DE10360286A1

DE10360286A1 - Riemenspanneinrichtung

Info

Publication number: DE10360286A1
Application number: DE2003160286
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Schmid
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2003-12-20
Filing date: 2003-12-20
Publication date: 2005-07-21
Also published as: WO2005064203A1

Abstract

Riemenspanneinrichtung für einen Riementrieb, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem an einem Drittgegenstand festlegbaren Basisteil und einem relativ bezüglich des Basisteils um eine gemeinsame Drehachse drehbaren Spannteil, an dem der Riemen angreift, wobei das Basisteil und das Spannteil über eine mit einem Ende am Basisteil und mit dem anderen Ende am Spannteil festgelegten Schraubenfeder gekoppelt sind, wobei zumindest ein Teil der Windungen (11, 16) der Schraubenfeder (8, 17, 24) über zwischen die Windungen (1, 16) greifende Dämpfungskörper (12, 15, 21) gegeneinander gedämpft sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Riemenspanneinrichtung für einen Riementrieb, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem an einem Drittgegenstand festlegbaren Basisteil und einem relativ bezüglich des Basisteils um eine gemeinsame Drehachse drehbaren Spannteil, an dem der Riemen angreift, wobei das Basisteil und das Spannteil über eine mit einem Ende am Basisteil und mit dem anderen Ende am Spannteil festgelegten Schraubenfeder gekoppelt sind.
Hintergrund der Erfindung
Über einen Riementrieb werden verschiedene Aggregate miteinander gekoppelt, wobei ein Aggregat ein oder mehrere andere über den Riemen antreibt. Als Beispiel ist ein Kraftfahrzeug zu nennen, bei dem der Verbrennungsmotor über den Riementrieb beispielsweise mit einer Lichtmaschine, einer Pumpe oder einem anderen Aggregat gekoppelt ist, welche Lichtmaschine etc. über den Riementrieb angetrieben wird. Hierbei kommt es entscheidend auf die Aufrechterhaltung der Riemenspannung an, da bei zu geringer Riemenspannung das Antriebsmoment vom Antriebsaggregat nicht zum anzutreibenden Aggregat übertragen werden kann. Hierfür wird eine Riemenspanneinrichtung der oben beschriebenen Art eingesetzt, die an einem Drittgegenstand, beispielsweise dem Motorblock über das Basisteil befestigt ist, und über deren Spannteil der Riemen geführt ist. Dieses Spannteil ist bezüglich des Basisteils, gekoppelt über eine Schraubenfeder, verdrehbar, wobei über die Schraubenfeder die zur Riemenspannung benötigte Rückstellkraft erzeugt wird. Unter Verwendung solcher Riemenspanneinrichtungen kann eine automatische Aufrechterhaltung der Riemenspannung über die gesamte Lebensdauer der Riemen ohne Nachstellung erreicht werden, das heißt, etwaige Längenänderungen des Riemens im Betrieb werden hierdurch kompensiert. Eine weitere Funktion, die bekannten Riemenspanneinrichtungen zukommt, ist eine Dämpfungsfunktion bezüglich etwaiger antriebsmäßiger Unregelmäßigkeiten seitens des Antriebsaggregats, die in der Regel taktbedingt sind und die zu einem Schlagen des Riemens führen können. Das heißt, dass etwaige sehr abrupte Längenänderungen des Riemens über die Riemenspanneinrichtung kompensiert werden können.

Eine Riemenspanneinrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus DE 40 10 928 C2 bekannt. Zur Verbesserung der Spannfunktion kommt dort eine Federbuchse zum Einsatz, die von den ersten wenigen Windungen der Schraubenfeder umschlossen wird und über die die Schlingkraft der Windungen auf die Federbuchse übertragen wird. Hierdurch wird erreicht, dass sich gegenüber der direkten Einwirkung der Schraubenfeder nur auf die Federbuchse eine noch gleichmäßigere Verteilung der Reibungskraft zwischen der Federbuchse und der Reibungsbuchse der Spanneinrichtung und damit ein noch höheres Drehmoment erzielen lässt, das zu einer noch wirksameren Dämpfung führt. Dabei hängt die Kraft des Kontakts zwischen der Schraubenfeder und der Federbuchse von der Hebelstellung des Spannteils zum Basisteil ab. Das Spannteil, das mit seiner Spannscheibendrehachse exzentrisch zur gemeinsamen Drehachse angeordnet ist, wirkt wie ein Hebel. Seine Stellung ändert sich in Abhängigkeit der Riemenlänge. Ist der Riemen kurz, vornehmlich dann, wenn er neu ist, nimmt das Spannteil eine andere Hebelstellung bezüglich des Basisteils ein und realisiert so eine relativ große Kraft zur Federbuchse unter Erzielung der oben beschriebenen Vorteile. Nimmt aber die Riemenlänge zu, was sich mit zunehmendem Alter bzw. zunehmender Betriebsdauer oder bei einer Leistungsaufnahme eines Aggregats im Riementrieb einstellt, ändert sich die Hebelstellung, resultierend in einer Nachstellung und Konstanthaltung der Riemenspannung. Damit verbunden nimmt aber auch die Kraft zwischen Schraubenfeder und Federbuchse ab, was in einer Abnahme der Höhe des übertragbaren Drehmoments resultiert.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Riemenspanneinrichtung anzugeben, die unabhängig von der Stellung des Spannteils bezüglich des Basisteils eine Übertragung hoher Drehmomente bei gleichzeitig stets guter Dämpfung ermöglicht.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Riemenspanneinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Windungen der Schraubenfeder über zwischen die Windung greifende Dämpfungskörper gegeneinander gedämpft sind.

Über die zwischen die Windungen greifenden Dämpfungskörper kann eine wirksame Dämpfung unabhängig von der Stellung des Spannteils bezüglich des Basisteils, mithin also auch unabhängig von der Länge des Riemens und dem Betriebszustand, erreicht werden. Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass sich während des Betriebs der Spanneinrichtung der Windungsabstand axial ändert, sei es bei einer Nachführung in Folge einer Längenänderung, sei es beim Ausgleich etwaiger Unregelmäßigkeiten im Trieb. In jedem Fall kann die betriebsbedingt auftretende, zu dämpfende Kraft über die Dämpfungskörper aufgefangen werden, nachdem sie über die Windungen axial gerichtet in die Dämpfungskörper eingeleitet wird. Dabei ändert sich der Grad der Dämpfung mit dem Abstand der Windungen. Reduziert sich der Windungsabstand, wird also die Schraubenfeder gespannt, so nimmt die Dämpfung gerichtet zu. Vergrößert sich der Windungsabstand, was bei sich längendem Riemen der Fall ist, so reduziert sich die Dämpfung etwas. Ferner erreicht man als Funktionsvorteil auch eine gerichtete Dämpfung.

In jedem Fall wird durch die Integration der Dämpfungskörper in dem sich geometrisch ändernden Bereich der Schraubenfeder eine in jedem Betriebszustand gegebene Dämpfungsmöglichkeit realisiert.

Die Dämpfungskörper sind zweckmäßigerweise an einem buchsenartigen Dämpfungselement ausgebildet. Das Dämpfungselement bildet also ein Bauteil, das bezüglich der Schraubenfeder derart montiert wird, dass die Dämpfungskörper zwischen den Windungen zu liegen kommen. Dabei sind zwei unterschiedliche Ausführungsformen denkbar. Nach einer ersten Ausführungsform kann das Dämpfungselement am Außenumfang der Schraubenfeder anliegen, wobei hier die radial nach innen vorspringenden Dämpfungskörper von außen her zwischen die Windungen greifen. Das Dämpfungselement bildet also quasi eine Außenhülse, an deren Innenwandung spiralförmig, eben dem Gang der Windungszwischenbereiche folgend, die Dämpfungskörper verlaufen (bzw. ein einziger Dämpfungskörper in Form einer Spirale). Alternativ zur Ausführungsform als Außenbuchse kann das Dämpfungselement auch als Innenbuchse ausgebildet sein, mit nach außen vorspringenden Dämpfungskörpern, die von innen her zwischen die Windungen greifen, wobei auch diese hier quasi schraubenförmig verlaufen. Das Dämpfungselement liegt also hier am Innenumfang der Schraubenfeder an.

Nach einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann vorgesehen sein, dass am Dämpfungskörper an einer oder an beiden Stirnseiten zur gleichen Seite wie die Dämpfungskörper vorspringend eine umlaufende Anlageschulter vorgesehen ist, die zwischen dem jeweiligen Ende der Schraubenfeder und dem Basisteil bzw. dem Spannteil angeordnet ist. Bei dieser Erfindungsausgestaltung ist die Schraubenfeder nicht unmittelbar am Basisteil bzw. am Spannteil abgestützt, vielmehr ist die jeweilige Anlageschulter zwischengeschaltet, was ebenfalls der Dämpfung dient. Die Schraubenfeder ist kraftschlüssig über die jeweilige Anlageschulter mit dem Basisteil bzw. dem Spannteil verbunden. Ne ben der Dämpfungsfunktion bietet diese Ausführungsform auch eine Abdichtung, insbesondere wenn es sich um eine Außenbuchse handelt. Denn die von außen von der Dämpfungsbuchse umgriffene Schraubenfeder ist bei dieser Ausführungsform quasi vollständig gekapselt, das Dämpfungselement bildet einen weitgehend dichten Abschluss zwischen dem Basisteil, dem Spannteil und der Schraubenfeder nach außen. Dies ermöglicht es, dass durchaus einer der O-Dichtringe, über die ein konisches Gleitlager, das die Drehmöglichkeit zwischen dem Basisteil und dem Spannteil ermöglicht, entfallen kann. Auch wird hierüber ein Schutz gegen eindringende Feuchtigkeit von außen realisiert. Auch ohne die Anlageschultern bewirkt das erfindungsgemäße Dichtelement sowohl bei innen- wie auch bei außenseitiger Anordnung eine beachtliche Abdichtung, es wirkt als Labyrinthdichtung gegen eindringende Flüssigkeit.

Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung des Erfindungsgedankens sieht vor, dass die Anlageschulter an der zur Schraubenfeder weisenden Seite nach Art einer Rampe ansteigend ausgebildet ist. Es ist bekannt, zur Vergrößerung der Anlagefläche zwischen der Stirnseite der Schraubenfeder und dem Basisteil bzw. dem Spannteil das Basisteil bzw. Spannteil im Anlagebereich nach Art einer Rampe auszubilden, so dass also die Schraubenfeder möglichst großflächig anliegt. Ist nun die Dämpfungsbuchse, also das Dämpfungselement bereits nach Art der Rampe ausgeführt, ergibt sich zum einen eine großflächige Anlage zwischen Schraubenfeder und der jeweiligen Anlageschulter, zum anderen bietet sich der besonders zu beachtende Vorteil, dass die Bauteile der erfindungsgemäßen Riemenspanneinrichtung nicht mehr mit der Rampe versehen werden müssen, was es ermöglicht, für Spanneinrichtungen, die nach links spannen, die gleichen Bauteile zu verwenden wie für Spanneinrichtungen, die nach rechts spannen. Denn die Rampenkopplung wird über das Dämpfungselement realisiert, nicht aber über entsprechende geometrische Ausführungen im Anlagebereich am Spannteil bzw. am Basisteil, bei denen es sich in der Regel um Metallteile handelt. Das heißt, es sind nur noch zwei Bauteilausführungen vorrätig zu halten, um beide Riemenspannausführungen herstellen zu können.

Das Dämpfungselement selbst kann einteilig oder zweiteilig ausgebildet sein. Auch ist es denkbar, insbesondere bei einer einteilig ausgebildeten Ausführungsform diese längsgeschlitzt auszuführen, was einerseits die Montage erleichtert, da das Dämpfungselement quasi aufgebogen werden kann, zum anderen kann hierüber ein einfacher Toleranzausgleich realisiert werden.

Die Dämpfungskörper oder das gesamte Dämpfungselement können dabei aus beliebigen Materialien bestehen, solange die gewünschten Dämpfungseigenschaften erreicht werden können. Denkbar ist elastisch deformierbarer Kunststoff oder Gummi. Die konkrete Materialwahl auch im Hinblick auf die realisierten federelastischen Eigenschaften richtet sich letztlich nach dem Einsatzzweck, insbesondere den zu übertragenden bzw. zu dämpfenden Kräften.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Riemenspanneinrichtung einer ersten Ausführungsform,
2 eine erfindungsgemäße Riemenspanneinrichtung einer zweiten Ausführungsform, und
3 eine erfindungsgemäße Riemenspanneinrichtung einer dritten Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt im Schnitt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Riemenspanneinrichtung 1, bestehend aus einem Basisteil 2, das über nicht näher gezeigte Verbindungsmittel mit einem Drittgegenstand lagefest verbun den werden kann, beispielsweise einem Motorgehäuse eines Verbrennungsmotors. Um eine gemeinsame Drehachse D drehbar gehaltert ist ein Spannteil 3 mit einer um eine zur Drehachse D exzentrische Drehachse R verlaufenden Riemenrolle 4. Die Drehbarkeit des Spannteils 3, das nach Art eines Hebels konzipiert ist, wird über ein konisches Gleitlager 5 und eine konische Spannhülse 6 realisiert, wobei die Modifikation über eine Spannscheibe 7 und eine nicht näher gezeigte Schraube fest verspannt wird.
Das Basisteil 2 und das Spannteil 3 sind über eine Schraubenfeder 8 miteinander gekoppelt. Die Schraubenfeder 8 liegt mit einem Ende fest am Basisteil 2 an, das bei dieser Ausführungsform im Anlagebereich 9 nach Art einer Rampe, also dem Verlauf der stirnseitigen Windung folgend ausgeführt ist. Auch das Spannteil 3 ist im Anlagebereich 10 zur Schraubenfeder 8 nach Art einer Rampe, also der stirnseitigen Windung der Schraubenfeder 8 folgend ausgeführt. Hierdurch wird eine großflächige Anlagefläche realisiert.
Die einzelnen Windungen 11 der Schraubenfeder, die eine Spirale beschreibt, sind etwas bezüglich einander beabstandet, wie 1 zeigt. Zwischen den einzelnen Windungen 11 sind Dämpfungskörper 12 angeordnet, die an einem Dämpfungselement 13 in Form einer Dämpfungsbuchse dem Verlauf der Windung bzw. der Windungszwischenräumen folgend radial nach innen vorspringen. Das Dämpfungselement 13 ist als Außenbuchse ausgeführt, das heißt es umgreift von außen her die Schraubenfeder 8, die Dämpfungskörper 12 greifen von außen her in den Windungszwischenraum. An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass selbstverständlich nur ein einziger spiralförmig umlaufender Dämpfungskörper vorgesehen ist, bezogen aber auf die einzelnen Windungen der Schraubenfeder 8 wird grundsätzlich von mehreren Dämpfungskörpern gesprochen.
Während 1 ein Dämpfungselement 13 in Form einer Außenhülse zeigt, zeigt 2 ein Dämpfungselement 14 in Form einer Innenhülse. An diesem Dämpfungselement 14 sind ebenfalls mehrere in diesem Fall radial nach außen vorspringende Dämpfungskörper 15 ausgebildet, auch hier in Form eines einstückig umlaufenden Schraubenkörpers. Diese Dämpfungskörper 15 greifen nun von innen her in die Zwischenräume zwischen den Windungen 16 der Schraubenfeder 17 und bewirken so die Dämpfung, indem axiale Bewegungen der Windungen bezüglich einander, wie sie bei Riemenschlägen oder einer altersbedingten Längung vorkommen, aufgefangen werden. Nachdem ansonsten der Aufbau der in 2 gezeigten erfindungsgemäßen Riemenspanneinrichtung 18 dem der Riemenspanneinrichtung aus 1 entspricht, ist ein näheres Eingehen hierauf nicht erforderlich.
Die in 3 gezeigte Riemenspanneinrichtung 19 entspricht in ihrem grundsätzlichen Aufbau ebenfalls den beiden vorher beschriebenen Ausführungsformen. Das hier zum Einsatz kommende Dämpfungselement 20 ist ebenfalls in Form einer von außen her angreifenden Buchse ausgeführt und zeigt die bereits bezüglich 1 beschriebene Dämpfungskörper 21. Jedoch ist hier an den beiden Stirnseiten des Dämpfungselements 20 jeweils eine Anlageschulter 22, 23 vorgesehen. Die Stirnseite der Schraubenfeder 24 liegt – anders als bei den beiden Ausführungsformen gemäß der 1 und 2 – nicht unmittelbar an dem Basisteil 25 bzw. dem Spannteil 26 im jeweiligen Anlagebereich an. Vielmehr ist bei dieser Ausführungsform die jeweilige Anlageschulter 22, 23 zwischengeschaltet, das heißt, die Schraubenfeder liegt an dieser jeweiligen Anlageschulter an. Das heißt, der Kraftschluss erfolgt hier über die jeweilige Anlageschulter 22, 23. Die Schraubenfeder 24 wird bei dieser Ausführungsform von außen her vollständig gekapselt, was dazu führt, dass ein Eindringen von Feuchtigkeit in diesem Bereich vermieden wird, gleichermaßen kann auch entsprechende Schmierflüssigkeit in diesem Bereich nicht austreten. Dies führt dazu, dass gegebenenfalls sogar der O-Dichtring 27, der das konische Gleitlager 28 abdichtet, entfallen kann.
Ein weiterer beachtlicher Vorteil ist, dass – siehe 3 – die Anlageschulter 22, 23 nach Art einer Rampe ausgeführt ist, das heißt, unmittelbar mit der Anlageschulter beginnt der schraubenförmige Verlauf der Dämpfungskörper 21. Die Anlageschulter geht letztlich in den schraubenförmigen Dämpfungskörper über. Dies führt dazu, dass ein großflächiger Anlagebereich am jeweiligen En de der Schraubenfeder realisiert ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass die jeweiligen Anlagebereiche am Basisteil 25 bzw. am Spannteil 26 nicht mehr als Rampe ausgeführt werden müssen, sondern ebenflächig sein können, nachdem die Flächenkopplung über die am Dämpfungselement 20 vorgesehene Rampe realisiert ist. Dies führt dazu, dass die gleichen Basisteile 25 und Spannteile 26 zum Aufbau linksdrehender wie rechtsdrehender Spanneinrichtungen verwendet werden können.
Die Dämpfungskörper 12, 15 und 21 bzw. die kompletten Dämpfungselemente 13, 14, 20 sind zweckmäßigerweise aus einem hinreichend elastischen Kunststoff oder Gummi. Es ist auch denkbar, die Dämpfungskörper, also die Abschnitte des Dämpfungselements, die unmittelbar in dem Bereich zwischen den Windungen liegen und unmittelbar mit der zu dämpfenden Kraft beaufschlagt werden, aus einem anderen Material sind als der restliche Teil des Dämpfungselements. Insgesamt sollte die Materialwahl im Hinblick auf die gewünschten Dämpfungseigenschaften stattfinden.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So ist es gleichermaßen denkbar, die in 3 gezeigte Ausführungsform mit den Anlageschultern auch als Innenbuchse zu konzipieren. Auch sind zweiteilige Ausführungsformen der Dämpfungselemente denkbar, wie auch jedes Dämpfungselement insbesondere im einteiligen Fall als längsgeschlitzte Buchse ausgeführt sein kann, wobei der Schlitz der Kompensation etwaiger Fertigungstoleranzen wie auch der Montageeinfachheit dient.
Insgesamt kann unter Verwendung der erfindungsgemäßen Riemenspanneinrichtung bzw. unter Verwendung der erfindungsgemäßen Dämpfungskörper/Dämpfungselemente eine wirkungsvolle, auch über lange Zeiträume konstante Dämpfung und Reduzierung von Federschwingungen erreicht werden.

1: Riemenspanneinrichtung
2: Basisteil
3: Spannteil
4: Riemenrolle
5: Gleitlager
6: Spannhülse
7: Spannscheibe
8: Schraubenfeder
9: Anlagebereich
10: Anlagebereich
11: Windungen
12: Dämpfungskörper
13: Dämpfungselement
14: Dämpfungselement
15: Dämpfungskörper
16: Windungen
17: Schraubenfeder
18: Riemenspanneinrichtung
19: Riemenspanneinrichtung
20: Dämpfungselement
21: Dämpfungskörper
22: Anlageschulter
23: Anlageschulter
24: Schraubenfeder
25: Basisteil
26: Spannteil
27: O-Dichtring
28: Gleitlager

Claims

Riemenspanneinrichtung für einen Riementrieb, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem an einem Drittgegenstand festlegbaren Basisteil und einem relativ bezüglich des Basisteils um eine gemeinsame Drehachse drehbaren Spannteil, an dem der Riemen angreift, wobei das Basisteil und das Spannteil über eine mit einem Ende am Basisteil und mit dem anderen Ende am Spannteil festgelegten Schraubenfeder gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Windungen (11, 16) der Schraubenfeder (8, 17, 24) über zwischen die Windungen (1, 16) greifende Dämpfungskörper (12, 15, 21) gegeneinander gedämpft sind.
Riemenspanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungskörper (12, 15, 21) an einem buchsenartigen Dämpfungselement (13, 14, 20) ausgebildet sind.
Riemenspanneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (13, 20) am Außenumfang der Schraubenfeder (8, 24) anliegt und die nach inne vorspringenden Dämpfungskörper (12, 21) von außen her zwischen die Windungen (11) greifen.
Riemenspanneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (14) am Innenumfang der Schraubenfeder (17) anliegt und die nach außen vorspringenden Dämpfungskörper (15) von innen her zwischen die Windungen (16) greifen.
Riemenspanneinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, am Dämpfungselement (20) an einer oder an beiden Stirnseiten zur gleichen Seite wie die Dämpfungskörper (21) vorspringend eine umlaufende Anlageschulter (22, 23) vorgesehen ist, die zwischen dem jeweiligen Ende der Schraubenfeder (24) und dem Basisteil (25) bzw. dem Spannteil (26) angeordnet ist.
Riemenspanneinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlageschulter (22, 23) an der zur Schraubenfeder (24) weisenden Seite nach Art einer Rampe ansteigend ausgebildet ist.
Riemenspanneinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (13, 14, 20) einteilig oder zweiteilig ausgebildet ist.
Riemenspanneinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere das einteilig ausgebildete Dämpfungselement (13, 14, 20) längsgeschlitzt ist.
Riemenspanneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungskörper (12, 15, 21) oder das gesamte Dämpfungselement (13, 14, 20) aus Kunststoff oder Gummi besteht.