DE102009020382A1

DE102009020382A1 - Spannsystem für einen Zugmitteltrieb

Info

Publication number: DE102009020382A1
Application number: DE200910020382
Authority: DE
Inventors: Christine Thomann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-05-08
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2010-11-11

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Spannsystem (1) für einen Zugmitteltrieb einer Brennkraftmaschine. Der Aufbau des Spannsystems (1) umfasst einen Schwenkarm (3), der um eine Drehachse (2) in Verbindung mit einem Haltemittel an einem ortsfesten Maschinenteil (6) schwenkbar befestigt ist. Eine endseitig des Schwenkarms (3) positionierte Spannrolle (5) steht mit einem Zugmittel in einer Wirkverbindung. Ein über einen Anlenkpunkt (16) an dem Maschinenteil (6) in Verbindung mit einem Haltemittel (15) einstellbar befestigtes Stellelement (4) ist an dem Schwenkarm (3) versetzt zu dessen Drehachse (2) angelenkt und beaufschlagt den Schwenkarm (3) in eine das Zugmittel vorspannende Drehrichtung. Über ein separates Versteifungselement (18) ist der Anlenkpunkt (16) des Stellelementes (4) mit der Drehachse (2) des Schwenkarms (3) verbunden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein für einen Zugmitteltrieb einer Brennkraftmaschine bestimmtes Spannsystem, das einen um eine Drehachse über ein Haltemittel an einem ortsfesten Maschinenteil schwenkbar befestigten Schwenkarm mit endseitig positionierter Spannrolle umfasst, die in einem Betriebszustand mit einem Zugmittel zusammenwirkt. Ein als Kraftspeicher oder Federmittel ausgeführtes Stellelement ist über einen Anlenkpunkt an dem Maschinenteil in Verbindung mit einem Haltemittel einstellbar befestigt ist und beaufschlagt den Schwenkarm in eine das Zugmittel vorspannende Drehrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Brennkraftmaschinen weisen üblicherweise zwei unterschiedliche Zugmitteltriebe auf. Der zum Antrieb verschiedener Aggregate wie beispielsweise Generator, Klimakompressor oder Wasserpumpe bestimmte Aggregatbetrieb ist übli cherweise als ein Riementrieb ausgelegt. Der Primär- oder als Steuertrieb bezeichnete weitere Zugmitteltrieb ist zum Antrieb der Nockenwelle bestimmt, wobei zur Erzielung eines Synchrontriebs als Zugmittel eine Kette oder ein Zahnriemen vorgesehen ist. Zur Wahrung eines weitestgehend schlupffreien Riementriebs und zur Vermeidung eines Zahnsprungs bei einem Synchrontrieb, ist eine konstante Vorspannung des Zugmittels notwendig. Dazu ist es bekannt, Spannvorrichtungen bzw. Spannsysteme einzusetzen, die selbstttätig, insbesondere über eine Spannrolle stets eine ausreichende Vorspannung des Zugmittels gewährleisten. Derartige mechanisch oder hydraulisch wirkende Spannsysteme sind in vielfältiger Weise bekannt.
Das hydraulische Spannelement gemäß DE 10 2004 047 450 A1 umfasst ein ortsfest und gleichzeitig schwenkbar angeordnetes, einen Zylinder bildendes Gehäuseteil, das einen mit einem Hydraulikfluid gefüllten Druckraum bildet, in dem ein Kolben linear verschiebbar geführt ist. Der Kolben begrenzt dabei den mit einem Hydraulikfluid gefüllten Druckraum und ist gegenseitig mittelbar oder unmittelbar mit einem Schwenkarm verbunden, der endseitig eine Spannrolle aufweist, die im Einbauzustand mit dem Zugmittel zusammenwirkt. Ein den Kolben beaufschlagendes Federmittel bewirkt stets eine kraftschlüssige Anlage der Spannrolle an dem Zugmittel. Bei einer Verstellung des Kolbens in Richtung des Druckraums kann das Druckfluid über einen sich zwischen dem Kolben und der Innenwandung des Druckraums einstellenden Leckspalt in einen Vorratsraum des Gehäuses entweichen. Bei einer umgekehrten Stellbewegung des Kolbens strömt Hydraulikfluid von dem Vorratsraum über ein bodenseitig des Druckraums positioniertes Einwegventil in den Druckraum.
Die DE 195 01 685 C1 zeigt ein mechanisches Riemenspannsystem, bei dem eine Schraubenfeder einen Kniehebel beaufschlagt, der um ein ortsfestes Drehlager schwenkbar ist. An dem von dem Anlenkpunkt der Schraubenfeder entgegengesetzten freien Ende des Kniehebels ist eine Spannrolle positioniert, die im Einbauzustand mit einem Zugmittel, insbesondere einem Riemen zusammenwirkt.
Zur Gewichtsoptimierung von Fahrzeugen wird verstärkt Magnesium als Werkstoff für das Kurbelgehäuse von Brennkraftmaschinen verwendet. Aufgrund des niedrigen E-Moduls von Magnesium und einer relativ geringen Festigkeit, beispielsweise im Vergleich zu Stahl oder Aluminium, kann eine Verschraubung an einem Magnesiumbauteil zu nachteiligen elastischen Verformungen führen, wodurch sich keine gewünschte dauerhafte Positionierung oder Fixierung der zu befestigten Bauteile einstellt. Weiterhin ist das zulässige Einschraubmoment von Haltemitteln, insbesondere Schrauben in Magnesium deutlich geringer gegenüber Stahl.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Befestigung für ein Spannsystem zu realisieren, mit dem das Spannsystem auch an Maschinenteiln mit geringer Festigkeit dauerhaft sicher fixiert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist zur Lösung dieser Aufgabe eine Befestigung des Spannsystems vorgesehen, die ein separates Versteifungselement einschließt, welches den Anlenkpunkt des Stellelementes mit der Drehachse des Schwenkarms verbindet.
Durch die Verwendung eines erfindungsgemäß separaten Versteifungselementes wird eine gegenseitige Abstützung beziehungsweise gleichmäßige Übertragung der vom Spannsystem in das Maschinenteil eingeleiteten Kräfte auf beide Befestigungspunkte der Spannsystems, den Anlenkpunkt des Stellelementes und die Drehachse des Schwenkarms übertragen. Vorteilhaft kann damit eine verringerte Belastung auf den Werkstoffbereich in unmittelbarer Nähe der Befestigungspunkte realisiert werden.
Das Versteifungselement unterbindet in vorteilhafter Weise weiterhin ein Verschieben, eine Verlagerung bzw. einen Versatz des Spannsystems im Einbauzustand, aufgrund einer elastischen werkstoffbedingten Verformung, die zu einem Verbiegen der als Haltemittel eingesetzten Verschraubung führen kann.
Die im Betriebszustand von dem Zugmittel, insbesondere dem Riemen in das Drehlager eingeleitete Querkraft wird damit vorteilhaft über das erfindungsgemäße Versteifungselement gleichzeitig auf beide Befestigungspunkte der Spannsystems übertragen, was zu einer Entlastung der Haltemittel, insbesondere der Verschraubung führt. Die Erfindung bietet weiterhin die Möglichkeit, die Vorspannkraft der Haltemittel zu verringern, da im Betriebszustand aufgrund der von dem Versteifungselement verursachten vorteilhaften gegenseitigen Abstützung der Befestigungspunkte keine Gefahr eines Spannsystem-Versatzes besteht. Die erfindungsgemäße Maßnahme bewirkt außerdem eine optimierte Zentrierung des Spannsystems gegenüber dem Maschinenteil, wodurch sich kein nachteiliger Einfluss auf die Vorspannkraft des Zugmittels einstellt. Das Versteifungselement gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine kostengünstig darstellbare, dauerfeste Anordnung und Befestigung von Spannsystemen, beispielsweise hydraulischen Riemenspanneinheiten, in elastischen oder bruchempfindlichen Umgebungskonstruktionen.
Als Haltemittel eignet sich insbesondere eine durch das Versteifungselement geführte und in dem Maschinenteil eingesetzte Verschraubung. Alternativ kann ein in das Maschinenteil eingeschraubter Gewindebolzen vorgesehen werden, der mit einer Schraubmutter versehen das Spannsystem fixiert.
Bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 9.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Versteifungselementes sieht vor, dass dieses einer Kontur des Maschinenteils im Bereich des Spannsystems angepasst ist. Damit stellt sich eine nahezu bauraumneutrale Einbaulage des Versteifungselementes ein, das ohne zusätzlichen Montageaufwand eingebaut werden kann. Vorteilhaft ist das eine Strebe bildende Versteifungselement aus einem Flachprofil hergestellt. Im Einbauzustand sind an dem Versteifungselement sowohl der Schwenkarm als auch das Stellelement unmittelbar abgestützt, wobei das Versteifungselement bzw. die Strebe zur Befestigung Bohrungen oder Ausnehmungen zur Aufnahme von Haltemitteln, insbesondere Verschraubungen einschließt.
Alternativ zu einem unmittelbar dem Maschinenteil zugeordneten Versteifungselement schließt die Erfindung ein geradlinig verlaufendes, als Strebe gestaltetes Versteifungselement ein, das dem Spannsystem stirnseitig zugeordnet ist. Diese Einbaulage bewirkt eine unmittelbare gegenseitige Abstützung und Kraftübertragung zwischen beiden Befestigungspunkten, dem Anlenkpunkt des Stellelementes und der Drehachse des Schwenkarms.
Als eine ergänzende, erfindungsgemäße Maßnahme um ein Verschieben, einen Versatz des Spannsystems im Betriebszustand zu unterbinden, bietet es sich an, das Versteifungselement mit zumindest einer Zentrierhülse zu verbinden. Dazu greift die Zentrierhülse in eine korrespondierende, als Passbohrung ausgeführte Aufnahme des Maschinenteils, zur Darstellung eines Fügeverbandes. Der Fügeverband bildet eine weitere Möglichkeit, die Vorspannkraft der Haltemittel zu verringern, da selbst bei einer geringeren Vorspannung im Betriebszustand keine Gefahr eines Versatzes besteht. Der Fügeverband ermöglicht weiterhin die Verwendung kleiner dimensionierter Haltemitteln, wie Schrauben, was den häufig beengten Einbauverhältnissen Rechnung trägt. Durch die Zentrierhülse ergibt sich eine größere Kontaktfläche und folglich eine vorteilhaft verringerte Flächenpressung, die sich bei einer Krafteinleitung des Befestigungspunktes in ein aus einem Werkstoff mit geringerer Festigkeit hergestellten Maschinenteil positiv auswirkt. Vorteilhaft ist zur Bildung einer Baueinheit die Zentrierhülse einstückig mit dem Versteifungselement verbunden.
Bei Bedarf bietet es sich an, dem Versteifungselement im Bereich beider Befestigungspunkte des Spannsystems jeweils eine Zentrierhülse zuzuordnen.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass sich die Zentrierhülse zu beiden Seiten des Versteifungselementes erstreckt. Die Zentrierhülse erstreckt sich somit sowohl in das Maschinenteil als auch in gegenüberliegende, ebenfalls als Passbohrung gestaltete Aufnahmen des Schwenkarms und/oder des Stellelementes.
Insbesondere für ein dem Spannsystem stirnseitig zugeordnetes, als Strebe ausgeführtes Versteifungselement bietet es sich zum Ausgleich von einem axialen Versatz zwischen den Befestigungspunkten an, die Strebe mit einem gestuft gestalteten Abschnitt zu versehen. Vorteilhaft eignet sich dazu die Stufe geometrisch so zu gestalten, dass diese gleichzeitig das Haltemittel, beispielsweise einen Schraubenkopf einer Verschraubung aufnehmen.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Versteifungselementes bietet sich vorteilhaft ein spanloses Verfahren, wie eine Stanzung oder ein geeignetes alternatives Herstellverfahren an, mit dem das Versteifungselement aus einem Blechwerkstoff hergestellt oder geformt wird. Außerdem eigenen sich weitere Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zentrierhülse, wie beispielsweise ein Fließpressen, ein Gießverfahren oder ein spangebendes Verfahren. Alternativ zu einem vorzugsweise aus Stahl bzw. Stahlblech hergestellten Versteifungselement kann als Werkstoff Aluminium oder eine Aluminiumlegierung vorgesehen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Die Figuren zeigen:
1 den Aufbau eines bekannten Spannsystems in einer Schnittansicht;
2 in einem Schnitt ein Spannsystem in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Versteifungselement;
3 das Spannsystem gemäß 2 mit einem Alternativ gestalteten Versteifungselement.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 zeigt ein Spannsystem 1, ausgebildet als ein Schwenkhebelspannsystem, dass einen um eine Drehachse 2 begrenzt schwenkbaren Schwenkarm 3 umfasst. Im Einbauzustand steht eine endseitig des Schwenkarms 3 drehbar positionierte Spannrolle 5 mit einem in 1 nicht dargestellten Zugmittel, insbesondere einem Riemen in einer Wirkverbindung. Eine kraftschlüssige Abstützung der Spannrolle 6 an dem Riemen bewirkt das mechanisch oder hydraulisch wirkende, den Schwenkarm 5 entsprechend beaufschlagende Stellelement 4. Das Spannsystem 1 ist an einem Maschinenteil 6, bevorzugt an einem Kurbelgehäuse einer in 1 nicht abgebildeten Brennkraftmaschine positioniert. Zur Bildung eines Drehlagers 7 ist eine Buchse 8 vorgesehen, die mittels eines in eine Längsbohrung 9 eingesetzten Haltemittels an dem Maschinenteil 6 lagefixiert ist. Auf der Buchse 8 in Verbindung mit einem Gleitlager 10 ist der Schwenkarm 3 über eine Nabe 10 drehbar angeordnet, wobei der Nabe 10 jeweils beidseitig eine Anlaufscheibe 12a, 12b zugeordnet ist.
Die 2 und 3 zeigen die erfindungsgemäßen Maßnahmen in Verbindung mit dem Spannsystem 1. Übereinstimmend ist in beiden Figuren das Stellelement 4 über Befestigungsaugen 13, 14 gelenkig mit dem Schwenkarm 3 sowie dem Maschinenteil 6 verbunden. Dabei ist das erste Befestigungsauge 13 beabstandet zu der Drehachse 2 an dem Schwenkarm 3 angelenkt.
Gemäß 2 bildet das Befestigungsauge 14 in Verbindung mit einem Haltemittel 15, ausgebildet als eine in das Maschinenteil 6 eingeschraubte Sechskantschraube, einen Anlenkpunkt 16. Zur Überbrückung eines axialen Abstandes zwischen den Befestigungsaugen 14 und dem Maschinenteil 6 ist ein Distanzstück 17 vorgesehen. Das Spannsystem 1 ist über ein Versteifungselement 18 an dem Maschinenteil 6 abgestützt, das entsprechende Bohrungen bzw. Ausnehmungen zur Aufnahme von Haltemitteln, insbesondere Schrauben umfasst. Damit ist sichergestellt, dass eine über das Drehlager 7 bzw. den An lenkpunkt 16 in das Spannsystem 1 eingeleitete Kraft gleichmäßig auf beide Anlenk- bzw. Befestigungspunkte übertragen wird. Damit wird eine lokale elastische Verformung des Werkstoffs im Bereich einer Anschraubkontur des Anlenk- bzw. Befestigungspunktes vermieden. Die Verwendung des Versteifungselementes 18 bietet sich insbesondere für aus Magnesium hergestellte Maschinenteil 6 an. Das vorzugsweise spanlos aus einem Stahlblechprofil hergestellte Versteifungselement 18 ist einer Außenkontur 19 des Maschinenteils 6 angepasst und schließt dabei einen gestuften Bereich 20 ein. Als ergänzende Maßnahme, um eine elastische Verformung des Maschinenteilwerkstoffs wirksam zu vermeiden, schließt das Versteifungselement 18 weiterhin eine Zentrierhülse 21 ein. Die in einer Bohrung 22 des Versteifungselementes 18 starr positionierte, sich zu beiden Seiten erstreckende Zentrierhülse 21 ist in korrespondierende Passbohrungen 23, 24 des Distanzstücks 17 bzw. des Maschinenteils 6 eingepasst, zur Bildung eines Fügeverbandes 25. Ergänzend dazu bietet es sich an, beide Anlenk- bzw. Befestigungspunkte des Spannsystems 1 mit einem entsprechenden Flügelverband zu versehen.
Die 3 zeigt ein dem Spannsystem 1 stirnseitig vorgelagertes Versteifungselement 28. Das ebenfalls aus einem Flachprofil, beispielsweise mittels eines Tiefziehverfahrens hergestellte Versteifungselement 28 bildet in den Bereichen der Drehachse 2 für den Schwenkarm 3 bzw. den Anlenkpunkt 16 für das Stellglied 4 jeweils einen gestuften, topfartig gestalteten Abschnitt 26a, 26b. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine geschlossene Aufnahme der Haltemittel, mit denen das Spannsystem 1 an dem Maschinenteil 6 befestigt ist. Dazu ist dem Anlenkpunkt 16 ein als Innensechskantschraube 27 ausgebildetes Haltemittel 15 zugeordnet.

1: Spannsystem
2: Drehachse
3: Schwenkarm
4: Stellelement
5: Spannrolle
6: Maschinenteil
7: Drehlager
8: Buchse
9: Längsbohrung
10: Gleitlager
11: Nabe
12a: Anlaufscheibe
12b: Anlaufscheibe
13: Befestigungsauge
14: Befestigungsauge
15: Haltemittel
16: Anlenkpunkt
17: Distanzstück
18: Versteifungselement
19: Außenkontur
20: Bereich
21: Zentrierhülse
22: Bohrung
23: Passbohrung
24: Passbohrung
25: Fügeverband
26a: Abschnitt
26b: Abschnitt
27: Innensechskantschraube
28: Versteifungselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102004047450 A1 [0003]
- DE 19501685 C1 [0004]

Claims

Spannsystem, bestimmt für einen Zugmitteltrieb einer Brennkraftmaschine, umfassend, – einen um eine Drehachse (2) über ein Haltemittel an einem ortsfesten Maschinenteil (6) schwenkbar befestigten Schwenkarm (3) mit endseitig positionierter Spannrolle (5), die mit einem Zugmittel zusammenwirkt; – ein Stellelement (4), das über einen Anlenkpunkt (16) an dem Maschinenteil (6) in Verbindung mit einem Haltemittel (15) einstellbar befestigt ist und an dem Schwenkarm (3) versetzt zu dessen Drehachse (2) angelenkt ist und den Schwenkarm (3) in eine das Zugmittel vorspannende Drehrichtung beaufschlagt; dadurch gekennzeichnet, dass ein separates Versteifungselement (18, 28) den Anlenkpunkt (16) des Stellelementes (4) mit der Drehachse (2) des Schwenkarms (3) verbindet.
Spannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Versteifungselement (18) eine einer Kontur des Maschinenteils (6) im Bereich des Spannsystems (1) angepasste, aus einem Flachprofil hergestellte Stebe vorgesehen ist, an der der Schwenkarm (3) und das Stellelement (4) abgestützt sind und das Versteifungselement (18) Bohrungen zur Aufnahme von Haltemitteln einschließt.
Spannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das ein stirnseitig dem Spannsystems (1) zugeordnetes, geradlinig verlaufendes, als Strebe gestaltetes Versteifungselement (28) vorgesehen ist, das im Anlenkpunkt (16) des Stellelementes (4) sowie der Drehachse (2) des Schwenkarms (3) Bohrungen einschließt.
Spannsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine dem Versteifungselement (18) zugeordnete Zentrierhülse (21) zur Darstellung eines Fügeverbandes (25) in korrespondierende Aufnahmen oder Passbohrungen (23, 24) benachbarter Bauteile des Versteifungselementes (18) eingreifen.
Spannsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierhülse (21) sich zu beiden Seiten des Versteifungselementes (18) erstreckt und in gegenüberliegende Passbohrungen (23, 24) des Maschinenteils (6) und des Schwenkarms (3) und/oder eines dem Stellglied (4) zugeordneten Bauteils eingreift.
Spannsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das als Strebe gestaltete Versteifungselement (28) jeweils endseitig einen gestuft gestalteten Abschnitt (26a, 26b) bildet, der einen axialen Versatz ausgleicht und/oder zur Aufnahme des Haltemittels (15) bestimmt ist.
Spannsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die als Streben ausgebildeten Versteifungselemente (18, 28) durch ein spanloses Verfahren, insbesondere mittels eines Tiefziehverfahrens hergestellt sind.
Spannsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der als Streben ausgebildeten Versteifungselemente (18, 28) ein spangebendes Verfahren oder ein Fließpressen vorgesehen ist.
Spannsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff für das Versteifungselement (18, 28) Stahl oder Aluminium vorgesehen ist.