DE4118901A1

DE4118901A1 - CLAMPING DEVICE FOR BELT DRIVES

Info

Publication number: DE4118901A1
Application number: DE4118901A
Authority: DE
Inventors: Manfred Brandenstein; Karl-August Dr Luecking; Otmar Winkler
Original assignee: SKF GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1991-06-08
Filing date: 1991-06-08
Publication date: 1992-12-10
Also published as: FR2677418A1; KR930000859A; KR940010368B1; FR2677418B1; GB9204881D0; JPH05196105A; GB2257230A

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für Riementriebe nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to a tensioning device for belt drives according to the preamble of the main claim.

Durch die DE-OS 26 17 368 ist eine Spannvorrichtung bekannt, bei der die Schwenkachse radial innerhalb des Spannrollenlagers liegt. Die Spannrolle ist wie auch allgemein üblich in einem lastlosen Abschnitt des Treibriemens zwischen zwei Triebwerksrädern, beispielsweise der Nockenwelle und der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, angeordnet. Sie spannt den Treibriemen über ein Federelement auch während des Betriebes und gleicht alle wechselnden Betriebszustände aus, die sich durch Betriebstemperatur, Drehzahleinflüsse, Impulsbelastungen, etc. ergeben. Bei üblichen PKW- Verbrennungsmotoren ergeben sich dabei Schwenkbewegungen von ca. 10 bis 15 mm. Es können daher sehr kompakte Spannvorrichtungen konstruiert werden, bei denen der Schwenkradius kurz gehalten werden kann und deshalb die Schwenkachse meist in einem zylindrischen, in der Bohrung des Spannrollenlagers eingesetzten Tragkörper angeordnet ist. Weiterhin wird in diesem Bereich auch das Federelement und Dämpfungseinrichtungen eingebaut.A tensioning device is known from DE-OS 26 17 368, at which the swivel axis radially inside the tension roller bearing lies. The tensioning pulley is as usual in one no-load section of the drive belt between two Engine wheels, such as the camshaft and the Crankshaft of an internal combustion engine. It stretches the drive belt via a spring element even during the Operation and compensates for all changing operating states, which are affected by operating temperature, speed influences, Impulse loads, etc. result. With usual car Internal combustion engines result in swiveling movements from approx. 10 to 15 mm. It can therefore be very compact Clamps are constructed in which the Swivel radius can be kept short and therefore the Swivel axis mostly in a cylindrical, in the bore of the Tension roller bearing used support body is arranged. Furthermore, the spring element and Damping devices installed.

Durch Versuche hat sich gezeigt, daß innerhalb des Drehzahlbereiches des Motors bei einer oder auch mehreren bestimmten Drehzahlen Eigenresonanzen auftreten, bei denen der Treibriemen in den belasteten Abschnitten stark schwingt. Experiments have shown that within the Engine speed range for one or more certain speeds natural resonances occur at which the Driving belt vibrates heavily in the loaded sections.

Erfahrungsgemäß treten diese Resonanzerscheinungen besonders bei hohen Drehzahlen auf, hängen jedoch primär von der Länge des schwingenden Abschnittes des Treibriemens und dessen Spannung ab. Besonders starke Neigung zu auch mehreren Resonanzdrehzahlen zeigen dabei Motoren mit zwei Nockenwellen.Experience has shown that these resonance phenomena occur particularly high speeds, but primarily depend on the length of the vibrating section of the drive belt and its tension from. Particularly strong tendency to several resonance speeds show engines with two camshafts.

Durch die Schwingung längt sich der belastete Abschnitt geringfügig. Die Längung muß durch die Spannvorrichtung am lastlosen Abschnitt kompensiert werden. Der Treibriemen strafft sich an dieser Stelle und bewegt die Spannrolle gegen die Kraft des Federelementes.The loaded section lengthens due to the vibration marginally. The elongation must by the clamping device on no-load section can be compensated. The drive belt tightens at this point and moves the tension pulley against the force of the spring element.

Die Schwingung des belasteten Abschnittes wird dadurch jedoch nicht beseitigt. Sie verursacht starke Geräusche und bewirkt eine beträchtliche Ungleichförmigkeit der Winkelstellung der Nockenwelle zur Kurbelwelle. Extrem wirken sich diese Fehler bei zwei Nockenwellen aus, die dann zueinander Winkelabweichungen aufweisen.However, the vibration of the loaded section becomes not eliminated. It makes and makes loud noises a considerable non-uniformity in the angular position of the Camshaft to crankshaft. These errors have an extreme effect two camshafts, which are then angular deviations from each other exhibit.

Es hat sich gezeigt, daß die Schwingung des Treibriemens durch erhöhte Spannung mindestens in ihrer Intensität reduziert werden kann. Eine prinzipiell gleichbleibende hohe Spannung ist jedoch unzulässig, da mit erhöhtem Verschleiß und Ausfall der Triebwerksteile zu rechnen ist.It has been shown that the vibration of the drive belt through increased tension can be reduced at least in intensity can. In principle, however, the voltage remains constant impermissible because of increased wear and failure of the Engine parts can be expected.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spannvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch die ein weitgehend gleichförmiger Lauf des Riementriebes über den gesamten Drehzahlbereich gewährleistet ist.The object of the invention is to provide a clamping device at the beginning to create the kind by which a largely uniform running of the belt drive over the entire Speed range is guaranteed.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei Einstellung der Spannvorrichtung im kalten Zustand des Motors die Verbindungslinie zwischen der Schwenkachse und der Drehachse der Spannrolle gegenüber der Richtungslinie der gegen die Spannrolle wirkenden, vom Abschnitt des Treibriemens ausgehenden Reaktionskraft einen Schwenkwinkel von weniger als 70 Grad in Richtung gegen die Spannkraft des Federelementes bildet. The object is achieved in that when the Clamping device when the engine is cold Connection line between the pivot axis and the axis of rotation of the Tensioner roller opposite the direction of the line against the tensioner roller acting from the section of the drive belt Reactive force has a swivel angle of less than 70 degrees Forms direction against the tension force of the spring element.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der zusammen mit der Feder wirksame Hebelarm als Resultierende des Abstandes zwischen Schwenkachse und Drehachse der Spannrolle sich geometrisch verkürzt, wenn die Spannrolle bei den genannten Eigenresonanzen des Riementriebes verstärkt gegen die Kraft des Federelementes nachgeben muß.This measure ensures that together with the Spring effective lever arm as the resultant of the distance between swivel axis and axis of rotation of the tension pulley itself geometrically shortened if the tension pulley at the named Natural resonances of the belt drive intensified against the force of the Spring element must yield.

Die Spannrolle wird dabei aus der bevorzugten Ruhestellung bei z. B. 65 Grad Schwenkwinkel in Richtung des Scheitelpunktes der Schwenkbewegung gedrückt.The tension pulley is from the preferred rest position e.g. B. 65 degree swivel angle in the direction of the apex of the Swivel movement pressed.

Wenn der Schwenkarm zwischen Schwenkachse und Drehachse zur Richtungslinie der Reaktionskraft RF senkrecht verläuft, wirkt die gesamte Länge des Schwenkarmes als Hebelarm und ergibt zusammen mit der Federkraft eine Spannkraft für den Treibriemen.If the swivel arm is between the swivel axis and the axis of rotation Direction line of the reaction force RF runs perpendicular, acts the entire length of the swivel arm as a lever arm and results together with the spring force a tension force for the drive belt.

Wenn der gesamte Schwenkarm parallel zu dieser Richtungslinie verläuft, ist der wirksame Hebelarm unendlich kurz; die Spannrolle wirkt in diesem Punkt wie eine starre Spannrolle, die Schwenkbewegung ist in diesem Punkt begrenzt.If the entire swivel arm is parallel to this direction line runs, the effective lever arm is infinitely short; the Tensioner acts like a rigid tensioner on this point, the pivoting movement is limited at this point.

Zwischen diesen extremen Schwenkpunkten verändert sich der wirksame Hebelarm gemäß einer progressiven Funktion.The changes between these extreme pivot points effective lever arm according to a progressive function.

Innerhalb des nach der Erfindung bevorzugten Schwenkbereiches wird dadurch eine gegen die Spannrichtung progressiv, theoretisch bis Unendlich steigende Spannkraft erzielt.Within the preferred swivel range according to the invention it becomes progressive against the tension direction, theoretically to infinitely increasing tension.

In der bevorzugten Ruhestellung bei z. B. 65 Grad wirkt nahezu die gesamte Länge des Schwenkarmes als Hebelarm. Dabei wirkt auf den Treibriemen eine für normale veränderte Betriebsbedingungen, wie z. B. Lastwechseländerungen, Betriebstemperaturänderungen etc., zulässige Spannkraft. Bei unter bestimmten Drehzahlen auftretenden Eigenresonanzen und dabei weiter gegen die Spannrichtung bewegter Spannrolle steigt die Spannkraft extrem progressiv an, wodurch die Schwingungen des Treibriemens wirksam unterdrückt werden.In the preferred rest position at z. B. 65 degrees almost works the entire length of the swivel arm as a lever arm. It works on the drive belt one for normal changed Operating conditions such as B. changes in load changes, Operating temperature changes etc., permissible clamping force. At natural resonances occurring at certain speeds and while the tensioning roller moving against the tensioning direction continues to rise the tension is extremely progressive, causing the vibrations of the drive belt are effectively suppressed.

Die progressive Veränderung der Spannkraft kommt besonders präzise zur Wirkung, wenn der Schwenkradius, d. h. die Länge des Schwenkarmes mit der Länge der erwarteten Schwenk- oder Stellbewegung der Spannrolle abgestimmt wird. In der Praxis hat sich gezeigt, daß für Schwenkradien, die den 1,2- bis 3fachen Wert der maximalen Stellbewegung der Spannrolle aufweisen, gute Ergebnisse zu erzielen sind.The progressive change in tension is particularly important precise to the effect when the swing radius, d. H. the length of the swivel arm with the length of the expected swivel or Adjusting movement of the tension pulley is coordinated. In practice it has It has been shown that for swivel radii that are 1.2 to 3 times Have value of the maximum adjusting movement of the tension pulley, good Results are to be achieved.

Die Erfindung wird nachfolgend an dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel beschrieben. Es zeigtThe invention is based on the in the drawing described example described. It shows

Fig. 1 einen Riementrieb mit einer im Winkel von 65 Grad zur Richtungslinie der Reaktionskraft eingestellten Spannvorrichtung, Fig. 1 a belt drive with a preset angle of 65 degrees to the direction of line of reaction force tensioning device,

Fig. 2 die vergrößerte Darstellung der Spannvorrichtung nach Fig. 1 mit Kräftediagramm und Fig. 2 shows the enlarged view of the tensioning device according to Fig. 1 with force diagram and

Fig. 3 die Spannvorrichtung bei schwingendem Treibriemen im Bereich verstärkter Spannkraft. Fig. 3 shows the tensioning device with vibrating drive belt in the area of increased tension.

Alle Figuren sind weitgehend schematisiert und zeigen lediglich die zum Verständnis der Funktion wesentlichen Merkmale.All figures are largely schematic and only show the features essential for understanding the function.

In Fig. 1 ist der Riementrieb eines Verbrennungsmotors mit Kurbelwelle 1 und zwei Nockenwellen 2 dargestellt. Zwischen den Nockenwellen 1, 2 ist eine Umlenkrolle 3 vorgesehen. Der Antrieb erfolgt durch die Kurbelwelle 1 in Pfeilrichtung. Dabei ergeben sich ein belasteter Abschnitt 4 und ein lastloser Abschnitt 5 des Treibriemens 6. Im Bereich des lastlosen Abschnittes 5 ist eine Spannvorrichtung 7 vorgesehen, die ständig im Eingriff ist und die ein exzentrisch angeordnetes Schwenklager mit Schwenkachse S aufweist. Die um eine Drehachse D gelagerte Spannrolle 8 wird durch eine nicht dargestellte Feder und um das Schwenklager beweglich gegen den Treibriemen 6 gespannt. Die Schwenkachse S ist radial innerhalb der Spannrolle 8, zum Beispiel in einem der Spannrollenlager aufnehmenden Tragkörper, angeordnet. Dadurch ergibt sich ein kleiner Schwenkradius R bzw. ein geringer Abstand S-D. Veränderungen im Betrieb werden dadurch automatisch kompensiert. Das ist unter anderem der Fall, wenn durch Eigenresonanzen der belastete Abschnitt 4 bei bestimmten Drehzahlen schwingt (gestrichelt dargestellt). Die Richtungslinie 10 der Reaktionskraft RF ist geometrisch die Winkelhalbierende zwischen den der Spannrolle 8 benachbarten lastlosen Abschnitten 5 des Treibriemens 6. Die Verbindungslinie 9 Schwenkachse S - Drehachse D bildet mit der genannten Richtungslinie 10 einen Schwenkwinkel β = 65 Grad. Diese Einstellung ist die Ruhestellung z. B. auch bei kaltem Motor. Wenn die Spannrolle durch Strecken des anliegenden Treibriemens 6 gegen die Spannkraft der Feder bewegt wird, verkleinert sich der Schwenkwinkel.In Fig. 1 the belt drive of an internal combustion engine with a crankshaft and two camshafts 1 2 is illustrated. A deflection roller 3 is provided between the camshafts 1 , 2 . It is driven by crankshaft 1 in the direction of the arrow. This results in a loaded section 4 and a no-load section 5 of the drive belt 6 . In the area of the no-load section 5 , a tensioning device 7 is provided which is constantly engaged and which has an eccentrically arranged swivel bearing with swivel axis S. The tensioning roller 8 mounted about an axis of rotation D is movably tensioned against the drive belt 6 by a spring (not shown) and about the pivot bearing. The pivot axis S is arranged radially inside the tensioning roller 8 , for example in a supporting body receiving the tensioning roller bearings. This results in a small swivel radius R or a small distance SD. This automatically compensates for changes in operation. This is the case, among other things, if the loaded section 4 vibrates at certain speeds due to natural resonances (shown in dashed lines). The direction line 10 of the reaction force RF is geometrically the bisector between the loadless sections 5 of the drive belt 6 adjacent to the tensioning roller 8 . The connecting line 9 pivot axis S - axis of rotation D forms a pivot angle β = 65 degrees with the direction line 10 mentioned. This setting is the rest position z. B. even when the engine is cold. If the tensioning roller is moved by stretching the adjacent drive belt 6 against the tensioning force of the spring, the swivel angle is reduced.

In Fig. 2 sind die Kraft- und Hebelverhältnisse in die Spannrolle 8 bei einer Position gemäß Fig. 1 eingezeichnet. Die um die konzentrische Drehachse D drehbar gelagerte Spannrolle 8 ist zusätzlich um die Schwenkachse S auf der Schwenkbahn 13 in Richtung zum Treibriemen 6 und in die Gegenrichtung gegen die Kraft der nicht dargestellten Feder beweglich. Dabei ergibt sich, wie oben beschrieben, im Ruhezustand zwischen der Verbindungslinie 9 S-D und der Richtungslinie 10 ein Schwenkwinkel β = 65 Grad.In FIG. 2, the force and leverage in the idler 8 at a position 1 are shown in FIG. Located. The tensioning roller 8, which is rotatably mounted about the concentric axis of rotation D, is additionally movable about the pivot axis S on the pivot path 13 in the direction of the drive belt 6 and in the opposite direction against the force of the spring, not shown. As described above, this results in a swivel angle β = 65 degrees in the idle state between the connecting line 9 SD and the direction line 10 .

Die Reaktionskraft RF des Treibriemens 6 wirkt gegen die Kraft der Feder, wenn sich der lastlose Abschnitt 5 des Treibriemens 6 streckt. Der für diese Kraft wirksame Hebelarm H ist in Fig. 2 bei dem Schwenkwinkel β = 65 Grad im Ruhezustand groß, so daß geringe Reaktionskräfte RF die Kraft der Feder überwinden können, um die Spannrolle 8 zu schwenken.The reaction force RF of the drive belt 6 acts against the force of the spring when the no-load section 5 of the drive belt 6 stretches. The lever arm H effective for this force is large in FIG. 2 at the pivoting angle β = 65 degrees in the idle state, so that low reaction forces RF can overcome the force of the spring in order to pivot the tensioning roller 8 .

In Fig. 3 ist ein Zustand der Spannrolle 8 dargestellt, bei dem diese um einen Betrag gegen die Kraft der Feder geschwenkt ist. Dabei verkleinert sich der Schwenkwinkel β und verkleinert sich der wirksame Hebelarm H. In dieser Stellung sind erheblich größere Reaktionskräfte RF erforderlich, um eine Schwenkbewegung gegen die Kraft der Feder einzuleiten.In Fig. 3 is a state of the tension roller 8 is shown, in which it is pivoted by an amount against the force of the spring. The pivoting angle β decreases and the effective lever arm H decreases. In this position, considerably larger reaction forces RF are required to initiate a pivoting movement against the force of the spring.

Claims

1. tensioning device for belt drives with a tensioning roller tensioned during operation via a spring element against the unloaded section of the drive belt, the pivot bearing being arranged radially within the bore of the tensioning roller bearing, characterized in that when the tensioning device ( 7 ) is set in the cold state of the engine the connecting line ( 9 ) between the pivot axis (S) and the axis of rotation (D) of the tensioning roller ( 8 ) with respect to the direction line ( 10 ) of the reaction force acting against the tensioning roller ( 8 ) and originating from the section ( 5 ) of the drive belt ( 6 ) ( RF) forms a swivel angle (β) of less than 70 degrees in the direction against the tensioning force of the spring element.

2. Clamping device according to claim 1, characterized by a swivel angle (β) of 60 to 70 degrees.

3. Clamping device according to claim 1 or 2, characterized by a swivel radius (R) with 1.2 to 3 times the value of the maximum adjusting movement of the tensioning roller ( 8 ) to be expected under all operating conditions.