DE102011084066B3

DE102011084066B3 - Spannvorrichtung

Info

Publication number: DE102011084066B3
Application number: DE201110084066
Authority: DE
Inventors: Werner Hartmann; Stefan Mack; Matthias Schmidl; Sascha Calabrese; Zoran Maricic; Niels Flämig
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-10-06
Filing date: 2011-10-06
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2031-10-07

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Spannvorrichtung (1) mit einem Gehäuse (2), einem darin längsverschieblich gleitgelagerten Kolben (3) und einer das Gehäuse und den Kolben umschließenden Schraubendruckfeder (4), die das Gehäuse einerseits und den Kolben andererseits in Richtung einer Verlängerung der Spannvorrichtung kraftbeaufschlagt, wobei das Gleitlager eine Kunststoff-Metall-Lagerpaarung aufweist. Dabei soll das Gehäuse im Bereich des Gleitlagers aus einer freistehenden Metallhülse (12) gebildet sein, in welcher der Kolben mittels einer Kunststoffbuchse gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung mit einem Gehäuse, einem darin längsverschieblich gleitgelagerten Kolben und einer das Gehäuse und den Kolben umschließenden Schraubendruckfeder, die das Gehäuse einerseits und den Kolben andererseits in Richtung einer Verlängerung der Spannvorrichtung kraftbeaufschlagt. Dabei weist das Gleitlager eine Kunststoff-Metall-Lagerpaarung auf.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Spannvorrichtung handelt es sich insbesondere um einen Riemenspanner für den Nebenaggregate-Riementrieb einer Brennkraftmaschine. Ein solcher Riemenspanner ist dann üblicherweise mit einem Rollenhebel verbunden, der die aus der Schraubendruckfeder resultierende Längskraft über eine am Rollenhebel gelagerte Spannrolle in die erforderliche Riemenvorspannung umsetzt.
Bei dem aus der WO 2009/074566 A1 bekannten Riemenspanner sind sowohl das Gehäuse als auch der darin gelagerte Kolben aufgrund ihrer geometrischen Komplexität als kostengünstig hergestellte Kunststoffspritzgussteile ausgeführt. Zur Gleitlagerung des Kolbens im Gehäuse dient eine am Kolben angebrachte Metallhülse. Trotz dieser Kunststoff-Metall-Lagerpaarung hat es sich gezeigt, dass so ausgeführte Spannvorrichtungen zu einem vorzeitigen Verschleiß des Gleitlagers neigen. Die DE 195 29 828 A1 , die ebenfalls eine Spannvorrichtung der eingangs genannten Art zeigt, wird als nächstliegender Stand der Technik angesehen.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung der eingangs genannten Art konstruktiv so zu verbessern, dass bei möglichst unverändert niedrigen Herstellkosten die Verschleißbeständigkeit der Gleitlagerung erhöht und somit die geforderte Lebensdauer der Spannvorrichtung gewährleistet werden können.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den abhängigen Ansprüchen entnehmbar sind.
Es ist vorgesehen, die günstigen tribologischen Werkstoffeigenschaften der bekannten Kunststoff-Metall-Lagerpaarung mit günstigen thermischen Eigenschaften der Gleitlagerung zu kombinieren. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der gehäuseseitige Gleitlagerpartner aus der Metallhülse gebildet ist, die aufgrund ihrer freistehenden Anordnung und vergleichsweise hohen thermischen Leitfähigkeit einen erheblich schnelleren Abtransport der Lagerreibungswärme ermöglicht und folglich thermisch erträgliche Betriebsbedingungen in der Gleitlagerung gewährleistet. Diese vorteilhafte Eigenschaft besitzt die oben erwähnte bekannte Spannvorrichtung nicht, da dort die Metallhülse zwischen den thermisch vergleichsweise stark isolierenden Kunststoffwandungen des Kolbens und des Gehäuses angeordnet ist.
Bei dem nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Gehäuse mehrere Bauteile, die entweder aus Kunststoff oder aus Metall bestehen. Dabei erfolgt die Verbindung der Kunststoffteile mit den Metallteilen ausschließlich mittels formschlüssig wirkender Steck- bzw. Clipsverbindungen. Alternativ dazu kann es auch vorgesehen sein, die Metallhülse im Verbindungsbereich zum Kunststoffteil des Gehäuses mit Kunststoff zu umspritzen. Daneben besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, dass Gehäuse rein metallisch, d. h. frei von Kunststoffteilen zu gestalten.
Als Kunststoff-Gleitlagerwerkstoff ist generell hitzebeständiger Polyamid vorgesehen, in dem optional Polytetrafluorethylen (PTFE) als Trockenschmierstoff eingelagert ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung in einer ersten Ansicht;
2 die Spannvorrichtung in einer dazu um 90° gedrehten Ansicht;
3 die Spannvorrichtung im Längsschnitt und
4 die Spannvorrichtung in explodierter Darstellung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Bei der in den Figuren dargestellten Spannvorrichtung 1 handelt es sich um einen mechanischen Riemenspanner für einen nicht dargestellten Nebenaggregate-Riementrieb einer Brennkraftmaschine. Die Spannvorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 2, einen darin längsverschiebbar gleitgelagerten Kolben 3 und eine zylindrische Schraubendruckfeder 4. Diese umschließt das Gehäuse 2 und den Kolben 3, die durch die Spannkraft der Schraubendruckfeder 4 voneinander weg in Richtung Verlängerung der Spannvorrichtung 1 beaufschlagt sind. Die beiden Endabschnitte der Spannvorrichtung 1 sind mit Befestigungsaugen 5 und 6 versehen, die einerseits am Gehäuse 2 und andererseits am Kolben 3 angeordnet sind. Das gehäuseseitige Befestigungsauge 5 dient zur ortsfesten Drehlagerung der Spannvorrichtung 1 an der Brennkraftmaschine, und das kolbenseitige Befestigungsauge 6 dient zur schwenkbaren Drehverbindung der Spannvorrichtung 1 mit einem nicht dargestellten Rollenhebel, der die Ein- und Ausfahrbewegung des Kolbens 3 im Gehäuse 2 in eine schwenkende Stellbewegung einer am Rollenhebel gelagerten Riemenspannrolle übersetzt. Da die beiden Befestigungsaugen 5 und 6 eine identische Anschlussgeometrie aufweisen, ist auch ein umgedrehter Einbau der Spannvorrichtung 1 möglich, die dann mit dem kolbenseitigen Befestigungsauge 6 an der Brennkraftmaschine drehgelagert wäre.
Bei den Befestigungsaugen 5, 6 handelt es sich um Metallbuchsen aus Aluminium, die mittels Lageraugenbuchsen 7 und 8 in Querbohrungen 9 und 10 am gehäuseseitigen Endabschnitt bzw. am kolbenseitigen Endabschnitt der Spannvorrichtung 1 gelagert sind. Die als Polyamid-Spritzgussteile hergestellten Lageraugenbuchsen 7, 8 sind mittels bekannter Clipsverbindung axial formschlüssig in den Querbohrungen 9 bzw. 10 gehaltert.
Die Gleitlagerung des Kolbens 3 im Gehäuse 2 weist eine Kunststoff-Metall-Lagerpaarung auf. Hierzu ist das gehäuseseitige Schaftende des aus glasfaserverstärktem Polyamid spritzgegossenen Kolbens 3 mit einer Kunststoffbuchse 11 versehen, die am Innenmantel einer Teil des Gehäuses 2 bildenden Metallhülse 12 längsverschieblich gelagert ist. Die Metallhülse 12 ist erfindungsgemäß freistehend angeordnet, d. h. deren Außenmantel steht zugunsten einer erhöhten Abfuhr der Reibungswärme aus dem Gleitlager in unmittelbarem Kontakt mit der kühlenden Umgebungsluft der Spannvorrichtung 1.
Der Kolbenschaft ist oberhalb der Kunststoffbuchse 11 mit einer weiteren Kunststoffbuchse 13 versehen, die in einer Metallbuchse 14 gleitgelagert ist. Beide Kunststoffbuchsen 11 und 13 bestehen aus hitzebeständigem Polyamid PA66 mit eingelagertem Polytetrafluorethylen (PTFE) als Trockenschmierstoff. Die gesinterte Metallbuchse 14 ist innerhalb des kolbenseitigen Endabschnitts der als Blechtiefziehteil hergestellten Metallhülse 12 dadurch befestigt, dass die Metallhülse 12 die Metallbuchse 14 einerseits mit einer Axialschulter 15 abstützt und andererseits mit einer Einbördelung 16 gegenhält.
Die Zweifach-Gleitlagerung mittels der beiden Kunststoffbuchsen 11 und 13 bewirkt, dass die abzustützenden Querkräfte im Gleitlager vergleichmäßigt werden, da die auf das Gleitlager wirkenden Querkräfte bei ausgefahrener Schraubendruckfeder 4 und entsprechend kleiner Federkraft einerseits und bei eingefahrener Schraubendruckfeder 4 und entsprechend hoher Federkraft andererseits aufgrund des sich mitverändernden Axialabstands der Kunststoffbuchsen 11, 13 (veränderlicher Hebelarm) geringere Kraftunterschiede aufweisen, verglichen mit einer Einfach-Gleitlagerung.
Der Lagerdurchmesser D1 der Metallhülse 12 und der Kunststoffbuchse 11 ist größer als der Lagerdurchmesser D2 der Metallbuchse 14 und der weiteren Kunststoffbuchse 13. Auf diese Weise ist ein die Verlängerung der Spannvorrichtung 1 begrenzender Axialanschlag des Kolbens 3 im Gehäuse 2 gebildet.
Die Kunststoffbuchse 11 ist zweiteilig, nämlich aus zwei den Kolben 3 umgreifenden und identisch geformten Buchsenhalbschalen 17 und 18 gebildet, die axial formschlüssig am Kolben 3 gehaltert sind. Hierzu sind die Innenseiten der Buchsenhalbschalen 17, 18 mit radialen Vorsprüngen 19 in Form von Rippen versehen, die – ähnlich Ventilkeilen bei Gaswechselventilen – in dazu korrespondierende Ausnehmungen 20 in Form von Nuten an der Außenseite des Kolbens 3 eingreifen. Die einteilige weitere Kunststoffbuchse 13 ist mit einem Längsschlitz 21 versehen, um sich bei der Montage auf den im Durchmesser zurückspringenden Aufnahmeabschnitt 22 des Kolbenschafts zunächst aufdehnen zu können.
Die Querbohrung 9 für das gehäuseseitige Befestigungsauge 5 ist durch zwei identisch geformte und ebenfalls als Kunststoffspritzgussteile hergestellte Gehäusehalbschalen 23 und 24 gebildet, die mit der Metallhülse 12 formschlüssig steckverbunden sind. Hierzu sind die Gehäusehalbschalen 23 und 24 jeweils mit einer Ausnehmung 25 versehen, die einen sich radial auswärts erstreckenden Bund 26 der Metallhülse 12 axial formschlüssig umgreifen. Die dem Kolben 3 zugewandten Stirnseiten 27 der Gehäusehalbschalen 23, 24 ergänzen sich zu einer kreisringförmigen Federauflage mit einem davon ausgehenden Ringkragen 28, der als Innenzentrierung für die Schraubendruckfeder 4 dient und der umgekehrt bei montierter Schraubendruckfeder 4 ein Auseinanderfallen der Gehäusehalbschalen 23, 24 und der Metallhülse 12 verhindert.
Seitens des Kolbens 3 ist eine Federauflage 29 und Innenzentrierung 30 für die Schraubendruckfeder 4 durch eine als Kunststoffspritzgussteil hergestellte Hülse 31 gebildet. Diese stützt sich einerseits mit einem sich radial auswärts erstreckenden Bund 32 an einer dem Gehäuse 2 zugewandten Kreisringstirnseite 33 des Kolbens 3 ab und umschließt andererseits die Metallhülse 12, um das Gleitlager vor Schmutz zu schützen.
Bezugszeichenliste

1: Spannvorrichtung
2: Gehäuse
3: Kolben
4: Schraubendruckfeder
5: gehäuseseitiges Befestigungsauge
6: kolbenseitiges Befestigungsauge
7: Lageraugenbuchse
8: Lageraugenbuchse
9: gehäuseseitige Querbohrung
10: kolbenseitige Querbohrung
11: Kunststoffbuchse
12: Metallhülse
13: weitere Kunststoffbuchse
14: Metallbuchse
15: Axialschulter der Metallhülse
16: Einbördelung der Metallhülse
17: Buchsenhalbschale
18: Buchsenhalbschale
19: Vorsprung
20: Ausnehmung im Kolbenschaft
21: Längsschlitz der weiteren Kunststoffbuchse
22: Aufnahmeabschnitt
23: Gehäusehalbschale
24: Gehäusehalbschale
25: Ausnehmung in der Gehäusehalbschale
26: Bund der Metallhülse
27: Stirnseite der Gehäusehalbschale
28: Ringkragen der Gehäusehalbschalen/Federinnenzentrierung
29: kolbenseitige Federauflage
30: kolbenseitige Federinnenzentrierung
31: Kunststoffhülse
32: Bund der Kunststoffhülse
33: Kreisringstirnseite des Kolbens

Claims

Spannvorrichtung mit einem Gehäuse (2), einem darin längsverschieblich gleitgelagerten Kolben (3) und einer das Gehäuse (2) und den Kolben (3) umschließenden Schraubendruckfeder (4), die das Gehäuse (2) einerseits und den Kolben (3) andererseits in Richtung einer Verlängerung der Spannvorrichtung (1) kraftbeaufschlagt, wobei das Gleitlager eine Kunststoff-Metall-Lagerpaarung aufweist und das Gehäuse (2) im Bereich des Gleitlagers aus einer freistehenden Metallhülse (12) gebildet ist, in welcher der Kolben (3) mittels zumindest einer Kunststoffbuchse (11) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (3) mit einer weiteren Kunststoffbuchse (13) versehen ist, die in einer Metallbuchse (14) gelagert ist, die innerhalb eines Endabschnitts der Metallhülse (12) befestigt ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Kunststoffbuchse (11) aus zwei den Kolben (3) umgreifenden Buchsenhalbschalen (17, 18) gebildet ist, die axial formschlüssig am Kolben (3) gehaltert sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchsenhalbschalen (17, 18) innenseitig mit radialen Vorsprüngen (19) versehen sind, die in dazu korrespondierende Ausnehmungen (20) außenseitig des Kolbens (3) eingreifen.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerdurchmesser (D1) der Metallhülse (12) und der einen Kunststoffbuchse (11) größer als der Lagerdurchmesser (D2) der Metallbuchse (14) und der weiteren Kunststoffbuchse (13) ist, so dass ein die Verlängerung der Spannvorrichtung (1) begrenzender Axialanschlag des Kolbens (3) im Gehäuse (2) gebildet ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Metallbuchse (14) um ein Sinterteil handelt.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Befestigungsaugen (5, 6), die an den Endabschnitten der Spannvorrichtung (1) am Gehäuse (2) einerseits und am Kolben (3) andererseits angeordnet sind, wobei das gehäuseseitige Befestigungsauge (5) in zwei Gehäusehalbschalen (23, 24) gelagert ist, die einen sich radial auswärts erstreckenden Bund (26) der Metallhülse (12) axial formschlüssig umgreifen und deren dem Kolben (3) zugewandte Stirnseiten (27) sich zu einer kreisringförmigen Federauflage mit einer davon ausgehenden Innenzentrierung (28) für die Schraubendruckfeder (4) ergänzen.
Spannvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Gehäusehalbschalen (23, 24) um Kunststoffspritzgussteile handelt.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine am Kolben (3) verlaufende Federauflage (29) und Innenzentrierung (30) für die Schraubendruckfeder (4) durch eine Hülse (31) gebildet ist, die einerseits mit einem sich radial auswärts erstreckenden Bund (32) an einer dem Gehäuse (2) zugewandten Kreisringstirnseite (33) des Kolbens (3) abgestützt ist und andererseits die Metallhülse (12) umschließt.
Spannvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Hülse (31) um ein Kunststoffspritzgussteil handelt.