DE102006051576A1

DE102006051576A1 - Riemenspanner

Info

Publication number: DE102006051576A1
Application number: DE200610051576
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Kleiber; Johann Singer
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2008-05-08

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Riemenspanner (1) eines Riementriebs einer Brennkraftmaschine, mit einem gegenüber einem drehfesten Bauteil (3) verschwenkbaren Spannarm (8) mit einer an seinem freien Ende drehbar gelagerten Spannrolle (24), die gegen einen Riemen des Riementriebs anfederbar ist, wobei der Spannarm (8) an seinem anderen Ende eine Nabe (7) aufweist, die auf einem Zapfen (9) des drehfesten Bauteils (3) schwenkbar gelagert ist, und mit einer Spiralfeder (2), deren radial inneres Ende (11) an der Nabe (7) des Spannarms (8) und deren radial äußeres Ende (4) an einem Anschlag (6) des drehfesten Bauteils (3) befestigt ist. Um eine vereinfachte und verbesserte Dämpfung des Riemenspanners zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Nbe (7) im Querschnitt als Vierkant (10) ausgebildet ist, auf welchem das dazu zumindest teilweise komplementär ausgebildete radial innere Ende (11) der Spiralfeder (2) formschlüssig befestigt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Riemenspanner eines Riementriebs einer Brennkraftmaschine, mit einem gegenüber einem drehfesten Bauteil verschwenkbaren Spannarm mit einer an seinem freien Ende drehbar gelagerter Spannrolle, die gegen einen Riemen des Riementriebs anfederbar ist, wobei der Spannarm an seinem anderen Ende eine Nabe aufweist, die auf einem Zapfen des drehfesten Bauteils schwenkbar gelagert ist, und mit einer Spiralfeder, deren radial inneres Ende an der Nabe des Spannarms und deren radial äußeres Ende an einem Anschlag des drehfesten Bauteils befestigt ist.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Riemenspanner werden eingesetzt, um eine kontinuierliche Vorspannung des Riemens eines Zugmitteltriebs aufrecht zu erhalten. Am Ende des Spannarms ist ein Spannmittel, insbesondere eine Spannrolle angebracht, die durch die Wirkung eines Federelements gegen das Zugmittel angedrückt wird. Auf diese Weise wird eine federnde Abstützung des Spannmittels an dem Zugmittel sichergestellt. Solche Riemenspanner weisen üblicherweise eine Dämpfungseinrichtung auf, um Schwingungen des Zugmittels bzw. des Spannarmes zumindest zu dämpfen. Die Dämpfung von unerwünschten Schwingungen erhöht die Lebensdauer des Zugmittels und der das Zugmittel berührenden Bauteile. Darüber hinaus verhindert die Dämpfungseinrichtung die Entstehung von unerwünschten Geräuschen.
Als Federelement werden häufig Schraubendrehfedern oder Spiralfedern verwendet, wobei bei letzteren schon versucht wurde, die Dämpfung möglichst in die Spiralfeder zu integrieren, so dass die Spiralfeder gleichzeitig die Funktion eines Spann- und eines Dämpfungselements übernimmt, um auf diese Weise einen möglicht kompakten Riemenspanner zu schaffen, der so wenig Bauraum wie möglich beansprucht.
Aus der US 4,886,483 und aus der US 5,462,494 ist jeweils ein gattungsbildender Riemenspanner bekannt, bei dem zwischen Windungen der Spiralfeder ein Materialstreifen angeordnet ist, welcher reibungsmindernd wirkt. Untersuchungen an ähnlichen Riemenspannern dieser Bauart haben ergeben, dass es sich hierbei um eine PTFE-Folie handelt, welche eine starke Reibung der Windungen untereinander vermeidet und einen Teilbetrag zur Reibungsarbeit, nämlich zur Dämpfung von Riemenschwingungen, beitragen soll. Nachteilig hieran ist die schwierige Auslegung von Spannmoment und Dämpfungsanteil, sowie die aufwendige Montage der PTFE-Folie, die eine sehr genaue Fertigung erforderlich macht. Hierbei besteht im Betrieb des Riemenspanners die Gefahr des Wanderns der PTFE-Folie mit der Folge unkontrollierbarer Spann- und Dämpfungskräfte, der Tribokorrosion sowie einer nicht hinnehmbaren Geräuschentwicklung. Bei derartigen technischen Lösungen konnte eine deutlich höhere innere Hubspannungsbelastung durch starke Stick-Slip Effekte und damit einhergehend ein schnelles Versagen der Spiralfeder festgestellt werden.
Aus der DE 42 30 966 A1 ist ein Riemenspanner für den Antrieb von Hilfsaggregaten einer Brennkraftmaschine, mit einem gegenüber einer festen Grundplatte verschwenkbaren Spannrollenträger und einer an dem Spannrollenträger drehbar gelagerten Spannrolle bekannt, wobei die Drehachse der Spannrolle parallel und exzentrisch zu Schwenkachse des Spannrollenträgers angeordnet ist. Der Spannrollenträger weist eine Spiralfeder auf, deren eines Ende an dem Spannrollenträger und deren anderes Ende an der Grundplatte befestigt ist. Ein von dem Spannrollenträger gehaltenes Dämpfungsteil besteht aus einem polymeren Werkstoff und weist mindestens einen im Querschnitt bogenförmigen Bereich auf, welcher zwischen den Windungen der Spiralfeder angeordnet ist. Um bei ausreichendem Verschwenkwinkel des Spannrollenlagers eine gute Dämpfung der Riemen- und Spannrollenschwingungen zu erzielen, ist bei diesem Riemenspanner vorgesehen, dass auf einer in Umfangsrichtung verlaufenden Teillänge der Spiralfeder der bogenförmige Bereich des Dämpfungsteils zwischen zwei benachbarte Federwindungen, mit diesen Reibflächen bildend, lose eingesteckt und über stirnseitige Verlängerungen an dem Spannrollenträger befestigt ist.
Aus der DE 43 32 331 A1 ist ein Riemenspanner mit einer Spiralfeder bekannt, bei der mindestens eine der Windungen in gespannter Arbeitslage des Riemenspanners an einer diametralen Stelle mit ihrer Umfangsfläche gleitend einen Dämpfungsbereich bildet und im diametral gegenüberliegenden Bereich mit Spiel angeordnet ist. Dabei ist die an sich rein spiralförmig gewickelte Feder so eingebaut, dass ihre Windungen in eine radiale Richtung verschoben sind. Dadurch ergeben sich in diametraler Richtung gesehen auf der einen Seite radial aufeinander liegende Windungen, die auf der anderen diametralen Seite größere Abstände zueinander aufweisen. Die Umfangsflächen der Windungen reiben daher bei Schwenkbewegungen der Spannvorrichtung gegeneinander und bewirken die erwünschte Dämpfung. In diesem Dämpfungsbereich können je nach Anforderung verschiedene Dämpfungskräfte in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel erzeugt werden, indem zunächst nur eine Windung und bei ansteigendem Schwenkwinkel mehrere Windungen zur Dämpfung beitragen. Dadurch soll sich in der Warmphase des Motors bei stärkerer Auslenkung der Spannvorrichtung infolge Wärmedehnung des Motors eine erhöhte Dämpfung ergeben. Die Bereiche, in denen die Windungen reibend aneinander liegen, befinden sich im Bereich der Anbindung des radial inneren Endes der Spiralfeder mit der Nabe des Schwenkarms, wodurch die Reibung im Bereich dieser Anbindung am höchsten ist.
Auch wenn die zuletzt erwähnte technische Lösung bereits eine interessante Möglichkeit zur Verbesserung von Riemenspannern aufzeigt, so ist auch dieser und die anderen bekannten Riemenspanner nicht frei von Nachteilen, wozu insbesondere nicht berechenbare Spannungen und Momente, Stick-Slip-Effekte, Geräusche und dergleichen zu zählen sind, so dass nach wie vor ein Bedarf nach Verbesserungen besteht, um diese Mängel abzustellen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Riemenspanner zu schaffen, der die geschilderten Nachteile beseitigt. Insbesondere soll ein Riemenspanner vorgestellt werden, dessen Spiralfeder gleichzeitig eine hohe Federkraft auf den Spannarm ausübt und eine optimale Dämpfungswirkung entfaltet.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die gestellte Aufgabe auf überraschend einfache Art und Weise dadurch lösen lässt, dass die Nabe des Spannarms als Vierkant ausgebildet und das dazu komplementäre Ende der Spiralfeder vierkantartig abgewinkelt ist.
Die Erfindung geht daher aus von einem Riemenspanner eines Riementriebs einer Brennkraftmaschine, mit einem gegenüber einem drehfesten Bauteil verschwenkbaren Spannarm mit einer an seinem freien Ende drehbar gelagerter Spannrolle, die gegen einen Riemen des Riementriebs anfederbar ist, wobei der Spannarm an seinem anderen Ende eine Nabe aufweist, die auf einem Zapfen des drehfesten Bauteils schwenkbar gelagert ist, und mit einer Spiralfeder, deren radial inneres Ende an der Nabe des Spannarms und deren radial äußeres Ende an einem Anschlag des drehfesten Bauteils befestigt ist. Zudem ist vorgesehen, dass die Nabe im Querschnitt als Vierkant ausgebildet ist, auf welchem das zumindest teilweise komplementär ausgebildete radial innere Ende der Spiralfeder formschlüssig befestigt ist.
Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass ein Riemenspanner geschaffen wird, dessen Spiralfeder alleine durch ihre Geometrie Spann- und Dämpfungsfunktion übernimmt, ohne dass zusätzliche Bauteile, wie Dämpfungsfolien oder Dämpfungsstreifen notwendig wären.
Durch die neuartige Geometrie der Spiralfeder kann gegenüber einem herkömmlichen Federdesign, das sich regelmäßig durch eine kurze, hakenartige Abwinklung des radial inneren Endes der Spiralfeder auszeichnet, bei gleichem Bauraum ein um Faktor 3,5 höheres Drehmoment erreicht werden. Des Weiteren zeichnet sich die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Spiralfeder durch eine besonders fein einstellbare Dämpfungswirkung aus. Die Hysterese kann auf die Wünsche der Anwendungstechnik frei eingestellt werden, ohne dass dadurch die Lebensdauer der Spiralfeder signifikant beeinflusst wird.
Ferner wurde in Untersuchungen herausgefunden, dass die Materialausnutzung steigt, da man in allen Bereichen der Spiralfeder relativ konstante Biegespannungen vorliegen hat. Auch das Gewicht der Spiralfeder lässt sich deutlich reduzieren, und zwar je nach Anwendung um bis zu 70%. Ebenso ist die Zuverlässigkeit eines mit der erfindungsgemäß ausgestalteten Spiralfeder versehenen Riemenspanners deutlich verbessert, da die Reibung als Unbekannte eliminiert ist.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass das radial innere Ende der Spiralfeder wenigstens an drei Seiten des Vierkants der Schwenkarmnabe vollflächig an liegt. In anderen praktischen Weiterbildungen kann vorgesehen sein, dass das radial innere Ende der Spiralfeder an drei Seiten des Vierkants vollflächig anliegt und eine Seite teilweise umgreift. Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das radial äußere Ende der Spiralfeder zu einem Haken abgewinkelt ist und den mit dem Gehäuse des Riemenspanners verbundenen Anschlag hintergreift.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass zwischen einer radial äußeren Windung und zwischen einer radial benachbarten Windung der Spiralfeder ein als Anschlag und Spannelement dienender Bolzen eingesetzt ist, wobei der Bolzen an wenigstens einer Windung anliegt und drehfest und unverschwenkbar angeordnet ist. Diese Ausgestaltung lässt sich noch dadurch ergänzen, dass der Bolzen radial verschiebbar an einem Gehäuse oder einem anderen drehfesten Bauteil gelagert ist.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens zwei Windungen der Spiralfeder in gespannter Arbeitslage des Riemenspanners an einer diametralen Stelle aneinander anliegen und einen Dämpfungsbereich bilden, und dass mindestens zwei Windungen der Spiralfeder im diametral gegenüberliegenden Bereich jeweils mit Abstand zueinander angeordnet sind.
Besonders vorteilhaft ist schließlich eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass die Spiralfeder zwischen zwei und acht Windungen aufweist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur einen Radialschnitt durch einen Riemenspanner gemäß der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Der in der einzigen Figur im Radialschnitt nur teilweise dargestellte Riemenspanner 1 für einen Treibriemen eines Riementriebs einer Brennkraftmaschine weist eine Spiralfeder 2 auf, welche in einem mit einer Anschlusskonstruktion verbindbaren Gehäuse 3 eingesetzt ist. Dieses Gehäuse 3 ist an dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine befestigt, beispielsweise über hier nicht weiter dargestellte Schraubverbindungen. Ein radial äußeres Ende 4 der Spiralfeder 2 ist zu einem Haken 5 abgewinkelt und hintergreift einen mit dem Gehäuse 3 des Riemenspanners 1 verbundenen Anschlag 6.
Eine Nabe 7 eines eine Spannrolle 24 tragenden Spannarmes 8 ist schwenkbar auf einem drehfest mit dem Gehäuse 3 verbundenen Zapfen 9 angeordnet. Die Nabe 7 ist im Querschnitt als Vierkant 10 ausgebildet, auf welchem ein radial inneres Ende 11 der Spiralfeder 2 formschlüssig befestigt ist. Zu diesem Zweck ist das innere Ende 11 der Spiralfeder 2 derart geformt, dass es drei Seiten 12 bis 14 des Vierkantes 10 umschließt sowie eine Seite 15 des Vierkants 10 teilweise umgreift, und somit die Spiralfeder 2 durch Formschluss verdrehfest auf dem Vierkant 10 der Nabe 7 arretiert.
Zwischen einer radial äußeren Windung 16, welche ihren Anfang am radial äußeren Ende 4 der Spiralfeder 2 nimmt, und zwischen einer radial benachbarten inneren Windung 17 ist ein als Anschlag 18 dienender Bolzen 19 in das Gehäuse 3 eingesetzt, an welchem die radial äußere Windung 16 anliegt. Der Bolzen 19 ist in einem als Verschiebekulisse dienenden, nur angedeuteten Langloch 20 geführt, wodurch der Bolzen 19 im Gehäuse 3 radial verschiebbar ist. Nach dem Einsetzen der Spiralfeder 2 in das Gehäuse 3 wird der Bolzen 19 in das Langloch 20 zwischen die Windungen 16 und 17 eingesteckt sowie zum Spannen der Spiralfeder 2 nach radial außen zum Gehäuse 3 hin verschoben und schließlich am Gehäuse 3 festgelegt. Hierdurch wird der Abstand der Windungen 16, 17 zueinander im Bereich des Anschlags 18 vergrößert.
Durch die Befestigung der Spiralfeder 2 im Bereich des ortsfesten Anschlags 6 und des verstellbaren Anschlags 18 sind also die Windungen 16, 17 und die weiteren radial benachbarten Windungen 21, 22 radial auseinander gezogen. Da das radial innere Ende 11 der Spiralfeder an den Seiten 12 bis 15 des Vierkants 10 festgelegt ist, führt das Auseinanderziehen der Spiralfeder 2 durch den Bolzen 19 bzw. Anschlag 18 dazu, dass die Windungen 17, 21, 22 der Spiralfeder 2 im Bereich der Seiten 12 und 13 des Vierkants 11 reibend aneinander liegen, so dass sich dort ein Dämpfungsbereich 23 ergibt. Anders ausgedrückt liegen mindestens zwei der Windungen 16, 17, 21, 22 der Spiralfeder 2 in gespannter Arbeitslage des Riemenspanners 1 an einer diametralen Stelle aneinander an und bilden den Dämpfungsbereich 23, während im diametral gegenüberliegenden Bereich die Windungen 16, 17, 21, 22 jeweils mit radialem Abstand zueinander angeordnet sind.
Die Dämpfung des Spannarms 10 erfolgt durch die aneinander reibenden Windungen 17, 21, 22 im Dämpfungsbereich 23 und durch das an allen Seiten 12 bis 15 des Vierkants 10 anliegende Ende 11 der Spiralfeder 2. Durch die Ausgestaltung der Nabe 7 als Vierkant 10 und durch die komplementäre Ausgestaltung des radial inneren Endes 11 der Spiralfeder 2 wird die Dämpfung zusätzlich zum Dämpfungsbereich 23 erhöht, da ein Verdrehen des Vierkants 10 einen sprunghaften Anstieg der Federkennlinie bewirkt.
Um den dargestellten Riemenspanner besonders wartungsfreundlich auszugestalten, ist das Gehäuse 3 öl- oder fettgefüllt. Eine derartige Füllung mit Öl oder Fett bewirkt neben einem Korrosionsschutz und einer Reibungsminderung der aneinander reibenden Teile noch eine zusätzliche Dämpfung.
Die Anzahl der Windungen 16, 17, 21, 22 der Spiralfeder 2 beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel vier. Es lassen sich aber grundsätzlich Spiralfedern mit zwei, drei, vier oder mehr als vier Windungen, insbesondere zwischen vier und acht Windungen verwenden.

1: Riemenspanner
2: Spiralfeder
3: Gehäuse; drehfesten Bauteil
4: Radial äußeres Ende
5: Haken
6: Anschlag
7: Nabe
8: Spannarm
9: Zapfen
10: Vierkant
11: Radial inneres Ende
12: Seite der Vierkant-Nabe
13: Seite der Vierkant-Nabe
14: Seite der Vierkant-Nabe
15: Seite der Vierkant-Nabe
16: Windung
17: Windung
18: Anschlag
19: Bolzen
20: Langloch
21: Windung
22: Windung
23: Dämpfungsbereich
24: Spannrolle

Claims

Riemenspanner (1) eines Riementriebs einer Brennkraftmaschine, mit einem gegenüber einem drehfesten Bauteil (3) verschwenkbaren Spannarm (8) mit einer an seinem freien Ende drehbar gelagerter Spannrolle (24), die gegen einen Riemen des Riementriebs anfederbar ist, wobei der Spannarm (8) an seinem anderen Ende eine Nabe (7) aufweist, die auf einem Zapfen (9) des drehfesten Bauteils (3) schwenkbar gelagert ist, und mit einer Spiralfeder (2), deren radial inneres Ende (11) an der Nabe (7) des Spannarms (8) und deren radial äußeres Ende (4) an einem Anschlag (6) des drehfesten Bauteils (3) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (7) im Querschnitt als Vierkant (10) ausgebildet ist, auf welchem das zumindest teilweise komplementär ausgebildete radial innere Ende (11) der Spiralfeder (2) formschlüssig befestigt ist.
Riemenspanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das radial innere Ende (11) der Spiralfeder (2) wenigstens an drei Seiten (12 bis 14; 15) des Vierkants (10) vollflächig anliegt.
Riemenspanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das radial innere Ende (11) der Spiralfeder (2) an drei Seiten (12 bis 14) des Vierkants (10) vollflächig anliegt und eine Seite (15) teilweise umgreift.
Riemenspanner nach zumindest einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das radial äußere Ende (4) der Spiralfeder (2) zu einem Haken (5) abgewinkelt ist und den mit dem drehfesten Bauteil (3) des Riemenspanners (1) verbundenen Anschlag (6) hintergreift.
Riemenspanner nach zumindest einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer radial äußeren Windung (16) der Spiralfeder (2) und zwischen einer radial benachbarten Windung (17) der Spiralfeder (2) ein als Anschlag (18) und Spannelement dienender Bolzen (19) in das drehfeste Bauteil (3) eingesetzt ist, wobei der Bolzen (19) an wenigstens einer Windung (16; 17) anliegt.
Riemenspanner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (19) radial verschiebbar im drehfesten Bauteil (3) gelagert ist.
Riemenspanner nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Windungen (16, 17, 21, 22) der Spiralfeder (2) in gespannter Arbeitslage des Riemenspanners (1) an einer diametralen Stelle aneinander anliegen und einen Dämpfungsbereich (23) bilden, und dass mindestens zwei Windungen (16, 17, 21, 22) der Spiralfeder (2) im diametral gegenüberliegenden Bereich jeweils mit Abstand zueinander angeordnet sind.
Riemenspanner nach zumindest einen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Windungen (16, 17, 21, 22) der Spiralfeder (2) zwischen zwei und acht beträgt.