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Die Erfindung betrifft einen Riemenspanner für einen Nebenaggregate-Riementrieb, der einen Generator mit einer Generatorwelle und einer vom Riemen umschlungenen Generatorriemenscheibe umfasst, aufweisend:
- - einen am Generator befestigten Flansch mit einer Lagerhülse, die die Drehachse der Generatorwelle umschließt,
- - einen ersten Spannarm und einen zweiten Spannarm, die kreisringförmig ausgebildet und an der Lagerhülse gegenseitig schwenkbar gelagert sind,
- - zwei an den Spannarmen angebrachte Spannrollen, die den Riemen in dessen Umlaufrichtung vor und hinter der Generatorriemenscheibe mit Vorspannkraft beaufschlagen,
- - und eine zwischen den Spannarmen eingespannte Feder zur Erzeugung der Vorspannkraft.
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Gattungsgemäße Riemenspanner, die auf einem Startergenerator einer Brennkraftmaschine montiert sind und mit zwei kreisringförmigen Spannarmen die Generatorwelle umschließen, sind in diversen konstruktiven Ausführungen beispielsweise aus
EP 2 128 489 B1 ,
DE 10 2012 223 086 A1 und
DE 10 2013 102 562 A1 bekannt.
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Diese Riemenspanner haben gegenüber alternativen Konstruktionen, bei denen einer der Spannarme nicht kreisring-, sondern kreisbogenförmig und in einer dazu korrespondierenden Kavität des anderen Spannarms gelagert ist, einen erheblichen Vorteil bezüglich der Steifigkeit der Spannarmlagerung. Denn das Kippspiel eines kreisbogenförmigen Spannarms, wie er beispielsweise aus der
DE 10 2013 002 993 A1 bekannt ist, ist konstruktionsbedingt deutlich größer als das Kippspiel bei kreisringförmigen Spannarmen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Riemenspanner mit einer verbesserten Lagersteifigkeit der Spannarme anzugeben.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich dadurch, dass der erste Spannarm radial gegen den Innenmantel der Lagerhülse gelagert ist und dass der zweite Spannarm radial gegen den Außenmantel der Lagerhülse gelagert ist. In Abhängigkeit der konstruktiv individuellen Ausgestaltung des Generators, der Generatorriemenscheibe und deren Befestigung an der Generatorwelle sind die Spannrollen axial auf der dem Generator zugewandten Seite der Lagerhülse angeordnet, und/oder die Lagerhülse ist axial beabstandet zur Generatorwelle.
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Bei der erfindungsgemäßen Lagerung der beiden Spannarme handelt es sich um eine Serienschaltung der Lagerbauteile in der radialen Reihenfolge erster Spannarm - Lagerhülse - zweiter Spannarm. Aus dem eingangs zitierten Stand der Technik sind lediglich Lagerungen mit der radialen Reihenfolge Lagerhülse - erster Spannarm - zweiter Spannarm oder mit der umgekehrten Reihenfolge erster Spannarm - zweiter Spannarm - Lagerhülse bekannt, wenn dort die Lagerung in radial auswärtiger Richtung betrachtet wird. Der wesentliche Unterschied der erfindungsgemäßen Spannarmlagerung besteht darin, dass beide Spannarme jeweils mit nur einem Lagerspiel an der Lagerhülse gelagert sind. Dies bewirkt den entscheidenden Steifigkeitsvorteil gegenüber den bekannten Lagerungen, bei denen der von der Lagerhülse entfernte Spannarm um zwei Lagerspiele, nämlich um die beiden Lagerspiele radial beidseits des der Lagerhülse benachbarten Spannarms verkippen kann.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lagerung kann ein verbessertes Wärmeübertragungsverhalten sein. Denn die durch die Lagerreibung erzeugte Wärme wird jeweils auf relativ kurzem, d.h. direktem Übertragungsweg vom Spannarm in die Lagerhülse übertragen und von dort abgeführt. Hierdurch wird die Temperaturbelastung von Kunststoffbelägen reduziert, die in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung als Gleitlager zwischen den Spannarmen und der Lagerhülse dienen. Alternativ kann die Gleitlagerung durch unmittelbaren Kontakt der Lagerpartner erfolgen, die erforderlichenfalls mit einer Gleitbeschichtung versehen oder lediglich gefettet sind.
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Die Abdichtung der Gleitlagerung kann mittels elastischen Dichtringen erfolgen, die auf den Lagerbauteilen entweder montiert oder aufgespritzt bzw. aufvulkanisiert sind. Das Eindringen von Schmutz, Abrieb und Spritzwasser in den jeweiligen Gleitlagerkontakt kann an den Stellen, an denen der jeweilige Dichtring konstruktiv bedingt umfänglich unterbrochen ist, durch eine Labyrinthdichtung verhindert oder zumindest minimiert werden.
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Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Riemenspanners für einen Nebenaggregate-Riementrieb einer Brennkraftmaschine dargestellt sind. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1 in perspektivischer Darstellung den ersten Riemenspanner, der auf einem Generator montiert ist;
- 2 den zweiten Riemenspanner in explodierter Darstellung;
- 3 den zweiten Riemenspanner in Draufsicht auf einen Generator;
- 4 den zweiten Riemenspanner in explodierter Darstellung;
- 5 den Schnitt A-B gemäß 3 in perspektivischer Darstellung;
- 6 den Schnitt A-C gemäß 3 in perspektivischer Darstellung.
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1 zeigt einen Generator 1 eines Nebenaggregate-Riementriebs einer Brennkraftmaschine im Zusammenbau mit dem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Riemenspanners 2, der in 2 explodiert dargestellt. Der Generator 1 ist als Startergenerator ausgebildet, der in bekannter Weise nicht nur zur Stromerzeugung, sondern auch zum Riemenstart oder Boosten der Brennkraftmaschine dient und in diesem Fall als (antreibender) Motor betrieben wird. Der Riemenspanner 2 ist mittels eines die Drehachse 12 der Generatorwelle 3 umschließenden Flanschs 4 an vier Anschraubpunkten 5 am frontseitigen, d.h. riemenseitigen Teil des Generators 1 befestigt und umfasst zwei Spannrollen 6 und 7, die den (hier nicht dargestellten) Riemen in dessen Umlaufrichtung vor und hinter der Generatorriemenscheibe 8 vorspannen. Die Spannrollen 6, 7 sind mit einem ersten bzw. zweiten Spannarm 9 und 10 verschraubt, die jeweils kreisringförmig geschlossen ausgebildet und sowohl gegenseitig als auch gegenüber dem Generator 1 schwenkbar auf dem Flansch 4 gleitgelagert sind. Eine zwischen den Spannarmen 9, 10 eingespannte Feder 11 bewirkt, dass die Spannrollen 6, 7 das sich in Abhängigkeit des Betriebszustands des Generators 1 mit dem Zugtrum vertauschende Leertrum des Riemens vorspannen. Die Schwenklagerung der Spannarme 9, 10 erfolgt vorliegend konzentrisch zur Drehachse 12, kann alternativ aber auch exzentrisch dazu sein, solange die Generatorriemenscheibe 8 und der umschlingende Riemen ausreichenden Freigang zum Riemenspanner 2 haben.
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Der Flansch 4 ist ein Stanzbiegeteil aus Stahlblech, an dem die vier Auflageflächen 13 für die stirnseitige Verschraubung am Generator 1 und eine Lagerhülse 14 angeformt sind, und hat im Gleitlagerkontaktbereich ein im wesentlichen Z-förmiges Querschnittsprofil. Der Innenmantel der Lagerhülse 14 ist mit einem darauf verdrehsicher fixierten Gleitlagerring 15 belegt. Der erste Spannarm 9 ist als Aluminium-Druckgussteil ausgeführt und hat einen zylindrischen Kragen 16, dessen Außenmantel den ersten Spannarm 9 radial gegen den Innenmantel der Lagerhülse 14 lagert. Die Lagerung erfolgt mittels einer Verschlusshülse 17 aus Stahl, deren Außenmantel im Gleitlagerring 15 gleitet. Die Verschlusshülse 17 hält die Komponenten des Riemenspanners 2 axial zusammen und ist über einen Pressverband auf dem Außenmantel des Kragens 16 befestigt und axial zusätzlich durch eine stirnseitige Verstemmung (nicht dargestellt) des Kragens 16 gesichert.
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Der Gleitlagerring 15 und die Verschlusshülse 17 bilden mit jeweils einem im wesentlichen Z-förmigen Querschnittsprofil eine sich radial erstreckende Stufe 19. Diese dient als Axiallager, mit dem der erste Spannarm 9 in der dem Generator 1 abgewandten Axialrichtung gegen den Flansch 4 gelagert ist.
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Der zweite Spannarm 10 ist ebenfalls ein Aluminium-Druckgussteil, dessen zylindrischer Innenmantel mit einem darauf verdrehsicher fixierten Gleitlagerring 20 belegt ist. Dieser bildet mit einem ebenfalls im wesentlichen Z-förmigen Querschnittsprofil eine sich axial erstreckende Stufe 21, die den zweiten Spannarm 10 an dessen Innenmantel radial gegen den Außenmantel der Lagerhülse 14 lagert. Die beiden sich radial erstreckenden Schenkel des Gleitlagerrings 20 dienen jeweils als Axiallager, die in Parallelschaltung die beiden Spannarme 9 und 10 in der dem Generator 1 zugewandten Axialrichtung gegen den Flansch 4 lagern.
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Der zweite Spannarm 10 ist in der dem Generator 1 abgewandten Axialrichtung mittels eines im wesentlichen ebenen Gleitlagerrings 22, der auf der dem Generator 1 abgewandten Stirnseite 23 des zweiten Spannarms 10 verdrehsicher fixiert ist, axial gegen den ersten Spannarm 9 gelagert.
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Die Gleitlagerringe 15, 20 und 22 bestehen aus Polyamid 46 mit eingelagertem PTFE und können mit Schlitzen versehen sein, wie sie beispielsweise der Gleitlagerring 20 in Form der Schlitze 24 hat. Diese erhöhen die umfängliche Elastizität, so dass sich der Gleitlagerring 20 kraftarm an dessen Bauraum anpasst. Die äußeren Umfangskanten der Gleitlagerringe 20 und 22 sind jeweils als Dichtlippen ausgebildet, die im montierten Zustand der Gleitlagerringe 20, 22 elastisch leicht verformt sind und das Innere der jeweiligen Gleitlagerung vor Kontamination, d.h. vor eindringendem Staub, Schmutz oder Spritzwasser schützen.
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Die die Riemenvorspannung erzeugende Feder 11 ist eine Bogenfeder, die parallel zur Riemenebene in einem entsprechend bogenförmigen Federraum (siehe Federraum 27 in 5) aufgenommen ist. Dieser ist axial einerseits von einer umfänglich bogenförmigen Auswölbung 28 des ersten Spannarms 9 und andererseits von der Stirnseite 23 des zweiten Spannarms 10 begrenzt und verläuft mit der darin aufgenommenen Feder 11 in weitestgehender axialer Überlappung mit den Spannrollen 6, 7. Die umfängliche Erstreckung des Federraums 27 verläuft im Umschlingungsbereich der Generatorriemenscheibe 8 und ist durch zwei Wände 29 und 30 an den umfänglichen Enden der Auswölbung 28 begrenzt.
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Wie allgemein bekannt, ist eine Bogenfeder stets eine Schraubendruckfeder mit kreisbogenförmig offener Längserstreckung. Die Feder 11 kann entweder bereits mit Bogenform oder alternativ als gerade Schraubendruckfeder hergestellt sein, die sich erst beim Einlegen in den Federraum 27 bogenförmig verformt. Die Bogenfeder vereint die relativ hohe Formnutzzahl einer Torsionsfeder mit der umfänglichen Beschränkung der Feder 11 auf deren bogenförmigen Bauraum (die Formnutzzahl vergleicht die aufgenommene Energie einer Feder mit der maximal möglichen gespeicherten Arbeit bei gleichem Federvolumen und gleicher Werkstoffspannung). Diese Art der Spannerbefederung erlaubt die lagerungstechnisch günstige Geometrie der ringförmig geschlossenen Spannarme 9, 10, denn die Feder 11 kann aufgrund des ausreichend hohen Federvermögens im wesentlichen problemlos im Umschlingungsbereich der Generatorriemenscheibe 8 positioniert werden und dabei axial mit den Spannrollen 6, 7 überlappen. Außerdem können die Spannrollen 6, 7 und damit die Riemenebene mit vergleichsweise geringem Axialabstand zum Generator 1 verlaufen, so dass die Momentenbelastung des vorderen Generatorwellenlagers klein bleibt.
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Insbesondere, aber dennoch nicht nur für den Fall, dass eine Bogenfeder mit einem für das Federwickeln ungünstig großen Bogenwinkel erforderlich ist, können auch zwei oder mehr Bogenfedern oder gerade Schraubendruckfedern in Reihenschaltung und ein Federraum 27 mit entsprechend daran angepasstem Bogenwinkel vorgesehen sein. Unabhängig davon sind auch parallel geschaltete Bogenfedern in Form eines Federpakets mit einer äußeren und einer inneren Bogenfeder möglich. Mit Hilfe dieser Parameter lässt sich die Gesamtcharakteristik der Spannerbefederung in weiten Grenzen variieren.
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Die Feder 11 ist zwischen der einen Wand 29 des ersten Spannarms 9 und einem Mitnehmer 31 des zweiten Spannarms 10 eingespannt, um die beiden Spannrollen 6, 7 aufeinander zu mit Drehmoment zu beaufschlagen. Der Mitnehmer 31 steht gegenüber der Stirnseite 23 axial hervor und ragt vor der anderen Wand 30 in den Federraum 27 hinein. Dadurch, dass der Mitnehmer 31 vollständig oder zumindest überwiegend in axialer Überlappung mit der Spannrolle 7 verläuft, erzeugt das von der Feder 11 und der Spannrolle 7 eingebrachte Reaktionskräftepaar ein vergleichsweise kleines Kippmoment in der Schwenklagerung des zweiten Spannarms 10.
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Am Außenbogen der Feder 11 sind drei U-förmige Gleitschuhe 32 aus Polyamid fixiert, die die Reaktionskraft der Feder 11 in radial auswärtiger Richtung und axial an zumindest einem der Spannarme 9, 10 abstützen. Vorliegend erfolgt die axiale Abstützung an beiden Spannarmen 9, 10. Die radiale Abstützung erfolgt durch den Gleitkontakt der Gleitschuhe 32 mit dem bogenförmigen Außenmantel 33 des Federraums 27 (siehe 5). Die axiale Abstützung, die ein axiales Ausweichen oder Ausknicken der Feder 11 verhindert, erfolgt seitens des Generators 1 durch den Gleitkontakt der dort im wesentlichen ebenen Gleitschuhe 32 mit der Stirnseite 23, die in diesem Kontaktbereich aufgrund einer Aussparung 34 im Gleitlagerring 22 freiliegt. Auf der gegenüberliegenden Seite erfolgt die axiale Abstützung durch den Gleitkontakt der Gleitschuhe 32 mit dem Boden 35 des Federraums 27.
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Durch die Vielzahl der Gleitkontakte, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils durch eine Kunststoffoberfläche einerseits und eine Metalloberfläche anderseits gebildet sind, ergibt sich ein weitgehender Spielraum in der Abstimmung der Reib- und mithin der betrieblichen Dämpfungscharakteristik des Riemenspanners 2. Bei der Abstimmung der Gleitkontakte im Hinblick auf deren jeweilige Werkstoffpaarung, Oberflächenform und - rauheit sowie ggfls. auf eine Befettung sind auch deren Relativbewegungen zu beachten. Diese werden beispielsweise zwischen den Gleitschuhen 32 und der Stirnseite 23 des zweiten Spannarms 10 größer, wenn man die Gleitkontakte vom Mitnehmer 31 ausgehend in Richtung der einen Wand 29 betrachtet. Umgekehrt werden dabei die Relativbewegungen zwischen den Gleitschuhen 32 einerseits und dem Außenmantel 33 und dem Boden 35 des Federraums 27 andererseits kleiner.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umschließt die Lagerhülse 14 die Generatorwelle 3. In einer nicht dargestellten Alternativausführung kann die Lagerhülse von der Generatorwelle axial beabstandet sein, so dass die Lagerhülse nur die Drehachse 12 und nicht die dann gegenüber der Lagerhülse axial zurückspringende Generatorwelle umschließt.
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Das zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Riemenspanners 2' ist in den nachfolgend erläuterten 3 bis 6 illustriert. Die beiden Riemenspanner 2 und 2' unterscheiden sich im wesentlichen durch die axiale Anordnung der radialen Spannarmlagerung gegen die Lagerhülse in Bezug auf die axiale Position der beiden Spannrollen 6 und 7. Bei dem ersten Riemenspanner 2 sind die Spannrollen nach dem sogenannten Pulley-up-Design auf der dem Generator 1 abgewandten Seite der Lagerhülse 14 angeordnet. Demgegenüber sind bei dem zweiten Riemenspanner 2' die Spannrollen 6, 7 nach dem sogenannten Pulley-down-Design auf der dem Generator 1 zugewandten Seite der Lagerhülse 14 angeordnet.
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3 zeigt den Riemenspanner 2' in der Draufsicht auf den Startergenerator, der hier lediglich durch die gestrichelt eingezeichnete Generatorriemenscheibe 8 repräsentiert ist. Der ebenfalls gestrichelt eingezeichnete Riemen 36 umschlingt die Generatorriemenscheibe 8 und die beiden Spannrollen 6, 7 in einer Riemenebene, die anders als beim Pulley-up-Design axial zwischen der Lagerhülse 14 und dem Generator 1 verläuft. Der an den drei Anschraubpunkten 5 mit dem Generator 1 verschraubte Flansch 4 umschließt die Drehachse 12 der (nicht dargestellten) Generatorwelle konzentrisch, wobei die Lagerhülse 14 (s. 4) und das riemenseitige Ende der Generatorwelle axial beabstandet sind. Der Innendurchmesser der Lagerhülse Verschlusshülse 17 ist kleiner als der Außendurchmesser der Generatorriemenscheibe 8, so dass der Riemen 36 vor dem Verschrauben des Riemenspanners 2' mit dem Generator 1 auf die Generatorriemenscheibe 8 aufzulegen ist. Der auf jedem Spannarm 9, 10 angeformte Sechskant 37 dient jeweils als Eingriff für ein Montagewerkzeug, mit dem die beiden Spannarme 9 und 10 entgegen der Federkraft soweit auseinander gespreizt werden können, bis ein Arretierstift in dann zwei miteinander fluchtende Arretierbohrungen 38 und 39 eingesteckt werden kann und die beiden Spannarme 9 und 10 in dieser aufgespannten (Montage-)Position gegeneinander fixiert.
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In einer nicht dargestellten Alternativausführung des Pulley-down-Designs kann die Lagerhülse die Generatorriemenscheibe 14 und das dann axial von der Lagerhülse nicht beabstandete Ende der Generatorwelle umschließen.
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Weitere konstruktive Details, durch die sich der Riemenspanner 2' vom Riemenspanner 2 unterscheidet, sind nachfolgend anhand der 4 bis 6 erläutert. Der Flansch 4 umfasst einen zur Riemenebene parallelen Kreisring 40, der - dem Pulley-down-Design entsprechend - den zweiten Spannarm 10 an dessen Stirnseite 18 axial lagert, die dem Generator 1 abgewandt ist. Die Axiallagerung des ersten Spannarms 9 erfolgt gegen die gegenüberliegende Stirnseite 23 des zweiten Spannarms 10, der stirnseitig und innenumfänglich mit dem Gleitlagerring 20 einerseits und stirnseitig mit dem Gleitlagerring 22 andererseits belegt ist. Die Lagerhülse 14 des Flanschs 4 ist wie dessen Flanschstruktur 41 mit den Anschraubpunkten 5 und Auflageflächen 13 vom Kreisring 40 zum Generator 1 hin abgewinkelt. Der erste Spannarm 9 ist mittels der daran befestigten Verschlusshülse 17 und des hier umfänglich geschlitzten Gleitlagerrings 15 gegen den Innenmantel der Lagerhülse 14 gelagert, und der zweite Spannarm 10 ist mittels des Gleitlagerrings 20 gegen den Außenmantel der Lagerhülse 14 gelagert. Der Federraum 27, die Feder 11 und der Mitnehmer 31 verlaufen im Umschlingungsbereich der Generatorriemenscheibe 8 in axialer Überlappung mit den Spannrollen 6, 7 auf der dem Generator 1 zugewandten Seite des Kreisrings 40.
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Die Befestigung der Verschlusshülse 17 im ersten Spannarm 9 erfolgt mittels eines Längspressverbands und zusätzlich mittels einer vollumfänglichen oder lokalen Rollierung bzw. Verstemmung (jeweils nicht dargestellt) des Kragens 16 des ersten Spannarms 9 in radial auswärtiger Richtung.
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Die Abdichtung oder zumindest die Abschirmung der Lagerstellen vor Kontamination erfolgt auf der generatorfernen Stirnseite des Riemenspanners 2' mittels einer elastomeren Dichtlippe 42, die auf dem Kragen 43 der Verschlusshülse 17 aufvulkanisiert ist und auf dem Kreisring 40 gleitet. Die generatorseitige Abdichtung oder Abschirmung der Lagerstellen erfolgt mittels einer Dichtlippe 43 einer elastomeren Dichtschnur 44, die sich größtenteils im Bereich des Federraums 27 und lediglich über einen Kreisbogen mit etwa 270° Bogenwinkel erstreckt und dort axial auf dem ersten Spannarm 9 aufgesteckt ist. Diese Steckverbindung ist durch mehrere segmentartige Axialvorsprünge 45 auf dem ersten Spannarm 9 und damit korrespondierenden Nuten in der Dichtschnur 44 sowohl axial als auch rotativ gegen Lösen gesichert. Die umfänglich außerhalb der Dichtschnur 44 verlaufenden Axialspalte sind beidseitig des zweiten Spannarms 10 als Schmutz und Wasser abweisende Labyrinthdichtungen 46 geformt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Generator
- 2
- Riemenspanner
- 3
- Generatorwelle
- 4
- Flansch
- 5
- Anschraubpunkt
- 6
- Spannrolle
- 7
- Spannrolle
- 8
- Generatorriemenscheibe
- 9
- erster Spannarm
- 10
- zweiter Spannarm
- 11
- Feder
- 12
- Drehachse
- 13
- Auflagefläche
- 14
- Lagerhülse
- 15
- Gleitlagerring
- 16
- Kragen
- 17
- Verschlusshülse
- 18
- Stirnseite
- 19
- Stufe
- 20
- Gleitlagerring
- 21
- Stufe
- 22
- Gleitlagerring
- 23
- Stirnseite des zweiten Spannarms
- 24
- Schlitz
- 25
- ---
- 26
- ---
- 27
- Federraum
- 28
- Auswölbung
- 29
- eine Wand
- 30
- andere Wand
- 31
- Mitnehmer
- 32
- Gleitschuh
- 33
- Außenmantel des Federraums
- 34
- Aussparung
- 35
- Boden des Federraums
- 36
- Riemen
- 37
- Sechskant
- 38
- Arretierbohrung
- 39
- Arretierbohrung
- 40
- Kreisring
- 41
- Flanschstruktur
- 42
- Dichtlippe
- 43
- Dichtlippe
- 44
- Dichtschnur
- 45
- Axialvorsprung
- 46
- Labyrinthdichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2128489 B1 [0002]
- DE 102012223086 A1 [0002]
- DE 102013102562 A1 [0002]
- DE 102013002993 A1 [0003]
