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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/075,595 vom 5. November 2014, deren Inhalt hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
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ERFINDUNGSFELD
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Die Erfindung betrifft Spannvorrichtungen und insbesondere Spannvorrichtungen, die betrieben werden, um synchrone, endlose Antriebsglieder wie etwa einen Zahnriemen an einem Motor zu spannen.
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STAND DER TECHNIK
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Spannvorrichtungen sind bekannte Vorrichtungen zum Aufrechterhalten einer Spannung in Riemen (z. B. Zahnriemen) oder anderen endlosen Antriebsgliedern, die durch einen Motor angetrieben werden und verwendet werden, um bestimmte Komponenten wie etwa Nockenwellen anzutreiben. Eine Spannvorrichtung umfasst gewöhnlich eine Basis, die an dem Motor montiert wird, einen Spannarm, der in Bezug auf die Basis um eine Schwenkachse geschwenkt werden kann, eine Riemenscheibe, die an einem freien Ende des Arms für einen Eingriff mit dem Riemen montiert ist, und eine Feder, die zwischen der Basis und dem Arm wirkt, um den Arm in den Riemen zu treiben. Die Richtung in den Riemen (d. h. die Richtung, in welcher die Feder den Arm treibt), kann als eine Richtung zu einer freien Armposition (d. h. zu einer Position, die der Spannarm erreichen würde, wenn kein Riemen zum Stoppen desselben vorhanden wäre) bezeichnet werden. Dabei handelt es sich um eine Richtung zum Verringern der potentiellen Federenergie. Der Spannarm bewegt sich allgemein in dieser Richtung, wenn die Riemenspannung abfällt. Die Richtung weg von dem Riemen (d. h. die Richtung gegen die Vorspannkraft der Feder) kann als eine Richtung zu einer Laststoppposition bezeichnet werden, wobei es sich um eine Richtung zum Vergrößern der potentiellen Federenergie handelt. Der Spannarm bewegt sich allgemein in dieser Richtung, wenn die Riemenspannung größer wird. Es ist allgemein wünschenswert, eine abrupte Begrenzung der Bewegung des Arms in der Laststopprichtung zu verhindern, um plötzliche Belastungsanstiege für die Komponenten der Spannvorrichtung zu reduzieren.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß einem Aspekt wird eine Spannvorrichtung für ein endloses Antriebsglied vorgesehen, das eine Wellen- und Basiseinheit, einen Spannarm, eine Riemenscheibe, eine Spannfeder und eine Hülse umfasst. Die Wellen- und Basiseinheit kann stationär relativ zu einem Motor montiert werden. Der Spannarm ist schwenkbar an der Wellen- und Basiseinheit montiert, um eine Schwenkbewegung um eine Armschwenkachse vorzusehen. Die Riemenscheibe kann an dem Spannarm um eine Riemenscheibenachse, die von der Armschwenkachse versetzt ist, gedreht werden. Die Riemenscheibe kann in ein endloses Antriebsglied eingreifen. Die Spannfeder ist eine spiralförmige Torsionsfeder, die angeordnet ist, um den Spannarm in einer freien Armrichtung zu drücken. Der Spannarm kann durch das endlose Antriebsglied in einer Laststopprichtung, die der freien Armrichtung entgegengesetzt ist, gegen das Drücken der Spannfeder gedrückt werden. Eine Bewegung des Spannarms in der Laststopprichtung veranlasst eine dimensionale Änderung in der Spannfeder in einer ersten Radialrichtung. Die Hülse ist an dem Spannarm oder der Wellen- und Basiseinheit fixiert und kann radial in die Spannfeder eingreifen, um die dimensionale Änderung der Spannfeder in der ersten Radialrichtung zu begrenzen. Die Hülse weist eine Vielzahl von sich axial erstreckenden Rippen auf, die sich um einen Umfang der Hülse erstrecken, entlang des Umfangs voneinander beabstandet sind und alle gleichzeitig progressiv mit der Spannfeder zwischen einer ersten Winkelposition und einer zweiten Winkelposition, an welcher eine weitere Bewegung der Spannfeder in der ersten Radialrichtung verhindert wird, eingreifen können, um eine Bewegung des Spannarms über die zweite Winkelposition hinaus zu verhindern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Seitenansicht eines Motors mit einer Spannvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Spannvorrichtung von 1.
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3 ist eine perspektivische Schnittansicht der Spannvorrichtung von 1.
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4 ist eine auf den Kopf gestellte perspektivische Schnittansicht einer Hülse, die Teil der Spannvorrichtung von 1 ist.
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5 ist eine vergrößerte perspektivische Schnittansicht eines Teils der Spannvorrichtung von 1.
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6a und 6b sind Schnittdraufsichten auf einen Teil der Spannvorrichtung von 1 und zeigen einen Spannarm jeweils in einer ersten Winkelposition und einer zweiten Winkelposition.
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7 ist ein Kurvendiagramm, das eine Spannung/Position-Kurve für eine Spannvorrichtung aus dem Stand der Technik zeigt.
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8 ist ein Kurvendiagramm, das eine Spannung/Position-Kurve für die Spannvorrichtung von 1 zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein Zahnantrieb 10 für einen Motor 101 ist in 1 gezeigt. Der Zahnantrieb 10 umfasst einen Spanner 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Spannvorrichtung 100 ist an einem stationären Glied wie etwa dem Block des Motors 101 montiert und greift in ein endloses Antriebsglied 103 ein, das zum Beispiel ein Zahnriemen oder ein beliebiges anderes synchrones und endloses Antriebsglied sein kann. Das endlose Antriebsglied 103 überträgt eine Drehkraft von einer Kurbelwelle 104 zu einem Paar von Nockenwellen 105a und 105b.
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Eine Explosionsansicht der Spannvorrichtung 100 ist in 2 gezeigt. Die Spannvorrichtung 100 umfasst eine Wellen- und Basiseinheit 113, einen Spannarm 119, eine Spannriemenscheibe 120 und eine Spannfeder 122. Die Wellen- und Basiseinheit 113 kann stationär relativ zu dem Motor 101 montiert werden und definiert eine Armschwenkachse AA (3) für den Spannarm 119. Die Wellen- und Basiseinheit 113 umfasst eine Welle 114 und eine Basis 115 und kann optional weiterhin ein exzentrisches Installationsglied 111 umfassen, das in einer Montageöffnung 112 der Welle 114 montiert werden kann und mit der Wand 112a (3) der Montageöffnung 112 der Welle 114 zusammenwirkt, um eine Befestigungsglied-Durchgangsöffnung 116 für das Aufnehmen eines Spannvorrichtungs-Montagebefestigungsglieds 117 zu definieren. Die Basis 115 kann fix an der Welle 114 montiert werden (z. B. durch Stecken oder auf andere Weise). Das Spannvorrichtungs-Montagebefestigungsglied 117 erstreckt sich durch die Öffnung 116 und ist in eine Aufnahmeöffnung 101a in dem Block des Motors 101 geschraubt, um die Wellen- und Basiseinheit 113 fix an diesem zu montieren. Eine erste Drehsperreinrichtung 115a (z. B. ein axialer Vorsprung) der Wellen- und Basiseinheit 113 (in 3 an der Basis 115 gezeigt) kann passend in eine zweite Drehsperreinrichtung (z. B. eine axiale Aufnahmeöffnung 101b an dem Block des Motors 101, um die Wellen- und Basiseinheit 113 drehend zu sperren, wenn diese an dem Motor 101 montiert ist) eingreifen.
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Das exzentrische Installationsglied 111 kann über einen Bereich von Drehpositionen in der Montageöffnung 112 bewegt werden. Eine Bewegung des exzentrischen Installationsglieds 111 zu verschiedenen Drehpositionen in der Montageöffnung 112 bewegt die Außenfläche 114a der Welle 114 relativ zu der Aufnahmeöffnung 118 an dem Motor 101, um eine Einstellung für die Position des Spannarms 119 vorzusehen. In einigen Ausführungsformen kann auf das exzentrische Installationsglied 111 verzichtet werden, wobei in diesem Fall die Basis 115 an der Welle 114 montiert werden kann (z. B. durch Stecken).
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Der Spannarm 119 ist schwenkbar an der Welle 114 für eine Schwenkbewegung um die Armschwenkachse AA montiert. Eine Muffe 123 kann zwischen dem Spannarm 119 und der Außenfläche 114a der Welle 114 vorgesehen sein, um den Reibungsgrad beim Schwenken des Spannarms 119 zu kontrollieren. Die Muffe 123 kann aus einem beliebigen geeigneten Material wie etwa einem geeigneten Nylon ausgebildet sein und kann optional mit einem Material wie etwa TeflonTM imprägniert sein.
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Die Riemenscheibe 120 ist drehbar an dem Spannarm 119 (z. B. mittels eines Kugellagers 121) für eine Drehung um eine Riemenscheibenachse AP (3), die von der Armschwenkachse AA versetzt ist, montiert. Die Riemenscheibe 120 kann in das endlose Antriebsglied 103 eingreifen (1).
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Ein Schubglied 125 kann vorgesehen sein, um die Komponenten der Spannvorrichtung 100 an einem fernen Ende der Welle 114 axial zu halten.
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Wie in 2 gezeigt, umfasst die Wellen- und Basiseinheit 113 (in diesem Beispiel die Basis 115) eine erste Federende-Sperreinrichtung 126 (z. B. einen Schlitz), der eine erste Zunge an dem ersten Ende 128 der Spannfeder 122 zu der Wellen- und Basiseinheit 113 sperrt. Der Spannarm 119 umfasst eine zweite Federende-Sperrvorrichtung 130 (z. B. einen Schlitz), der eine zweite Zunge an dem zweiten Ende 132 der Spannfeder 122 zu dem Spannarm 119 sperrt.
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Die Spannfeder 122 kann eine spiralförmige Torsionsfeder sein, die angeordnet ist, um den Spannarm 119 in der freien Armrichtung FA (in 2 gezeigt) zu drücken. Der Spannarm 119 kann durch das endlose Antriebsglied 101 (durch einen Eingriff des endlosen Antriebsglieds 103 mit der Riemenscheibe 120) in einer Laststopprichtung LS (1), die der freien Armrichtung FA entgegengesetzt ist, gegen das Drücken der Spannfeder 122 gedrückt werden. Die Bewegung des Spannarms 122 in der Laststopprichtung LS veranlasst eine Dimensionsänderung in der Spannfeder in einer ersten Radialrichtung RD1 (siehe 5). In dem gezeigten Beispiel erstreckt sich die erste Radialrichtung RD1 radial nach innen.
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Eine Hülse 140, die an dem Spannarm 119 oder der Wellen- und Basiseinheit 113 fixiert ist, wird verwendet, um die Spannfeder 122 progressiv zu sperren, um dadurch die Bewegung des Spannarms 119 relativ zu der Wellen- und Basiseinheit 113 zu begrenzen. In der gezeigten Ausführungsform ist die Hülse 140 an dem Spannarm 119 (z. B. mittels eines Klebers) fixiert. Die Hülse 140 kann radial in die Spannfeder 122 eingreifen, um eine dimensionale Änderung der Spannfeder 122 in der ersten Radialrichtung RD1 zu begrenzen, wenn der Spannarm 119 über eine ausgewählte Winkelposition relativ zu der Wellen- und Basiseinheit hinaus geht. In einigen Ausführungsformen ist die Hülse 140 konfiguriert, um ein graduelles oder progressives Eingreifen mit der Spannfeder 119 vorzusehen, sodass die Widerstandsgröße für eine Bewegung des Arms 119 progressiv größer wird, bis eine weitere radiale Verkleinerung der Feder 119 gestoppt wird, sodass sich der Arm 119 nicht weiter in der Laststopprichtung LS drehen kann. In der gezeigten Ausführungsform wird dieses progressive Sperren des Arms 119 durch eine Vielzahl von sich axial erstreckenden Rippen 142 vorgesehen, die in der gezeigten Ausführungsform entlang des Umfangs an der Außenfläche 144 der Hülse 140 beabstandet sind (4). In der beispielhaft gezeigten Ausführungsform sind sechs Rippen 142 vorgesehen, die mit gleichen Abständen um den Umfang der Hülse 140 beabstandet sind, wobei jedoch auch eine beliebige andere, geeignete Anzahl von Rippen 142 und beliebige andere, geeignete (gleiche oder ungleiche) Abstände zwischen diesen vorgesehen sein können. Die Rippen 142 können alle gleichzeitig mit der Spannfeder 122 zwischen einer ersten Winkelposition (P1 in 6a) und einer zweiten Winkelposition (P2 in 6a), bei welcher eine weitere Bewegung der Spannfeder 119 in der ersten Radialrichtung RD1 verhindert wird, eingreifen, um eine Bewegung des Spannarms 119 über die zweite Winkelposition P2 hinaus zu verhindern.
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Das progressive Eingreifen sieht effektiv eine progressive Behinderung zwischen dem Außendurchmesser der Hülse 140 an den Rippen 142 und dem Innendurchmesser der Feder 122 vor. Die Zwischenräume zwischen den Rippen 142 ermöglichen eine Verkleinerung des effektiven Innendurchmessers der Feder 122 zu einem Grad, der kleiner als der Außendurchmesser der Hülse 140 an den Rippen 142 ist. An der ersten Winkelposition P1, die zum Beispiel ungefähr 70 Grad von der freien Armposition PFA des Spannarms 119 (6a) entfernt sein kann, greifen die Rippen 142 alle gleichzeitig in die Feder 122 ein und greifen progressiv in die Spannfeder 122 zwischen der ersten Winkelposition P1 und der zweiten Winkelposition P2, an welcher eine weitere Bewegung der Spannfeder 122 in der ersten Radialrichtung RD1 verhindert wird, ein, um eine Bewegung des Spannarms 119 über die zweite Winkelposition P2 hinaus zu verhindern. Die zweite Winkelposition P2 kann zum Beispiel ungefähr 100 Grad von einer freien Armposition PFA entfernt sein, um einen Winkelbereich von ungefähr 30 grad vorzusehen, über den das progressive Eingreifen zwischen den ersten und zweiten Positionen auftritt. Die effektive Behinderung kann ungefähr 0 mm an der ersten Winkelposition (ungefähr 70 Grad von der Position PFA entfernt), ungefähr 0,16 mm an einer ersten mittleren Position (ungefähr 80 Grad von der Position PFA entfernt), ungefähr 0,32 mm an einer zweiten mittleren Position (ungefähr 90 Grad von der Position PFA entfernt) und ungefähr 0,5 mm an der zweiten Winkelposition betragen.
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Das Material der Hülse 140 kann ein beliebiges geeignetes Material wie etwa ein geeignetes Nylon sein. Die Feder 122 kann ein beliebiges geeignetes Material wie etwa ein geeigneter Stahl sein.
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7 und 8 zeigen eine beispielhafte Spannung/Position-Kurve 200 für eine Spannvorrichtung aus dem Stand der Technik (7) und eine beispielhafte Spannung/Position-Kurve 202 für die Spannvorrichtung 100 (8). Es ist deutlich, dass sich rechts von der Kurve 202 die Spannung allmählich und progressiv aufbaut, sobald der Arm 119 die erste Winkelposition P1 erreicht.
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind nur beispielhaft aufzufassen, wobei der Fachmann verschiedene Änderungen und Modifikationen an den hier beschriebenen Ausführungsformen vornehmen kann.
