DE102010014740A1

DE102010014740A1 - Mechanische Spannvorrichtung

Info

Publication number: DE102010014740A1
Application number: DE201010014740
Authority: DE
Inventors: Marco Kowalski; Florian Vogelgesang
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2011-10-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine linear wirkende mechanische Spannvorrichtung (1) für einen Zugmitteltrieb einer Brennkraftmaschine. Die Spannvorrichtung (1) umfasst ein an einem ortsfesten Bauteil der Brennkraftmaschine abgestütztes Grundelement (2), welches mit einem verstellbaren Verschiebelement (3) zusammenwirkt, das mittelbar oder unmittelbar mit einer an einem Zugmittel abgestützten Spannrolle verbunden ist. Das Verschiebeelement (3) ist gegen die Kraft eines Federelements (4) axial verstellbar. Ein Dämpfungssystem (10) umfasst 2 über Reibflächen (20, 21) kraftschlüssig gegeneinander abgestützte Dämpfungskeile (12, 13). Die federkraftbeaufschlagten, jeweils innerhalb von topfartig gestalteten, dem Grundelement (2) oder dem Verschiebeelement (3) zugeordneten Gehäusen (6, 7) integrierten Dämpfungskeile (12, 13) sind unabhängig von dem zugehörigen Gehäuse (6, 7) verstellbar.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine linear wirkende, mechanische Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb einer Brennkraftmaschine, bei der ein Grundelement an einem ortsfesten Bauteil der Brennkraftmaschine abgestützt ist, welches einem axial verstellbaren, von einem Federmittel beaufschlagten Verschiebeelement zugeordnet ist, das mittelbar oder unmittelbar mit einer an einem Zugmittel abgestützten Spannrolle verbunden ist, wobei das Verschiebeelement gegen die Kraft eines Federelements axial verstellbar ist und eine von der Bewegungsrichtung abhängige Dämpfung erfährt.
Hintergrund der Erfindung
Linear wirkende Spannsysteme werden bevorzugt in Aggregatetrieben von Brennkraftmaschinen, zur Erzielung einer ausreichenden Vorspannung des Zugmittels eingesetzt. Mit derartigen Zugmitteltrieben werden bspw. Aggregate wie Generator, Wasserpumpe und Klimakompressor angetrieben.
Aus der DE 103 60 288 A1 ist ein Linear-Spannsystem bekannt, bei dem eine Kolbenstange gegen die Kraft einer Feder in einem Gehäuse verschiebbar geführt ist. Der endseitig konisch geformte Hebel greift formschlüssig in eine korrespondierende Aufnahme eines Halteelementes, wodurch sich eine von der Bewegungsrichtung des Hebels abhängige Reibungsdämpfung einstellt.
Das Linear-Spannsystem gemäß der DE 10 204 054 636 A1 umfasst ein ortsfest positioniertes, schwenkbares Basiselement, das mit einem drehfesten und axial beweglichen Verschiebeteil in Verbindung steht. Das Verschiebeteil ist mittelbar oder unmittelbar über eine Spannrolle mit dem Zugmittel eines Zugmitteltriebs verbunden. Der Aufbau des Spannsystems umfasst weiterhin ein koaxial zu dem Verschiebeteil angeordnetes und mittels eines Federelementes drehbelastetes Wellenteil, welches sich an einem Grundelement und über ein Bewegungsgewinde an dem Verschiebeteil abstützt. Dabei übernimmt das Federelement gleichzeitig eine Dämpfungsfunktion.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein kostengünstiges und bauteiloptimiertes, linear wirkendes Spannsystem zu realisieren, das ein effektives Dämpfungssystem einschließt.
Zur Lösung dieser Problemstellung ist bei einem Linear-Spannsystem der eingangs genannten Bauart erfindungsgemäß folgender Aufbau vorgesehen. Das Spannsystem umfasst als Dämpfungssystem zwei kraftschlüssig über Reibflächen gegeneinander abgestützte Dämpfungskeile, die jeweils innerhalb von topfartig gestalteten, dem Grundelement oder dem Verschiebeelement zugeordneten Bauteilen integriert sind. Zumindest ein federkraftbeaufschlagter Dämpfungskeil ist dabei unabhängig von dem zugehörigen Grund- oder Verschiebeelement selbsttätig verstellbar oder einstellbar eingebracht.
Im Betriebszustand, im eingebauten Zustand der Spannvorrichtung sind die Dämpfungskeile gegenüberliegend angeordnet und unter Vorspannung über die Reibflächen aneinander abgestützt. Wird in axialer Richtung eine Kraft auf die Spannvorrichtung ausgeübt, die eine Kraft des Federmittels übertrifft, die eine Spreizkraft zwischen dem Grundelement und dem Verschiebeelement ausübt, so gleiten die Dämpfungskeile über die Reibflächen aneinander vorbei. Eine Dämpfung der Spannvorrichtung kann dabei durch die Oberflächenbeschaffenheit und/oder durch den Keilwinkel der Reibflächen eingestellt bzw. beeinflusst werden.
Vorteilhaft umfasst das Dämpfungssystem der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung einen geringen Bauteileumfang und ermöglicht die Realisierung eines einfach aufgebauten, kostenoptimierten Spannsystems. Weiterhin ermöglicht die Erfindung eine vorteilhaft variable Dämpfkraft, die durch diverse Einflussgrößen bestimmt bzw. verändert werden kann, wie bspw. durch den Keilwinkel des Dämpfungskeils, die Oberflächenbeschaffenheit der Reibflächen sowie in Verbindung mit dem Federelement, welches den Dämpfungskeil beaufschlagt. Obwohl die Auslegung des Dämpfungssystems auf wenige Komponenten begrenzt ist, kann eine hohe Variabilität erzielt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 11.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Dämpfungssystems sieht vor, dass zumindest ein von einem Federelement beaufschlagter Dämpfungskeil linear verstellbar und gleichzeitig begrenzt schwenkbar und/oder seitlich verschiebbar angeordnet ist. Dieser konstruktive Aufbau ermöglicht eine optimale Anpassung der korrespondierenden Reibflächen im Betriebszustand. Weiterhin kann ein derart angeordneter Dämpfungskeil mit einem zugehörigen, starr positionierten Dämpfungskeil kombiniert werden, was sich vorteilhaft auf den Herstellungs- und Montageaufwand auswirkt.
Der beweglich angeordnete Dämpfungskeil ist gegenüber dem Grundelement oder dem Verschiebeelement insbesondere linear verschiebbar und gleichzeitig von zumindest einem in axialer Richtung wirkenden Federelement beaufschlagt. Ergänzend dazu bietet es sich an, dass dem Dämpfungskeil zusätzlich ein radial wirkendes Federelement zugeordnet ist, wodurch der Dämpfungskeil entgegen einer Auslenkrichtung beaufschlagt wird. Bevorzugt sind beiden Dämpfungskeilen Federelemente mit übereinstimmenden Federarten zugeordnet, wodurch sich vorteilhaft eine synchrone lineare Stellbewegung der Dämpfungskeile einstellt.
Der Aufbau des erfindungsgemäßen Dämpfungssystems ermöglicht vorteilhaft den Aufbau eines Baukastensystems. Dadurch kann bspw. das erfindungsgemäße Konzept mit hoher Wertschöpfung realisiert werden, indem einzelne Komponenten durch die Anwendung bekannter Technologien kostengünstig herstellbar sind.
Das Dämpfungssystem der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung umfasst zusammenwirkende Dämpfungskeile, die über korrespondierend ausgeführte Reibflächen abgestützt sind. Durch eine entsprechende Bearbeitung und/oder Beschichtung, Gestaltung der Oberflächenrauheit der Kontaktflächen bzw. der Reibflächen der Dämpfungskeile kann die Dämpfung bzw. die Dämpfungsrate des Spannsystems beeinflusst werden.
Eine weitere Möglichkeit zur unmittelbaren Beeinflussung der Dämpfung besteht darin, die Abmaße, das heißt die Größe der Reibflächen zu verändern sowie eine bestimmte Werkstoffauswahl der Dämpfungskeile vorzusehen.
Zur Erreichung einer mehrstufigen Dämpfung bietet es sich an, korrespondierende Kontaktflächen der Dämpfungskeile unterschiedlich zu beschichten. Beispielsweise können die anfänglich gegeneinander abgestützten Reibflächenbereiche so beschaffen sein, dass sich ein geringerer Reibwert einstellt gegenüber den sich anschließenden Reibflächen, die bei voll belasteter Spannvorrichtung gegeneinander abgestützt sind.
Durch die Änderung des Keilwinkels der Dämpfungskeile lassen sich selbst bei gleicher Federkonstante des Federmittels unterschiedliche Normalkräfte und folglich unterschiedliche Pressungen realisieren. Für das Dämpfungssystem der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung ist ein Keilwinkel „α” für die Dämpfungskeile zwischen 12–25° vorgesehen. Bevorzugt ist für den Keilwinkel „α” ein Wert von ≥ 15° vorgesehen.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung sieht als Federmittel eine, die topfartig gestalteten Bauteile des Grundelements und des Verschiebeelements außenseitig umschließende Schraubenfeder vor. Die Federenden des Federmittels sind dabei jeweils an Federtellern des Grundelements und des Verschiebeelements abgestützt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Beschreibung von mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1: in einer Schnittansicht eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung mit einem integrierten Dämpfungssystem, deren Dämpfungskeile beweglich angeordnet sind;
2: die Spannvorrichtung gemäß 1, deren Dämpfungskeile axial versetzt dargestellt sind;
3: eine Variante zu dem in 1 dargestellten Dämpfungssystem, wobei ein beweglicher Dämpfungskeil mit einem starr positionierten Dämpfungskeil zusammenwirkt.
4: eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Dämpfungssystems.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist eine linear wirkende Spannvorrichtung 1 in einer Schnittdarstellung abgebildet. Die Spannvorrichtung 1 umfasst ein Grundelement 2 sowie ein Verschiebeelement 3, zwischen denen ein Federelement 4 eingesetzt ist. Das Grundelement 2 ist über ein Anlenkauge 5a beweglich an einem ortsfesten Bauteil bspw. dem Gehäuse einer Brennkraftmaschine befestigt. Das Verschiebeelement 3 steht im Betriebszustand über ein Anlenkauge 5b mittelbar oder unmittelbar mit einer in 1 nicht abgebildeten Spannrolle in Verbindung, welche an einem Zugmittel, insbesondere einem Riemen abgestützt ist. Übereinstimmend schließt das Grundelement 2 sowie das Verschiebeelement 3 ein topfartig gestaltetes Gehäuse 6, 7 ein, wobei ein Endbereich des Gehäuses 6 in dem Gehäuse 5 geführt ist. Das Federelement 4, welches die Gehäuse 6, 7 außenseitig umschließt, bewirkt eine Spreizkraft in Pfeilrichtung, wobei Federenden des Federelements 4 jeweils an Federtellern 8, 9 des Grundelementes 2 bzw. des Verschiebeelementes 3 abgestützt sind. In einem von den Gehäusen 6, 7 außenseitig begrenzten Innenraum 11 ist ein Dämpfungssystem 10 integriert, das zwei kraftschlüssig gegeneinander abgestützte Dämpfungskeile 12, 13 umfasst, die unabhängig von Stellbewegungen des Grundelements 2 und des Verschiebeelementes 3 einstellbar sind. Bei einer über die Spannrolle in die Spannvorrichtung 1 eingeleitete, eine Federkraft des Federelementes 4 übertreffende Kraft bewirkt ein Zusammendrücken der Gehäuse 6, 7, wobei gleichzeitig die unter Vorspannung angeordneten Dämpfungskeile 12, 13 eine Gleitbewegung ausüben. Dazu ist jeder Dämpfungskeil 12, 13 auf einer Achse 14, 15 linear geführt sowie über einen Drehpunkt 16, 17 schwenkbar angeordnet. Jedem Dämpfungskeil 12, 13 ist ein versetzt zu der Achse 14, 15 positioniertes Federelement 18, 19 so zugeordnet, dass sich ein Kippmoment einstellt, wodurch die Dämpfungskeile 12, 13 im Betriebszustand über korrespondierend ausgeführte Reibflächen 20, 21 abgestützt sind.
Zur Verdeutlichung des Aufbaus des Dämpfungssystems 10 sind gemäß 2 die Dämpfungskeile 12, 13 axial versetzt zueinander abgebildet. Zur gezielten Beeinflussung der Reibung bietet es sich an, die auch als Kontaktflächen zu bezeichnenden korrespondierenden Reibflächen 20, 21 der Dämpfungskeile 12, 13 zu beschichten. Außerdem besteht die Möglichkeit, die Abmaße, die Größe der Kontaktflächen zu verändern, was sich ebenfalls auf die Reibung des Dämpfungssystems 10 auswirkt. Zur Erzielung einer mehrstufigen Dämpfung bietet es sich an, die Reibflächen 20, 21 so zu beschichten bzw. zu gestalten, dass mit zunehmender gegenseitiger Verschiebung der Dämpfungskeile 12, 13 der Reibwert ansteigt. Als Unterstützung der linear wirkenden Federelemente 18, 19 und Steigerung der Anlagekräfte schließt jeder Dämpfungskeil 12, 13 gemäß 2 zusätzlich ein radial wirkendes, an der Innenwandung des zugehörigen Gehäuses 6 oder 7 abgestütztes Federelement 22, 23 ein.
Die Spannvorrichtung 1 umfasst gemäß 3 ein Dämpfungssystem 24 mit einem starr bzw. weitestgehend ortsfest gegenüber dem Gehäuse 7 positionierten Dämpfungskeil 13, der mit einem linear beweglichen und gleichzeitig begrenzt seitlich verschiebbaren Dämpfungskeil 12 zusammenwirkt. Dazu ist der Dämpfungskeil 12 flächig an einem linear verschiebbaren Stellglied 25 abgestützt, in dem zentrisch ein Federelement 26 integriert ist. Ein Ineinanderschieben der Gehäuse 6, 7 aufgrund einer äußeren Krafteinleitung in die Spannvorrichtung 1 bewirkt eine Gleitbewegung des Dämpfungskeils 12 gegenüber dem starren Dämpfungskeil 13. Diese Gleitbewegung erfolgt, indem synchron zu einer axialen Stellbewegung in Richtung des Federtellers 8 sich der Dämpfungskeil 12 radial gegenüber dem Stellglied 25 verschiebt.
Die 4 verdeutlicht in einer Prinzipdarstellung das Dämpfungssystem 10, 24. Der Reibwert „μ” und damit die Reibkraft „F_R” des Dämpfungssystems 10, 24 kann durch verschiedene Maßnahmen beeinflusst werden, bspw. durch die Beschaffenheit, Beschichtung, Abmaße der Reibflächen 20, 21 oder durch den Keilwinkel „α” der Dämpfungskeile 12, 13. In Abhängigkeit des Keilwinkels „α” der Dämpfungskeile 12, 13, der die Lage des Reibflächen 20, 21 definiert, sind bspw. bei gleicher Federrate der Federelemente 18, 19 unterschiedliche Normalkräfte „F_n” und folglich Pressungen realisierbar.
Bezugszeichenliste

1: Spannvorrichtung
2: Grundelement
3: Verschiebeelement
4: Federelement
5a: Anlenkauge
5b: Anlenkauge
6: Gehäuse
7: Gehäuse
8: Federteller
9: Federteller
10: Dämpfungssystem
11: Innenraum
12: Dämpfungskeil
13: Dämpfungskeil
14: Achse
15: Achse
16: Drehpunkt
17: Drehpunkt
18: Federelement
19: Federelement
20: Reibfläche
21: Reibfläche
22: Federelement
23: Federelement
24: Dämpfungssystem
22: Stellglied
26: Federelement
μ: Reibwert
F_R: Reibkraft
α: Keilwinkel
F_n: Normalkraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10360288 A1 [0003]
DE 10204054636 A1 [0004]

Claims

Linear wirkende mechanische Spannvorrichtung (1) für einen Zugmitteltrieb einer Brennkraftmaschine, bei dem ein Grundelement (2) an einem ortsfesten Bauteil der Brennkraftmaschine abgestützt ist, welches mit einem verstellbaren Verschiebelement (3) zusammenwirkt, das mittelbar oder unmittelbar mit einer an einem Zugmittel abgestützten Spannrolle verbunden ist, wobei das Verschiebeelement (3) gegen die Kraft eines Federelements (4) axial verstellbar ist und eine von der Bewegungsrichtung abhängige Dämpfung erfährt, dadurch gekennzeichnet, dass kraftschlüssig über Reibflächen (20, 21) gegeneinander abgestützte Dämpfungskeile (12, 13) ein Dämpfungssystem (10, 24) bilden, wobei die Dämpfungskeile (12, 13) jeweils innerhalb von topfartig gestalteten, dem Grundelement (2) oder dem Verschiebeelement (3) zugeordneten Gehäusen (6, 7) integriert sind und zumindest ein federkraftbeaufschlagter Dämpfungskeil (12, 13) unabhängig von dem zugehörigen Gehäuse (6, 7) verstellbar ist.
Mechanische Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein von einem Federelement (18, 19; 20, 23; 26) beaufschlagter Dämpfungskeil (12, 13) linear verstellbar, begrenzt schwenkbar und/oder seitlich verschiebbar angeordnet ist.
Mechanische Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der beweglich angeordnete Dämpfungskeil (12) mit einem starr positionierten Dämpfungskeil (13) zusammenwirkt.
Mechanische Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der beweglich angeordnete Dämpfungskeil (12, 13) von einem ersten linear wirkenden Federelement (18, 19; 26) und von einem zweiten entgegen einer Auslenkrichtung des Dämpfungskeils (12, 13) wirkenden Federelement (22, 23) beaufschlagt ist.
Mechanische Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungssystem (10, 24) als Baukastensystem aufgebaut, in unterschiedlichen Spannvorrichtungen (1) einsetzbar ist.
Mechanische Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammenwirkenden Dämpfungskeile (12, 13) über korrespondierend ausgeführte Reibflächen (20, 21) abgestützt sind.
Mechanische Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung der Spannvorrichtung (1) über die Auswahl der Abmaße der Kontaktfläche oder Reibfläche (20, 21) der Dämpfungskeile (12, 13) beeinflussbar ist.
Mechanische Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung der Spannvorrichtung (1) durch eine Bearbeitung und/oder Beschichtung der Reibfläche (20, 21) (12, 13) im Bereich der Dämpfungskeile beeinflusst werden kann.
Mechanische Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass korrespondierende Kontaktflächen oder Reibflächen (20, 21) der Dämpfungskeile (12, 13) zur Erreichung einer mehrstufigen Dämpfung unterschiedlich beschichtet sind.
Mechanische Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Keilwinkel „α” der Dämpfungskeile (12, 13) zwischen 12–25° ausgelegt ist, wobei ein bevorzugter Keilwinkel „α” ≥ 15° beträgt.
Mechanische Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Federmittel (4) eine die topfartig gestalteten Gehäuse (6, 7) des Grundelements (2) und des Verschiebeelements (3) außenseitig umschließende Schraubenfeder vorgesehen ist, deren Federenden jeweils an Federtellern (8, 9) des Grundelements (2) und des Verschiebeelements (3) abgestützt sind.