DE2543611A1 - Riemenscheibe fuer veraenderliche drehzahl und verfahren zum herstellen derselben - Google Patents

Description

DR. BERG DIPL-ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 8602 45

Anwaltsakte 26 4-57 30. September 1975

T.B. Wood's Sons Company Chambersburg, Pennsylvania / U.S.A.

Riemenscheibe für veränderliche Drehzahl und Verfahren zum Herstellen derselben

Die Erfindung bezieht sich auf eine Riemenscheibe für veränderliche Drehzahl sowie auf ein Verfahren zum Herstellen derselben.

Es gibt bereits seit einiger Zeit Riemenscheiben für veränderliche Drehzahlen mit trockengeschmierten Lagern aus den

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verschiedensten Werkstoffen wie Bronze, Graphit, Polytetrafluoräthylenhalteige Stoffe, Nylon, Azetal, Holz und dergl. mehr. Derartige Lagerwerkstoffe werden für drehzahlveränderliche Riemenscheiben sowohl in offenen als auch in gekapselten Riementrieben verwendet. Diezahlreichen bekannten Ausführungen vermochten jedoch nicht die verschiedenen Erfordernisse für eine lange Betriebslebensdauer solcher Riemenscheiben zu erfüllen.

Eine dieser Forderungen besteht darin, daß das Radialspiel zwischen der Bohrung des trockengeschmierten Lagers der Scheibe und dem Außendurchmesser der die Scheibe tragenden Muffe möglichst klein sein soll, um ein Verkanten der Scheibe durch die Spannung des Riemens zu verhindern bzw. zu begrenzen. Die Verkantung der Scheibe ist direkt proportional dem durch die Geometrie einer Riemenscheibe gegebenen Radialspiel. Ist das Radialspiel von Anfang an zu groß, so ergeben sich daraus zwei ernsthafte Probleme. Zunächst einmal kann sich die Scheibe so stark verkanten, daß der Keilriemen zerstört wird, und außerdem wird die Lebensdauer des trockengeschmierten Lagers drastisch verkürzt. Es ist allgemein bekannt, daß sich das Radialspiel von trockengeschmierten Lagern in parapolischer bzw. quadratischer Funktion der Zeit vergrößert. Bei der Zunahme des Radialspiels fängt die Scheibe an zu schwingen und Geräusche zu erzeugen. Derzeit gebräuchliche drehzahlveränderliche Riemenscheiben mit trockengeschmierten Lagern aus den vorstehend erwähnten Werkstoffen müssen von Anfang an ein ziemlich großes Radialspiel haben, um die

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Verkleinerung des Innendurchmessers unter Wärmeeinwirkung zu kompensieren. Das tatsächlich wirksame Radialspiel ist dann mit ca. 0,05 mm oder darüber noch immer zu groß für eine Betrieblebensdauer der Lager von wenigstens 10 000 Stunden.

Die Erfindung ermöglicht die Herstellung einer trockengeschmierten Riemenscheibe für veränderliche Drehzahl mit einem je nach den Erfordernissen des verwendeten Materials minimalen Radialspiel. In gewissen Fällen ist eine ein geringfügiges Übermaß aufweisende Passung zwischen den Teilen einer Riemenscheibe erwünscht, um ein Kriechen oder eine Verformung des Lagermaterials auszugleichen. Die Erfindung gewährleistet ferner Wiederholbarkeit bei der Erzielung von bestimmten Abmessungen der Bohrung des trockengeschmierten Lagers bzw. des durch die Geometrie der Riemenscheibe vorgegebenen Innendurchmessers. Insbesondere gewährleistet die Erfindung eine genau geformte Bohrung für das trockengeschmierte Lager unabhängig von der Dickentoleranz für die einzelnen Teile des Lagers. Herkömmliche Ausführungen sind dagegen in sehr viel größerem Maße Abhängig von den Herstellungstoleranzen der verschiedenen Teile des Lagers.

Eine andere Erfordernis für trockengeschmierte Riemenscheiben für veränderliche Drehzahlen besteht darin, daß das Lagermaterial in Axialrichtung der Bohrung der verschieblichen Scheibenhälfte festgehalten wird. Einige bekannte Ausführungen enthalten ein im Preßsitz in die Bohrung der Scheibe eingepreßtes Lager aus Graphit, Bronze od. dergl..

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Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, daß es äußerst schwierig ist, die für eine satte Passung notwendigen engen Toleranzen einzuhalten und daß die Bruchgefahr beim Einpressen des Lagers sehr groß ist. Die Erfindung beseitigt diese Schwierigkeiten durch die Verwendung eines trockengeschmierten Lagerteils von der jeweils richtigen Länge, welches nach einer Vorbehandlung, etwa Ätzen od. dergl., mittels eines Epoxy-Klebers stoffschlüssig in der Bohrung der verschieblichen Scheibenhälfte befestigt wird.

Eine für die Länge der Lebensdauer einer solchen Riemenscheibe wesentliche dritte Forderung besteht hinsichtlich der Druckfestigkeit des Materials für das trockengeschmierte Lager, d.h. das Material muß eine hohe Druckfestigkeit und geringe bleibende Verformbarkeit bzw. Kriechneigung unter Belastung haben. Die Erfindung ermöglicht die Verwendung eines dünnwandigen Lagers aus trockengeschmiertem Material von hoher Druckfestigkeit und geringer bleibender Verformbarkeit und damit eine Verringerung des Verkantens der beweglichen Scheibenhälfte.

Gemäß der Erfindung braucht die Bohrung der verstellbaren Scheibenhälfte zum Einsetzen des trockengeschmierten Lagers nicht übermäßig genau bearbeitet zu werden. Die Bearbeitung einer solchen Bohrung auf sehr enge Toleranzen ist teuer und spielt somit hinsichtlich, der Wettbewerbefähigkeit der gefertigten Riemenscheiben für veränderliche Drehzahlen eine wesent liche Rolle» Es gibt derzeit keine derartige Riemenscheiben,

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bei denen eine sehr genaue Bearbeitung der Bohrung oder Bohrungen nicht erforderlich wäre. Gemäß der Erfindung entfällt diese Notwendigkeit jedoch.

In der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die verstellbare Scheibe einer trockengeschmierten Riemenscheibe für veränderliche Drehzahlen mit einer unbearbeiteten Bohrung auf einem Vakuumadapter zentriert. In der Bohrung wird ein dünnwandiges Lager aus trockengeschmiertem Material axial und radial ausgerichtet, worauf der ringförmige Zwischenraum zwischen dem Lager und der Wand der Bohrung mit einem hoch druckfesten Material, etwa einem Epoxidharz, ausgefüllt wird. Durch den im Vakuumadapter aufrecht erhaltenen Unterdruck wird das dünnwandige Lager dabei in seiner Form festgehalten. Nach dem Verfestigen der Füllung wird die verstellbare Scheibe vom Adapter abgenommen und auf eine Buchse des anderen Teils der Scheibe aufgesetzt. In einer anderen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das vorgeformte dünnwandige Lager weggelassen. Stattdessen wird ein geeignetes trockenschmierendes Material mit dem Epoxidkleber od. dergl. vermischt, bevor dieser in den ringförmigen Zwischenraum injiziert wird. Nach dem Verfestigen ist dieses Material dann das trockengeschmierte Lager der Scheibenhälfte.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläuteet. Es zeigen:

Fig. 1 eine Axialschnittansicht einer beweglichen Scheibenhälfte einer Riemenscheibe für veränderliche Dreh-

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zahlen und eines zum Herstellen von trockengeschmierten Lagern in den Bohrungen der Scheibenhälfte verwendeten Yakuumadapters,

Jig. 2 eine vergrößerte Teil-Schnittansicht der verstellbaren Scheibenhälfte nach Fertigstellung des Lagers und Abnehmen der Scheibenhälfte vom Vakuumadapter,

Mg. 3 eine Ansicht des unteren Teils des Adapters im Schnitt entlang der Linie 3-3 in Mg. 1,

Mg. 4 eine Stirnansicht der in Mg. 1 gezeigten Scheibenhälfte ,

Fig. 5 eine Teil-Schnittansicht einer Scheibenhälfte mit einem in einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten trockengeschmierten Lager und

Mg. 6 bis 9 Schnittansichten von verschiedenen Ausführungsformen von Riemenscheiben für veränderliche Drehzahlen, für welche die erfindungsgemäßen trockengeschmierten Lager verwendet werden können.

In der Zeichnung sind gleiche Teile durchgehend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Mg. 1 zeigt eine Riemenscheibenhälfte 10 für eine Riemenscheibe mit veränderlicher Drehzahl der in Mg. 6 gezeigten Art. Diese Riemenscheibe hat zwei verstellbare Hälften 10, welche auf einer mit Endkappen 12 versehenen Buchse 11 sitzen und durch ein Paar Druckfedern 13 aufeinander zu belastet sind. Jede Scheibenhälfte 10 hat zwei konzentrische Bohrungen mit einem inneren und einem äußeren trockengeschmierten Lager 14 bzw. 15· Die

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Herstellung der trockengeschmierten Lager 14 und 15 ist nachstehend anhand von Fig. 1 bis 5 erläutert.

Die in Fig. 1 gezeigte Riemenseheibenhälfte 10 hat eine erste und eine zweite, unbearbeitete Bohrung 16 bzw. 17» welche etwa beim Guß der Scheibenhälfte mit geformt sein können. Die Scheibenhälfte 10 ist auf einen Vakuumadapter 18 aufgesetzt, welcher zwei möglichst genau konzentrische Teile 19 und 20 verschiedenen Durchmessers hat. Am oberen Teil hat der Adapter eine ringförmige Nut 21 für die Aufnahme einer inneren Habe 22 der Scheibenhälfte 10 und zum genauen axialen und konzentrischen Ausrichten derselben. Zwischen der unbearbeiteten Bohrung 16 und dem den kleineren Durchmesser aufweisenden Teil 19 des Adapters ist ein ringförmiger Zwischenraum vorhanden. In diesem Zwischenraum wird das vorstehend erwähnte innere trockengeschmierte Lager 14 in im folgenden beschriebener Weise geformt.

Eine äußere Babe 23 der Scheibenhälfte 10 ist auf das den größeren Durchmesser aufweisende Teil 20 des Adpaters 18 aufgeschoben, wobei dazwischen wiederum ein Zwischenraum vorhanden ist, in welchem das äußere trockengeschmierte Lager geformt wird. Die beiden Teile 19 und 20 des Adapters sind genau konzentrisch angeordnet, so daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Lager 14 und 15 ebenfalls genau konzentrisch sind. Mir die Herstellung der trockengeschmierten Lager in den Bohrungen der Scheibenhälfte brauchen diese nicht spanabhebend bearbeitet zu werden, d.h. sie brauchen innerhalb der üblichen Toleranzen nicht genau

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konzentrisch zu sein. Daraus ergibt sich offensichtlich ein wesentlicher wirtschaftlicher Vorteil der Erfindung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein dünnes Band oder ein Streifen 24- aus Polytetrafluoräthylen enthaltendem Material, ein bronzehaltiges Bandmaterial, ein mit Glas versetztes Laminat oder ein Band aus Polyäthylenterephthalat vorzugsweise geätzt oder in anderer bekannter Weise für eine stoffschlüssige Verbindung mit einem Epoxydharzkleber vorbereitet und in Form eines Rings um das kleinerenDurchmesser aufweisende Teil 19 des Adapters geschlungen. Durch über einen Axialdurchlaß 25 und mit diesem verbundenen Radialdurchlässe 26 zugeführten Unterdruck wird das dünne Band 24 aus trockenschmierendem Material in satter Anlage am Umfang des Adapterteils 19 gehalten. Ein ähnliches Band 27 aus trockenschmierendem Lagermaterial wird um das untere Adapterteil 20 geschlungen und durch über mit dem Durchlaß 25 verbundene Durchlässe 29 * 30 und Radialdurchlässe 28 zugeführten Unterdruck in satter Anlage am Umfang des Adapterteils 20 gehalten.

Wie man in Fig. 4- erkennt, sind die Naben 22 und 23 der Scheibenhälfte 10 ringförmig bzw. vieleckig. Die vorstehende Beschreibung bezog sich auf ein Paar von konzentrischen und von Bohrungen durchsetzten Naben einer Scheibenhälfte. Die Erfindung ist für Riemenscheiben verwendbar, deren Naben beliebige Querschnittsformen haben. Demgemäß dient die in der Zeichnung dargestellte Anordnung lediglich der Erläuterung und stellt keine Einschränkung dar. Die weitere Beschreibung

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bezieht sich ebenfalls auf zwei von Bohrungen durchsetzte Naben wobei diese jeweils beide kreisförmig oder vieleckig oder, wie in Fig. 4 dargestellt, die eine kreisförmig und die andere vieleckig sein können.

In der Anordnung nach Fig. 1 wird das Lagerband 27 durch Unterdruck in satter Anlage am Umfang des Adapterteils 20 gehalten, unabhängig davon, welche Form die Nabe 23 und der Adapter 18 in diesem Bereich haben.-Wie bei der inneren Nabe 22 ist zwischen der Bohrung der äußeren Nabe 23 und dem Lagerband 27 ein Zwischenraum für die Fertigstellung des Lagers vorhanden.

Zur Fertigstellung der Lager wird ein Epoxydharzkleber oder ein gleichwertiges Material, welches nach dem Aushärten eine hohe Druckfestigkeit aufweist, durch den Adapter 18 hindurch oder über in der Scheibenhälfte 10 gebildete Eingußkanäle 31 und 32 in die Zwischenräume zwischen den Lagerbämdern 24, 27 und den Wandungen der zugeordneten Bohrungen 16 bzw. injiziert, bis diese vollständig mit dem Epoxydkleber 33 j od. dergl. ausgefüllt sind. Der Epoxydharzkleber geht eine feste stoffschlüssige Verbindung mit den Lagerbändern 24 und einerseits und den Wandungen der Bohrungen 16 und.17 andererseits ein. Nach dem Verfestigen des Klebers wird die Scheibenhälfte 10 vom Adapter 18 abgenommen und kann nun auf die Buchse 11 aufgesetzt und mit einer Endkapper 12 gesichert werden (Fig. 6)*

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht also im wesentlichen

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darin, daß das oder die trockengeschmierten Lager genau konzentrisch an Ort und Stelle in den Bohrungen einer Riemenscheibenhälfte geformt wird bzw. werden. Bei entsprechender Ausbildung der Teile kann dazu anstelle des Vakuumadapters 18 das Buchsenteil der fertigen Riemenscheibe verwendet werden. In jedem Falle werden die Oberflächen des verwendeten Vorrichtung mit einem geeigneten Trennmittel versehen, damit sich die Scheibenhälfte 10 mit den darin geformten Lagern 14 und 15 mühelos abnehmen läßt.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden die trockengeschmierten Lager der Scheibenhälfte im wesentlichen in der gleichen Weise geformt, wobei jedoch die vorgefertigten dünnen Lagerbänder 24 und 27 wegfallen. Bei einer solchen, in Fig. 5 gezeigten Ausführung eines Lagers 15' wird ein zuvor mit Polytetrafluoräthylen, Graphit, Molybdändisulfid od. dergl. versetzter Epoxydharzkleber 34' in den Zwischenraum zwischen dem Adapter und der Habe 23 injiziert, so daß nach dem Verfestigen des Epoxydklebers ein einstückiges trockengeschmiertes Lager vorhanden ist. Dieses Verfahren läßt sich für die äußeren und inneren Lager der Scheibenhälfte 10 unabhängig von deren Querschnittsformen anwenden. Wie in der ersten Ausführungsform, in welcher die Lagerbänder 24 und 27 verwendet werden, brauchen die Bohrungen der Scheibenhälfte nicht bearbeitet zu werden, da die Bohrungen der trockengeschmierten Lager durch den Adapter 18 genau konzentrisch und glatt geformt werden. In beiden Ausführungsformen der Erfindung entsteht ein

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äußerst genau geformtes trockengeschraiertes Lager für eine Riemenscheibe für veränderliche Drehzahlen, welches den eingangs angeführten Erfordernissen vollauf genügt. In beiden Ausführungsformen des Verfahrens erhält man ein trockengeschmiertes Lager, bei welchem die gewünschte enge Radialpassung zwischen den kritischen Teilen der Riemenscheibe mit einem hohen Grad an Wiederholbarkeit erzielbar sind. Das Verfahren für die Herstellung der Lager ist für Riemenscheiben der verschiedensten geometrischen Formen, wie sie in Fig. 6 bis 9 dargestellt sind, anwendbar.

Fig. 7 zeigt die Anwendung der Erfindung an einer Riemenscheibe mit nur einer beweglichen Scheibenhälfte 35* deren Nabe 36 zwei erfindungsgemäße trockengeschmierte Lager 37 in gegenseitigem Abstand aufweist. Fig. 8 zeigt eine Riemenscheibe mit einer mechanisch verstellbaren beweglichen Scheibenhälfte 38, deren Uabe ebenfalls zwei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte trockengeschmierte Lager 39 enthält. Fig. 9 schließlich zeigt eine Mehrfach-Riemenscheibe 40, welche ebenfalls unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit trockengeschmierten Lagern 4-1 versehen ist.

Aus der vorstehenden Beschreibung gehen die mit der Erfindung erzielten Vorteile gegenüber bekannten Ausführungen klar hervor, so daß eine weitere Beschreibung nicht erforderlich erscheint.

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Claims (6)

1. Patentansprüche;

   Λ.) Scheibenhälfte für eine Riemenscheibe für veränderliche Drehzahlen, gekennzeichnet durch eine Nabe (22) mit einer nicht spanabhebend bearbeiteten Bohrung (16) und durch ein in der Bohrung angeordnetes, trockengeschmiertes Lager (14-) von hoher Druckfestigkeit und mit äußerst genau maßhaltigem Innendurchmesser, welches laminiert ist und aus einem vorgeformten inneren, relativ dünnen Band (24) aus einem trockenschmierenden Lagermaterial und einer relativ dicken, äußeren Bindemittelschicht (34-) aus einem Material von hoher Druckfestigkeit besteht, welches stoffschlüssig mit der Wandung der unbearbeiteten Bohrung und dem relativ dünnen inneren Band verbunden ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die relativ dicke äußere Bindemittelschicht (33) aus einem injizierten und verfestigten Epoxydharzkleber gebildet ist.
3. 3· Verfahren zum Herstellen eines trockengeschmierten Lagers für eine Scheibenhälfte einer Eiemenscheibe für veränderliche Drehzahlen mit einem hohen Grad der Genauigkeit und Wiederholbarkeit in bezug auf den Innendruchmesser des Lagers, dadurch gekennzeichnet, daß die eine im wesentlichen unbearbeitete Bohrung für die Aufnahme des Lagers aufweisende Scheibenhälfte auf einen Adapter aufgesetzt wird, welcher die Bohrung in bezug auf eine seiner Oberflächen axial ausgerichtet und zentriert hält, so daß zwischen der Wandung der Bohrung und der betreffenden Ober-

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   fläche eine Kammer gebildet wird, daß die Kammer mit einem kleberartigen Material gefüllt wird, welches nach dem Verfestigen eine hohe Druckfestigkeit hat und ein stoffschlüssig in der Bohrung befestigtes, trockengeschmiertes Lager bildet, und daß die Scheibenhälfte mit dem verfestigten Lager von dem Adapter abgenommen wird.
4. 4. Vwrfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter ein Vakuumadapter ist und daß vor dem Füllen der Kammer mit dem kleberartigen Material ein vorgeformtes dünnes Band aus einem trockenschmierenden Lagermaterial in satte Anlage an der betreffenden Oberfläche des Adapters gebracht wird, so daß das kleberartige Material eine feste stoffschlüssige Verbindung mit dem Band eingeht und dieses zu einem einstückigen Teil des trockengeschmierten Lagers wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das kleberartige Material vor dem Einfüllen desselben in die Kammer mit einem Schmiereigenschaften aufweisenden Material versetzt wird.
6. 6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 5r dadurch gekennze ichnet, daß das kleberartige Material ein Epoxydharzkleber ist.

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