DE102008011137A1

DE102008011137A1 - Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb

Info

Publication number: DE102008011137A1
Application number: DE200810011137
Authority: DE
Inventors: Bernd Hartmann
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2009-08-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb, insbesondere für einen Ausgleichswellentrieb oder einen Ölpumpentrieb an einer Brennkraftmaschine, mit einem Spannelement (1), das quer zum Zugmittel (2) jeweils auf die Innenseite eines ersten und eines zweiten freien Zugmittelabschnittes (2.1, 2.2) wirkt. Erfindungsgemäß ist das Spannelement ein unter Vorspannung an der Innenseite des ersten und des zweiten freien Zugmittelabschnittes (2.1, 2.2) anliegender elastischer Spannring (1).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb, insbesondere für einen Ausgleichswellentrieb oder einen Ölpumpentrieb an einer Brennkraftmaschine, mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Das Zugmittel eines Zugmitteltriebes kann beispielsweise aufgrund von Verschleiß, Temperaturänderungen oder aufgrund der dem Zugmitteltrieb eigenen Dynamik eine Längung erfahren, so dass die Zugmittelspannung abnimmt. Damit ein einwandfreier Betrieb gewährleistet bleibt, gilt es den Spannungsverlust auszugleichen. Zur Sicherstellung einer vorgegebenen Zugmittelspannung werden Spannvorrichtungen eingesetzt, die in der Regel ein selbsttätiges Nachspannen bei Verringerung der Zugmittelspannung ermöglichen. Hinsichtlich der Ausführung der Spannelemente und hinsichtlich der Weise, wie auf das Zugmittel eingewirkt wird, können sich Spannvorrichtungen jedoch deutlich unterscheiden.
Die DE 36 19 577 A1 offenbart einen Riemen- oder Kettentrieb einer Brennkraftmaschine, wobei der Ölpumpenantrieb als Spannrad dient. Es wird demnach ein ebenfalls über den Zugmitteltrieb betätigtes Hilfsaggregat, hier die Ölpumpe, als Spannvorrichtung eingesetzt. Hierzu weist die Ölpumpe ein rundes Gehäuse auf, das drehbar gelagert ist. Das Antriebsrad der Ölpumpe ist exzentrisch zu dem Drehpunkt des Gehäuses angeordnet, so dass bei Drehen des Ölpumpengehäuses, das Antriebsrad als Spannrad dient. Dabei wird das Antriebsrad gegen die Innenseite eines freien Abschnittes des Zugmittels gedrückt.
Eine auf die Innenseite eines ersten und eines zweiten freien Zugmittelabschnittes wirkende Spannvorrichtung wird in der EP 0 294 559 A1 gezeigt. Die zum Spannen einer Endloskette ausgelegte Spannvorrichtung umfasst zwei Spannelemente, die mit relativ zueinander beweglichen Kolben versehen sind, die ineinandergesetzt sind und einen gemeinsamen Druckraum aufweisen. Wird dem Druckraum Öl zugeführt, erhöht sich der dort herrschende Druck und bewirkt eine Relativbewegung der Kolben zueinander, in der Weise, dass die mit dem jeweiligen Kolben verbundenen Spannelemente gegen die Innenseite eines ersten und eines zweiten freien Kettenabschnittes, hier der Innenseite des Lasttrums und der Innenseite des Leertrums, gedrückt werden. Um die Reibung und damit den Verschleiß des Zugmittels gering zu halten, sind die Druckflächen der Spannelemente gewölbt und mit einem Kunststoffbelag als Gleitbelag versehen.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannvorrichtung derart weiterzuentwickeln, dass die Reibung an den jeweiligen Kontaktflächen des Zugmittels und des Spannelements und damit deren Verschleiß weiter reduziert wird. Ferner soll die Spannvorrichtung einfach aufgebaut und damit kostengünstig herstellbar sein.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Spannvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Spannvorrichtung werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Spannvorrichtung weist ein quer zum Zugmittel wirkendes Spannelement auf, das erfindungsgemäß ein unter Vorspannung an der Innenseite eines ersten und eines zweiten freien Zugmittelabschnittes anliegender elastischer Spannring ist. Die gesamte Vorrichtung kann damit auf einen elastischen Ringkörper reduziert werden, der zwischen zwei freien Zugmittelabschnitten des Zugmittels angeordnet ist. Indem der Spannring unter Vorspannung an den Innenseiten der beiden Zugmittelabschnitte anliegt, kann auf eine zusätzliche Befestigung des Spannringes beispielsweise an einem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine verzichtet werden. Somit sind zusätzliche Befestigungsmittel entbehrlich, was sich günstig auf die Kosten und den erforderlichen Montageaufwand auswirkt.
Dadurch, dass auf eine Befestigung des elastischen Spannringes verzichtet wird, kann der Spannring nicht nur seine Form, sondern auch seine Lage ändern. Eine Lageänderung erfolgt beispielsweise automatisch bei einer Veränderung der Zugmittelspannung in einem Zugmittelabschnitt. Hierbei verschiebt sich die Lage des Spannringmittelpunktes. Eine weitere Lageänderung erfährt der Spannring dadurch, dass das Zugmittel über den Spannring abläuft und diesen dabei mitführt. Denn das Ablaufen des Zugmittels bewirkt Reibungskräfte an den jeweiligen Kontaktflächen, die aufgrund der Vorspannung des Spannringes zu einem Kraftschluss und schließlich dazu führen, dass der Spannring mitdreht. Auf diese Weise werden Abrieb und somit Verschleiß der Kontaktflächen reduziert.
Der elastische Spannring weist bevorzugt eine elliptische Grundform auf, wenn er unter Vorspannung an der Innenseite des ersten und des zweiten freien Zugmittelabschnittes anliegt. In entspanntem Zustand besitzt er vorzugsweise eine kreisrunde oder annähernd kreisrunde Form. Durch letztere kann beispielsweise ein ungleichmäßiger Lauf des Zugmittels ausgeglichen werden. Die Elastizität des Spannringes, d. h. die Federrate, sowie die Vorspannung des Zugmittels bestimmen den Grad der Verformung des Ringkörpers. Dementsprechend kann die elliptische Grundform in Bezug auf das jeweilige Längenverhältnis der beiden Achsen der Ellipse variieren. Der Schnittpunkt beider Achsen bestimmt den Mittelpunkt der Ellipse. Bei Veränderung der Zugmittelspannung eines freien Zugmittelabschnittes verlagert sich dieser Mittelpunkt und damit die Lage des Spannrings. In Abhängigkeit von der Spannung des ersten und/oder des zweiten freien Zugmittelabschnittes ist daher die Lage des Spanringes entlang einer Achse A veränderbar, wobei die Achse A senkrecht zur Hauptachse der Ellipse verläuft. Handelt es sich bei den beiden freien Zugmittelabschnitten um das Last- und das Leertrum des Zugmittels, kann eine Veränderung der Zugmittelspannung in einem freien Zugmittelabschnitt dadurch bewirkt werden, dass beispielsweise der Zugmitteltrieb aus dem Ruhezustand in den Betriebszustand überführt wird. Über die Drehbewegung der Antriebswelle wird ein Moment eingeleitet, das eine Streckung des Lasttrums und damit eine erhöhte Zugmittelspannung bewirkt. Das Leertrum dagegen bleibt unbelastet. Die erhöhte Spannung im Lasttrum jedoch bewirkt, dass der Spannring sich soweit verlagert, dass die Spannungsunterschiede in den beiden Zugmittelabschnitten ausgeglichen werden. Die Verlagerung des Spannringes wird erst dadurch ermöglicht, dass auf eine Befestigung desselben verzichtet wird.
Die Reibungskräfte an den Kontaktflächen wirken zudem einem Abspringen des Zugmittels sowie einem Herausfallen des Spannringes entgegen. Darüber hinaus sind das Zugmittel und der Spannring bevorzugt derart ausgebildet, dass sie im Kontaktbereich in Eingriff miteinander stehen. Vorzugsweise besteht somit in Laufrichtung L des Zugmittels und/oder quer zur Laufrichtung eine formschlüssige Verbindung. Eine derartige Verbindung bewirkt eine zusätzliche Führung des Spannringes.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Zugmitteltrieb einen Zahnriemen als Zugmittel und wenigstens eine erste und eine zweite Riemenscheibe, um die das Zugmittel geführt ist. Der Einsatz eines Zahnriemens als Zugmittel erweist sich insbesondere im Hinblick auf die Geräuschentwicklung als vorteilhaft. Im Vergleich zu Ketten als Zugmittel weist der Zahnriemen beispielsweise nicht nur einen ruhigen und geräuscharmen Lauf auf, sondern zeichnet sich auch durch vergleichsweise geringe Wartungskosten aus.
Weiterhin bevorzugt besitzt der Zahnriemen im Längsschnitt ein beidseitiges Trapezprofil, wobei die außenseitigen Hohlräume mittels elastischer Stege überbrückt werden. Ein derartiges Profil verleiht dem Zahnriemen eine gewisse Elastizität, mittels derer eine kurzzeitige Überlastung des Zahnriemens kompensiert werden kann. Die zwischen den Hohlräumen angeordneten elastischen Stege verhindern dabei eine Überdehnung des Zahnriemens und wirken somit dem Schlupf des Riemens entgegen.
Zur Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung weist der Spannring bevorzugt außenseitig angeordnete und zum innenseitigen Trapezprofil des Zahnriemens korrespondierende Ausnehmungen oder Durchbrechungen auf. Das heißt, die Ausnehmungen oder Durchbrechungen sind dergestalt, dass die trapezförmigen Zähen des Zahnriemens beim Ablaufen in die jeweiligen Ausnehmungen oder Durchbrechungen des Spannringes eingreifen. Bevorzugt weisen die Ausnehmungen oder Durchrechungen ausreichend Spiel auf, um der Elastizität des Zahnriemens sowie der Elastizität des Spannriemens Rechnung zu tragen. Der Formschluss bewirkt, dass der Spannring durch den Zahnriemen geführt wird.
Der Form- und/oder Kraftschluss an den Kontaktflächen bewirken, dass das Zugmittel den Spannring in der Weise mitführt, dass der Spannring bevorzugt gleichsinnig in Bezug auf den Drehsinn einer das Zugmittel führenden Welle dreht. Dadurch werden Abrieb und Verschleiß des Zugmittels verringert.
Gleichwohl der den Abrieb und den Verschleiß verringernde Effekt bei ausreichender Vorspannung des Spannringes auch bei glatter Oberflächenausbildung des Spannringes oder des Riemens auftritt, wird es als besonderes vorteilhaft angesehen, wenn das Zugmittel und der Spannring an den Kontaktflächen eine formschlüssige Verbindung eingehen. Dies gilt insbesondere bei Zugmitteltrie ben, bei denen ein Schmiermittel, wie beispielsweise Öl, verwendet wird, das sich auf die jeweiligen Kontaktflächen legen kann. Denn die Schmierwirkung würde eine kraftschlüssige Verbindung verhindern, so dass eine Führung des Spannringes durch das Zugmittel nicht sichergestellt werden könnte. Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung ist daher bevorzugt für einen Zugmitteltrieb mit einem in Öl laufenden Zahnriemen ausgelegt. Weiterhin bevorzugt ist sie für den Einsatz in einem Ausgleichswellentrieb oder einem Ölpumpentrieb an einer Brennkraftmaschine ausgelegt.
Um eine ausreichende Elastizität des Spannringes zu gewährleisten, besteht dieser bevorzugt aus Federstahl oder Kunststoff, insbesondere einem elastisch verformbaren Kunststoff. Darüber hinaus kann auch ein Kunststoff als Werkstoff vorgesehen sein, der mit einem Federstahl verstärkt ist. Die Formsteifigkeit des Ringes ist derart zu wählen, dass eine ausreichende Vorspannung des Zugmittels bewirkt wird und eine Veränderung der Zugmittelspannung ausgeglichen werden kann. Die Spannvorrichtung ermöglicht somit, dass Riemenlängungen, beispielsweise durch Temperatur oder Verschleiß, sowie die Dynamik des Zugmitteltriebes beherrscht werden.
Konkrete Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
1 schematische Darstellung eines Zugmitteltriebs im Ruhezustand mit einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung,
2 schematische Darstellung des Zugmitteltriebes aus 1 im Betriebszustand,
3

a) Teilansicht eines Zahnriemens und
b) Teillängsschnitt des Zahnriemens des Zugmitteltriebes sowie

4 Teilansicht eines Spannringabschnittes.
Der in 1 dargestellte Zugmitteltrieb besitzt einen Zahnriemen als Zugmittel 2, der über zwei Riemenscheiben 3.1, 3.2 geführt ist. Zwischen den beiden Riemenscheiben ist eine Spannvorrichtung entsprechend der Erfindung angeordnet. Diese umfasst einen elastischen Spannring 1 als Spannelement. Der Spannring 1 liegt dabei unter Vorspannung an der Innenseite eines ersten freien Zahnriemenabschnittes 2.1 und der Innenseite eines zweiten freien Zahnriemenabschnittes 2.2 an. Die Vorspannung bewirkt, dass der Spannring 1 eine in Richtung der Achse A gestauchte Form aufweist. Der Spannring 1 besitzt somit die Form einer Elipse. Im Ruhezustand des Zugmitteltriebs liegen die Mittelpunkte M1, M2, M3 der Riemenscheiben 3.1, 3.2 und des Spannringes 1 auf einer gemeinsamen Achse B. Insoweit deckt sich auch die Hauptachse der Elipse des Spannringes 1 mit dieser Achse. Senkrecht zu dieser Achse verläuft die mit der Nebenachse der Elipse deckungsgleiche Achse A.
2 zeigt denselben Zugmitteltrieb in Betriebszustand. Der Mittelpunkt M1 der Riemenscheibe 3.1 bezeichnet die Längsachse einer Antriebswelle (nicht dargestellt). Der Drehsinn der Antriebswelle entspricht der mittels eines Pfeiles dargestellten Laufrichtung L des Zahnriemens 2. Die Übertragung des Drehmoments auf das Zugmittel bewirkt, dass der freie Zugmittelabschnitt 2.2 belastet wird (Lasttrum), der freie Zugmittelabschnitt 2.1 dagegen entlastet (Leertrum) wird. Die Spannungsänderungen im Zugmittel führen dazu, dass der Spannring 1 verlagert wird. Dabei verschiebt sich der Mittelpunkt M3 entlang der Achse A in Richtung des freien Zugmittelabschnitts 2.1 (Leertrum).
Die 3a und b zeigen eine bevorzugte Ausbildung eines mit der Spannvorrichtung zusammenwirkenden Zahnriemens. Die 3a stellt eine Aufsicht auf einen Zahnriemenabschnitt dar, der entsprechend der Darstellung in 3b im Längsschnitt ein beidseitiges Trapezprofil aufweist. Die innenseitig Zähne ausbildenden trapezförmigen Ausformungen bilden außenseitig Hohlräume 4, die zumindest abschnittsweise durch elastische Stege 5 überbrückt werden. Aufgrund der Profilierung des Riemens 2 besitzt dieser eine gewisse Elastizität.
Die elastischen Stege 5 wirken dabei einer Überdehnung des Riemens entgegen.
Korrespondierend zu dem innenseitigen Trapezprofil des Zahnriemens 2 weist der Spannring 1 Durchbrechungen 6 auf. Bei Bewegung des Zugmittels 2 greifen die innenseitigen Zähne nacheinander in die entsprechenden Durchbrechungen 6 des Spannringes 1, so dass der Spannring 1 aufgrund des Formschlusses im Kontaktbereich mitgeführt wird.
Eine derartige, einen Formschluss ermöglichende Ausbildung des Zugmittels sowie des Spannrings gewährleisten die sichere Führung und Positionierung des Spannelements. Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung ist daher auch bei Zugmitteltrieben einsetzbar, die beispielsweise einen in Öl laufenden Zahnriemen verwenden oder zwei verschieden große Riemenscheiben 3.1 und 3.2 aufweisen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit vielseitig einsetzbar und lässt sich zudem auf einfache Weise in einen bestehenden Zugmitteltrieb einsetzen. Die Elemente der Spannvorrichtung beschränken sich auf einen elastischen Spannring als Spannelement, der – wenn beispielsweise aus Federstahl oder Kunststoff hergestellt – kostengünstig herstellbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3619577 A1 [0003]
- EP 0294559 A1 [0004]

Claims

Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb, insbesondere für einen Ausgleichswellentrieb oder einen Ölpumpentrieb an einer Brennkraftmaschine, mit einem Spannelement (1), das quer zum Zugmittel (2) jeweils auf die Innenseite eines ersten und eines zweiten freien Zugmittelabschnittes (2.1, 2.2) wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement ein unter Vorspannung an der Innenseite des ersten und des zweiten freien Zugmittelabschnittes (2.1, 2.2) anliegender elastischer Spannring (1) ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der unter Vorspannung an der Innenseite des ersten und des zweiten freien Zugmittelabschnittes (2.1, 2.2) anliegende Spannring (1) eine ovale Grundform besitzt.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Spannringes (1) in Abhängigkeit von der Spannung des ersten und/oder des zweiten freien Zugmittelabschnittes entlang einer Achse A veränderbar ist.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (2) und der Spannring (1) im Kontaktbereich in Eingriff miteinander stehen, so dass in Laufrichtung L des Zugmittels und/oder quer zur Laufrichtung eine formschlüssige Verbindung besteht.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugmitteltrieb einen Zahnriemen als Zugmittel (2) und wenigstens eine erste und eine zweite Riemenscheibe (3.1, 3.2) umfasst, um die das Zugmittel (2) geführt ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnriemen (2) im Längsschnitt ein beidseitiges Trapezprofil besitzt, wobei die außenseitigen Hohlräume (4) mittels elastischer Stege (5) überbrückt werden.
Spannvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannring (1) außenseitig angeordnete und zum innenseitigen Trapezprofil des Zahnriemens korrespondierende Ausnehmungen oder Durchbrechungen (6) aufweist.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (2) den Spannring (1) mitführt, so dass der Spannring (1) gleichsinnig in Bezug auf den Drehsinn einer das Zugmittel führenden Welle dreht.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (2) ein in Öl laufender Zahnriemen ist.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannring (1) aus Federstahl oder Kunststoff oder mit einem Federstahl verstärktem Kunststoff besteht.