DE102008052307A1

DE102008052307A1 - Mechanische Spannvorrichtung

Info

Publication number: DE102008052307A1
Application number: DE102008052307A
Authority: DE
Inventors: Roman Kern; Reinhard Koch
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-10-18
Filing date: 2008-10-18
Publication date: 2010-04-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mechanische Spanneinrichtung (40) für ein Endloszugmittel (30), mit einem Zylinder (4), einem in dem Zylinder (4) geführten Kolben (1), einer sich an dem Zylinder (4) abstützenden und den Kolben (1) mit einer Axialkraft (F) beaufschlagenden Feder (5), einem zwischen der Feder (5) und dem Kolben (1) angeordneten Reibelement (2) mit einem Innenkonus an dem der Kolben (1) mit einem Außenkonus anliegt und dadurch das Reibelement (2) reibungserhöhend gegen die Wand des Zylinders (4) presst, wobei die Feder (5) über eine Anlagefläche (6) an dem Reibelement (2) anliegt, wobei die Anlagefläche (6) in einem Winkel ungleich 90° zu der Wand des Zylinders (4) ausgerichtet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine mechanische Spannvorrichtung für einen endlosen Zugmitteltrieb mit den Merkmalen der Oberbegriffe von Anspruch 1 und Anspruch 6.
Spannvorrichtungen für einen Zugmitteltrieb mit einem Endloszugmittel werden z. B. in Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Wesentlicher Bestandteil des Zugmitteltriebes ist das Endloszugmittel, welches aus einer Kette oder einem Riemen besteht, und ein treibendes Aggregat mit einem angetriebenen Aggregat verbindet. So ist z. B. ein Zugmitteltrieb zur Übertragung der Drehbewegung der Kurbelwelle auf die Nockenwelle oder einem Nockenwellenversteller oder auch zur Übertragung der Drehbewegung des Startergenerators auf die Kurbelwelle vorgesehen. Das Endloszugmittel umschlingt eine Welle des antreibenden Aggregates und eine Welle des angetriebenen Aggregates und überträgt so die Drehbewegung der antreibenden Welle auf die angetriebene Welle. Dabei ist es wichtig, dass das Endloszugmittel unter Span nung gehalten wird, damit zwischen dem antreibenden und dem angetriebenen Aggregat möglichst kein Schlupf entsteht und beim Einsetzen der Drehbewegung keine ruckartigen Stöße auftreten.
Bisher wurden die Spannvorrichtungen hydraulisch mit einem Öldruck beaufschlagt, welcher von einer zentralen Ölpumpe der Brennkraftmaschine erzeugt wurde. Da der Verbrauch in modernen Kraftfahrzeugen eine immer größere Rolle spielt, ist es das Bestreben die zentrale Ölpumpe zu verkleinern, so dass die mit dem Antrieb der Ölpumpe verbundene Verlustleistung der Brennkraftmaschine reduziert wird, und der Verbrauch der Brennkraftmaschine bei gleicher Leistung sinkt.
Aus der DE 296 10 404 U1 ist bereits eine mechanische Spannvorrichtung bekannt, welche die Spannung des Endloszugmittels rein mechanisch erzeugt und keinen Öldruck benötigt, so dass die Ölpumpe entsprechend kleiner bemessen werden kann. Da eine solche mechanische Spannvorrichtung keine externe Energie benötigt, kann die Spannvorrichtung als autarkes Bauteil unabhängig von benachbarten Aggregaten ausgelegt und betrieben werden, wodurch zusätzlich die Kosten für die Montage und mögliche Reparaturen deutlich gesenkt werden.
Die aus der DE 296 10 404 U1 bekannte Spannvorrichtung weist einen Kolben und einen Zylinder auf, zwischen denen eine Feder vorgesehen ist, die sich an dem Zylinder abstützt und den Kolben mit einer Axialkraft beaufschlagt. Zwischen dem Kolben und der Zylinderwand ist zusätzlich ein Reibungsdämpfungselement mit einer Keilfläche vorgesehen, welches durch die Keilfläche von dem Koben gegen die Zylinderwand gepresst wird und dadurch die Reibung erhöht. Die Anpresskraft der Reibungsdämpfungselemente wird dabei durch den Winkel der Keilfläche, den Werkstoff des Reibungsdämpfungselementes und die geometrischen Außengestaltung des Reibungsdämpfungselementes bestimmt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zu schaffen, die durch das Reibelement erzeugte Reibung zusätzlich zu verändern.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterbildungen den Unteransprüchen zu entnehmen sind.
Nach Anspruch 1 wird zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagen, dass die Anlagefläche in einem Winkel ungleich 90 Grad zu der Wand des Zylinders ausgerichtet ist. Durch die vorgeschlagene Ausrichtung der Anlagefläche zu der Wand des Zylinders wird die von der Feder ausgeübte Axialkraft wenigstens teilweise in eine Radialkraft umgewandelt, durch welche die Reibkraft zwischen dem Reibelement und der Zylinderwand bzw. des Kolbens verändert werden kann. Zusätzlich kann durch die Wahl des Winkels auch der Ort, an dem die Reibkräfte zwischen dem Reibelement und der Wand des Zylinders oder dem Kolben wirken, variiert werden.
Alternativ wird nach Anspruch 6 zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagen, dass das Reibelement aus über ein Verbindungselement miteinander verbundenen Einzelelementen gebildet ist. Durch die Ausbildung des Reibelementes aus Einzelelemente können Einzelelemente mit verschiedenen Eigenschaften, Geometrien und/oder Oberflächenbeschaffenheiten miteinander kombiniert werden, so dass insgesamt die durch das Reibelement bewirkte Reibung individuell den Anforderungen entsprechend verändert werden kann. So wäre es zum Beispiel denkbar, Einzelelemente aus unterschiedlichen Werkstoffen oder mit unterschiedlichen Keilwinkeln zu kombinieren, so dass die Reibkräfte in der Höhe und ihrem Wirkungsort so eingestellt werden können, dass diese einer vorgegebenen Reibcharakteristik entspricht.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Figuren ist im Einzelnen zu erkennen:
1: Zugmitteltrieb mit Spanneinrichtung
2: Mechanische Spanneinrichtung mit Reibelement mit Anlageflächen mit einem Winkel zur Zylinderwand kleiner als 90 Grad
3: Mechanische Spanneinrichtung mit Reibelement mit Anlageflächen mit einem Winkel zur Zylinderwand größer als 90 Grad
4: Reibelement gebildet aus Einzelelementen mit Verbindungselement
5a: Ausschnitt „X” aus 2
5b: Ausschnitt „Y” aus 3
6a: Mechanische Spanneinrichtung mit Reibelement mit Verbindungselement und schräg gerichteter Nut zu der Zylinderwand in einem Winkel kleiner als 90 Grad
6b: Mechanische Spanneinrichtung mit Reibelement mit Verbindungselement und schräg gerichteter Nut zu der Zylinderwand in einem Winkel größer als 90 Grad
In 1 ist zunächst allgemein ein Zugmitteltrieb zu erkennen, wie es insbesondere in Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verwendet wird. Der Zugmitteltrieb ist gebildet aus einem antreibenden Aggregat 20, wie zum Beispiel der Kurbelwelle oder dem Startergenerator, einem angetriebenen Aggregat, wie z. B. einer Nockenwelle, einer Wasserpumpe oder einer Ölpumpe, und einem das antreibende und das angetriebene Aggregat 20 und 10 umschlingende Endloszugmittel 30, wie z. B. ein Riemen oder eine Kette. Das Endloszugmittel 30 wird über ein Führungselement 50 von einer mechanischen Spanneinrichtung 40 gespannt, so dass kein Schlupf entsteht und/oder keine Stöße bei Beginn der Drehbewegung des Zugmitteltriebes auftreten.
In 2 und der dazugehörigen Detailansicht der Einzelheit „X” in 5a ist die mechanische Spanneinrichtung 40 im Schnitt zu erkennen. Sie ist gebildet durch einen Zylinder 4, einen darin geführten Kolben 1 und eine den Kolben 1 in Axialrichtung „F” mit einer Axialkraft beaufschlagenden Feder 5, die sich an dem Grund des Zylinders 4 abstützt. Zwischen der Feder 5 und dem Kolben 1 ist ferner ein Reibelement 2 vorgesehen, an welcher die Feder 5 über eine Anlagefläche 6 anliegt. Das Reibelement 2 ist mit einem Innenkonus versehen, an dem der Kolben 1 mit einem Außenkonus anliegt, so dass das Reibelement 2 auseinandergedrückt wird und reibungserhöhend gegen die Wand des Zylinders 4 gepresst wird. Die Anlagefläche 6 ist als ringförmige konische Schrägfläche relativ zu der von der Feder 5 ausgeübten Axialkraft „F” ausgerichtet, und in einem Winkel „W” kleiner als 90 Grad zu der angrenzenden Wand des Zylinders 4 angeordnet. Aufgrund der Ausrichtung der Anlagefläche 6 führt die von der Feder 5 ausgeübte Axialkraft „F” zu einer Erhöhung der Anpresskraft „P” zwischen dem Reibelement 2 und der Wand des Zylinders 4, wodurch schließlich die Dämpfung der mechanischen Spanneinrichtung 40 entscheidend mitbestimmt wird. Radial nach innen wird die schräg gerichtete Anlagefläche 6 von einem Vorsprung 8 begrenzt, der verhindert, dass unter ungünstigen Umständen die Feder 5 von der Anlagefläche 6 abgleitet. Ferner ist an dem Reibelement 2 eine radial gerichtete Nut 7 vorgesehen, in der ein Verbindungselement 3 angeordnet ist, welches später noch erläutert wird. Es ist jedoch schon hier erkennbar, dass bei Ausbildung des Verbindungselementes 3 als Ring und entsprechender Bemessung des Ringes mit einem Außendurchmesser größer als der Innendurchmesser des Grundes der Nut 7 die Anpresskraft zwischen dem Reibelement 3 und der Wand des Zylinders 4 weiter erhöht werden kann.
In der 3 und der in 5b dargestellten zugehörigen Detailansicht Y ist ein alternatives Ausführungsbeispiel zu erkennen, bei dem im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel aus 2 der Winkel „W” zwischen der Anlagefläche 6 und der Wand des Zylinders 4 größer als 90 Grad gewählt ist. Durch den unterschiedlichen Winkel „W” der Anlagefläche 6 führt die von der Feder 5 ausgeübte Axialkraft „F” nun zu einer Erhöhung der Anpresskraft „N” zwischen dem Reibelement 2 und dem Kolben 1. Aufgrund des mit dem Außenkonus an dem Innenkonus des Reibelementes 2 anliegenden Kolbens 1 kann durch die erhöhte Anpresskraft „N” die Hubbewegung des Kolbens 1 aus dem Zylinder 4 heraus unterstützt werden.
In der 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zu erkennen, bei dem das Reibelement 2 durch vier Einzelelemente 2a, 2b, 2c und 2d gebildet ist. Die Einzelelemente 2a, 2b, 2c und 2d sind über eine Nut 7 auf ein als Ring ausgebildetes Verbindungselement 3 aufgefädelt. Die Einzelelemente 2a, 2b, 2c und 2d können dabei sowohl in ihren Werkstoffen als auch in der Geometrie oder der Oberflächenbeschaffenheit so gewählt werden, dass sich in der mechanischen Spannvorrichtung 40 eine bestimmte Reibcharakteristik einstellt. Ferner kann durch das Verbindungselement 3 im zusammengebauten Zustand der mechanischen Spannvorrichtung 40 eine bestimmte Spannung auf die Einzelelemente 2a, 2b, 2c und 2d ausgeübt werden, so dass die zwischen dem Reibelement 2 und der Wand des Zylinders 4 bzw. des Kolbens 1 wirkenden Reibkräfte zusätzlich verändert werden können.
In den 6a und 6b ist eine Weiterentwicklung des Ausführungsbeispieles aus 5a als Detail X1 und X2 bezeichnet zu erkennen, bei der die Nut 7 relativ zu der Wand des Zylinders 4 in einem Winkel „V” angeordnet ist. In der 6a ist der Winkel kleiner als 90 Grad und in der 6b größer als 90 Grad gewählt. Insgesamt ergibt sich bei runder Ausführung des Reibelementes 2 ein dem Innenkonus des Reibelementes 2 gleich- oder entgegen gerichteter durch die Nut 7 gebildeter Konus. In der Nut 7 ist, wie schon oben beschrieben, das als Ring ausgebildete Verbindungselement 3 angeordnet, welches die Einzelelemente 2a, 2b, 2c und 2d des Reibelementes 2 zusammenhält, sofern dieses nicht einstückig ausgebildet ist. Dabei kann die von dem Verbindungselement 3 erzeugte Vorspannung je nach Bemessung des Verbindungselementes 3 und Ausrichtung der Nut 7 wie in 6a dargestellt zur Erhöhung der Anpresskraft „P” zwischen Reibelement 2 und der Wand des Zylinders 4 oder zur Erhöhung der Anpresskraft „N” zwischen dem Reibelement 2 und dem Kolben 1 genutzt werden. Ferner hat die schräg gerichtete Nut 7 den Vorteil, dass das Verbindungselement 3 nicht aus der Nut 7 herausrutschen kann.
Aus der vorgeschlagenen Erfindung lassen sich beliebig viele Kombinationen zur Veränderung der Reibkräfte herleiten, indem der Winkel „W” der Anlagefläche 6, der Winkel „V” der Nut 7 oder das Verbindungselement 3 in seiner Bemessung einzeln oder kombiniert verändert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 29610404 U1 [0004, 0005]

Claims

Mechanische Spanneinrichtung (40) für ein Endloszugmittel (30), mit einem Zylinder (4), einem in dem Zylinder (4) geführten Kolben (1), einer sich an dem Zylinder (4) abstützenden und den Kolben (1) mit einer Axialkraft (F) beaufschlagenden Feder (5), einem zwischen der Feder (5) und dem Kolben (1) angeordneten Reibelement (2) mit einem Innenkonus an dem der Kolben (1) mit einem Außenkonus anliegt und dadurch das Reibelement (2) reibungserhöhend gegen die Wand des Zylinders (4) presst, wobei die Feder (5) über eine Anlagefläche (6) an dem Reibelement (2) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (6) in einem Winkel ungleich 90 Grad zu der Wand des Zylinders (4) ausgerichtet ist.
Mechanische Spanneinrichtung (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (6) als ringförmige Konusfläche gebildet ist.
Mechanische Spanneinrichtung (40) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (6) und die Wand des Zylinders (4) in einem Winkel (W) kleiner als 90 Grad zueinander angeordnet sind.
Mechanische Spanneinrichtung (40) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (6) und die Wand des Zylinders (4) in einem Winkel (W) größer als 90 Grad zueinander angeordnet sind.
Mechanische Spanneinrichtung (40) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (6) an dem Reibelement (2) durch wenigstens einen Vorsprung (8) begrenzt ist.
Mechanische Spanneinrichtung (40) für ein Endloszugmittel (30), mit einem Zylinder (4), einem in dem Zylinder (4) geführten Kolben (1), einer sich an dem Zylinder (4) abstützenden und den Kolben (1) mit einer Axialkraft (F) beaufschlagenden Feder (5), einem zwischen der Feder (5) und dem Kolben (1) angeordneten Reibelement (2) mit einem Innenkonus an dem der Kolben (1) mit einem Außenkonus anliegt und dadurch das Reibelement (2) reibungserhöhend gegen die Wand des Zylinders (4) presst, wobei die Feder (5) über eine Anlagefläche (6) an dem Reibelement (2) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibelement (2) aus über ein Verbindungselement (3) miteinander verbundenen Einzelelementen (2a, 2b, 2c, 2d) gebildet ist.
Mechanische Spanneinrichtung (40) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) durch einen Ring gebildet ist.
Mechanische Spanneinrichtung (40) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente (2a, 2b, 2c, 2d) eine Nut (7) aufweisen, und das Verbindungselement (3) wenigstens abschnittsweise in die Nut (7) eingreift.
Mechanische Spanneinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (7) in Radialrichtung relativ der Wand des Zylinders (4) in einem Winkel von ungleich 90 Grad angeordnet ist.