DE60016031T2

DE60016031T2 - Riemenspanner mit dämpfungsmechanismus

Info

Publication number: DE60016031T2
Application number: DE60016031T
Authority: DE
Inventors: Alexander Serkh
Original assignee: Gates Corp
Current assignee: Gates Corp
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2020-12-14
Also published as: CN1322253C; CA2394531A1; BR0016492A; AU764731B2; JP2003522908A; ATE282784T1; HK1046948B; KR20020065579A; CZ20022209A3; PL364883A1; ES2231300T3; HK1046948A1; US6565468B2; AU2431701A; KR100454785B1; CA2394531C; US20020032089A1; EP1242756B1; CN1633565A; DE60016031D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Riemenantriebssystem, das eine Spannvorrichtung mit einer Dämpfungsvorrichtung aufweist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Spannvorrichtung mit einer Torsionsfeder, welche die Position eines Schwenkarms vorspannt, an dem eine am Riemen eingreifende Riemenscheibe drehbar befestigt ist. Die mit ihrem Dämpfungsmechanismus versehene Spannvorrichtung gemäß der Erfindung ist besonders zweckmäßig zum Steuern der Spannung eines Mikro-Keilriemens eines Vorderend-Hilfsantriebs zur Verwendung bei Kraftfahrzeugmotoren.
Eine mechanische Spannvorrichtung wird verwendet, um die Spannung eines Riemens eines für Kraftfahrzeugmotoren vorgesehenen Vorderend-Hilfsantriebs automatisch zu steuern. Eine derartige Spannvorrichtung weist einen Schwenkarm auf, der um einen Lagerzapfen drehbar ist, welcher an der Basis gesichert ist, und bei der Spannvorrichtung wird eine am Lagerzapfen angeordnete hülsenartige Buchse verwendet, die eine Lagerfläche für den drehenden Schwenkarm bildet. Zahlreiche Buchsen dieses Typs bestehen aus Kunststoff und sind innerhalb der zu erwarteten Betriebslebensdauer der Spannvorrichtung verschleißanfällig. Bei der Verwendung einer Torsionsfeder wird oft ein Ende der Feder mit dem Schwenkarm verbunden, und das andere Ende wird durch die Basis derart befestigt, dass der Schwenkarm in seine Position vorgespannt wird und eine am Schwenkarm befestigte Riemenscheibe in Anlage gegen einen Riemen positioniert wird. Die Feder wird ferner zum Erzeugen einer Federkraft verwendet, die mit einer Dämpfungsvorrichtung zusammenwirkt, welche eine normale Kraftkomponente erzeugt, die auf eine Reib-Gleitfläche einwirkt, um Schwingungsbewegungen des Schwenkarms zu verhindern oder zu dämpfen.
Eine derartige Spannvorrichtung ist in dem U.S.-Patent Nr. 4,473,362 beschrieben. Die Spannvorrichtung gemäß '362 weist einen Schwenkarm auf, der an einem versetzten zylindrischen Teil befestigt ist, das den Schwenkarm trägt und um einen an einer Basis befestigten Lagerstift drehbar ist. Es wird nur eine einzige Torsionsfeder verwendet, die an einem Ende mit dem Schwenkarm verbunden ist und an dem anderen Ende mit der Basis verbunden ist. Eine einzige hülsenartige Buchse, die an dem Lagerstift angeordnet ist, weist eine Lagerfläche auf, die das zylindrische Teil trägt. Die radiale Ebene eines Riemenscheiben-Lagers ist relativ zu der hülsenartigen Buchse versetzt, wodurch ein Moment eingeführt wird oder eine Last angekoppelt wird, das bzw. die von der Buchse getragen werden muss. Derartige Spannvorrichtungen werden wegen des Versatzes der Riemenscheibe relativ zu ihrer Halte- oder Basisstruktur manchmal als Spannvorrichtung vom "Z"-Typ bezeichnet. Ungleichförmige Druckbelastungen, die in Lagerflächen der Buchse eingetragen werden, können einen übermäßigen Verschleiß der Buchse und eine damit einhergehende Riemenscheiben-Fehlausrichtung verursachen.
Der Riemen eines Antriebssystems, bei dem Spannvorrichtungen vom "Z"-Typ verwendet werden, greift an der Riemenscheibe an und erzeugt an der Riemenscheibe eine (im Folgenden als Naben-Last bezeichnete) Riemenkraft, die auf das zylindrische Teil übertragen wird. Gemäß den Erläuterungen in dem Patent '362 werden die auf die Buchse einwirkenden ungleichförmigen Belastungen durch eine Dämpfungsvorrichtung reduziert, die eine Normalkraft-Komponente erzeugt, welche im Wesentlichen in der gleichen Richtung wirkt wie die Naben-Last. Obwohl die Ausrichtung der Riemenkraft mit der Kraft-Komponente tatsächlich einige der durch die Buchsen-Belastung und den resultierenden Verschleiß verursachten Probleme löst, ist sie bei manchen Riemenantriebs-Situationen unzureichend, da die Normalkraft-Komponente der Dämpfungsvorrichtung in bestimmten Fällen nicht hinreichend ist, um ein Moment auszugleichen, das durch den Versatz der Riemenkraft gegenüber dem die Naben-Last tragenden zylindrischen Teil verursacht wird, und da die einzelne Buchse eine Tendenz zur "Abschrä gung" oder "Kronenbildung" hat, wenn sich bei der alternierenden Bewegung des Schwenkarms zwischen der Uhrzeiger- und der Gegenuhrzeigerrichtung die Druckbelastungen verändern.
Eine Spannvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, welche die "Abschrägung" oder "Kronenbildung" an der einzelnen Buchse vermeidet, ist in U.5.-A-5,647,813 beschrieben. Wie in dem Patent '813 erläutert, werden die Naben-Last und die Normalkraft-Komponente, die von der Dämpfungsvorrichtung erzeugt wird, von mindestens einer der beiden Buchsen getragen, die zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete Lagerflächen aufweist. Die Spannvorrichtung gemäß '813 ist zwar im Hinblick auf die Lösung des Problems des Buchsen-Verschleißes vorteilhaft ausgestaltet, jedoch werden aufgrund der Verwendung zweier axial beabstandeter Lagerflächen die Gesamtabmessungen, das Gewicht und die Kosten der Spannvorrichtung vergrößert. Zudem verursachen die Naben-Last und die von der Dämpfungsvorrichtung erzeugte Normalkraft-Komponente eine von der Buchse zu tragende resultierende Last, die übermäßig groß sein kann und einen übermäßigen Verschleiß der Lagerstift-Buchse bewirken kann. Gemäß U.S.-A-5,647,813 ist die Dämpfungsvorrichtung zwischen der Torsionsfeder und der Basis angeordnet.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung ist eine Spannvorrichtung vorgesehen, die besonders zweckmäßig für Vorderend-Mikro-Hilfskeilriemensysteme zur Verwendung bei Kraftfahrzeugmotoren ist, bei denen eine minimale Spannvorrichtungs-Größe in Kombination mit maximalem Ausgleich und minimalem Lagerbuchsen-Verschleiß wichtig sind, um über die erwartete Betriebslebensdauer der Spannvorrichtung hinweg die bestmögliche Riemenscheiben-Ausrichtung zu erzielen. Die Erfindung schafft eine Spannvorrichtung zum Spannen eines Kraftübertragungsriemens und ist gemäß dem Typ ausgebildet ist, der versehen ist mit einer Basis; einem Schwenkarm, der an einem zylindrischen Teil befestigt ist, das den Schwenkarm trägt und um einen an der Basis ge sicherten Lagerzapfen drehbar ist; mindestens einer an dem Lagerzapfen angeordneten hülsenartigen Buchse mit einer Lagerfläche, die das zylindrische Teil hält; einer an dem Schwenkarm befestigten Riemenscheibe zum Angreifen an dem Riemen und zur Aufnahme einer Riemen-Last; einer Torsionsfeder, die mit einem Ende mit einer Dämpfungsvorrichtung verbunden ist, welche eine Dämpfungskraft-Komponente erzeugt; wobei die Dämpfungskraft-Komponente und eine Riemenkraft-Komponente, die durch den Schwenkarm auf das zylindrischen Teil übertragen wird, eine Reaktionskraft-Komponente erzeugen, welche im Wesentlichen auf die Lagerfläche einwirkt; wobei die Spannvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Dämpfungskraft-Komponente in Gegenrichtung zu der Riemenkraft-Komponente wirkt.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Naben-Last bei Einwirkung einer beträchtlich reduzierten Last auf die Lagerbuchse wirkungsvoller ausgeglichen werden kann und dadurch die Betriebslebensdauer erhöht wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der reduzierten Größe der Buchse, ohne dass dadurch der von der Buchse aufgenommene Druck erhöht wird, und in der sich daraus ergebenden Reduzierung der Größe und der Kosten der gesamten Spannvorrichtung.
Diese und weitere Aufgaben oder Vorteile der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und deren Beschreibung ersichtlich, wobei die Zeichnungen folgendes zeigen:
1 eine schematische Vorderansicht eines Vorderend-Hilfsantriebssystems mit einer Riemenspannvorrichtung gemäß der Erfindung;
2 eine im Wesentlichen an der Linie 2-2 von 1 angesetzte vergrößerte schematische Teilansicht zur Veranschaulichung verschiedener Kraftkomponenten, die bei der Spannvorrichtung auftreten;
3 eine entlang der Linie 3-3 von 2 angesetzte Querschnittsansicht, wobei jedoch die Riemenscheibe im Viertelquerschnitt gezeigt ist;
4 eine im Wesentlichen entlang der Linie 4-4 von 3 angesetzte vergrößerte weggebrochene Ansicht eines Dämpfungsmechanismus gemäß der Erfindung;
5 eine entlang der Linie 3-3 von 2 angesetzte schematische Ansicht unter Weglassung der Riemenscheibe, zur Veranschaulichung der bei der Erfindung auftretenden Kraftkomponenten.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In 1 und 2 ist eine Spannvorrichtung 10 mit einer Riemenscheibe 12 als Bauteil eines Riemenantriebssystems gezeigt, das einen Riemen und mehrere Riemenscheiben aufweist. Der Riemen 16 wird z.B. um eine Kurbelwellen-Riemenscheibe 18, eine Gebläse-/Wasserpumpen-Riemenscheibe 20, eine Servolenkungs-Riemenscheibe 22, eine Wechselstromgenerator-Riemenscheibe 24, eine Führungsriemenscheibe 26 und die Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 12 geführt. Die Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 12 greift an dem Riemen 16 an, und sie ist in verschiedenen Positionen gezeigt, um schematisch darzustellen, wie sich die Riemenscheibe zum Ausgleichen der Riemenspannung bewegt. Die Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 12 greift an dem Riemen 16 an und empfängt eine Riemen-Last in Form von Riemenspannungen T1,T2 benachbarter Riemen-Trume 28,30. Die Riemenspannungen T1,T2 (oder die Last) erzeugen in Kombination eine Riemen-Kraftkomponente BF entlang einer Halbierungslinie oder einem Winkel, der zwischen den Riemen-Trumen 28,30 gebildet ist. Die Riemen-Kraftkomponente, die von einem Lagerstift 32 der Spannvorrichtung axial versetzt ist, erzeugt eine komplizierte Naben-Last, zu der Kräfte und Mo mente gehören, welche durch den Pfeil HL symbolisch (d.h. nicht speziell) angedeutet sind.
Gemäß 2–4 ist die Spannvorrichtung 10 vom mechanischen Typ und weist eine Basis 42, eine Torsionsfeder 44 und eine Riemenscheibe 12 auf, die drehbar an einem Schwenkarm 52 angeordnet ist, wie z.B. mittels eines Kugellagers 62, das an einer Welle 64 befestigt ist. Das Kugellager 62 wird durch ein geflanschtes Befestigungsteil 66 an der Welle 64 gehalten. Der Schwenkarm 52 ist an einem zylindrischen Teil 53 befestigt, das den Schwenkarm 52 trägt und um einen Lagerzapfen 55 drehbar ist. In dem Lagerstift 32 ist mindestens eine Buchse 56 um Hülsen-Typ positioniert. Die Schwenkbuchse 56 ist vorzugsweise vom Polymer-Typ und ist derart in dem Lagerstift positioniert, dass sie gegen den Lagerzapfen 55 drehbar ist, um dadurch den Schwenkarm 52 zu halten. Obwohl nur eine einzige Schwenkbuchse 56 gezeigt ist, kann auch mehr als eine Schwenkbuchse vorgesehen sein. Der Lagerzapfen 55, der ein Befestigungsteil 60 aufweist, verläuft durch eine geflanschte Bohrung 57 in dem zylindrischen Teil 53 und der Schwenkbuchse 56, um dadurch den Schwenkarm 52 an der Basis 42 zu befestigen.
Die Dämpfungsvorrichtung 51 in der gezeigten Form ist ein Beispiel des Typs gemäß dem U.S.-Patent Nr. 5,647,813, dessen Offenbarung hiermit durch Verweis in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. Bei der Dämpfungsvorrichtung 51 handelt es sich um einen Mechanismus, der eine Verlängerung 78 des Feder-Endes 48 und eine Bremsbacke 70 mit einer äußeren gekrümmten Reibfläche 72 aufweist, die an einer komplementären inneren gekrümmten Fläche 74 der Basis 42 angreift. Die Bremsbacke 70 weist einander zugewandte innere Rampenflächen 86,88 mit einem Raum-Zwischenbereich unter einem Apex-Winkel A auf.
Das Ende der Feder 48, das über die Dämpfungsvorrichtung 51 befestigt ist, krümmt sich um einen Vorsprung 96, der an dem Schwenkarm 52 ausgebildet ist oder an dem Schwenkarm 52 befestigt ist. Die Verlängerung 78 des Feder-Endes weist eine Fläche 98 auf, die gleitbar innerhalb der von der Bremsbacke 70 gebildeten Rampenfläche 86 angreift. Der Schwenkarm 52 weist einen Vorsprung 100 auf, der aus dem Schwenkarm 52 gebildet oder an dem Schwenkarm 52 befestigt ist und der mit einer komplementären Rampenfläche 102 versehen ist, die gleitbar an der vom der Bremsbacke 70 gebildeten Rampenfläche 88 angreift.
Die Dämpfungsvorrichtung 51 ist im Wesentlichen zwischen der Riemenscheibe 12 und einer Schwenkbuchse 56 entlang einer parallel zu dem Lagerstift 32 verlaufenden Ebene angeordnet.
Das zylindrische Teil 53 des Schwenkarms 52 verläuft koaxial zu der Basis 42 und bildet zusammen mit der Basis 42 ein Gehäuse für die Torsionsfeder 44 und die Dämpfungsvorrichtung 51. Der Schwenkarm 52 erstreckt sich über ein erstes Ende 43 der Basis 42. Bei einigen Anwendungsfällen kann eine (nicht gezeigte) Staubabdichtung verwendet werden, um eine saubere Umgebung für die Feder 42 und die Dämpfungsvorrichtung 51 beizubehalten.
Gemäß 5 empfängt bei Betrieb die zwecks Zusammengreifens mit dem Riemen 16 an dem Schwenkarm 52 befestigte Riemenscheibe 12 eine Riemen-Last, die eine Riemen-Kraftkomponente erzeugt, welche auf das zylindrische Teil übertragen wird (die Naben-Last HL). Die Torsionsfeder 44, die an einem Ende 46 mit der Basis 42 verbunden ist und an dem anderen Ende 48 mit der Dämpfungsvorrichtung 51 verbunden ist, erzeugt eine Dämpfungs-Kraftkomponente DF, die in Gegenrichtung zur Riemen-Kraftkomponente wirkt. Die Naben-Last HL und die Dämpfungskraft DF erzeugen eine Reaktionskraft, die auf die Basis 42 einwirkt und von der mit eine Lagerfläche aufweisenden Buchse 56 gehalten wird, wobei diese Kraft durch RF repräsentiert sein kann. Da die Dämpfungsvorrichtung 51 im Wesentlichen zwischen der Riemenscheibe 12 und der Buchse 56 entlang einer parallel zum Lagerstift 32 verlaufenden Ebene angeordnet ist, wirkt die Reaktionskraft im Wesentlichen auf die Lagerfläche der Buchse 56.

Claims

Spannvorrichtung (10) zum Spannen eines Kraftübertragungsriemens (16), wobei die Spannvorrichtung gemäß dem Typ ausgebildet ist, der versehen ist mit einer Basis (42); einem Schwenkarm (52), der an einem zylindrischen Teil (53) befestigt ist, das den Schwenkarm (52) trägt und um einen an der Basis (42) gesicherten Lagerzapfen (55) drehbar ist; mindestens einer an dem Lagerzapfen (55) angeordneten hülsenartigen Buchse (56) mit einer Lagerfläche, die das zylindrische Teil (53) hält; einer an dem Schwenkarm (52) befestigten Riemenscheibe (12) zum Angreifen an dem Riemen (16) und zur Aufnahme einer Riemen-Last; einer Torsionsfeder (44), die mit einem Ende mit einer Dämpfungsvorrichtung (51) verbunden ist, welche eine Dämpfungskraft-Komponente erzeugt; wobei die Dämpfungskraft-Komponente und eine Riemenkraft-Komponente, die durch den Schwenkarm (52) auf das zylindrischen Teil (53) übertragen wird, eine Reaktionskraft-Komponente erzeugen, welche im Wesentlichen auf die Lagerfläche einwirkt; dadurch gekennzeichnet, dass: die Dämpfungskraft-Komponente in Gegenrichtung zu der Riemenkraft-Komponente wirkt.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Dämpfungsvorrichtung (51) im Wesentlichen zwischen dem Schwenkarm (52) und der Buchse (56) in einer parallel zur Schwenkachse verlaufenden Richtung angeordnet ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Ende der Torsionsfeder (44) mit dem Schwenkarm (52) verbunden ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Ende der Torsionsfeder (44) mit der Basis (42) verbunden ist.