WO2016206878A1 - Riemenrad und anordnung des riemenrades auf einer spindelmutter - Google Patents

Riemenrad und anordnung des riemenrades auf einer spindelmutter Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a pulley for a toothed belt, comprising a hub with a mounting hole and a ring gear with a peripheral toothing.
  • the invention also relates to an arrangement of the pulley on a spindle nut of a spindle drive.
  • Pulleys also called pulleys, are known as belt or timing belt components.
  • the pulley In the case of a toothed belt drive, the pulley has a ring gear with a special circumferential toothing, which corresponds to the tooth profile of the toothed belt. For reasons of noise, this is
  • the sprocket has lateral edges, so that the toothed belt is guided on the pulley.
  • one of the two boundary edges is connected to the pulley after the production of the toothing, which was effected, for example, by a welded joint.
  • a pulley mounted on a drive shaft by a press fit this is the hub of the pulley heated in order to increase the diameter, so that it can then be joined to the shaft.
  • the belt pulley can be produced from a sintered metal and joined with a flanged wheel by deformation.
  • the advantage of the sintered metal is, inter alia, in the manufacturing process, which allows any shapes, including the production of a circumferential toothing for a toothed belt.
  • the sintered metal has a relatively low specific gravity.
  • the connection with a flange, which is preferably made of a sheet or sheet, is carried out by a transformation of the sintered metal. Such a joint connection is - especially in comparison to the known welded joint - very inexpensive and easy to produce.
  • the flanged wheel is formed annularly and fixed frontally on the sprocket.
  • the flange can fulfill their function, namely the guidance of the toothed belt on the sprocket.
  • a circumferential, axially projecting web is arranged on the sprocket, on which the annular flange is slidable.
  • the flanged wheel on a circumferential inner edge, around which the sintered material of the web is formed, for example by rolling or caulking.
  • the sintered material is thus plastically deformed and forms an edge of an annular groove in which the flange is held.
  • a non-positive and positive connection between the flange and the sprocket respectively the pulley is made.
  • a sintered metal with the designation Sint-D32 or Sint-D39 according to DIN 30910 is preferably provided for the sintering net of the belt wheel. This material meets in particular the requirement of sufficient ductility and ductility.
  • the pulley is arranged on the spindle nut of a spindle drive and connected by a press fit with the spindle nut.
  • a frictional or non-positive connection between the pulley and the spindle nut for transmitting a torque is produced.
  • the spindle nut has a cylindrical outer surface with an outer diameter and the mounting hole of the hub undersized with respect to the outer diameter; by applying an axial force the pulley is pressed onto the spindle nut. This results in a simplified joining process, which does not require thermal treatment of the
  • the aforementioned pulley or the aforementioned arrangement of the pulley on a spindle nut of a spindle drive is preferably used in a servo motor, which is used in a rear axle steering application.
  • the aforementioned advantages are also in the rear axle steering advantage, as this is thus more cost effective and easier to produce.
  • Fig. 4 shows a detail in the region of the flanged wheel before deformation
  • Fig. 4a shows the detail in the region of the flanged wheel after deformation.
  • Fig. 1 shows in an axial section a pulley 1, which has a hub 2 with a mounting hole 3 and a ring gear 4 with a circumferential toothing 5.
  • the hub 2 and the ring gear 4 are by a support plate. 6
  • the ring gear 4 has on its left in the drawing arranged side on a radially outwardly projecting, circumferential edge 4a, which is integrally formed on the ring gear 4 respectively to the pulley 1.
  • the pulley 1 is made of a sintered metal, preferably made of a material called Sint-D32 or Sint-D39 in one piece.
  • the attachment is made by pressing the pulley 1 in the axial direction of the spindle nut 8, the one
  • the mounting hole 3 of the pulley 1 has an undersize relative to the outer diameter 8a, so that an overlap of both diameters results.
  • the selected sintered material is able to absorb the stresses occurring in the hub 2 during and after pressing.
  • Fig. 2 shows the pulley 1 in a view in the axial direction
  • Fig. 3 shows the pulley 1 in a view in the radial direction
  • the peripheral toothing 5, which is formed as a helical toothing, and the protruding edge 4a are clearly visible.
  • annular flanged disk 7 On the right side in Fig. 1 arranged on the front side of the ring gear 4 is an annular flanged disk 7 is arranged, which by
  • Forming of the sintered material is added to the ring gear 4.
  • the sprocket 4 on the front side a circumferential, axially projecting annular web 4b, on soft the flanged wheel 7 is placed.
  • Fig. 4 shows a detail X of Fig. 1 in an enlarged view.
  • the web 4b is slightly conical on its outer circumference, so that the flange 7, which has an inner edge 7a, can be easily mounted and centered with the ring gear 4.
  • FIG. 4a shows the finished connection between the ring gear 4 and the flanged disk 7, wherein the web 4b (FIG. 4) is folded around the inner edge 7a by plastic deformation of the sintered material.
  • This type of deformation can be achieved by rolling by means of a roller tool or caulking.
  • the flange 7 is non-positively (in the circumferential direction) and positively connected (in the axial direction) with the ring gear 4, ie the pulley 1.
  • the selected sintered material has insufficient ductility to allow this deformation and to keep the flange 7 permanently on the pulley 1.

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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

Riemenrad und Anordnung des Riemenrades auf einer Spindelmutter
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 Riemenoder 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 mit dem Aktenzeichen 10 2014 206 934.3 wurde ein Stellmotor mit einem Spindelantrieb offenbart, bei welchem die
Spindelmutter über ein Riemenrad und einen Riementrieb angetrieben wird.
In der älteren Anmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen 10 2015 206 681 .9 wurde ein Spindelantrieb mit einer Spindelmutter offenbart, auf welcher ein durch Sintern hergestelltes Riemenrad durch einen Presssitz befestigt ist.
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 Sinternnetall 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 Axial kraft 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
Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Riemenrad mit Bordscheibe,
Fig. 2 eine Ansicht in axialer Richtung auf das Riemenrad,
Fig. 3 eine Ansicht in radialer Richtung auf das Riemenrad,
Fig. 4 eine Einzelheit im Bereich der Bordscheibe vor der Verformung und
Fig. 4a die Einzelheit im Bereich der Bordscheibe nach der Verformung. Fig. 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.
Fig. 2 zeigt das Riemenrad 1 in einer Ansicht in axialer Richtung, und Fig. 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 Fig. 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 weichen die Bordscheibe 7 aufgesetzt wird.
Fig. 4 zeigt eine Einzelheit X aus Fig. 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.
Fig. 4a zeigt die fertige Verbindung zwischen dem Zahnkranz 4 und der Bordscheibe 7, wobei der Steg 4b (Fig. 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.
Bezuqszeichen Riemenrad
Nabe
Befestigungsbohrung
Zahnkranz
a Rand
b Steg
Unnfangsverzahnung
Tragscheibe
Bordscheibe
a Innenkante
Spindelmutter
a Außendurchmesser

Claims

Patentansprüche
1 . Riemenrad für einen Zahn ementrieb, 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.
2. Riemenrad nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bordscheibe (7) aus einem Blech hergestellt ist.
3. Riemenrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bordscheibe (7) kreisringförmig ausgebildet und stirnseitig am Zahnkranz (4) befestigt ist.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. 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
9. 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.
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