DE102020100935A1

DE102020100935A1 - Zweiarm-Riemenspanner

Info

Publication number: DE102020100935A1
Application number: DE102020100935.6A
Authority: DE
Inventors: Andrey Sergeev
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2021-07-22

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Zweiarm-Riemenspanner (1) eines Startergenerator-Riementriebs einer Brennkraftmaschine, umfassend:- eine an am Startergenerator befestigte Basis (2),- zwei auf der Basis schwenkbar gelagerte Schwingarme (3, 4) mit jeweils einer Spannrolle (5, 6)- und eine zwischen den Schwingarmen eingespannte Schraubendruckfeder (7'), die die beiden Spannrollen aufeinander zu kraftbeaufschlagt,Die Windung der Schraubendruckfeder soll eine nicht-kreisförmige Querschnittsform haben derart, dass für die Breite B und die Höhe H der Windung das Verhältnis gilt: B / H > 1, wobei die Höhe H in Längserstreckung der Schwingarme und die Breite B quer zur Längserstreckung der Schwingarme verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zweiarm-Riemenspanner eines Startergenerator-Riementriebs einer Brennkraftmaschine, umfassend:

- eine an am Startergenerator befestigte Basis,
- zwei auf der Basis schwenkbar gelagerte Schwingarme mit jeweils einer Spannrolle
- und eine zwischen den Schwingarmen eingespannte Schraubendruckfeder, die die beiden Spannrollen aufeinander zu kraftbeaufschlagt.

Ein Riemenspanner ist eine relativ einfache Einheit, die so ausgelegt und konstruiert wird, um einerseits ihre Aufgabe sicher zu erfüllen, andererseits die Herstellkosten zu minimieren. Um die Kosten weiter zu senken, wird nach unkonventionellen Lösungen gesucht.
Die einfachste Variante des Riemenspanners besteht aus einer geringen Bauteilanzahl. Die Schraubenfeder wird zwischen die Schwingarme gespannt, die Endwindungen rechts und links liegen auf den Schwingarmen. Kurze Dorne verhindern die Verschiebung der Feder. Diese Art der Aufhängung der Feder ist einfach und günstig, hat aber einen Nachteil: Die Federenden bleiben nicht parallel zueinander während des Betriebs. Das heißt, dass die Feder nicht nur axial beansprucht wird. Die Feder wird gebogen und die Federende werden relativ zueinander verschoben. Das könnte zur kritischen Erhöhung der Spannungen und zum Verlust der Stabilität führen.
Eine konventionelle Lösung ist eine drehbare Lagerung der Federenden und eine Führung der Feder. Diese Maßnahmen sind effektiv, verursachen aber hohe Zusatzkosten.
Die Aufgabe besteht darin, die Feder so zu modifizieren, dass die Stabilitäts- und Spannungsproblematik ohne Zusatzteile gelöst werden können.
Die erfinderische Lösung besteht in einer nicht-kreisförmigen Querschnittsform der Windung der Schraubenfeder. Die Querschnittsform ist derart, dass für die Breite B und die Höhe H der Windung das Verhältnis gilt: B / H > 1. Im eingebauten Zustand ist der Federquerschnitt so orientiert, dass die Höhe H der Windung in Längserstreckung der Schwingarme und die Breite B dementsprechend quer dazu, d.h. in Richtung der Generatorachse verläuft. Durch die erfindungsgemäße Geometrie und Orientierung der Feder werden deren Schubspannungen gegenüber einer konventionellen Schraubendruckfeder mit kreisförmigem Querschnitt bei etwa konstanter Federcharakteristik deutlich reduziert.
Der Windungsquerschnitt der Feder ist vorzugsweise entweder oval oder - wie beim nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung - aus zwei Halbkreisen gebildet, die durch zwei gerade und parallele Windungsabschnitte verbunden sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, die das Ausführungsbeispiel zeigen. Die Erläuterung des Ausführungsbeispiels geht von einem Riemenspanner mit einer konventionellen Schraubendruckfeder gemäß 1 aus. Es zeigen:

1 einen grundsätzlich bekannten Zweiarm-Riemenspanner eines Startergenerator-Riementriebs einer Brennkraftmaschine;
2 eine erfindungsgemäße Schraubendruckfeder zur Verwendung in dem Riemenspanner gemäß 1;
3 die Windungsquerschnitte der beiden Schraubendruckfedern gemäß den 1 und 2 im bemaßten Vergleich.

In 1 ist ein grundsätzlich bekannter Zweiarm-Riemenspanner 1 in seiner nominalen Position zu sehen. Der Riemenspanner 1 umfasst eine an einem Startergenerator befestigte Basis 2, zwei auf der Basis 2 schwenkbar gelagerte Schwingarme 3 und 4 mit jeweils einer Spannrolle 5 bzw. 6 und eine zwischen den Schwingarmen 3, 4 eingespannte Schraubendruckfeder 7, die die beiden Spannrollen 5, 6 aufeinander zu kraftbeaufschlagt. Die Auflageflächen der Schraubendruckfeder 7 haben zwecks Federführung jeweils einen Dorn 8, die sich einander nahezu parallel gegenüber liegen.
Während des Betriebs wird ein Riementrum belastet, während das andere entlastet wird. Die Schwingarme 3, 4 machen unterschiedliche Bewegungen. Die Auflageflächen werden relativ zu einander verdreht und versetzt. Die Schraubendruckfeder 7 wird so verformt, dass die Federlängsachse z keine Gerade mehr darstellt, sondern eine freiförmige und vorliegend etwa s-förmige Kurve.
Im Normallfall wird eine Schraubendruckfeder so zusammengedrückt, dass die beiden Auflageflächen parallel bleiben und nicht zueinander versetzt werden. Bei dieser Verformung bleibt die Federachse z gerade und der Federdraht wird gleichmäßig über die gesamte Länge der Feder beansprucht. Wie oben beschrieben, wird im Fall des Zweiarm-Riemenspanners die konventionelle Feder anders verformt. Die Federachse z bleibt nicht gerade, die Schraubendruckfeder 7 wird zusätzlich gebogen. Diese Verformung verursacht hohe und ungleichmäßige Spannungen in der konventionellen Schraubendruckfeder 7. Ein rundes Federprofil ist für diesen Lastfall nicht optimal.
Eine Möglichkeit die Spannungen in der Schraubendruckfeder 7 zu harmonisieren, wäre ein zentralunsymmetrisches, z.B. ovales oder elliptisches Federprofil. In 2 ist eine mögliche Ausführung einer solchen Schraubendruckfeder 7' dargestellt. Diese Form ist für den konventionellen Lastfall nicht optimal: Stark gekrümmte Abschnitte einer Windung werden mehr als die anderen beansprucht. Das bedeutet aber, dass die schwachgekrümmten Abschnitte im Fall der unkonventionellen Belastung noch eine Reserve haben um zusätzlich verformt zu werden.
Da die maximale Auslenkung der Schwingarme 3, 4 bekannt ist, ist es möglich anhand dieser Information die Form des Federprofils so zu optimieren, dass sich die Spannungen ideal verteilen.
3 zeigt das Ergebnis einer solchen Spannungsoptimierung. Die vergleichende Darstellung zeigt die bemaßten Querschnittsprofile der Schraubendruckfedern 7 und 7' gemäß 1 bzw. 2. Für die Federparameter:

Federrate - konstant: c = c' = 30 N/mm; Anzahl der federnden Windungen: n = 13; n' = 11; Drahtstärke (Runddraht): d ~ 4 mm; d' ~ 5 mm ergibt sich bei Verwendung der nicht-kreisförmigen Schraubendruckfeder 7' eine Reduzierung der betrieblichen maximalen Schubspannungen um 17%. Das Verhältnis der Breite B zur Höhe H des Querschnittsprofils beträgt vorliegend 37,3 mm / 22,3 mm = 1,67 > 1,5. Wie es in Zusammenschau der Figuren deutlich wird, erstreckt sich die Höhe H in y-Richtung, d.h. in Richtung der Längserstreckung der Schwingarme 3, 4, und die Breite B erstreckt sich in x-Richtung, d.h. parallel zur Achse des Generators und jeder Spannrolle 5, 6. Die Auflageflächen mit den Dornen 8 sind dann so modifiziert, dass die Schraubendrehfeder 7' um ihre Längsachse z gegen Verdrehen gesichert eingespannt ist.

Um eine noch bessere Spannungsverteilung zu erreichen, wäre es auch denkbar, den Drahtquerschnitt und die Steigung über die Federlänge, d.h. in z-Richtung variabel zu gestalten.

Claims

Zweiarm-Riemenspanner (1) eines Startergenerator-Riementriebs einer Brennkraftmaschine, umfassend: - eine an am Startergenerator befestigte Basis (2), - zwei auf der Basis (2) schwenkbar gelagerte Schwingarme (3, 4) mit jeweils einer Spannrolle (5, 6) - und eine zwischen den Schwingarmen (3, 4) eingespannte Schraubendruckfeder (7'), die die beiden Spannrollen (5, 6) aufeinander zu kraftbeaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass die Windung der Schraubendruckfeder (7') eine nicht-kreisförmige Querschnittsform hat derart, dass für die Breite B und die Höhe H der Windung das Verhältnis gilt: B / H > 1, wobei die Höhe H in Längserstreckung der Schwingarme (3, 4) und die Breite B quer zur Längserstreckung der Schwingarme (3, 4) verläuft.
Zweiarm-Riemenspanner (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Verhältnis B/H > 1,5.