DE102006047095A1 - Spannvorrichtung - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung richtet sich auf eine Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb, insbesondere für einen Riementrieb der als solcher in eine Brennkraftmaschine eingebunden ist, um Komponenten derselben oder angebaute Aggregate, wie beispielsweise Generatoren, Wasserpumpen, Klimakompressoren oder vergleichbare Einheiten anzutreiben.
- Aus
DE 35 46 901 C2 ist eine Riemenspannvorrichtung bekannt, die einen Befestigungsblock und einen daran schwenkbewegbar gelagerten Schwenkarm umfasst. Diese Riemenspannvorrichtung umfasst ferner eine Torsionsfeder, durch welche ein zwischen dem Befestigungsblock und dem Schwenkarm wirksames Drehmoment erzeugt wird. Durch dieses Drehmoment wird es möglich, eine an dem Schwenkarm angebrachte Spannrolle gegen ein Riementrum, typischerweise ein Leertrum des Riementriebs, zu drängen und hierdurch eine zur Aufrechterhaltung der reibschlüssigen Kopplung der Räder des Riementriebs hinreichende Spannfunktion zu schaffen. Zwischen dem Befestigungsblock und dem Schwenkarm ist weiterhin eine Bremseinrichtung wirksam, durch welche die Bewegung des Schwenkarms mittels Coulomb'scher Reibung gebremst werden kann, wodurch eine Dämpfung von Riemenschwingungen erreicht wird. - Aus
DE 101 31 916 A1 ist ebenfalls eine Spannvorrichtung für Zugmittel, insbesondere eine Riemenspannvorrichtung bekannt. Diese Spannvorrichtung umfasst ebenfalls eine Befestigungsstruktur und einen daran bewegbar gelagerten Schwenkarm der mit einer Spannrolle versehen ist. Die Schwenkbewegung zwischen dem Schwenkarm und der Basisstruktur wird durch ein Buchsenelement gedämpft, das in den Innenbereich einer als Rückstellfeder fungierenden Schraubenfeder eingesetzt ist und als solches Reibkontaktflächen bereitstellt. - Aus
EP 0 967 412 A2 ,DE 100 63 638 A1 ,EP 0 866 240 B1 ,EP 0 450 620 B1 undDE 10 2004 047 422 A1 sind weitere Riemenspannvorrichtungen bekannt die jeweils einen federbelasteten Schwenkarm aufweisen, dessen Schwenkbewegung durch Bremseinrichtungen gedämpft wird. - Weiterhin ist aus
WO 02/068841 - Aufgabe der Erfindung
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung zu schaffen die sich durch einen unter fertigungs- und konstruktionstechnischen Gesichtspunkten vorteilhaften Aufbau, durch ein hohes Maß an Robustheit sowie durch ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnet.
- Erfindungsgemäße Lösung
- Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Spannvorrichtung mit:
- – einem Lagerzapfen,
- – einem auf dem Lagerzapfen in schwenkbewegbarer Weise gelagerten Schwenkarm, und
- – einer Dämpfungseinrichtung zur Generierung einer Reibkraft die als solche die Schwenkbewegung des Schwenkarms um eine durch den Lagerzapfen definierte Schwenkachse dämpft,
- – wobei die Dämpfungseinrichtung ein Reibflächenorgan umfasst, das als solches eine der Reibkraftaufbringung dienende Reibfläche bildet die auf einer Gegenreibfläche aufsitzt, wobei sich diese Spannvorrichtung dadurch auszeichnet,
- – dass die Dämpfungseinrichtung eine Mitnehmereinrichtung und
- – ein mit dieser in Eingriff stehendes Führungsorgan umfasst das das Reibflächenorgan trägt oder bildet,
- – wobei das Führungsorgan auf dem Lagerzapfen derart geführt ist, dass dieses in Richtung der durch den Lagerzapfen definierten Schwenkachse axial verschiebbar ist, und
- – das Führungsorgan eine Umfangswandung bereitstellt die mit der Mitnehmereinrichtung axial verschiebbar in Eingriff steht, zur Einleitung eines auf das Reibflächenorgan wirkenden Reibmomentes in den Lagerzapfen.
- Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb zu schaffen, die insgesamt als relativ kompakte Baugruppe realisiert werden kann und sich durch ein zuverlässig über einen langen Betriebszeitraum gewährleistbares, vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnet. In vorteilhafter Weise wird es möglich, durch Abstimmung der über die Federeinrichtung auf die Führungseinrichtung ausgeübten Federkraft die Dämpfungscharakteristik der Spannvorrichtung abzustimmen. Weiterhin wird es auch möglich, über die Wahl des zur Bildung des Reiborgans verwendeten Werkstoffes Einfluss auf das Brems- bzw. Dämpfungsverhalten der Spannvorrichtung zu nehmen.
- Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Führungsorgan als Tassenstruktur ausgeführt, die als solche eine den Lagerzapfen umsäumende Bodenöffnung aufweist. Diese Bodenöffnung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass diese eine Umfangswandung definiert, die mit einer Außenumfangsfläche des Lagerzapfens derart in Eingriff steht, dass die Tassenstruktur zwar axial verschiebbar, jedoch gegenüber dem Lagerzapfen nicht verdrehbar ist. Diese spezielle Koppelung der Tassenstruktur mit dem Lagerzapfen kann insbesondere erreicht werden, indem an dem Lagerzapfen eine Eingriffsgeometrie, beispielsweise in Form einer Umfangsrändelung, ausgebildet ist, die sich selbsttätig in die Umfangswandung der Tassenstruktur einschneidet. Durch diese zusätzliche Drehkoppelung der Tassenstruktur mit dem Lagerzapfen kann insgesamt eine Belastung der zur Übertragung des Reib-Momentes erforderlichen, an der Tassenstruktur ausgebildeten Eingriffsabschnitte erreicht werden, da das Lastmoment auf mehrere Eingriffsstrukturen aufgeteilt wird.
- Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet das Reibflächenorgan unmittelbar integralen Bestandteil der Tassenstruktur. Diese Tassenstruktur kann insbesondere als Kunststoff-Spritzteil ausgeführt sein. Als Kunststoffmaterial wird vorzugsweise ein unter strukturmechanischen Gesichtspunkten hinreichend tragfähiger sowie thermisch ausreichend belastbarer Kunststoff verwendet. Das Kunststoffmaterial kann mit Füllstoffen, insbesondere Keramik-Füllstoffen ausgestattet sein. Es ist insbesondere möglich, das Reibflächenorgan oder die gesamte Tassenstruktur aus einem Kunststoffmaterial auf Teflonbasis zu fertigen. Die Führungseinrichtung kann auch als Inser-Molding Bauteil ausgeführt sein. Die Verzahnungsabschnitte können hierbei durch einen durch Tiefziehen gefertigten Ringkörper gebildet sein. Die das Reiborgan bildenden Abschnitte können an diesen angespritzt sein.
- Die mit jener Umfangswandung der Tassenstruktur in Eingriff stehende Mitnehmereinrichtung ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Scheibenelement ausgeführt. Dieses Scheibenelement kann eine Zentralbohrung aufweisen, die auf einem Endabschnitt des Lagerzapfens sitzt und mit diesem, beispielsweise durch plastische Umformung, starr gekoppelt ist. Am Außenumfang des Scheibenelementes ist vorzugsweise eine Axialverzahnung ausgebildet, die mit einer Innenumfangsfläche der Tassenstruktur in Eingriff steht und damit eine Aufnahme des in die Tassenstruktur eingekoppelten Reib-Momentes ermöglicht. Alternativ zu der Gestaltung der Mitnehmereinrichtung als Scheibenelement, oder auch in Kombination mit dieser Maßnahme ist es auch möglich, die Mitnehmereinrichtung als Glockenelement auszuführen, das als solches die Tassenstruktur übergreift. Bei dieser Variante wird es möglich, das auf die Tassenstruktur aufgebrachte Reib-Moment über eine an der Außenumfangsfläche der Tassenstruktur ausgebildete Verzahnung in das Glockenelement einzuleiten. Das Glockenelement wiederum kann ähnlich, wie vorangehend bezüglich des Scheibenelementes beschrieben, mit dem Lagerzapfen starr verbunden, insbesondere verschweißt, verstanzt oder anderweitig verpresst oder form- oder kraftschlüssig gekoppelt sein.
- Vorzugsweise ist unmittelbar in eine Innenfläche der Umfangswandung des Tassenelementes eine Axialverzahnung eingeformt, die mit einer komplementär hierzu ausgebildeten Außenverzahnung des Scheibenelementes in Eingriff steht. Die Verzahnungsgeometrie ist vorzugsweise so ausgebildet, dass diese eine relativ leichtgängige Axialverschiebung des Tassenelementes gegenüber dem Scheibenelement ermöglicht, jedoch im wesentlichen keine Relativdrehung zwischen diesen Bauteilen zulässt. Alternativ zu einer Ausgestaltung der vorgenannten, zwischen der Mitnehmereinrichtung und der Tassenstruktur ausgebildeten Verzahnung als reine Axial-Verzahnung ist es auch möglich, diese Verzahnung als Schräg-Verzahnung auszubilden. Hierdurch wird es möglich, für die beiden Schwenkrichtungen des Spannhebels unterschiedlich starke Reib-Momente zu generieren, da über diese Schräg-Verzahnung die Anpresskraft des Reiborgans an die entsprechende Gegenreibfläche in Abhängigkeit von der Schwenkrichtung erhöht oder erniedrigt wird.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Federeinrichtung vorgesehen, die das Reibflächenorgan gegen die genannte Gegenreibfläche drängt. Diese Federeinrichtung kann insbesondere als Wellfeder ausge führt sein, die als solche in einem Zwischenraum sitzt, der sich zwischen einer Unterseite des Scheibenelementes und einer dieser zugewandten Innenfläche des Tassenelementes befindet. Das Tassenelement kann so ausgebildet sein, dass dieses eine zur zuverlässigen Positionierung dieser Wellfeder geeignete Federsitzstruktur definiert. Die Wellfeder kann unmittelbar auf einer Außenfläche des Tassenelementes sitzen. Vorzugsweise jedoch ist zwischen jenes Tassenelement und die Wellfeder eine Unterlegscheibe eingesetzt, die als solche die mechanische Belastung der Tassenstruktur im Bereich der Auflagezonen des Federelementes reduziert.
- Die vorgenannte, mit dem Reibflächenorgan in Reibkontakt stehende Gegenreibfläche wird vorzugsweise unmittelbar durch einen Stirnflächenabschnitt des Schwenkarms gebildet, der als solcher den Lagerzapfen umsäumt. Es ist möglich, diese Gegenreibfläche durch eine Umfangsnut zu bilden, die vorzugsweise einen im wesentlichen V-förmigen Querschnitt aufweist. Hierdurch wird es möglich, das Reibflächenorgan als Keilring auszuführen, über welches bereits bei geringen Axialkräften besonders hohe Reib-Momente übertragen werden können. Bei der Gestaltung des Reibflächenorgans als Keilring wird insgesamt eine vorteilhafte Zentrierung und Radialführung des Tassenelementes erreicht. Weiterhin kann durch dieses Reibflächenorgan ein relativ großes Materialvolumen bereitgestellt werden, sodass hierdurch eine besonders hohe Lebensdauer der Spannvorrichtung gewährleistet werden kann. Der Schwenkarm der Spannvorrichtung sitzt vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer Lagerstruktur, insbesondere wenigstens einer Gleitlagerbuchse auf dem Lagerzapfen. Der Lagerzapfen ist vorzugsweise an einer Basisplatte fixiert. Durch diese Basisplatte wird vorzugsweise auch die Axialposition des Schwenkarms festgelegt. Es ist möglich, in einem zwischen einer Stirnfläche des Schwenkarms und der Basisplatte definierten Bewegungsspalt ein Scheibenelement anzuordnen, das einen hinreichend leichtgängigen, geräuscharmen Lauf des Schwenkarms gegenüber der Basisplatte ermöglicht. Auch dieses Scheibenelement kann aus einem Werkstoff gefertigt sein dessen Reibeigenschaften zur Erreichung der geforderten Dämpfungswirkung der Spannvorrichtung beitragen. Insbesondere ist es möglich, bei der erfindungsgemäßen Anordnung des Schwenkarms auf dem Lagerzapfen diesen zwischen zwei axial vorbelasteten Reibflächenstrukturen zu führen und entsprechend mit einem Dämpfungs-Moment zu beaufschlagen.
- Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
-
1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung einschließlich einer zur Generierung einer Spannkraft vorgesehenen Spannfedereinrichtung, -
2 eine Detail-Darstellung zur Erläuterung des Innenaufbaus einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, -
3 eine weitere Detail-Schnittdarstellung zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der Dämpfungseinrichtung einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung; -
4 eine Detail-Darstellung zur Veranschaulichung der Verankerung der Mitnehmereinrichtung an dem Lagerzapfen, -
5 eine Skizze zur Veranschaulichung des Eingriffs der an der Umfangswandung des Führungsorgans ausgebildeten Verzahnung mit der Mitnehmereinrichtung, -
6 eine Detail-Darstellung zur Veranschaulichung des Konzepts zur bedarfsgerechten Positionierung der Mitnehmereinrichtung zur Festlegung der Presskraft der Federeinrichtung, -
7 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung der an einer Außenumfangsfläche des Zapfenelementes und einer Innenumfangs fläche einer Bohrung der Mitnehmereinrichtung ausgebildeten Eingriffsstruktur, -
8 eine Detail-Darstellung zur Veranschaulichung des Abdichtungskonzeptes zur Abdichtung eines Bewegungsspaltes unmittelbar durch das Reibelement, -
9 eine Detail-Darstellung zur Veranschaulichung der Verankerung des Schwenkzapfens in der Basisplatte, -
10 eine Detail-Darstellung zur Veranschaulichung der Gestaltung des Reiborgans sowie der zur Bildung der Gegenreibfläche vorgesehenen Umfangsnut. - Die in
1 dargestellte Spannvorrichtung dient als solche der Einleitung einer Querkraft Q in einen Zugmitteltrieb, insbesondere einen Riementrieb. Die Spannvorrichtung umfasst einen Lagerzapfen1 und einen auf dem Lagerzapfen1 schwenkbewegbar gelagerten Schwenkarm2 . Die Spannvorrichtung ist weiterhin mit einer Dämpfungseinrichtung3 versehen die dazu dient, ein Reib- oder Dämpfungs-Moment zu generieren, durch welches die Schwenkbewegung des Schwenkarms2 um eine durch den Lagerzapfen1 definierte Schwenkachse X gedampft wird. Die Dämpfungseinrichtung die in ihrem Aufbau in Verbindung mit den nachfolgenden Figuren noch ausführlich erläutert werden wird, umfasst ein Reibflächenorgan9 (2 ) das als solches eine der Reibkraftaufbringung dienende Reibfläche bildet, die auf einer Gegenreibfläche aufsitzt. - Die zur Generierung der zur Spannung des Riemens vorgesehene Querkraft Q wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine Spannfedereinrichtung
4 generiert, die sich als solche an einem seitens des Schwenkarms2 vorgesehenen Spannfederabstützabschnitt5 abstützt. Alternativ zu der hier dargestellten Aufbringung der Spannkraft durch eine von außen an den Schwenkarm2 angreifende Spannfedereinrichtung4 ist es auch möglich, den Schwenkarm2 ander weitig mit Kräften oder einem Drehmoment zu beaufschlagen, um letztlich die an dem Schwenkarm2 gelagerte Spannrolle6 gegen ein Zugmittel zu drängen. - Die hier gezeigte Spannvorrichtung eignet sich insbesondere für den Verbau in einer Brennkraftmaschine, um einen zum Antrieb von Nebenaggregaten vorgesehenen Flachriemen, insbesondere Poly-V Riemen zu spannen.
- Wie aus
2 ersichtlich, zeichnet sich die erfindungsgemäße Spannvorrichtung dadurch aus, dass die Dämpfungseinrichtung3 eine Mitnehmereinrichtung7 und ein mit dieser in Eingriff stehendes Führungsorgan8 umfasst. Das Führungsorgan8 , trägt das zur Reibkraftaufbringung vorgesehene Reibflächenorgan9 . Das Führungsorgan8 ist auf dem Lagerzapfen1 derart geführt, dass dieses in Richtung der durch den Lagerzapfen1 definierten Schwenkachse X in die hier durch das Pfeilsymbol P angedeutete Richtung axial verschiebbar ist. Das Führungsorgan8 ist weiterhin derart ausgebildet, dass dieses eine Umfangswandung8a bereitstellt, die mit der Mitnehmereinrichtung7 derart bewegbar in Eingriff steht, dass das Führungsorgan8 gegenüber der Mitnehmereinrichtung ebenfalls in Richtung der Schwenkachse X verschiebbar ist. Das Führungsorgan bzw. die entsprechende Umfangswandung8a derselben und die Mitnehmereinrichtung7 sind so ausgebildet, dass über die gemeinsam miteinander in Eingriff stehenden Strukturen dieser beiden Bauteile ein auf das Führungsorgan8 wirkendes, durch das Reibflächenorgan9 generiertes Reib-Moment übertragen und in den Lagerzapfen1 eingeleitet werden kann. Um diese Einleitung des Reib-Momentes in den Lagerzapfen1 zu ermöglichen, ist die Mitnehmereinrichtung7 torsionssteif mit dem Lagerzapfen1 gekoppelt. - Das Führungsorgan
8 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Tassenstruktur ausgeführt, die eine den Lagerzapfen umsäumende Bodenöffnung10 aufweist. Die Bodenöffnung10 bildet eine Umfangswandung, die auf einer Außenumfangsfläche des Lagerzapfens1 axial verschiebbar geführt ist. Wie in Verbindung mit3 nachfolgend noch näher erläutert werden wird ist es möglich, diese Umfangswandung so auszubilden, dass neben dieser axialen Verschiebbarkeit des Führungsorgans8 gegenüber dem Lagerzapfen1 ansonsten eine drehfeste Koppelung dieser beiden Bauteile miteinander erreicht wird. Dies kann insbesondere erreicht werden indem an dem Lagerzapfen1 eine Eingriffsstruktur, beispielsweise im Wege einer Rändelung ausgebildet ist die als solche eine Umfangsprofil bereitstellt, das eine axiale Verschiebung des Führungsorgans8 zulässt, jedoch eine Drehung dieses Führungsorgans gegenüber dem Lagerzapfen1 verhindert. - Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel bildet das Reibflächenorgan
9 integralen Bestandteil der das Führungsorgan8 bildenden Tassenstruktur. Die Mitnehmereinrichtung7 ist als Scheibenelement ausgeführt, das als solches die Stirnöffnung des Führungsorgans8 abdeckt. Alternativ zu der hier beschriebenen Variante der Mitnehmereinrichtung7 als scheibenförmiges Bauteil ist es auch möglich, die Mitnehmereinrichtung7 als glockenartiges Bauteil auszuführen, das als solches das Führungsorgan8 im Bereich des Außenumfangs desselben übergreift und ansonsten, ähnlich wie die hier dargestellte scheibenartige Mitnehmereinrichtung7 , an dem Lagerzapfen1 fixiert ist. - Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist an der Innenfläche der Umfangswandung
8a des Führungsorgans8 eine Axialverzahnung Z ausgebildet, die mit einer komplementär hierzu geformten Außenverzahnung der Mitnehmereinrichtung7 in Eingriff steht. Über diese Außenverzahnung der Mitnehmereinrichtung7 wird eine hinreichend leichtgängige Koppelung des Führungsorgans8 mit der Mitnehmereinrichtung erreicht, sodass das Führungsorgan8 in axialer Richtung verschoben werden kann und etwaige auf das Führungsorgan8 und das von diesem getragene Reibflächenorgan9 wirkende Reib-Momente effektiv in den Lagerzapfen1 eingeleitet werden können. - Das Führungsorgan
8 ist bei diesem Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, dass in verbautem Zustand zwischen einer Innenfläche der Mitnehmereinrichtung7 und einer Bodenfläche des Führungsorgans8 ein Ringraum verbleibt, in welchem eine Federeinrichtung12 aufgenommen ist. Die Federeinrichtung12 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als relativ steife Wellfeder ausgeführt. Die Federeinrichtung12 dient der Aufbringung einer das Reibflächenorgan9 gegen eine Gegenreibfläche13 drängenden Axialkraft. Die Gegenreibfläche13 wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine im Querschnitt v-förmige Umfangsnut gebildet. Das Reibflächenorgan9 ist als Keilring ausgeführt, der als solcher in der Umfangsnut sitzt. Die zur Bildung der Gegenreibfläche13 vorgesehene Umfangsnut ist unmittelbar in einem dem Führungsorgan8 zugewandten Stirnende des den Lagerzapfen1 umsäumenden Bereichs des Schwenkarms2 ausgebildet. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Gegenreibfläche13 durch eine an dem Schwenkarm2 fixierte Struktur, insbesondere eine in die hier gezeigte v-förmige Nut eingesetztes Einsatzelement zu bilden. Bei der Bildung der Gegenreibfläche13 durch eine im Querschnitt im wesentlichen v-förmige Umfangsnut ist diese Umfangsnut vorzugsweise so gestaltet, dass der durch die Innenwandungen derselben definierte Keilwinkel W sich in etwa im Bereich von 45° bis 60° bewegt. Die Abstimmung des Keilwinkels W sowie auch der durch die Federeinrichtung12 generierten Axialkraft erfolgt mit Blick auf das geforderte, durch die Dämpfungseinrichtung3 zu generierende Brems-Moment. - Durch die Gestaltung der Gegenreibfläche als Innenfläche einer v-förmigen Umfangsnut wird es möglich, relativ große Brems-Momente bei moderaten, durch die Federeinrichtung
12 generierten Axialkräften zu erreichen. Die Federeinrichtung12 ist typischerweise derart dimensioniert, dass die durch diese aufgebrachten Axialkräfte im Bereich von 500 bis 4500 N liegen. Bei entsprechenden, zur Realisierung des Führungsorgans8 verwendeten Werkstoffen sowie insbesondere bei relativ großen Abmessungen der Spannvorrichtung können auch erheblich größere Axialkräfte durch die Federeinrichtung12 generiert werden. - Der Schwenkarm
2 ist bei diesem Ausführungsbeispiel unter Zwischenschaltung von zwei Gleitlagerringen14 ,15 auf dem Lagerzapfen1 gelagert. - Der Lagerzapfen
1 ist in einer Basisplatte16 verankert. In einem zwischen einem stirnseitigen Endabschnitt des Schwenkarms2 und der Basisplatte16 verbleibenden Zwischenraum ist eine, ebenfalls als Reibbelag fungierende Scheibe17 angeordnet. Die Scheibe17 ist aus einem hochfesten Kunststoff material gefertigt und lose auf die Basisplatte16 aufgesetzt, sodass sich diese Scheibe sowohl gegenüber der durch den Schwenkarm2 definierten Stirnfläche und der, der Scheibe17 zugewandten Vorderseite der Basisplatte16 gleiten kann. Die Scheibe17 ist im Bereich ihres Außenumfangs mit einer Abdeckprofilierung18 versehen, durch welche eine Abdichtung, oder zumindest eine weitgehende Abdeckung der Bewegungsspalte erreicht wird. - Auch im Bereich eines, einem Stirnende des Schwenkarms
2 zugewandten Umfangsabschnitt des Führungsorgans8 ist eine Umfangsprofilierung19 ausgebildet, durch welche ein zwischen dem Schwenkarm2 und dem Führungsorgan8 definierter Spaltbereich weitgehend abgedeckt ist. - Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Lagerzapfen
1 sowohl im Bereich seines, in der Mitnehmereinrichtung7 sitzenden Endabschnittes, als auch im Bereich seines in der Basisplatte16 sitzenden Endabschnittes stufenartig verjüngt ausgebildet. Die Basisplatte16 und die Mitnehmereinrichtung17 sind im Bereich ihrer, einander abgewandten Außenseiten mit Phasenflächen20 ,21 versehen. In diese Phasenflächen kann der jeweils von diesen umsäumte Endabschnitt des Lagerzapfens1 hinein aufgestaucht oder aufgebördelt werden, um die hier gezeigte Baugruppe in dem hier gezeigten montierten Zustand zu sichern. Die Befestigung der hier gezeigten Baugruppe an einer entsprechenden Maschine, insbesondere Brennkraftmaschine kann erfolgen, indem die Basisplatte16 über eine, durch die Innenbohrung des Lagerzapfens1 hindurchgeführte Kopfschraube aufgespannt wird. Durch diese Kopfschraube wird eine weitere Sicherung der Mitnehmereinrichtung7 auf dem Lagerzapfen1 erreicht. Die Axialposition der Mitnehmereinrichtung7 an dem Lagerzapfen1 wird durch die an dem Lagerzapfen1 ausgebildete Ringschulter22 gewährleistet. - Für die in
3 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung gelten die vorangegangenen Ausführungen weitgehend sinngemäß. Der wesentliche Unterschied dieser Ausführungsform gegenüber der vorbeschriebenen Variante besteht darin, dass das Führungsorgan8 zusätzlich zu der durch die Mitnehmereinrichtung7 realisierten kinematischen Koppelung mit dem Schwenkzapfen1 auch noch unmittelbar mit der Außenumfangswandung des Schwenkzapfens1 drehfest, jedoch axial verschiebbar in Eingriff steht. Diese zusätzliche Drehkoppelung des Führungsorgans8 mit dem Schwenkzapfen1 kann erreicht werden indem an dem Schwenkzapfen1 und an der Innenumfangsfläche der den Schwenkzapfen1 umsäumenden Bodenöffnung10 Komplementärstrukturen ausgebildet sind, die lediglich eine Verschiebung in Richtung der Zentralachse X des Schwenkzapfens1 zulassen. - Die vorgenannten Komplementärstrukturen können gebildet werden indem lediglich an der Außenumfangsfläche des Lagerzapfens
1 eine relativ scharfe Axialprofilierung ausgebildet ist, die sich in die Umfangswandung der Bodenöffnung10 selbsttätig, spielfrei einschneidet. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Bodenöffnung10 bereits im Rahmen der Formung des Führungsorgans8 so zu gestalten, dass diese Verzahnungs- oder anderweitige Führungsstrukturen aufweist, die mit der Außenumfangswandung des Lagerzapfens1 verschiebbar in Eingriff bringbar sind. - Bei der Ausführungsform gemäß
3 ist der Lagerzapfen1 in der Basisplatte16 durch Aufbördeln des verjüngten Endabschnittes des Lagerzapfens1 fixiert. Abweichend von der Variante gemäß2 ist die als Mitnehmerscheibe ausgeführte Mitnehmereinrichtung7 derart axial verschiebbar auf dem Lagerzapfen1 geführt, dass die Axialposition derselben durch Unterlegscheiben23 ,24 ,25 festlegbar ist. Über die Axialposition der Mitnehmereinrichtung7 wird es möglich, die Vorspannkraft mit welcher das Reibflächenorgan9 gegen die Gegenreibfläche13 gedrängt wird bedarfsgerecht abzustimmen. - Bei der erfindungsgemäß ausgestalteten Dämpfungseinrichtung für eine Riemenspannvorrichtung kann durch variable Positionierung der als Verschlussscheibe fungierenden Mitnehmereinrichtung
7 die axiale Anpresskraft des Reibflächenorgans9 an die entsprechende Gegenreibfläche13 eingestellt werden. Durch diese Positionierung können auch Bauteiltoleranzen in einem relativ großen Bereich ausgeglichen werden und es wird insbesondere möglich, über die se Wellfeder einen relativ breiten Kraftbereich abzudecken. Bei der Variante gemäß3 erfolgt die variable Positionierung der Mitnehmereinrichtung bzw. die Abstimmung der Vorspannkraft der Federeinrichtung12 durch die besagten Scheiben23 ,24 ,25 oder gegebenenfalls auch durch anderweitige Sicherung der Mitnehmereinrichtung7 in einer entsprechenden Axialposition. - Soweit das als Keilring ausgeführte Reibflächenorgan
9 auch torsionssteif auf der Außenfläche des Lagerzapfens1 geführt ist, ist es möglich, die hierzu erforderliche oder diesbezüglich zumindest beitragende Koppelungsstruktur erst während des allmählichen Aufschubs des Führungsorgans8 auf den Lagerzapfen1 in die Innenumfangswandung der Bodenöffnung10 einzuschneiden. Bei der Realisierung einer zwischen dem Führungsorgan8 und dem Schwenkzapfen1 unmittelbar wirksamen Eingriffsstruktur im Wege eines Eindringens eines Axialprofils des Schwenkzapfens in die Wandung der Bodenöffnung, können Koaxialitätsfehler zwischen den Bauteilen Keilring, Bolzen und gegebenenfalls auch Hebel ausgeglichen werden. Ein weiterer Formschluss zur Übertragung des Reib-Moments erfolgt zwischen Verschlussscheibe und Keilring. Dieser Formschluss ist vorzugsweise durch ein definiertes Übermaß ebenfalls spielfrei. Die dafür notwendige Verzahnung kann strahlenförmig oder parallel ausgeführt sein. Zur Übertragung des Reib-Momentes von der als Verschlussscheibe fungierenden Mitnehmereinrichtung7 auf den Lagerzapfen1 ist vorzugsweise ein Formschluss oder ein Kraftschluss vorgesehen. Der Kraftschluss kann beispielsweise durch eine Verstemmung eines Umfangsabschnitts des Lagerzapfens1 in der Verschlussscheibe erfolgen. Der Formschluss kann durch das in der Skizze gemäß7 gezeigte Profil erreicht werden. - Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Verdrehsicherung des Reibflächenorgans
9 folgt die Reibung zwischen dem Keilring und dem Hebel derart, dass die hierbei entstehende Reibungswärme überwiegend in den Aluminiumhebel hinein abgeführt wird. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise einer Gefahr der Überhitzung des Reibflächenorgans9 entgegengetreten. Da das zur Bildung des Reibflächenorgans9 vorgesehene Keilringmaterial vorzugsweise Kunststoff ist und damit als Isolator betrachtet werden kann, wird die komplette Wärme in den aus Aluminium hergestellten Schwenkarm2 abgeführt. Die gute Wärmeleitfähigkeit von Aluminium in die große Oberfläche des Hebels führen zu einer sehr guten weiteren Wärmeableitung. - Die für den Riemenspanner erforderliche Dämpfung (Reibung) kann im Bereich der Achse des Lagerzapfens
1 durch entsprechende Kombination der Bauteile und Abstimmung der Bauteilparameter eingestellt werden. Die Bauteilvarianten bestehen aus der Anwendung von zwei Reibscheiben, einer Reibscheibe und einem Keilring, oder zwei Keilringen. Für die Bauteilparameter werden Keilwinkel im Bereich von 30° bis 60° angewendet. Bevorzugt werden die Winkel 45° bis 60° angewendet. Die Wellfederkräfte können zwischen 500 bis 4500 N liegen. Vorzugsweise liegen die Kräfte im Bereich von 500 bis ca. 1500 N. Durch die große Anzahl an Gestaltungsmöglichkeiten kann auf Grundlage des erfindungsgemäßen Systems eine den jeweiligen Systemanforderungen optimal Rechnung tragende Dämpfungscharakteristik angewendet werden. - Der flache Reibbelag wird vorzugsweise motorseitig angebracht, da dies zu einer lediglich minimalen Verlagerung der Spannrollenposition durch etwaigen Verschleiß (über die Lebensdauer) führt.
- Auf Grundlage des erfindungsgemäßen Konzeptes wird es in besonders vorteilhafter Weise möglich, die Reibflächen des Keilrings und des Reibbelags durch Labyrinthstrukturen abzudichten. Als Material für die Verschlussscheibe und die Basisplatte wird vorzugsweise Stahl verwendet. Alternativ hierzu ist es auch möglich, diese Bauteile aus anderweitig hinreichend belastbaren Werkstoffen, insbesondere Aluminium zu fertigen. Die als Verschlussscheibe fungierende Mitnehmereinrichtung
7 kann insbesondere als Laser-Schneidteil oder vorzugsweise als (fein-) gestanztes, oder auch durch Pressumformung gefertigtes Bauteil gefertigt sein. - Soweit die Federeinrichtung durch eine Wellfeder realisier ist, wird vorzugsweise eine Feder verwendet deren Kernlinienverlauf einen elastischen und einen plastischen Bereich umfasst. Im plastischen Bereich macht die Feder Weg bei geringem Kraftanstieg. Dieses Verhalten wird zur Kompensation von Bauteiltoleranzen angewendet. Dadurch wird die Montage des Systems erheblich erleichtert, da die Verschlussscheibe auf Block gepresst bzw. verstemmt werden kann.
- In
4 ist in Form einer Detail-Ansicht dargestellt, wie die als Abschlussplatte ausgeführte Mitnehmereinrichtung7 auf einer den Lagerzapfen abschließenden Ringstufe1a sitzt. Durch die durch die Ringstufe1a definierte Anlageschulter ist die Axialposition der Mitnehmereinrichtung7 an dem Schwenkzapfen1 festgelegt. Die Mitnehmereinrichtung7 ist durch radiale Aufbördelung eines Endabschnittes der relativ dünnwandigen Ringschulterwandung1b an dem Schwenkzapfen arretiert. Die Festigkeit dieser Verbindung kann so dimensioniert sein, dass durch diese die gesamte Baugruppe hinreichend in zusammengebautem Zustand gehalten wird. Durch den im verbauten Zustand zusätzlich auf die Außenfläche der Mitnehmereinrichtung7 wirkende Stützkraft des Kopfes einer Befestigungsschraube27 wird die Fixierung der Mitnehmereinrichtung7 an dem Lagerzapfen1 weiter verbessert. -
5 zeigt in Form einer Draufsicht die Umfangskontur der Mitnehmereinrichtung7 gemäß4 sowie auch die Gestaltung der in der Umfangswandung8a des Führungsorgans8 ausgebildeten Verzahnung Z. Die den Ringschulterabschnitt1a umsäumende Bohrungswandung der Mitnehmereinrichtung7 ist mit einer Senkung28 versehen, die als solche die radial aufgeweitete Wandung des Lagerzapfens1 aufnimmt. - Wie aus
6 ersichtlich, ist es auch möglich, die als scheibenartiges Bauteil ausgeführte Mitnehmereinrichtung auf dem von dieser umsäumten Endabschnitt des Lagerzapfens axial verschiebbar zu führen. Im Bereich einer durch die Mitnehmereinrichtung7 definierten Durchgangsbohrung sowie im Bereich der benachbarten Außenumfangswandung des Lagerzapfens können Eingriffsstrukturen ausgebildet sein wie sie nachfolgend in Verbindung mit7 noch näher erläutert werden. Die Axialposition der Mitnehmereinrichtung7 kann durch die Scheiben23 ,24 ,25 festgelegt werden. Nach Maßgabe der Axialposi tion der Mitnehmereinrichtung7 wird die Vorspannung der Federeinrichtung12 festgelegt. Es ist möglich, am Endabschnitt des Lagerzapfens1 Strukturen vorzusehen durch welche die Scheiben23 ,24 ,25 auch unabhängig von der hier vereinfacht dargestellten Befestigungsschraube in der gezeigten Montageposition gesichert sind. - Wie aus der Darstellung nach
6 weiter ersichtlich ist es auch möglich, im Bereich der einander zugewandten Umfangsflächen des Lagerzapfens1 und der Innenbohrung10 Eingriffsstrukturen auszubilden, die eine axiale Führung des Führungsorgans8 bewirken, jedoch eine Relativdrehung dieser beiden Bauteile zueinander verhindern. - In
7 ist in Form einer Draufsicht die Außenumfangskontur sowie auch die Kontur der zentralen Durchgangsöffnung der Mitnehmereinrichtung7 dargestellt. Diese Mitnehmereinrichtung7 ist durch die hier gezeigte Verzahnungskontur sowohl mit dem Führungsorgan8 (6 ) sowie mit dem Endabschnitt des Lagerzapfens1 axial verschiebbar gekoppelt. -
8 zeigt in Form einer Detail-Darstellung einen Axialendabschnitt des in der Basisplatte16 sitzenden Lagerzapfens1 . Der Lagerzapfen1 ist im Bereich seines in der Basisplatte16 sitzenden Endes mit einer Ringschulter versehen, durch welche die Sitztiefe des Lagerzapfens1 in der Basisplatte16 festgelegt ist. Die Basisplatte ist auf ihrer, der ebenfalls als Reibelement fungierenden Scheibe17 abgewandten Seite mit einer Anphasung29 versehen, in welche der dieser benachbarte Endabschnitt des Lagerzapfens1 hinein aufgebördelt werden kann. - Die ebenfalls als Reibelement fungierende Scheibe
17 ist in ihrem Außenumfangsbereich mit einer Profilierung18 versehen, durch welche die zwischen der Basisplatte16 und dem auf der Scheibe17 sitzenden Endabschnitt des Schwenkarms2 verbleibenden Bewegungsspalte abgedeckt sind. - In
9 ist in Form einer Detail-Darstellung weiter veranschaulicht, wie durch radiales Aufweiten das der Basisplatte16 zugewandte Stirnende des Lagerzapfens1 in der Basisplatte16 verankert werden kann. Abweichend von der Variante gemäß8 ist bei dieser Ausführungsform im Bereich des Außenumfangs der ebenfalls als Reibelement fungierenden Scheibe keine Umfangsprofilierung vorgesehen. Die axiale Dicke der Scheibe17 ist derart abgestimmt, dass selbst nach vollständigem Verschleiß derselben keine unzulässig große axiale Verlagerung des Schwenkarms2 zur Basisplatte16 erfolgt. Es ist möglich, die als Reibelement fungierende Scheibe17 als Sandwich-Struktur auszuführen, durch welche für eine statistisch zu erwartende Lebensdauer des Systems eine ausreichende Verschleißbeständigkeit gegeben ist. Eine weitere Schicht dieser Scheibe kann als Notlaufschicht fungieren, durch welche nach fortgeschrittenem Verschleiß noch eine gewisse axiale Führung des Schwenkarms2 gegenüber der Basisplatte16 gewährleistet ist ohne dass hier die entsprechenden Materialien als ungünstige Reibpartner unmittelbar aufeinander treffen. - In
10 ist in Form einer Detail-Darstellung nochmals die vorzugsweise zur Bildung der Gegenreibfläche in dem den Schwenkzapfen1 umsäumenden Wandungsabschnitt des Schwenkarms ausgebildete v-förmige Nut dargestellt. In dieser v-förmigen Nut sitzt das als Keilring ausgebildete Reiborgan9 . Dieses Reiborgan wird unter Zwischenschaltung einer Unterlegscheibe durch die Federeinrichtung12 in die v-förmige Nut hineingepresst. - Die Erfindung ist nicht auf die vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist es möglich, auch im Bereich der vorangehend beschriebenen, zwischen der Basisplatte
16 und dem Schwenkarm2 vorgesehenen Scheibe ein als Keilring ausgebildetes Reibelement auszubilden, das vorzugsweise drehfest mit der Basisplatte16 gekoppelt ist und ansonsten in einer in dem Schwenkarm2 ausgebildeten v-förmigen Nut läuft. Weiterhin ist es auch möglich, die vorangehend beschriebenen, zwischen der Umfangswandung8a und der Mitnehmereinrichtung ausgebildete Verzahnung so zu gestalten, dass diese eine Schräg-Verzahnung darstellt wodurch in Abhängigkeit von der Schwenkrichtung des Reiborgans9 relativ zur Mitnehmereinrichtung7 unterschiedliche, axiale Anpresskräfte zwischen dem Reiborgan9 und der dieses abstützenden Gegenreibfläche13 entstehen. -
- 1
- Lagerzapfen
- 2
- Schwenkarm
- 3
- Dämpfungseinrichtung
- 4
- Spannfedereinrichtung
- 5
- Abstützabschnitt
- 6
- Spannrolle
- 7
- Mitnehmereinrichtung
- 8
- Führungsorgan
- 9
- Reiborgan
- 10
- Bodenöffnung
- 12
- Federeinrichtung
- 13
- Gegenreibfläche
- 14
- Lagerring
- 15
- Lagerring
- 16
- Basisplatte
- 17
- Scheibe
- 18
- Umfangsprofil
- 19
- Umfangsprofil
- 20
- Phasenfläche
- 21
- Phasenfläche
- 22
- Ringschulter
- X
- Schwenkachse
- Z
- Verzahnung
Claims (15)
- Spannvorrichtung mit: – einem Lagerzapfen (
1 ), – einem Schwenkarm (2 ) der auf dem Lagerzapfen (1 ) in schwenkbewegbarer Weise gelagert ist, und – einer Dämpfungseinrichtung (3 ) zur Generierung einer Reibkraft die als solche die Schwenkbewegung des Schwenkarms (2 ) um eine durch den Lagerzapfen (1 ) definierte Schwenkachse (X) dämpft, – wobei die Dämpfungseinrichtung (3 ) ein Reibflächenorgan (9 ) umfasst, das als solches eine der Reibkraftaufbringung dienende Reibfläche bildet die auf einer Gegenreibfläche (13 ) aufsitzt, dadurch gekennzeichnet, – dass die Dämpfungseinrichtung (3 ) eine Mitnehmereinrichtung (7 ) und – ein mit dieser in Eingriff stehendes Führungsorgan (8 ) umfasst das als solches das Reibflächenorgan (9 ) trägt, – wobei das Führungsorgan (8 ) auf dem Lagerzapfen (1 ) derart geführt ist, dass dieses in Richtung der durch den Lagerzapfen (1 ) definierten Schwenkachse (X) axial verschiebbar ist, – und das Führungsorgan (8 ) eine Umfangswandung (8a ) bereitstellt die mit der Mitnehmereinrichtung (7 ) axial verschiebbar in Eingriff steht, zur Einleitung eines auf das Reibflächenorgan (9 ) wirkenden Reibmomentes in den Lagerzapfen (1 ). - Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsorgan (
8 ) als Tassenstruktur ausgeführt ist die eine den Lagerzapfen (1 ) umsäumende Bodenöffnung (10 ) aufweist. - Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenöffnung (
10 ) eine Umfangswandung bildet die mit einer Außenumfangsfläche des Lagerzapfens (1 ) axial verschiebbar, jedoch drehfest in Eingriff steht. - Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass an dem Lagerzapfen (
1 ) eine Eingriffsstruktur ausgebildet ist die mit jener Umfangswandung der Bodenöffnung (10 ) in Eingriff steht. - Spannvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass jene Eingriffsstruktur als Rändelung ausgeführt ist die als solche ein Umfangsprofil bereitstellt, dass eine axiale Verschiebung des Führungsorgans (
8 ) zulässt, eine Drehung des Führungsorgans (8 ) gegenüber dem Lagerzapfen (1 ) jedoch verhindert. - Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass das Reibflächenorgan (
9 ) integralen Bestandteil der Tassenstruktur bildet. - Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Mitnehmereinrichtung (
7 ) als Scheibenelement ausgeführt ist. - Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Mitnehmereinrichtung (
7 ) als Glockenelement ausgeführt ist, das als solches die Tassenstruktur übergreift. - Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass eine Innenfläche der Umfangswandung (
8a ) des Tassenelements mit einer Axialverzahnung (Z) versehen ist die mit einer Aussenverzahnung des Scheibenelements in Eingriff steht. - Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass eine Federeinrichtung (
12 ) vorgesehen ist die das Reibflächenorgan (9 ) gegen die Gegenreibfläche (13 ) drängt. - Spannvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet dass die Federeinrichtung (
12 ) als Wellfeder ausgeführt ist. - Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Gegenreibfläche (
13 ) durch einen den Lagerzapfen (1 ) umsäumenden Stirnflächenabschnitt des Schwenkarms (2 ) gebildet ist. - Spannvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet dass die Gegenreibfläche (
13 ) durch eine im Querschnitt V-förmige Umfangsnut gebildet ist die in dem vorgenannten Stirnflächenabschnitt sitzt. - Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass das Reibflächenorgan (
9 ) als Keilring ausgeführt ist, der in der Umfangsnut sitzt. - Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass der Schwenkarm (
2 ) über einen ersten Gleitlagerring (14 ) und einen zweiten Gleitlagering (15 ) gelagert ist, und dass diese beiden Gleitlageringe (14 ,15 ) in Richtung der Schwenkachse (X) voneinander beabstandet sind.
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