DE60219328T2

DE60219328T2 - Linearer riemenspannarm

Info

Publication number: DE60219328T2
Application number: DE60219328T
Authority: DE
Inventors: Alexander Troy SERKH; Ali Clarkston KANBEROGLU
Original assignee: Gates Corp
Current assignee: Gates Corp
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2022-08-28
Also published as: EP1421298B1; KR100566361B1; AR036356A1; DE60219328D1; CN100374757C; AU2002329911B2; ES2282464T3; CN1549908A; CA2457897C; US6579199B2; ATE358791T1; JP3926330B2; MXPA04002952A; BR0211928A; JP2005529283A; CA2457897A1; TW541401B; WO2003021131A1; KR20040032967A; US20030045386A1

Description

Fachgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Spannvorrichtungen und insbesondere Spannvorrichtungen, die über einen Linearbewegungsbereich hinweg eine konstante Spannung aufweisen.
Technischer Hintergrund der Erfindung
Die meisten Motoren, die für Kraftfahrzeuge und dgl. verwendet werden, sind mit einer Anzahl riemengetriebener Zusatzsysteme versehen, welche für den korrekten Betrieb des Motors erforderlich sind. Zu den Zusatzsystemen können ein Generator, ein Kompressor einer Klimaanlage und eine Servolenkpumpe zählen.
Die Zusatzsysteme sind generell an der Vorderseite des Motors angeordnet, wobei jedes Zusatzsystem eine an einer Welle angeordnete Riemenscheibe zur Energieaufnahme von einem Riemenantrieb beliebiger Art aufweist. Bei früheren Systemen wurde jedes Zusatzsystem von einem eigenen Riemen angetrieben, der zwischen dem Zusatzsystem und der Kurbelwelle verlief. Aufgrund von Verbesserungen in der Riementechnologie werden derzeit für die meisten Anwendungszwecke Keilrippenriemen verwendet, die zwischen den verschiedenen Zusatzsystemkomponenten geführt sind. Der Keilrippenriemen wird von der Motorkurbelwelle angetrieben.
Da der Keilrippenriemen zu sämtlichen Zusatzsystemen geführt werden muss, hat sich seine Länge im Vergleich zu seinen Vorgängern vergrößert. Um einen korrekten Betrieb zu erzielen, wird der Riemen mit einer vorbestimmten Spannung installiert. Während seines Betriebs erfährt der Riemen eine leichte Dehnung. Dies führt zu einer Abnahme der Riemen spannung, was ein Verrutschen des Riemens und folglich ein inakzeptables Maß an Geräuschaufkommen und Verschleiß verursachen kann. Folglich ist eine Riemenspannvorrichtung wünschenswert, welche die korrekte Riemenspannung aufrechterhält, wenn sich der Riemen während des Betriebs dehnt.
Während des Betriebs einer Riemenspannvorrichtung vibriert der Riemen normalerweise, was durch sein Zusammenwirken mit den Riemenscheiben verursacht wird. Diese Vibrationen sind unerwünscht, da sie einen vorzeitigen Verschleiß des Riemens und der Spannvorrichtung bewirken. Deshalb wird der Spannvorrichtung ein Dämpfungsmechanismus hinzugefügt, um die Riemenvibrationen zu dämpfen.
Die Spannvorrichtungen des Standes der Technik, wie z.B. diejenige gemäß DE 37 07 917 A1 , welche eine Spannvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 beschreibt, basieren auf einer beliebigen Art von Belastungselement zur Einwirkung auf eine Riemenscheibe. Derartige Belastungselemente können Druckfedern, Stoßdämpfer, Luftfedern, Hydraulikzylinder usw. sein. In diesem Fall sind die Riemenspannung und folglich die auf den Riemen einwirkende Last eine Funktion der Position der Riemenscheibe. Generell vergrößert oder verkleinert sich die in dem Riemen vorhandene Spannung in Abhängigkeit von der Position der Riemenscheibe.
Ferner sind zahlreiche herkömmliche Dämpfungsmechanismen entwickelt worden. Zu diesen zählen auf viskosem Fluid basierende Dämpfungsvorrichtungen, Mechanismen auf Basis relativ zueinander gleitender oder miteinander zusammenwirkender Reibflächen, und Dämpfungsvorrichtungen, bei denen mehrere miteinander zusammenwirkende Federn verwendet werden. Jeder dieser Mechanismen beruht auf einer einzelnen Form von Dämpfungsmechanismus zum Durchführen der Dämpfungsfunktion. Jeder der Mechanismen weist eine Riemenscheiben- und Dämpfungsmechanismus-Konfiguration auf, bei der sich der Dämpfungsmechanismus außer halb der Riemenscheibe befindet. Dadurch entstand eine für ihre Zwecke unerwünscht große Vorrichtung.
Es besteht Bedarf an einer Spannvorrichtung, die über einen Linearbewegungsbereich einer Riemenscheibe hinweg eine konstante Spannung aufweist Es besteht Bedarf an einer Spannvorrichtung mit einem Nockenkörper zur Aufbringung einer konstanten Kraft über einen Bereich von Drehmomenten der Feder hinweg. Es besteht Bedarf an einer Spannvorrichtung mit einem Dämpfungsmechanismus, der eine lineare Führung aufweist. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Vorgaben.
Überblick über die Erfindung
Der Hauptaspekt der Erfindung besteht in der Schaffung einer Spannvorrichtung, die über einen Linearbewegungsbereich einer Riemenscheibe hinweg eine konstante Spannung aufweist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Schaffung einer Spannvorrichtung mit einem Nockenkörper zur Aufbringung einer konstanten Kraft über einen Bereich von Drehmomenten der Feder hinweg.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Schaffung einer Spannvorrichtung mit einem Dämpfungsmechanismus, der eine lineare Führung aufweist.
Die vorstehenden Aufgaben werden durch die speziellen technischen Merkmale gemäß Anspruch 1 gelöst.
Weitere Aspekte der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung der Erfindung und den beigefügten Zeichnungen dargelegt oder sind daraus ersichtlich.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Spannvorrichtung entsprechend den Ansprüchen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Erfindung eine Spannvorrichtung mit einer Riemenscheibe auf, die drehbar an einem Gehäuse angeordnet ist. Das Gehäuse weist ferner eine Führung auf. Die Führung steht in Gleiteingriff mit Schienen, die an einer Basis angeordnet sind. Die Führung und die Schienen begrenzen die Bewegungsfreiheit des Gehäuses dahingehend, dass sich das Gehäuse nur entlang eines vorbestimmten linearen Wegs bewegen kann. Die Schienen sind relativ zu zwei Achsen, die durch die Riemenscheibe definiert sind, horizontal versetzt. Die Riemenscheibenlast ist auch vertikal relativ zu der Achse der Führung versetzt. Die Führung und die Schienen haben einen derartigen vorbestimmten Reibkoeffizienten, dass als kumulative Ergebnis ein asymmetrischer Dämpfungseffekt erzeugt wird. Ferner ist ein Verbindungsteil zwischen dem Gehäuse und einem Nockenkörper angeordnet. Der Nockenkörper ist drehbar mit der Basis verbunden. Ein Vorspannteil wie z.B. eine Torsionsfeder spannt den Nockenkörper über das Verbindungsteil gegen die Riemenlast vor. Der Radius des Nockenkörpers ist variabel, um eine konstante Riemenlast beizubehalten, während sich die Spannvorrichtungs-Riemenscheibe als Reaktion auf eine Lastveränderung bewegt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen, auf die in der Beschreibung verwiesen wird und die Teil der Beschreibung sind, zeigen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
1 zeigt eine quergeschnittene Ansicht der Erfindung.
2 zeigt eine quergeschnittene Draufsicht auf die Erfindung.
3 zeigt eine entlang der Linie 3-3 in 2 angesetzte Ansicht der Führung und der Schienen.
4 zeigt einen Kraftplan der auf die Schienen einwirkenden Kräfte.
5 zeigt eine perspektivische Darstellung der auf die Führung einwirkenden Kräfte.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
zeigt eine quergeschnittene Ansicht der Erfindung. Die Spannvorrichtung weist eine Riemenscheibe 1 auf, die mittels eines Lagers 2 drehbar an einem Gehäuse 3 befestigt ist. Das Gehäuse 3 weist ferner eine Führung 4 auf. An einer Basis 6 sind Schienen 7, 17 angeordnet. Die Schienen 7, 17 befinden sich derart in Gleiteingriff mit der Führung 4, dass sich das Gehäuse 3 zwangsweise nur entlang eines vorbestimmten Wegs bewegen kann. Bei der bevorzugten Ausführungsform verläuft der Weg linear.
Ein Ende eines Verbindungsteils 8 ist an dem Gehäuse 3 befestigt, und das andere Ende ist durch ein Befestigungselement 10 an dem Nockenkörper 9 befestigt. Der Nockenkörper 9 ist ferner mit einer Torsionsfeder 11 verbunden. Die Torsionsfeder 11 ist mit der Basis 6 verbunden. An der Basis 6 ist ein Drehstift 13 befestigt. Der Nockenkörper 9 ist drehbar mit dem Drehstift 13 verbunden, so dass er sich als Reaktion auf eine Drehkraft von der Feder 11 um eine Hauptachse drehen kann. Das Verbindungsteil 8 ist an seinem während des Betriebs um den Nockenkörper 9 gelegten Ende flexibel.
Der Nockenkörper hat ferner einen variablen Radius. In der unbelasteten Position der Spannvorrichtung befindet sich der an dem Verbindungsteilkontakt-Tangentialpunkt P gelegene Radius R auf dem Minimum. In der Maximalbelastungsposition der Spannvorrichtung befindet sich der bei P ge legene Radius R auf dem Maximum. Die Differenz des Radius kompensiert die Veränderung der Federdrehkraft bei verschiedenen Positionen der Riemenscheibe, um die Riemenspannung konstant zu halten. Es ist ersichtlich, dass der Radius des Nockenkörpers dahingehend wählbar ist, dass er einen Bereich von Riemenspannungen gemäß den Benutzeranforderungen aufnimmt.
2 zeigt eine quergeschnittene Draufsicht auf die Erfindung. Eine Mittelinie des Verbindungsteils 8 ist relativ zu der ersten Achse der Riemenscheibenmitte "C" um einen Versatz "A" versetzt. Ferner sind die Schienen 7, 17 relativ zueinander entlang einer zweiten Achse um einen Versatz "B" versetzt. Die Schiene 17 ist relativ zu der Riemenscheibenmitte "C" um Versätze "D" und "F" versetzt. Ferner sind die Schienen 7, 17 relativ zueinander um einen Versatz "E" versetzt. Der Versatz "A" bewirkt an den in der Führung 4 angeordneten Schienen 7, 17 Reaktionskräfte F_R, die durch die Versätze "B", "D", "E", "F" bestimmt sind. F_R bestimmt die Reibkräfte, die von der auf den Schienen gleitenden Führung verursacht werden. Die Größe und das Verhältnis von A, B, D, E und F bestimmen die Dämpfungscharakteristik, die durch die Aktion der Führung auf den Schienen erzeugt wird. Die Dämpfung beseitigt bei Betrieb die Riemenvibrationen. In manchen Fällen ist es sehr vorteilhaft, für den belasteten und den unbelasteten Zustand des Riemens verschiedene Dämpfungscharakteristiken vorzusehen. Dies ist als Asymmetrie bekannt und kann bei der hier beschriebenen Konzeption durch das Verhältnis zwischen A, B, C, D und F gesteuert werden. Dieses Verhältnis lässt sich wie folgt darstellen:
Belasteter Zustand des Riemens

FR(17) – FR(7) = 0
FS – Dämpfung(7) – Dämpfung(17) – FB = 0
FS·A – FR(17)·D – Dämpfung( 17)·F + Dämpfung(7)·(E – F) – FR(7)·(B – D) = 0
DämpfungGesamtI = Dämpfung(7) + Dämpfung(17)

Unbelasteter Zustand des Riemens

FR(17) – FR(7) = 0
FS + Dämpfung(7) + Dämpfung(17) – FB = 0
FS·A – FR(17)·D + Dämpfung( 17)·F – Dämpfung(7)·(E – F) – FR(7)·(B – D) = 0
DämpfungGesamtII = Dämpfung(7) + Dämpfung(17)

Dämpfungs-Asymmetrie

Asymmetrie = (DämpfungGesamtII/DämpfungGesamtI)

Bei Betrieb wird ein Riemen unter Spannnung um (nicht gezeigte) Riemenscheiben geführt, was in der Aufbringung einer Riemenlast F_B auf die Riemenscheibe 1 resultiert. Die Feder 11 wird zur Erzeugung einer Federkraft F_S vorgespannt, welche im Wesentlichen die gleiche Größe wie die Riemenlast F_B hat und im Wesentlichen in Gegenrichtung zu dieser verläuft. Die Torsionsfeder 11 wirkt der Last F_B durch den Betrieb des Nockenkörpers 9 und des Verbindungsteils 8 entgegen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Lenker derart mit dem Nockenkörper 9 verbunden, dass der an dem Verbindungsteilkontakt-Tangentialpunkt P gelegene Nockenkörperradius R bei einer gegebenen Riemenlast F_B einen Minimalwert hat. Anschließend, z.B. wenn die Riemenspannung abnimmt oder entlastet wird und somit die Riemenlänge relativ zu der Riemenscheibe 2 zunimmt, bewegen sich Riemenscheibe/Gehäuse und Führung entlang den Schienen 7, 17. Die Einwirkung der Torsionsfeder auf den Nockenkörper bewirkt, dass sich das Verbindungsteil 8 teilweise um den Nockenkörper legt. In diesem Beispiel bewegt sich der Verbindungsteilkontakt-Tangentialpunkt P an dem Nockenkörper aus einer Position mit kleine rem Radius in eine Position mit größerem Radius und vergrößert dadurch das auf das Verbindungsteil einwirkende Moment, um eine entsprechende Verkleinerung der durch die Drehung des Nockenkörpers bewirkten Federdrehkraft zu kompensieren. Somit wird unter dem Einfluss des variablen Radius des Nockenkörpers eine konstante Kraft auf das Gehäuse ausgeübt, selbst wenn sich das Gehäuse als Reaktion auf Veränderungen der Riemenlast bewegt. Dies hat den Effekt, dass über einen Bewegungsbereich des Gehäuses hinweg die auf den Riemen einwirkende Last konstant gehalten wird.
Das Gehäuse 3 kann sich aufgrund des Zusammenwirkens der Führung 4 und der Schienen 7, 17 nur entlang eines vorbestimmten Wegs bewegen; siehe 3. Die Strecke, über die sich das Gehäuse 3 bewegt, und die Eigenschaften seiner Bewegung sind eine Funktion der Federkonstanten und des Dämpfungseffekts der Führung und der Schienen, wie hier beschrieben.
3 zeigt eine entlang der Linie 3-3 in 2 angesetzte Ansicht der Führung und der Schienen. Die Führung 4 weist schräge Seiten 41, 42 auf. Die Schienen 7, 17 stehen in Gleiteingriff mit den schrägen Seiten 41, 42 und der Führung 4 und beschränken dadurch die Bewegungsfreiheit der Führung 4 und des Gehäuses 3 derart, dass diese sich nur entlang eines vorbestimmten Wegs bewegen können. Bei der bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der bevorzugte Weg linear entlang einer Achse, die im Wesentlichen parallel zu der Achse des Verbindungsteils 8 verläuft. Der Reibkoeffizient der Schienen 7, 17 und der Seiten 41, 42 kann vom Benutzer unter Verwendung verschiedener auf dem Gebiet der Dämpfung bekannter Materialien gewählt werden, zu denen – ohne auf die genannten beschränkt zu sein – Nylon 6/6 und Nylon 4/6 mit Gleitmittel zählen.
4 zeigt einen Kraftplan der auf die Schienen einwirkenden Kräfte. Die Reaktionskräfte sind mit F_R bezeichnet, wie in 2 beschrieben. R₇, R₁₇ sind die von den Schienen ausgehenden Gegenkräfte. N₇, N₁₇ sind die normalen Komponenten. P₇, P₁₇ sind die durch die Riemenlast bewirkten Riemenscheibenkräfte.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht der auf die Führung einwirkenden Kräfte. Die Ausgleichsdrehkraft T_Ba1 ist gleich TBa1 = T = (P17 – P7)·B.

Claims

Spannvorrichtung mit: einer Basis (6); einem Gehäuse (3); wobei das Gehäuse (3) und die Basis (6) derart mechanisch zusammengreifen, dass das Gehäuse (3) zur Bewegung entlang eines vorbestimmten Wegs gezwungen wird; und gekennzeichnet durch: ein Verbindungsteil (8), das mit dem Gehäuse (3) und einem Nockenkörper (9) verbunden ist, wobei der Nockenkörper (9) drehbar mit der Basis (6) verbunden ist; ein Spannteil (11), das an einem Ende mit der Basis (6) verbunden ist und an dem anderen Ende mit dem Nockenkörper (9) verbunden ist; wobei das Spannteil (11) einer Drehbewegung des Nockenkörpers (9) entgegenwirkt; und eine an dem Gehäuse (3) gelagerte Scheibe (1).
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Nockenkörper (9) ferner einen variablen Radius hat.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, bei der an jedem Punkt des Bewegungsbereichs des Gehäuses (3) durch das Verbindungsteil (8) eine konstante Kraft auf das Gehäuse (3) aufgebracht wird.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der mechanische Zusammengriff aufweist: ein erstes Anlageteil (7), das einen Reibkoeffizienten hat und an der Basis (6) angeordnet ist; ein zweites Anlageteil (4), das einen Reibkoeffizienten hat und in Gleiteingriff mit dem ersten Anlageteil (7) an dem Gehäuse (3) angeordnet ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der vorbestimmte Weg linear ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Spannteil (11) eine Torsionsfeder aufweist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 2, bei der: das Verbindungsteil (8) derart mit dem Nockenkörper (9) verbunden ist, dass der Radius R des Nockenkörpers (9) an einem Verbindungsteilkontakt-Tangentialpunkt bei maximaler Last ein Minimum annimmt.
Spannvorrichtung nach Anspruch 4, ferner mit: einem Paar erster Anlageteile (7, 17).
Spannvorrichtung nach Anspruch 8, bei der: jedes der ersten Anlageteile (7, 17) von dem anderen Anlageteil in Bezug auf eine erste Achse der Scheibe (1) versetzt ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 9, bei der: jedes der ersten Anlageteile (7, 17) von dem anderen Anlageteil in Bezug auf eine zweite Achse der Scheibe (1) versetzt ist.