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Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine herkömmliche Spannvorrichtung ist aus der
EP 0 652 390 A1 bekannt. Diese umfasst eine Reibplatte, die zwischen einer Druckplatte und dem Arm angeordnet ist und einen Widerstand gegenüber der Schwenkung des Arms ausübt. Die Reibplatte ist in diesem Fall mit Ausnehmungen versehen, in denen sich Verschleißpartikel sammeln können. Die Ausnehmungen können in Form radialer Nuten vorgesehen sein, die sich auf der Reibplatte sternförmig nach außen erstrecken und so ein Abfördern der Verschleißpartikel nach außen begünstigen können.
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Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf eine automatische Spannvorrichtung, die einen Riemen in einem Riementrieb selbsttätig in einer vorgegebenen Spannung hält, und zwar derart, daß eine Änderung der Position einer Spannscheibe aufgrund von Vibrationen oder Stößen, die über den Riemen aufgenommen werden, unterdrückt werden und die Spannscheibe einen Druck ausüben kann, der die Riemenspannung konstant hält.
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Einige herkömmliche, selbsttätig wirkende Spannvorrichtungen umfassen eine Spannscheibe, um die ein Riemen herumgelegt ist, einen Arm zur Lagerung der Spannscheibe, eine Trägerachse zur schwenkbaren Lagerung des Arms, eine Reibplatte zur Ausübung eines Widerstands gegen die Schwenkbewegung des Arms und eine Schraubenfeder, die den Arm und damit die Spannscheibe in Drehrichtung und zugleich den Arm in Axialrichtung gegen die Reibplatte vorspannt. Die Schraubenfeder und die Reibplatte üben unterschiedliche Funktionen aus, je nachdem, ob sich die Riemenspannung geringfügig ändert oder ob erhebliche Schwingungen und Stöße ausgeübt werden.
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Wenn sich die Riemenspannung geringfügig ändert, wird der Arm durch die Rückstellkraft der Schraubenfeder so vorgespannt, daß die Riemenspannung konstant bleibt. Wenn plötzliche und heftige Schwingungen oder Stöße von dem Riemen auf die Spannscheibe ausgeübt werden, werden diese auf den Arm übertragen. Da der Arm jedoch durch die axiale Rückstellkraft der Schraubenfeder gegen die Reibplatte gedrückt wird, wird ein großer Reibwiderstand ausgeübt zwischen dem Arm und der Reibplatte. Folglich werden die Schwingungen und Stöße rasch absorbiert und gedämpft, so daß verhindert wird, daß der Arm, der die Spannscheibe trägt, ausgeschwenkt wird, so daß auch in diesen Fällen die Riemenspannung konstant bleibt.
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Bei einer derartigen Spannvorrichtung verschleißt die Reibplatte mit der Zeit. Dadurch gelangen Verschleißpartikel in den Zwischenraum zwischen der Reibplatte und einer Gegenfläche, die die Reibplatte berührt und sich an einer Druckplatte befindet. Wenn die verbleibenden Reibpartikel zunehmen, ändert sich der Reibwiderstand zwischen der Reibplatte und dem Arm. Folglich kann die Dämpfungskraft gegenüber Schwingungen und Stößen abfallen. Es ist daher möglich, daß die Funktion eines Schutzes gegenüber Schwingungen und Stößen verlorengeht.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannvorrichtung zu schaffen, bei der Änderungen im Reibwiderstand der Reibplatte aufgrund von Verschleißpartikeln verhindert werden. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, nicht nur die Abführung der Verschleißpartikel aus den Sammelbereichen zu begünstigen, sondern auch die Biegesteifigkeit der Druckplatte in Radialrichtung und in Umfangsrichtung zu erhöhen, und zwar mit Hilfe von Maßnahmen, die baulich einfach zu realisieren sind.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Die erfindungsgemäße, selbstätige Spannvorrichtung umfaßt eine Trägerachse mit einem Trägerbereich für einen Arm. Der Arm ist schwenkbar auf dem Trägerbereich der Trägerachse gelagert und trägt seinerseits drehbar eine Spannscheibe an seinem freien Ende. Eine Gegenfläche liegt dem Arm gegenüber und ist drehfest in Bezug auf den Trägerbereich der Achse angeordnet. Eine Reibplatte liegt zwischen dem Arm und der Gegenfläche an der Druckplatte und bewirkt eine Abbremsung der Schwenkbewegung des Armes im Zusammenwirken mit der Gegenfläche an der Druckplatte. Eine Anpreßvorrichtung drückt den Arm in Axialrichtung gegen die Reibplatte, so daß diese mit der Gegenfläche in Berührung kommt.
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In der Druckplatte sind Sammelbereiche für Verschleißpartikel vorgesehen, die die Aufnahme der Verschleißpartikel ermöglichen, so daß diese das Reibverhalten der Reibplatte nicht beeinträchtigen können.
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Erfindungsgemäß sind die Sammelbereiche für Verschleißpartikel konkave Bereiche der Gegenfläche, die mit der Reibplatte in Berührung steht. Auf der Gegenseite von den konkaven Bereichen sind teilweise in Axialrichtung ausgewölbte Bereiche vorgesehen, die die Biegefestigkeit der Druckplatte erhöhen.
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Die Gegenfläche ist an einer Druckplatte ausgebildet, die die Reibplatte gegen den Arm drückt.
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Vorzugsweise ist als Anpreßvorrichtung eine Schraubenfeder vorgesehen, die den Arm gegen die Reibplatte drückt und den Arm zugleich in Drehrichtung vorspannt, so daß die Spannscheibe gegen den Riemen gedrückt werden kann.
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Die Sammelbereiche für Verschleißpartikel sind auf dem Umfang verteilt angeordnet. Es sind Auswurföffnungen vorgesehen, durch die Verschleißpartikel aus den Sammelbereichen ausgeworfen werden. Diese Auswurföffnungen können gebildet werden durch Verlängerung des radial-inneren oder -äußeren Endes der konkaven Bereiche über den inneren oder äußeren Rand der ringförmigen Reibplatte hinaus.
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Die Sammelbereiche haben vorzugsweise die Form einer streifenförmigen Nut, die sich in Radialrichtung oder schräg zur Radialrichtung erstreckt. Die Nut kann auch V-förmig ausgebildet sein.
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Da die Verschleißpartikel ständig abgeführt werden, besteht nicht die Gefahr, daß sie das Reibverhalten der Reibplatte ändern.
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Wenn sich die Sammelbereiche in mehreren auf dem Umfang verteilten Positionen befinden, kann an allen Positionen Abrieb gesammelt werden.
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Wenn der Sammelbereich eine äußere Öffnung aufweist, können die Verschleißpartikel nach außen ausgeworfen werden, so daß es nicht wahrscheinlich ist, daß sie in den Zwischenraum zwischen der Reibplatte und der Druckplatte zurückkehren.
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Wenn die Sammelbereiche in Radialrichtung verlaufende Nuten sind, erstreckt sich der Sammelbereich senkrecht zur Drehrichtung des Armes in Bezug auf die Reibplatte und die Drehrichtung der Reibplatte in Bezug auf eine ringförmige Platte, so daß das Einsammeln der Verschleißpartikel erleichtert wird.
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Wenn der Sammelbereich eine streifenförmige Nut ist, die gegenüber der Radialrichtung geneigt ist, werden die Partikel durch Schwenkung des Armes zu einer radialen Seite mitgenommen.
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Wenn der Sammelbereich eine V-förmige Nut ist, können die Partikel in beiden Schwenkrichtungen leichter gesammelt werden.
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Wenn die Buchse eine von innen nach außen zunehmende Wandstärke aufweist, kann sie in dem besonders belasteten äußeren Bereich, dessen Belastung sich durch die versetzte Anordnung der Lagerung des Armes und der Lagerung der Spannscheibe ergibt, ausreichend stabil und verschleißfest sein, um eine asymmetrische Beschädigung oder einen asymmetrischen Verschleiß zu verhindern.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
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1 ist eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 ist ein Schnitt entlang der Linie (2)-(2) in 1;
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3 ist eine vergrößerte Teildarstellung zu 2;
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4 ist eine perspektivische Darstellung eines Kupplungsbereichs zwischen dem Trägerbereich für einen Arm und einer Druckplatte gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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5 ist eine Draufsicht auf eine Spannvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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6 ist ein vergrößerter Schnitt entlang der Linie (6)-(6) in 5;
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7 ist eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und
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8 ist ein vergrößerter Schnitt entlang der Linie (8)-(8) in 7.
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Eine automatische Spannvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung soll anhand von 1 bis 4 erläutert werden.
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Eine automatische Spannvorrichtung 50 umfaßt eine Trägerachse 1, einen Arm 2, eine Spannscheibe 3, eine Torsions-Schraubenfeder 4, die als Druckglied wirkt, eine Reibplatte 5, eine Druckplatte 6 als Gegenstück und eine Buchse 7, die als Gleitlager wirkt. Ein Riemen 51 ist um die Spannscheibe 3 herumgelegt.
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Bei der Spannvorrichtung ist die Spannscheibe 3 in einer versetzten Position außerhalb des vorderen Endes der Trägerachse 1 angeordnet. Mit anderen Worten, die Trägerachse 1 weist einen Trägerbereich 11 mit einem Zentrum O1 auf, und axial versetzt hierzu ist ein Spannscheiben-Trägerbereich 22 mit einem Zentrum O2 vorgesehen.
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Die Trägerachse 1 ist an einem Gehäuse 52 befestigt, an dem ein nicht gezeigter Riemenantrieb angebracht ist. Die Trägerachse 1 umfaßt einen Trägerbereich 11 für einen Arm, der gebildet wird durch einen kegelstumpfförmigen Endbereich 11a und einen zylindrischen, inneren Bereich 11b, eine Abdeckung 12 radial außerhalb des Trägerbereichs 11 und in Abstand zum äußeren Umfang des Trägerbereichs 11, und Befestigungslaschen 13 zur Aufnahme von Schrauben in axialer Höhe des Zentrums O1 am äußeren Umfang der Abdeckung 12, die in diametral entgegengesetzte Richtung gerichtet sind. Die Trägerachse 1 ist durch Aluminiumguß hergestellt. Die äußere Umfangsfläche des kegelstumpfförmigen Endbereichs 11a des Trägerbereichs 11 der Trägerachse 1 entspricht in ihrem Konuswinkel einem Formungswinkel.
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Der Arm 2 ist mit Hilfe des Trägerbereichs 11 der Trägerachse 1 schwenkbar gelagert. Der Arm 2 umfaßt einen Basisbereich 21, der im äußeren Bereich 11a des Trägerbereichs 11 über eine kegelstumpfförmige Buchse 7 befestigt ist, und einen Trägerbereich 22 für die Spannscheibe, der den Basisbereich 21 einstückig fortsetzt und in Richtung entgegen der Richtung des Basisbereichs axial vorspringt.
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Die Spannscheibe 3 ist drehbar durch den Trägerbereich 22 des Armes 2 gehalten und mit Hilfe eines Kugellagers 9 gelagert. Ein Riemen 51 ist um den äußeren Umfang der Spannscheibe herumgelegt. Die Spannscheibe 3 ist an dem Trägerbereich 22 des Armes 2 über eine Schraube 8a gehalten. Zum Schutz des Kugellagers 9 gegenüber Wasser und Fremdkörpern ist eine Abdeckplatte 10 vorgesehen, die durch die Schraube 8a gehalten wird.
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Die Schraubenfeder 4 befindet sich in dem ringförmigen Zwischenraum zwischen dem äußeren Umfang des Trägerbereichs 11 der Trägerachse 1 und dem Basisbereich 21 des Armes 2 einerseits und dem inneren Umfang der Abdeckung 12 der Trägerachse 1 andererseits, ohne mit diesen beiden Umfangsflächen in Berührung zu stehen. Die Feder wird durch Verdrehung zusammengedrückt. Die Schraubenfeder 4 spannt den Arm 2 in Gegenuhrzeigerrichtung in 1 vor durch die in Umfangsrichtung wirkende Rückstellkraft der Feder, so daß der Riemen 51 über die Spannscheibe 3, die an dem Arm 2 gelagert ist, vorgespannt wird. Außerdem drückt die Schraubenfeder 4 den Basisbereich 21 des Armes 2 in Axialrichtung gegen die Reibplatte 5, so daß auf den Basisbereich 21 ein Reibwiderstand ausgeübt wird.
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Beide Endbereiche der Schraubenfeder 4 weisen Eingriffsbereiche 41, 42 auf, die in Radialrichtung nach außen gebogen sind. Diese Eingriffsbereiche 41, 42 werden in einen schlitzförmigen Ausschnitt 14 im Ansatzbereich der Träger-achse 1 und einen schlitzförmigen Ausschnitt 23 mit dem Basisbereich 21 des Armes 2 eingesetzt.
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Die Reibplatte 5 übt auf den Arm 2 einen Reibwiderstand aus, so daß die Schwenkbewegung des Armes 2 gebremst wird. Die Reibplatte 5 liegt dem Basisbereich 21 des Armes 2 so gegenüber, daß beide in Axialrichtung in Berührung treten. Die Druckplatte 6 steht in Berührung mit einer Stirnfläche des äußeren Bereichs 11a des Trägerbereichs 11 der Trägerachse 1. Die Druckplatte 6 ist an dem Trägerbereich 11 des Armes mit Hilfe einer Schraube 8d verbunden, die in den Endbereich 11a des Trägerbereichs 11 eingeschraubt ist. Der Basisbereich 21 des Armes 2 wird gegen die Druckplatte 6 mit Hilfe der Rückstellkraft der Schraubenfeder 4 vorgespannt. Die Reibplatte 5 ist aufgrund dieser Vorspannkraft elastisch zwischen dem Basisbereich 21 und der Druckplatte 6 eingefügt und übt einen gegen die Schwenkbewegung des Armes 2 gerichteten Reibwiderstand aus.
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Wie 4 zeigt, ist die Druckplatte 6 eine ringförmige Platte mit einer wellenförmig begrenzten zentralen Öffnung 6a. Der Endbereich des Trägerbereichs 11 der Trägerachse 1 ist auf dem äußeren Umfang entsprechend wellenförmig konturiert und bildet damit einen Eingriffsbereich 11c mit der Form der Öffnung 6a. Die Druckplatte 6 wird auf diese Weise drehfest auf dem Trägerbereich 11 gehalten, während die beiden Profile der Öffnung 6a und des Trägerbereichs 11 zusammenwirken.
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Bei einer ersten Ausführungsform weist die Druckplatte 6 konkave Bereiche 61 auf, die zum Sammeln von Verschleißpartikeln dienen und im Umfang verteilt in Axialrichtung vertieft sind. Jeder der mehreren konkaven Bereiche 61 wird gebildet durch eine streifenförmige Nut, die sich in Radialrichtung erstreckt, Wie 3 zeigt, ist das radial-innere Ende der konkaven Bereiche 61 so geformt, daß es sich mehr nach innen erstreckt als der radial-innere Umfang der Reibplatte 5, so daß das innere Ende der konkaven Bereiche eine Öffnung 62 bildet, die als Auswurfbereich für Verschleißpartikel dient, der im übrigen offen ist und den Auswurf der Verschleißpartikel nach außen gestattet. Der konkave Bereich 61 wird zugleich mit der Herstellung der Druckplatte 6 durch Pressen erzeugt. Daher wird bei der Druckplatte 6 ein Bereich, der dem konkaven Bereich 61 entspricht, teilweise in Axialrichtung ausgewölbt. Dieser ausgewölbte Bereich 63 erhöht die Biegefestigkeit der Druckplatte 6 in Radialrichtung und in Umfangsrichtung.
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Nunmehr soll die Arbeitsweise der selbsttätigen Spannvorrichtung mit dem dargestellten Aufbau beschrieben werden.
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Die Spannung des Riemens 51 erhöht sich oder verringert sich in Abhängigkeit von Temperaturänderungen der Umgebung, von Änderungen der Riemenspannung mit der Zeit des Gebrauchs etc. Wenn die Spannung des Riemens 1 leicht zunimmt, werden der Arm 2 und die Spannscheibe 3 nach rechts in 1 entgegen der Rückstellkraft der Schraubenfeder 4 geneigt. Folglich wird die Spannung des Riemens 1 konstant gehalten. Wenn die Spannung des Riemens 1 leicht abnimmt, werden der Arm 2 und damit die Spannscheibe 3 nach links in 1 aufgrund der Rückstellkraft der Schraubenfeder 4 geschwenkt, so daß auch in diesem Falle die Spannung des Riemens 51 konstant bleibt.
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Wenn andererseits eine starke Schwingung oder ein Stoß von dem Riemen 1 auf die Spannscheibe 3 ausgeübt, wird dies auf dem Basisbereich 21 des Armes 2 übertragen, der die Spannscheibe 3 trägt. Da der Basisbereich 21 des Armes 2 gegen die Reibplatte 5 aufgrund der axialen Rückstellkraft der Schraubenfeder 4 vorgespannt ist, wird gegenüber dem Stoß oder der Schwingung, die auf dem Basisbereich 21 des Armes 2 ausgeübt werden, ein großer Reibwiderstand zwischen dem Basisbereich 21 des Armes 2, der Reibplatte 5 und der Druckplatte 6 ausgeübt. Damit wird die Schwingung oder wird der Stoß rasch absorbiert und gedämpft. Die Schwenkung des Armes 2 wird gedämpft, so daß die Position der Spannscheibe 3 im wesentlichen nicht geändert wird. Die Spannung des Riemens 51 wird konstant gehalten, so daß ein unbeabsichtigter Schlupf des Riemens 51 oder ein Abgleiten von der Spannscheibe 3 verhindert werden.
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Es ist unvermeidlich, daß sich im Laufe der Zeit Abrieb der Reibplatte 5 bildet. Verschleißpartikel werden durch den Abrieb der Reibplatte 5 erzeugt. Diese Verschleißpartikel werden rasch in dem konkaven Bereich 61 der Druckplatte 6 in gleichmäßiger Umfangsverteilung gesammelt und sodann nach außen durch die Öffnung 62 der konkaven Bereiche 61 abgegeben. Da bei der ersten Ausführungsform die konkaven Bereiche in Umfangsrichtung verteilt vorgesehen sind und durch streifenförmige Nuten mit Verlauf in Radialrichtung gebildet werden, können sie Verschleißpartikel aufnehmen und rasch abgeben. Da die Verschleißpartikel der Reibplatte 5 durch einen Spalt zwischen der Reibplatte 5 und der Druckplatte 6 abgegeben werden, ändert sich der Reibwiderstand der Reibplatte 5 kaum, so daß die Dämpfung gegenüber Schwingungen und Stößen lange erhalten bleiben.
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Wenn die Spannscheibe 3 in einer versetzten Position in bezug auf die Trägerachse 1 angeordnet ist, wie es bei der Spannvorrichtung 50 gemäß 1 der Fall ist, wird eine Last von den Riemen auf die Spannscheibe 3 ausgeübt, die sich als Moment M auswirkt, das bestrebt ist, die Spannscheibe 3 entlang einer Ebene in der Versatzrichtung zu neigen. Durch dieses Moment M wird eine große Last von dem Basisbereich 21 des Arms 2 auf die Reibplatte 5 ausgeübt. Daher ist der Verschleiß der Reibplatte 5 bei der Spannvorrichtung 50 mit versetzt angeordneter Spannscheibe etwas größer als bei Spannvorrichtungen ohne diesen Versatz. Da jedoch bei der ersten Ausführungsform die Verschleißpartikel der Reibplatte 5 rasch abgegeben werden, können Spannvorrichtungen 50 mit dem Versatz mit besonderer Wirksamkeit angewendet werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die erste Ausführungsform beschränkt, sondern gestattet zahlreiche Abwandlungen.
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Anschließend soll eine Spannvorrichtung 50 gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben werden, die in 5 und 6 gezeigt ist.
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Bei dieser zweiten Ausführungsform ist das radial-äußere Ende des konkaven Bereichs 61, der bei der ersten Ausführungsform bereits beschrieben worden ist, nach außen über den Umfang der Radscheibe 5 hinaus verlängert, so daß eine Öffnung 64 entsteht, die am äußeren Ende des konkaven Bereichs 61 gebildet wird. Dies ergibt sich aus 5 in Verbindung mit 3. In diesem Falle werden Verschleißpartikel, die in dem konkaven Bereich gesammelt werden, wirksam durch die innere Öffnung 62 und die radial-äußere Öffnung 64 abgegeben, so daß eine Rückkehr der Verschleißpartikel zu der Reibplatte vermieden werden.
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Eine Spannvorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform ist in 7 und 8 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sind die konkaven Bereiche 61 um etwa 30° bis 40° in Bezug auf die Radialrichtung geneigt. Das äußere Ende, bezogen auf die Radialrichtung der konkaven Bereiche 61, ist in Gegenuhrzeigerrichtung verschoben, und zwar in der selben Weise, wie die Rückstell-Rotationskraft der Schraubenfeder 4 wirkt. In diesem Falle tritt der Verschleißpartikel-Austrageffekt ebenso wie bei der ersten Ausführungsform auf. Wenn die Spannung des Riemens 51 zunimmt, so daß der Arm 2 in Uhrzeigerrichtung geschwenkt wird, werden die Verschleißpartikel innerhalb der konkaven Bereiche 61 zu der Öffnung 62 auf der radial-inneren Seite befördert, so daß das Austragen der Verschleißpartikel beschleunigt wird.
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Obgleich bei der ersten bis dritten Ausführungsform die konkaven Bereiche 61 nur auf den mit der Reibplatte 5 zusammenwirkenden Bereiche 6 oder 21 ausgebildet sind, ist es möglich, konkave Bereiche 61 auch auf beiden mit der Reibplatte zusammenwirkenden Flächen 6 und 21 herzustellen. In diesem Falle kann die Form der konkaven Bereiche auf beiden Seiten gleich oder unterschiedlich sein, wie es durch die erste bis dritte Ausführungsform veranschaulicht worden ist. Obgleich anhand der ersten bis dritten Ausführungsform konkave Bereiche 61 unterschiedlicher Form gezeigt worden sind, kommen weitere Abwandlungen der Form in Betracht. Beispielsweise können die konkaven Bereiche X- oder Y-förmig ausgebildet sein. Im übrigen können konkave Bereiche 61 gemäß der zweiten bis dritten Ausführungsform in bezug auf die Radialrichtung geneigt angeordnet werden, wie es die dritte Ausführungsform veranschaulicht. Die konkaven Bereiche 61 der dritten Ausführungsform können mit einer (Öffnung auf der äußeren, bezogen auf die Radialrichtung, versehen sein, wie es die erste Ausführungsform zeigt. Der konkave Bereich 61 der ersten bis dritten Ausführungsform kann V-förmig ausgebildet sein. Bei dem konkaven Bereich 61 der zweiten Ausführungsform ist es möglich, die Öffnung 62 auf der Innenseite fortzulassen.
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Obgleich bei der ersten bis dritten Ausführungsform die konkaven Bereiche 61 im Umfang verteilt angeordnet sind, ist es auch möglich, die konkaven Bereiche ungleichmäßig zu verteilen.
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Obgleich die Spannvorrichtung 50 gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform eine versetzt in bezug auf die Trägerachse 1 angeordnete Spannscheibe 3 aufweist, ist die Erfindung auch anwendbar auf eine Konstruktion, bei der die Spannscheibe nicht versetzt angeordnet ist.
