DE8305932U1 - Kraftuebertragungsrad - Google Patents

Description

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Kraftübertragungsrad

Die Erfindung betrifft ein Kraftübertragungsrad, insbesondere Zahnriemenrad oder dgl., mit einer Nabe, einem konzentrisch in Abstand zu der Nabe angeordneten Kranz und einem die Nabe mit dem Kranz verbindenden Teller.

Ein bevorzugtes, jedoch nicht ausschliessliches Einsatzgebiet von Kraftübertragungs- bzw. Zahnriemenrädern der in Rede stehenden Art ist bei Riementrieben für den Antrieb der Nockenwellen von Verbrennungsmotoren. Für derartige Riementriebe hat man bislang trotz ihres hohen Gewichtes Zahnriemenräder aus Grauquss, Ifetalldruckguss oder Sintermetall verwendet, wobei in der Regel die Nabe dieser Zahnriemenräder in Axialrichtung versetzt gegenüber dem flanschartig einseitig vom Teller abstehenden Zahnkranz angeordnet ist.f

Ziel der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung eines Kraftübertragungs- bzw. Zahnriemenrades der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art, das bei wenigstens gleichhoher Betriebszuverlässigkeit wie die bislang verwendeten Räder aus Grauguss,Matalldruckguss oder Sintermetall ein geringeres Gewicht hat und sich wirtschaftlich in Grosserie herstellen lässt.

Erfindungsgemäss wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass das Rad ein integral geformter Körper aus einem Kunststoff material ist, bei dem der Teller auch bei einer axialen Versetzung der Nabe relativ zum Kranz wenigstens am Kranz im wesentlichen mittig angeformt ist.

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Erfindungsgemäsä besteht somit das Kraftübertragungs- oder Zahnriemenrad aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff, wie Polyamid, so dass es wirtschaftlich im Spritzgiessverfahren mit hoher Präzision hergestellt werden kann. Ein wesentlicher Grund für die hohe thermische und mechanische Dauerbelastbarkeit des erfindungsgemässen Kunststoffrades ist die mittige Anbindung des Tellers am Zahnkranz, so dass das Kunststoffmaterial beim Spritzgiessen aus dem Teller heraus gleichmässig in entgegengesetzten Richtungen den Formhohlraum, der den Zahnkranz bildet, füllen kann.

Obschon durch das Kunststoffmaterial an sich schon eine 5 hohe Gewichtseinsparung gegenüber einem Rad aus Grauguss oder Sintermetall erzielt wird, kann zur weiteren Gewichtseinsparung gemäss einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung im Teller des Zahnriemenrades — wie bei den bislang verwendeten Metallrädern-eine Vielzahl von Durchbohrungen vorgesehen sein.

Diese Durchbohrungen haben zur Folge, dass der Teller Bereiche mit Vollquerschnitt und Bereiche mit infolge der Durchbohrungen unterbrochenem Querschnitt aufweist. Normalerweise würde dies bei einem Kunststofformteil Verwerfungen infolge unterschiedlicher Schwindung an den verschiedenen Querschnittsbereichen des Tellers zur Folge haben. überraschenderweise wurde jedoch festgestellt, dass sich solche Verwerfungen infolge unterschiedlicher Schwindung des Materials beim Abkühlen aus der Schmelze vollständig vermeiden lassen, wenn nahe bei oder an der Verbindungsstelle zwischen Teller und Zahnkranz am Teller eine Querschnittsverengung mit Stauwirkung vorgesehen wird, an der sich das Material staut bzw. ansammelt, bevor es in den Formhohlraum fliesst, der den Zahnkranz bildet. Es wurde festgestellt, dass diese Massnahme ein sehr wirksames Mittel ist, um trotz des Vorsehens

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der Bohrungen im Teller Verwerfungen am Zahnkranz und an den übrigen Teilen des Rades zu verhindern.

In der Nabe des Zahnriemenrades nach der Erfindung ist ein büchsen- oder rohrförmiges Metallteil· fest verankert. Bei dem Metallteil kann es sich um ein Teil aus Sintermetall handeln, das so ausgebildet ist, dass die Kräfte vom Kunststoffkörper auf das Metallteil oder umgekehrt unter weitestgehender Vermeidung von Spannungskonzentrationen übertragen werden. Das Metallteil kann auch ein durch Ziehen eines Metallbleches hergestelltes Teil sein, wodurch sich die Kosten für seine Fertigung erheblich reduzieren lassen. Bezüglich dieser und anderer bevorzugter Ausbildungen des erfindungsgemässen Zahnriemenrades wird auf die Patentansprüche verwiesen.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: 20

Fig,. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäss aufgebauten Zahnriemenrades mit in der Nabe integriertem Sintermetallteil,

Fig. 2 eine geschnittene Ansicht längs der Schnittlinie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 2A eine Ansicht des Details Y in Fig. 2 in vergrössertem Masstab,

Fig. 3 eine endseitige Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Sintermetallteils,

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Fig. 4 eine längsgeschnittene Ansicht des in |

Fig. 1 gezeigten Sintermetallteils, |

Fig. 5 in fragmentarischer Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäss aufge

bauten Zahnriemenrades mit einem in der Nabe integrierten gezogenen Metallteil und i

Fig. 6 eine fragmentarische geschnittene Ansicht |

längs der Schnittlinie 6-6 in Fig. 5. I

Das in Fig. 1 und 2 gezeigte Kraftübertragungs- bzw. Zahn- \ riemenrad 1 nach der Erfindung umfasst in an sich hekann- | ter Weise eine zentrale Nabe 2 zur Befestigung des Rades i auf einer nicht gezeigten Welle, einen die Nabe konzentrisch in Abstand umgebenden Zahnkranz 4 mit längs seines äusseren ümfanges ausgebildeten Zähnen 5, die in Eingriff _; mit einem nicht dargestellten Zahnriemen treten können, und einen die Nabe 2 mit dem Zahnkranz 4 verbindenden Teller oder Scheibenteil 3. Wie dargestellt, kann die Nabe 2 in Bezug auf den Zahnkranz 4 in Axialrichtung des Rades mehr oder weniger deutlich versetzt angeordnet sein, se dass die radiale Mittelebene der Nabe 2 nicht mit der radialen Mittelebene des Zahnkranzes 4 übereinstimmen braucht.

Erfindungsgemäss ist das Zahnriemenrad 1 ein,vorzugsweise im Spritzgiessverfahren hergestelltes Kunststoffformteil, bei dem in der Nabe 2 ein büchsenförmiges Metall- i teil 6 integriert oder fixiert ist. Auf das Metallteil 6 wird nachfolgend noch näher eingegangen. Bei Verwendung des Zahnriemenrades 1 für den Antrieb der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors werden vorzugsweise thermisch und mechanisch hochbelastbare thermoplastische Kunst-

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stoffe, wie faserverstärktes Polyamid oder faserverstärkter thermoplastischer Polyester, verwendet. Die Erfindung ist jedoch weder auf diese Kunststoffmaterialien noch auf die erwähnten Einsatzgebiete beschränkt.

Eine wesentliche Voraussetzung für die Ausbildung des Zahnriemenrades als Kunststofformteil ist, dass erfindungsgemäss der Teller 3 im wesentlichen mittig wenigstens am Zahnkranz 4, vorzugsweise auch im wesentlichen mittig an der Nabe 2, wie dargestellt, angeformt ist, und zwar unabhängig davon, ob die radialen Mittelebenen von Teller 3 und Zahnkranz 4 übereinstimmen, oder, wie bei der gezeigten Ausführungsform, in Axialrichtung des Rades versetzt zueinander angeordnet sind. Durch die mittige Anbindung des Tellers 3 am Zahnkranz 4 wird erreicht, dass das Kunststoffmaterial beim Spritzgiessen gleiche Fliesswege vom Teller zu den Endflächen des Zahnkranzes 4 zurückzulegen hat, wodurch eine weitestgehende Freiheit des Materials von inneren Spannungen erzielt wird.

Die erfindungsgemässe mittige Anformung des Tellers 3 am Zahnkranz 4 sowie an der Nabe 2 hat zur Folge, dass, wenn die Nabe 2 in Bezug auf den Zahnkranz 4 axial versetzt liegt, sich der Teller 3 mehr oder minder deutlich aus der Vertikalen in Richtung auf die Mitte des Zahnrades 4 abgewinkelt erstreckt. Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der Teller 3 jedoch zunächst im wesentlichen senkrecht und mittig von der Naibe 2 und ist erst im Bereich seines äusseren Umfanges, wie bei 3¹ angedeutet, in Richtung auf die Mitte des Zahnkranzes 4 abgewinkelt.

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In dem senkrechten Bereich des Tellers 3 ist gemäss Fig. 1 zur weiteren Gewichtseinsparung eine Vielzahl von im gleichen Winkelabstand voneinander liegenden Durchbrechungen oder Durchbohrungen 7 vorgesehen. Normaler-5 weise haben diese Durchbrechungen oder Durchbohrungen

7 zur Folge, dass wegsn der unterschiedlichen Schwindung des Materials an den Bereichen des Tellers mit durchgehendem Querschnitt und den Bereichen mit unterbrochenem Querschnitt der Zahnkranz 4 mehr oder minder starke 10 Verwerfungen aufweist bzw. unrund wird. Erfindungsgemäss wurde jedoch festgestellt, dass diese Verwerfungen vermieden werden können bzw. trotz des Vorsehens der Durchbohrungen 7 ein kreisrunder Zahnkranz erhalten wird, wenn, wie in Fig. 2A dargestellt, nahe der Verbindungs-15 oder Übergangsstelle zwischen Teller 3 und Zahnkranz 4 I die Wandstärke des Tellers im wesentlichen abrupt jedoch so,daß

I keine wesentliche Kerbwirkung entsteht, verringert wird.

I Diese Querschnittsverengung 3" infolge z.B. einer

jj sich längs des ümfanges des Tellers an beiden Seiten

I 20 erstreckenden kreissegmentförmigen Nut 8 bewirkt, dass sich \ das Material beim Spritzgiessen staut oder ansammelt,

j bevor es in den Zahnkranz 4 fliesst.

ä In der Nabe 2 ist gemäss Fig. 1 und 2 ein rohrförmiges

I 25 Metallteil 6 fest verankert. Dieses Metallteil 6 kann

jj gemäss Fig. 3 und 4 aus Sintermetall bestehen und wird als

I Einlegeteil in die Spritzgiessform eingebracht , um

jj beim Spritzgiessen fest in dem Kunststoffmaterial der Nabe

I verankert zu werden. Eine andere Ausführungsform für

I 30 das rohrförmige Metallteil ist in Fig. 5 und 6 gezeigt.

I Nach Fig. 3 und 4 sind längs des äusseren Ümfanges des

I Sintermetallteiles 6 in gleichem Winkelabstand voneinander

I Vorsprünge 9 angeformt, die sich von einem Ende des

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Vorzugsweise hat. jeder Vorsprung 9 einen im wesentlichen

rechteckförmigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken 11, so dass Kerbeffekte vermieden werden. Erfindungsgeraäss liegen ferner die seitlichen Flanken 10, 10 der . Vorsprünge 9 im wesentlichen parallel zu der betreffen-

den den Vorsprung mittig durchsetzenden und durch den Mittelpunkt des Metallteils gehenden Axialebene. Hierdurch wird erreicht, dass die Drehkraft von der Nabe 2 auf das Metallteil 6 bzw. umgekehrt unter weitestgehender

Vermeidung von Spannungsspitzen bzw. Kerbeffekten übertragen wird.

Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, den Zwischenraum zwischen demjenigen Paar Vorsprüngen, die aussen gegenüber einer am inneren Umfang des Metallteiles 6 ausgebildeten Keil· federnut 14 liegen, deutlich auszurunden, wie dies bei in Fig. 3 angedeutet ist. Die Querschnittsform der im Bereich der Keilfedemut 14 befindlichen Vorsprünge kann deshalb von der Querschnittsform der Vorsprünge 9 abweichen, die längs des übrigen Umfanges des Metallteiles 6 vorgesehen sind.

Zur axialen Fixierung des Metallteiles 6 in der Kunststoffnabe 2 ist erfindungsgemäss längs des äusseren Umfanges des Metallteiles an einer Stelle im wesentlichen zwischen dessen axialen Enden eine Ausnehmung oder Nut 12 gemäss Fig. 4 vorgesehen, in die das Kunststoffmaterial hineinfliessen kann. Vorzugsweise durchsetzt die Nut nur die Vorsprünge 9, nicht jedoch das eigentliche Kernmaterial des Metallteiles 6. Durch die mittige Anordnung der Nut 12 wird eine ausreichende Axialfixierung des Metallteils 6 in der Kunststoffnabe 2 erreicht, ohne dass beim Abkühlen des Kühststof£mäterials innere Spannungen infolge behinderter Schwindung in der Kunststoffnabe 2 verbleiben.

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Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäss aufgebauten Zahnriemenrades. Diese Ausführungsform
unterscheidet sich von der in Fig. 1 bis 4 gezeigten im
wesentlichen dadurch, dass anstelle des Sintermetallteiles

6 in der Kunststoffnabe 2 ein durch Ziehen eines Metall- I

I bleches gebildetes rohrförmiges Metallteil 15 integriert «

bzw. fixiert ist. Das gezogene Metallteil 15 kann, ',

wie dargestellt, eine Bodenwand 16 mit einer darin vor- |

gesehenen Durchgangsbohrung 17 haben. Durch die Bohrung \

17 kann ein nicht gezeigter Schraubbolzen geführt werden, 1 um das Zahnriemenrad an einer nicht gezeigten Welle

zu befestigen. Eine weitere exzentrisch angeordnete \

kleinere Bohrung 8 kann in der Bodenwand 16 zur Aufnahme " eines von der Welle abstehenden nicht gezeiten Mitnehmer-

Stiftes vorgesehen sein.

Erfindungsgemäss hat das gezogene Metallteil 15, wie
in Fig. 5 dargestellt, einen geeigneten, z.B. wie dargestellt, wellen- oder zick-zack-förmigen Querschnitt,
um ähnlich wie die in Verbindung mit Fig. 3 und 4 beschriebenen Vorsprünge 9 der vorerwähnten Ausführungsform
eine schlupffreie Übertragung des Drehmomentes zwischen _{ Kunststoffnabe 2 und Metallteil 15 zu erhalten. -

Zur axialen Fixierung des gezogenenMetallteiles 15

gegenüber der Nabe 2 weist dieses an einer zentralen
Stell«= zwischen seinen axialen Enden ein oder mehrere _:

Bohrungen oder Löcher 19 auf, in die das Kunststoffmaterial
beim Spritzgiessen verkrallend eindringen kann.

Ansonsten entspricht die Ausführungsform der Erfindung
nach Fig. 5 und 6 derjenigen nach Fig. 1 und 2. Gleiche
oder ähnliche Teile tragen daher bei beiden Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen.

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- 12 -

Beispiel

Es wurde festgestellt, dass ein erfindungsgemäss ausgebildetes Zahnriemenrad mit nachfolgenden Abmessungen als Antriebselement für die Nockenwelle eines Verbrennungsmotors trotz des geringeren Gewichtes den im Einsatz befindlichen Zahnriemenrädern aus Metall wenigstens ebenbürtig ist:

Aussendurchmesser des Rades 1
Aussendurchmesser der Nabe 2
Dicke des Tellers 3
Tiefe der Nut 8 an jeder Seite des Tellers
Radius der Nut 8
Breite des Zahnkranzes 4
Breite der Nabe 2
Anzahl der Durchbohrungen 7
Abwinklung des Bereiches 3' gegenüber der Vertikalen
Material für den Kunststoffkörper des Rades: glasfaserverstärkter thermoplastischer Polyester

132	mm
44	mm
5	mm
0	,75 mm
2	mm
21	mm
18	mm
6	mm

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Claims (1)

1. POHLMANN «"SCHMIDT

   Patentanwälte

   Dr. Horss Schmidt fDipi.-ingJ Eckart Pohlmann cDip!,-Physo

   Zugelassene Vertreter

   beim Europäischen Patentamt

   8000 München 40 Siegfriedstrasse 8 Telefon C089) 391639 Telex 5 213 260 pspa d

   DE 438 Sch/ht

   Wilden KG, Ringstrasse 2, 8473 Pfreimd

   SCH U. TZANS P R Ü C H E

   1. Kraftübertragungsrad, insbesondere Zahnriemenrad oder dgl., mit einer Nabe, einem konzentrisch in Abstand zu der Nabe angeordneten Kranz und einem die Nabe mit dem Kranz verbindenden Teller, dadurch g e k e η η zeichnet, dass das Rad {1) ein integral geformter Körper aus einem Kunststoffmaterial ist, bei dem der Teller (3) auch bei einer axialen Versetzung der Nabe (2) relativ zum Kranz (4) wenigstens am Kranz im wesentlichen mittig angeformt ist.
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   ψ 2. Kraftübertragungsrad nach Anspruch Λ _f g e -

   kennzeichnet durch eine Vielzahl von im Teller (3) ausgebildeten Durchbohrungen (7) und eine im Teller vorgesehene Querschnittsverengung (3") nahe

   5 bei oder an der Stelle, an der der Teller mittig am

   ΐ Kranz (4) angeformt ist.
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   ζ 3. Kraftübertragungsrad nach Anspruch 2, dadurch

   ,.. gekennzeichnet, dass die Restwandstärke

   des Tellers (3) an der Querschnittsverengung {3") etwa 70 % der ursprünglichen Wandstärke beträgt.

   { 4. Kraftübertragungsrad nach Anspruch 1, 2 oder 3,

   dadurch gekennzeichnet , dass der Teller (3) im wesentlichen senkrecht und mittig an der Nabe (2) angeformt und im Bereich seines äusseren Umfanges in Richtung auf im wesentlichen die Mitte des Kranzes (4) abgewinkelt ist.

   5. Kraftübertragungsrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein in der Nabe (2) fest verankertes rohrförmiges Metallteil (6, 15).

   6. Kraftübertragungsrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass das Metallteil (6) längs seines äusseren Umfanges eine Vielzahl von Vorsprüngen (9) mit im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitten aufweist, die sich axial von einem Ende des Metallteiles zu dessen anderes Ende erstrecken.

   7. Kraftübertragungsrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , dass jeder Vorsprung (9) , abgerundete Ecken (11) hat und seine seitlichen Flanken

   (10) im wesentlichen parallel zu der den Vorsprung mittig durchsetzenden und durch den Mittelpunkt des Metall-

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   teiles gehenden Axialebene liegen.

   8. Kraftübertragungsrad nach einem der Ansprüche S bis 7, dadurch gekennzeichnet , dass das Metallteil (6) ein Sintermetallteil ist.

   9. Kräftübertragungsrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass das Metallteil ein aus einem Blech gezoqenes Teil (15) ist.

   10. Kraftübertragungsrad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , dass das gezogene Teil (15) einen gewellten Querschnitt hat.

   11. Kraftübertragungsrad nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , dass das gezogene Metallteil (15) einen Boden (16) mit einer zentralen Bohrung (17} zur Durchführung eines Schraubbolzens für die Befestigung des Kraftübertragungsrades an einer Welle hat.

   12. Kraftübertragungsrad nach einem dar Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet , dass das Metallteil (6, 15) zur axialen Fixierung in Bezug auf die Nabe (2) an einer im wesentlichen zentralen Stelle längs seines äusseren _Umfangs ein oder mehrere Ausnehmungen (12, 19) aufweist, in die das Kunststoffmaterial verankernd eindringen kann.

   13. Kraftübertragungsrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Rad ein Spritzgiessteil aus einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff ist.