DE102006040672A1

DE102006040672A1 - Mechanische Spannsysteme für Zugmittelgetriebe

Info

Publication number: DE102006040672A1
Application number: DE200610040672
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. Hartmann; Thorsten Dipl.-Ing. Liebel (FH); Thomas Dipl.-Ing. Mennerat
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2008-03-06

Abstract

Mechanisches Spannsystem für Zugmittelgetriebe mit einem gegenüber einem Grundelement (1) verschwenkbaren Hebelelement (2), an dessen distalem Ende eine drehbar gelagerte Rolle (3) zum Spannen des Zugmittels angeordnet ist, wozu eine zwischen der Schwenkachse (4) des Hebelelements (2) und dem Grundelement (1) wirkende Torsionsfeder (5) vorgesehen ist, wobei die Schwenkachse (4) am Grundelement (1) gleitgelagert ist, wobei zur gleichmäßigen Belastung der Gleitlagerung das Grundelement (1) mit Mitteln zur radialen Führung mindestens eines Druckstücks (9) versehen ist, das sich mit dem inneren Ende radial gegen die rotationssymmetrische Schwenkachse (4) des Hebelelements (2) abstützt und vom gegenüberliegenden Ende her durch die im gespannten Zustand eingeschnürte Torsionsfeder (5) kraftbeaufschlagt ist, so dass das Druckstück (9) eine Radialkraft auf eine Kontaktstelle an der Schwenkachse (4) ausübt, die einem ebenfalls auf die Schwenkachse (4) von der Rolle (3) her einwirkenden Kippmoment entgegenwirkt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mechanisches Spannsystem für Zugmittelgetriebe mit einem gegenüber einem Grundelement verschwenkbaren Hebelelement, an dessen distalem Ende eine drehbar gelagerte Rolle zum Spannen des Zugmittels angeordnet ist, wozu eine zwischen der Schwenkachse des Hebelelements und dem Grundelement wirkende Torsionsfeder vorgesehen ist, wobei die Schwenkachse am Grundelement gleitgelagert ist.
Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Kraftfahrzeugtechnik. Viele Verbrennungskraftmaschinen in Kraftfahrzeugen sind mit Zugmittelgetrieben ausgestattet, um beispielsweise die Drehbewegung der Kurbelwelle zum Antrieb anderer Aggregate – beispielsweise Kühlmittelpumpe oder Ventilator – zu nutzen. Darüber hinaus ist es jedoch auch denkbar, mechanische Spannsysteme der hier interessierenden Art auch außerhalb der Kraftfahrzeugtechnik einzusetzen, beispielsweise im Rahmen des Maschinen- und Anlagenbaus und dergleichen, nämlich überall dort, wo Zugmittelgetriebe zum Einsatz kommen, welche ein mechanisches Spannsystem zur Gewährleistung einer ausreichenden Haftreibung zwischen dem Zugmittel und dem zugeordneten Antriebs- oder Abtriebsrad bedürfen. Mechanische Spannsysteme der hier interessierenden Art erzeugen die erforderliche Riemenspannung über eine integrierte mechanisch vorgespannte Feder.
Aus der EP 0 780 597 B1 geht ein gattungsgemäßes mechanisches Spannsystem hervor. Das Spannsystem besteht im Wesentlichen aus einem ortsfest zu montierenden Grundelement, an dem ein Hebelelement verschwenkbar angebracht ist. Endseitig des Hebelelements ist eine Rolle zum Spannen eines Keilriemens als Zugmittel angeordnet, die um ihre eigene Achse drehbar gelagert ist. Seitens des Grundelements ist ein angeformter Schwenkstift vorgesehen, auf dem über ein Hohlzylinderteil das Hebelelement gelagert ist. Schwenkstift und Hohlzylinderteil des Hebelelements bilden dabei eine Gleitlagerung.
Das Spannsystem bezieht seine mechanische Vorspannung über eine Torsionsfeder, die mit einem Ende am Schwenkarm befestigt ist und mit dem anderen Ende am Grundelement fixiert ist. Die Torsionsfeder erzeugt eine mit einer Dämpfungseinrichtung zusammenwirkende Federkraft, welche eine Normalkraftkomponente erzeugt, die im Wesentlichen in der gleichen Richtung wirkt wie eine vom Hebelelement auf das Hohlzylinderteil übertragende Riemenkraftkomponente, welche eine Art Nabenlast bildet. Diese Nabenlast und die Normalkraftkomponente werden von zwei axial zueinander beabstandeten Lagerflächen am Schwenkstift aufgenommen. Beider Lagerflächen haben eine definierte axiale Erstreckung, welche für einen als Reaktion auf die Nabenlast und die Normalkraftkomponente auftretenden Kontakt mit mittlerem Andruck bemessen ist, und zwar derart, dass der radiale Verschleiß jeder Lagerfläche im Wesentlichen mit der gleichen Rate erfolgt. Dieser gleichmäßige Verschleiß wird also durch eine gleichmäßige Lastaufteilung über eine angepasste Länge der Lagerflächen erzielt.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass insbesondere die ebenfalls vom Hebelelement auf die Gleitlagerung einwirkende Kipplast verschleißverursachend ist.
Diese Kipplast führt zu einer Kantenbelastung auf die Gleitlager und damit zu entsprechendem Verschleiß und weiterer Verkippungszunahme des Hebelements und damit der mit dem Zugmittel zusammenwirkenden Rolle gegenüber der Anschraubebene. Übersteigt diese Verkippung eine hinnehmbare Toleranz, kann das mechanische Spannsystem die bestimmungsgemäße Funktion nicht mehr erfüllen und ist auszutauschen.
Vor dem Hintergrund des vorstehend diskutierten Standes der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein mechanisches Spannsystem für Zugmittelgetriebe zu schaffen, der sich durch eine hohe Lebensdauer auszeichnet, und dessen Verkippungszunahme über die Laufzeit minimal ist.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem mechanischen Spannsystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass zur gleichmäßigen Belastung der Gleitlagerung das Grundelement des Spannsystems mit Mitteln zur radialen Führung mindestens eines Druckstücks versehen ist, das mit dem inneren Ende radial gegen die rotationssymmetrische Schwenkachse des Hebeelements und vom gegenüberliegenden Ende her durch die im gespannten Zustand eingeschnürte Torsionsfeder kraftbeaufschlagt ist, so dass das Druckstück eine Radialkraft auf eine Kontaktstelle an der Schwenkachse ausübt, die dem ebenfalls auf die Schwenkachse von der Rolle her einwirkenden Kippmoment entgegenwirkt.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht insbesondere darin, dass durch die aktiv beaufschlagten Kompensationsmittel bereits die Verschleißursache bekämpft wird. Damit beschränkt sich die erfindungsgemäße Lösung nicht – wie beim vorstehend diskutierten Stand der Technik – auf Dimensionierungsmaßnahmen zur Reduzierung der Auswirkungen verschleißverursachender Kräfte. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen führt der Gleitlagerver schleiß zu einer erheblich verkleinerten Verkippungsänderung, welche im Idealfall zu Null wird. Da sich das Hebelelement relativ zu dem Druckstück bewegt, wird außerdem eine Zuatzdämpfung erzeugt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, die Mittel zur radialen Führung des Druckstücks in der Grundplatte als eine formschlüssig mit dem Druckstück zusammenwirkende Ausnehmung auszubilden. Eine solche Ausnehmung lässt sich in fertigungstechnisch einfacher Weise beim Druckstück umsetzen und gewährleistet in radialer Richtung die gewünschte Verschiebung des Druckstücks zur Erfüllung des erfindungsgemäßen Zwecks.
Gemäß einer weiteren, die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, eine formschlüssig wirkende Verliersicherung des Druckstücks vorzusehen, um eine einfache Montage zu gewährleisten. Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform kann das Druckstück zwecks Verliersicherung einen die Grundplatte außenradial umgreifenden Halteabschnitt aufweisen. Der Halteabschnitt besitzt eine im Wesentlichen U-förmige Gestalt und verhindert im Zusammenwirken mit der Ausnehmung ein allzu leichtes Lösen des Druckstücks von der Grundplatte. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, zwecks Verliersicherung die Ausnehmung der Grundplatte mit einer nach radial innen gerichteten Nut zu versehen, welche mit einem T-förmigen Halteabschnitt des Druckstücks zusammenwirkt.
Vorzugsweise besteht das im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung zum Einsatz kommende Druckstück aus Kunststoff, welcher mit einem PTFE-Gleitzusatz versehen ist, um die Gleitreibung zwischen Druckstück und Grundelement zu minimieren. Es ist ausreichend, wenn das Druckstück an den zumindest druckbelasteten Stellen mit einem solchen PTFE-Gleitzusatz oder einer PTFE-Gleitbeschichtung versehen ist, um Material zu sparen.
Ferner ist es denkbar, mehrerer Druckstücke nebeneinander entlang eines zur Kraftkompensation wirkenden Winkelsektors am Grundelement anzuordnen. Ein geeigneter Winkelsektor muss kleiner als 180° sein, um die gewünschte kompensierende Kraftwirkung zu erzielen. Idealerweise sollte weiterhin das dem Grundelement zugeordnete Ende der Torsionsfeder gegenüberliegend des mindestens einem Druckstücks angeordnet sein. Dies führt zu einer stabileren Kraft auf das mindestens eine Druckstück, da die Torsionsfeder in ihrer Einspannung am Grundelement nur wenig verschoben wird. Jede Verschiebung des Endes der Torsionsfeder beeinflusst das Drehmoment des Spannsystems und reduziert unerwünschterweise die Kraftwirkung auf das mindestens eine Druckstück.
Werden mehrere Druckstücke zur Umsatzsetzung der erfindungsgemäßen Lösung gewählt, so ist es von Vorteil, diese durch einen Steg miteinander zu verbinden, um bei der Montage nur ein Bauteil in die Ausnehmung(en) am Grundelement einlegen zu müssen.
Gemäß einer weiteren, die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Schwenkachse durch einen zapfartigen Ansatz am Hebelelement ausgebildet ist, der mit einer korrespondierenden Gleitlagerschale seitens des Grundelements zusammenwirkt. Dabei sollte vorteilhafterweise der mit dem zumindest einen Druckstück zusammenwirkende Bereich der Schwenkachse konisch ausgebildet sein. Diese Maßnahme erzeugt am Hebelelement eine zusätzliche Kraftkomponenten in axialer Richtung, welche die Axialkraft der Feder unterstützt.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht eines mechanischen Spannsystems im zusammengebauten Zustand,
2 eine Explosionsdarstellung des Spannsystems nach 1
3 eine perspektivische Ansicht eines Grundelements mit eingelegtem Druckstück,
4 einen Längsschnitt durch ein Grundelement mit formschlüssig hieran gehaltenen Druckstück nach einer ersten Ausführungsform,
5 einen Längsschnitt durch ein Grundelement mit formschlüssig hieran gehaltenen Druckstück nach einer zweiten Ausführungsform.
Gemäß 1 besteht ein mechanisches Spannsystem im Wesentlichen aus einem ortsfest gegenüber – einer hier nicht weiter dargestellten – Trägerkonstruktion zu montierenden Grundelement 1, an welchem ein dem gegenüber verschwenkbares Hebelelement 2 angebracht ist. Das Hebelelement 2 weist am distalen Ende eine drehbar gelagerte Rolle 3 zum Spannen des – ebenfalls hier nicht weiter dargestellten – Zugmittels auf. Zum Spannen ist zwischen der Schwenkachse 4 des Hebelelements 2 und dem Grundelement 1 eine vorgespannte Torsionsfeder 5 vorgesehen.
Wie detaillierter der 2 zu entnehmen ist, ist die durch einen zapfenartigen Ansatz am Hebelelement 2 ausgebildete Schwenkachse 4 durch eine korrespondierende Gleitlagerschale 6 seitens des Grundelements 1 gleitgelagert. Das dem Grundelement 1 zugeordnete Ende 7 der Torsionsfeder 5 ist in etwa gegenüberliegend einer radial gerichteten Ausnehmung 8 im Grundelement 1 eingespannt. Die Ausnehmung 8 dient der radialen Führung eines hierin einzulegenden Druckstücks 9 durch die Grundplatte 1.
Das Druckstück 9 besteht aus Kunststoff, der zwecks Vermeidung unerwünschter Gleitreibung mit einem PTFE-Gleitzusatz versehen ist.
Im montierten Zustand stützt sich das Druckstück 9 mit dem inneren Ende radial gegen die rotationssymmetrische Schwenkachse 4 des Hebelelements 2 ab. Vom gegenüberliegenden Ende her wird das Druckstück 9 durch die im gespannten Zustand eingeschnürte Torsionsfeder 5 kraftbeaufschlagt. Die Kraft beaufschlagung führt dazu, dass das Druckstück 9 eine Radialkraft auf die zugeordnete Kontaktstelle an der Schwenkachse 4 ausübt, die einem ebenfalls auf die Schwenkachse 4 von der Rolle 3 her einwirkenden Kippmoment – verursacht durch die Belastung des Zugmittels – entgegenwirkt. Diese Maßnahme führt zu einer gleichmäßigen Belastung der Gleitlagerung zwischen Grundelement 1 und Hebelelement 2.
Gemäß 3 steht das Druckstück 9 im montierten Zustand innerhalb der Grundplatte 1 nach radial außen leicht über, was die – hier nicht dargestellte – Torsionsfeder leicht außermittig versetzt, um die gewünschte Kompensationskraft auf das Druckstück 9 aufzubringen.
Entsprechend 4 kann das Druckstück 9' gemäß einer abweichenden Ausführungsform mit einem U-förmigen Halteabschnitt 10 versehen sein. Der Halteabschnitt 10 hintergreift die Grundplatte 1 im Randbereich, so dass durch den hiermit bewirkten Formschluss eine Verliersicherung des Druckstücks 9' gegenüber der Grundplatte 1 bei der Montage geschaffen ist.
In der alternativen Ausführungsform nach 5 weist zwecks Verliersicherung die Ausnehmung 8 der Grundplatte 1 einen sich entlang der Bewegungsrichtung des Druckstücks 9' erstreckenden Nutbereich 11 auf, der mit einem T-förmigen Halteabschnitt 12 des Druckstücks 9'' zusammenwirkt, um ebenfalls eine formschlüssige Verbindung zu schaffen.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen. Es sind vielmehr auch Abweichungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, mehr als nur ein Druckstück 9 zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Kompensationskraft für das Kippmoment der Schwenkachse 4 einzusetzen. In diesem Falle sollten die mehreren Druckstücke 9 zur Erleichterung der Montage über Stege miteinander verbunden sein.
Durch den Einsatz beispielsweise zweier Druckstücke wird auch eine Stabilisierung des Schwenkhebels senkrecht zu der Resultierenden erreichen, was ein mögliches Pendeln des Schwenkhebels wirksam reduziert gegenüber durch das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel realisierten Zwei-Punkt-Auflage entsteht so eine Drei-Punkt-Auflage, welche vergleichsweise stabiler ist. Durch mehrere Druckstücke wird zusätzlich die Last am Umfang besser verteilt, ebenso wie die Wärmequellen, welche durch Reibung entstehen, so dass die Wärmeabgabe verbessert wird und damit die Lebensdauer weiter erhöht wird.
Weiterhin braucht die Schwenkachse 4 nicht zylindrisch geformt zu sein. Eine leicht konische Gestaltung mit Verjüngung in Richtung des Schwenkachsenendes erzeugt eine zusätzliche axiale Kraftkomponente am Schwenkhebel, welche die Axialkraft der Feder unterstützt.

1: Grundelement
2: Hebelelement
3: Rolle
4: Schwenkachse
5: Torsionsfeder
6: Gleitlagerschale
7: Ende
8: Ausnehmung
9: Druckstück
10: Halteabschnitt
11: Nutbereich
12: Halteabschnitt

Claims

Mechanisches Spannsystem für Zugmittelgetriebe mit einem gegenüber einem Grundelement (1) verschwenkbaren Hebelelement (2), an dessen distalem Ende eine drehbar gelagerte Rolle (3) zum Spannen des Zugmittels angeordnet ist, wozu eine zwischen der Schwenkachse (4) des Hebelelements (2) und dem Grundelement (1) wirkende Torsionsfeder (5) vorgesehen ist, wobei die Schwenkachse (4) am Grundelement (1) gleitgelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur gleichmäßigen Belastung der Gleitlagerung das Grundelement (1) mit Mitteln zur radialen Führung mindestens eines Druckstücks (9) versehen ist, das sich mit dem inneren Ende radial gegen die rotationssymmetrische Schwenkachse (4) des Hebelelements (2) abstützt und vom gegenüberliegenden Ende her durch die im gespannten Zustand eingeschnürte Torsionsfeder (5) kraftbeaufschlagt ist, so dass das Druckstück (9) eine Radialkraft auf eine Kontaktstelle an der Schwenkachse (4) ausübt, die einem ebenfalls auf die Schwenkachse (4) von der Rolle (3) her einwirkenden Kippmoment entgegenwirkt.
Mechanisches Spannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur radialen Führung des Druckstücks (9) in der Grundplatte (1) als eine formschlüssig mit dem Druckstück (9) zusammenwirkende Ausnehmung (8) ausgebildet ist.
Mechanisches Spannsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Verliersicherung das Druckstück (9') einen die Grundplatte (1) außenradial umgreifenden Halteabschnitt (10) aufweist (4).
Mechanisches Spannsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Verliersicherung die Ausnehmung (8) der Grundplatte (1) einen nach radialinnen gerichteten Nutbereich (11) aufweist, der mit einem T-förmigen Halteabschnitt (12) des Druckstücks (9'') zusammenwirkt (5).
Mechanisches Spannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Grundelement (1) zugeordnete Ende (7) der Torsionsfeder (5) gegenüberliegend zum mindestens einen Druckstück (9) angeordnet ist.
Mechanisches Spannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (9) aus Kunststoff gefertigt ist und zumindest an den druckbelasteten Stellen mit einem PTFE-Gleitzusatz oder einer PTFE-Gleitbeschichtung versehen ist.
Mechanisches Spannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Druckstücke (9) nebeneinander entlang eines zur Kraftkompensation wirksamen Winkelsektors am Grundelement (1) angeordnet sind.
Mechanisches Spannsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erleichterung der Montage die mehreren Druckstücke (9) über Stege miteinander verbunden sind.
Mechanisches Spannsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (4) durch einen zap fenartigen Ansatz am Hebelelement (2) ausgebildet ist, der mit einer korrespondierenden Gleitlagerschale (6) seitens des Grundelements (1) zusammenwirkt.
Mechanisches Spannsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem mindestens einen Druckstück (9) zusammenwirkende Bereich der Schwenkachse (4) konisch ausgebildet ist.