DE60208576T2

DE60208576T2 - Dämpfungsmechanismus für eine spannvorrichtung

Info

Publication number: DE60208576T2
Application number: DE60208576T
Authority: DE
Inventors: Alexander Troy SERKH
Original assignee: Gates Corp
Current assignee: Gates Corp
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2022-05-17
Also published as: US6582332B2; CA2446188C; KR100566364B1; CN1317517C; ES2254741T3; JP3926269B2; CA2446188A1; MXPA03011299A; WO2002095263A1; KR20040011500A; ATE315189T1; BR0209660A; PL374124A1; BR0209660B1; JP2005517129A; RU2003136431A; RU2258164C2; PL204006B1; DE60208576D1; CN1518645A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung mit einem Dämpfungsmechanismus und ein Riemenantriebssystem, das eine derartige Spannvorrichtung aufweist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Spannvorrichtung mit einer Feder, die die Position eines Schwenkarms vorspannt, an dem eine an dem Riemen angreifende Riemenscheibe drehbar angebracht ist. Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung mit ihrem Dämpfungsmechanismus ist insbesondere für die Regelung der Spannung eines Mikrokeilriementriebsystems wie ein Fronthilfsantrieb auf dem Gebiet der Fahrzeugmotoren zweckmäßig.
Eine mechanische Spannvorrichtung wird zum automatischen Regeln eines Mikrokeilriemens eines Fronthilfsantriebs bei Fahrzeugmotoren verwendet. Üblicherweise hat eine derartige Spannvorrichtung einen Schwenkarm, der sich um einen an einer Basis befestigten Drehzapfen dreht, und verwendet eine hülsenartige Buchse an dem Drehzapfen, um für den drehenden Schwenkarm eine Lagerfläche zu bilden. Viele dieser Lager bestehen aus Kunststoff und verschleißen über die erwartete Lebensdauer der Spannvorrichtung. Häufig wird eine Torsionsfeder verwendet, deren eines Ende mit der Basis und deren anderes Ende mit dem Schwenkarm verbunden ist, um die Position des Schwenkarms vorzuspannen und eine angebrachte Riemenscheibe gegen einen Riemen vorzuspannen. Die Feder wird auch zur Erzeugung einer Federkraft verwendet, die mit einem Dämpfungsmechanismus wirksam ist, welcher eine Normalkraftkomponente für eine Reibgleitfläche erzeugt, um Schwingbewegungen des Schwenkarms zu hemmen oder zu dämpfen.
Eine gängige Spannvorrichtungskonstruktion, die die hinsichtlich Volumen, Kosten und Dämpfung bestehenden Probleme löst, ist in U.S.-Pat. Nr. 4,473,362 beschrieben. Die Spannvorrichtung gemäß diesem Patent weist einen Schwenk arm auf, der an einem versetzten zylindrischen Teil angebracht ist, das den Schwenkarm trägt und sich um einen an einer Basis befestigten Drehzapfen dreht. Es wird nur eine Torsionsfeder verwendet, deren eines Ende mit dem Schwenkarm und deren anderes Ende mit der Basis verbunden ist. Eine einzige hülsenartige Buchse an dem Drehzapfen weist eine Lagerfläche auf, die das zylindrische Teil stützt. Die Radialebene eines Riemenscheibenlagers ist in bezug auf die hülsenartige Buchse versetzt, wodurch ein Moment oder Drall als Last eingebracht wird, die von der Buchse getragen werden muß. Derartige Spannvorrichtungen werden wegen des Versatzes der Riemenscheibe relativ zu ihrer Abstützung als Spannvorrichtungen vom "Z"-Typ bezeichnet.
Der Riemen eines derartige Spannvorrichtungen vom Z-Typ verwendenden Antriebssystems greift an der Riemenscheibe an und erzeugt an der Riemenscheibe eine Riemenkraft, die auf das zylindrische Teil übertragen wird. Wie in dem oben genannten Patent erläutert, werden die ungleichen Lasten auf der Buchse durch eine Dämpfungseinrichtung gemindert, die eine Normalkraftkomponente erzeugt, die im wesentlichen in derselben Richtung wirkt wie die Riemenkraftkomponente. In manchen Fällen reicht die Normalkraftkomponente der Dämpfungseinrichtung nicht aus, einen Ausgleich gegenüber einem von der versetzten Riemenkraft erzeugten Moment zu bilden, daher neigt die einzige Buchse dazu, ungleichmäßig und vorzeitig zu verschleißen.
Ein in derartigen Spannvorrichtungen vom "Z"-Typ üblicherweise verwendeter Dämpfungsmechanismus ist in U.S.-Pat. Nr. 5,632,697 beschrieben und weist die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 auf. Der Dämpfungsmechanismus gemäß diesem Patent weist eine Dämpfungseinrichtung auf, bei der die erzeugte Normalkraft größer als die Federkraftkomponente ist, die den Dämpfungsmechanismus aktiviert. Die Dämpfungseinrichtung weist einen Bremsschuh mit einer äußeren gebogenen Reibfläche auf, die an der Innenseite eines zweiten zylindrischen Teils angreift, um mit dieser für ein Gleiten der Reibflächen zu sorgen. Der Bremsschuh weist zwei voneinander abgewand te Innenrampenflächen auf, von denen eine gleitend an einer komplementären Rampenfläche der Basis und die andere gleitend verschiebbar an einem Fortsatz des Federendes angreift, das die Federkraft auf den Bremsschuh aufbringt. Die Federkraft wird von einem Ende der Feder erzeugt, das um einen in der Basis ausgebildeten Vorsprung gebogen ist. Die unter Drehmoment stehende Feder bringt eine Federkraft auf, die im wesentlichen senkrecht zu der Innenrampenfläche ist, wobei die Rampenfläche des Schuhs gegen die komplementäre Rampenfläche der Basis und eine Auskleidung gegen eine komplementäre Innenfläche des zweiten zylindrischen Teils gedrückt wird, wodurch auf den Schuh eine Reaktionskraft aufgebracht wird.
Da der Dämpfungsmechanismus gemäß letztgenanntem Patent die Verwendung mehrerer Rampenflächen, des Bremsschuhs und eines Vorsprungs in der Basis erfordert, ist die Möglichkeit des Erzielens einer größeren Dämpfung begrenzt. Außerdem erhöht die Verwendung mehrerer Teile die Kosten, das Gewicht und die Größe der Spannvorrichtungskonstruktion im Ganzen.
Ein weiterer Dämpfungsmechanismus ist in WO 01/57828 beschrieben, zu deren Beschreibung die hier angefügten 1 bis 7 gehören. Die aus diesem Dokument bekannten Merkmale der vorliegenden Erfindung sind die folgenden: Eine Riemenspannvorrichtung zum Spannen eines Endlosteils, mit:
einem Gehäuse mit einer Welle;
einem an der Welle schwenkbar angebrachten Schwenkarm;
einer an dem Schwenkarm zur Drehung um eine zu der ersten Achse im wesentlichen parallel verlaufende und von dieser beabstandete zweite Achse gelagerten Riemenscheibe;
einer Feder mit einem ersten und einem zweiten Ende, die ein Federdrehmoment aufweist;
einer Dämpfungsplatte mit einer Reibfläche und mindestens einer Rampenfläche zum Angreifen an einer Schwenkfläche; und wobei
die Dämpfungsplatte einen ersten und einen zweiten Federberührungspunkt zum wirkungsmäßigen Anschließen des ersten Endes der Feder aufweist; wodurch das auf die Dämpfungsplatte aufgebrachte Federdrehmoment in Kombination mit einer Reaktionskraft an der Schwenkfläche eine Normalkraft erzeugt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung ist eine Riemenspannvorrichtung gemäß Anspruch 1 vorgesehen, der insbesondere bei Mikrokeilriemenfronthilfsantriebssystemen bei Fahrzeugen zweckmäßig ist, bei denen die Ausrichtung der Riemenscheibe über die erwartete Lebensdauer sowie die Gesamtkosten, das Gesamtgewicht und die Gesamtgröße der Spannvorrichtung von Bedeutung sind. Die Erfindung weist eine Feder mit einem ersten und einem zweiten Ende auf, wobei das erste Ende wirkungsmäßig mit einer Dämpfungsplatte mit einem ersten und einem zweiten Federberührungspunkt verbunden ist, wodurch das auf die Dämpfungsplatte aufgebrachte Federdrehmoment in Kombination mit einer Reaktionskraft an der Schwenkfläche eine Normalkraft erzeugt. Ferner weist die Dämpfungsplatte eine äußere Reibfläche und mindestens eine Rampenfläche auf. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das zweite Ende der Feder mit einer Spannvorrichtungsbasis verbunden. In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das zweite Ende der Feder mit einem Spannvorrichtungsschwenkarm verbunden.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein weniger voluminöser Dämpfungsmechanismus vorgesehen wird, der eine verringerte Anzahl an Bauteilen und eine vergrößerte Reibkontaktfläche aufweist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Notwendigkeit für kostspielige maschinell hergestellte Vorsprünge und Rampenflächen entweder in der Basis oder dem Schwenkarm verringert ist.
Diese und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich nach Prüfung der Zeichnungen und ihrer Beschreibung, wobei die Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Vorderansicht eines Fronthilfsantriebssystems, das eine Riemenspannvorrichtung mit einem Dämpfungsmechanismus aufweist;
2 eine schematische vergrößerte Teilansicht im wesentlichen entlang der Linie 2-2 von 1, wobei mit der Spannvorrichtung zusammenhängende verschiedene Teilkräfte dargestellt sind;
3 eine entlang der Linie 3-3 von 2 geschnittene Ansicht;
4 eine vergrößerte Ansicht des Dämpfungsmechanismus;
5 ein alternatives Ausführungsbeispiel des Dämpfungsmechanismus in Halbkreisform;
6 ein alternatives Ausführungsbeispiel des Dämpfungsmechanismus in Halbkreisform und einer Außenwand mit einem Ablenkband; und
7 ein alternatives Ausführungsbeispiel des Dämpfungsmechanismus mit einer Innenreibfläche.
8 zeigt eine Ansicht der auf die Dämpfungsplatte gemäß der Erfindung einwirkenden Kräfte von unten.
9 ist eine Draufsicht der Dämpfungsplatte.
10 ist eine schematische Prinzipzeichnung des Dämpfungsmechanismus in einer Spannvorrichtungsbasis.
11 ist eine Seitenansicht des Dämpfungsmechanismus entlang der Linie 11-11 in 8.
12 ist eine Draufsicht des Dämpfungsmechanismus.
13 ist eine perspektivische Ansicht der Dämpfungsplatte von oben.
14 ist eine perspektivische Ansicht der Dämpfungsplatte von unten.
15 ist eine Skizze eines ersten alternativen Ausführungsbeispiels des Dämpfungsmechanismus von unten.
16 ist eine Seitenansicht des Dämpfungsmechanismus entlang der Linie 16-16 in 15.
17 ist eine Draufsicht des ersten alternativen Dämpfungsmechanismus von oben.
18 ist eine perspektivische Ansicht des ersten alternativen Dämpfungsmechanismus von oben.
19 ist eine perspektivische Ansicht des ersten alternativen Dämpfungsmechanismus von unten.
20 ist eine perspektivische Ansicht eines alternativen Dämpfungsmecha nismus von oben.
21 ist eine Draufsicht eines zweiten alternativen Ausführungsbeispiels von unten.
22 ist eine Seitenansicht des Dämpfungsmechanismus entlang der Linie 22-22 in 21.
23 ist eine Draufsicht des zweiten alternativen Ausführungsbeispiels von oben.
24 ist eine perspektivische Ansicht des zweiten alternativen Ausführungsbeispiels von unten.
25 ist eine perspektivische Ansicht des zweiten alternativen Ausführungsbeispiels von oben.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In den 1 und 2 ist eine Spannvorrichtung 10 mit einer Riemenscheibe 12 als Bauteil eines Riemenantriebssystems dargestellt, das einen Riemen 16 und mehrere Riemenscheiben aufweist. Der Riemen 16 ist beispielsweise um eine Kurbelriemenscheibe 18, eine Gebläse-/Wasserpumpenriemenscheibe 20, eine Servolenkungsriemenscheibe 22, eine Drehstromlichtmaschinenriemenscheibe 24, eine Leitscheibe 26 und die Spannvorrichtungsriemenscheibe 12 geführt. Die Spannvorrichtungsriemenscheibe 12 greift an dem Riemen 16 an und ist in mehreren Positionen dargestellt, um schematisch darzustellen, wie die Riemenscheibe sich zum Regeln der Riemenspannung bewegt. Die Spannvorrichtungsriemenscheibe 12 greift an dem Riemen 16 an und nimmt eine Riemenlast in Form von Riemenspannung T1, T2 benachbarter Bandabschnitte 28, 30 auf. Die Riemenspannung T1, T2 (oder Last) erzeugt zusammen eine Riemenkraftkomponente BF entlang einer Winkelhalbierenden oder eines zwischen den Riemen abschnitten 28, 30 gebildeten Winkels. Die gegenüber einem Drehzapfen 32 der Spannvorrichtung axial versetzte Riemenkraftkomponente erzeugt eine komplizierte Nabenlast mit Kräften und Momenten, die symbolisch (d.h. nicht spezifisch) durch den Pfeil HL repräsentiert sind. Der Dämpfungsmechanismus der Erfindung ist in der Spannvorrichtung 10 bei 34 gezeigt.
Gemäß 3 ist die Spannvorrichtung 10 vom mechanischen Typ mit dem Dämpfungsmechanismus 34 der Erfindung, der eine Basis 42, eine Torsionsfeder 44 und eine Riemenscheibe 12 aufweist, die drehbar, z.B. mittels eines Kugellagers 62 auf einer Welle 64, an einem Schwenkarm 52 angebracht ist. Das Kugellager 62 ist durch ein Flanschbefestigungselement 66 auf der Welle 64 gehalten. Der Schwenkarm 52 ist an einem zylindrischen Teil 53 angebracht, das den Schwenkarm 52 stützt und sich mit einer Drehwelle 55 dreht. In dem Drehzapfen 32 ist mindestens eine Buchse 56 vom Hülsentyp positioniert. Die Drehbuchse 56 ist vorzugsweise polymer und so in dem Drehzapfen positioniert, daß sie sich entgegen der Drehwelle 55 dreht, um dadurch den Schwenkarm 52 zu stützen. Es ist zwar nur eine Drehbuchse 56 dargestellt, aber es können mehr als eine vorgesehen sein. Die Drehwelle 55 mit einem Befestigungselement 60 erstreckt sich durch eine Flanschbohrung 57 in dem zylindrischen Teil 53 und der Drehbuchse 56, um dadurch den Dreharm 52 an der Basis 42 anzubringen.
Gemäß den 2-4 weist der Dämpfungsmechanismus 34 eine Torsionsfeder 70 mit einem ersten Ende 72 und einem zweiten Ende 74 auf. Der Dämpfungsmechanismus 34 weist ferner eine Dämpfungsplatte 76 mit einer äußeren Reibfläche 78 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel an der Basis 42 der Spannvorrichtung 10 angreift. Eine Rampenfläche 77 ist vorgesehen, die an einen Vorsprung 79 des Schwenkarms 52 passend angreift. Die Dämpfungsplatte 76 weist einen ersten und einen zweiten Federberührungspunkt 80 bzw. 82 auf, die die Feder 70 wirkungsmäßig mit der Dämpfungsplatte 76 verbinden. In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Dämpfungsplatte 76 um die Achse A-A symmetrisch, wodurch die Installation der Feder 70, die eine andere Federwendelwicklungsrichtung hat, ermöglicht wird.
Die Dämpfungsplatte weist einen Kanal 86 zur Aufnahme der Feder 70 auf, der eine Plattenbasis 88, eine Innenwand 90 und eine Außenwand 92 aufweist. Die Plattenbasis weist Reibkissen 93 auf, die mit periodischem Abstand auf einer Bodenfläche 200 angebracht sind, um gleitend verschiebbar an dem zylindrischen Teil 53 der Spannvorrichtung anzugeifen.
Die Dämpfungsplatte 76 weist eine daran angebrachte Auskleidung 84 auf, die die Reibfläche 78 bildet und durch die Verwendung mechanischer Zungen 85 zum festen Anbringen der Auskleidung 84 an der Dämpfungsplatte 76 an dieser angebracht ist.
Der Dämpfungsmechanismus 34 gemäß den 2-4 ist kreisförmig. Ein anderes Ausführungsbeispiel des Dämpfungsmechanismus 34 ist in 5 gezeigt, bei dem die Dämpfungsplatte halbkreisförmig ist. Die Dämpfungsplatte 76 weist ein Drehgelenk 100 auf, das der unter dem Drehmoment von der Feder 70 stehenden Dämpfungsplatte 76 eine durch B angezeigte Relativbewegung ermöglicht. Die zusätzliche Bewegung der Dämpfungsplatte 76 sorgt für eine erhöhte Reibungskraft für die Dämpfung.
In einem anderen in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine halbkreisförmige Platte 76 mit einem Ablenkband 102 an der Außenwand 92 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel wirkt die durch das Federende 72 aufgebrachte Kraft gemäß C auf das Ablenkband 102, um ein radiales Angreifen an der Spannvorrichtung zu ermöglichen und das Belasten des Schwenkarmes 52 zu unterstützen. In diesem Ausführungsbeispiel hat das Ablenkband 102 Kontakt mit einer an dem Spannvorrichtungsarm 52 angebrachten zusätzlichen Abstützung 104.
7 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Dämpfungsmechanismus mit der Innenwand 90, die eine Auskleidung 110 mit einer Innenreibfläche 112 aufweist.
8 zeigt gemäß der Erfindung eine Ansicht der auf die Dämpfungsplatte wirkenden Kräfte von unten. Die Dämpfungscharakteristik der die erfinderische Dämpfungsplatte verwendenden Spannvorrichtung, welche auch als Dämpfungsmechanismus bezeichnet wird, ist asymmetrisch. Dies läßt sich am besten mit den Kräften beschreiben, die auf den Dämpfungsmechanismus oder die Dämpfungsplatte einwirken, das heißt, eine erste Dämpfungskraft T_L wirkt auf eine Bewegung des Schwenkarms in einer ersten Richtung weg von einem Endlosteil und eine zweite Dämpfungskraft T_un wirkt auf eine Bewegung des Schwenkarms in einer zweiten Richtung auf ein Endlosteil hin, wobei die erste Dämpfungskraft größer als die zweite Dämpfungskraft ist.
In der stationären Position erzeugt ein Vorspannteil oder eine Torsionsfeder mit Federdrehmoment T_spr Reaktionen N und N an ersten und zweiten Berührungspunkten 80, 82. Das andere Ende der Feder greift an der Basis 42 an, welche am Drehen gehindert wird, woraus ein Drehmoment resultiert. Der Dämpfungsmechanismus ist im wesentlichen in einer vorbestimmten Position relativ zu dem Schwenkarm zwischen der Rampenfläche 77 und dem Berührungspunkt 79 und der Reibfläche 78 gehalten. Ferner greift die Rampenfläche 300 für eine geringere Dämpfungskraft an dem Berührungspunkt 10 an. Im Falle einer entgegengesetzten Bewegung greift die Rampenfläche 302 für eine geringere Dämpfungskraft an dem Berührungspunkt 11 und die Rampenfläche 310 für eine höhere Dämpfungskraft an dem Berührungspunkt 12 an.
Das Dämpfungsband greift auch an einer gebogenen Basisinnenfläche an. Bei Bewegung des Schwenkarms 52 gelangt die Dämpfungsplattenreibfläche in Anlage an die gebogene Basisinnenfläche, wodurch eine erste und zweite Dämpfungskraft erzeugt wird, die einer Bewegung des Schwenkarms 52 entgegen wirken, wodurch die Schwingbewegungen des Schwenkarms in jeder Richtung gedämpft werden. Die Dämpfungsplattendämpfungskräfte wirken in jeder Richtung einer Bewegung des Schwenkarms entgegen.
Die Analyse ergibt; Tspr = N·F (1)F ist der Abstand zwischen den Berührungspunkten 80, 82. Die Dämpfungsplattenrampenfläche 77 liegt an dem Schwenkarm an dem Anschlag- oder Berührungspunkt 79 an, wodurch eine Drehung der Dämpfungsplatte 76 um einen Vorsprungs- oder Drehpunkt 79 gesteuert wird.
Insbesondere bei ortsfester Basis 42 ortsfest und Drehung des Schwenkarms 52 im Uhrzeigersinn mit dem Dämpfungsmechanismus erhöht das Reibungsdrehmoment oder die Dämpfungskraft, die an der Oberfläche der gekrümmten Reibfläche 78 erzeugt wird, eine Reaktionskraft P an dem Punkt 79, wobei P = Tspr/A (2)A ist der radiale Abstand, von dem Drehmittelpunkt O zu P an dem Dämpfungsmechanismus. O ist der Drehmittelpunkt des Schwenkarms 52.
Gemäß 9, einer Draufsicht der Dämpfungsplatte, lautet die Drehmomentgleichung für das Drehmoment in bezug auf den Punkt O wie folgt: Tspr – PL·A + μTL·R = 0 (3)wobei T_L und P_L jeweils eine durch eine Riemenspannung oder -kraft erzeugte Belastungskraft sind. μ ist der Reibungskoeffizient der Oberfläche der Reibfläche 78. Jeder Bereich der hier beschriebenen Reibfläche 78 kann ein beliebiges, auf dem Gebiet bekanntes Reibmaterial aufweisen, das für die Dämpfung einer Relativbewegung aneinandergrenzender Gleitflächen geeignet ist, darunter, jedoch nicht ausschließlich, Nylon 6, Nylon 66 und Teflon^®. R ist ein Radius der Reibfläche 78.
Die Kräfte in x-Richtung sind weiter: TL·cosθ + μTLsinθ – PL = 0 (4)
Dann: TL = PL[1/(cosθ + μsinθ)] (5)
Durch Einsetzen von T_L und P_L in die Drehmomentgleichung (3) ergibt sich: Tspr – PL·A + μ·PL[1/(cosθ + μsinθ)]·R = 0 (6)
Das Zerlegen der Gleichung in Faktoren ergibt: PL = Tspr/A·[(cosθ + μsinθ)/((cosθ + μsinθ) – μ·R/A)] (7)
Gleichung (7) ergibt den Wert der während eines Belastungszyklus an dem Berührungspunkt 79 auf die Dämpfungsplattenrampenfläche 77 ausgeübten Belastungskraft P_L, siehe auch 8.
10 zeigt eine schematische Prinzipzeichnung des Dämpfungsmechanismus in einer Entlastungsrichtung, und gemäß derselben Logik wie der in 9 beschriebenen verringert das Reibungsdrehmoment die Reaktion P_un, wenn der Spannvorrichtungsarm sich gegen den Uhrzeigersinn bewegt oder "entlastet".
Die Reaktion P_L/P_un erzeugt eine Dämpfungskraft an der Reibfläche T_L/T_un. Ein größeres P erzeugt eine höhere Normalreaktion T und dementsprechend ein höheres Reibungsdrehmoment und umgekehrt. Pun = Tspr/A·[(cosθ – μsinθ)/((cosθ – μsinθ) + μ·R/A)] (8)
Gleichung (8) gibt den Wert der Kraft P_un an, die gemäß 8 während eines Entlastungszyklus an dem Punkt 79 auf die Dämpfungsplatte 76 ausgeübt wird.
Die Dämpfungsasymmetrie und der damit in Beziehung stehende Asymmetriekoeffizient ist durch die Riemenspannung oder P-Lastdifferenz zwischen dem Belastungs- und dem Entlastungszustand bestimmt, die einer ersten Dämpfungskraft und einer zweiten Dämpfungskraft entsprechen. KAS = ΔTRiemenbelastung/TRiemenentlastung (9)wobei:
K_AS der Asymmetriekoeffizient ist.
ΔT_{Riemenbelastung} ist die Veränderung der Riemenspannung mit der entsprechenden ersten Dämpfungskraft, wenn der Schwenkarm sich von einem Riemen oder Endlosteil wegbewegt. ΔTRiemenbelastung = Tmax Riemen – Tsoll Riemen (10)ΔT_{Riemenentlastung} ist die Veränderung der Riemenspannung mit der zweiten Dämpfungskraft, wenn der Schwenkarm sich in Richtung auf einen Riemen bewegt. ΔTRiemenentlastung = Tsoll Riemen – Tmin Riemen (11)
Bei der Spannvorrichtungskonstruktion liefert die Reaktionskraft P die Riemenspannung.
Daher KAS = (PL – P)/(P – Pun) (12)
Beim Einsetzen lautet die Gleichung für den Asymmetriekoeffizienten: KAS = [(cosθ – μsinθ + μ·R/A)/(cosθ + μsinθ) – μ·R/A)] (13)wobei θ = arctan(μ).
Beispielfall
Für die vermerkten Variablen seien die folgenden Werte angenommen:

μ: = 0,2, Reibungskoeffizient
R: = 33 mm
A: = 16 mm
θ: = 11,3°

Unter Anwendung der obenstehenden Gleichungen ergibt sich: KAS = 1,35/0,61 = 2,2
Der Asymmetriekoeffizient kann durch Variieren des Reibungskoeffizienten der Reibfläche 78 sowie durch Variieren der Größenvariablen R und A abgestimmt werden.
Basierend auf der hier beschriebenen Logik ist bei einem Dämpfungsmechanismus mit doppeltem Dämpfungsband die Asymmetrie 1,5 bis 2 Mal größer als bei einem einzelnen Dämpfungsband.
Diagramm 1 und Diagramm 2 zeigen die bei einem Einzeldämpfungsmechanismus statisch und dynamisch gemessene Spannvorrichtungsbelastung und – dämpfung.
Diagramm 1
Diagramm 2
Diagramm 3 und Diagramm 4 zeigen die bei einem Doppeldämpfungsmechanismus statisch und dynamisch gemessene Spannvorrichtungsbelastung und – dämpfung, siehe 15.
Diagramm 3
Diagramm 4
In jedem der vorstehenden Diagramme ist die asymmetrische Charakteristik durch die Streuung zwischen dem T_Belastung-Punkt und dem T-Punkt gegenüber der Streuung zwischen dem T_Entlastung-Punkt und dem T-Punkt dargestellt. Die Bestimmung des Wertes von K_AS ist eine simple Angelegenheit des Messens der Werte in jedem Graph. Die sind jeweils wie folgt:

Für Diagramm 1:
Für Diagramm 2:
Für Diagramm 3:
Für Diagramm 4:

11 ist eine Seitenansicht des Dämpfungsmechanismus entlang der Linie 11-11 in 8. Zum korrekten Positionieren der Feder relativ zur Dämpfungsplatte 76 ist eine Führung 14 vorgesehen. Eine Federhalterung 13 ragt über die Dämpfungsplatte 76 hinaus. Die Feder ist zusammengedrückt installiert, und zwar unter axialer Belastung, die parallel zu einer Drehachse des Schwenkarms wirkt, wobei eine Kraft F₁₃ auf die Federhalterung 13 sowie auf die Führung 14 und 15 ausgeübt wird. Dadurch wird die Dämpfungsplatte 76, wie in 2 gezeigt, gegen einen nicht gezeigten Schwenkarm gedrückt Die Reibfläche 78 ist, wie in 12 gezeigt, mit Zungen 85 an der Dämpfungsplatte 76 befestigt. Reibkissen 93 sorgen für eine reibungsarme Oberfläche, mit der die Dämpfungsplatte 76, wie in 2 gezeigt, gleitend verschiebbar an einem nicht gezeigten Schwenkarm angreift.
12 ist eine Draufsicht auf den Dämpfungsmechanismus von oben. Die Zungen 85 sind mit der Dämpfungsplatte 76 verriegelt, um die Reibfläche 78 an der Dämpfungsplatte 76 zu befestigen. Ein Ende 72 der Feder 70 berührt die Dämpfungsplatte 76 an den Berührungspunkten 80, 82. Durch die Nut 9 gabelt sich die Reibfläche 78 in zwei symmetrische Hälften, wobei jede Hälfte an einer (nicht gezeigten) gebogenen Innenfläche der Basis der Spannvorrichtung angreift. Die Nut 9 ist aus den hier beschriebenen Gründen im wesentlichen mit den Berührungspunkten 80, 82 ausgerichtet.
Im Betrieb bei einer Bewegung im Uhrzeigersinn und bei einer verringerten Riemen- oder Nabenlast ist die Kraft P relativ gering. Die Nabenlast ist die auf den Riemenscheibendrehpunkt 32 ausgeübte Last, die sich aus der von einem Riemen auf den Schwenkarm ausgeübten Kraft ergibt. Der Berührungspunkt 79 hemmt die Bewegung der Dämpfungsplatte 76 in relativ gering belastetem Zustand. Bei zunehmenden Nabenlasten gelangt der Dämpfungsrahmen 76 in Anlage an den Berührungspunkt 10 und im stärker belasteten Zustand an den Berührungspunkt 79. Dies ist das Ergebnis einer geringen plastischen Verformung der Dämpfungsplatte und der Reibfläche unter erhöhter Belastung.
Bei einer Bewegung eines Spannvorrichtungsarms gegen den Uhrzeigersinn beschränkt der Berührungspunkt 12 die Bewegung der Dämpfungsplatte 76 in dem relativ gering belasteten Zustand. Bei größeren Nabenlasten wirkt der Berührungspunkt 11 in Verbindung mit dem Berührungspunkt 12 im stärker belasteten Zustand. Wiederum ist dies das Ergebnis einer geringfügigen plastischen Verformung der Dämpfungsplatte unter Last.
In jedem Fall bewirkt ein Kontakt der Dämpfungsplatte mit dem Berührungspunkt 79 oder 10 ein Drehen der Dämpfungsplatte, wobei der Drehmittelpunkt sich, abhängig von der Größe des aufgebrachten Federdrehmoments, an dem Punkt 79 oder 10 befindet. Das heißt, gemäß 8 bewirkt die Ausübung der Kräfte bei 80, 82 in Abhängigkeit von der Last, daß die Dämpfungsplatte 76 an dem Punkt 79 und möglicherweise 10 angreift. Sobald dies geschehen ist, dreht die Dämpfungsplatte 76 sich geringfügig um den Punkt 79 oder 10, um dadurch die Reibfläche 78 in echten Kontakt mit einer Innenfläche des Gehäuses zu bringen, um dadurch auf die Reibfläche eine Normalkraft auszuüben. Diese Logik gilt auch für das Angreifen der Dämpfungsplatte an den Berührungspunkten 11, 12.
Wie dem Fachmann einleuchten wird, verbessert die Steuerung des Rahmens und der Bewegung und Drehrichtung zwischen den Schwenkarmpunkten 79, 10, 11 und 12 das Angreifen zwischen der Reibfläche 78 und der Innenfläche des Gehäuses. Der Schwenkarm kann sich durch seinen gesamten Wirkungsbewegungsbereich in bezug auf das Gehäuse drehen, da die Dämpfungsplatte an dem Arm zwischen den Berührungspunkten 79, 10, 11, 12 festgehalten ist.
13 ist eine perspektivische Ansicht der Dämpfungsplatte von oben. An der Dämpfungsplatte 76 sind Reibkissen 93 angebracht, um die Reibung zwischen der Dämpfungsplatte 76 und einem (nicht gezeigten) Schwenkarm zu verringern. Es sei darauf hingewiesen, daß die Dämpfungsplatte zwecks im wesentlichen gesteuerter Drehung um den Punkt O nicht axial befestigt ist. Die Dämpfungsplatte 76 schwimmt während des Betriebs zwischen den Punkten 79, 10, 11 und 12 unter der Feder. Dies ermöglicht es jeder Reibfläche, sich unter Belastung korrekt auszurichten, so daß sie während des Betriebs vollständig an der gebogenen Basisinnenfläche angreifen kann. Dies ermöglicht es der Reibfläche ferner, sich durch ständige Neuausrichtung während der Lebensdauer der Spannvorrichtung an den Verschleiß anzupassen. Die Führungen 14 und 15 positionieren und halten das Federende 72 korrekt innerhalb der Dämpfungsplatte 76. Diese Beziehung ist notwendig, damit das Federende 72 in korrektem Kontakt mit den Dämpfungsplattenpunkten 7, 8 angeordnet werden kann.
14 ist eine perspektivische Ansicht der Dämpfungsplatte von unten. Die Lagerflächen der Kissen 93 sind im wesentlichen koplanar mit der Unterseite 51 der Reibfläche 78, wodurch die Dämpfungsplatte im wesentlichen flach auf dem Schwenkarm gehalten wird. Die Fläche 51 hat denselben Reibungskoeffizienten wie die Reibfläche 78.
15 ist eine Skizze eines ersten alternativen Ausführungsbeispiels des Dämpfungsmechanismus von unten gesehen. Das erste alternative Ausführungsbeispiel weist zwei Reibflächen 78 auf der Dämpfungsplatte 76 auf. An dem Drehgelenk 100 wirken entgegengesetzte Kräfte P₁ und P₁' auf die Dämpfungsplatte. Das Federende 72 berührt die Dämpfungsplatte 76 an den Berührungspunkten 107 und 108. Im Betrieb erzeugt die Feder 50 Kraft: P1' = Tspr/r
Gemäß 16 ermöglicht das Drehgelenk 100 ein geringfügiges Biegen der Dämpfungsplatte, wodurch sich beide Teile der Dämpfungsplatte, 180 und 190, relativ zueinander bewegen können. Die Relativbewegung der Rahmenteile 180 und 190 aufgrund der Biegung der Dämpfungsplatte an dem Drehgelenk 100 ist radial in bezug auf einen Drehmittelpunkt O der Dämpfungsplatte 76. Daher ist jede Reibfläche 78 in Richtung D1 bzw. D2 bewegbar.
Wenn die Dämpfungsplatte im Gleichgewicht ist, liefert die Kraft P₁' eine entgegengesetzte und eine gleiche Kraft P₁ an die anderen Teile der Dämpfungsplatte 76, d.h. 180 und 190. Die Kräfte P₁ und P ergeben zusammenaddiert die Resultierende R: R = P1 + P (14)
Die Resultierende wirkt gemäß 2 auf die gebogene Innenfläche der nicht gezeigten Spannvorrichtungsbasis. Die Kräfte R und T wirken an der Grenzfläche zwischen der gebogenen Innenfläche der Spannvorrichtungsbasis und der Reibfläche. Diese Kräfte erzeugen in Verbindung mit dem Reibungskoeffizienten eine Reibkraft an jeder der Reibflächen.
Im Gleichgewichtszustand ist die Kraft P eine Ausgleichskraft, die einem Riemenlastmomentenarm entgegenwirkt oder diesen ausgleicht: BL·M = P·A (15)oder; P = (BL·M)/A (16)
Wenn B_L eine Riemen- oder Nabenlast ist, ist M der vom Drehmittelpunkt O bis zu der Nabenlast an dem Arm gemessene Momentenarm, und P und A sind wie hier beschrieben.
Die Reibkraft (R + T)μ ist aufgrund der zusätzlichen Kraft ungefähr dreimal größer als die Reibkraft auf einem Einzeldämpfungsmechanismus; R = P + P₁·P ist die einzige Kraft, die den Arm gegenüber einer Nabenlast ausgleicht.
16 ist eine Seitenansicht des Dämpfungsmechanismus entlang der Linie 16-16 in 15. Sie zeigt die relativen Positionen der Reibflächen 78. Das Drehgelenk 100 ist zwischen den Reibflächen dargestellt. Die Reibflächen 78 haben jeweils gleiche gebogene Angriffslängen A_L, siehe 17, und denselben Reibungskoeffizienten μ. Natürlich kann die Dämpfungscharakteristik des Dämpfungsmechanismus zum Teil durch Verändern der Länge A_L von jeder der Reibflächen verändert werden.
17 ist eine Draufsicht des ersten alternativen Dämpfungsmechanismus von oben. Die Zungen 40 verbinden die Reibflächen 78 mit der Dämpfungsplatte 76. Das Federende 72 berührt die Dämpfungsplatte 76 an den Berührungspunkten 107 und 108. Das Drehgelenk 100 ermöglicht ein Biegen der Dämpfungsplatte 76, wodurch eine Relativbewegung der Reibflächen 78 möglich ist, wie dies schon an anderer Stelle in dieser Beschreibung beschrieben worden ist.
18 ist eine perspektivische Ansicht des ersten alternativen Dämpfungsmechanismus von oben. Das Drehgelenk 100 ist zwischen den Reibflächen 78 gezeigt.
19 ist eine perspektivische Ansicht des ersten alternativen Dämpfungsmechanismus von unten. Die Flächen 202 und 203 greifen an einem (nicht gezeigten) Schwenkarm an. Die Flächen 202 und 203 können denselben Reibungskoeffizienten haben wie die Reibflächen, sofern dies vom Benutzer gefordert wird. In diesem Ausführungsbeispiel sind die bei dem Einzelreibflächenausführungsbeispiel verwendeten Kissen 93 gemäß 13 nicht notwendig.
20 ist eine perspektivische Ansicht eines alternativen Dämpfungsmechanismus von oben. Die Federhalterungen 20, 21 sind ungleich hoch, um die Schraubwendel einer (nicht gezeigten) Torsionsfeder richtig zu halten. Im Betrieb ist die Feder geringfügig axial zusammengedrückt, wodurch durch die Federhalterungen 20 und 21 eine Kraft auf die Dämpfungsflächen 202 und 203 ausgeübt wird. Die Halterungen 20, 21 dienen zur gleichmäßigen Verteilung einer Axialfederkraft um die Dämpfungsplatte.
21 ist eine Draufsicht auf ein zweites alternatives Ausführungsbeispiel von unten. Der Dämpfungsmechanismus ist im wesentlichen derselbe wie der bei dem in 15 beschriebenen Ausführungsbeispiel, außer daß nur eine einzige Reibfläche 78 verwendet wird. Ferner ist in der Reibfläche 78 keine Nut 91 vorhanden. Statt dessen bildet gemäß 23 die gebogene Fläche 92 eine durch gehende Berührungsfläche für die Dämpfungsplatte 76. Da sie einen relativ geringen Reibungskoeffizienten hat, erzeugt die Normalkraft T eine unerhebliche Reibkraft auf der Dämpfungsplatte. Zum Ausgleichen sind zwei Kräfte (T + P) vorhanden. Für die Reibung sind ebenfalls zwei Kräfte R = P₁ + P vorhanden. Da die Dämpfungsplatte im statischen Gleichgewicht ist, ist P₁' = – P₁.
22 ist eine Seitenansicht des Dämpfungsmechanismus entlang der Linie 22-22 in 21.
23 ist eine Draufsicht des zweiten alternativen Ausführungsbeispiels von oben. Die Reibfläche 78 ist durch Zungen 85 mit der Dämpfungsplatte 76 verbunden. Der Teil der Dämpfungsplatte, der in den anderen Ausführungsbeispielen als eine Nut nahe dem Berührungspunkt 107 aufweisend dargestellt ist, ist in diesem Ausführungsbeispiel eine durchgehende gebogene Fläche 92 zum Angreifen an einem Schwenkarm.
24 ist eine perspektivische Ansicht des zweiten alternativen Ausführungsbeispiels von unten. Die durchgehende gebogene Fläche 92 bildet eine Lagerfläche zur Aufnahme einer Kraft T, wie dies hier beschrieben ist.
25 ist eine perspektivische Ansicht des zweiten alternativen Ausführungsbeispiels von oben. Die Federhalterungen 20, 21 nehmen die (nicht gezeigte) Torsionsfeder 50 sowie eine hier beschriebene Axialfederkraft auf.

Claims

Riemenspannvorrichtung zum Spannen eines Endlosteils, mit: einem Gehäuse (42) mit einer Welle (55); einem an der Welle (55) schwenkbar angebrachten Schwenkarm (52); einer an dem Schwenkarm (52) zur Drehung um eine zu der ersten Achse im wesentlichen parallel verlaufende und von dieser beabstandete zweite Achse gelagerten Riemenscheibe (12); einer Feder (44) mit einem ersten und einem zweiten Ende (72, 74), die ein Federdrehmoment aufweist; einer Dämpfungsplatte (76) mit einer Reibfläche (78) und mindestens einer Rampenfläche zum Angreifen an einer Schwenkfläche; dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsplatte (76) einen ersten und einen zweiten Federberührungspunkt zum wirkungsmäßigen Anschließen des ersten Endes der Feder (44) aufweist, wodurch das auf die Dämpfungsplatte (76) aufgebrachte Federdrehmoment in Kombination mit einer Reaktionskraft an der Schwenkfläche eine Normalkraft erzeugt; und die Dämpfungsplatte (76) im wesentlichen die gesamte Schwenkarmbewegung durch eine erste Dämpfungskraft, die auf eine Bewegung des Schwenkarms (52) in eine von einem Endlosteil wegführende erste Richtung einwirkt, und eine zweite Dämpfungskraft, die auf eine Bewegung des Schwenkarms (52) in eine auf ein Endlosteil hinführende zweite Richtung einwirkt, abschwächt, wobei die erste Dämpfungskraft größer als die zweite Dämpfungskraft ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Verhältnis der ersten Dämpfungskraft und der zweiten Dämpfungskraft einen Asymmetriekoeffizienten von etwa 2,2 aufweist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Reibfläche eine kurvenförmige Form mit einer Länge aufweist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei der die Dämpfungsplatte (76) ferner aufweist: daß die Platte an der Schwenkfläche angreift, wodurch eine Drehung der Dämpfungsplatte (76) auftritt, wenn eine Kraft auf den ersten Berührungspunkt und den zweiten Berührungspunkt aufgebracht wird, wobei die Schwenkfläche den Drehmittelpunkt darstellt.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Reibfläche (78) mindestens zwei Reibflächenbereiche aufweist und wobei ein Krümmungsmittelpunkt eines Reibflächenbereichs nicht mit einem anderen Reibflächenbereichkrümmungsmittelpunkt zusammenfällt.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Reibfläche (78) ein nicht-metallisches Material aufweist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 6, bei der das nicht-metallische Material geschmiert ist.