DE102006019877A1

DE102006019877A1 - Mechanische Spannvorrichtung

Info

Publication number: DE102006019877A1
Application number: DE200610019877
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Bauer
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2026-04-29
Also published as: DE102006019877B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mechanische Vorrichtung zum Spannen und Führen sowie zum richtungsabhängigen Dämpfen der Schwingungen des Zugmittels eines Zugmitteltriebs, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, mit einem von einer Spannfeder beaufschlagten Spannhebel, der ein gegen das Zugmittel angefedertes Andrückelement aufweist. Die gewünschte Unsymmetrie des Dämpfverhaltens mit einem einfachen und dauerhaften Aufbau der Spannvorrichtung zu verwirklichen, gelingt dadurch, dass die Vorrichtung mindestens einen in Spannrichtung kreisbogenförmig ausgebildeten Spannhebel (3) aufweist, der innerhalb einer dazu passenden, ebenfalls kreisbogenförmig ausgebildeten, gehäusefesten Führungsschiene (2) gelagert sowie kreisbogenförmig geführt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine mechanische Vorrichtung zum Spannen und Führen sowie zum richtungsabhängigen Dämpfen der Schwingungen des Zugmittels eines Zugmitteltriebs, insbesondere nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung
Ein Zugmitteltrieb ist ein schwingungsfähiges System aus Zugmittel und Spanner. Um ein lagestabiles Zugmittel zu erzielen, ist die Dämpfung von dessen Schwingungen erforderlich. Die Dämpfung ist besonders wirkungsvoll, wenn die Spannbewegung des Spannhebels mit schwacher Dämpfung und dadurch hoher Spanngeschwindigkeit erfolgt und dessen Gegenbewegung stark gedämpft ist.
Ein solches Spannsystem ist in der DE 44 28 560 A1 beschrieben. Es weist eine mechanische Vorrichtung zum Spannen und Führen sowie zum richtungsabhängigen Dämpfen der Schwingungen des Zugmittels eines Zugmitteltriebs, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, auf. Obige mechanische Vorrichtung besitzt einen Spannhebel, der von einer Spannfeder beaufschlagt wird und dessen Spannmittel gegen das Zugmittel angefedert ist.
Eine Kunststofflagerschale des Spannhebels der obigen Vorrichtung weist tangential geneigte Lamellen auf. Wird die Kunststofflagerschale durch den Spannhebel im Sinne der Neigung der Lamellen verdreht, werden diese quasi „mitgeschleppt". Dadurch werden deren radiale Anpresskraft an eine motorfeste Metallschwenkachse und damit deren Reibmoment vermindert. Durch eine Bewegung der Lamellen gegen deren Neigung, richten sich diese auf und erhöhen so die radiale Anpresskraft der Kunststofflagerschale und damit deren Reib- bzw. Dämpfungsmoment. Auf diese Weise wird eine richtungsabhängige Dämpfung erzielt.
Nachteilig ist an dieser Lösung, dass die Lamellen einer permanenten Biege-Wechselspannung unterworfen sind, die zu deren raschen Verschleiß führt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Spannvorrichtung zu schaffen, die eine richtungsabhängige Dämpfung und einen einfachen und dauerhaften Aufbau aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1.
Aufgrund der kreisbogenförmigen Ausbildung des Spannhebels und dessen Führungsschiene übt der durch die resultierende Riemenkraft belastete Spannhebel eine Normalkraft auf die Führungsschiene, insbesondere auf de ren Reibbeläge, aus. Die Normalkraft verursacht eine Reibkraft, die der jeweiligen Bewegungsrichtung des Spannhebels entgegen gerichtet ist. Im Gegensatz dazu ist die Richtung von Spannfederkraft und resultierender Riemenkraft unabhängig von der Bewegungsrichtung des Spannhebels. Bewegt sich dieser in Spannrichtung der Spannfeder, addieren sich Reib- und Spannfederkraft. Dadurch erhöhen sich die Normalkraft und in deren Folge die Dämpfung der Einwärtsbewegung des Spannhebels, die zur Beruhigung der Riemenschwingungen führt.
Bei umgekehrter, also auswärtsgerichteter Spannbewegung subtrahieren sich Spannfederkraft und Reibkraft. Die durch Subtraktion der Reibkraft verminderte und durch Addition derselben erhöhte Spannfederkraft hat auf die Kennlinie der ungedämpften Spannfederkraft bezogen eine unsymmetrische Dämpfung zur Folge, die das gewünschte rasche Nachspannen des Zugmittels und zugleich dessen Beruhigung ermöglicht.
Es ist von Vorteil, dass der Spannhebel und die Führungsschiene einen vorzugsweise rechteckigen Querschnitt aufweisen und dass zumindest die Führungsschiene als Hohlprofil ausgebildet ist.
Diese Lösung erlaubt eine einfache Anbringung der Reibbeläge und eine exakte Führung des Spannhebels.
Außer einem rechteckigen Querschnitt des Spannhebels sind beispielsweise auch Kreis-, U- und T-Profile für denselben denkbar.
Die Reibbeläge werden an den Innenflächen der kreisbogenförmig gekrümmten Schmalseiten der Führungsschiene befestigt und stehen mit den entsprechenden Schmalseiten des Spannhebels durch dessen Normalkräfte in Druckkontakt.
Die Reibbeläge können auch an den kreisbogenförmig gekrümmten Schmalseiten des Spannhebels befestigt werden. Dadurch sind in Verbindung mit unter schiedlichen Materialien für Spannhebel und Führungsschiene unterschiedliche Reibpaarungen möglich.
An den äußeren Breitseiten des Spannhebels oder an den inneren Breitseiten der Führungsschiene sind seitliche Führungen befestigt, die gegenüber der Führungsschiene bzw. dem Spannhebel Bewegungsspiel aufweisen. Da die Führungen vorzugsweise aus gleitfähigem Kunststoff bestehen, ist eine exakte und verschleißarme seitliche Führung des Spannarms gewährleistet.
Eine einfache Unterbringung der Spannfeder wird dadurch erreicht, dass das rechteckige Hohlprofil der Führungsschiene ein offenes Ende aufweist, in das der wenigstens eine Spannhebel einschiebbar und gegen die in der Führungsschiene angeordnete und am geschlossenen Ende derselben anliegende Spannfeder abstützbar ist.
Vorteilhaft ist auch, dass die erfindungsgemäße Spannvorrichtung als Kreisbogenpendelspanner für einen riemengetriebenen Startergenerator ausbildbar ist. Dazu besitzt eine modifizierte Führungsschiene zwei offene Enden, in die zwei Spannhebel einschiebbar sind. Diese sind auf Reibbelägen geführt und durch eine zwischen den beiden Spannhebeln angeordnete Spannfeder gegenseitig abgestützt. Dadurch wird der mit dieser Betriebsart verbundene Wechsel von Zug- und Leertrum automatisch durchgeführt.
Die Länge der Führungsschiene kann bei unveränderter Länge von Spannhebel und Spannfeder durch Abstützen der Spannfeder im Inneren des Spannhebels vermindert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind.
Dabei zeigen:
1 einen Längsschnitt durch einen mechanisch gedämpften Kreisbogenspanner;
1a einen Querschnitt A-A durch den Kreisbogenspanner von 1;
1b ein Detail aus 1 mit im Spannhebel abgestützter Spannfeder;
2 einen Längsschnitt durch einen mechanisch gedämpften Kreisbogenpendelspanner;
2a ein Detail aus 2 mit einer in dem Spannhebel abgestützten Spannfeder.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Spannen und Führen sowie zum richtungsabhängigen Dämpfen der Schwingungen des Zugmittels eines Zugmitteltriebs, insbesondere für einen Verbrennungsmotor.
Die Vorrichtung wird aufgrund ihrer erfindungsgemäßen Formgebung als Kreisbogenspanner bezeichnet. Der Kreisbogenspanner 1 weist einen in Spannrichtung kreisbogenförmig ausgebildeten Spannhebel 3 auf, der in ein offenes Ende 18 einer dazu passenden, ebenfalls kreisbogenförmig ausgebildeten, gehäusefesten Führungsschiene 2 einschiebbar und in derselben gelagert und kreisbogenförmig geführt ist.
An der Führungsschiene 2 sind zwei Befestigungsflansche 4, 4' vorgesehen, mit deren Hilfe dieselbe an einem nicht dargestellten Gehäuse befestigt ist.
Der Spannhebel 3 ist auf Gleit-Reibbelägen 5, 5' gelagert, die auf einer Innenfläche 10, 10' einer Schmalseite 11, 11' der Führungsschiene 2 an derselben befestigt sind.
An einem riemennahen Ende 6 des Spannhebels 3 sind eine Spannrolle 7 oder eine nicht dargestellte Kettenschiene für einen Kettentrieb vorgesehen. Ein Pfeil 8 zeigt die Richtung der auf die Spannrolle 7 und den Spannhebel 3 wirkenden resultierenden Riemenkraft an.
An einem zugmittelfernen Ende 6' des Spannhebels 3 befindet sich eine auf ein geschlossenes Ende 19 der Führungsschiene 2 gestützte und damit gehäusefeste Spannfeder 9, die zum Spannen des Riemens bzw. der Kette dient. Je nach benötigter Kraftrichtung ist die Spannfeder 9 als Zug- oder Druckfeder ausgebildet, die den Spannhebel 3 in der Führungsschiene 2 nach innen zieht oder nach außen drückt.
1a zeigt einen Querschnitt A-A durch den im Längsschnitt dargestellten Kreisbogenspanner 1 der 1. Die Führungsschiene 2 und der Spannhebel 3 weisen einen rechteckigen Querschnitt auf. Die Führungsschiene 2 ist als Hohlprofil ausgebildet, in das der Spannhebel 3 einschiebbar ist. Dieser besitzt aus Gründen der Gewichtsersparnis ebenfalls ein Hohlprofil.
Der Gleit-Reibbelag 5, 5' ist an einer Innenfläche 10, 10' der kreisbogenförmig gekrümmten Schmalseite 11, 11' der Führungsschiene 2 befestigt. Er steht über die in Richtung des Pfeils 16 wirkende Normalkraft des Spannhebels 3 mit einer kreisbogenförmig gekrümmten Schmalseite 17, 17 desselben in Druckkontakt, die auch in 1 beziffert ist.
An äußeren Breitseiten 12, 12' des Spannhebels 3 sind seitliche Führungen 13, 13' aus gleitfähigem Kunststoff befestigt, die gegenüber inneren Breitseiten 14, 14' der Führungsschiene 2 Bewegungsspiel aufweisen. Dadurch ist eine exakte und verschleißarme seitliche Führung des Spannhebels 3 sichergestellt.
In 1b ist ein Spannhebel 3a dargestellt, dessen Spannfeder 9 aus Platzgründen in seinem Inneren abgestützt ist.
Der erfindungsgemäße Kreisbogenspanner funktioniert folgender Maßen:
Die kreisbogenförmige Ausbildung von Spannhebel 3 und Führungsschiene 2 verursacht durch die resultierende Riemenkraft bzw. Spannfederkraft eine auf die Gleit-Reibbeläge 5, 5' wirkende Normalkraft, die eine gegen die Bewegungsrichtung des Spannhebels wirkende Reibkraft 20, 20' zur Folge hat. Da die Richtung der Reibkraft 20, 20' sich mit der Bewegungsrichtung des Spannhebels 3 ändert, die Richtung von Spannfederkraft und Riemenkraft jedoch konstant sind, addieren oder subtrahieren sich die Reibkräfte und die Riemen- bzw. Spannfederkräfte.
Bei Bewegung des Spannhebels 3 in Spannrichtung der Spannfeder 9 (d. h. „einwärts") wirken die Reibkräfte 20 in Richtung der Spannfederkraft, wodurch diese und folglich auch die resultierende Riemenkraft steigen. Dadurch wird die Normalkraft auf die Gleit-Reibbeläge 5, 5' ebenfalls erhöht, wodurch Reibkraft und Dämpfung weiter steigen.
Die entgegengesetzt (d. h. „auswärts") gerichtete Bewegung des Spannhebels 3 führt zu reduzierter Reibung und Dämpfung. Dies hat eine zur Spannfederkennlinie asymmetrische Dämpfung des Kreisbogenspanners 1 zur Folge. Dadurch wird wie erwünscht ein schwach gedämpftes rasches Nachspannen des Zugmittels und ein stark gedämpftes Ausschwingen desselben kombiniert.
In 2 ist ein Längsschnitt durch eine mechanisch gedämpfte Spannvorrichtung dargestellt, die aufgrund ihrer erfindungsgemäßen Formgebung als Kreisbogenpendelspanner bezeichnet wird.
Der Kreisbogenpendelspanner 15 weist eine modifizierte, über Befestigungsflansche 4, 4' gehäusefest gemachte Führungsschiene 2' mit zwei offenen Enden 18' auf, in die je ein mit einer Spannrolle 7 bestückter Spannhebel 3' ein schiebbar ist. Diese sind auf je zwei, im inneren der modifizierten Führungsschiene 2' befestigten Gleit-Reibbelägen 5, 5' gelagert und kreisbogenförmig geführt. Die beiden Spannhebel 3' sind über eine zwischen ihnen angeordnete Spannfeder 9' gegenseitig abgestützt. Dadurch eignet sich diese Lösung für einen riemengetriebenen Startergenerator. Der mit dieser Betriebsart verbundene Wechsel von Zug- und Leertrum des Riemens erfolgt hierbei automatisch.
2a zeigt eine Spannfeder 9', die aus Platzgründen im Inneren der Spannhebel 3a' abgestützt ist.

1: Kreisbogenspanner
2: Führungsschiene
2': modifizierte Führungsschiene
3, 3', 3a, 3a': Spannhebel
4, 4': Befestigungsflansch
5, 5': Gleit-Reibbelag
6: riemennahes Ende des Spannhebels
6': riemenfernes Ende des Spannhebels
7: Spannrolle
8: resultierende Riemenkraft
9, 9': Spannfeder
10, 10': Innenfläche der Schmalseite der Führungsschiene
11, 11': Schmalseite der Führungsschiene
12, 12': äußere Breitseite des Spannhebels
13, 13': seitliche Führung
14, 14': innere Breitseite der Führungsschiene
15: Kreisbogenpendelspanner
16: Normalkraft
17, 17': Schmalseite des Spannhebels
18, 18': offenes Ende der Führungsschiene
19: geschlossenes Ende der Führungsschiene
20, 20': Reibkraft

Claims

Mechanische Vorrichtung zum Spannen und Führen sowie zum richtungsabhängigen Dämpfen der Schwingungen des Zugmittels eines Zugmitteltriebs, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, mit einem von einer Spannfeder beaufschlagten Spannhebel, der ein gegen das Zugmittel angefedertes Andrückelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens einen in Spannrichtung kreisbogenförmig ausgebildeten Spannhebel (3, 3') aufweist, der innerhalb einer dazu passenden, ebenfalls kreisbogenförmig ausgebildeten, gehäusefesten Führungsschiene (2, 2') gelagert sowie kreisbogenförmig geführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Spannhebel (3, 3') einen rechteckigen Querschnitt und die Führungsschiene (2, 2') ein rechteckiges Hohlprofil aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an Innenflächen (10, 10') von kreisbogenförmig ausgebildeten Schmalseiten (11, 11') der Führungsschiene (2, 2') Gleit-Reibbeläge (5, 5') befestigt sind, mit denen die Normalkraft übertragenden Schmalseiten (17, 17') des Spannhebels (3, 3') in Druckkontakt stehen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an äußeren Breitseiten (12, 12') des Spannhebels (3, 3') oder an inneren Breitseiten (14, 14') der Führungsschiene (2, 2') seitliche Führungen (13) befestigt sind, die gegenüber der Führungsschiene (2, 2') bzw. gegenüber dem Spannhebel (3, 3') Bewegungsspiel aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Führungen (13, 13') vorzugsweise aus gleitfähigem Kunststoff bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das rechteckige Hohlprofil der Führungsschiene (2) ein offenes Ende (18) aufweist, in das der wenigstens eine Spannhebel (3) einschiebbar und gegen eine vorzugsweise in der Führungsschiene (2) angeordnete und an einem geschlossenen Ende (19) derselben anliegende Spannfeder (9) abstützbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das rechteckige Hohlprofil der modifizierten Führungsschiene (2') zwei offene Enden (18) aufweist, in die je ein Spannhebel (3') einschiebbar ist und dass beide Spannhebel (3') sich spiegelbildlich gegenüberliegend auf die Enden einer gemeinsamen Spannfeder (9') abstützen.
Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannfeder (9, 9') alternativ innerhalb des Spannhebels (3a, 3a') abgestützt ist.