DE102010034279A1

DE102010034279A1 - Spannvorrichtung sowie Zugmitteltrieb mit einer solchen Spannvorrichtung

Info

Publication number: DE102010034279A1
Application number: DE201010034279
Authority: DE
Inventors: Thorsten Liebel; Niels Flämig
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-08-13
Filing date: 2010-08-13
Publication date: 2012-02-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb mit einem feststehenden topfartigen Gehäuseteil (1) und einem relativ zum Gehäuseteil (1) drehbeweglich gelagerten Spannteil (2) sowie einer zwischen dem Gehäuseteil (1) und dem Spannteil (2) angeordneten Torsionsfeder (3), welche zumindest mittelbar einerseits am Gehäuseteil (1) und andererseits am Spannteil (2) abgestützt ist, und wobei ferner zwischen der Torsionsfeder (3) und dem Gehäuseteil (1) ein Reibelement (4) vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist das Reibelement (4) an einem ringförmigen Innenteil (5) abstützbar, das drehfest mit dem Spannteil (2) verbunden ist. Das Reibelement weist ferner eine mit dem ringförmigen Innenteil (5) zusammenwirkende radial innen liegende erste Reibfläche (6) zur Ausbildung eines ersten tribologischen Systems und eine mit dem Gehäuseteil (1) zusammenwirkende radial außen liegende zweite Reibfläche (7) zur Ausbildung eines zweiten tribologischen Systems auf. Die Reibwerte der beiden tribologischen Systeme sind dabei unterschiedlich gewählt, um in Abhängigkeit von dem jeweils aktiven tribologischen System unterschiedliche dynamische Spannkräfte zu erzeugen. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Zugmitteltrieb mit einer solchen Spannvorrichtung.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Zugmitteltrieb mit einer solchen Spannvorrichtung.
Spannvorrichtungen der vorstehend genannten Art dienen in Zugmitteltrieben dazu, im Betriebszustand eine stets ausreichende Vorspannung des Zugmittels zu gewährleisten. Ferner ermöglichen die hierzu in einem Zugmitteltrieb eingesetzten Spannvorrichtungen den Ausgleich von Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen, beispielsweise im Hinblick auf den Durchmesser und/oder die Position einzelner Scheiben, sowie den Ausgleich von Längentoleranzen des Zugmittels. Derartige Längentoleranzen des Zugmittels können sich beispielsweise durch Verschleiß und/oder Temperaturunterschiede ergeben. Ferner vermögen Spannvorrichtungen der vorstehend genannten Art das dynamische Verhalten der Brennkraftmaschine auszugleichen. Da sich dynamische Kräfte im Zugmitteltrieb insbesondere bei solchen Zugmitteltrieben negativ auswirken, welche einen Riemen als Zugmittel einsetzen, ist ein Riementrieb als Hauptanwendungsbereich einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung anzusehen. Der Riementrieb kann beispielsweise dem Antrieb eines Nebenaggregates der Brennkraftmaschine dienen.
Um die Verluste im Riementrieb zu verringern, ist es notwendig, die dynamischen Kräfte im Riementrieb zu senken. Die Absenkung der dynamischen Spannkraft eines Spannsystems wird durch die Dynamik des Riementriebs und dem daraus resultierenden Riemenschlupf an den Riemenscheiben begrenzt.
Durch unterschiedliche Lastzustände in der Brennkraftmaschine und der Nebenaggregate wird nicht immer die gleiche dynamische Spannkraft von der Spanneinheit benötigt. Daher ist es sinnvoll, eine Spanneinheit so zu gestalten, dass diese auf unterschiedliche dynamische Kraftverhältnisse im Riementrieb mit unterschiedlichen dynamischen Vorspannkräften reagiert.
Stand der Technik
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2006 017 287 A1 geht ein Spanner für einen Endlostrieb hervor, welcher ein Basisteil und ein relativ hierzu drehbares Spannteil, ein zwischen dem Basisteil und dem Spannteil kraftbeaufschlagend angeordnetes Federelement, sowie eine zwischen dem Federelement und dem Basisteil oder dem Spannteil vorgesehene Reibvorrichtung aufweist, mit welcher die Relativbewegung zwischen dem Basisteil und dem Spannteil gedämpft wird. Um einen einfachen Aufbau des Spanners zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, die Reibvorrichtung radial außerhalb des Federelementes anzuordnen. Dabei soll eine gute Dämpfungswirkung erhalten bleiben. Die Reibvorrichtung ist in ihrem Umfang unterbrochen, so dass eine radiale Aufweitung des Federelementes beim Spannen die Reibvorrichtung stärker gegen das Basisteil drückt. Dadurch wird die radial äußere Seite der Reibvorrichtung über ihren Umfang in gleichmäßige und effektive Anlage mit dem Basisteil gebracht, wobei mit einem Anstieg der Anpresskraft auch das Reibmoment ansteigt.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb derart weiterzuentwickeln, dass die Reibverluste möglichst gering gehalten werden. Insbesondere sollen die an der Spannvorrichtung entstehenden Bewegungsamplituden gering gehalten werden, um in der Folge die Reibverluste zu verringern.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Spannvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben. Ferner wird ein Zugmitteltrieb mit einer solchen Spannvorrichtung zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorgeschlagene Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb umfasst ein feststehendes topfartiges Gehäuseteil und ein relativ zum Gehäuseteil drehbeweglich gelagertes Spannteil sowie eine zwischen dem Gehäuseteil und dem Spannteil angeordnete Torsionsfeder, welche zumindest mittelbar einerseits am Gehäuseteil und andererseits am Spannteil abgestützt ist. Ferner ist zwischen der Torsionsfeder und dem Gehäuseteil ein Reibelement vorgesehen. Erfindungsgemäß ist das Reibelement an einem ringförmigen Innenteil abstützbar, das drehfest mit dem Spannteil verbunden ist, und weist eine mit dem ringförmigen Innenteil zusammenwirkende radial innenliegende erste Reibfläche zur Ausbildung eines ersten tribologischen Systems und eine mit dem Gehäuseteil zusammenwirkende radial außenliegende zweite Reibfläche zur Ausbildung eines zweiten tribologischen Systems auf. Dabei sind die Reibwerte der beiden tribologischen Systeme unterschiedlich gewählt, um in Abhängigkeit von dem jeweils aktiven tribologischen System unterschiedliche dynamische Spannkräfte zu erzeugen. Durch Ausbildung zweier voneinander unabhängig einsetzbarer Reibsysteme, die sich zudem hinsichtlich ihrer Dämpfungswirkung unterscheiden, können an der Spannvorrichtung entstehende Bewegungsamplituden zweistufig abgedämpft werden. Während der ersten Stufe arbeitet das erste tribologische System, während mit Umschalten auf das zweite tribologische System die Arbeit des ersten Systems beendet ist. Die Umschaltung erfolgt, indem sich das Reibelement nach Überschreiten einer vorgebbaren Bewegungsamplitude am ringförmigen Innenteil abstützt. D. h., dass die Relativbewegung des ringförmigen Innenteils gegenüber dem Reibelement beendet wird. Stattdessen wird das Reibelement vom ringförmigen Innenteil mitführt, das sich dabei relativ zum Gehäuseteil bewegt. Die Aktivierung der beiden unabhängigen tribologischen Systeme erfolgt demnach in Abhängigkeit von der Größe der Bewegungsamplitude des Spannteils gegenüber dem Gehäuseteil. Über die unterschiedlichen Reibwerte der beiden tribologischen Systeme können unterschiedliche dynamische Spannkräfte in Abhängigkeit von der Größe der Bewegungsamplitude erzeugt werden. Dieser Vorgang ist zudem frequenzunabhängig.
Vorzugsweise ist der Reibwert der radial innenliegenden ersten Reibfläche kleiner als der Reibwert der radial außenliegenden zweiten Reibfläche gewählt. Bei geringen Spannelementbewegungen steht demnach die radial innenliegende erste Reibfläche des Reibelementes in Reibkontakt mit dem ringförmigen Innenteil, da der höhere Reibwert der radial außenliegenden zweiten Reibfläche eine Relativbewegung des Reibelementes gegenüber dem Gehäuseteil verhindert. In diesem Betriebszustand wird über das erste tribologische System eine relativ geringe Reibarbeit verrichtet. Das weitere tribologische System wird erst dann aktiviert, wenn die Spannelementbewegungen eine vorgegebene Bewegungsamplitude überschreiten und sich das Reibelement am ringförmigen Innenteil abstützt, so dass es vom ringförmigen Innenteil mitgeführt wird. Das erste tribologische System mit der geringeren Reibkraft ist dann blockiert und kann keine Reibarbeit mehr verrichten, so dass auf das zweite tribologische System mit der höheren Reibkraft umgeschaltet wird. Durch das zweistufige System können somit hohe Bewegungsamplituden des Spannelementes verhindert werden, was wiederum zu verringerten Reibverlusten führt. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das der Reibwert der radial innen liegenden ersten Reibfläche größer als der Reibwert der radial außen liegenden zweiten Reibfläche gewählt ist, so dass die Aktivierung der beiden tribologischen Systeme in umgekehrter Reihenfolge erfolgt.
Zur Abstützung des Reibelementes am ringförmigen Innenteil weist letzteres bevorzugt eine sich über einen Teilumfangsbereich nach radial innen erstreckende Ausnehmung auf, in welche das Reibelement eingreift. Radial verlaufende Flanken der Ausnehmung begrenzen dabei den Drehwinkelbereich des ringförmigen Innenteils gegenüber dem Reibelement. Über den Winkelabstand der radial verlaufenden Flanken ist der Drehwinkelbereich einstellbar und damit die maximale Bewegungsamplitude, deren Überschreitung zur Aktivierung des zweiten tribologischen Systems führt. Die radial verlaufenden Flanken stellen somit Mitnehmerkanten dar, an welchen sich das Reibelement abstützt. Demnach bewegt sich innerhalb des Umschaltwinkels das ringförmige Innenteil gegenüber dem Reibelement und außerhalb dieses Winkelbereichs das ringförmige Innenteil gemeinsam mit dem Reibelement gegenüber dem Gehäuseteil. Das Umschalten von dem ersten tribologischen System auf das zweite tribologische System kann somit über einfache mechanische Mittel, wie eine Mitnehmerkante, bewirkt werden. Alternativ kann die Mitnehmerfunktion auch von rampenartig verlaufenden Flanken übernommen werden, so dass ein weiches Eingreifen des zweiten Reibsystems gewährleistet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das ringförmige Innenteil ein Kunststoffteil, das geringfügig elastisch und/oder als offener Ring ausgebildet ist. Das ringförmige Innenteil ist demzufolge radial aufweitbar, um ggf. den Anpressdruck des Reibelementes am Gehäuseteil zu erhöhen. Die Höhe der Reibkraft des zweiten tribologischen Systems ist demnach veränderbar und kann an die jeweils gegebenen Bedingungen angepasst werden.
Weiterhin bevorzugt ist die Torsionsfeder am ringförmigen Innenteil abgestützt, so dass eine Vergrößerung des Durchmessers der Torsionsfeder das Innenteil und/oder das Reibelement mit einer nach radial außen wirksamen Druckkraft beaufschlagt. Zur radialen Aufweitung des ringförmigen Innenteils kann demnach die am Innenteil abgestützte Torsionsfeder herangezogen werden, deren Durchmesser sich in Abhängigkeit vom jeweiligen Spannungszustand verändert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Reibelement segmentförmig ausgebildet. Es erstreckt sich vorzugsweise über einen Teilumfangsbereich der Spannvorrichtung und steht in Eingriff mit der bogenförmigen Ausnehmung am Außenumfang des ringförmigen Innenteils. Das Reibelement baut somit in radialer Richtung nicht oder nur geringfügig auf. Ferner kann auch das Reibelement als Kunststoffteil ausgebildet sein.
Zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe wird ferner ein Zugmitteltrieb mit einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung angegeben, welche die Erzeugung dynamischer Spannkräfte im Zugmitteltrieb ermöglicht.
Vorzugsweise ist der vorgeschlagene Zugmitteltrieb ein Riementrieb, da der Riemen als Zugmittel sowohl Längentoleranzen, als auch einem besonders hohen Verschleiß unterliegt, welche es durch eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung auszugleichen gilt. Weiterhin vorzugsweise dient der vorgeschlagene Zugmitteltrieb dem Antrieb eines Nebenaggregates einer Brennkraftmaschine.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung und
2 einen schematischen Teilquerschnitt durch eine Spannvorrichtung entsprechend der 1.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Dem Längsschnitt der 1 ist eine Spannvorrichtung mit einem feststehenden topfartigen Gehäuseteil 1 zur Befestigung der Spannvorrichtung an einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt), ein gegenüber dem Gehäuseteil 1 drehbeweglich gelagertes Spannteil 2 sowie eine zwischen dem Gehäuseteil 1 und dem Spannteil 2 angeordnete Torsionsfeder 3 zu entnehmen, wobei die Torsionsfeder 3 einerseits am Gehäuseteil 1, andererseits mittelbar über ein ringförmiges Innenteil 5 am Spannteil 2 abgestützt ist. Das ringförmige Innenteil 5 weist außenumfangseitig eine sich über einen Teilumfangsbereich nach radial innen erstreckende Ausnehmung 8 auf, in welche ein segmentförmiges Reibelement 4 eingreift, das zudem in Reibkontakt mit dem Gehäuseteil 1 steht. Das Reibelement 4 weist ferner Reibkontakt mit dem Boden der Ausnehmung 8 am ringförmigen Innenteil 5 auf. Hierzu ist am Reibelement 4 eine erste Reibfläche 6 ausgebildet, die in Reibkontakt mit dem Boden der Ausnehmung 8 steht. Außenumfangseitig weist das Reibelement 4 eine zweite Reibfläche 7 auf, mit welcher das Reibelement 4 am Gehäuseteil 1 anliegt. Der Reibwert der ersten Reibfläche 6 ist geringer als der Reibwert der zweiten Reibfläche 7 gewählt, so dass bei einer Drehbewegung des Spannteils 2 das ringförmige Innenteil 5 an dem Reibelement 4 entlanggeführt wird. Überschreitet das Spannteil 2 eine bestimmte Bewegungsamplitude, schlägt das ringförmige Innenteil mit einer die Ausnehmung 8 begrenzenden radial verlaufenden Flanke 9 am Reibelement 4 an, so dass dieses mitgeführt wird. Dabei erfolgt eine Umschaltung vom ersten tribologischen System der Reibpartner Reibelement 4 und ringförmiges Innenteil 5 auf das zweite tribologische System der Reibpartner Reibelement 4 und Gehäuseteil 1. Über den Winkelabstand der beiden radial verlaufenden Flanken 9, welche die Ausnehmung 8 an der Außenumfangseite des ringförmigen Innenteils 5 begrenzen, kann die maximale Bewegungsamplitude festgelegt werden, innerhalb derer das erste tribologische System wirksam ist. Vorliegend ist ein Winkelabstand α kleiner 90 Grad gewählt, um die Bewegungsamplitude gering zu halten (siehe 2). Der Winkelabstand ist frei wählbar. Gleiches gilt für den jeweiligen Reibwert der ersten Reibfläche 6 und der zweiten Reibfläche 7, wobei jedoch der Reibwert der ersten Reibfläche 6 geringer als der der zweiten Reibfläche 7 zu wählen ist. Die Reibkraft des zweiten tribologischen Systems kann dadurch erhöht werden, dass mit zunehmender Spannung die Torsionsfeder 3 ihren Durchmesser verändert. Weitet sich die Torsionsfeder 3 bei zunehmender Spannung nach radial außen auf, drückt diese das ringförmige Innenteil 5 in radialer Richtung nach außen, wobei sich auch die Anpresskraft des Reibelementes 4 am Gehäuseteil 1 erhöht. Ist das ringförmige Innenteil 5, wie in der 2 dargestellt, als geschlossener Ring ausgebildet, kann eine radiale Aufweitung dadurch erzielt werden, dass das ringförmige Innenteil 5 geringfügig elastisch ist. Als ringförmiges Innenteil 5 eignet sich daher insbesondere ein Kunststoffteil. Alternativ oder ergänzend kann das ringförmige Innenteil 5 auch mit einem radial verlaufenden Schlitz versehen sein, d. h. als offener Ring ausgebildet sein, so dass eine Aufweitung des ringförmigen Innenteils 5 über den Schlitz ermöglicht wird (nicht dargestellt).
Die vorgeschlagene Spannvorrichtung zeichnet sich durch ein zweistufiges Dämpfungssystem aus, das mittels eines Reibelementes 4 realisierbar ist, das sowohl in Reibkontakt mit dem Gehäuseteil 1 als auch in Reibkontakt mit dem ringförmigen Innenteil 5 steht. Aufgrund unterschiedlicher Reibwerte der jeweils in Reibkontakt mit dem Gehäuseteil 1 und dem Innenteil 5 stehenden Reibflächen 6, 7 ist bei einer geringen Bewegung des Spannteils 2 lediglich das tribologische System wirksam, das die Reibfläche mit dem geringeren Reibwert umfasst. Wird eine vorgegebene Bewegungsamplitude des Spannteils 2 überschritten, blockiert das erste tribologische System, indem sich das Reibelement 4 an einer Mitnehmerkante des Innenteils 5 abstützt. Es folgt die Umschaltung auf das zweite tribologische System, das die Reibfläche 7 mit dem höheren Reibwert umfasst, wobei die Reibkraft mit zunehmender radialer Aufweitung der Torsionsfeder 3 ansteigt. Das vorgeschlagene zweistufige Dämpfungssystem zeichnet sich durch wenige und zudem einfach gestaltete Bauteile aus. Es bedarf lediglich eines Reibelementes 4, das an dem Spannteil 2 mittelbar abstützbar ist, so dass die im Zugmitteltrieb bewirkbaren dynamischen Spannkräfte abhängig von der Größe der Bewegungsamplitude des Spannteils 2 sind.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuseteil
2: Spannteil
3: Torsionsfeder
4: Reibelement
5: Innenteil
6: erste Reibfläche
7: zweite Reibfläche
8: Ausnehmung
9: Flanke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006017287 A1 [0005]

Claims

Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb mit einem feststehenden topfartigen Gehäuseteil (1) und einem relativ zum Gehäuseteil (1) drehbeweglich gelagerten Spannteil (2) sowie einer zwischen dem Gehäuseteil (1) und dem Spannteil (2) angeordneten Torsionsfeder (3), welche zumindest mittelbar einerseits am Gehäuseteil (1) und andererseits am Spannteil (2) abgestützt ist, und wobei ferner zwischen der Torsionsfeder (3) und dem Gehäuseteil (1) ein Reibelement (4) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibelement (4) an einem ringförmigen Innenteil (5) abstützbar ist, das drehfest mit dem Spannteil (2) verbunden ist, und eine mit dem ringförmigen Innenteil (5) zusammenwirkende radial innen liegende erste Reibfläche (6) zur Ausbildung eines ersten tribologischen Systems und eine mit dem Gehäuseteil (1) zusammenwirkende radial außen liegende zweite Reibfläche (7) zur Ausbildung eines zweiten tribologischen Systems aufweist, wobei die Reibwerte der beiden tribologischen Systeme unterschiedlich gewählt sind, um in Abhängigkeit von dem jeweils aktiven tribologischen System unterschiedliche dynamische Spannkräfte zu erzeugen.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibwert der radial innen liegenden ersten Reibfläche (6) kleiner oder größer als der Reibwert der radial außen liegenden zweiten Reibfläche (7) gewählt ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Innenteil (5) eine sich über einen Teilumfangsbereich nach radial innen erstreckende Ausnehmung (8) aufweist, in welche das Reibelement (4) eingreift, wobei radial oder rampenartig verlaufende Flanken (9) der Ausnehmung (8) den Drehwinkelbereich des ringförmigen Innenteils (5) gegenüber dem Reibelement (4) begrenzen.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Innenteil (5) ein Kunststoffteil ist, das geringfügig elastisch und/oder als offener Ring ausgebildet ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfeder (3) am ringförmigen Innenteil (5) abgestützt ist, so dass eine Vergrößerung des Durchmessers der Torsionsfeder (3) das Innenteil (5) und/oder das Reibelement (4) mit einer nach radial außen wirksamen Druckkraft beaufschlagt.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibelement (4) segmentförmig und/oder als Kunststoffteil ausgebildet ist.
Zugmitteltrieb mit einer Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, um dynamische Spannkräfte im Zugmitteltrieb zu erzeugen.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugmitteltrieb ein Riementrieb ist und/oder dem Antrieb eines Nebenaggregates einer Brennkraftmaschine dient.