DE102009020588A1

DE102009020588A1 - Riemenspanneinheit

Info

Publication number: DE102009020588A1
Application number: DE200910020588
Authority: DE
Inventors: Johann Singer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-05-09
Filing date: 2009-05-09
Publication date: 2010-11-11
Also published as: WO2010130534A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Riemenspanneinheit insbesondere für eine Riemenscheibenebene einer Brennkraftmaschine mit einem drehfest angeordneten Basisteil und einem mittels einer Nabe auf dem Basisteil gelagerten und gegenüber diesem entgegen einer Tangentialkraft zumindest einer Torsionsfeder begrenzt verdrehbaren Spannteil, wobei bei einer Relatzumindest eine Torsionsfeder durch Änderung ihres Durchmessers eine Normalkraft auf eine zwischen einem Teilumfang des Spannteils und einem hierzu komplementären Teilumfang des Basisteils wirksame Reibeinrichtung ausübt. Um den Einsatzbereich der Riemenspanneinheit insbesondere bezüglich der Reibeigenschaften der Reibeinrichtung und der Steifigkeit der zumindest einen Torsionsfeder zu erweitern, wird vorgeschlagen, lediglich einen Teil der der Tangentialkraft der zumindest einen Torsionsfeder entsprechenden Normalkraft auf die Reibeinrichtung anzuwenden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Riemenspanneinheit insbesondere für eine Riemenscheibenebene einer Brennkraftmaschine mit einem drehfest angeordneten Basisteil und einem mittels einer Nabe auf dem Basisteil gelagerten und gegenüber diesem entgegen einer Tangentialkraft zumindest einer Torsionsfeder begrenzt verdrehbaren Spannteil, wobei bei einer Relativverdrehung zwischen Basisteil und Spannteil die zumindest eine Torsionsfeder durch Änderung ihres Durchmessers eine Normalkraft auf eine zwischen einem Teilumfang des Spannteils und einem hierzu komplementären Teilumfang des Basisteils wirksame Reibeinrichtung ausübt.
Hintergrund der Erfindung
Typische Ausführungen von gattungsbildenden Riemenspanneineiten weisen ein Spannteil mit einer gegenüber einem Umschlingungsmittel vorgespannten Spannrolle auf. Das Spannteil ist dabei entgegen der Wirkung eines Energie speichers verschwenkbar gegenüber dem fest an einem Gehäuse der Brennkraftmaschine angeordneten Basisteil begrenzt verdrehbar. Damit werden einerseits durch Verschwenkung der Spannrolle in den mit der Riemenspanneinheit ausgestatteten Zugmitteltrieb eingetragene Schwingungen gedämpft und andererseits die Spannung des Umschlingungsmittels, beispielsweise einem Riemen, auch bei einer Längung über die Lebensdauer des Umschlingungsmittels konstant gehalten. Zur effizienten Dämpfung von Schwingungen ist weiterhin vorteilhaft, dem Energiespeicher eine Reibungshysterese zu überlagern, die mittels einer Reibeinrichtung eingestellt wird. Die DE 10 2004 047 422 A1 offenbart eine gattungsgemäße Riemenspanneinrichtung mit einem Basisteil und einem Spannteil. Der zwischen diesen bei Verdrehung wirksame Energiespeicher wird durch eine einzige Torsionsfeder gebildet, die an einem Ende in dem Basisteil und am anderen Ende in dem Spannteil eingespannt ist, so dass sich bei einer Relativverdrehung in eine Drehrichtung die Torsionsfeder aufweitet und die Reibeinrichtung mit einer Normalkraft beaufschlagt. Aufgrund der Federgeometrie ergibt sich dabei eine Normalkraft, die abhängig von der Tangentialkraft der Torsionsfeder, also abhängig von dem Torsionsmoment der Torsionsfeder ist. Infolge der ansteigenden Riemenmomente eines Zugmitteltriebs wie Riementriebs steigt auch das zur Spannung des Riemens und zur Dämpfung von Triebstrangschwingungen erforderliche Torsionsmoment immer höher. Demzufolge steigen die Steifigkeit der Torsionsfeder und damit die auf die Reibeinrichtung wirkende Normalkraft. Diese hohen Normalkräfte können zu einer Selbsthemmung der Riemenspanneinheit führen, so dass die Riemenspanneinrichtung klemmen kann. Die zur Verfügung stehenden Mittel zur Verringerung der Reibung durch Verändern der Reibung der Reibpaarungen sowie der Verringerung der Reibflächen schränken die Einsatzmöglichkeiten der Riemenspanneinheiten ein beziehungsweise vermindern die Lebensdauer durch erhöhten Verschleiß der Reibbeläge der Reibeinrichtung.
Aufgabe der Erfindung
Es ergibt sich daher die Aufgabe, eine Riemenspanneinheit vorzuschlagen, die einen weiten Anwendungsbereich, insbesondere bei großen Torsionsmomenten zwischen Spannteil und Basisteil weitgehend unabhängig von der Wahl der Reibpaarungen und der Reibflächen zulässt.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch eine Riemenspanneinheit insbesondere für eine Riemenscheibenebene einer Brennkraftmaschine mit einem drehfest angeordneten Basisteil und einem mittels einer Nabe auf dem Basisteil gelagerten und gegenüber diesem entgegen einer Tangentialkraft zumindest einer Torsionsfeder begrenzt verdrehbaren Spannteil gelöst, wobei bei einer Relativverdrehung zwischen Basisteil und Spannteil die zumindest eine Torsionsfeder durch Änderung ihres Durchmessers eine Normalkraft auf eine zwischen einem Teilumfang des Spannteils und einem hierzu komplementären Teilumfang des Basisteils wirksame Reibeinrichtung ausübt und lediglich ein Teil der der Tangentialkraft der zumindest einen Torsionsfeder entsprechenden Normalkraft auf die Reibeinrichtung angewendet wird. Zur Lösung der Aufgabe können dabei zwei unterschiedliche Ausführungsgruppen vorgeschlagen werden. Einerseits wird eine einzige Torsionsfeder vorgeschlagen, wobei die Normalkraft durch einen zusätzlichen Energiespeicher geschwächt wird, ohne die Torsionskraft zu beeinträchtigen. Andererseits können mehrere, die Torsionskraft bewirkende Torsionsfedern parallel zueinander angeordnet werden, wobei lediglich eine Torsionsfeder an der Ausbildung der auf die Reibeinrichtung wirkenden Normalkraft beteiligt ist.
Die Form der Torsionsfedern, beispielsweise Außenschenkelfedern oder mit plangeschliffenen Federenden, die von entsprechenden Mitnahmeeinrichtungen von Basisteil und Spannteil mitgenommen werden, ist für die Ausgestaltung der Erfindung dabei unerheblich. Weiterhin können die Torsionsfedern die Normalkraft radial innen nach dem Schlingenprinzip oder radial außen mittels einer Durchmessererweiterung aufbringen, wobei die Reibeinrichtungen entsprechend radial innerhalb oder radial außerhalb der Torsionsfeder angeordnet sind und eine Reibfläche entsprechend radial außen beispielsweise an dem Basisteil beziehungsweise radial innen beispielsweise an der Nabe angeordnet ist und ein entsprechender Reibbelag, der mehrteilig aus einem Reibmaterial und einem Trägerteil gebildet sein und über ein Kreissegment oder nahezu über den gesamten Umfang als Reibring wirksam sein kann, radial zwischen der Torsionsfeder und der Reibfläche angeordnet ist. Der Reibbelag kann dabei drehschlüssig an der Torsionsfeder oder an dem Bauteil, das die Reibfläche nicht aufweist, beispielsweise bei einer an dem Basisteil angeordneter Reibfläche an dem Spannteil drehschlüssig aufgenommen sein. Durch eine spielbehaftete Aufnahme kann eine verschleppte Reibung vorgesehen sein, die erst nach Aufbrauch eines vorgebbaren Verdrehwinkels aktiviert wird.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist eine Riemenspanneinheit vorgesehen, bei der die Reibeinrichtung auf ein einziges Kreissegment begrenzt ist, wobei eine einzige Torsionsfeder einen kreissegmentförmigen, radial zwischen dem Außenumfang zumindest einer Windung der Torsionsfeder und einer an einer Innenfläche des Basisteils angeordneten komplementären Reibfläche mit einer Normalkraft beaufschlagt und die zumindest eine Windung an der dem Reibbelag gegenüberliegenden Seite mittels eines radial wirksamen, sich an der Nabe abstützenden Energiespeichers verspannt ist. Dieser Energiespeicher kann aus einem einzigen oder mehreren einzelnen Federelementen wie radial wirksam eingesetzten Schraubenfedern gebildet sein. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Energiespeicher erwiesen, der aus einer auf einen vorgegebenen Durchmesser vorgebogenen Blattfeder hergestellt ist, die sich mit ihrem Rücken an der zumindest einen Windung und ihren beiden Enden an der Nabe abstützt. Ein derartiger Energiespeicher mindert die Normalkraft der Torsionsfeder, indem eine radiale Gegenkraft zu der Normalkraft ausgebildet wird, so dass eine Dämpfung bis auf kleine Werte von 10% oder bei entsprechender Erniedrigung der Steifigkeit des Energiespeichers eine Dämpfung beispielsweise bis zu 75% erzielt werden können. Hierdurch steigt bei durch den Stand der Technik vorgegebenem Bauraum die Anwendungsbreite einer auf diese Weise ausgebildeten Riemenspanneinheit. Durchmesseränderungen des Basisteils zur Verminderung der Steifigkeit der Torsionsfeder können entfallen.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann eine Riemenspanneinheit vorgeschlagen werden, bei der die Reibeinrichtung aus einer auf der Nabe angeordneten Reibfläche und einem hierzu komplementären Reibbelag gebildet ist, der von zumindest einer Windung einer einzigen Torsionsfeder mit einer Normalkraft nach radial innen beaufschlagt wird, wobei die Torsionsfeder von eifern sich an dem Basisteil abstützenden Energiespeicher gegen die Nabe vorgespannt ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Energiespeichers ist dieser aus einer auf einen vorgegebenen Durchmesser vorgebogenen Bogenfeder gebildet. Die Blattfeder stützt sich dabei an beiden Enden an dem Basisteil radial ab. Zwischen den beiden Enden ist dabei zumindest ein Ende der Torsionsfeder radial abgestützt. Ein derartiges Ausführungsbeispiel umfasst eine Schlingenfeder, die bei Verdrehung von Basisteil und Spannteil zugezogen wird und einen Reibeingriff zwischen der auf der Nabe angeordneten Reibfläche und dem Reibbelag bildet. Durch die radiale Abstützung eines Endes, vorzugsweise des mit dem Spannteil verbundenen Endes der Torsionsfeder an dem Basisteil wird die Normalkraft vermindert, so dass bei Verdrehung von Basisteil und Spannteil das Reibmoment trotz steifer Torsionsfeder zur Gegenhaltung großer Spannmomente die Normalkraft gering gehalten werden kann.
Der Energiespeicher ist in bevorzugter Weise drehschlüssig mit dem Basisteil, Spannteil und/oder der Torsionsfeder verbunden. Auf diese Weise kann der Energiespeicher exakt und über Lebensdauer positioniert werden. Insbesondere bei einer Drehmitnahme des Reibbelags kann der Energiespeicher durch eine entsprechende Fixierung dem Reibbelag gegenüberliegend mitgenommen werden, so dass eine gleichbleibende Minderung der Normalkraft erzielt wird. Im Falle einer Bogenfeder kann diese entsprechend ausgestellte Laschen oder Nasen aufweisen, die in das entsprechende Bauteil eingehängt werden.
Eine weitere Gruppe von Ausführungsformen sieht quasi die kinematische Umkehr zu einer Riemenspanneinheit mit einer einzigen Torsionsfeder vor, deren Normalkraft durch einen zusätzlichen Energiespeicher geschwächt wird. Hierbei wird eine vergleichsweise weiche Torsionsfeder verwendet, deren Normalkraft ungeschwächt auf die Reibeinrichtung wirksam ist. Um das nötige Torsionsmoment bereitstellen zu können, wird parallel zu dieser eine weitere, nicht auf die Reibeinrichtung einwirkende Torsionsfeder geschaltet, so dass insgesamt durch die Gesamtsteifigkeit der Torsionsfedern die nötige Torsionskraft wirksam ist. In vorteilhafter Weise werden hierzu zwei Torsionsfedern radial übereinander angeordnet. Je nach Anordnung der Reibfläche am Innenumfang des Basisteils oder am Außenumfang der Nabe beaufschlagen dabei die radial innere oder radial äußere Torsionsfeder die Reibeinrichtung. Die Auslegung der Torsionsfedern erfolgt dabei in der Weise, dass die radial innen angeordnete Reibeinrichtung mittels einer Verengung und die radial äußere Reibeinrichtung durch eine Erweiterung des Durchmessers der entsprechenden Torsionsfeder durch die Normalkraft beaufschlagt wird. Die Steifigkeitsverhältnisse der beiden Torsionsfedern zueinander sind dabei auf die gewünschte Gesamtsteifigkeit und die erwünschte Dämpfung weitgehend frei gestaltbar. Beispielsweise beaufschlagt die radial äußere Torsionsfeder mittels zumindest einer Windung einen zwischen der zumindest einen Windung und einer an einer Innenfläche des Basisteils angeordneten Reibfläche angeordneten Reibbelag mittels einer Durchmessererweiterung während einer Verdrehung von Basis- und Spannteil mit einer Normalkraft.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 8 gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigten:
1 einen Schnitt durch eine Riemenspanneinheit nach dem Stand der Technik;
2 die Torsionsfeder der Riemenspanneinheit der 1 zur Erläuterung der Kraftverhältnisse;
3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Riemenspanneinheit mit einer die Torsionsfeder beaufschlagenden Blattfeder zur Verringerung der Normalkraft;
4 die Blattfeder der 3 in Ansicht;
5 eine Darstellung der Kraftverhältnisse der Riemenspanneinheit der 3;
6 eine alternative Ausführung einer erfindungsgemäßen Riemenspanneinheit mit einer radial innen angeordneten Reibeinrichtung;
7 eine Darstellung der Kraftverhältnisse der Riemenspanneinheit der 6 und
8 eine alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Riemenspanneinheit mit zwei Torsionsfedern im Schnitt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Riemenspanneinheit 1 für einen Zugmitteltrieb nach dem Stand der Technik mit einem ortsfest, beispielsweise an einem Gehäuse einer Brennkraftmaschine angebrachten Basisteil 2 und einem zu diesem begrenzt um die Drehachse 1a verlagerbaren Spannteil 3, das hier als Schwenkarm 4, der die Spannrolle 5 verdrehbar aufnimmt, ausgebildet ist. Die Spannrolle 5 greift in das Umschlingungsmittel, beispielsweise einen Riemen, ein und stellt dessen Vorspannung ein und dämpft in den Zugmitteltrieb eingetragene Schwingungen durch ein Verschwenken des Schwenkarms 4. Eine die Spannung des Umschlingungsmittels ausgleichende Kraft wird dabei zwischen dem Basisteil 2 und dem Schwenkarm 4 durch einen zwischen diesen verspannten Energiespeicher 6 aufgebracht. Dieser ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Torsionsfeder 7 gebildet, die an ihrem einen Ende drehschlüssig mit dem Basisteil 2 und an ihrem anderen Ende drehschlüssig mit dem Schwenkarm 4 mittels Mitnahmeeinrichtungen verspannt ist, wobei in der 1 lediglich die axial in Richtung Torsionsfeder 7 angeformte Mitnahmeeinrichtung 11 des Schwenkarms 4 ersichtlich ist.
Zur Dämpfung von im Zugmitteltrieb auftretenden Schwingungen, die die Riemenspanneinheit 1 durch mehr oder weniger rhythmische Verschwenkbewegungen des Schwenkarms 4 belasten, ist während einer Verdrehung wie Teilverdrehung oder Verschwenkung des Schwenkarms 4 gegenüber dem Basisteil 2 eine Reibeinrichtung 8 geschaltet, die aus dem Reibbelag 9 und einer am Innenumfang des Basisteils 2 vorgesehenen komplementär ausgebildeten Reibfläche 10 gebildet ist. Dabei wird der Reibbelag 9 bei einer Relativverdrehung zwischen Schwenkarm 4 und Basisteil 2 von dem Schwenkarm 4 mittels einer weiteren an dem Schwenkarm 4 vorgesehenen Mitnahmeeinrichtung 12, die in einfacherer Bauweise auch von der Mitnahmeeinrichtung 11 für die Schraubenfeder gebildet sein kann, mitgenommen. Diese greift axial in den Reibbelag 9 ein und nimmt diesen an der radial nach innen ausgestellten Lasche 13 drehschlüssig mit. Dabei kann – wie gezeigt – die Lasche 13 in Umfangsrichtung von der Mitnahmeeinrichtung 12 mitgenommen werden, wobei die Lasche 13 in eine als Ausnehmung ausgebildete Mitnahmeeinrichtung 12 axial eingreift und dadurch in beide Drehrichtungen mitgenommen wird.
Der Reibbelag 9 kann unter Vorspannung oder mit geringem Lüftspiel gegenüber der Reibfläche 10 verbaut sein. Die Beaufschlagung des Reibbelags 9 gegenüber der Reibfläche 10 erfolgt mittels einer Normalkraft der Torsionsfeder 7, die sich während einer Verdrehung des Schwenkarms 4 gegenüber dem Basisteil 2 aufweitet. Dabei legen sich eine oder mehrere Windungen 14 der Torsionsfeder 7 an den Innenumfang des Reibbelags an und bestimmen durch die auf diese wirkende Normalkraft der Torsionsfeder 7 das mit dem Verdrehwinkel des Schwenkarms 4 ansteigende Reibmoment zwischen dem Reibbelag 9 und der Reibfläche 10, also zwischen dem Schwenkarm 4 und dem Basisteil 2.
Die Torsionsfeder 7 ist bezüglich ihrer Steifigkeit so ausgelegt, dass der Schwenkarm 4 die Schwingungsmomente des Riemens und eine Vorspannkraft des Riemens gegenhält. Abhängig vom vorgegebenen Bauraum wird die Torsionsfeder 7 bei einem sich infolge von Triebstrangschwingungen verdrehenden Schwenkarm 4 aufgeweitet. Die resultierende, auf die Reibeinrichtung 8 wirkende Normalkraft ist dabei von der Steifigkeit der Torsionsfeder 7 und damit von deren Torsionskraft abhängig.
2 zeigt unter Bezug auf die Bauteile der 1 die Torsionsfeder 7 in Ansicht. Die Torsionsfeder ist zumindest unter leichter axialer Vorspannung mit der Axialkraft Fa zwischen Spannteil 3 und Basisteil 2 eingebaut und entwickelt dabei eine gewisse Grundreibung. Die Tangentialkraft F_t ist bei einer Verdrehung von Basisteil 2 und Spannteil 3 wirksam und erzeugt das Torsionsmoment der Torsionsfeder 7. Bei einer Verdrehung des Spannteils 3 gegenüber dem Basisteil 2 bewirkt die Aufweitung der Torsionsfeder 7 die nach radial außen wirksame Normalkraft F_n. Infolge hoher erforderlicher Torsionsmomente muss die Torsionsfeder 7 entsprechend stark ausgelegt werden, so dass die auf den Reibbelag 9 wirkenden Normalkräfte F_n eine Selbsthemmung bewirken können.
Dementsprechend ist in der 3 eine erfindungsgemäße Riemenspanneinheit 1' im Querschnitt gezeigt, bei der die Normalkraft F_n durch einen als Blattfeder 16 ausgebildeten Energiespeicher 15 vermindert ist. Die Riemenspanneinheit 1' ist aus dem Basisteil 2 gebildet, das einen um die Drehachse 1a angeformten axialen Ansatz 17 aufweist, auf dem die Nabe 18 des Spannteils 3 mittels des Gleitlagers 19 verdrehbar gelagert aufgenommen ist. Die Torsionsfeder 7 ist zwischen das Basisteil 2 und das Spannteil 3 geschaltet, wobei sich deren Enden jeweils an nicht gezeigten. Mitnahmeeinrichtungen in Umfangsrichtung abstützen und das Torsionsmoment zwischen Basisteil 2 und Spannteil 3 einstellen. Zwischen zumindest einer der Windungen 14 der Torsionsfe der 7 und dem die Reibfläche 10 bildenden Topf 20 des Basisteils 2 ist der Reibbelag 9, der von den Windungen 14 bei Verdrehung von Basisteil 2 und Spannteil 3 mit der Normalkraft F_n beaufschlagt und damit gegen die Reibfläche 10 verspannt wird, wodurch sich über den Teilumfang des Reibbelags 9 und dem von diesem kontaktierten Teilumfang der Reibfläche 10 die schematisch dargestellte Pressung 21 zur Einstellung einer Coulombschen Reibung der vom Reibbelag 9 und der Reibfläche 10 gebildeten Reibeinrichtung 8 ausbildet.
Zur Begrenzung der Normalkraft F_n ist an dem dem Reibbelag 9 gegenüberliegenden Umfang die Blattfeder 16 zwischen der Nabe 18 und den Windungen 14 verspannt, wodurch auf die Torsionsfeder 7 die Radialkraft F_r angreift, die der Normalkraft F_n entgegengerichtet ist. Durch die Blattfeder 16 wird daher zum Einen das Reibmoment der Reibeinrichtung 8 vermindert und zum Anderen die Torsionsfeder 7 zur Drehachse 1a in ausreichender Weise zentriert. Durch entsprechende Auslegung der Steifigkeit der Blattfeder 16 kann das Reibmoment in Verbindung mit der entsprechenden Reibpaarung von Reibbelag 9 und Reibfläche 10 über einen weiten Dämpfungsbereich der Riemenspanneinheit 1' variiert werden. Dabei kann der Reibbelag 9 beispielsweise aus Kunststoff wie Perfluorkohlenwasserstoffen oder Mischungen oder Copolymeren mit weiteren Kunststoffen, aus Polyamid und dergleichen hergestellt sein. Zur weiteren Herabsetzung des Reibmoments kann in vorteilhafter Weise die Reibeinrichtung 8 in Verbindung mit einer Kompensationsfeder wie beispielsweise der Blattfeder 16 mit Schmiermittel behandelt sein, so dass besonders geringe Dämpfungen einer Riemenspanneinheit wie beispielsweise der Riemenspanneinheit 1' erzielt werden können. Reibbelag 9 und Blattfeder 16 sind – in nicht dargestellter Weise – drehschlüssig mit dem Spannteil 3 verbunden, beispielsweise durch in entsprechende Ausnehmungen des Spannteils 3 eingreifende Laschen. Alternativ können für die Blattfeder 16 in der Nabe 18 Einformungen oder Ausnehmungen vorgesehen sein, in die die Enden der Blattfeder 16 eingreifen.
4 zeigt die Blattfeder 16 der 3 in Ansicht. Die Blattfeder 16 ist auf einen vorgegebenen Durchmesser vorgebogen, der kleiner als die Durchmesser der Nabe 18 und der Windungen 14 der Torsionsfeder 7 ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Blattfeder 16 zweiteilig ausgeführt, wobei das Trägerteil 22 eine Lasche 23 aufweist, die zur axialen Lagefixierung nach radial außen so ausgestellt ist, dass sie zwischen die Windungen 14 der Torsionsfeder 7 (3) eingreift. Das Federteil 24 trägt im Wesentlichen zur Steifigkeit der Blattfeder bei.
5 zeigt das Kräftespiel der Torsionsfeder 7 der 3 unter Bezugnahme der Bezugszeichen der 3. Bei einer Einwirkung der Tangentialkraft F_t über den Radius r wird die Torsionsfeder um die Drehachse 1a verdreht und aufgeweitet. Dabei wird diese durch eine verminderte Normalkraft F_n, die auf die Reibeinrichtung wirkt, und die Radialkraft F_r, die von der Blattfeder 16 gegenüber der Nabe 18 abgestützt wird, kompensiert. Unter Berücksichtigung des erforderlichen Torsionsmoments, beispielsweise 10 Nm bis 100 Nm, ergibt sich für die von der Blattfeder 16 zu kompensierende Radialkraft Fr unter Berücksichtigung einer optimierten Dämpfung und einer damit verbundenen Pressung 21 des Reibbelags 9 gegenüber der Reibfläche 10 beispielsweise ein Bereich zwischen 500 N und 4000 N.
6 zeigt eine zu der in den 3 bis 5 gezeigten Riemenspanneinheit 1' ähnliche Riemenspanneinheit 1'' im Querschnitt. Dabei ist eine Torsionsfeder 7 in Form einer Achsschenkelfeder 7a zwischen dem Basisteil 2 und dem Spannteil 3 wirksam angeordnet. Die Achsschenkelfeder 7a wird dabei bei Verdrehung von Basisteil 2 und Spannteil 3 bezüglich ihres Durchmessers durch die Tangentialkraft F_t verengt und übt eine Normalkraft F_n auf den als Reibring 9a um die Nabe 18 des Spannteils 3 angeordneten Reibbelag 9 aus, der mit der Reibfläche 10 am Außenumfang der Nabe 18 einen durch die Normalkraft F_n bedingten Reibeingriff bildet. Zur Reduzierung des Reibeingriffs mit einem entsprechenden Reibmoment wird das dem Spannteil 3 zugeordnete Ende 25 der Torsionsfeder 7 mit der Radialkraft F_r belastet. Hierzu wird zwi schen dem Innenumfang des Basisteils 2 und dem Ende 25 die Blattfeder 16 verspannt.
7 zeigt das Kräftespiel der Torsionsfeder 7 der 6 im Freischnitt. Bei Einwirkung der Tangentialkraft F_t bei Verdrehung des Spannteils 3 gegenüber dem ortsfesten Basisteil 2 wird der Radius r der Torsionsfeder 7 verengt. Dabei wird die Normalkraft F_n durch eine aufgeteilte Gegenkraft kompensiert, die einerseits durch die Radialkraft F_r der Blattfeder 16 und andererseits durch die Radialkraft F_f der Reibeinrichtung gebildet wird. Durch die Kräfteaufteilung zur Kompensation der Normalkraft F_n wird die Reibung vermindert und dadurch die Dämpfung der Riemenspanneinheit 1'' vermindert.
8 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer schematisch dargestellten, um die Drehachse 1a angeordneten Riemenspanneinheit 1''' im Teilschnitt. Das ortsfest an der Brennkraftmaschine aufgenommene Basisteil 2a nimmt auf einer Lagerhülse 26 das Spannteil 3a mit der Spannrolle 5 verdrehbar auf. Zwischen dem Basisteil 2a und dem Spannteil 3a sind radial übereinander zwei Torsionsfedern 7b, 7c wirksam angeordnet. Hierzu stützen sich die Federenden beider Torsionsfedern 7b, 7c jeweils an dem Spannteil 3a beziehungsweise dem Basisteil 2a ab. Die beiden Torsionsfedern 7b, 7c sind radial gegeneinander durch eine an dem Basisteil 2a angeordnete Hülse 27 getrennt sind.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wirkt ausschließlich die radial äußere Torsionsfeder 7b auf die Reibeinrichtung 8 durch Beaufschlagung mit Normalkraft, während die radial innere Torsionsfeder 7c zwar parallel zur Torsionsfeder 7b angeordnet sich an der Bildung des Torsionsmoment beteiligt aber keinerlei Beiträge zur Bildung der Normalkraft für die Reibeinrichtung 8 leistet, so dass diese eine entsprechend geringe Dämpfung bei hohen Torsionsmomenten aufweist. Die Reibeinrichtung 8 kann ähnlich zur Reibeinrichtung 8 der 1 ausgebildet sein. In anderen Ausführungsbeispielen kann eine Reibeinrichtung auch entsprechend der Reibeinrichtung der 3 vorgesehen sein, wobei bevorzugt die radial innere Torsionsfeder die Normalkraft ausübt.

1: Riemenspanneinheit
1': Riemenspanneinheit
1'': Riemenspanneinheit
1''': Riemenspanneinheit
1a: Drehachse
2: Basisteil
2a: Basisteil
3: Spannteil
3a: Spannteil
4: Schwenkarm
5: Spannrolle
6: Energiespeicher
7: Torsionsfeder
7a: Achsschenkelfeder
7b: Torsionsfeder
7c: Torsionsfeder
8: Reibeinrichtung
9: Reibbelag
9a: Reibring
10: Reibfläche
11: Mitnahmeeinrichtung
12: Mitnahmeeinrichtung
13: Lasche
14: Windung
15: Energiespeicher
16: Blattfeder
17: axialer Ansatz
18: Nabe
19: Gleitlager
20: Topf
21: Pressung
22: Trägerteil
23: Lasche
24: Federteil
25: Ende
26: Lagerhülse
27: Hülse
F_a: Axialkraft
F_f: Radialkraft
F_n: Normalkraft
F_r: Radialkraft
F_f: Tangentialkraft
r: Radius

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004047422 A1 [0002]

Claims

Riemenspanneinheit (1', 1'', 1''') insbesondere für eine Riemenscheibenebene einer Brennkraftmaschine mit einem drehfest angeordneten Basisteil (2, 2a) und einem mittels einer Nabe (18) auf dem Basisteil (2, 2a) gelagerten und gegenüber diesem entgegen einer Tangentialkraft (F_t) zumindest einer Torsionsfeder (7, 7b, 7c) begrenzt verdrehbaren Spannteil (3, 3a), wobei bei einer Relativverdrehung zwischen Basisteil (2, 2a) und Spannteil (3, 3a) die zumindest eine Torsionsfeder (7, 7b, 7c) durch Änderung ihres Durchmessers eine Normalkraft (F_n) auf eine zwischen einem Teilumfang des Spannteils (3, 3a) und einem hierzu komplementären Teilumfang des Basisteils (2, 2a) wirksame Reibeinrichtung (8) ausübt, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich ein Teil der der Tangentialkraft (F_t) der zumindest einen Torsionsfeder (7, 7b, 7c) entsprechenden Normalkraft (F_n) auf die Reibeinrichtung (8) angewendet wird.
Riemenspanneinheit (1') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibeinrichtung (8) auf ein einziges Kreissegment mit einem Reibbelag (9) begrenzt ist, wobei eine einzige Torsionsfeder (7) einen kreissegmentförmigen, radial zwischen dem Außenumfang zumindest einer Windung (14) der Torsionsfeder (7) und einer an einer Innenfläche des Basisteils (2) angeordneten komplementären Reibfläche (10) mit einer Normalkraft (F_n) beaufschlagt und die zumindest eine Windung (14) an der dem Reibbelag (9) gegenüberliegenden Seite mittels eines radial wirksamen, sich an der Nabe (18) abstützenden Energiespeichers (15) verspannt ist.
Riemenspanneinheit (1') nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (15) aus einer auf einen vorgegebenen Durchmesser vorgebogene Blattfeder (16) ist, die sich mit ihrem Rücken an der zumindest einen Windung (14) und ihren beiden Enden an der Nabe (18) abstützt.
Riemenspanneinheit (1'') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibeinrichtung (8) aus einer auf der Nabe (18) angeordneten Reibfläche (10) und einem hierzu komplementären Reibbelag (9) gebildet ist, der von zumindest einer Windung (14) einer einzigen Torsionsfeder (7) mit einer Normalkraft (F_n) nach radial innen beaufschlagt wird, wobei die Torsionsfeder (7) von einem sich an dem Basisteil (2) abstützenden Energiespeicher gegen die Nabe (18) vorgespannt ist.
Riemenspanneinheit (1'') nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher als auf einen vorgegebenen Durchmesser vorgebogene Blattfeder (16) gebildet ist, sich an beiden Enden an dem Basisteil (2) radial abstützt und an der zwischen den beiden Enden ein Ende der Torsionsfeder (7) radial abgestützt ist.
Riemenspanneinheit (1', 1'') nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag (9) gegenüber der Reibfläche (10) bei einer Verdrehung von Basisteil (2) und Spannteil (3) gegeneinander zwangsverlagert wird.
Riemenspanneinheit (1', 1'') nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (15) drehschlüssig mit dem Basisteil (2), Spannteil (3) und/oder der Torsionsfeder (7) verbunden ist.
Riemenspanneinheit (1''') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Basisteil (2a) und dem Spannteil (3a) bei Verdrehung dieser gegeneinander zwei Torsionsfedern (7b, 7c) wirksam sind, wobei lediglich eine Torsionsfeder (7b) die Reibeinrichtung (8) mit einer Normalkraft (F_n) beaufschlagt.
Riemenspanneinheit (1''') nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfedern (7b, 7c) radial übereinander angeordnet sind.
Riemenspanneinheit (1''') nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die radial äußere Torsionsfeder (7b) mittels zumindest einer Windung einen zwischen der zumindest einen Windung und einer an einer Innenfläche des Basisteils (2a) angeordneten Reibfläche angeordneten Reibbelag mittels einer Durchmessererweiterung während einer Verdrehung von Basis- und Spannteil (2a, 3a) mit einer Normalkraft (F_r) beaufschlagt.