materialien mit im wesentlichen gleichen
Charakteristiken, die die oben genannten Kriterien erfüllen, werden
ebenfalls in Betracht gezogen, wie z. B. Acryle, Urethane und Cyanacrylate.
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Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform wird eine Kleberwulst
nach dem Entfernen von Öl mittels
eines Lösungsmittels
von der Fläche
und nach einem leichten Stauchen durch Ätzen auf die Außenfläche des
Metalleinsatzes aufgebracht. Die Kleberwulst wird dann ausgehärtet. Die
Wulst kann bei Zimmertemperatur ausgehärtet werden; bei Verwendung
von FUSOR 320/322 beträgt
der Zeitraum zum Aushärten
bei Zimmertemperatur ungefähr
vierundzwanzig Stunden. Zum Verkürzen
der Aushärtzeit
kann Wärme
verwendet werden. Wärme
kann mit einer Wärmepistole,
in einem Ofen oder mit einer anderen Einrichtung, die den Anforderungen
der spezifischen Anwendung genügt,
aufgebracht werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Kleberwulst
aus FUSOR 320/322 mit einer Wärmepistole
bei einer Pistoleneinstellung von 260°C ausgehärtet; die Wärmepistole mit einer Temperatur
von 260°C
sollte zum Erreichen einer effektiven Aushärtung mindestens 100 Sekunden
lang verwendet werden. Somit kann die Kleberwulst entweder bei Zimmertemperatur
oder durch Aufbringen von Wärme ausgehärtet werden.
Die Aushärtzeiten
variieren je nach Klebertyp und Art der Wärmeaufbringung. Die oben beschriebene
ausgehärtete
Wulst 20 ist nicht auf eine einzelne durchgehende ausgehärtete Kleberwulst
beschränkt.
Bei der ausgehärteten
Wulst 20 kann es sich auch um mehrere durchgehende ausgehärtete Kleberwülste oder
unterbrochene ausgehärtete
Klebertropfen handeln. Ferner ist das Verwenden eines durchgehenden
Metallrings, z. B. eines Lötrings,
vorgesehen. Andere Wülste
mit im wesentlichen gleichen Charakteristiken, die die oben genannten
Kriterien erfüllen,
sind ebenfalls vorgesehen. Diese Wulsttechnik ist in der mitanhängigen US-Patentanmeldung
Nr. 09/265,096 (Verzeichnis Nr. P97-007A), die am gleichen Tag wie
die vorliegende Anmeldung beim US-Patent- und Markenamt eingereicht
worden ist, genauer beschrieben.
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Die beiden oben beschriebenen Verriegelungseinrichtungen,
nämlich
die Rändelung 22 und die
ausgehärtete
Kleberwulst 20, sind nicht die einzigen Arten von Verriegelungseinrichtungen,
deren Verwendung bei dem endungsgemäßen Verfahren in Betracht gezogen
wird. Zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignete Verriegelungsmittel umfassen
das Stauchen der ebenen Umfangsfläche des Metalleinsatzes, Aufbringen
eines nicht ausgehärteten
Klebers auf die Außenumfangsfläche des Metalleinsatzes
oder Befestigen eines Vorsprungs o. ä. z. B. durch Löten oder
Schweißen
auf der ebenen Umfangsfläche
des Metalleinsatzes. Somit kann eine beliebige Modifikation der
oder Hinzufügung
zu der ebenen Außenumfangsfläche des
Metalleinsatzes erfolgen. Ferner kann das Nicht-Aufbringen oder Nicht-Befestigen
einer Verriegelungseinrichtung auf die bzw. an der ebenen Außenumfangsfläche des Metalleinsatzes
bei bestimmten Anwendungen akzeptabel sein.
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An dieser Stelle ist bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Metalleinsatz 10 mit der darin vorgesehenen Verriegelungseinrichtung
in Form einer Rändelung 22 bereit
zum Formpressen, damit ein äußerer Kunststoff-Riemenscheibenkörper daran
angebracht oder damit verriegelt werden kann. Der spezielle Kunststoff,
aus dem der äußere Riemenscheibenkörper hergestellt
wird, kann je nach den in der fertigen Riemenscheibenanordnung gewünschten unterschiedlichen
physikalischen Eigenschaften variieren. Ein Kunststofftyp, der sich
als zur Verwendung zum Formen des äußeren Riemenscheibenkörpers geeignet
herausgestellt hat, ist ein mit Zellulose gefüllter Phenolharzkunststoff,
der unter dem Markennamen DUREZ, Güteklasse 31735, von Occidental Chemical
Corp. verkauft wird. Dieses Phenolharzmaterial ist nach einer spezifischen
Formel hergestellt, um eine Abnutzungsfestigkeit, Formbeständigkeit, Kriechfestigkeit
und ein für
die Verwendung in einer Riemenscheibe erforderliches niedriges Gewicht
zu erreichen. Andere Materialien mit im wesentlichen den gleichen
Charakteristiken, die die oben genannten Kriterien erfüllen, werden
ebenfalls in Betracht gezogen. Es sollte ein Material gewählt werden,
das den Erfordernissen der spezifischen Anwendung genügt.
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Der Metalleinsatz 10 mit
der darin ausgebildeten Rändelung 22 wird
dann in einen geeigneten Formhohlraum platziert. Eine bevorzugte
Ausführungsform
eines Formhohlraums und einer Formvorrichtung zur Verwendung bei
der vorliegenden Erfindung ist in 5A und 5B gezeigt. 5A zeigt eine Teilansicht des Formhohlraums;
sie zeigt, wie der Metalleinsatz 10 in dem Formhohlraum
gehalten wird, bevor ein äußerer Riemenscheibenkörper um den
Metalleinsatz herum formgepresst wird. Gemäß 5A wird der Metalleinsatz 10 mit
der darin ausgebildeten Rändelung 22 mittels
einer Aufnahmeeinrichtung gehalten, die um den Außenumfang
des Metalleinsatzes platziert ist. Die Aufnahmeeinrichtung dient
zum Positionieren des Metalleinsatzes in dem Formhohlraum vor dem
Formen und zum Sicherstellen der Aufrechterhaltung der Rundheit
des Metalleinsatzes während
des Formvorgangs. Die Aufnahmeeinrichtung kann in einer beliebigen
Form ausgebildet sein, wie z. B. als Ring oder in Form mehrerer Aufnahmestifte,
die in dem Formhohlraum und um den Außenumfang des Metalleinsatzes
platziert sind. Bei einer in 5A gezeigten
bevorzugten Ausführungsform
weist die Aufnahmeeinrichtung drei Aufnahmestifte 13A, 13B und 13C auf,
die äquidistant um
den Außenumfang
des Metalleinsatzes angeordnet sind. Die Aufnahmestifte 13A, 13B und 13C befinden
sich in einem Zylinder 15, der Teil der unteren Hälfte des
Formhohlraums ist. Bei dieser speziellen Ausführungsform weist der Zylinder 15 eine
Rippe 17 auf, auf der der Außenumfang des Metalleinsatzes 10 ruht.
Obwohl die Rippe
17 in 5A gezeigt
ist, ist sie zur Durchführung
der vorliegenden Erfindung nicht unbedingt erforderlich.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
des vollständigen
Formpress-Aufbaus vor und während
des Formens ist in 5B gezeigt.
Ein als Kunststoffring ausgebildeter Vorformling 19, vorzugsweise
aus DUREZ, Güteklasse
Nr. 31735, wird um den eine darin ausgebildete Rändelung 22 aufweisenden
Metalleinsatz 10 herum formgepresst. 5B zeigt auch einen teilgeschnittenen
Ausschnitt des Metalleinsatzes 10. 5B zeigt die in dem Zylinder 15 ausgebildeten
und oberhalb des Metalleinsatzes 10 befindlichen Aufnahmestifte 13A und 13B.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Aufnahmestift 13B in
Phantomdarstellung gezeigt ist. 5B zeigt
ferner einen Abdeckstift 72, der zu Beginn des Formens
mit dem Außenumfang
des Metalleinsatzes 10 in Kontakt steht und das Stoppen
einer Kunststoffleckage in den Metalleinsatz unterstützt. Der
Abdeckstift 72 ist Teil des oberen Hohlraumteils 78,
der in 5B in durchgehenden
Linien in offener Position gezeigt ist, wie er vor dem Formen zu
sehen ist. Der obere Hohlraumteil 78 ist in 5B in Phantomdarstellung
auch in geschlossener Position gezeigt, wie er während des Formens zu sehen
ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
können
mehrere V-förmige
Nuten auf dem Außenumfang des
Kunststoff-Riemenscheibenkörpers
ausgebildet sein; diese Nuten werden von Formnuten 76 gebildet, die
sich in 5B in Führungen 74 befinden.
Die Führungen 74 sind
in 5B in ihrer korrekten
Position während
des Formpressvorgangs gezeigt. Die Führungen 74 werden
nach dem Formen von der geformten Riemenscheibe weggeschwenkt. Es
sei darauf hingewiesen, dass die gebogenen Abschnitte 79 des
in geschlossener Position befindlichen oberen Hohlraumteils 78 in
Phantomdarstellung gezeigt sind und das Herunterdrücken des
Materials in die Formnuten 76 unterstützen.
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Die Temperatur des als Kunststoffring
ausgebildeten Vorformlings vor dem Formpressen liegt vorzugsweise
im Bereich von ungefähr
71°C bis
110°C, besser
noch im Bereich von 88°C
bis 104°C,
am besten im Bereich von 93°C
bis 99°C,
um den Vorformling biegsam zu machen. Der als Kunststoffring ausgebildete
Vorformling wird bei einer noch höheren Temperatur, die vorzugsweise
im Bereich von ungefähr
149°C bis
191°C, besser
noch im Bereich von 166°C
bis 182°C,
am besten im Bereich von 171°C bis
177°C liegt,
um den gerändelten
Metalleinsatz herum formgepresst. Beim Formpressen von DUREZ, Güteklasse
Nr. 31735, sollte die Form für
eine adäquate
Formzeit von mindestens 50 Sekunden geschlossen sein. Durch die
Kombination aus Temperatur und Druck, die aufgrund des Schließens der
Form (und Schließen
der Führungen 74)
auftritt, werden die geformte Kunststoff-Riemenscheibe und der Metalleinsatz
gebildet. Nach Beendigung des Formvorgangs wird die Form geöffnet. Das
geformte Teil kann dann von (nicht gezeigten) Auswurfstiften ausgeworfen
werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
der so entstandenen Riemenscheibenanordnung 25 ist in 6 gezeigt und mit dem in 4 gezeigten Metalleinsatz
ausgebildet. 6 zeigt
drei äquidistant
angeordnete rechteckige Schlitze 14, die in dem äußeren Kunststoff-Riemenscheibenkörper an
der Grenzfläche
zu dem Metalleinsatz 10 ausgebildet und das Ergebnis des
Formens um die drei Aufnahmestifte in dem Formhohlraum sind. Das
Formpressen des äußeren Kunststoff-Riemenscheibenkörpers 12 um
den mit einer Rändelung 22 versehenen
Metalleinsatz 10 herum führt zu einer starken strukturellen
Verbondung zwischen dem Kunststoff und dem Metall; dies unterstützt unter
normalen Betriebsbedingungen das Verhindern einer relativen Drehung
zwischen dem Metalleinsatz und dem äußeren Kunststoffkörper. Obwohl
bei der bevorzugten Ausführungsform
ein Formpressverfahren zum Formen des äußeren Kunststoff-Riemenscheibenkörpers 12 um
den Metalleinsatz 10 herum angewandt wird, ist das Formverfahren
nicht auf das Formpressen beschränkt.
Es kann ein beliebiges Formverfahren in Betracht gezogen werden,
einschließlich
Formpressen, Spritzgießen
oder Spritzpressen.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform
ist in 7 und 8 gezeigt. In 7 ist der erfindungsgemäße Metalleinsatz
als Lageranordnung 30 gezeigt. Das spezielle Lager, das
für die
Lageranordnung 30 verwendet wird, kann je nach den in dem
fertigen Riemenscheibenprodukt gewünschten mechanischen Eigenschaften
variieren. Ein Lagertyp, der sich als zur Verwendung als Lageranordnung 30 geeignet herausgestellt
hat, ist ein Kugellager aus Stahl 6203 von NSK. Dieses
Lager weist einen Außenring 31 aus
Stahl, Kugeln 32, einen Kugelkäfig 33, eine Gummidichtung 34 zum
Schutz der Kugeln und des Kugelkäfigs
und einen Innenring 36 aus Stahl auf. Diese bevorzugte
Ausführungsform
ist nicht auf ein Kugellager beschränkt, andere Lageranordnungen
mit im wesentlichen den gleichen Charakteristiken kommen auch in
Betracht.
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Eine Verriegelungseinrichtung, oder
bei dieser Ausführungsform
eine Rändelung 22,
wird in ähnlicher
Weise wie oben anhand von 4 beschrieben
und wie in 7 gezeigt
in der ebenen Außenumfangsfläche der
Lageranordnung 21 ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform
wird die eine Rändelung 22 aufweisende
Lageranordnung 30 in einen Formhohlraum platziert. Die
Lageranordnung 30 wird von mindestens drei äquidistant
um den Außenumfang des
Lagers angeordneten Aufnahmestiften, die oben als Verriegelungseinrichtung
beschrieben worden sind, gehalten. Ferner ist, wie oben beschrieben,
die Verriegelungseinrichtung nicht auf um den Lagerumfang angeordnete
Aufnahmestifte beschränkt;
es ist ferner vorgesehen, dass die Lageranordnung in einen Ring
in dem Formhohlraum platziert wird. Ein als Kunststoffring ausgebildeter
Vorformling wird um die gerändelte
Metalllageranordnung formgepresst, wie oben beschrieben. Die so
entstandene Kunststoff-Riemenscheibe 35 ist in 8 gezeigt. 8 zeigt drei äquidistant angeordnete rechteckige
Schlitze 14, die an der Grenzfläche zu dem Metalllager in dem äußeren Kunststoff-Riemenscheibenkörper ausgebildet
und das Ergebnis des Formens um die drei in dem Formhohlraum befindlichen
Aufnahmestifte sind, wie in 6 gezeigt.
Das zum Herstellen der in 8 gezeigten
Riemenscheibe angewandte Formverfahren ist nicht auf das Formpressen
beschränkt;
es ist vorgesehen, dass eine beliebige Art des Formens angewandt
werden kann, einschließlich Formpressen,
Spritzgießen
oder Spritzpressen.
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Eine perspektivische Ansicht der
in 8 gezeigten Kunststoff-Riemenscheibenanordnung 35 ist
in 9 dargestellt, wobei
in Phantomdarstellung ein Fahrzeugzubehör-Mehrfach-Keilrippenantriebsriemen 40,
der antreibend mit der Riemenscheibe in Eingriff steht und um diese
umläuft,
gezeigt ist.
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10 zeigt
einen Motor 50 mit einem flexiblen serpentinenartig verlaufenden
Antriebsriemen 40, der um eine Vielzahl von Abtriebsscheiben 18,
die betriebsmäßig den
Zubehörteilen
zugeordnet sind, umläuft.
Die Zubehörteile
können
z. B. eine Servopumpe, einen Wechselstromgenerator, eine Klimaanlagenpumpe,
eine Wasserpumpe oder andere Fachleuten bekannte und in der vorliegenden
Offenbarung vorgeschlagene Vorrichtungen umfassen. Jedes dieser
Zubehörteile
wird über
eine Motor-Kurbelwellenscheibe 16 von dem Antriebsriemen 40 angetrieben.
Eine Spanneinrichtung 60 mit einer Spannscheibe 45 legt
eine Spannung an den Antriebsriemen 40 an, um einen Riemenschlupf
zu verhindern. Mehrere Leerlaufscheiben 55a und 55b unterstützen das
Platzieren des Antriebsriemens 40, damit der Riemen mehrere
Abtriebsscheiben 18 bedient. Die vorliegende Erfindung
ist zur Verwendung als Spannscheibe 45, nutseitige Leerlaufscheibe 55a und
rückseitige
Leerlaufscheibe 55b vorgesehen.
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Die Riemenscheibe kann mit oder ohne V-förmige Nuten
auf dem ringförmigen
Außenteil
des Kunststoffkörpers
geformt werden. Eine mit mehreren V-förmigen
Nuten auf dem ringförmigen
Außenteil
des Kunststoffkörpers
geformte Riemenscheibe ist zum Aufnehmen eines Mehrfach-Keilrippenriemens,
z. B. des Riemens 40, z. B. bei der Anwendung als Endlosantriebsriemen
eines Fahrzeugzubehör-Antriebssystems
vorgesehen. Ein Beispiel für eine
mit mehreren V-förmigen
Nuten geformte Riemenscheibe ist die nutseitige Leerlaufscheibe 55a. Beispiele
für ohne
die mehreren V-förmigen
Nuten ausgebildete Scheiben sind die Spannscheibe 45 und
die rückseitige
Leerlaufscheibe 55b. Riemenscheiben, die zur Verwendung
in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind,
sind nicht auf solche mit Mehrfach-Keilrippenriemen beschränkt. Riemenscheiben,
bei denen die erfindungsgemäßen Aufnah meeinrichtungen
verwendet werden, können
auch Keilriemen oder Synchronriemen aufnehmen und können einzelne,
V-förmige
Nuten aufweisende Riemenscheiben und Zahnriemenräder umfassen.
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Die vorstehende Beschreibung und
die erläuternden
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind mit unterschiedlichen Modifikationen und
in unterschiedlichen Ausführungsformen
in den Zeichnungen gezeigt und detailliert beschrieben worden. Es
sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung vorstehend nur
beispielhaft beschrieben ist und dass der Umfang der Erfindung nur
durch die Patentansprüche
entsprechend deren Auslegung im Hinblick auf den Stand der Technik
beschränkt
werden darf. Ferner kann die hier in erläuternder Weise offenbarte Erfindung
auch bei Fehlen einiger Elemente, die hier nicht spezifisch offenbart
sind, durchgeführt
werden. Die hier in erläuternder
Weise offenbarte Erfindung ist nicht auf die Leerlauf- und Spannscheiben
oder generell auf Anwendungen auf dem Fahrzeugsektor beschränkt.