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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine automatische Spannrolle mit verriegelter
Mitte zum Spannen eines Kraftübertragungsriemens
eines Riementriebsystems im allgemeinen. Insbesondere betrifft die
Erfindung eine automatische Spannrolle mit verriegelter Mitte, die
für eine
Ausgangsspannungseinstellung für ein
Riementriebsystem sorgt. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung
eine automatische Spannrolle mit verriegelter Mitte für ein Kraftübertragungs-Riementriebsystem
für den
Antrieb von Zusatzeinrichtungen für den Gebrauch eines Verbrennungsmotors.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Die
Verwendung einer Spannrolle mit verriegelter Mitte in Verbindung
mit einem Hilfsriementriebsystem für einen Verbrennungsmotor,
die für
eine Ausgangsriemenspannung sorgt, damit der Riemen straff ist,
ist bekannt. Bei einer Ausführungsform
der Spannrolle mit verriegelter Mitte umfasst der Einbau zunächst die
lockere Befestigung der Spannrolle an ihrem Platz. Dann drückt der
Monteur die Spannrolle einschließlich ihres die Riemenscheibe
lagernden Spannelements und der Riemenscheibe gegen den Kraftübertragungsriemen,
um eine auf den Riemen einwirkende beträchtliche Spannung zu erzeugen. Während die
Spannrolle in diesem Zustand gehalten wird, muß der Monteur dann die Befestigungseinrichtung
der Spannrolle festziehen, um sie in ihrer Position zu fixieren.
Dieser Einbauvorgang ist recht anstrengend, insbesondere, wenn er
während
einer Schicht wiederholt durchgeführt wird. Ferner ist er fehleranfällig. Die
Spannrolle kann leicht mit unzureichender oder überhaupt keiner auf den Riemen
einwirkenden Spannung festgezogen werden.
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JP-59-08
38 57 beschreibt eine Spannrolle mit verriegelter Mitte gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Aufbringen von Spannung auf
ein Riementrieb-Kraftübertragungssystem
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 5.
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Eine
andere Ausführungsform
der Spannrolle mit verriegelter Mitte umfasst eine vorgespannte Feder.
Der Einbau dieser Ausführungsform
umfasst die feste Anbringung der Spannrolle an ihrer Position. Dann
bewegt die Aktivierung der vorgespannten Feder die Riemenscheibe
in die Spannposition gegen den Riemen. Dieser Einbauvorgang ist
weniger anstrengend und fehleranfällig. Die Möglichkeit, dass die Spannrolle
zwar für
Spannung, allerdings in unzureichendem Maße, sorgt, ist geringer. Dennoch
lässt auch
dieser Vorgang zu, dass die Aktivierung der vorgespannten Feder
beim Einbau vergessen wird. So wird keine Ausgangsspannung auf den
Riemen aufgebracht. Ferner ist die Ausgestaltung und Konstruktion
dieser Ausführungsform
der Spannrolle mit verriegelter Mitte komplizierter, was eine Erhöhung ihrer Herstellungskosten
mit sich bringt.
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Die
Spannrollen mit verriegelter Mitte nach dem Stand der Technik sind
limitiert dahingehend, dass sie entweder schwierig einzubauen sind
und möglicherweise
bei diesem Einbau Fehler auftreten oder kompliziert ausgestaltet
und immer noch relativ fehleranfällig
bei ihrem Einbau sind. Demnach besteht weiterhin Bedarf an einer
Spannrolle mit verriegelter Mitte, die zugleich weniger anstrengend
einzubauen, weniger anfällig
für fehlerhaften
Einbau, aber einfach in ihrer Ausgestaltung und Konstruktion ist.
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Die
Aufgabe dieser Erfindung wird mittels einer Spannrolle mit verriegelter
Mitte gemäß Anspruch
1 und eines Verfahrens zum Aufbringen von Spannung auf ein Riementrieb-Kraftübertragungssystem
gemäß Anspruch
5 gelöst.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
wird eine automatische Spannrolle mit verriegelter Mitte offenbart.
Die Erfindung besteht in einer verbesserten Spannrolle mit verriegelter
Mitte von dem Typ, der eine von einem Lager gelagerte Riemenscheibe
aufweist. Das Lager ist an einem Spannungseinstellelement angebracht.
Die Verbesserung besteht darin, dass das Spannungseinstellelement
mit einer Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung in Verbindung steht.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
beigefügten
Zeichnungen, die in die Beschreibung eingebracht sind und Teil derselben
bilden und in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen,
stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung
der Erläuterung
der Grundlagen der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine
Draufsicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer automatischen
Spannrolle mit verriegelter Mitte;
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2 eine
entlang der Linie 2-2 geschnittene Ansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels
einer in 1 abgebildeten automatischen
Spannrolle mit verriegelter Mitte;
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3 eine
Draufsicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer automatischen
Spannrolle mit verriegelter Mitte;
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4 eine
entlang der Linie 4-4 geschnittene Ansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels
einer in 3 abgebildeten automatischen
Spannrolle mit verriegelter Mitte;
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5 eine
Draufsicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer automatischen
Spannrolle mit verriegelter Mitte; und
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6 eine
entlang der Linie 6-6 geschnittene Ansicht einer in 5 abgebildeten
automatischen Spannrolle mit verriegelter Mitte.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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1 und 2 stellen
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer automatischen Spannrolle 10 mit verriegelter Mitte
dar. Sie weist als Spannungseinstellelement ein Spannelement 12 mit
einem zylindrischen Hauptbereich 14 auf, der ein Lager 16 lagert.
Das dargestellte Lager 16 ist vom für solche Einsatzbereiche gängigsten
Typ, nämlich
ein Kugellager. Es können
jedoch auch andere Lager geeignet sein. Die Riemenscheibe 18 ist
auf übliche
Weise an dem Lager 16 angebracht. Das Spannelement 12 weist
ferner einen zylindrischen Nebenbereich 20 mit einer axial
durch diesen und den zylindrischen Hauptbereich 14 verlaufenden
exzentrischen Bohrung 22 auf. Über dem zylindrischen Hauptbereich verläuft radial
eine Leiste 23 mit einer Reaktionsreibfläche 25.
Unter dem zylindrischen Nebenbereich 20 befindet sich eine
Widerstandsreibfläche 27.
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Die
Spannrolle 10 mit verriegelter Mitte weist auch eine Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung 24 auf.
Die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung 24 weist eine
Welle 26 auf, auf der sich ein Gewinde 28 befindet.
Die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung weist auch einen hexagonal
dargestellten Kopf 30 auf. Es werden jedoch beliebige andere
geeignete Kopfformen in Betracht gezogen. Von der Welle 28 steht
radial ein dem Kopf 30 benachbarter Flansch 32 ab.
Der Flansch 32 weist ferner eine Reaktionskontaktfläche 34 und
eine ringförmige
Ausnehmung 36 auf. Der durchschnittliche Radius des Kontakts
der Reaktionskontaktfläche 34 auf
der Reaktionsreibfläche 25 ist
als Reaktionsradius R1 definiert. Der durchschnittliche Radius des
Kontakts der Widerstandsreibfläche 27 auf
dem Träger 38 ist
als R2 definiert.
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In
der Praxis wird die automatische Spannrolle 10 mit verriegelter
Mitte in der in den 1 und 2 dargestellten
Weise zusammengebaut. Die automatische Spannrolle 10 mit
verriegelter Mitte wird auf dem Träger 38 angeordnet.
Der Träger 38 kann
der Zylinderblock eines Verbrennungsmotors oder eine separate Struktur
sein, die in bezug auf den Zylinderblock unbeweglich ist. Der Kraftübertragungsriemen
wird um die Riemenscheibe 18 geführt. Die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung 24 wird auf
das passende (nicht dargestellte) Gewinde des Trägers 38 geschraubt.
Die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung 24 wird festgezogen.
Wenn die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung 24 festgezogen
wird: 1) wird das Spannelement 12 zwischen dem Träger 38 und
der Reaktionskontaktfläche 34 eingespannt;
und 2) der Flansch 32 und die Reaktionskontaktfläche 34 drehen
sich.
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Es
ist von grundlegender Bedeutung, dass das durch die Reaktionsreibung
zwischen der Reaktionsreibfläche 25 und
der Reaktionskontaktfläche 34 erzeugte
Drehmoment, das Reaktionsdrehmoment, größer als das durch die Widerstands reibung
zwischen der Widerstandsreibfläche 27 und
der Montagefläche 42 des
Trägers 38 erzeugte
Drehmoment, das Widerstandsdrehmoment, ist.
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Diese
relativen Drehmomente lassen sich auf verschiedene Weise erreichen.
Eine Spanne von Möglichkeiten
sieht die Steuerung der relativen Reibungskoeffizienten der Reaktionsreibung
und der Widerstandsreibung vor. Dies kann beispielsweise durch die
Wahl unähnlicher
Materialien erfolgen. Falls die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung 24 und
das Spannungseinstellelement 12 beispielsweise aus gewöhnlichem
Stahl bestehen und der Träger 38 aus
Aluminium ist, ist der statische Reibungskoeffizient, der die Reaktionsreibung
verursacht, relativ groß,
nämlich
ungefähr
0,7; der statische Reibungskoeffizient, der die Widerstandsreibung
verursacht, relativ gering, nämlich
ungefähr
0,45. Die dynamischen Reibungskoeffizienten liegen jedoch viel dichter
beieinander. Ferner kann es zahlreiche übergeordnete Faktoren geben,
die die für
diese Anwendung verfügbaren
Materialien einschränken
können. Demzufolge
kann die Materialauswahl nicht immer als effektiver Ansatz zur Verfügung stehen.
Ein weiteres Beispiel der Steuerung der relativen Reibungskoeffizienten
ist das Einspritzen eines Schmiermittels zur Verringerung der Widerstandsreibung.
Ferner können
verschiedene Beschichtungen auf die Flächen 25, 27, 34 oder 42 aufgebracht
werden, um die relativen Reibungskoeffizienten zu modifizieren.
Außerdem
können
die Flächen 25, 27, 34 oder 42 texturiert
sein, um die relativen Reibungskoeffizienten zu modifizieren.
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Ein
weiterer Ansatz zur Steuerung der relativen Drehmomente besteht
in der Steuerung der Hebelarme, auf die die Reaktionsreibung und
die Widerstandsreibung einwirken. Die auf alle Flächen 25, 27, 34 und 42 abgegebene
Axialkraft ist offensichtlich die gleiche. Ferner ist das Drehmoment
die Resultierende der durch einen Hebelarm wirkenden Kraft. Wenn der
Reaktionskoeffizient der Reibung gleich dem Widerstandskoeffizient
der Reibung und der Radius R1 gleich dem Radius R2 ist, ist das
Reaktionsdrehmoment gleich dem Widerstandsdrehmoment. Da das Drehmoment
eine lineare Funktion relativ zur Länge des Hebelarms ist, bestimmt
das Verhältnis
der beiden Radii R1 und R2 die relativen Drehmomentniveaus vor dem
Schlupf einer der Flächen 25, 27, 34 oder 42.
Dementsprechend führt
eine Vergrößerung des
Radius R1 gegenüber
dem Radius R2, wie dargestellt, dazu, dass das Reaktionsdrehmoment
größer als
das Wider standsdrehmoment ist. Somit steht zu erwarten, dass zunächst die
Widerstandsreibfläche 27 gegen
die Montagefläche 42 rutscht,
wodurch das Widerstandsdrehmoment plötzlich abfällt, weil der zugehörige Reibungskoeffizient
beim Übergang von
Statik zu Dynamik plötzlich
abfällt.
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In
dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel,
bei dem der Radius R1 größer als
der Radius R2 ist, wird das Spannelement 12 beim Festziehen
der Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung 24 gedreht.
Aufgrund der Platzierung der exzentrischen Bohrung 22 bewegen
sich das Spannelement 12 und die Riemenscheibe 18 in
Richtung des Riemens 40. Dies führt zu einem längeren Weg für den Riemen 40 und
Festziehen des Riemens 40. Sobald der Riemen 40 einen
gewissen Spannungsgrad erreicht, reicht das Reaktionsdrehmoment
abzüglich
des Widerstandsdrehmoments nicht mehr aus, um das Spannelement 12 weiterhin
zu drehen, und zwischen der Reaktionsreibfläche 25 und der Reaktionskontaktfläche 34 tritt
Schlupf auf. Manchmal ist die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung nach
diesem Zeitpunkt nicht mehr festgezogen. Der Riemen 40 wird
bis zu der gewünschten
Einstellung gespannt sein. Auch die automatische Spannrolle mit verriegelter
Mitte wird an dem Träger 38 befestigt worden
sein. Das Verhältnis
von Radius R1 und Radius R2 kann so gewählt werden, dass entweder eine lediglich
zum Straffen des Riemens ausreichende, auf den Riemen 40 einwirkende
Spannung oder ein beliebiger anderer Funktionsbetrag erzeugt wird.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist eine optionale ringförmige
Ausnehmung 36 dargestellt. Die ringförmige Ausnehmung 36 gestattet
eine stärkere Kontrolle über den
Punkt, an dem das Spannelement 12 sich in Reaktion auf
die Riemenspannung nicht mehr dreht. Sie bewirkt sowohl, dass die
Kontaktfläche
der Reaktionsreibfläche 25 und
der Reaktionskontaktfläche 34 während des
Festziehens der Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung 24 stabiler ist
als auch, dass der Flansch 32 nachgibt, so dass der Punkt,
an dem die automatische Spannrolle mit verriegelter Mitte in angemessener
Weise an dem Träger 38 fixiert
ist, weniger kritisch ist.
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Das
Ausführungsbeispiel
der 3 und 4 nutzt dasselbe Prinzip des
Drehens des Spannelements 12 mittels der Differenz von
Reaktionsdrehmoment zu Widerstandsdrehmoment. Das Spannelement 12 hat
jetzt jedoch die Form der in den 3 und 4 gezeigten
Platte. Die übrige
Konstruktion des Spannelements 12 umfaßt alles Notwendige zum Lagern
des Lagers 16 und der Riemenscheibe 18. Wie bei
dem vorherigen Ausführungsbeispiel
ist das Reaktionsdrehmoment das Ergebnis des durch die Reaktionsreibung
zwischen der Reaktionsreibfläche 25 und
der Reaktionskontaktfläche 34 erzeugten
Drehmoments multipliziert mit dem Radius R1, wenn die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung 24 in
der Aufnahmebohrung 52 für die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung
angeordnet und festgezogen wird. Ebenso ist das Widerstandsdrehmoment
das Ergebnis des von der Widerstandsreibung zwischen der Widerstandsreibfläche 27 und der
Montagefläche 42 des
Trägers 38 erzeugten Drehmoments
multipliziert mit dem Radius R2.
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Es
steht nicht zu erwarten, dass diese Ausgestaltungsform genauso viel
Spannung auf den Riemen erzeugt wie das vorherige Ausführungsbeispiel. Das
Maß an
Druck, das die Spannrolle 10 auf den Riemen 40 aufbringen
kann, ist das auf das Spannelement 12 aufgebrachte Drehmoment
dividiert durch die Länge
des Hebelarms, der durch den Abstand von dem Mittelpunkt der Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung
zu dem Mittelpunkt der Riemenscheibe 18 definiert ist.
Wie ersichtlich ist, ist der Hebelarm des vorherigen Ausführungsbeispiels
viel kürzer
als der Hebelarm des aktuellen Ausführungsbeispiels. Die Konstruktion
dieses Ausführungsbeispiels hat
jedoch den Vorteil, dass das Spannelement 12 eine einfachere
Ausgestaltung hat und auf bestimmte Motor- und Kraftübertragungsantriebsgeometrien
anwendbar ist.
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Es
wird berücksichtigt,
dass bei jenen Riementrieb-Kraftübertragungssystemen,
die unter hohen Spannungen arbeiten, ein innerhalb eines Sicherungsschlitzes 46 arbeitender
Sicherungsbolzen 44 erforderlich sein kann, um die von
der automatischen Spannrolle 10 mit verriegelter Mitte
zugeführte
Spannung zu stabilisieren.
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Das
Ausführungsbeispiel
der 5 und 6 funktioniert ähnlich wie
das Ausführungsbeispiel
der 1 und 2 und nutzt dasselbe Prinzip des
Drehens des Spannelements 12 durch die Differenz von Reaktionsdrehmoment
zu Widerstandsdrehmoment. Ein wesentlicher Unterschied besteht in
dem Punkt, um den das Spannelement 12 schwenkt. Im ersten
Ausführungsbeispiel
schwenkt das Spannelement 12 um die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung 24.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
schwenkt das Spannelement 12 um einen Schwenkzapfen 48,
der sich axial von der Widerstandsreibfläche 14 erstreckt.
Zur Aufnahme des anderen Schwenkpunkts ist die exzentrische Bohrung 22 durch
den Spannschlitz 50 ersetzt worden.
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Wie
bei den vorherigen Ausführungsbeispielen
ist das Reaktionsdrehmoment das Ergebnis des durch die Reaktionsreibung
zwischen der Reaktionsreibfläche 25 und
der Reaktionskontaktfläche 34 erzeugten
Drehmoments. Ebenso ist das Widerstandsdrehmoment das Ergebnis des
von der Widerstandsreibung zwischen der Widerstandsreibfläche 27 und der
Montagefläche 42 des
Trägers 38 erzeugten Drehmoments.
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Zusammenfassend
ist festzustellen, dass die hier beschriebenen und in den Figuren
abgebildeten bevorzugten Ausführungsbeispiele
eine automatische Spannrolle mit verriegelter Mitte mit einfacher Ausgestaltung
und Konstruktion möglich
machen, die ohne unangemessene Anstrengung bzw. Fehleranfälligkeit
eingebaut werden kann.
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Die
obenstehende Beschreibung und die veranschaulichenden Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung wurden in verschiedenen Modifizierungen
und alternativen Ausführungsbeispielen in
den Zeichnungen gezeigt und im einzelnen beschrieben. Es sei jedoch
darauf hingewiesen, dass die obenstehende Beschreibung der Erfindung
lediglich als Beispiel dient und dass der Umfang der Erfindung lediglich
auf die Ansprüche
in der im Hinblick auf den Stand der Technik ausgelegten Form einzuschränken ist.