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Die Erfindung betrifft einen Exzenterspanner für einen Zugmitteltrieb, insbesondere für einen Zahnriementrieb eines Verbrennungsmotors. Der Exzenterspanner umfasst:
- – einen Lagerbolzen,
- – einen Arbeitsexzenter, der durch ein hohlzylindrisches, mittels Blechumformung hergestelltes Exzenterteil gebildet und mit einer zum Außenmantel des Exzenterteils exzentrischen Nabe drehbar auf dem Lagerbolzen gelagert ist,
- – eine auf dem Arbeitsexzenter drehbar gelagerte Zugmittelscheibe zum Vorspannen des Zugmittels,
- – und eine die Nabe umschließende Vorspannfeder, die den Arbeitsexzenter zur Erzeugung der Zugmittelvorspannkraft mit Drehmoment beaufschlagt.
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Derartige Exzenterspanner finden typischerweise im Zahnriementrieb eines Verbrennungsmotors Verwendung, um den zwischen der Kurbelwelle und der/den Nockenwelle/n umlaufenden Zahnriemen vorzuspannen. Exzenterspanner sind in Einfach- oder Doppelexzenterbauweise mit einem betrieblich verschwenkenden, durch Federkraft beaufschlagten Arbeitsexzenter bzw. zusätzlich mit einem am Verbrennungsmotor ausgerichteten und anschließend befestigten Einstellexzenter bekannt.
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Ein aktueller Trend im Motorenbau besteht darin, die (unter Öl laufenden) Antriebsketten von Steuer- oder Ölpumpenantrieben durch ölresistente Zahnriemen zu ersetzen. Denn wie es in der AUTOMOBIL INDUSTRIE 4/2014, S.50ff., "DIE GUMMIKETTE" zu erfahren ist, sind Zahnriemen in zahlreichen Eigenschaften den Ketten überlegen. Auch ein wesentlicher Nachteil des Riemens, nämlich dessen wesentlich größere Breite, wird mit zunehmend schmaler bauenden Zahnriemen zukünftig schwinden. Infolge der Emissionsvorschriften besteht ein weiterer Trend darin, das Reibungspotenzial des Verbrennungsmotors weitestgehend auszuschöpfen, beispielsweise durch den Ersatz von Gleitlagerungen durch relativ reibungsarme Wälzlagerungen.
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Exzenterspanner der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der
DE 42 23 323 C1 und der
DE 44 07 158 A1 bekannt. Es handelt sich jeweils um Doppelexzenterspanner mit dem bei der Spannermontage an den Verbrennungsmotor zu justierenden Einstellexzenter und dem darauf betrieblich hinund herdrehenden Arbeitsexzenter. Dieser ist jeweils durch ein Exzenterteil mit einem hohlzylindrischen und im wesentlichen U-förmigen Halbschnitt gebildet, in dem ein wesentlicher Teil der Vorspannfeder axialen Bauraum sparend aufgenommen ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Exzenterspanner der eingangs genannten Art im Hinblick auf künftige Anforderungen im Verbrennungsmotorenbau und insbesondere hinsichtlich Bauraum, Leichtbau und Herstellkosten konstruktiv zu verbessern.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach soll die Nabe durch ein separat zum Exzenterteil hergestelltes und mit dem Exzenterteil fest verbundenes Nabenteil gebildet sein. Denn die in der eingangs zitierten
DE 42 23 323 C1 erwähnten Kostenvorteile des dort spanlos umgeformten Arbeitsexzenters haben sich überraschenderweise nicht bestätigt. Es hat sich vielmehr gezeigt, dass ein Arbeitsexzenter mit einer daran einteilig umgeformten Nabe aufgrund deren Exzentrizität nicht mit der erforderlichen Formgenauigkeit herstellbar ist. Somit steht beim (zumindest) zweiteiligen Aufbau des Arbeitsexzenters dem Mehraufwand für die Mehrteiligkeit und das Fügen der Einzelteile eine erheblich geringere Nacharbeit zur (Wieder-)Herstellung der erforderlichen Formgenauigkeit gegenüber, wobei sich insgesamt deutliche Kostenvorteile ergeben.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Das Nabenteil soll zugunsten der niedrigen Herstellkosten ebenfalls mittels Blechumformung hergestellt sein. Die feste Verbindung mit dem Exzenterteil kann beispielsweise stoffschlüssig durch Schweißen oder formschlüssig durch Verstemmen oder Vernieten erfolgen.
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Für den bevorzugten Einsatz des Exzenterspanners an einem unter Öl umlaufenden Zahnriemen eines Steuertriebs oder auch eines Ölpumpentriebs des Verbrennungsmotors kann die Schwingungsdämpfung des Arbeitsexzenters einen Dämpfungsmechanismus erfordern, der an die in der öligen Atmosphäre verringerten Reibwerte der Reibkontaktpartner angepasst ist. Die soll konstruktiv so ausgeführt sein, dass das Nabenteil mit einem bogenförmig um das Zentrum der Nabe verlaufenden ersten Schenkel versehen ist und der Exzenterspanner einen Reibschuh umfasst, der gegen Verdrehung zum Verbrennungsmotor gesichert und radial zwischen dem Außenmantel der Vorspannfeder und einer durch den Innenmantel des ersten Schenkels gebildeten Reibfläche eingespannt ist. Dabei dämpft die mit den Relativbewegungen des Arbeitsexzenters zum Reibschuh einhergehende Reibung die betrieblichen Schwingungen des Arbeitsexzenters. Im Hinblick auf die Formstabilität des so ausgebildeten Dämpfungsmechanismus kann das Nabenteil mit einem zweiten Schenkel versehen sein, der um 180° abgewinkelt vom ersten Schenkel ausgeht und den ersten Schenkel radial gegen den Innenmantel des Exzenterteils abstützt.
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Zwecks möglichst geringer Verformung des Exzenterteils und dessen Drehlagerung der Zugmittelscheibe soll der zweite Schenkel bogenförmig um das Zentrum des Innenmantels des Exzenterteils verlaufen und sich folglich innerhalb dieses Bogenbereichs daran anschmiegen. Hierdurch ergeben sich auch an dieser Stelle günstige Voraussetzungen für eine Schweißverbindung des Nabenteils mit dem Exzenterteil.
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Im Hinblick auf die relativ niedrige Lagerreibung ist die Zugmittelscheibe mittels eines Wälzlagers auf dem Arbeitsexzenter gelagert. Zugunsten eines möglichst geringen Durchmessers der Zugmittelscheibe soll dabei die Innenlaufbahn des Wälzlagers durch den Außenmantel des Exzenterteils gebildet sein. Das Wälzlager kann ein Kugellager oder ein weiterhin radialen Bauraum sparendes Nadellager und je nach Umgebungsbedingungen (Öl, Ölkontamination, konventionell trocken) mit oder ohne Dichtung ausgestattet sein.
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Der Lagerbolzen soll ebenfalls mittels Blechumformung hergestellt und als topfförmiger Hohlzylinder ausgebildet sein, dessen Boden mit einer zum Außenmantel des Lagerbolzens exzentrischen Öffnung zur Aufnahme einer den Lagerbolzen am Verbrennungsmotor befestigenden Schraube versehen ist. In diesem Fall bildet der Lagerbolzen den Einstellexzenter eines Doppelexzenterspanners. Die Dreheinstellung des Lagerbolzens um die Schraube kann mittels eines Werkzeugeingriffs erfolgen, der an einem separat zum Lagerbolzen hergestellten Werkzeugeingriffsteil angeformt und am Lagerbolzen befestigt ist. Das Werkzeugeingriffsteil übernimmt außerdem die Funktion, den Exzenterspanner axial verliersicher zusammen zu halten, indem das Werkzeugeingriffsteil auf der freien, d.h. auf der dem Verbrennungsmotor abgewandten Stirnseite des Lagerbolzens anliegt und den Arbeitsexzenter und gegebenenfalls eine zwischen der Nabe und dem Lagerbolzen angeordnete Gleitlagerbuchse radial überdeckt. Den Abschluss der gegenüberliegenden Stirnseite bildet eine Grundplatte, die auf einem Kragen des Lagerbolzens drehbeweglich aufgenommen, jedoch gegen Verdrehen auf dem Verbrennungsmotor gesichert ist.
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Auch das Werkzeugeingriffsteil soll mittels Blechumformung hergestellt sein, wobei die Befestigung am Lagerbolzen durch eine Haltekralle erfolgt, die den Boden des Lagerbolzens an der Öffnung umgreift.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Exzenterspanners teilweise vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
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1 den Exzenterspanner in perspektivischer Zusammenbaudarstellung;
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2 den Exzenterspanner in perspektivischer Schnittdarstellung;
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3 einen gegenüber 2 modifizierten Schnitt als Einzelheit;
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4 den Arbeitsexzenter in einer ersten perspektivischen Einzelteildarstellung;
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5 den Arbeitsexzenter in einer zweiten perspektivischen Einzelteildarstellung;
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6 den Arbeitsexzenter in Untersicht;
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7 das Nabenteil in perspektivischer Einzelteildarstellung;
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8 den Reibschuh in perspektivischer Einzelteildarstellung;
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9 die Grundplatte in perspektivischer Einzelteildarstellung;
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10 die Vorspannfeder in perspektivischer Einzelteildarstellung;
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11 in schematischer Darstellung den Steuertrieb eines Verbrennungsmotors.
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Die Erfindung sei zum besseren Verständnis von 11 ausgehend erläutert, in der ein an sich bekannter Steuertrieb 1 eines Verbrennungsmotors mit zwei obenliegenden Nockenwellen 2 und 3 dargestellt ist, die durch einen unter Öl umlaufenden Zahnriemen 4 in der mit dem Pfeil eingezeichneten Drehrichtung von der Kurbelwelle 5 angetrieben werden. Das Vorspannen des Riemens 4 erfolgt durch einen im Leertrum des Riementriebs 1 angeordneten Exzenterspanner 6, dessen konstruktiver Aufbau im wesentlichen den nachfolgend erläuterten Figuren entspricht.
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Für den alternativen Fall, dass es sich bei dem Steuertrieb 1 um einen als Ket tentrieb ausgebildeten Zugmitteltrieb und folglich bei dem Zugmittel 4 um eine Kette handelt, kann der Exzenterspanner in modifizierter Ausführung auch als Kettenspanner dienen. Die Modifikation betrifft dann im wesentlichen die Zugmittelscheibe 7, die dann ein Kettenrad wäre.
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Die 1 bis 3 zeigen den als Doppelexzenter ausgeführten Exzenterspanner 6 im Zusammenbau. Die Zugmittelscheibe ist eine Riemenscheibe 7, die aus dem Außenring 8 eines einreihigen und abdichtungsfreien Kugellagers 9 und einer darauf aufgepressten Stahlscheibe 10 mit vorliegend 71 mm Durchmesser und einer Breite von 20 mm zusammengesetzt ist. Im Falle eines ausreichend großen, radialen Bauraumangebots kann der Außenring 8 in nicht dargestellter Alternative bei dann etwas größerem Scheibendurchmesser auch mit Kunststoff umspritzt sein.
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Der Arbeitsexzenter 11 ist durch ein hohlzylindrisches Exzenterteil 12 gebildet, das mittels Blechumformung hergestellt ist und dessen Außenmantel 13 mit einer umlaufenden Rollierung die Innenlaufbahn 14 des Kugellagers 9 bildet (siehe auch 4). Der Arbeitsexzenter 11 ist mit seiner zum Außenmantel 13 exzentrischen Nabe 15 drehbar auf einem Lagerbolzen 16 gelagert, der ebenfalls mittels Blechumformung hergestellt ist und den Einstellexzenter des Exzenterspanners 6 bildet. Der Lagerbolzen 16 ist ein topfförmiger Hohlzylinder, dessen Boden 17 auf der dem Motorblock abgewandten Seite des Exzenterspanners 6 verläuft und mit einer Öffnung 18 versehen ist, die zum Außenmantel 19 des Lagerbolzens 16 exzentrisch verläuft und zur Aufnahme einer den Lagerbolzen 16 am Verbrennungsmotor befestigenden Schraube (nicht dargestellt) dient. Die in 2 mit e1 bezeichnete Exzentrizität des Einstellexzenters 16 beträgt vorliegend 4,5 mm.
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In dem alternativen Fall, dass der Exzenterspanner 6 kein Doppelexzenter, sondern ein Einfachexzenter ist, würde die Öffnung 18 zentrisch zum Außenmantel 19 des Lagerbolzens 16 verlaufen.
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Der Exzenterspanner 6 umfasst auf der dem Motorblock zugewandten (Anschraub-)Seite eine als Blechformteil ausgebildete Grundplatte 20 mit einem sich radial auswärts erstreckenden Schenkel 21, der am Motorblock gegen Verdrehen gesichert gehaltert ist. Die in 9 in größerem Detail erkennbare Grundplatte 20 ist mit drei umfangsverteilten hakenartigen Vorsprüngen 22 versehen, die einen sich radial auswärts erstreckenden Kragen 23 des Lagerbolzens 16 drehbar, jedoch axial verliersicher hintergreifen.
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Um bei der Montage des Exzenterspanners 6 die Dreheinstellung des Einstellexzenters 16 vornehmen zu können, ist auf dessen Boden 17 ein Werkzeugeingriffsteil 24 befestigt, das mit einem Zwölfkant als Werkzeugeingriff 25 versehen ist. Das separat mittels Blechumformung hergestellte Werkzeugeingriffsteil 24 ist mittels einer daran angeformten Haltekralle 26, die den Boden 17 des Lagerbolzens 16 an der Öffnung 18 umgreift, und mittels zweier Durchstellungen 27, die in zwei weitere Öffnungen 28 im Boden 17 eingreifen, stirnseitig am Lagerbolzen 16 befestigt. Eine der beiden weiteren Öffnungen 28 geht aus der Detailansicht in 3 hervor.
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Der axiale Zusammenhalt des Exzenterspanners 6 erfolgt ebenfalls durch das Werkzeugeingriffsteil 24, das die geschlossene Stirnseite des Exzenterteils 12 und ein zwischen der Nabe 15 und dem Lagerbolzen 16 angeordnetes Gleitlager 29 in Form einer längsgeschlitzten Bundbuchse aus einem mit Polyamid beschichtetem Stahlrücken radial überdeckt.
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Die Riemenvorspannung wird durch das Drehmoment einer die Nabe 15 umschließenden Vorspannfeder 30 erzeugt. Die Hohlzylindrizität des Exzenterteils 12 ermöglicht es, dass die Vorspannfeder 30 vollständig innerhalb der Axialerstreckung der Stahlscheibe 10 verläuft, so dass der Exzenterspanner 6 axial sehr kompakt baut. Bei der in 10 als Einzelteil dargestellten Vorspannfeder 30 handelt es sich um eine schenkellose Schraubendrehfeder, die mit ihren Enden 31 und 32 zwischen der (gegenüber dem Motorblock verdrehgesicherten) Grundplatte 20 und dem Arbeitsexzenter 11 eingespannt ist. Die jeweiligen Auflagerpunkte für die Federenden 31, 32 sind nicht dargestellt, lassen sich beispielsweise aber durch Anformungen an der Grundplatte 20 und dem nachfolgend erläuterten Nabenteil 33 erzeugen.
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Ebenfalls nicht dargestellt ist ein an sich bekannter Zeiger, der am Arbeitsexzenter 11 befestigt ist und die korrekte Einstellung des Einstellexzenters 16 und folglich der Federvorspannung beispielsweise dadurch visualisiert, dass der Zeiger mit einer Markierung auf dem Schenkel 21 der Grundplatte 20 fluchtet.
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Der konstruktive Aufbau des Arbeitsexzenters 11 ist in den 4 bis 7 dargestellt. Der Arbeitsexzenter 11 ist aus zwei fest miteinander verbundenen Teilen aufgebaut, nämlich dem Exzenterteil 12 und dem Nabenteil 33, das die Nabe 15 bildet und das separat zum Exzenterteil 12 ebenfalls mittels Blechumformung hergestellt ist. Die Befestigung der beiden Blechformteile 12 und 33 aneinander erfolgt durch Verschweißen, beispielsweise im Bereich der aneinander anliegenden Stirnseiten des Exzenterteils 12 und des Nabenteils 33.
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Das Nabenteil 33 dient nicht nur zur Bildung der Nabe 15, sondern ist auch Teil einer auf die Umgebungsbedingungen des unter Öl umlaufenden Zahnriementriebs abgestimmten Reibungsdämpfung des Arbeitsexzenters 11. Hierzu ist am Nabenteil 33 ein erster Schenkel 34 angeformt, der kreisbogenförmig um das Zentrum 35 der Nabe 15 verläuft und dessen Innenmantel 36 eine Reibfläche für einen Reibschuh 37 (siehe 2 und 8) bildet, der von der Vorspannfeder 30 gegen die Reibfläche 36 gedrückt wird. Die radiale Abstützung des ersten Schenkels 34 gegen den Innenmantel 38 des Exzenterteils 12 erfolgt durch einen zweiten Schenkel 39, der zweimal um 90° abgewinkelt vom ersten Schenkel 34 ausgeht und folglich mit einer 180° Umlenkung am ersten Schenkel 34 angeformt ist. Anders als der erste Schenkel 34 verläuft der zweite Schenkel 39 bogenförmig um das Zentrum 40 des Innenmantels 38 (und des Außenmantels 13) des Exzenterteils 12, um sich im Hinblick auf eine möglichst geringe Abstützverformung des Exzenterteils 12 weitestgehend vollständig an dessen Innenmantel 38 anzuschmiegen. Die in 6 eingezeichnete Exzentrizität e2 der Zentren 35 und 40 beträgt wie beim Einstellexzenter vorliegend 4,5 mm.
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Der in 8 als Einzelteil dargestellte Reibschuh 37 ist ein Kunststoffteil aus Polyamid mit darin eingelagertem PTFE (Polytetrafluoräthylen). Der Reibschuh 37 umfasst einen im wesentlichen kreisringförmigen Grundkörper 41 mit einer dazu exzentrischen Öffnung 42, die den Lagerbolzen 16 umschließt, und liegt mit dem Grundkörper 41 verdrehgesichert auf dem Kragen 23 des Lagerbolzens 16 auf. Die Verdrehsicherung des Reibschuhs 37 erfolgt durch drei Aussparungen 43 im Grundkörper 41, in die gemäß 3 die hakenartigen Vorsprünge 22 der ebenfalls verdrehgesicherten Grundplatte 20 so eingreifen, dass der Reibschuh 37 in radialer Richtung geringfügig verschiebbar bleibt. Diese Verschiebbarkeit gewährleistet, dass sich der Reibschuh 37 in radialer Richtung lediglich an der Reibfläche 36 abstützt.
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Die Kraftbeaufschlagung des Reibschuhs 37 erfolgt an einem Sockel 44, an dessen Innenmantel die Vorspannfeder 30 mit dem Außenmantel einer Endwindung anliegt und der durch die Auflagerreaktionskraft der Vorspannfeder 30 in radial auswärtiger Richtung beaufschlagt wird. Das zugehörige Auflager für die Vorspannfeder 30 ist dabei um etwa 90° zu dem Sockel 44 winkelversetzt angeordnet. Der sich betrieblich verdrehende Arbeitsexzenter 11 bewirkt eine entsprechende Verdrehung der Vorspannfeder 30, die sich unter Last im Durchmesser erweitert und somit den Reibschuh 37 gegen die Reibfläche 36 presst, um die Drehschwingungen des Arbeitsexzenters 11 zu dämpfen. Wie es in Zusammenschau mit 6 erkennbar ist, sind dabei der Bogenwinkel der Reibfläche 36 und der Bogenwinkel der Reibkontaktfläche 45 am Reibschuh 37 so bemessen, dass der Arbeitsexzenter 11 innerhalb eines Winkelbereichs von 90° hin und her schwenken kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zugmitteltrieb/Riementrieb/Steuertrieb
- 2
- Nockenwelle
- 3
- Nockenwelle
- 4
- Zugmittel/Riemen/Zahnriemen
- 5
- Kurbelwelle
- 6
- Exzenterspanner
- 7
- Zugmittelscheibe/Riemenscheibe
- 8
- Außenring des Kugellagers
- 9
- Wälzlager/Kugellager
- 10
- Stahlscheibe
- 11
- Arbeitsexzenter
- 12
- Exzenterteil
- 13
- Außenmantel des Exzenterteils
- 14
- Innenlaufbahn
- 15
- Nabe
- 16
- Lagerbolzen/Einstellexzenter
- 17
- Boden des Lagerbolzens
- 18
- Öffnung
- 19
- Außenmantel des Lagerbolzens
- 20
- Grundplatte
- 21
- Schenkel der Grundplatte
- 22
- hakenartiger Vorsprung
- 23
- Kragen des Lagerbolzens
- 24
- Werkzeugeingriffsteil
- 25
- Werkzeugeingriff
- 26
- Haltekralle
- 27
- Durchstellung
- 28
- weitere Öffnung
- 29
- Gleitlagerbuchse
- 30
- Vorspannfeder
- 31
- Federende
- 32
- Federende
- 33
- Nabenteil
- 34
- erster Schenkel des Nabenteils
- 35
- Zentrum der Nabe
- 36
- Innenmantel des ersten Schenkels/Reibfläche
- 37
- Reibschuh
- 38
- Innenmantel des Exzenterteils
- 39
- zweiter Schenkel des Nabenteils
- 40
- Zentrum des Innen- und Außenmantels des Exzenterteils
- 41
- Grundkörper
- 42
- Öffnung im Grundkörper
- 43
- Aussparung im Grundkörper
- 44
- Sockel
- 45
- Reibkontaktfläche am Reibschuh
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4223323 C1 [0004, 0006]
- DE 4407158 A1 [0004]
