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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft Spannvorrichtung zum Spannen eines Zugmittels eines Zugmitteltriebes, etwa eines Kettentriebes, mit einem Außenring, dessen Außenumfangsfläche dazu vorbereitet ist das Zugmittel, etwa die Kette, zu kontaktieren, einem radial innerhalb des Außenrings angeordneten Tragelement, das mittels eines Befestigungsmittels an einem gehäusefesten Abschnitt befestigbar ist, einem zwischen dem Tragelement und dem Außenring angeordneten Wälzlager zur drehbaren Lagerung des Außenrings relativ zum Tragelement sowie einer zwischen dem Tragelement und dem Außenring angeordneten, elastischen Dämpfungsschicht zur Dämpfung der an dem Außenring im Betrieb anliegenden Schwingungen. Auch betrifft die Erfindung einen Zugmitteltrieb, etwa einen Kettentrieb, für eine Verbrennungskraftmaschine, wie einen Ottomotor oder einen Dieselmotor, mit einem zur Übertragung eines Drehmomentes von einer Antriebswelle auf eine Abtriebswelle vorgesehenen Zugmittel, etwa einer Kette, und einer solchen Spannvorrichtung, wobei die Spannvorrichtung im Betriebszustand in einem Lastrum/ Zugtrum oder einem Leertrum des Zugmittels gegen das Zugmittel angedrückt ist.
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Aus dem Stand der Technik ist bspw. die deutsche Offenlegungsschrift
DE 42 43 331 A1 bekannt, die ein Umschlingungsgetriebe offenbart, das vorzugsweise für einen Zahnriementrieb als Steuertrieb für Nockenwellen einer Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehen ist. Dabei treibt ein Antriebsrad über ein Zugmittel, nämlich einen Zahnriemen, zumindest zwei Abtriebsräder an. Innerhalb eines Leertrums ist ein Riemenspanner angeordnet; zur Verringerung der auf das Zugmittel wirkenden Spannungsspitzen im Bereich von Resonanzpunkten ist im Zugtrum eine weitere in beiden Bewegungsrichtungen elastisch abgestützte Spannrolle vorgesehen. Bei solchen Spannrollen hat es sich jedoch herausgestellt, dass diese einerseits relativ aufwändig herzustellen sind, was deshalb die Spannvorrichtung an sich relativ teuer macht, sich andererseits die im Betrieb auftretenden Zugkraftschwankungen ungünstig auf die Lebensdauer der in den Spannvorrichtungen verwendeten Wälzlager ausübt. Bei den Spannrollen werden dann häufig die an dem Zugmittel im Betrieb anliegenden Spannungen/ Schwingungen ungedämpft oder nur schwach gedämpft an das Wälzlager und dessen Wälzkörper weitergegeben, so dass es hier zu einem verstärkten Verschleiß des Wälzlagers kommt. Weiterhin muss zumeist für eine geeignete Spannung des Zugmittels neben einer Anschraubbohrung auch eine Federanlagefläche an einem Gehäuse / gehäusefesten Abschnitt der Verbrennungskraftmaschine dargestellt werden. Alternativ dazu kann der Spanner / die Spannvorrichtung über zwei Bohrungen verdrehsicher angebracht werden, was jedoch den Montageaufwand sowie die Herstellkosten wiederum ansteigen lässt. Auch tritt bei den zumeist vorhandenen Gleitkontakten zwischen Schiene und Kette eine hohe Reibung auf.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und die Spannvorrichtung verschleißfester auszugestalten, den Bauraum zu verringern und die Herstellung der Spannvorrichtung zu vereinfachen.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die elastische Dämpfungsschicht in radialer Richtung zwischen dem Wälzlager und dem Außenring angeordnet ist.
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Durch diese Anordnung werden die im Betrieb auftretenden Schwingungen nicht unmittelbar von dem Außenring auf die Wälzkörper des Wälzlagers in ihrer Intensität weitergegeben, sondern durch die elastische Dämpfungsschicht stark gedämpft. Da das Tragelement unnachgiebig/ fest an dem gehäusefesten Abschnitt angeordnet ist und auftretende Schwingungen auch zu starker Beanspruchung des Tragelementes führen würden, hat die elastische Dämpfungsschicht somit auf den Aufbau der Spannungsvorrichtung eine dämpfende Wirkung, um auch die Schwingungen im Zugmitteltrieb zu verringern. Weiterhin kann die Spannvorrichtung mit nur einer Anschraubbohrung versehen werden, was wiederum den benötigten Bauraum verringert und die Herstellungskosten sinken lässt.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform von Vorteil, wenn der Außenring derart geometrisch und/ oder stofflich ausgestaltet ist, dass er durch die im Betrieb auftretenden Schwingungen/ schwingenden Belastungen in radialer Richtung elastisch verformbar ist. Dadurch passt sich der Außenring aufgrund der Vorspannung gegen das Zugmittel in seiner Form der verformten Dämpfungsschicht an. Die Scherbelastungen zwischen dem Außenring und der Dämpfungsschicht werden reduziert und die Bindungsstärke zwischen Dämpfungsschicht und Außenring wird gegenüber den Belastungen im Betrieb erhöht. Auch kann der Außenring formstabil/ starr/ steif/ unverformbar gegenüber diesen im Betrieb auftretenden Schwingungen sein.
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Ist die elastische Dämpfungsschicht aus einem elastischen Kunststoffmaterial, etwa einem Elastomer (Gummi), (teilweise oder vollständig) hergestellt, ist diese Schicht noch kostengünstiger herzustellen. Ein solches Material weist bereits bewährte Dämpfungseigenschaften auf und ist für die Einsatzbedingungen optimiert.
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Im Weiteren ist es auch von Vorteil, wenn die elastische Dämpfungsschicht als ein in radialer Richtung zusammendrückbarer/ zusammenstauchbarer/ komprimierbarer Dämpfungsring ausgestaltet ist. Denn dann kann die Dämpfungsschicht zwischen dem Außenring und dem Tragelement entlang des gesamten Umfangs der Spannvorrichtung, auf jegliche, insbesondere in radialer Richtung wirkende Schwingungen gleichmäßig dämpfend einwirken.
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In diesem Zusammenhang ist es auch von Vorteil, wenn die elastische Dämpfungsschicht mit ihrer Außenumfangsseite mit einer Innenumfangsfläche des Außenrings verbunden ist. Dadurch ist eine unmittelbare Kopplung zwischen Dämpfungsschicht und Außenring möglich. In diesem Zusammenhang ist es besonders von Vorteil, wenn die als elastisches Kunststoffmaterial/ Elastomer ausgebildete Dämpfungsschicht auf die Innenumfangsfläche des Außenrings aufvulkanisiert ist.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn die elastische Dämpfungsschicht mit ihrer Innenumfangsseite mit einem Lageraußenring des Wälzlagers verbunden ist. Dadurch kann das Wälzlager unmittelbar an die Dämpfungsschicht anschließen und die Spannvorrichtung noch platzsparender ausgestaltet werden. In diesem Zusammenhang ist es wiederum auch möglich, dass die Dämpfungsschicht unmittelbar auf eine Außenseite des Lageraußenrings des Wälzlagers aufvulkanisiert ist. Dadurch wird die Herstellung erleichtert und die Bindungskräfte zwischen dem Lageraußenring des Wälzlagers und der Dämpfungsschicht weiter erhöht.
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Ist zweckmäßiger Weise ein Lagerinnenring des Wälzlagers durch das Tragelement ausgebildet, so ist die Spannvorrichtung noch platzsparender ausgestaltbar. Zwischen Lagerinnenring und Lageraußenring des Wälzlagers sind dann auf übliche Weise Wälzkörper, etwa Kugeln, Tonnen, Rollen oder Nadeln, zur Ausbildung des Wälzlagers als Kugellager, Tonnenlager, Nadellager oder Rollenlager, angeordnet.
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Von Vorteil ist es weiterhin, wenn in die Außenumfangsfläche des Außenrings eine Außenverzahnung eingebracht ist; denn dann kann der Außenring als Kettenrad/ Kettenspannrad der Spannvorrichtung ausgestaltet werden und unmittelbar in formschlüssigen Kontakt/ Eingriff mit einer als Kette ausgestalteten Zugmittels bringbar sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, einen Zugmitteltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine, etwa einen Dieselmotor oder einen Ottomotor eines Kraftfahrzeuges, wie einen Pkw, Lkw, Bus oder landwirtschaftlichen Nutzfahrzeug, auszugestalten. Der Zugmitteltrieb weist dabei einen zur Übertragung eines Drehmomentes von einer Antriebswelle auf eine Abtriebswelle vorgesehenen Zugmittel, etwa einer Kette und einer Spannvorrichtung nach einem der oben ausgeführten Ausführungsformen auf, wobei die Spannvorrichtung im Betriebszustand in einem Zugtrum oder einem Leertrum des Zugmittels gegen das Zugmittel angedrückt ist.
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Auch ist es in diesem Zusammenhang von Vorteil, wenn die Antriebswelle unmittelbar als Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine ausgeführt ist und die Abtriebswelle als eine Eingangswelle einer Ölpumpe ausgeführt ist.
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Dadurch ist auch ein Zugmitteltrieb effizient durch die erfindungsgemäße Spannvorrichtung ausgestaltbar.
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Die Erfindung ist nun nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsformen mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform, wobei hierbei der Außenring als ein Kettenrad/ Kettenspannrad ausgeführt ist und die Spannvorrichtung in einer vorgespannten Stellung dargestellt ist, in der der Außenring im Betrieb des Zugmitteltriebes mit einer gewissen Vorspannkraft gegen ein Zugmittel, angedrückt ist,
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2 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäße Spannvorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform, wobei der Außenring im Betrieb in radialer Richtung verformbar ist, und
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3 eine schematische Darstellung eines Zugmitteltriebes, in der die Spannvorrichtung nach der in 1 dargestellten, ersten Ausführungsform enthalten ist.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind nachfolgend mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In den 1 bis 3 sind zwei unterschiedliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1 dargestellt. Beiden Ausführungsformen ist gemein, dass die Spannvorrichtung 1 jeweils zum Spannen eines Zugmittels 2 eines Zugmitteltriebes 3 (in 3) ausgestaltet ist. Die Spannvorrichtung 1 weist stets einen Außenring 4 auf, dessen Außenumfangsfläche 5, wie ebenfalls in 3 gut zu erkennen, dazu vorbereitet ist, das Zugmittel 2 zu kontaktieren. Auch weist die Spannvorrichtung 1 ein radial innerhalb des Außenrings 4 angeordnetes Tragelement 6 auf, welches Tragelement 6 mittels eines Befestigungsmittels 7, nämlich einer Schraube / einem Schraubbolzen (alternativ auch Niet/ Nietbolzen), an einem gehäusefesten Abschnitt, der hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellt ist, befestigbar ist und im Betriebszustand auch befestigt ist. Der gehäusefeste Abschnitt ist üblicherweise ein Gehäuse einer Verbrennungskraftmaschine (wie Diesel- oder Ottomotor). Weiterhin weist die Spannvorrichtung 1 ein zwischen dem Tragelement 6 und dem Außenring 4 angeordnetes Wälzlager 8 zur drehbaren Lagerung des Außenrings 4 zum Tragelement 6 auf. Die Spannvorrichtung 1 umfasst zudem eine zwischen dem Tragelement 6 und dem Außenring 4 angeordnete, elastische Dämpfungsschicht 9, welche Dämpfungsschicht 9 dazu dient, die an den Außenring 4 im Betrieb übertragenen Belastungen/ Schwingungen zu dämpfen. Die elastische Dämpfungsschicht 9 ist dabei in radialer Richtung zwischen dem Wälzlager 8 und dem Außenring 4 angeordnet.
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In der Ausführungsform nach der 1 ist schließlich die genauere Konstruktion der Spannvorrichtung 1 dargestellt. Der Außenring 4 ist als ein Kettenspannrad ausgebildet und weist an seiner Außenumfangsfläche 5 eine Außenverzahnung 10 auf. Die Außenverzahnung 10 ist als übliche Geradverzahnung ausgeformt und entlang des gesamten Umfangs des Außenrings 4 umlaufend. Diese Außenverzahnung 10 ist, wie im Anschluss in Verbindung mit 3 dann ausführlicher beschrieben, zum formschlüssigen Eingriff in das als Kette ausgebildete Zugmittel 2 vorgesehen. An einer der Außenverzahnung 10 abgewandten Innenumfangsfläche 11 des Außenrings 4 (radial weiter innen als die Außenumfangsfläche 5 angeordnet) ist dann wiederum unmittelbar die elastische Dämpfungsschicht 9 anschließend.
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Die elastische Dämpfungsschicht 9 ist mit ihrer Außenumfangsseite 12 (Außenumfangsseite 12 auch als Außenumfangsfläche bezeichenbar) auf die Innenumfangsfläche 11 des Außenrings 4 aufvulkanisiert. Dadurch ist die elastische Dämpfungsschicht 9 drehfest mit dem Außenring 4 verbunden. Die elastische Dämpfungsschicht 9 ist hierbei als Dämpfungsring ausgestaltet und deshalb im Querschnitt im Wesentlichen ringförmig ausgestaltet. Im unbelasteten Zustand der Spannvorrichtung 1 weist sie eine im Wesentlichen kreisrunde Ringform auf. Die elastische Dämpfungsschicht 9 ist durchgehend, um den gesamten Umfang der Spannvorrichtung 1 herum verlaufend, so dass die Außenumfangsseite 12 der Dämpfungsschicht 9 entlang des gesamten Umfangs der Spannvorrichtung 1 an dem Außenring 4 anliegt. Die Innenumfangsseite 13 der Dämpfungsschicht 9 (Innenumfangsseite 13 auch als Innenumfangsfläche bezeichenbar), die in radialer Richtung innerhalb der Außenumfangsseite 12 befindlich ist, ist dann unmittelbar auf einem Lageraußenring 14 des Wälzlagers 8 aufgebracht / mit diesem verbunden.
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Auch der Lageraußenring 14 weist eine Außenseite/ Außenumfangsfläche 15 auf, wobei die Innenumfangsseite 13 der Dämpfungsschicht 9 wiederum auf dieser Außenumfangsfläche 15 des Außenrings 4 aufvulkanisiert ist. Somit ist der Lageraußenring 14 drehfest mit der Dämpfungsschicht 9 und dem Außenring 4 verbunden. Neben dem Außenring 4 weist das Wälzlager 8 radial innerhalb des Lageraußenrings 14 einen Lagerinnenring 16 auf, welcher Lagerinnenring 16 auf gewohnte Weise mittels Wälzkörpern 17 von dem Lageraußenring 14 beabstandet angeordnet ist. Die Wälzkörper 17 des Wälzlagers 8 sind in diesem Ausgangsbeispiel als Kugeln ausgeführt, so dass das Wälzlager 8 ein Kugellager ausbildet. Alternativ dazu können die Wälzkörper 8 jedoch auch in einer anderen Form ausgestaltet sein, bspw. als Rollen, Tonnen, Nadeln zur Ausbildung eines entsprechenden Rollenlagers, Tonnenlagers oder Nadellagers. Wie weiterhin in 1 gut zu erkennen ist, ist das Tragelement 6 unmittelbar als der Lagerinnenring 16 ausgestaltet, wobei das Tragelement 6 hülsenförmig ausgestaltet ist. Der Lagerinnenring 16 / das Tragelement 6 ist mit dem Befestigungsmittel 7, das hier als Schraube/ Schraubbolzen, alternativ aber auch als Niet, ausgestaltet ist, an dem gehäusefesten Abschnitt angebracht/ befestigt.
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In 3 ist wiederum die erfindungsgemäße Spannvorrichtung 1 nach 1 in einem im Zugmitteltrieb 3 eingebauten Zustand erkennbar. Die Spannvorrichtung 1 ist bereits (wie auch in 1) in einer vorgespannten Stellung dargestellt und gegen das Zugmittel 2 angedrückt. In dieser Betriebsstellung wirkt eine Vorspannkraft derart von der elastisch verformten Dämpfungsschicht 9 der Spannvorrichtung 1 auf das Zugmittel 2 ein, dass das als Umschlingungsgetriebe ausgebildete Zugmittel 2 jeweils gegen eine Antriebs- und eine Abtriebswelle 19 und 18 vorgespannt wird und an diese angedrückt wird. Eine für diese Vorspannung notwendige Gegenkraft seitens der Spannvorrichtung 1, wird durch das Tragelement 6 aufgebracht, das an dem gehäusefesten Abschnitt der Verbrennungskraftmaschine befestigt ist. Durch das Andrücken der Außenumfangsfläche 5 des Außenrings 4 an das Zugmittel 2 in radialer Richtung, ergibt sich in der Betriebsstellung der Spannvorrichtung 1 eine Verformung der Dämpfungsschicht 9. Die Dämpfungsschicht 9 verformt sich dabei derart elastisch, dass die Dicke der Dämpfungsschicht 9 jeweils stets auf der dem Zugmittel 2 zugewandten Ringhälfte dünner ist als auf der dem Zugmittel 2 abgewandten Ringhälfte der Dämpfungsschicht 9. Somit wird die Dämpfungsschicht 9 auf der dem Zugmittel 2 zugewandten Seite durch Kompression gestaucht und zieht sich auf der dem Zugmittel 2 abgewandten Seite auseinander. Wie weiterhin in den 1 und 3 gut zu erkennen ist, verlagert sich dabei das Drehzentrum des Außenrings 4 relativ zu dem Drehzentrum des Wälzlagers 8 bzw. der Mittelachse des Tragelementes 6. Dies ist durch die beiden Hilfslinien 20 und 21 veranschaulicht, wobei die erste Hilfslinie 20 durch die geometrische Mitte des Außenrings 4 verläuft (nämlich senkrecht und zu der Mittelachse des Außenrings 4 verläuft) und die zweite Hilfslinie 21 senkrecht zur Mittelachse des Tragelementes 6 verläuft und daher durch den Mittelpunkt des Tragelementes 6 verläuft.
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In 2 ist schließlich noch eine weitere, zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1 dargestellt, welche Spannvorrichtung 1 ihrem grundlegenden Aufbau und ihrer Anordnung der in Verbindung mit 1 beschriebenen Spannvorrichtung 1 entspricht. Lediglich der Außenring 4 ist in dieser zweiten Ausführungsform etwas anders ausgestaltet. Anders als in 1, wo der Außenring 4 starr/ steif/ formstabil ausgestaltet ist und sich nicht elastisch gegenüber der im Betrieb auftretenden, anliegenden Spannungen verformt, ist der Außenring 4 der zweiten Ausführungsform nach 2 so stofflich und/oder geometrisch beschaffen, dass er in radialer Richtung elastisch verformbar ist. Dadurch ist der Außenring 4 in der Betriebsstellung im Betrieb aus seiner ursprünglichen, ringförmigen / kreisringförmigen Ausgestaltung in eine ovale / elliptische Querschnittsform verformt/ gestaucht. Der Übersichtlichkeit halber ist in 2 die Außenverzahnung 10 nicht weiter dargestellt, diese kann jedoch auch hier auf der Außenumfangsfläche 5 des Außenrings 4 angeordnet sein.
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Wie weiterhin in Verbindung mit 3 zu erkennen ist, wird durch das Zugmittel 2, das hier als Kette ausgestaltet ist, und durch den Außenring 4 formschlüssig aufgenommen ist, eine Antriebswelle 19 mit einer Abtriebswelle 18 drehfest verbunden. Die Antriebswelle 19 ist dabei als Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine ausgestaltet, die Abtriebswelle 18 als eine Eingangswelle einer Ölpumpe (Eingangswelle wiederum zum Antreiben der Ölpumpe beschaffen/ vorgesehen).
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Durch den Zugmitteltrieb 3 wird daher mittels des Zugmittels 2 ein Drehmoment von der Antriebswelle 19 auf die Abtriebswelle 18 übertragen. Die Spannvorrichtung 1 ist dabei im Betriebszustand in einem Zugtrum/ Lastrum oder einem Leertrum des Zugmittels 2 gegen das Zugmittel 2 angedrückt.
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In anderen Worten ausgedrückt, sind somit zwei mögliche Spannvorrichtungen 1 ausgestaltbar, wobei in der einen Ausführungsform der feste Außenring 4 mit einer Außenverzahnung 10 / einer Kettenradverzahnung ausgestaltet ist und eine elastische Dämpfungsschicht 9 aufweist, die vorzugsweise aus einem elastischen Kunststoffmaterial, etwa einem Elastomer, hergestellt ist. Zwischen dem Außenring 4 und dem Wälzlager 8 ist diese Dämpfungsschicht 9 angeordnet. Das Wälzlager 8 ist wiederum an der Verbrennungskraftmaschine / am Motor befestigt. In einer alternativen Ausführungsform, nämlich der zweiten Ausführungsform, ist die Spannvorrichtung 1 wie die erste Ausführungsform grundsätzlich aufgebaut, jedoch der Außenring 4 verformbar. Dadurch ist ein Außenring 4 in Kontakt mit dem Zugmittel 2/ der Kette befindlich, wobei sich zwischen dem Außenring 4 und dem Wälzlager 8 ein Elastomer befindet, um die Kette vorzuspannen und während der Rotation des Außenrings 4 im Betrieb des Zugmitteltriebes 2 die Asymmetrie/ Drehunförmigkeiten auszugleichen und Schwingungen zu dämpfen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannvorrichtung
- 2
- Zugmittel
- 3
- Zugmitteltrieb
- 4
- Außenring
- 5
- Außenumfangsfläche
- 6
- Tragelement
- 7
- Befestigungsmittel
- 8
- Wälzlager
- 9
- elastische Dämpfungsschicht
- 10
- Außenverzahnung
- 11
- Innenumfangsfläche
- 12
- Außenumfangsseite
- 13
- Innenumfangsseite
- 14
- Lageraußenring
- 15
- Außenumfangsfläche des Außenrings
- 16
- Lagerinnenring
- 17
- Wälzkörper
- 18
- Abtriebswelle
- 19
- Antriebswelle
- 20
- erste Hilfslinie
- 21
- zweite Hilfslinie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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