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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spannvorrichtung für Zugmitteltriebe.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung
wird unter Bezugnahme auf einen Kraftfahrzeugmotor beschrieben,
es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung
auch in anderen Bereichen zum Spannen von Zugmitteltrieben verwendet
werden kann, wie beispielsweise bei Werkzeugmaschinen oder dergleichen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Derartige
Spannvorrichtungen für
Zugmitteltriebe werden im Allgemeinen bei Vorrichtungen, welche
der Kraftübertragung
mit Hilfe eines Zugmittels wie eines umlaufenden Riemens, einer
Kette oder dergleichen dienen, verwendet. Genauer dienen die Riemen
dazu, die von einem Motor, insbesondere einem Verbrennungsmotor,
erzeugte Bewegungsenergie auf andere anzutreibende Elemente zu übertragen.
Im einfachsten Fall werden sowohl eine direkt mit dem Motor verbundene
Abtriebswelle als auch eine anzutreibende Scheibe über den
Riemen verbunden und die Drehbewegung entsprechend übertragen.
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Dabei
ist jedoch darauf zu achten, dass dieser Riemen unter einer gewissen
Spannung steht, da ein unter zu geringer Spannung geführter Riemen
zu einem Schlupf des Antriebs führen
kann. Daneben kann bei zu geringer Spannung eine Schlagbewegung
des Riemens auftreten, die zu einem vorzeitigen Verschleiß desselben
führt.
Daher sind aus dem Stand der Technik Spannvorrichtungen für derartige Riemen
bekannt, die gewährleisten,
dass der Riemen beim Umlaufen unter einer vorbestimmten Spannung
steht.
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Diese
Spannvorrichtungen weisen üblicherweise
eine Riemenscheibe auf, um die der Riemen zusätzlich läuft. Diese Riemenscheibe ist
drehbar an einem Spannkörper
angeordnet und dieser Spannkörper
wiederum schwenkbar an einem Grundkörper. Dabei wird der Spannkörper durch
ein Federelement gegenüber
dem Grundkörper,
der selbst fest beispielsweise am Motorblock des Fahrzeugs angeordnet
ist, derart vorgespannt, dass die oben erwähnte Spannung des Riemens bewirkt
wird.
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Die
Drehachse der Riemenscheibe und die Drehachse, um die sich der Spannkörper drehen oder
schwenken lässt,
sind bei den hier gegenständlichen
Spannvorrichtungen parallel zueinander angeordnet. Der Spannkörper ist
wiederum mit Lagerungen, beispielsweise Gleitlagern, gegenüber dem Grundkörper gelagert.
Aufgrund der Versetzung der beiden Drehachsen gegeneinander und
der nicht zentralen bzw. mittigen Kraftübertragung auf die Lagerung
wird diese zusätzlich
mit einem Kippmoment belastet. Dies führt dazu, dass gewisse Lagerbereiche
wie insbesondere aber nicht ausschließlich die äußeren Lagerkanten überbelastet
werden, die Lagerschicht nicht in ihrer vollen Breite ausgenutzt
wird und dies wiederum zu einer verkürzten Gleitlagerlebensdauer
führt.
In Folge dieses Gleitlagerverschleißes nimmt die Verkippung aufgrund
des Kippmoments zu. Damit wird der spezifizierte Grenzwert für die Verkippung
des Spannhebels verfrüht
erreicht.
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Aus
der
DE 42 20 879 A1 ist
eine Riemenspannvorrichtung bekannt. Diese weist ein Zwischenteil
auf, welches zwischen einem Federelement der Spannvorrichtung und
dem Grundkörper – hier als
Basisteil bezeichnet – dieser
Vorrichtung angeordnet ist. Durch dieses Zwischenelement kann eine
allzu einseitige Belastung der Lager durch einen dem Kippmoment
entgegenwirkenden Kraftfluss vermieden werden. Andererseits entsteht
jedoch durch dieses Zwischenelement zwischen diesem und dem Grundkörper durch
erhebliche Reibung eine zusätzliche
Dämpfung,
die jedoch im Fall der hier gegenständlichen Aufgabenstellung nicht
erwünscht
ist.
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Aufgabe
der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Lagerungen
der Spannvorrichtungen verschleißärmer zu behandeln. Genauer gesagt
soll das Momentenungleichgewicht aufgrund der durch den Riemen verursachten
Kraft auf die Spannrolle und der daraus resultierenden Verkippung
ausgeglichen bzw. reduziert werden. Daneben soll erreicht werden,
dass das Momentenungleichgewicht ohne allzu starke Variation der
Dämpfung
ausgeglichen wird.
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Eine
weitere erfindungsgemäße Aufgabe
besteht darin, die Montierbarkeit der gesamten Spannvorrichtung
zu verbessern.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
oben erwähnten
Aufgaben werden durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 erreicht.
Vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Es
wird jedoch darauf hingewiesen, dass nicht alle erfindungsgemäßen Aufgaben
zwangsläufig
durch die Gegenstände aller
Ansprüche
erreicht werden.
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Die
erfindungsgemäße Spannvorrichtung
für Zugmitteltriebe
weist zwei bezüglich
einander um eine erste Drehachse drehbare Spannkomponenten auf,
wo bei die erste Spannkomponente ein Grundkörper und die zweite Spannkomponente
ein Spannkörper
ist. An dem Spannkörper
ist eine gegenüber diesem
um eine zweite Drehachse drehbare Riemenscheibe angeordnet. Daneben
ist ein Federelement vorgesehen, über das der Spannkörper gegen
den Grundkörper
verspannbar ist. Daneben ist ein sowohl eine Spannkomponente als
auch das Federelement in wenigstens einem gespannten Zustand der Spannvorrichtung
kraftschlüssig
berührendes
Zwischenelement vorgesehen. Erfindungsgemäß ist eine der Spannkomponente
zugewandte Oberfläche des
Zwischenelements derart gestaltet, dass eine Berührungsfläche zwischen dem Zwischenelement und
der Spannkomponente minimiert wird.
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Unter
einer Minimierung der Berührungsfläche wird
verstanden, dass die Berührungsfläche unter
Außerachtlassung
von pressungsbedingten Schmiegungen minimal ist d. h. im Idealfall
auf eine Punkt- oder Linienbewegung reduziert ist.
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Durch
diese Minimierung der Berührungsfläche kann,
wie unten genauer erläutert
wird, die Reibung bzw. der Reibkoeffizient zwischen dem Zwischenelement
und der Spannkomponente verkleinert werden
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Bevorzugt
ist das Zwischenelement derart zwischen dem Federelement und der
Spannkomponente angeordnet, dass ein sich aus der kraftschlüssigen Berührung zwischen
dem Zwischenelement und der Spannkomponente ergebender Kraftfluss
im Wesentlichen in radialer Richtung bezüglich der ersten Drehachse
verläuft.
Vorzugsweise verläuft
der Kraftfluss in einer Richtung, die derjenigen Kraft, die das
Kippmoment bewirkt, entgegengesetzt ist.
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Unter
einer bezüglich
der ersten Drehachse radialen Richtung wird eine Richtung verstanden,
die auf der Drehachse senkrecht steht. Unter einem Grundkörper wird
ein Basisteil oder Basiselement verstanden, welches vorzugsweise
fest am Motorblock oder Teilen der Karosserie befestigt und damit stationär angeordnet
ist. Gegenüber
diesem Grundkörper
ist der Spannkörper
drehbar oder schwenkbar gelagert. Bei der Riemenscheibe handelt
es sich um dasjeni ge Element, welches in einen Riemen eingreift,
um diesen zu spannen. Dabei ist es jedoch auch denkbar, dass die
Riemenscheibe in Form eines Kettenrads ausgelegt ist, welches in
eine zu spannende Kette eingreift.
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Die
erste Drehachse und die zweite Drehachse sind zueinander seitlich
versetzt angeordnet und bevorzugt im Wesentlichen parallel.
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Bei
dem Federelement handelt es sich vorzugsweise um eine Schraubenfeder
oder Drehschenkelfeder. Durch das Federelement wird die erste Spannkomponente
gegenüber
der zweiten, d. h. der Spannkörper
gegenüber
dem Grundkörper
vorgespannt. Dabei wird unter einem Vorspannen verstanden, dass
das Federelement den Spannkörper
in einer vorgegebenen Richtung, beispielsweise einer vorgegebenen
Drehstellung gegenüber
dem Grundkörper
belastet.
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Bei
einem Spannen der ersten Spannkomponente gegenüber der zweiten Spannkomponente wird
das Zwischenelement durch das Federelement auf die drehbar gelagerte
Spannkomponente, z.B. den Spannkörper
zu bewegt.
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Durch
eine kraftschlüssige
Berührung
mit der drehbar gelagerten Spannkomponente wirkt das Zwischenelement
der Verkippung durch die von dem Riemen verursachte, meist gegenüber der
Lagerung axial versetzt angreifende Kraft auf die Riemenscheibe
entgegen. Über
die der Spannkomponente zugewandte Oberfläche erfolgt der Kraftschluss
zwischen der Spannkomponente und dem Zwischenelement und der Kraftfluss
wird von dem Federelement über die
Oberfläche
auf die Spannkomponente übertragen.
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Bevorzugt
ist das Zwischenelement in derjenigen radialen Richtung angeordnet,
in der die Kraft des zu spannenden Riemens auf den Spannkörper wirkt.
Besonders bevorzugt überträgt das Zwischenelement
eine von dem Federelement ausgeübte
Kraft auf den Spannkörper.
Auf diese Weise werden, wie unten im Detail dargestellt wird, die
auf die Spannkomponente wirkenden Kräfte entkoppelt.
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Durch
die Minimierung der Berührungsfläche zwischen
dem Zwischenelement und der Spannkomponente wird erreicht, dass
die durch diese Berührung
zusätzlich
entstehende Dämpfung
bzw. Reibung gering gehalten wird. Genauer wird die Berührungsfläche im Wesentlichen
auf eine Punkt- oder Linienberührung
minimiert. Diese Punkt- oder Linienberührung ermöglicht eine Pressungsverteilung,
die der Hertzschen Pressung bei Wälzlagern ähnlich ist und auf diese Wiese
durch eine erhöhte
Schmiegung einen erniedrigten Reibkoeffizienten.
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Bevorzugt
ist die der Spannkomponente zugewandte Oberfläche des Zwischenelements abgerundet
und besonders bevorzugt weist diese Fläche ein Profil auf, das aus
einer Gruppe von Profilen ausgewählt
ist, welche kugelsegmentförmige
Profile, ellipsensegmentförmige
Profile, zylindersegmentförmige
Profile und dergleichen enthält.
Auch die Spannkomponente weist bevorzugt in demjenigen Bereich, der
mit besagter Oberfläche
des Zwischenelements in Berührung
steht, eine gekrümmte
Oberfläche
auf.
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Durch
diese Profile wird die Auflagefläche des
Zwischenelements mit der Spannkomponente auf eine Punkt- oder Linienberührung (im
Falle eines zylinderförmigen
Profils) minimiert.
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Bevorzugt
ist die der Spannkomponente zugewandte Oberfläche schräg bezüglich der Drehachse X angeordnet.
Damit wird erreicht, dass eine Linienberührung nicht genau parallel
zu der Drehachse X verläuft,
sondern hierzu in einem gewissen Winkel gedreht. Dieser Winkel liegt
zwischen 0° und
30°, bevorzugt
zwischen 0° und
20°, und
besonders bevorzugt zwischen 5° und
10°. Durch
diese Winkellage wird die Pressung optimiert. Im Einzelnen wird
die Geometrie des Zwischenelements mit dem vorgegebenen Winkel zur
Drehachse versehen, wodurch das Zwischenelement parallel zu einer
entsprechend konischen Kontur der Spannkomponente ausgerichtet wird
und somit eine Pressungsverteilung ähnlich der Hertzschen Pressung
bei Wälzlagern
begünstigt wird.
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Bevorzugt
weist das Zwischenelement einen Kopfbereich auf, an dem die der Spannkomponente zugewandte
Oberfläche
angeordnet ist. Daneben ist ein stegartiger Bereich vorgesehen,
auf dem der Kopfbereich angeordnet ist. Durch diese Anordnung kann,
wie unten im Detail gezeigt wird, die Montage der Spannvorrichtung
erleichtert werden. Der stegartige Bereich wird bevorzugt durch
eine Aussparung in der anderen Spannkomponente, d. h. derjenigen Spannkomponente,
die nicht mit der oben genannten Oberfläche in Berührung steht, geführt. Dies
wird unter Bezugnahme auf die Figuren genauer erläutert.
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Bevorzugt
ist diejenige Spannkomponente, mit der die zugewandte Oberfläche des
Zwischenelements in Kontakt steht, der Spannkörper. Das bedeutet, dass das
Zwischenelement in radialer Richtung zwischen dem Federelement und
dem Spannkörper angeordnet
ist. Je nach Ausführung
der Spannvorrichtung kann das Zwischenelement auch mit dem Grundkörper in
Berührung
stehen. Auch so ist es grundsätzlich
möglich,
denjenigen Kräften,
die das ungewollte Kippmoment verursachen, entgegenzuwirken.
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Bevorzugt
ist das Zwischenelement von beiden Enden des Federelements wenigstens
geringfügig
beabstandet. Dies bedeutet, dass das Zwischenelement nicht am Ende
des Federelements angeordnet ist, sondern wenigstens geringfügig dazu
beabstandet. Damit wird erreicht, dass das Zwischenelement wenigstens
teilweise an einem gekrümmten Bereich
und nicht nur an einem oftmals geradlinigen Endbereich des Federelements
anliegt. Damit können
im Wesentlichen gleichmäßige Kräfte in der
radialen Richtung übertragen
werden. Daneben ist sichergestellt, dass die oben genannte Entkopplung der
Kräfte
wirkungsvoll auftritt.
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Vorzugsweise
geht die Kraft, die über
das Zwischenelement auf die Spannkomponente übertragen wird, von einem Bereich
des Federelements aus, der von beiden Enden des Federelements wenigstens
geringfügig
beabstandet ist. Diese Enden des Federelements stellen die äußersten
Endflächen bzw.
Endpunkte des Federelements dar.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
steht das Zwischenelement mit wenigstens zwei Windungen des Federelements
in Kontakt. Auf diese Weise kann die Reibwirkung mit dem gesamten
Federelement und damit eine Dämpfungswirkung
auf das Federelement selbst erhöht
werden. Durch diese Dämpfungswirkung
gegenüber
dem Federelement wird die Anfälligkeit
des Federelements gegen Brüche
infolge von Resonanzen gemindert.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist das Federelement einen ersten der Riemenscheibe abgewandten
Endbereich und einen zweiten der Riemenscheibe zugewandten Endbereich
auf.
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Unter
dem der Riemenscheibe zugewandten Endbereich des Federelements wird
derjenige Endbereich verstanden, der näher an der Riemenscheibe angeordnet
ist, als ein zweiter Endbereich des Federelements. Dieser zweite
Endbereich des Federelements wird damit als der Riemenscheibe abgewandt bezeichnet.
Vorzugsweise erstreckt sich die Längsrichtung des Federelements
im Wesentlichen parallel zu der ersten Drehachse.
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Vorzugsweise
steht der erste Endbereich des Federelements mit dem Grundkörper in
kraftschlüssiger
Verbindung und der zweite Endbereich steht in Verbindung mit dem
Spannkörper.
Es ist jedoch auch die umgekehrte Ausgestaltung denkbar, je nach
Ausführung
der Spannvorrichtung.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das Zwischenelement näher
an dem ersten Endbereich als an dem zweiten Endbereich des Federelements
angeordnet. Dies bedeutet, dass das Zwischenelement insbesondere
im Bereich des Grundkörpers
angeordnet ist, um auf diese Weise besonders effizient die durch
eine Bewegung des Spannkörpers
gegenüber
dem Grundkörper
auftretenden Kräfte
abfangen zu können.
Dabei werden insbesondere die Lagerkanten geschont.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
liegt das Zwischenelement bezüglich
des Federelements radial innen d. h. in radialer Richtung von außen betrachtet
befindet sich zunächst
das Federelement, anschließend
das Zwi schenelement und schließlich
der Spannkörper
bzw. ein Teil des Spannkörpers.
Bei dieser Ausführungsform
wird sich das Federelement im Falle einer Belastung des Spannkörpers im
Radius verringern und sich damit auf die Drehachse des Spannkörpers zu
bewegen.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist das Zwischenelement wenigstens eine im Wesentlichen ebene
Oberfläche
auf. Diese ebene Oberfläche
kann an einem entsprechend eben gestalteten Bereich des Federelements
insbesondere an einem ebenen Endbereich des Federelements anliegen.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist der Spannkörper
einen zylinderförmigen
Abschnitt auf. Dieser zylinderförmige
Abschnitt ist bevorzugt im Wesentlichen rotationssymetrisch bezüglich der
Drehachse des Spannkörpers gegenüber dem
Grundkörper
angeordnet. Der zylinderförmige
Abschnitt erstreckt sich bevorzugt in einem wesentlichen Bereich
der Drehachse des Spannkörpers
gegenüber
dem Grundkörper.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist der zylinderförmige
Abschnitt in demjenigen Bereich, in dem das Zwischenelement angeordnet
ist, eine verringerte Wanddicke auf. Auf diese Weise kann das Zwischenelement
an diesem Bereich mit verringerter Wanddicke angelegt werden. Das
Federelement ist bevorzugt derart gegenüber der Drehachse angeordnet,
dass die Drehachse gleichzeitig auch eine Rotationsachse des Federelements
bildet. Durch das Vorsehen eines Bereichs mit verringerter Wandstärke können diese
Symmetrien beibehalten werden, ohne dass hierzu die gesamte Vorrichtung
vergrößert werden
muss, da die radialen Ausmaße
des Zwischenelements zumindest teilweise durch die verringerte Wandstärke kompensiert werden.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist das Zwischenelement wenigstens eine Oberfläche auf, deren Kontur auf die
Kontur einer Windung des Federelements angepasst ist. Vorzugsweise
weist das Zwischenelement eine Nut auf, in die eine oder mehrere
Windungen des Federelements eingreifen. Auch können mehrere Nuten vorgesehen
sein. Auf diese Weise wird ein besonders günstiger Reibkontakt zwischen
dem Federelement und dem Zwischenelement bewirkt.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
liegt das Zwischenelement bezüglich
des Federelements radial außen.
Dies bedeutet, dass in einer Richtung von außen nach innen zunächst ein Bereich
des Spannkörpers
angeordnet ist, anschließend
das Zwischenelement und anschließend das Federelement. Bei
dieser Ausführungsform
werden bei einem Spannen der Spannvorrichtung die Windungen des
Federelements nach außen
gedrückt und
nicht wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform nach innen. Der
Reibkontakt besteht auch bei dieser Ausführungsform zwischen dem Zwischenelement
und dem Spannkörper
und bevorzugt auch zwischen einer oder mehrerer Windungen dieses
Federelements und dem Zwischenelement. Bei einer weiteren Ausführungsform
kann das Zwischenelement auch radial nach außen gegen den Grundkörper gedrückt werden.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das Zwischenelement aus einem Material gefertigt, welches aus
einer Gruppe von Materialien ausgewählt ist, welche Kunststoffe
insbesondere Thermoplaste, Duroplaste und dergleichen enthält. Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird
als Material des Zwischenelements Polyamid bzw. PTFE verwendet.
Es sind jedoch auch andere Materialien für das Zwischenelement denkbar
wie beispielsweise Metalle und insbesondere aber nicht ausschließlich Aluminium.
Bevorzugt ist das Zwischenelement aus einem im Wesentlichen verschleißfesten
Material gefertigt. Die Verwendung eines Kunststoffes hat den Vorteil,
dass dessen Reibkoeffizient bei einer Erhöhung der Schmiegung zwischen
den gegeneinander gepressten Oberflächen abnimmt.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Spannvorrichtung eine Reibscheibe auf, deren Ebene im
Wesentlichen senkrecht zu der ersten Drehachse liegt. Durch diese
Reibscheibe wird, falls gewünscht,
eine zusätzliche Dämpfung zwischen
dem Spannkörper
und dem Grundkörper
bewirkt. Zu diesem Zweck ist besonders bevorzugt zwischen der Reibscheibe
und dem Spannkörper
wenigstens eine Reibschicht vorgesehen.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Spannvorrichtung eine Lagerbuchse auf, mittels der der
Spannkörper
schwenkbar gelagert ist.
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Die
vorliegende Erfindung ist weiterhin auf einen Riemenantrieb, insbesondere
für Kraftfahrzeuge,
gerichtet, der wenigstens eine Spannvorrichtung der oben beschriebenen
Art aufweist. Es können
jedoch auch mehrere derartiger Spannvorrichtungen zum Spannen mehrerer
Riemen oder auch Kettenantriebe vorgesehen sein.
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Weiterhin
ist die Erfindung auf einen Motor und insbesondere einen Verbrennungsmotor
gerichtet, der wenigstens eine Spannvorrichtung der oben beschriebenen
Art aufweist.
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Die
Erfindung ist ferner auf ein Kraftfahrzeug gerichtet, welches einen
Motor mit einer Spannvorrichtung der oben beschriebenen Art aufweist.
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Kurze
Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile und Ausführungsformen
ergeben sich aus den beigefügten
Zeichnungen.
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Darin
zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Spannvorrichtung
einer ersten Ausführungsform;
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2 eine
Draufsicht auf die Spannvorrichtung aus 1;
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3 eine
Draufsicht auf die Spannvorrichtung während der Montage, und
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4 eine
Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Spannvor richtung.
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Detaillierte
Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1 in
einer ersten Ausführungsform.
Diese weist eine schematisch gezeigte Riemenscheibe 5 auf,
die einen (nicht gezeigten) Riemen spannt. In diesem Falle wird
die Spannkraft des Riemens durch den dargestellten Pfeil P1 veranschaulicht,
d.h. sie wirkt in 1 von links nach rechts.
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Die
Riemenscheibe 5 ist drehbar um eine zweite Drehachse Y
angeordnet. Weiterhin ist die Riemenscheibe auf einem (nicht im
Detail gezeigten) Spannarm angeordnet und dieser Spannarm ist wiederum
gegenüber
einer ersten Drehachse X drehbar gelagert. Der Spannarm ist Bestandteil
eines Spannkörpers 4.
Dieser Spannkörper 4 ist
gegenüber
einer Hohlwelle 6 mit Gleitlagerbuchsen 16 drehbar
gelagert. Der Spannkörper 4 weist
einen im Wesentlichen zylinderförmigen
Bereich 14 auf, der um die Drehachse X herum angeordnet
ist. Die Hohlwelle 6 ist auf einem Bolzen 27 angeordnet,
mit dessen Hilfe sie in axialer Richtung gegenüber einem Grundkörper 3 gesichert
wird.
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Der
Grundkörper 3 ist
fest am Motorblock angeordnet. Mittels eines Federelements 8 wird
der Spannkörper 4 gegenüber dem
Grundkörper 3 belastet
bzw. gespannt. Dabei bewirkt die Kraft des Federelements 8 bei
der in 1 gezeigten Ausführungsform, dass die Riemenscheibe 5 in
einer Draufsicht von oben auf die Riemenscheibe 5 gegenüber dem Grundkörper 3 bezüglich der
ersten Drehachse X in eine Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn gedrängt wird.
Das Federelement 8 könnte
jedoch auch entsprechend umgekehrt angeordnet sein und eine Belastung
im Uhrzeigersinn bewirken. Der Grundkörper 3 weist einen
umlaufenden Stützabschnitt 32 zum Stützen der
Hohlwelle 6 auf.
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Ein
erster Endbereich 8a des Federelements ist im Wesentlichen
kraftschlüssig
mit dem Grundkörper
verbunden. Dazu wird dieser Endbereich 8a innerhalb einer
Ausnehmung 17, die in dem Grundkörper 3 angeordnet
ist, eingebracht, in radialer Richtung von außen durch einen äußeren Seitenrand 17a der
Ausnehmung 17, und von unten her durch einen Boden 17b der
Ausnehmung 17 gehalten. Ein zweiter (nicht gezeigter) oberer
Endbereich des Federelements wird in einer (nicht gezeigten) Ausnehmung des
Spannkörpers
gehalten.
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Das
Federelement 8 weist eine Vielzahl von Windungen 18 auf.
Die Anzahl dieser Windungen wirkt sich auf die Federkonstante des
Federelements 8 in der hier dargestellten Ausführungsform
aus. Bei der hier gezeigten Ausführungsform
sind 3 Windungen 18 vorgesehen, es wären jedoch auch wesentlich
mehrere Windungen beispielsweise 10 Windungen denkbar. Der oben
erwähnte
zylinderförmige
Bereich 14 des Spannkörpers 4 weist
in dieser Ausführungsform
einen abgestuften Außenumfang
auf, genauer nimmt der Außenumfang
des zylinderförmigen Körpers der 1 von
oben nach unten ab.
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Der
unterste Abschnitt 14a des zylinderförmigen Bereichs 14 weist,
wie aus 1 ersichtlich, eine leicht konische
Umfangsfläche
auf, d.h. der Durchmesser des unteren Abschnitts 14a nimmt
von unten nach oben zu. Durch diese konische Kontur des zylinderförmigen Bereichs
und damit des Spannkörpers
kann eine Pressungsverteilung ähnlich
der Hertzschen Pressung bei Wälzlagern
gefördert
werden. Der mittlere Bereich 14b des zylinderförmigen Bereichs 14 weist
einen größeren Querschnitt
auf als der unterste Abschnitt 14a. Dieser Bereich dient,
wie unten gezeigt, einer Montage der Spannvorrichtung.
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Der
obere Abschnitt 14c des zylinderförmigen Bereichs weist einen
gegenüber
dem mittleren Bereich vergrößerten Querschnitt
auf und dient zum Stützen
des Federelements 8 beim Spannen der Spannvorrichtung.
Genauer gesagt legt sich das Federelement in gespannten Zustand
an den obersten Abschnitt 14c an.
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Der
Winkel, um den der Umfang des unteren Abschnitts gegenüber der
Drehachse geneigt ist, liegt im Bereich von 7°–8°.
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Die
Wandstärke
des zylinderförmigen
Abschnitts 14 bzw. des untersten Ab schnitts 14a ist
in demjenigen Bereich, in dem das Zwischenelement 11 anliegt,
geringer, um auf diese Weise trotz des Zwischenelements die Symmetrien
beibehalten zu können.
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In 1 sind
durch die Pfeile P1–P3
die auf den Spannkörper
wirkenden Kräfte
dargestellt. Dabei sind aus Gründen
der Übersichtlichkeit
nur diejenigen Kräfte
eingezeichnet, die auf den Spannkörper wirken und Drehmomente
in der Ebene der in 1 gezeigten Darstellung erzeugen.
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Da
die erste Drehachse X und die zweite Drehachse Y seitlich gegeneinander
versetzt sind, wird die Lagerung zwischen dem Grundkörper 3 und dem
Spannkörper 4 nicht
nur radial sondern zusätzlich
mit einem Kippmoment belastet. Bei einer entlang des Pfeils P1 ausgeübten Kraft
auf die Riemenscheibe treten die durch die Pfeile P2 und P3 verursachten
einseitigen Kräfte
auf die Lagerbuchse 6 auf.
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Diese
beiden Kräfte
bewirken, dass insbesondere die äußeren Lagerkanten überbelastet
werden. Erfindungsgemäß wird den
durch die Pfeile P2 und P3 dargestellten Kräften entgegengewirkt.
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Zwar
wäre es
theoretisch denkbar, ein Gegendrehmoment auf den Spannkörper durch
die axiale Kraft der Feder, d.h. eine Kraft der Feder in der Richtung
der Drehachse X zu bewirken. Da jedoch diese Kraft nur leicht exzentrisch
eingeleitet wird, und die Axialkraft der Feder relativ gering ist,
könnte
auf diese Weise kein ausreichendes entgegenwirkendes Drehmoment
erzeugt werden. Dennoch wird bevorzugt diese Axialkraft des Federelements
zusätzlich genutzt.
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Durch
die Einhängung
des Federelements mit einem äußeren und
einem inneren Abstützpunkt wirkt
sich bei einer konventionellen Anordnung das Drehmoment der Feder
als ein Kräftepaar
(gleiche Richtung und Höhe)
auf die Anschlussteile d.h. den Grundkörper 3 und den Spannkörper 4 aus.
Der Abstand dieser Kräfte
zum Drehpunkt der Verkippung ist jedoch annährend gleich, sodass sich auch
hier kein nennenswertes entgegenwirkendes Drehmoment er gibt.
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Daher
werden erfindungsgemäß in dem
ersten Endbereich 8a des Federelements 8, d.h.
der dem Spannkörper 4 entgegen
gesetzten Einhängung des
Federelements bei dessen Befestigung an dem Grundkörper die
auftretenden Kräfte
entkoppelt. Eine Kraft wirkt sich auf den Grundkörper 3 aus und die andere
Kraft wirkt sich über
das Zwischenelement 11 auf den Spannkörper 4 aus. Diese
andere Kraft ist durch den Pfeil P4 veranschaulicht und wirkt, wie
gesagt, auf den Spannkörper
und damit dem ungewollten durch die obigen Kräfte verursachten Kippmoment
entgegen. Da diese Kraft in einem relativ hohem Abstand zu dem Drehpunkt
der Verkippung angreift, genügt
bereits eine vergleichsweise geringe Kraft, um dem Kippmoment wirkungsvoll
entgegenzuwirken.
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Die
Kraft entlang des Pfeils P4 entsteht, weil sich infolge einer Verdrehung
des Spannkörpers
gegenüber
dem Grundkörper
der Radius des Federelements 8 verkleinert und das Zwischenelement 11 daher
auf den Spannkörper 4 drückt.
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Das
Zwischenelement ist zwischen dem Federelement 8 und dem
Spannkörper 4,
genauer gesagt dem zylinderförmigen
Abschnitt 14 des Spannkörpers 4 angeordnet.
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Durch
die Anordnung des Zwischenelements 11 wird jedoch entlang
des Pfeils P4 die Kraft nicht direkt auf den Spannkörper übertragen
sondern auf das Zwischenelement 11. Dieses Zwischenelement 11 kann
in radialer Richtung von dem Federelement gegen den Spannkörper 4 gedrückt werden.
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Das
Zwischenelement 11 ist zwischen dem Spannkörper 4 und
dem Grundkörper 3 in
im Wesentliche derjenigen radialen Richtung angeordnet, in der die
Kraft des Riemens auf die Riemenscheibe wirkt, also in Richtung
des Pfeils P1.
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Das
durch die Kraft in Richtung des Pfeils P4 erzeugte Kippmoment ist
aufgrund der Normalkraft des Federelements dem oben erwähnten Kippmoment aufgrund
der resultierenden Riemenkraft (Pfeile P2 und P3) entgegen gerichtet
und führt
zur einer Verringerung oder Kompensation der Kippmomente in dem
Gleitlager 16 bzw. der Hohlwelle 6.
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Durch
diese Verringerung bzw. sogar vollständige Kompensierung des von
der Riemenspannkraft verursachten Kippmomentes kann die Kontaktfläche zwischen
der Hohlwelle 6 und der Lagerbuchse 16 vergrößert werden.
Damit wird die Flächenbelastung
der Gleitlagerbuchsen reduziert und die Gleitlagerlebensdauer sowie
die Gesamtlebensdauer der Spannvorrichtung um ein Vielfaches gesteigert.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf die Spannvorrichtung entlang der Linie A-A aus 1.
Das Zwischenelement 11 weist eine dem Spannkörper 4 zugewandte
Außenoberfläche 11a auf.
Diese Oberfläche
ist radial in Richtung der Drehachse X in Richtung des Spannkörpers 6 gekrümmt. Auf
diese Weise wird erreicht, dass der Kontakt zwischen der Oberfläche 11a des
Zwischenelements und dem Spannkörper
im Wesentlichen punkt- oder linienförmig verläuft, je nachdem, ob die Oberfläche 11a kugelsegmentförmig bzw.
ellipsensegmentförmig
oder zylindersegmentförmig
ausgestaltet ist.
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Der
Spannkörper 4 bzw.
dessen zylinderförmiger
Abschnitt 14a weist eine nach außen gekrümmte Oberfläche auf, so dass sich dieser
Abschnitt und die Oberfläche 11a als
entgegengesetzt gekrümmte
Flächen
gegenüber
stehen. Das Zwischenelement 11 weist einen Kopf 11b auf,
an dessen radial nach innen gewandter Seite die Oberfläche 11a angeordnet
ist. Dieser Kopf weist hier eine elliptische Gestalt auf. Denkbar
sind jedoch auch eine kugelförmige
oder zylinderförmige
Gestalt. Durch die aufeinander treffenden gekrümmten Oberflächen wird
eine hohe Schmiegung erreicht und damit infolge verringerter Pressung
eine verringerte Reibung. Unter der Wirkung der radial nach innen wirkenden
Kraft des Zwischenelements ergeben sich bei den aufeinander drückenden
Körpern,
d. h. dem Zwischenelement 11 bzw. dessen Oberfläche 11a und
dem zylinderförmigen
Abschnitt 14a Verformungen, die sich nach der Theorie von
Hertz berechnen lassen. Die Verformungen führen zu einer Verringerung
der Pressung.
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Daneben
weist das Zwischenelement 11 einen stegartigen Bereich 11c auf,
der durch den Grundkörper 3,
genauer gesagt einen Umfangsrand 21 des Grundkörpers ragt.
Zu diesem Zweck weist der Umfangsrand 21 eine Aussparung 22 auf.
Innerhalb dieser Aussparung 22 kann sich das Zwischenelement 11 in
radialer Richtung bewegen, wird in Drehrichtung jedoch von dem Grundkörper 3 bzw. dem
Umfangsrand 21 mitgenommen.
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Die
Aussparung 22 ist stufenartig gestaltet und weist einen äußeren, engeren
Abschnitt 22a auf, der den stegartigen Abschnitt 11c des
Zwischenelements aufnimmt sowie einen inneren Bereich, der den Kopfabschnitt 11b aufnimmt.
Auf diese Weise kann ein Herausfallen des Zwischenelements 11 bei der
Montage radial nach außen
verhindert werden.
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An
dem der Oberfläche 11a gegenüberliegenden
Ende steht das Zwischenelement mit dem Federelement 8 in
Berührung.
Bei der hier gezeigten Ausführungsform
wird bei einem Spannen der Spannvorrichtung das Federelement enger
gezogen und damit das Zwischenelement 11 auf den Spannkörper 4 gedrückt.
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Die
Oberfläche 11d des
Zwischenelements weist, wie am besten aus 1 ersichtlich,
einen Aufnahmebereich für
eine Windung 18 des Federelements auf. Bei einem Spannen
des Spannkörpers wird
der Endbereich 8a des Federelements nach außen gegen
den Rand 17a der Ausnehmung 17 gedrückt.
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Das
Bezugszeichen 15 bezieht sich auf einen radialen Zwischenraum
zwischen dem Grundkörper 3 und
dem Spannkörper 4.
Durch diesen Zwischenraum wird eine Berührung zwischen dem Grundkörper 3 und
dem Spannkörper 4 verhindert.
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Das
Bezugszeichen 19 kennzeichnet einen radialen Zwischenraum
zwischen dem Federelement 8 und dem Grundkörper 3,
genauer, dem Umfangsrand 21 des Grundkörpers 3. Dieser Zwischenraum gewährleistet,
dass sich das Federelement beim Spannen zusammenziehen kann.
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Über die
in den 1 und 2 gezeigten Vorrichtungen hinaus
wäre es
möglich,
die Spannvorrichtung 4 so zu gestalten, dass bei einer
Spannung des Spannkörpers 4 gegenüber dem
Grundkörper
des Radius des Federelements vergrößert wird, d.h. diese nach
außen
gebogen wird. In diesem Falle wäre
das Zwischenelement radial außerhalb
des Federelements angeordnet und würde beim Spannen an den Innenumfang
eines Bereichs des Spannkörpers
drücken.
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Auch
wäre es
möglich,
die in 1 gezeigte Vorrichtung so umzugestalten, dass
das Federelement an seinem oberen Ende am Grundkörper eingehängt ist und an seinem unteren
Ende am Spannkörper.
In diesem Falle würde
das Zwischenelement sich gegenüber
einer Oberfläche
des Grundkörpers 3 abstützen.
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3 zeigt
eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Spannvorrichtung entlang
der Linie A-A aus 1 während der Montage. Während der Montage
ist das Federelement noch nicht oder jedenfalls noch nicht voll
gespannt. Daher hat das Zwischenelement 11 noch ein gewisses
Spiel zwischen dem Innenumfang des Federelements 8 und
dem Außenumfang
des zylinderförmigen
Abschnitts 14 des Spannkörpers 4. Daher wird
zwischen dem zylinderförmigen
Abschnitt 14 und dem Zwischenelement ein Zwischenraum 23 gebildet,
der genutzt werden kann, um während
der Montage den Spannkörper 4 und den
Grundkörper 3 zusammenzufügen.
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Der
Zwischenraum 23 wird auch dadurch erreicht bzw. vergrößert, dass
sich der zylinderförmige Abschnitt 14a von
unten nach oben verjüngt
und umgekehrt die Oberfläche 11a des
Zwischenelements an diese konische Oberfläche angepasst ist. Auch die
Oberfläche 11b des
Zwischenelements liegt zu Beginn der Montag noch nicht unmittelbar
an dem Federelement 8 an. Die Krümmung der Oberfläche 11a bewirkt
ebenfalls eine Vereinfachung der Montage, da der geringste Abstand
zwischen der Oberfläche 11a und
den zylinderförmigen
Ab schnitt 14 des Spannkörpers 4 entlang
der Mittellinie M auftritt. Damit behindern sich auch nicht das
Zwischenelement 11 und der zylinderförmige Abschnitt 14 des
Spannkörpers 4,
der in dem Bereich, der in 3 unterhalb des
Zwischenelements liegt, wieder in seiner Wandstärke zunimmt.
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4 zeigt
die Spannvorrichtung aus den 1 und 2 in
einer Explosionsansicht. Das Federelement 8 weist zwei
Endbereiche 8a und 8b auf. Der Endbereich 8a liegt,
wie in 2 gezeigt, in einer Ausnehmung 17.
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Das
Zwischenelement 11 weist, wie oben gesagt, eine Oberfläche 11d auf,
die an dem Federelement 8 anliegt. Daneben ist ein vertikal
nach oben d. h. in axialer Richtung ragender Steg 11e angeordnet, der
eine weitere Windung das Federelement berühren kann.
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An
dem Grundkörper 3 ist
der Umfangsrand 21 gezeigt, der in seiner Umfangsrichtung
eine Aussparung 22 aufweist. Der Umfangsrand weist einen geraden
Abschnitt 21a auf, an dem radial außen ein Bereich des Federelements 8 anliegt.
Der Umfangsrand 21 dient auch zum Stützen des Federelements 8 während der
Spannbewegung.
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Der
zylinderförmige
Abschnitt 14 weist einen mittleren Abschnitt 14b auf,
der ebenfalls beim Spannen der Spannvorrichtung als Anlagefläche für die Feder
dient. Der Spannkörper 4 weist
einen Spannarm 9 auf, an dessen in 4 gezeigten,
einem Ende die Riemenscheibe drehbar um die Achse Y angeordnet ist.
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Bei
der Montage kann das drehbar gelagerte Element, d.h. der Spannkörper während einer
Radialbewegung des Zwischenelements 11, die, wie oben erwähnt, durch
das Aufziehen der Feder verursacht wird, einschnäbeln und auf diese Weise wird
ein axiales Verschieben des Spannkörpers während des Fügevorgangs ermöglicht.
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Genauer
gesagt, erlaubt die kugel- oder ellipsenförmige Form des Kopfteils 11b bzw.
der Oberfläche 11a,
dass beim Einschub des Spannkörpers 4 diese
axiale Bewegung nicht dadurch verhindert wird, dass der Abschnitt 14a des
Spannkörpers
an dem Zwischenelement 11 anstößt. Auch durch einen in axialer
Richtung ragenden Bereich 11e des Zwischenelements wird
die Verschiebbarkeit des Spannkörpers
gegenüber
dem Grundkörper
in axialer Richtung gefördert.
Wie am besten in 1 erkennbar, ist der in die
axiale Richtung ragende Bereich 11e des Zwischenelements 11 ebenfalls
abgeschrägt.
Diese Schräge
dient zur Montage, d. h. zur axialen Verschiebung des Spannkörpers 4 gegenüber dem Grundkörper 3.
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Bei
der Montage wird das Federelement 8 mit dem Endbereich 8a in
die Aussparung 17 eingebracht und entsprechend mit dem
Endbereich 8b in eine (nicht gezeigte) Ausnehmung in dem
Spannkörper 4.
Anschließend
werden der Spankörper 4 und der
Grundkörper 3 derart
gedreht, dass sich der Querschnitt des Federelements verringert.
Das Zwischenelement 11 wird dadurch nach innen geschoben.
Aufgrund der gekrümmten
Oberfläche
kann jedoch der Bereich 14a und damit der Spannkörper 4 noch
axial eingeschoben werden. Sobald sich die Oberfläche 11a und
der untere Abschnitt 14 radial gegenüberstehen, ist eine weitere
axiale Verschiebung des Spannkörpers 4 gegenüber dem
Grundkörper 3 für die Durchführung eines
Fügevorgangs
möglich.
-
Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem
Stand der Technik neu sind.
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- 1
- Spannvorrichtung
- 3
- Grundkörper
- 4
- Spannkörper
- 5
- Riemenscheibe
- 6
- Hohlwelle
- 8
- Federelement
- 9
- Spannarm
- 11
- Zwischenelement
- 11a
- dem
Spannkörper 4 zugewandte
Oberfläche des
Zwischenelements 11
- 11b
- Kopf
des Zwischenelements 11
- 11c
- stegartiger
Bereich des Zwischenelements 11
- 11d
- dem
Federelement zugewandte Oberfläche des
Zwischenelements 11
- 11e
- in
axiale Richtung ragender Bereich des Zwischenelements
- 14
- zylinderförmiger Bereich
des Spannkörpers
- 14a
- unterster
Abschnitt des zylinderförmigen
Bereichs 14
- 14b
- mittlerer
Abschnitt des zylinderförmigen
Bereichs 14
- 14c
- oberer
Abschnitt des zylinderförmigen
Bereichs 14
- 15
- Zwischenraum
zwischen Grundkörper 3 und Spannkörper 4
- 16
- Lagerhülse
- 17
- Ausnehmung
- 17a
- äußerer Seitenrand
der Ausnehmung 17
- 17b
- Boden
der Ausnehmung 17
- 18
- Windungen
- 19
- Zwischenraum
zwischen dem Federelement 8 und dem Grundkörper 3
- 21
- Umfangsrand
des Grundkörpers 3
- 21a
- gerader
Abschnitt des Umfangrands 21
- 22
- Aussparung
des Umfangrands 21
- 22a
- äußerer engerer
Abschnitt der Aussparung 22
- 22b
- innerer
breiterer Abschnitt der Aussparung 22
- 23
- Zwischenraum
zwischen Zwischenelement 11 und Spannkörper 4 während Montage
- 27
- Bolzen
- 32
- Stützabschnitt
- M
- Mittelebene