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Die Erfindung betrifft eine Riemenspannvorrichtung zum Spannen eines Riemens an einem Aggregat eines Kraftfahrzeugs, mit einem Riemenspannrad, einem an einem Gehäuseteil drehbar gelagerten Exzenterrad und einer Exzenterstellungsfixierungseinrichtung.
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Riemenspannvorrichtungen zum Spannen von Riemen an einem Aggregat eines Kraftfahrzeugs sind bekannt. Die Riemenspannvorrichtung weist einen Exzenter mit einem an dem Exzenter drehbar gelagerten Riemenspannrad auf, das von einem Spannelement in eine Spannposition gedrängt wird. Handelt es sich bei dem Aggregat um einen Verbrennungsmotor, so synchronisiert ein als Zahnriemen ausgebildeter Riemen eines Synchron-Riementriebsystems eine Kurbelwellenriemenscheibe mit mindestens einer Nockenwellenriemenscheibe. Um eine kontinuierliche synchrone Momentübertragung zwischen den Riemenscheiben zu ermöglichen wird der Riemen durch Anpressen des Riemenspannrades auf Spannung gehalten. Zusätzlich zur dieser Hauptfunktion, eine Drehmomentübertragung zu gewährleisten, hat die Riemenspannvorrichtung auch eine ausgleichende Funktion. Durch die Kurbelwelle und die Nockenwelle werden im Betrieb des Verbrennungsmotors zyklische Drehmomentänderungen in das Riementriebsystem induziert. Diese Drehmomentänderungen tragen zu Erregerkräften bei, die wesentliche Änderungen der Riemenspannung bei Systemresonanz innerhalb des Arbeitsbereichs einleiten, mit dem Ergebnis, dass der Riemen Vibrationen ausgesetzt ist, die von der Riemenspannvorrichtung ausgeglichen werden. In der Spannposition spannt das Riemenspannrad den Riemen derart, dass eine kontinuierliche synchrone Momentübertragung zwischen den Riemenscheiben erfolgt und eine thermische Ausdehnung, eine Kontraktion oder eine Vibration des Riemens unterdrückt wird. Dazu bringt die Riemenspannvorrichtung eine Spannkraft auf, die den Riemen des Riementriebsystems fest führt.
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Die
EP 0 478 267 B1 zeigt eine Riemenspannvorrichtung zum Spannen eines Riemens eines Synchron-Riementriebsystems eines Verbrennungsmotors mit einem Riemenspannrad, wobei eine an einem Gehäuseteil drehbar gelagerte Armstruktur vorgesehen ist, an der das Riemenspannrad (Riemenspannscheibe) drehbar befestigt ist. Da mittels einer derartigen Riemenspannvorrichtung eine Riemenmindestspannkraft von etwa 300 Newton (N) aufgebracht wird, wird zum Halten in der Montageposition eine entsprechend große Kraft benötigt.
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Die
DE 202 20 527 U1 zeigt einen Riemenspanner mit Installationsstift zur Erleichterung der Installation des Riemenspanners. Die
DE 102 60 552 A1 beschreibt eine Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Riemenspannvorrichtung mit einem an einem Exzenter gelagerten Riemenspannrad anzugeben, die ein Halten des Exzenterrads und des Riemenspannrades in einer Montageposition zur Montage des Riemens ermöglicht und das Riemenspannrad gleichzeitig gegen ein axiales Verschieben sichert.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass die Exzenterstellungsfixierungseinrichtung ein stiftförmiges Sicherungselement zur Fixierung des Exzenterrads in einer Fixposition relativ zum Gehäuseteil aufweist, wobei das Riemenspannrad mittels einer in einer Aufnahme des Exzenterrads aufgenommenen Radwelle an dem Exzenterrad gelagert ist und das stiftförmige Sicherungselement durch eine der Exzenterstellungsfixierungseinrichtung zugeordnete Sicherungsöffnung des Gehäuseteils sowie in eine ebenfalls der Exzenterstellungsfixierungseinrichtung zugeordnete axiale Halteöffnung der Radwelle des Riemenspannrads zur axialen Fixierung der Radwelle einbringbar ist. Das stiftförmige Sicherungselement hat die Aufgabe, das Exzenterrad in einer Stellung zu fixieren, in der die am Exzenterrad gelagerte Radwelle des Riemenspannrades mit der Sicherungsöffnung des Gehäuseteils fluchtend angeordnet ist. Der Exzenter, welchem das Exzenterrad zugeordnet ist, weist ein Rückstellelement auf, das das Exzenterrad und das am Exzenterrad exzentrisch zu dessen Drehachse gelagerte Riemenspannrad in eine Spannposition drängt. Wird das Exzenterrad entgegen einer Rückstellkraft des Rückstellelements in eine Montageposition verbracht, bei der das Riemenspannrad den Riemen nicht spannt, wodurch der Riemen montiert/demontiert werden kann, sind Halteöffnungen und Sicherungsöffnung fluchtend angeordnet. In dieser Position wird das stiftförmige Sicherungselement durch die Sicherungsöffnung des Gehäuseteils hindurch und in die axiale Halteöffnung der Radwelle hineingesteckt. Die Halteöffnung verläuft dabei koaxial zur Drehachse des Riemenspannrades. Bei einer koaxial zur Drehachse angeordneten Halteöffnung ist die Radwelle insbesondere als Hohlwelle ausgebildet. Sicherungselement und Innenumfang der Radwelle sind dabei so dimensioniert, dass das Sicherungselement das Riemenspannrad vorzugsweise durch Reibschluss axial fixiert.
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Dies ist insbesondere notwendig, wenn keine separate axiale Sicherung des Riemenspannrades vorhanden ist und das Riemenspannrad zum Beispiel nur auf/in das Exzenterrad auf-/eingesteckt ist. Ein solches auf-/eingestecktes Riemenspannrad ist in der Spannposition des Exzenters durch den Riemen im Betrieb axial gesichert. In der Fixposition übernimmt erfindungsgemäß das Sicherungselement diese Aufgabe. Das Sicherungselement besitzt insbesondere eine umfängliche Anschlagnut, die die Einstecktiefe des Sicherungselements begrenzt.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Radwelle zur Lagerung des Riemenspannrades in einer Aufnahmeöffnung des Exzenterrades angeordnet ist. Die Radwelle durchgreift vorzugsweise durch die Aufnahmeöffnung durch das Exzenterrad.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass das Sicherungselement ein Sicherungsstopfen ist. Ein als Sicherungsstopfen ausgebildetes Sicherungselement schließt dicht mit der Sicherungsöffnung und/oder der Halteöffnung ab.
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Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die Lagerung des Exzenterrads am Gehäuseteil eine Gleitlagerung ist. Bei der Gleitlagerung werden die Lagerflächen zwischen Exzenterrad und Gehäuseteil permanent mit einem von Schmiermittel gebildeten Schmierfilm versehen. Dazu ist das Exzenterrad in einem als Lagerbrücke ausgebildeten Teil des Gehäuseteils gleitgelagert, der permanent mit Schmiermittel versorgt wird. Die Schmiermittelversorgung erfolgt vorzugsweise über eine gemeinsame Schmiermittelversorgung des Aggregats, die zum Beispiel auch dessen andere Gleitlager mit Schmiermittel versorgt. Das verwendete Schmiermittel ist insbesondere ein Schmieröl.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuseteil mindestens einen Schmiermittelversorgungskanal aufweist, der ein Lager zur Lagerung des Exzenterrades mit Schmiermittel versorgt. Ist das Gehäuseteil zum Beispiel ein Gehäuseteil mit mehreren Gleitlagern, so sind diese Gleitlager zur gleichmäßigen Schmiermittelversorgung mit im Gehäuseteil angeordneten Schmiermittelversorgungskanälen des Aggregats verbunden. Dazu besitzt das Aggregat zum Beispiel eine Schmiermittelpumpe, die das Schmiermittel durch die Schmiermittelversorgungskanäle pumpt. Insbesondere ist vorgesehen, dass der mindestens eine Schmiermittelversorgungskanal tangential am Exzenterrad vorbeiführt und die Lagerung des Exzenterrades über einen Durchbruch in der Lagerbrücke gewährleistet.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die Lagerung des Riemenspannrads im Exzenterrad eine Gleitlagerung ist. Ist die Lagerung des Riemenrads am Exzenterrad als Gleitlagerung vorgesehen, so muss ein Riemenspannradlager zur Lagerung des Riemenrads im/am Exzenterrad permanent mit Schmiermittel versorgt werden, wobei das Schmiermittel zur Schmierung und zur Kühlung dient.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Exzenterrad mindestens einen Schmiermittelkanal aufweist, der sich von einer ersten Lagerlauffläche der Lagerung des Exzenterrads bis zu einer zweiten Lagerlauffläche der Lagerung des Riemenspannrads erstreckt. Somit wird die Lagerung des Riemenspannrads über die Schmiermittelversorgung des Exzenterrads mitversorgt. Ist das Exzenterrad insbesondere an seiner Umfangsfläche in der Lagerbrücke des Gehäuseteils und das Riemenspannrad mit seiner Radwelle in einer Aufnahmeöffnung des Exzenterrads gelagert, so erstreckt sich der Schmiermittelkanal von der Umfangsfläche bis zur Aufnahmeöffnung des Exzenterrads. Die Umfangsfläche des Exzenterrads und die Gegenfläche der Lagerbrücke bilden dabei die erste Lagerlauffläche der Lagerung des Exzenterrads und die von der Aufnahmeöffnung umgebene Umfangsfläche der Radwelle mit der Gegenfläche der Aufnahmeöffnung bilden die zweite Lagerlauffläche der Lagerung des Riemenspannrads.
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Mit Vorteil ist vorgesehen, dass der Schmiermittelkanal an der ersten Lagerlauffläche in einer Aufweitung endet, die sich über einen Umfangsbereich erstreckt, der insbesondere dem Verstellwinkel oder in etwa dem Verstellwinkel des Exzenterrads entspricht. Durch die umfängliche Aufweitung des Schmiermittelkanals an der ersten Lagerlauffläche, insbesondere der Umfangsfläche des Exzenterrads, wird eine gleichbleibende, von einer Drehwinkeleinstellung des Exzenterrades unabhängige Versorgung der Lagerung des Riemenrads mit Schmiermittel gewährleistet.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die Riemenspannvorrichtung eine Verdreheinrichtung zum Verdrehen des Exzenterrads aufweist. Die Verdreheinrichtung weist dazu zum Beispiel ein Verdrehwerkzeug auf, das ein an dem Gehäuseteil fest installiertes Werkzeug oder alternativ ein zur Montage des Riemens in das Gehäuseteil einbringbares Werkzeug zum Verdrehen des Exzenterrads ist.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die Riemenspannvorrichtung eine Spannfeder aufweist, die das Exzenterrad in eine Spannposition bringt. Die Spannfeder ist dabei das Spannelement, das das Riemenspannrad durch die Verlagerung (das Verdrehen) des Exzenterrades in die Spannposition so gegen den um die Riemenscheiben geführten Riemen drängt, dass dieser mit einem Spanndruck gespannt wird.
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Schließlich ist vorgesehen, dass das Exzenterrad als Sinterbauteil oder als Fließpressbauteil ausgebildet ist. Durch die Ausbildung als Sinterbauteil oder als Fließpressbauteil wird die Anzahl der Bearbeitungsschritte gegenüber einer Herstellung des Exzenterrads durch spanende Bearbeitung deutlich reduziert. Vorzugsweise sind das Gehäuseteil und das Riemenspannrad aus Aluminium und das Exzenterrad aus Stahl. Diese Materialkombination eignet sich besonders für Gleitlager.
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Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels, und zwar zeigen:
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1 ein Teil eines Aggregats eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Ringspannvorrichtung,
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2 eine Schnittdarstellung der Riemenspannvorrichtung der 1 entlang der in der 1 angedeuteten Schnittlinie,
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3 eine Ansicht eines Exzenters der Riemenspannvorrichtung und
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4 ein Gehäuseteil und Komponenten der Riemenspannvorrichtung.
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Die 1 zeigt ein als Nockenwellenlagerbrille ausgebildetes Gehäuseteil 2 eines Aggregats 3, das als Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Das Gehäuseteil 2 ist an einer Seite des Verbrennungsmotors 3 im Endbereich von zwei Nockenwellen 5, 6 angeordnet, die an ihren Enden jeweils eine Riemenscheibe 7 aufweisen, wobei nur die Riemenscheibe 7 der Nockenwelle 6 dargestellt ist. Eine nicht dargestellte Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 3 treibt die Riemenscheiben 7 der Nockenwellen 5, 6 mittels eines als Zahnriemen ausgebildeten Riemens 9 eines Riementriebsystems 10 an. Eine nicht dargestellte Riemenscheibe der Kurbelwelle wird dazu von einer Schlaufe 11 des Riemens 9 umgriffen. Um eine zur Drehung der Kurbelwelle synchrone Drehung der Nockenwellen 5, 6 zu erreichen, ist der Zahnriemen 9 auf seiner Innenseite 12 mit Zähnen 13 versehen, die in Gegenverzahnungen der Riemenscheiben 7 der Nockenwelle 5, 6 und der nicht dargestellten Riemenscheibe der Kurbelwelle eingreifen. Um den Riemen 9 des Riementriebsystems 10 permanent auf Spannung zu halten, ist am Gehäuseteil 2 eine Riemenspannvorrichtung 14 zum Spannen des Riemens 9 angebracht. Diese Riemenspannvorrichtung 14 besteht aus einem an dem Gehäuseteil 2 drehbar gelagerten Exzenterrad 15, das am Gehäuseteil 2 um die Drehachse 16 drehbar gelagert ist. Das Exzenterrad 15 ist in den 2 und 3 dargestellt. Exzentrisch zur Drehachse 16 weist das Exzenterrad 15 eine Aufnahmeöffnung (Aufnahme) 17 für eine als Hohlwelle ausgebildete Radwelle 19 eines Riemenspannrads 20 auf. Die Radwelle 19 ist am Exzenterrad 15 gelagert und um eine sich mit dem Verdrehen des Exzenterrads 15 verlagernde Drehachse 21 drehbar. Das Exzenterrad 15 ist über eine in 2 dargestellte, als Schraubendrehfeder ausgebildete Spannfeder 23 mit dem das Exzenterrad 15 umgebenden Gehäuseteil 2 federnd verbunden. Dazu greift ein Ende 38 der Spannfeder 23 in das Exzenterrad 15 und das andere Ende der Spannfeder 23 in das Gehäuseteil 2. Die als Schraubendrehfeder ausgebildete Spannfeder 23 erzeugt bei einem Verdrehen des Exzenterrades 15 gegenüber dem Gehäuseteil 2 eine Rückstellkraft in Richtung einer Spannposition des Riemenspannrades 20. Das Gehäuseteil 2 weist eine Sicherungsöffnung 24 für ein in 2 dargestelltes Sicherungselement 25 auf. In einer in den 1 und 2 gezeigten Montageposition zur Montage/Demontage des Riemens 9 sind die Sicherungsöffnung 24 und die in der Aufnahmeöffnung 17 des Exzenterrads 15 angeordnete Radwelle 19 koaxial angeordnet. Zur Fixierung des Exzenterrads 15 ist ein als Sicherungsstopfen ausgebildetes stiftförmiges Sicherungselement 25 in die Sicherungsöffnung 24 und ferner in eine Halteöffnung 27 der Radwelle 19 eingebracht. Sicherungselement 25, Sicherungsöffnung 24 und Halteöffnung 27 bilden eine Exzenterstellungsfixierungseinrichtung 28. Das Gehäuseteil 2 weist weiterhin eine nicht dargestellte Einführöffnung für ein ebenfalls nicht dargestelltes Verdrehwerkzeug zur Exzenterbetätigung auf. Mit diesem Verdrehwerkzeug kann das Exzenterrad 15 zwischen einer Spannposition und der in den 1 und 2 gezeigten Montageposition durch Verdrehen verlagert werden.
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Die 2 zeigt eine Schnittdarstellung der Riemenspannvorrichtung 14 entlang der in der 1 angedeuteten Schnittlinie. Das Exzenterrad 15 stützt sich mit seiner ersten Stirnseite 29 an einer umfänglichen Kante des Gehäuseteils 2 ab und ist an seiner Umfangsfläche (Mantelfläche) 30 von einer hülsenförmigen Lagerbrücke 31 des Gehäuseteils 2 umfänglich umgeben. Die Lagerbrücke 31 ist ihrerseits von der Schraubendrehfeder 23 umgeben, die das Exzenterrad 15 in die Spannposition drängt. Das Exzenterrad 15 weist an seiner ersten Stirnseite 29 eine Struktur 32 auf, mit der eine Gegenstruktur an einem Ende des nicht gezeigten Verdrehwerkzeugs in Wirkeingriff steht. Durch den Wirkeingriff des Verdrehwerkzeugs kann das Exzenterrad 15 um seine Drehachse 16 verschwenkt werden. Durch das Verschwenken des Exzenterrades 15 verschwenkt sich auch die Radwelle 19 des Riemenspannrades 20 und wird so von seiner Spannposition in die Montageposition oder von der Montageposition in die Spannposition verbracht.
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Die 3 zeigt das Exzenterrad 15 der erfindungsgemäßen Riemenspannvorrichtung 14 mit der zur Drehachse 16 des Exzenterrads 15 exzentrisch angeordneten Aufnahmeöffnung 17 zur Aufnahme der als Hohlwelle ausgebildeten Radwelle 19 des Riemenspannrads 20 mit der um die Drehachse 16 verschwenkbaren Drehachse 21. Das Exzenterrad 15 weist einen Schmiermittelkanal 33 auf, der sich von der Umfangsfläche 30 bis zu einer Innenfläche 34 der Aufnahmeöffnung 17 des Exzenterrades 15 erstreckt. Der Schmiermittelkanal 33 endet an der Umfangsfläche 30 in einer Aufweitung 35, die sich über einen Umfangsbereich 36 des Exzenterrads 15 erstreckt, der einem maximalen Verstellwinkel 36' des Exzenterrads 15 entspricht. Dieser maximale Verstellwinkel 36' wird durch die Länge einer in 4 dargestellten Ausnehmung 37 in der hülsenförmigen Lagerbrücke 31 bestimmt, durch die die Schraubendrehfeder 23 mit ihrem einen Ende 38 in das Exzenterrad 15 eingreift. Auf einer der ersten Stirnseite 29 gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 39 verläuft eine Nut 40 von der Umfangsfläche 30 bis unmittelbar vor die Aufnahmeöffnung 17. Diese Nut 40 dient zur Schmiermittelversorgung der zweiten Stirnseite 39.
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Die 4 zeigt das Gehäuseteil 2 mit der Lagerbrücke 31 zur Aufnahme des Exzenterrads 15. In etwa tangential zur hülsenförmigen Lagerbrücke 31 ist im Gehäuseteil 2 ein Schmiermittelversorgungskanal eines Schmiermittelversorgungssystems des Aggregats 3 angeordnet. Die Lagerbrücke 31 weist in einem Kontaktbereich mit dem Schmiermittelkanal einen Durchbruch 43 auf, der eine Schmiermittelversorgung einer zwischen der Umfangsfläche 30 und einer Gegenfläche 44 der Lagerbrücke 31 gebildeten ersten Lagerlauffläche 45 eines als Gleitlager 46 ausgebildeten Lagers 47 gewährleistet. Durch die Nut 40 wird die zweite Stirnseite 39 des Exzenterrades 15 mit Schmiermittel versorgt. Zur Versorgung eines als Gleitlager ausgebildeten Riemenspannradlagers 49 zur Lagerung des Riemenspannrades 20 am Exzenterrad 15 erstreckt sich der in 3 gezeigte Schmiermittelkanal 33 von einer Aufweitung 35 am Umfangsbereich 36 des Exzenterrades 15 bis zu der Innenfläche 34 der Aufnahmeöffnung 17 und einer gegenüberliegenden Mantelfläche 50 der Radwelle 19. Die Mantelfläche 50 und die als deren Gegenfläche ausgebildete Innenfläche 34 der Aufnahmeöffnung 17 bilden eine zweite Lagerlauffläche 52 des Riemenspannradlagers 49.
