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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/876,502 vom 11. September 2013, deren Inhalt hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
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Erfindungsgebiet
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Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet von Spannvorrichtungen für endlose Antriebsglieder wie etwa Ketten oder Steuerriemen.
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Hintergrund der Erfindung
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Viele Motoren in Fahrzeugen verwenden heutzutage einen Steuerriemen, um bestimmte Komponenten, die eine spezifische Synchronisation mit der Drehung des Motors erfordern, wie etwa die Nockenwellen, die das Öffnen und Schließen der Ventile zu den Zylindern steuern, anzutreiben. Spannvorrichtungen zum Aufrechterhalten der Spannung der Steuerriemen spielen eine wichtige Rolle, weil ein Spannungsverlust eines Steuerriemens dazu führen kann, dass der Steuerriemen Zähne an Riemenscheiben, mit denen er verbunden ist, überspringen kann. Dies führt zu einem Verlust der Synchronisation zwischen Komponenten wie etwa den Ventilen und dem Motor. Ein derartiger Verlust der Synchronisation kann eine katastrophale Beschädigung des Motors aufgrund von Kollisionen zwischen den Ventilen und den Kolben in Motoren mit einem Freiläuferaufbau zur Folge haben und kann auch in Motoren ohne einen Freiläuferaufbau zu Beschädigungen führen.
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Eine Spannvorrichtung umfasst gewöhnlich eine Basis, die an dem Motor montiert wird, einen Arm, der relativ zu der Basis schwenken kann, und eine Feder, die den Arm schwenkend zu dem Riemen treibt. Es hat sich herausgestellt, dass eine Dämpfung der Bewegung des Spannarms eine wichtige Rolle dabei spielt, sicherzustellen, dass die Spannvorrichtung in Kontakt mit dem Riemen bleibt. Ohne eine ausreichende Dämpfung des Spannarms, können plötzliche Änderungen der Riemenspannung dazu führen, dass der Arm dem Riemen nicht ausreichend folgt, was wiederum zu dem oben genannten Verlust der Riemenspannung führen kann. Es wurden verschiedene Möglichkeiten zum Erzielen einer geeigneten Dämpfung vorgeschlagen, wobei diese jedoch gewöhnlich eine kostspielige Spannvorrichtung bedingen, was unvorteilhaft ist. Es wäre vorteilhaft, eine Spannvorrichtung mit einer ausreichenden Dämpfung vorzusehen, die jedoch weiterhin kostengünstig bleibt.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Spannvorrichtung zum Aufrechterhalten der Spannung eines endlosen Antriebsglieds in einem Riemen-in-Öl-Antriebssystem vorgesehen. Die Spannvorrichtung umfasst: eine Basis, die an einem stationären Aufbau montiert werden kann und eine Umfangswand, die eine Armschwenkachse definiert, aufweist; einen Arm mit einer radial inneren Armfläche und einer Endlosantriebsglied-Eingreiffläche, die mit einem endlosen Antriebsglied eingreifen kann; eine Hülse, die zwischen der radial inneren Armfläche und der Umfangswand der Basisschale angeordnet ist; und eine Spannfeder. Der Arm wird an der Basisschale mittels der Hülse gehalten. Die Spannfeder ist angeordnet, um den Arm in einer ersten Richtung um die Schwenkarmachse vorzuspannen.
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Gemäß einem anderen Aspekt wird eine Spannvorrichtung zum Aufrechterhalten der Spannung eines endlosen Antriebsglieds vorgesehen. Die Spannvorrichtung umfasst: eine Basis, die an einem stationären Aufbau montiert werden kann und eine Umfangswand, die eine Armschwenkachse definiert, aufweist; einen Arm mit einer radial äußeren Armfläche und einer radial inneren Armfläche, die eine Riemenscheibenachse, die parallel und versetzt von der Armschwenkachse ist, definiert; eine Hülse, die zwischen der radial inneren Armfläche und der Umfangswand der Basisschale angeordnet ist; und eine Spannfeder. Der Arm wird an der Basisschale mittels der Hülse gehalten. Die Spannfeder ist angeordnet, um den Arm in einer ersten Richtung um die Armschwenkachse vorzuspannen. Die Spannvorrichtung umfasst weiterhin eine Riemenscheibe mit einer radial inneren Riemenscheibenwand, die drehbar an der radial inneren Armfläche für eine Drehung um die Riemenscheibenachse montiert ist, und mit einer radial äußeren Riemenscheibenwand, die radial außerhalb der Basisschale angeordnet ist und in ein endloses Antriebsglied eingreifen kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Spannvorrichtung für einen Riemen oder eine Kette vorgesehen, wobei die Spannvorrichtung umfasst: eine Basisschale, die stationär relativ zu dem Motor ist; eine Spannfeder; einen Arm, der drehbar mit der stationären Basisschale über die Feder verbunden ist; ein Lager, das in einer Öffnung in dem Arm installiert ist, die exzentrisch zu der radialen Mitte des Arms angeordnet ist; eine Riemenscheibe zum Führen des Riemens oder der Kette, die an einem inneren Lauf des Lagers installiert oder gesperrt ist; eine Hülse, die zwischen dem Außendurchmesser des Arms und dem Innendurchmesser der Basisschale platziert ist, um die Schubfläche und ein Reibungsdrehmoment vorzusehen. Eine Scheibe kann vorgesehen sein, um als eine Schubfläche zwischen dem Arm und einer die Anordnung aus dem Arm, der Hülse, der Feder und dem Lager in einer Kammer in der Basisschale einschließenden Einrichtung (z. B. einer Einrichtung an der Basisschale) zu wirken. Die Feder wirkt einer Drehung der Arm/Lager/Riemenscheibe-Anordnung in einer Laststopprichtung entgegen und erzwingt eine Drehung der Arm/Lager/Riemenscheibe-Anordnung in einer Freier-Arm-Richtung, die der Laststopprichtung entgegengesetzt ist. Die Spannvorrichtung kann eine Sperreinrichtung umfassen, die die Arm/Kugellager/Hülse/Schubscheibe/Federanordnung in dem inneren Zylinder der Basisschale hält. Die Sperreinrichtung ist an der Basisschale befestigt (eingepresst, gestaucht, geschweißt, usw.). Die Konfiguration der Spannvorrichtung wird derart gewählt, dass hohe Spitzen der fluktuierenden Riemenlast, die durch Steuerantriebskomponenten induziert werden, höher als das maximale Hysteresedrehmoment der Spannvorrichtung sind und niedrige Täler der Riemenlast niedriger als das minimale Hysteresedrehmoment der Spannvorrichtung sind, wobei jedoch die Kombination aus dem Federdrehmoment, dem Reibungsdrehmoment der Hülse und der Scheibe (in Ausführungsformen, in denen eine Scheibe vorhanden ist) und dem Trägheitsmoment der Spannvorrichtungsanordnung die Oszillationen des Spannarms dynamisch auf weniger als ungefähr +/–10° begrenzt.
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Gemäß einem anderen Aspekt wird eine Spannvorrichtung wie zuvor genannt angegeben, wobei jedoch die Riemenscheibe und das Lager nicht vorgesehen sind und der Arm selbst eine Eingreiffläche für einen direkten Eingriff mit dem Riemen oder der Kette aufweist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die vorstehenden und andere Aspekte der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
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1 ist eine Ansicht eines Motors mit einem Steuerriemenantrieb einschließlich einer Spannvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine Schnittansicht der Spannvorrichtung von 1.
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3 ist eine Draufsicht auf die Spannvorrichtung von 2.
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4 ist eine Schnittansicht einer anderen Variante der Spannvorrichtung von 2.
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5 ist eine Schnittansicht einer weiteren Variante der Spannvorrichtung von 2.
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6 ist eine Schnittansicht eines Motors mit einem Steuerriemenantrieb einschließlich einer Spannvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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7 ist eine Ansicht eines Motors mit einem Steuerriemenantrieb einschließlich der Spannvorrichtung von 6.
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8 ist eine Schnittansicht einer Variante der Spannvorrichtung von 6.
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9 ist eine perspektivische Ansicht der Spannvorrichtung von 8.
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10 ist eine andere perspektivische Ansicht der Spannvorrichtung von 8 ohne eine Riemenscheibe.
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11 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen dem durch die Spannvorrichtung ausgeübten Drehmoment und der Winkelposition des Spannarms zeigt.
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12 ist eine perspektivische Ansicht einer Variante der Spannvorrichtung von 8.
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Ausführliche Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
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Im Folgenden wird auf 1 Bezug genommen, die eine Kurbelwelle 910 eines Motors 913 für ein Fahrzeug (nicht gezeigt) zeigt. Es ist zu beachten, dass der Motor 913 schematisch als ein einfaches Rechteck gezeigt ist, wobei der Motor 913 jedoch eine beliebige, geeignete Form aufweisen kann. Das Fahrzeug kann ein beliebiges, geeignetes Fahrzeug wie etwa ein PKW, ein LKW, ein Lieferwagen, ein Mini-Lieferwagen, ein Bus, ein SUV, ein Militärfahrzeug, ein Boot usw. sein. Ein Steuerriemen 914 erstreckt sich zwischen einer Riemenscheibe 912 an einer Kurbelwelle 910 des Motors 913 und einem Paar von Riemenscheiben 904a und 904b an Nockenwellen 905a und 905b, um eine Drehkraft von der Kurbelwelle 910 zu den Nockenwellen 905a und 905b zu übertragen.
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Eine Spannvorrichtung 100 ist an dem Motor 913 zwischen der Kurbelwelle 910 und der Nockenwelle 905a in Ausführungsformen montiert, in denen der Steuerriemen in einem Ölbad eingetaucht ist (nachfolgend als Riemen-in-Öl-Anordnung bezeichnet). Die Spannvorrichtung 100 hält die Spannung des Steuerriemens 914 aufrecht. Ein Mitläufer ist an dem Bezugszeichen 916 an einem Abschnitt des Steuerriemens 914 zwischen der Nockenwelle 905b und der Kurbelwelle 910 gezeigt.
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Wie in 2 gezeigt, umfasst die Spannvorrichtung 100 eine Basisschale 102, einen Spannarm 104, eine Spannfeder 106 und eine Hülse 108. Die Basisschale 102 kann auf beliebige, geeignete Weise derart montiert werden, dass sie stationär relativ zu dem Motor 913 ist (z. B. durch eine direkte Montage an dem Motor 913). In einem Beispiel kann die Basisschale 102 eine Montagewand 109 umfassen, die eine Befestigungselement-Durchgangsöffnung 110 aufweist, durch die sich ein Spannvorrichtungs-Montagebefestigungselement 111 erstreckt, das die Basisschale 102 fix an dem Motor 913 hält. Die Basisschale 102 umfasst weiterhin eine Umfangswand 112 an einem radialen Umfang der Montagewand 109. Die Umfangswand 112 definiert eine Armschwenkachse Aa.
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Der Arm 104 umfasst eine radiale innere Armfläche 114 und eine Endlosantriebsglied-Eingreiffläche 116, die mit einem endlosen Antriebsglied (z. B. einem in 1 gezeigten Riemen 914 oder einer Kette oder einem beliebigen anderen, geeigneten endlosen Antriebsglied) eingreifen kann.
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Die Hülse 108 ist zwischen der radial inneren Armfläche 114 und der Umfangswand 112 der Basisschale 102 angeordnet. Der Arm 104 wird an der Basisschale 102 mittels der Hülse 108 gehalten.
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Die Spannfeder 106 ist angeordnet, um den Arm 104 in einer ersten Richtung um die Armschwenkachse Aa vorzuspannen.
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Während des Betriebs, wird der Riemen 914 durch die Kurbelwellen-Riemenscheibe 912 in einer ausgewählten Richtung (allgemein im Uhrzeigersinn in der Ausführungsform von 1) angetrieben. Die Spannfeder 106 drückt den Spannarm 104 in einer ersten Drehrichtung, die auch als „Freier-Arm-Richtung” bezeichnet wird und die Endlosantriebsglied-Eingreiffläche 116 in den Riemen 914 treibt.
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Eine Dämpfung dieser Bewegung wird durch einen Reibungseingriff zwischen der Hülse 108 und der Umfangswand 112 der Basisschale 102 vorgesehen. Das durch die Hülse 108 vorgesehene Dämpfungsdrehmoment ist die Dämpfungskraft (d. h. die Reibungskraft Fd), die mit dem Momentarm dieser Kraft (d. h. der radialen Distanz Dd zwischen der Richtungslinie der Dämpfungskraft Fd und der Armschwenkachse Aa) multipliziert wird.
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Es ist zu beachten, dass bei einigen Spannvorrichtungen aus dem Stand der Technik der Spannarm eine Nabe aufweist und die Basisschale eine sich nach oben erstreckende Welle umfasst. Die Spannarmnabe wird schwenkbar an der Welle der Basis gehalten, wobei eine Hülse zwischen denselben vorgesehen ist, die eine gewisse Dämpfung vorsieht. Die Nabe, die Welle und die Hülse erstrecken sich alle in den Innenraum der Torsionsfeder, wobei die Außenwand der Basisschale eine Kammer definiert, in welcher die Torsionsfeder angeordnet ist. Die Dämpfungskraft wird zwischen der Welle und der Nabe des Arms ausgeübt, sodass dementsprechend das aus der Dämpfungskraft resultierende Drehmoment aufgrund des damit assoziierten relativen kleinen Momentarms relativ klein ist.
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Im Gegensatz dazu kann aufgrund der Verwendung der Umfangswand 112 der Basisschale 102 für das Halten der Schwenkbewegung des Arms 104 und des Positionierens der Hülse 108 in Assoziation mit der Umfangswand 112 die erzielte Dämpfungskraft größer sein als sie bei Spannvorrichtungen aus dem Stand der Technik erzielt werden kann, ohne dass dabei die Gesamtfläche der Spannvorrichtung im Vergleich zu Spannvorrichtungen aus dem Stand der Technik wesentlich vergrößert ist. In der gezeigten Ausführungsform ist die Hülse 108 an der Außenseite der Umfangswand 112 angeordnet und sieht ein noch größeres Drehmoment vor als wenn sie an der Innenseite der Wand 112 angeordnet wäre.
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Allgemein vergrößert bei jeder beliebigen Spannvorrichtung eine lange Armlänge (definiert als die Distanz zwischen der Riemeneingreiffläche und der Armschwenkachse) das durch den Riemen auf den Arm ausgeübte Drehmoment. Ein Problem einiger Spannvorrichtungen aus dem Stand der Technik besteht jedoch darin, dass es schwierig ist, die Dämpfungsgröße, die für eine korrekte Steuerung der Bewegungen der Spannvorrichtung bei einer Änderung der Riemenspannung benötigt wird, zu erzeugen. Wenn keine ausreichende Dämpfung vorgesehen wird, kann der Spannarm unter Umständen dem Riemen während einer Verminderung der Riemenspannung nicht ausreichend folgen, was zu einem Verlust der Riemenspannung führt, der ausreicht, dass ein Überspringen von Zähnen auftreten kann, was zu einer schwerwiegenden Beschädigung des Motors führen kann. Um sicherzustellen, dass eine ausreichende Dämpfung relativ zu der Größe des von dem Riemen auf den Arm wirkenden Drehmoments gegeben ist, halten einige Hersteller von Spannvorrichtungen die Armlänge relativ klein. Dabei wird die Größe des durch den Riemen auf den Arm ausgeübten Drehmoments beschränkt, indem die Armlänge (und damit der Momentarm, der zu dem Drehmoment beiträgt) klein gehalten wird. Eine kleine Armlänge ist jedoch nachteilig, weil dies implizit bedeutet, dass ein größerer Winkelbereich für die Bewegung des Arms erforderlich ist, um eine ausgewählte Bewegungsgröße in dem Riemen zu unterstützen. Je größer der Winkelbereich für die Bewegung des Arms während des Betriebs ist, desto größer ist die Änderung in der Geometrie der über die Spannvorrichtung auf den Riemen wirkenden Kräfte, wodurch es schwieriger gemacht wird, die Spannvorrichtung an eine ideale Reaktion auf Änderungen der Riemenspannung anzunähern.
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Die Basis 102 kann ein Abdeckungsglied 118 umfassen, das das offene ferne Ende 120 der Basisschale 102 bedeckt, um zu verhindern, dass Staub und Schmutz in die Spannvorrichtung 100 eindringen.
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Der Arm 104 kann einen mittleren Teil 119 umfassen, der auf einer Schulter 123 der Basis 102 ruht, um den Arm 104 axial zu halten und die axiale Position des Arms 104 zu setzen. Der mittlere Teil 119 weist eine Öffnung 121 (siehe 3) auf, um ein Ende an dem Bezugszeichen 122 der spiralförmigen Torsionsfeder 106 aufzunehmen. Das andere Ende 124 der Feder 106 kann sich durch eine Öffnung in der Umfangswand 112 der Basisschale 102 erstrecken. Eine Federführungswand 126 kann sich in die Kammer 128, die durch die Basisschale 102 definiert wird, erstrecken. Eine Befestigungselement-Zugriffsöffnung 130 in dem Abdeckungsglied 118 und eine Öffnung 131 in dem mittleren Teil 119 des Arms 104 gestatten einen Zugriff auf das Montagebefestigungselement 111 für eine Montage und Entfernung der Spannvorrichtung 100.
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In der gezeigten Anordnung ist das Dämpfungsdrehmoment, das durch die Spannvorrichtung 100 vorgesehen wird, von der auf den Arm 104 wirkenden Nabenlast abhängig. Der Grund hierfür ist, dass die zwischen dem Arm 104, der Umfangswand 112 und der Hülse 108 ausgeübte Reibungskraft von der Normalkraft zwischen denselben, die mit der Nabenlast variiert, abhängt.
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4 zeigt eine andere Ausführungsform der Spannvorrichtung 100. In dieser Ausführungsform ist eine Welle 140 als ein Teil der Basisschale 102 vorgesehen. Die Welle 140 erstreckt sich nach oben durch die Öffnungen 130 und 131 in dem Abdeckungsglied 118 der Basis 102 und den mittleren Teil 119 des Arms 104. Auf das gezeigte Montagebefestigungsglied 111 kann einfach von außerhalb der Spannvorrichtung 100 zugegriffen werden, um das Montieren und Entfernen der Spannvorrichtung 100 zu vereinfachen. Es ist ein Zwischenraum zwischen der Federführungswand 126 und der Welle 140 gezeigt, um zu verdeutlichen, dass in der gezeigten Ausführungsform kein Reibungseingriff zwischen dem Arm 104 und der Welle 140 gegeben ist, was ein unterscheidendes Merkmal der Spannvorrichtung 100 gegenüber dem Stand der Technik darstellt.
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5 zeigt eine andere Ausführungsform der Spannvorrichtung
100, in welcher sich die Federführungswand
126 im Wesentlichen entlang der gesamten Axiallänge der Kammer
128 erstreckt und eine Federhalterung
150 um die Führungswand
126 herum vorgesehen ist. Die Feder
106 greift während des Betriebs in die Federhalterung
150 auf ähnliche Weise wie bei dem Eingriff zwischen der Feder und der Federhalterung von
5 und
11 der PCT Veröffentlichung
WO2014063228A1 ein, um eine Dämpfung zusätzlich zu der Dämpfung an der Hülse
108 vorzusehen.
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Im Folgenden wird auf 6 Bezug genommen, die eine Spannvorrichtung 200 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Spannvorrichtung 200 ist für eine Verwendung mit nicht in Öl eingetauchten Riemen (d. h. für trockene Riemenumgebungen) konfiguriert. Die Spannvorrichtung 200 umfasst eine Basis 202, einen Spannarm 204, eine Spannfeder 206, eine Hülse 208, eine Riemenscheibe 203 und ein Lager 205. Ein Unterschied zwischen der Spannvorrichtung 200 und der Spannvorrichtung 100 besteht darin, das die Spannvorrichtung 200 eine Riemenscheibe und ein Lager umfasst, um eine Drehung der Riemenscheibe relativ zu dem Arm zu gestatten, was bei der Spannvorrichtung 100 nicht nötig ist, weil diese in einer Riemen-in-Öl-Umgebung verwendet wird.
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Die Basis 202 kann der Basis 102 ähnlich sein und kann die Form einer Basisschale aufweisen, die eine Montagewand 209 mit einer Befestigungselement-Durchgangsöffnung 210 für das Hindurchgehen eines Montagebefestigungselements 211, das die Basisschale 202 fix an dem Motor 913 hält (7), und eine Umfangswand 212 an einem radialen Umfang der Montagewand 209 umfasst. Die Umfangswand 212 definiert eine Armschwenkachse Aa.
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Der Arm 204 umfasst eine radial äußere Armfläche 220 und eine radial innere Armfläche 222, die eine Riemenscheibenachse Ap, die parallel und versetzt zu der Armschwenkachse Aa ist, definiert. Die Hülse 208 ist zwischen der radial äußeren Armfläche 220 und der Umfangswand 212 der Basis 202 angeordnet. Der Arm 204 wird in der Basis 202 mittels der Hülse 208 gehalten. Die Riemenscheibe 203 umfasst eine radial innere Riemenscheibenwand 230, die drehbar an der radial inneren Armfläche 222 für eine Drehung um die Riemenscheibenachse Ap montiert ist, und eine radial äußere Riemenscheibenwand 232, die radial außerhalb der Basis 202 angeordnet ist und mit einem endlosen Antriebsglied (z. B. dem Riemen 914 von 7) eingreifen kann. Das Lager 205 ist zwischen der radial inneren Armfläche 222 und der radial inneren Riemenscheibenwand 230 angeordnet.
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Die Spannfeder 206 ist angeordnet, um den Arm 204 in einer ersten Richtung (die als eine Freier-Arm-Richtung bezeichnet wird) um die Armschwenkachse Aa vorzuspannen, um die Riemenscheibe 203 in den Riemen 914 zu treiben. In der gezeigten Ausführungsform ist die Spannfeder 206 in der Basis 202 in der darin ausgebildeten Kammer 228 angeordnet. Die Spannfeder 206 kann eine spiralförmige Torsionsfeder sein, die der Feder 106 ähnlich ist. Ein erstes Spiralende 240 der Feder 206 greift in die Basis 202 ein, während ein zweites Ende 241 der Feder 206 in den Arm 204 eingreift.
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In der Ausführungsform von 6 definiert die radial innere Riemenscheibenwand 230 eine sich axial erstreckende Befestigungselement-Zugriffsöffnung 234, die einen Zugriff für das Installieren und Entfernen des Befestigungselements 211 vorsieht. Wie am besten in 6 zu erkennen ist, kann die Exzentrizität des Arms 204 verursachen, dass die Befestigungselement-Zugriffsöffnung 234 an den meisten Armpositionen axial von dem Befestigungselement 211 versetzt ist. Deshalb kann eine gewisse Bewegung des Arms 204 erforderlich sein, um diese ausreichend miteinander auszurichten, um einen einfachen Zugriff zu ermöglichen.
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Die Hülse 208 in der Ausführungsform von 6 wirkt derart, dass eine Reibungskraft an der Umfangswand 212 der Basis 202 und außerhalb des Durchmessers der Feder 206 erzeugt wird, um ein großes Dämpfungsdrehmoment im Vergleich zu dem Dämpfungsdrehmoment in einigen Spannvorrichtungen aus dem Stand der Technik, in denen die Reibungsdämpfung zwischen einer Nabe des Arms und einer Welle in der Basisschale vorgesehen wird, zu erzeugen.
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Ein Schubglied 242 ist an einem fernen Ende des Arms 204 vorgesehen und verhindert einen Metall-an-Metall-Kontakt zwischen dem Arm 206 und der Basis 202 während des Betriebs der Spannvorrichtung 200. Ein Sperrring 244 ist vorgesehen, um die Schubscheibe 242 in Position zu halten.
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8 zeigt eine andere Ausführungsform der Spannvorrichtung 200, in der die Basis 202 eine Schale 260 enthält, die mit ihrer Öffnung dem Motor 913 zugewandt ist und Arme 262 (9) umfasst, die Öffnungen für die Montage der Basis 202 an dem Motor 913 aufweisen. Die Basis 202 umfasst weiterhin einen Sperrring 264, der an dem zum Sperrring 244 von 6 gegenüberliegenden axialen Ende der Basis 202 vorgesehen ist. Der Sperrring 264 hält die Feder 206 in der Kammer in der Basis 202. Weiterhin ist ein Schubglied 242 an einem fernen Ende des Arms 204 vorgesehen, um einen Metall-zu-Metall-Kontakt zwischen dem Arm 206 und der Basis 202 zu verhindern.
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In der Ausführungsform von 8 umfasst die Riemenscheibe 203 eine axiale Endwand 270, die sich zwischen den radial inneren und radial äußeren Riemenscheibenwänden 230 und 232 erstreckt, und wenigstens eine Axialendwandöffnung. In dem gezeigten Beispiel weist die Riemenscheibe 203 vier Axialendwandöffnungen 272 auf (siehe 9). Die Riemenscheibe 203 kann zu einer Installationsposition gedreht werden, an welcher die wenigstens eine Axialendwandöffnung 272 mit einer Werkzeugeingriffeinrichtung 274 (wie etwa einer hexagonalen Öffnung für das Aufnehmen eines Inbusschlüssels) des Arms 204 und mit eine ersten Sperrstift-Aufnahmeöffnung 276 an der Basis 202 ausgerichtet ist, die wiederum mit einer zweiten Sperrstift-Aufnahmeöffnung 278 an dem Arm 204 ausgerichtet ist. Ein Sperrstift 280 kann durch die wenigstens eine Axialendwandöffnung 272, durch eine 276 der ersten und zweiten Sperrstift-Aufnahmeöffnungen und in die andere 278 der ersten und zweiten Sperrstift-Aufnahmeöffnungen eingesteckt werden, um den Arm 204 und die Basis 202 an einer ausgewählten Winkelposition relativ zueinander zu sperren.
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10 zeigt die Spannvorrichtung ohne ausgewählte Komponenten wie etwa die Riemenscheibe. Wie in 10 gezeigt, sind erste und zweite Laststopp-Grenzflächen 282 und 284 jeweils an der Basis 202 und dem Arm 204 vorgesehen, die zusammenwirken, um eine Laststoppposition für die Spannvorrichtung 200 zu definieren, die die Position eines maximal möglichen, aus der hohen Spannung des Riemens 914 resultierenden Schwenkens des Arms ist. Es sind erste und zweite Freier-Arm-Grenzflächen 286 und 288 jeweils an der Basis 202 und dem Arm 204 vorgesehen, die zusammenwirken, um eine Freier-Arm-Position für die Spannvorrichtung 200 zu definieren, die die Position eines maximal zulässigen, aus der Vorspannkraft der Feder 206 resultierenden Schwenkens des Arms 204 ist. Ein alternativer Aufbau für die Grenzflächen 282, 284, 286 und 288 ist in 12 gezeigt. In dieser Ausführungsform weist ein Stift 291, der in eine sich axial von dem Arm 204 erstreckende Zunge gepresst wird, die Grenzflächen 284 und 288 auf. Der Stift 291 erstreckt sich durch einen Schlitz 293 an der Basis 202, dessen Enden als die Grenzflächen 282 und 286 wirken.
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Wenn wie in 10 gezeigt der Sperrstift 280 (der auch als ein Installationsstift bezeichnet werden kann) installiert wird, befindet sich der Spannarm 204 an der Laststoppposition, die den Arm 204 aus dem Weg hält, wenn die Spannvorrichtung 200 an einem Motor installiert wird, in dem der Riemen 914 bereits installiert ist.
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11 zeigt zwei Hysteresekurven 300 und 302, die Beispiele für das auf den Spannarm 204, der die Riemenscheibe 203 in den Riemen 914 treibt, ausgeübte Drehmoment wiedergeben. Die Kurve 300 gibt das Drehmoment an dem Arm 204 wieder, wenn der Reibungskoeffizient an der Hülse 208 0,07 beträgt; und die Kurve 302 gibt das Drehmoment an dem Arm 204 wieder, wenn der Reibungskoeffizient an der Hülse 208 0,15 beträgt. Es sollte deutlich sein, dass obere Teile (300a und 302a) der Kurven 300 und 302 das Spannarmdrehmoment wiedergeben, wenn sich der Spannarm 204 zu der Laststoppposition bewegt. Die unteren Teile (300b und 302b) geben das Spannarmdrehmoment wieder, wenn sich der Spannarm 204 zu der Freier-Arm-Stoppposition bewegt.
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Die Hysteresekurven 300 und 302 zeigen, dass, wenn der Reibungskoeffizient um einen Faktor von ungefähr 2 größer wird, das Spannarmdrehmoment relativ stabil während einer Bewegung des Arms 204 in der Freier-Arm-Richtung bleibt, während das Drehmoment während einer Bewegung des Arms 204 in der Laststopprichtung um ungefähr 50% größer wird. Dies ist vorteilhaft, weil in Situationen, in denen der Reibungskoeffizient größer als der ursprünglich für die Spannvorrichtung 200 vorgesehene ist, der untere Teil der Spannarmdrehmomentkurve stabil bleibt. Im Gegensatz dazu kann bei einigen Spannvorrichtungen aus dem Stand der Technik wie etwa den Spannvorrichtungen mit einer Feder für das Ausüben einer Kraft auf ein Reibungsglied, das zu dem Dämpfungsdrehmoment beiträgt, eine Änderung des Reibungskoeffizienten zu einer großen Vergrößerung in dem oberen Teil der Drehmomentkurve und auch zu einer großen Verkleinerung in dem unteren Teil der Drehmomentkurve führen.
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Es ist also deutlich, dass das durch den Arm 204 ausgeübte minimale Drehmoment auch bei großen Änderungen des Reibungskoeffizienten an dem Dämpfungsglied (z. B. der Hülse 208) relativ stabil bleibt. Das gleiche gilt auch für das durch den Arm 104 ausgeübte minimale Drehmoment bei großen Änderungen des Reibungskoeffizienten an dem Dämpfungsglied 108. Weiterhin ist deutlich, dass die Dämpfungsgröße in den Spannvorrichtungen 100 und 200 wie oben beschrieben auf der Nabenlast basiert. Wenn also die Nabenlast kleiner wird, verkleinert sich das Dämpfungsdrehmoment, wodurch die Wirkung der Feder 206 (und 106) zum Treiben des Arms 204 (oder 104) in den Riemen 914 unterstützt wird.
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Indem sichergestellt wird, dass das durch den Arm 904 ausgeübte minimale Drehmoment unter vielen Bedingungen relativ stabil bleibt, wird die Gefahr eines Schleppeffekts reduziert, was wiederum bedeutet, dass die Gefahr eines Abfalls der Spannung des Riemens 914 zu null, was zu einem Überspringen von Zähnen und einer dadurch bedingten Beschädigung des Riemens und des Motors 913 führen könnte, reduziert ist.
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Es ist zu beachten, dass die in 6–10 gezeigte Konfiguration der Spannvorrichtung mehrere Vorteile bietet. Weil zum Beispiel der Arm 204 außerhalb des Lagers 205 angeordnet ist und die Riemenscheibe 203 auf der Innenseite des Lagers 205 gedreht wird, ist der Verschleiß an dem Lager wesentlich geringer, da die Rollelemente des Lagers (z. B. Kugeln) mit einer niedrigeren Geschwindigkeit rollen als in einem Fall, in dem die Riemenscheibe 203 an der Außenseite angeordnet ist. Die niedrigere Geschwindigkeit bringt auch eine geringere Wärme als in anderen Konfigurationen mit sich, was wiederum zu einer längeren Lebenszeit des Lagers beiträgt.
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Und obwohl der Arm 204 außerhalb des Lagers 205 angeordnet ist, ist der Arm 204 relativ leicht und nimmt axial relativ wenig Raum ein. Der Grund hierfür ist, dass der Arm 204 selbst allgemein ringförmig ist und dennoch eine Exzentrizität zwischen der Innenfläche 222 und der Außenfläche 220 vorhanden ist. Im Gegensatz dazu können die Arme einiger Spannvorrichtungen aus dem Stand der Technik ziemlich schwer sein, wodurch deren Trägheit vergrößert wird und deren Reaktionsfähigkeit auf Änderungen in der Riemenspannung reduziert wird. Dieses geringe Gewicht verbessert die Reaktionsfähigkeit des Arms 204 auf Änderungen der Riemenspannung.
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Die Konfiguration des Arms 204, der Riemenscheibe 203 und der Basis 202 trägt zu einer relativ kleinen axialen Höhe der Spannvorrichtung 200 bei. Es hat sich herausgestellt, dass bei einer Dimensionierung der Kammer 228 mit einem 6,5 mm großen Raum für die Feder 206 und einer Verwendung eines 8 mm breiten 6003-Kugellagers die gesamte Spannvorrichtung 200 eine axiale Höhe von ungefähr 21,5 mm aufweisen kann und in einigen Ausführungsformen eine Exzentrizität (d. h. eine Distanz zwischen der Riemenscheibenachse Ap und der Armschwenkachse Aa) von 3 mm und in anderen Ausführungsformen von 5 mm oder mehr aufweisen kann. Das an der Hülse 208 erzeugte Dämpfungsdrehmoment kann ausreichen, um in einigen Fällen eine Exzentrizität von 25 mm zu unterstützen.
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Indem eine größere Dämpfungskraft vorgesehen wird, kann die Armlänge des Spannarms 104 oder 204 größer als bei Spannarmen aus dem Stand der Technik sein, was eine relativ kleinere Winkelbewegung für den Arm 104 oder 204 für das Unterstützen eines ausgewählten Satzes von Riemenspannbedingungen mit sich bringt. Die kleinere Winkelbewegung des Arms 204 erlaubt eine „flachere” (d. h. eine weniger parabolische) Drehmomentkurve für die Feder 206, was eine allgemein konstantere Riemenspannung während des Betriebs des Motors 913 bedeutet. Die hohen Spitzen der Riemenlast, die durch mit dem Riemen eingreifende Komponenten wie etwa den Kurbelwellenriemen 912 induziert werden, sind höher als das maximale Drehmoment einer beliebigen Hysteresekurve, die auf die Spannvorrichtung 200 angewendet werden kann (z. B. die Kurve 300); und die niedrigen Täler der Riemenlast sind niedriger als das minimale Drehmoment der anwendbaren Hysteresekurve, um eine Bewegung des Arms 204 zu induzieren. Während des Betriebs des Motors 913 induzieren Drehmomente außerhalb der Hystersekurve der Spannvorrichtung 200 eine Bewegung des Spannarms 204. Die Kombination aus dem Federdrehmoment und dem Reibungsdrehmoment (von der Hülse 208 und anderen Reibungselementen wie etwa dem Schubglied 242) sowie der Trägheit des Arms 204 und von an dem Arm montierten Komponenten wie etwa der Riemenscheibe 203 und dem Lager 205, sofern vorhanden, begrenzen die Oszillationen des Arms 204 dynamisch auf weniger als ein ausgewählter Wert wie zum Beispiel +/–10 Grad. In einigen Ausführungsformen kann der ausgewählte Wert dynamisch kleiner als +/–2 Grad sein. Dies trägt vorteilhaft zu der oben genannten flacheren Drehmomentkurve für die Feder 206 bei.
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In den hier beschriebenen Ausführungsformen kann der Spannarm 104 oder 204 allgemein aus Stahl oder Aluminium ausgebildet sein. Auch die Basis 102 oder 202 kann aus Stahl oder Aluminium ausgebildet sein. Die Hülse 108 oder 208 kann aus Nylon, aus einem PTFE enthaltenden Material oder PTFE selbst ausgebildet sein, je nach der benötigten Dämpfungskraft und Verschleißbeständigkeit.
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Wenn die Hülse allgemein zwischen dem Arm und einer Basis angeordnet ist, um eine Dämpfung vorzusehen, kann die Hülse in Bezug auf eine Drehung mit dem Arm gesperrt sein, sodass eine Reibung mit der Basis erzeugt wird, an der Basis gesperrt sein, sodass eine Reibung mit dem Arm erzeugt wird, oder an keinem dieser Teile gesperrt sein, sodass eine Reibung mit dem Arm und/oder der Basis erzeugt werden kann. Die Reibungskraft wird jedoch in jedem dieser Fälle allgemein an der Umfangswand der Basis vorgesehen.
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Es ist deutlich, dass die Spannvorrichtung 200 ohne eine Federhalterung, ohne eine Schwenkwelle und ohne eine Installationswelle (eine Welle zum Einstellen einer Startposition des Arms in Bezug auf die Basis), die alle relativ kostspielig herzustellende Komponenten sind, betrieben werden kann, um die Herstellungskosten der Spannvorrichtung 200 zu reduzieren. Weiterhin wird eine große Dämpfungsgröße auch dann vorgesehen, wenn der Durchmesser des Lagers 205 klein bleibt. Die nicht auf das Lager bezogenen Vorteile gelten auch für die Spannvorrichtung 100.
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Wenn hier allgemein auf die Riemenscheibe 203 Bezug genommen wird, ist der Begriff „Riemenscheibe” in einem breiten Sinn zu interpretieren, wobei es sich um drehende Elemente mit oder ohne Zähne handeln kann, die konfiguriert sind, um in die glatte Seite eines mit Zähnen versehenen Riemens, in die Zahnseite eines mit Zähnen versehenen Riemens oder in eine Kette einzugreifen. Der Eingriff zwischen einer Riemenscheibe und einem Riemen oder einer Kette kann entweder synchron (d. h. Zähne an der Riemenscheibe greifen in Zähne an dem Riemen oder in Öffnungen in der Kette ein) oder asynchron (die Riemenscheibe weist eine glatte Eingreiffläche für einen Eingriff mit einer beliebigen Seite des Riemens oder der Kette auf) sein.
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Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass verschiedene Modifikationen an den hier beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der durch die folgenden Ansprüche definierte Erfindungsumfang verlassen wird.