DE102011089394A1

DE102011089394A1 - Spannvorrichtung für einen Riementrieb

Info

Publication number: DE102011089394A1
Application number: DE201110089394
Authority: DE
Inventors: Benjamin Wolf; Thorsten Liebel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2013-06-27

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Spannvorrichtung (2) mit zwei Spannrollen (6, 7) für einen Startergenerator-Riementrieb. Die Spannvorrichtung umfasst ein Spannergehäuse (8a, 8b) und einen darin gleitbeweglich gelagerten Spannarm (10), der eine der beiden Spannrollen trägt. Die Gleitlagerung des Spannarms erfolgt mittels Gleitbelägen (15), die in radialer Richtung verschwenkbar gelagert sind, um verkippungsbedingte und Verschleiß fördernde Kantenträger innerhalb der Gleitlagerung zu verhindern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für einen Riementrieb, der ein Antriebsrad, ein oder mehrere weitere Riemenräder und einen endlos umlaufenden Riemen aufweist, der das Antriebsrad und die weiteren Riemenräder umschlingt. Die Spannvorrichtung umfasst folgendes:

– zwei Spannrollen, die den Riemen in Umlaufrichtung vor und hinter dem Antriebsrad mit Vorspannkraft beaufschlagen,
– ein die Vorspannkraft erzeugendes Federmittel,
– einen kreisbogenförmigen Spannarm, der an einem Ende durch die Kraft des Federmittels beaufschlagt ist und der am anderen Ende eine der Spannrollen lagert,
– ein Spannergehäuse, in dem das Federmittel und der Spannarm in der Ebene des Kreisbogens gleitbeweglich aufgenommen sind,
– und Gleitbeläge, die zwischen dem Spannarm und bezüglich des Kreisbogens radialen Innenwänden des Spannergehäuses angeordnet sind und die den Spannarm gegenüber den radialen Gehäusewänden abstützen.

Hintergrund der Erfindung
Bei Riementrieben mit wechselweise Drehmoment aufnehmenden und abgebenden Triebrädern und einem dementsprechenden Wechsel von Zugtrum und Leertrum erfordert das Spannen des Leertrums eine Spannvorrichtung mit zwei Spannrollen, die das Zugmittel vor und hinter dem wechselweise antreibenden und angetriebenen Antriebsrad vorspannen. Es handelt sich typischer- aber nicht notwendigerweise um den Riementrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Elektromaschine in Form eines Startergenerators, dessen Antriebsrad nicht nur zwecks Stromerzeugung von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, sondern auch die Brennkraftmaschine antreibt, um diese zu starten.
Eine Spannvorrichtung der eingangs genannten Art, d.h. mit einem Spannergehäuse und einem darin beweglich gelagerten Spannarm, der mittels Gleitbelägen an den radialen Gehäusewänden abgestützt ist, ist aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2011 082 330 A1 bekannt.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung der eingangs genannten Art im Hinblick auf die Verschleißbeständigkeit der Gleitlagerung des Spannarms im Spannergehäuse konstruktiv zu verbessern.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein oder mehrere Gleitbeläge mit dem Spannarm oder mit der jeweils zugehörigen radialen Gehäusewand gelenkig verbunden sind derart, dass die Gleitbeläge gegenüber dem Spannarm bzw. den radialen Gehäusewänden in radialer Richtung verschwenkbar sind. Durch diese konstruktive Gestaltung der Gleitlagerung werden verschleißgefährdete Kantenträger an den Gleitbelägen ausgeschlossen, welche ansonsten durch Radialspiel bedingte Verkippung des Spannarms gegenüber seiner Gleitlagerung im Spannergehäuse unvermeidlich sind. Demgegenüber ermöglicht die verschwenkbare Anlenkung des Gleitbelags, dass sich dieser möglichst großflächig und mit gleichmäßiger Flächenlast an dessen Gleitkontaktpartner radial ausrichtet und anschmiegt.
Der Freiheitsgrad der Gleitbeläge, sich am Gleitkontaktpartner rotativ ausrichten zu können, bewirkt zudem, dass der Gleitkontakt mit weitestgehend definierten Reibungszuständen einhergeht und dass folglich die Dämpfungscharakteristik der Spannarmbewegungen im Spannergehäuse vorhersagbar und reproduzierbar ist. Die gegenseitige Ausrichtung und Anschmiegung der Kontaktpartner begünstigt außerdem das Einlaufverhalten der Gleitlagerung im Neuzustand. Die Gleitbeläge bestehen vorzugsweise aus dem Gleitlagerwerkstoff PA46 PTFE15 (Polyamid mit eingelagertem Polytetrafluorethylen).
Für den Fall, dass die Gleitbeläge gelenkig mit dem bewegten Spannarm verbunden sind, erfolgt die Relativbewegung innerhalb der Gleitlagerung zwischen den mitbewegten Gleitbelägen und den radialen Gehäusewänden. Für den umgekehrten Fall, dass die Gleitbeläge gelenkig mit den radialen Gehäusewänden verbunden sind, erfolgt die Relativbewegung zwischen den gehäusefesten Gleitbelägen und dem Spannarm. Falls nur einer oder mehrere, aber nicht alle Gleitbeläge verschwenkbar angelenkt sind, sollen dies die am höchsten belasteten Beläge sein.
Die Gelenkverbindung kann einerseits zylindrisch ausgebildet sein und das Verschwenken des Gleitbelags im wesentlichen nur in radialer Richtung zulassen. Mit anderen Worten beschränkt dies den Freiheitsgrad der Gleitbeläge dahingehend, dass sich diese nur innerhalb der Querschnittsebene des Kreisbogens am Gleitkontaktpartner ausrichten können.
Alternativ kann die Gelenkverbindung sphärisch ausgebildet sein und das Verschwenken des Gleitbelags sowohl in radialer als auch in bezüglich des Kreisbogens axialer Richtung zulassen. Bei dieser alternativen Ausgestaltung haben die Gleitbeläge zwei Freiheitsgrade zur Ausrichtung am Gleitkontaktpartner, nämlich nicht nur innerhalb der Querschnittsebene des Kreisbogens sondern auch senkrecht dazu, um beispielsweise toleranz- und kippbedingte Winkelfehler in der Gleitlagerung auszugleichen.
Weiterhin sollen die Gleitbeläge den Spannarm in axialer Richtung umgreifen und den Spannarm gegenüber axialen Innenwänden des Spannergehäuses abstützen und in axialer Richtung formelastisch ausgebildet sein. Die Formelastizität kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Gleitbeläge in axialer Richtung mäanderförmig und dementsprechend federnd ausgebildet sind. Aufgrund der axial federnden Konstruktion der Gleitbeläge ist die Größenschwankung des Axialspiels in der Gleitlagerung im wesentlichen nur von den Toleranzen der Bauteilwandstärken abhängig, die die Breite des Spannergehäuses zwischen dessen axialen Gehäusewänden ausfüllen. Axialspieländerungen infolge werkstoffbedingt unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten haben dann hingegen keinen maßgeblichen Einfluss mehr auf betriebliche Änderungen des Axialspiels in der Gleitlagerführung.
Schließlich kann die Gelenkverbindung der Gleitbeläge auch so ausgeführt sein, dass sie zwecks einfacher Montage des Spannarms in das Spannergehäuse eine verliersichere Fixierung der Gleitbeläge am Spannarm bzw. am Spannergehäuse ermöglicht. Bei Gleitbelägen aus Polyamid soll die Montagefixierung insbesondere als Clipsverbindung ausgeführt sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren, in denen ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung teilweise schematisch dargestellt ist. Es zeigen:
1 die aus der eingangs zitierten DE 10 2011 082 330 A1 bekannte Spannvorrichtung in perspektivischer Gesamtdarstellung;
2 die Spannvorrichtung gemäß 1 in explodierter Darstellung;
3 in schematischer Darstellung die Gleitlagerführung des Spannarms im Spannergehäuse der bekannten Spannvorrichtung im unbelasteten und im belasteten Zustand;
4 in schematischer Darstellung einen mit dem Spannarm gelenkig verbundenen Gleitbelag einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung und
5 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Gleitbelag entsprechend 4 gemäß der Ansicht A in 1.
Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Bei der in 1 dargestellten Elektromaschine 1 handelt es sich um einen Startergenerator eines Nebenaggregate-Riementriebs einer Brennkraftmaschine, wobei der Startergenerator 1 mit einer Spannvorrichtung 2 für einen (nicht dargestellten) endlos umlaufenden Poly-V-Riemen zu einer Baueinheit zusammengefasst ist. Der Startergenerator 1 umfasst ein generell zylindrisches Maschinengehäuse 3 und ein auf einer Achse 4 verschraubtes Antriebsrad 5, das über den Riemen zumindest mit dem (ebenfalls nicht dargestellten) Kurbelwellen-Triebrad der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung steht.
Das Kurbelwellen-Triebrad wird auf an sich bekannte Weise zum Starten der Brennkraftmaschine vom Antriebsrad 5 des Startergenerators 1 angetrieben, um dann bei gestarteter Brennkraftmaschine das Antriebsrad 5 zur Stromerzeugung anzutreiben. Das dementsprechend wechselweise Drehmoment abgebende bzw. Drehmoment aufnehmende Antriebsrad 5 bewirkt einen dazu synchronen Wechsel von Zugtrum und Leertrum im Riementrieb, der die auf dem Antriebsrad 5 eingezeichnete Umlaufrichtung des Riemens aufweist. Im Startbetrieb der Brennkraftmaschine ist dasjenige Riementrum das Zugtrum, das in Umlaufrichtung vor dem antreibenden Antriebsrad 5 verläuft, und dasjenige Riementrum das Leertrum, das in Umlaufrichtung hinter dem Antriebsrad 5 verläuft. Umgekehrt ist im Generatorbetrieb dasjenige Riementrum das Leertrum, das in Umlaufrichtung vor dem dann angetriebenen Antriebsrad 5 verläuft, und dasjenige Riementrum das Zugtrum, das in Umlaufrichtung hinter dem Antriebsrad 5 verläuft.
Die Spannvorrichtung 2 ist frontseitig auf dem Maschinengehäuse 3 montiert und umfasst zwei Spannrollen 6 und 7, die den Riemen in dessen Umlaufrichtung vor und hinter dem Antriebsrad 5 mit Vorspannkraft beaufschlagen, um die sich abwechselnden Leertrums des Riementriebs zu spannen. Der konstruktive Aufbau der Spannvorrichtung 2 ist nachfolgend anhand 2 erläutert. Das Maschinengehäuse 3 ist dort durch die auf der Rückseite der Spannvorrichtung 2 verlaufende Maschinengehäusescheibe 3’ symbolisiert, die in 1 als solche nicht existent ist, sondern einstückig am Maschinengehäuse 3 ausgebildet ist.
Die Spannvorrichtung 2 umfasst ein aus den Spannergehäuseteilen 8a und 8b zusammengesetztes Spannergehäuse, das um die Achse 4 des Antriebsrads 5 verschwenkbar auf der Frontseite des Maschinengehäuses 3 gelagert ist. Die in Umlaufrichtung des Riemens hinter dem Antriebsrad 5 angeordnete Spannrolle 6 ist mittels einer Achsschraube 9 auf einem Spannarm 10 gelagert, dessen kreisbogenförmiger Armabschnitt gegen ein die Vorspannkraft erzeugendes Federmittel in Form einer Bogenfeder 11 um die Achse 4 des Antriebsrads 5 beweglich im Spannergehäuse 8 gelagert ist. Demgegenüber ist die andere Spannrolle 7 ortsfest auf dem Spannergehäuse gelagert. Das Spannergehäuseteil 8a ist hierzu mit einem Zapfen 12 versehen, in dem die Achsschraube 13 der anderen Spannrolle 7 eingeschraubt ist.
Die schwenkbare Lagerung der gesamten Spannvorrichtung 2 ermöglicht es, dass bei einem Betriebswechsel des Startergenerators 1 und einer entsprechenden Vertauschung von Zugtrum mit Leertrum im Riementrieb das Spannergehäuse mit den Spannrollen 6, 7 um die Achse 4 des Antriebsrads 5 verschwenkt. Wenn also beispielsweise der Startergenerator 1 vom Starterbetrieb in den Generatorbetrieb wechselt, dann wechselt das Riementrum seitens der gehäuseseitig beweglichen Spannrolle 6 von Leertrum auf Zugtrum und seitens der gehäuseseitig ortsfesten Spannrolle 7 von Zugtrum auf Leertrum. Folglich führt dieser Betriebswechsel zu einer Verschwenkung der Spannvorrichtung 2 aus dem dann aktuellen Zugtrum seitens der Spannrolle 6 heraus in das dann aktuelle Leertrum seitens der Spannrolle 7 hinein, d.h. bei der eingezeichneten Umlaufrichtung zu einer Verschwenkung entgegen der Umlaufrichtung. Dabei wird die Vorspannkraft im Riementrieb stets durch die Bogenfeder 11 aufrecht erhalten, die den Spannarm 10 aus dem Spannergehäuse 8 heraus mit Druckkraft beaufschlagt.
Das Spannergehäuseteil 8a und das damit verschraubte Spannergehäuseteil 8b begrenzen gemeinsam einen kreisbogenförmigen und im Querschnitt rechteckigen Aufnahmeraum 14. Der Spannarm 10 und die Bogenfeder 11 sind in der Ebene des Kreisbogens gleitbeweglich darin aufgenommen. Dies erfolgt mittels Gleitbelägen 15 bis 18 bzw. Gleitlagerschalen 19 und 20, die nicht nur zur gleitbeweglichen Lagerung, sondern auch zur Schwingungsdämpfung des Spannarms 10 und der Bogenfeder 11 im Spannergehäuse dienen.
Die 3a und 3b zeigen in einem schematischen Querschnitt durch den Aufnahmeraum 14, wie der Spannarm 10 mittels der Gleitbeläge 15 bis 18 im Aufnahmeraum 14 gelagert ist. Der Doppelpfeil symbolisiert die kreisbogenförmige Ein- und Ausfahrbewegung des Spannarms 10 in das bzw. aus dem Spannergehäuse, wie sie während des Betriebs der Spannvorrichtung 2 auftritt. Die Gleitbeläge 15 bis 18 sind zwischen dem Spannarm 10 und – bezogen auf die Kreisbogenform des Spannarms 10 – radialen Innenwänden 21 und 22 des Spannergehäuses angeordnet. Wie es in 3b mit Einwirkung der durch den Pfeil symbolisierten Riemenkraft auf die Spannrolle 6 dargestellt ist, stützen die Gleitbeläge 15 bis 18 den Spannarm 10 gegenüber den radialen Gehäusewänden 21, 22 ab. In dem dargestellten Belastungsfall verkippt der Spannarm 10 im Rahmen des radialen Gleitlagerführungsspiels gegen den Uhrzeigersinn, wobei die diagonal gegenüberliegenden Gleitbeläge 15 und 18 an den jeweils durch das Dreieck gekennzeichneten Kantenträgern am höchsten belastet und entsprechend verschleißgefährdet sind.
Um solche Kantenträger zu vermeiden, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, einen, mehrere oder alle Gleitbeläge 15 bis 18 entweder mit dem Spannarm 10 oder mit der jeweils zugehörigen radialen Gehäusewand 21 oder 22 (s.a. 2) gelenkig zu verbinden, so dass die Gleitbeläge 15 bis 18 in radialer Richtung verschwenken und sich am radial abstützenden Gleitkontaktpartner 21, 22 flächig ausrichten können.
4 zeigt in schematischer und stark vereinfachter Darstellung einen solchen Gleitbelag, der bezüglich seiner Belastung dem Gleitbelag 15 in 3b entspricht. Der Gleitbelag 15 ist gelenkig mit dem Spannarm 10 verbunden, wobei die Gelenkverbindung durch einen zylindrischen Gelenkkopf 23 an der radialen Innenseite des Gleitbelags 15 und eine zylindrische Gelenkpfanne 24 an der radialen Außenseite des Spannarms 10 gebildet ist. Die Gelenkverbindung erlaubt eine Verschwenkung des Gleitbelags 15 gegenüber dem Spannarm 10 um den gestrichelt eingezeichneten Winkel, so dass sich in der verkippten Position des Spannarms 10 der Gleitbelag 15 mit dessen radialer Außenseite an der radialen Gehäusewand 21 rotativ ausrichten und vollflächig anschmiegen kann. Die Position des Gelenkmittelpunkts ist konstruktiv und kinematisch individuell zu ermitteln.
5 zeigt den Gleitbelag 15 aus 2 in erfindungsgemäß modifizierter Ausführung. Dargestellt ist die Untersicht auf die radiale Innenseite des Gleitbelags 15 gemäß der Ansicht A in 2. Wie es durch den eingezeichneten Querschnitt verdeutlicht ist, weist der Gleitbelag 15 an dessen radialer Innenseite eine etwa halbzylindrische Axialrippe 23 als Gelenkkopf auf, die in einer Gelenkpfanne in Form einer Nut im Spannarm gelagert ist. Die (nicht dargestellte) Nut ist zur Axialrippe 23 weitestgehend komplementär geformt, so dass der Gleitbelag 15 im wesentlichen nur in radialer Richtung, in axialer Richtung (bezogen auf den Kreisbogen) hingegen kaum verschwenkbar gelagert ist.
In den 2 und 5 ist weiterhin erkennbar, dass der Gleitbelag 15 den Spannarm 10 in axialer Richtung umgreift, um den Spannarm 10 auch gegenüber axialen Innenwänden 25 und 26 des Spannergehäuseteils 8b gleitbeweglich abzustützen. Der Gleitbelag 15 ist mit wechselweise orientierten Einschnitten 27 bis 29 axial mäanderförmig gestaltet, um in axialer Richtung formelastisch zu sein. Diese federnde Formgebung bewirkt, dass seitens des Gleitbelags 15 lediglich die Wandstärkentoleranz der den Spannarm 10 umgreifenden Seitenwände 30 das Axialspiel des Spannarms 10 zwischen den axialen Gehäusewänden 25, 26 beeinflusst. Ein betriebliches Klemmen des Spannarms 10 in der Gleitlagerführung aufgrund der vergleichsweise großen thermischen Ausdehnung des Polyamidbelags 15 in axialer Richtung kann hingegen ausgeschlossen werden.
Bezugszeichenliste

1: Elektromaschine / Startergenerator
2: Spannvorrichtung
3: Maschinengehäuse
4: Achse des Antriebsrads
5: Antriebsrad
6: bewegliche Spannrolle
7: ortsfeste Spannrolle
8: Spannergehäuse
9: Achsschraube der beweglichen Spannrolle
10: Spannarm
11: Federmittel / Bodenfeder
12: Zapfen
13: Achsschraube der ortsfesten Spannrolle
14: Aufnahmeraum
15: Gleitbelag
16: Gleitbelag
17: Gleitbelag
18: Gleitbelag
19: Gleitlagerschale
20: Gleitlagerschale
21: radiale Innenwand des Spannergehäuses
22: radiale Innenwand des Spannergehäuses
23: Gelenkkopf / Axialrippe
24: Gelenkpfanne
25: axiale Innenwand des Spannergehäuses
26: axiale Innenwand des Spannergehäuses
27: Einschnitt
28: Einschnitt
29: Einschnitt
30: Seitenwand des Gleitbelags

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011082330 A1 [0003, 0013]

Claims

Spannvorrichtung für einen Riementrieb, der ein Antriebsrad (5), ein oder mehrere weitere Riemenräder und einen endlos umlaufenden Riemen aufweist, der das Antriebsrad (5) und die weiteren Riemenräder umschlingt, wobei die Spannvorrichtung (2) folgendes umfasst: – zwei Spannrollen (6, 7), die den Riemen in Umlaufrichtung vor und hinter dem Antriebsrad (5) mit Vorspannkraft beaufschlagen, – ein die Vorspannkraft erzeugendes Federmittel (11), – einen kreisbogenförmigen Spannarm (10), der an einem Ende durch die Kraft des Federmittels (11) beaufschlagt ist und der am anderen Ende eine der Spannrollen (6) lagert, – ein Spannergehäuse (8a, 8b), in dem das Federmittel (11) und der Spannarm (10) in der Ebene des Kreisbogens gleitbeweglich aufgenommen sind, – und Gleitbeläge (15 bis 18), die zwischen dem Spannarm (10) und bezüglich des Kreisbogens radialen Innenwänden (21, 22) des Spannergehäuses (8a, 8b) angeordnet sind und die den Spannarm (10) gegenüber den radialen Gehäusewänden (21, 22) abstützen, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Gleitbeläge (15) mit dem Spannarm (10) oder mit der jeweils zugehörigen radialen Gehäusewand gelenkig verbunden sind derart, dass die Gleitbeläge (15) gegenüber dem Spannarm (10) bzw. den radialen Gehäusewänden in radialer Richtung verschwenkbar sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkverbindung zylindrisch ausgebildet ist und das Verschwenken des jeweiligen Gleitbelags (15) im wesentlichen nur in radialer Richtung zulässt.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkverbindung sphärisch ausgebildet ist und das Verschwenken des jeweiligen Gleitbelags sowohl in radialer als auch in bezüglich des Kreisbogens axialer Richtung zulässt.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitbeläge (15) den Spannarm (10) in bezüglich des Kreisbogens axialer Richtung umgreifen und den Spannarm (10) gegenüber axialen Innenwänden (25, 26) des Spannergehäuses (8b) abstützen und in axialer Richtung formelastisch ausgebildet sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitbeläge (15) in axialer Richtung mäanderförmig ausgebildet sind.