Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb, der ein elastisches Zugmittel, insbesondere einen Riemen umfasst. Die Spannvorrichtung ist über einen Tragkörper an einem Maschinenteil lagepositioniert, auf dem ein gegen eine Federkraft begrenzt verdrehbarer Arbeitsexzenter gelagert ist. Eine den Arbeitsexzenter umschließende, wälzgelagerte Laufrolle ist im eingebauten Zustand unmittelbar an dem Zugmittel abgestützt.
Hintergrund der Erfindung
Eine Spannvorrichtung gemäß der zuvor beschriebenen Bauart ist aus der DE 199 13 212 A1 bekannt. Bei Spanneinrichtungen dieser Bauart stützt sich die Laufrolle unterstützt durch eine Federkraft an dem Zugmittel, insbesondere einem Riemen ab, zur Erzielung einer ausreichenden Vorspannung. Diese stets vorhandene Vorspannkraft führt dazu, dass nicht wie gewünscht eine großflächige Krafteinleitung von dem Arbeitsexzenter auf den Tragkörper erfolgt sondern vielmehr ein Kantentrag. Dieser wird insbesondere dadurch ausgelöst, dass im Betriebszustand der Anlagebereich des Zugmittels an der Laufrolle sich verändert. Sobald sich verschleißbedingt eine gewisse Schiefstellung ergibt, hervorgerufen durch einen vergrößerten Ringspalt zwischen dem Tragkörper und dem Arbeitsexzenter, verlagert sich die Zugmittelkontaktfläche nach außen, d. h. entfernt vom Maschinenteil. Bei einem extremen Verschleiß kann
es dabei zu einem Ablaufen des Zugmittels von der Laufrolle kommen und damit zum Ausfall des Zugmitteltriebs.
Zusammenfassung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Spannvorrichtung zu schaffen, die wirksame Maßnahmen umfasst, um eine Fluchtungsabweichung der Laufrolle zu unterbinden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 , 2 und 10 gelöst.
Gemäß Anspruch 1 ist zum Ausgleich einer Fluchtungsabweichung zwischen der Längsachse des Tragkörpers und der Längsachse des Arbeitsexzenters der Tragkörper über eine von einer rechtwinkligen Ausrichtung zu der Tragkörper-Längsachse abweichende Anlagefläche an dem Maschinenteil abgestützt. Damit wird eine gewisse bewusste Schiefstellung erreicht, wodurch Einflüsse wie Fertigungstoleranzen, Lagerspiel sowie elastische Verformungen einzelner Bauteile im eingebauten Zustand der Spannvorrichtung kompensiert werden. Weiterhin beugt diese bewusste Schiefstellung ein verschleißbedingtes Spiel vor und vermeidet außerdem einen nachteiligen Kantentrag im Bereich einer Außenkontur, über die der Arbeitsexzenter mittelbar oder unmittelbar an dem Tragkörper abgestützt ist. Das Maß der Schiefstellung ist so gewählt, dass sich im eingebauten Zustand eine weitestgehend rechtwinklige Anordnung der Lauf- rollenmantellinie zu der Abstützfläche des Tragkörpers an dem Maschinenteil einstellt.
Zur Lösung der Erfindung ist gemäß Anspruch 2 vorgesehen, dass zumindest eine der unterschiedlichen Kontaktflächen der Spannvorrichtungen zum Aus- gleich einer Fluchtungsabweichung abweichend von einer zylindrischen Form gestaltet ist. Als bedeutende Kontaktflächen der Spannvorrichtung zählen die Mantelfläche des Tragkörpers oder die Aufnahmebohrung des Arbeitsexzenters. Diese konstruktiven Maßnahmen bewirken im eingebauten Zustand einen
bewussten Ausgleich des Einbauspiels der einzelnen Komponenten. Beispielsweise kann mit einem Vorhaltewinkel, der auch als eine positive Fluchtungsabweichung bezeichnet werden kann, eine verschleißbedingte Schiefstellung der Laufrolle kompensiert werden. Dieser Effekt ist ebenfalls erzielbar, indem die Mantelfläche der Laufrolle von einer zylindrischen Form abweichend gestaltet ist. Auch dieses Merkmal bewirkt einen Verschleiß- und Spielausgleich und ermöglichst eine weitestgehend parallele Zuordnung der Mantelfläche der Laufrolle zu der Längsachse der Spannvorrichtung und damit gleichzeitig eine rechtwinklige Führung des Zugmittels zu dem Maschinenteil bzw. aller Längsachsen der Aggregate, die der Zugmitteltrieb einschließt.
Zur Lösung der Erfindung ist gemäß Anspruch 10 weiterhin ein Verfahren vorgesehen, mit dem zumindest ein Bauteil der Spannvorrichtung so hergestellt und gestaltet ist, dass sich eine Fluchtungsabweichung ausgehend von einer rechtwinkligen Ausrichtung der Tragkörper-Längsachse von = 1 ,5° realisierbar ist.
Als ein geeignetes Verfahren ist eine mechanische Bearbeitung vorgesehen, mit der die Anlagefläche des Tragkörpers und/oder deren Mantelfläche so be- arbeitet wird, dass sich eine gewünschte Schiefhaltung, ein Vorhaltewinkel oder eine positive Fluchtungsabweichung einstellt, um einen Kantentrag zu vermeiden bzw. zum Ausgleich einer negativen Fluchtungsabweichung. Ein weiteres geeignetes Verfahren sieht vor, bei einem als Güssteil gestalteten Tragkörper die Anlagefläche und/oder dessen Mantelfläche entsprechend ein- zuformen. Vorteilhaft ist dazu ein Gießverfahren vorgesehen, mit dem ohne Nachbehandlung der Tragkörper mit der erforderlichen Schiefstellung hergestellt werden kann. Ein solches Verfahren kann ebenfalls angewandt werden zur Herstellung des Arbeitsexzenters. Die Erfindung schließt weiterhin ein Spritzgießverfahren ein, zur Fertigung der aus Kunststoff hergestellten Lauf- rolle. Mittels angepasster Gießform kann das Bauteil so hergestellt werden, dass dieses ohne Nacharbeit mit den erfindungsgemäßen Merkmalen der Gießform entnehmbar ist. Damit ist eine kostengünstige Herstellung dieser
Bauteile erzielbar, der insbesondere für in großen Stückzahlen hergestellte Spannvorrichtungen von Vorteil ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen gemäß Anspruch 1 und 2 sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 3 bis 9.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindungen sieht vor, dass diese auch auf Doppelexzenter-Spannvorrichtungen übertragbar sind. Dazu ist die Spannvorrichtung zusätzlich mit einem Einstellexzenter versehen, der im ein- gebauten Zustand zwischen dem Tragkörper und dem Arbeitsexzenter angeordnet ist und mit dem ein vergrößerter Verstellbereich der Spannvorrichtung erzielbar ist.
Alternativ kann der Tragkörper gleichzeitig die Funktion des Einstellexzenters übernehmen.
Zweckmäßigerweise erfolgt eine lagerorientierte Befestigung des Tragbolzens an dem Maschinenteil. Diese Maßnahme ist insbesondere für Spannvorrichtungen vorgesehen, deren Tragbolzen eine schrägverlaufende Anlagefläche aufweist, die folglich von einer rechtwinkligen Ausrichtung zu der Tragkörper- Längsachse abweicht. Die lageorientierte Befestigung kann beispielsweise in Verbindung mit einer Verdrehsicherung gestaltet sein. Weiterhin bietet es sich an, zwischen dem Maschinenteil und dem Tragbolzen einen Führungszapfen so zu gestalten, dass dieser nur in einer definierten Einbaulage ein Zusam- menfügen dieser Bauteile ermöglicht.
Die Erfindung ist außerdem übertragbar auf Spannvorrichtungen, bei denen in einem radial von dem Tragkörper und dem Arbeitsexzenter oder dem Einstellexzenter begrenzten Ringspalt eine Gleitlagerbuchse eingesetzt ist. Die Aufgabe besteht darin, eine möglichst reibungsarme, verschleißfreie Stellbewegung des Arbeitsexzenters und damit der Spannrolle gegenüber dem Tragkörper herzustellen.
Die Erfindungen schließen unterschiedlich geometrisch gestaltete Kontaktflächen der Spannvorrichtung ein. Eine Lösung sieht vor, den Tragkörper mit einer konisch gestalteten Mantelfläche zu versehen, wobei ein Tragkörperdurchmesser vom freien Ende ausgehend sich in Richtung des Maschinenteils kontinuierlich verjüngt. Ein derartiger Tragkörper ist mit einem Arbeitsexzenter oder Einstellexzenter kombiniert, der eine zylindrische Aufnahmebohrung aufweist. Diese Kombination tritt einem Kantentrag entgegen, bei dem sich die Laufrolle über den Arbeitsexzenter bedingt durch das Einbauspiel sowie einer außermittigen Krafteinleitung außenseitig abstützt. Verschleißbedingt vergrö- ßert sich die Schiefstellung der Laufrolle, was zu einem Ablaufen des Zugmittels von der Laufrolle führen kann. Die konisch gestaltete Mantelfläche des Tragkörpers, die vorzugsweise so gestaltet ist, dass sich ein Vorhaltewinkel einstellt bewirkt, dass im eingebauten Zustand ein verschleißbedingtes Spiel gleichzeitig verbunden ist mit einer Zunahme der Kontaktfläche, wodurch sich die Fluchtungsabweichung verlangsamt.
Dieser Effekt ist ebenfalls erzielbar, indem die Gleitlagerbuchse eine konisch gestaltete Mantelfläche aufweist, deren Durchmesser sich in Richtung des Maschinenteils im eingebauten Zustand ebenfalls kontinuierlich verjüngt.
Weiterhin bietet es sich an, die Laufrolle mit einer konisch gestalteten Mantelfläche zu versehen, an der das Zugmittel unmittelbar geführt ist. Auch hier ist der konische Verlauf so gewählt, dass der größte Durchmesser der Laufrolle auf der Laufrollenseite vorgesehen ist, der verschleißbedingt zu einem Kan- tentrag neigt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
in der nachfolgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 in einem Längsschnitt eine Spannvorrichtung im eingebauten Zustand;
Figur 2 die Spannvorrichtung gemäß Anspruch 1 , deren Laufrolle um das Einbauspiel bzw. Gleitlagerspiel geneigt ist;
Figur 3 eine Spannvorrichtung, bei der zum Ausgleich des Spiels die Anlagefläche des Tragkörpers geneigt ausgebildet ist;
Figur 4 einen konisch gestalteten Tragkörper der Spannvorrichtung als Maßnahme zum Spielausgleich;
Figur 5 eine Spannvorrichtung mit einem konisch gestalteten
Gleitlager, das zum Spielausgleich vorgesehen ist;
Figur 6 eine Spannvorrichtung, deren Laufrolle eine konisch gestaltete Mantelfläche umfasst;
Figur 7 im Längsschnitt eine Doppelexzenter-Spannvorrichtung, bei der zum Spielausgleich die Abstützfläche des Tragbolzens schräg gerichtet ist.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die Figur 1 zeigt in einem Längsschnitt die Spannvorrichtung 1 , bestehend aus einem Tragkörper 2 der drehfest an einem Maschinenteil 3 befestigt ist. Der Tragkörper 2 ist von einem Arbeitsexzenter 4 umschlossen, wobei dieser unmittelbar auf der Mantelfläche des Tragkörpers 2 oder über ein Gleitlager 5 begrenzt verdrehbar angeordnet ist. Die Längsachse „A" des Tragkörpers 2 ist um ein Maß „S" zu einer Längsachse „B" des Arbeitsexzenters 4 versetzt . Das Maß „S" definiert die maximale Exzentrizität des Arbeitsexzenters 4 und damit den Verstellbereich des Arbeitsexzenters 4 gegenüber dem Tragkörper 2. Auf einer Mantelfläche 6 des Arbeitsexzenters 4 ist ein Innenring 8 des Wälzlagers 7 positioniert. Der zugehörige Außenring 9 des Wälzlagers 7 ist umschlossen von der Laufrolle 10, die im eingebauten Zustand der Spannvorrichtung 1 an
einem Zugmittel, einem Riemen 11 abgestützt ist. Eine Torsionsfeder 12, die mit einem Federende an dem Arbeitsexzenter 4 und dem weiteren Federende an einer drehstarr mit dem Tragkörper 2 verbundenen Schildplatte 13 abgestützt ist, bewirkt eine selbsttätige stetige Beaufschlagung des Arbeitsexzen- ters 4, wodurch dieser in Richtung einer die Vorspannkraft des Riemens 11 erhöhende Position verdreht wird. Gegenüberliegend zur Torsionsfeder 12 stützt sich der Arbeitsexzenter 4 an einem Anschlag 14 ab, wobei zwischen dem Anschlag 14 und dem Arbeitsexzenter 4, als Maßnahme zur Reduzierung von Verschleiß und Reibung, eine Gleitscheibe 15 angeordnet ist. Die Figur 1 zeigt die Spannvorrichtung 1 in einem Idealzustand, bei dem die Längsachsen „A" und „B" des Tragkörpers 2 und des Arbeitsexzenters 4 koaxial bzw. parallel zueinander verlaufen.
Die Figur 2 zeigt die Laufrolle 10 in einer Schiefstellung gegenüber dem Trag- körper 2. Die Schiefstellung, gekennzeichnet durch die negative Fluchtungsabweichung ,,«" zwischen den Längsachsen „A" und „B", wird hervorgerufen durch eine Riemenkraft „F", die über die Mantelfläche der Laufrolle 10 in die Spannvorrichtung 1 eingeleitet wird. Ein vorhandenes Einbauspiel, das sich durch Fertigungstoleranzen in Verbindung von Verschleiß, im Betriebszustand einstellt, verursacht einen Kantentrag, d. h. anstelle einer koaxialen Abstützung des Arbeitsexzenters 4 auf dem Gleitlager 5 bzw. dem Tragkörper 4 stellt sich eine Verkippung ein, wobei sich der Arbeitsexzenter 4 über eine dem Anschlag 14 zugeordnete Randzone abstützt. Der Kantentrag verursacht dabei eine deutliche Erhöhung der Flächenpressung, die den Verschleiß weiterhin erhöht und damit die Verkippung bzw. Schiefstellung der Laufrolle 10 verstärkt. Synchron zur Schiefstellung der Laufrolle verändert sich die Anlage des Riemens 11 an der Mantelfläche der Laufrolle 10, verbunden mit der Gefahr, dass der Riemen 11 von der Laufrolle 10 abläuft.
In den Figuren 2 bis 6 ist jeweils die Spannvorrichtung 1 abgebildet, mit einem weitestgehend mit der Figur 1 übereinstimmenden Aufbau. In den Beschreibungen zu den Figuren 2 bis 6 sind daher lediglich die Unterscheidungen be-
schrieben. Übereinstimmende Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Die Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Maßnahme, zur Kompensation der negativen Fluchtungsabweichung „<x". Dazu ist der Tragkörper 2 mit einer Anlagefläche 16 versehen, die gegenüber der Längsachse „A" des Tragkörpers 2 schrägverlaufend gestaltet ist. Die Schrägstellung der Anlagefläche 16 ist durch den Winkel „ß" gekennzeichnet, der eine positive Fluchtungsabweichung definiert. Die schrägverlaufende Anlagefläche 16 erfordert einen lageorientier- ten Einbau des Tragkörpers 2. Dazu ist eine Verdrehsicherung 17 vorgesehen, bestehend aus einem axial vorstehenden Ansatz 18 des Tragkörpers 2, der im eingebauten Zustand der Spannvorrichtung 1 formschlüssig in eine Aussparung 19 des Maschinenteils 3 eingreift. Bevorzugt ist die schrägverlaufende Anlagefläche 16 des Tragkörpers 2 so gestaltet, dass die durch den Winkel „ß" gekennzeichnete positive Fluchtungsabweichung den Winkel „α" übertrifft, so dass fertigungsbedingte Einbautoleranzen bzw. alle Lagerspiele ausgeglichen werden und im Neuzustand sich eine großflächige Abstützung zwischen dem Arbeitsexzenter 4 und dem Gleitlager 5 bzw. dem Tragkörper 2 einstellt. Die erfindungsgemäße Maßnahme vermeidet einen Kantentrag und die damit ver- bundene unzulässig hohe Flächenpressung, die einen vorzeitigen Ausfall der Spannvorrichtung 1 auslöst.
Als eine alternative Maßnahme den nachteiligen Kantentrag zwischen dem Arbeitsexzenter 4 und dem Tragkörper 2 zu vermeiden, ist gemäß Figur 4 die Spannvorrichtung 1 mit einem konisch gestalteten Arbeitsexzenter 4 versehen. Die Konizität ist dabei so ausgeführt, dass sich der Außendurchmesser des Arbeitsexzenters 4 vom freien Ende d. h. vom Bereich des Anschlages 14 ausgehend kontinuierlich verjüngt. Die Grenzdurchmesser sind gekennzeichnet durch „di" und „d2". Das Differenzmaß zwischen diesen Durchmessern ist so ausgelegt, dass dieses das Einbauspiel bzw. Einbautoleranzen kompensiert und folglich im eingebauten Zustand sich eine parallele Anordnung zwischen den Längsachsen „A" und „B" einstellt. Zur Montagevereinfachung ist vorgesehen, dass dem lageorientiert eingebauten Tragkörper 2 ein Arbeitsexzenter 4
zugeordnet ist, dessen Aufnahmebohrung = dem größten Durchmesser des Arbeitsexzenters, dem Durchmesser „di", entspricht.
Alternativ zu der Lösung gemäß Figur 4 zeigt die in Figur 5 abgebildete Spannvorrichtung 1 ein konisch gestaltetes Gleitlager 5. Im eingebauten Zustand ist das Gleitlager 5 mit dem größten Außendurchmesser „di" dem Anschlag 14 zugeordnet. Der Außendurchmesser verjüngt sich ausgehend vom Durchmesser „di" kontinuierlich bis zu dem Kleinstdurchmesser „d2". Mit dem konisch gestalteten Gleitlager 5 ist ein mit dem konischen Tragkörper 2 gemäß Figur 5 übereinstimmender Effekt erzielbar, um eine nachteilige Schiefstellung der Laufrolle im eingebauten Zustand zu verhindern.
Die Figur 6 zeigt die Spannvorrichtung 1 , bei der die Laufrolle 10 eine konische
Mantelfläche 20 aufweist. Auch dieser konische Verlauf der Mantelfläche 20 ist so gestaltet, dass diese die negative Fluchtungsabweichung, den Winkel „α" zwischen den Längsachsen „A" und „B" kompensiert. Dazu weitet sich der Durchmesser der Mantelfläche 20 von der Schildplatte 13 ausgehend kontinuierlich aus über die gesamte Breite der Mantelfläche.
Die Figur 7 zeigt die Spannvorrichtung 21 , die als eine Doppelexzenter- Spannvorrichtung aufgebaut ist. Die Spannvorrichtung 21 ist über einen Tragkörper, ausgebildet als Einstellexzenter 22, an dem in Figur 7 nicht abgebildeten Maschinenteil 3 lageorientiert befestigt. Auf der Mantelfläche 23 des Ein- stellexzenters 22 ist der Arbeitsexzenter 24 begrenzt verdrehbar angeordnet. Der Arbeitsexzenter 24 dient zur Aufnahme des Wälzlagers 25, welches von der Laufrolle 26 umschlossen ist. Im Idealfall verlaufen alle Längsachsen, die Längsachse „A" des Einstellexzenters 22, die Längsachse „B" des Arbeits- ex- zenters 24, die Längsachse „C" der Bohrung zur Aufnahme einer Befestigungsschraube 27 für die Spannvorrichtung 21 parallel. Zum Ausgleich einer Schiefstellung der Spannvorrichtung 21 bzw. einer negativen Fluchtungsabweichung „α" wie in den zuvor genannten Ausführungsbeispielen erläutert, stützt sich der Einstellexzenter 22 über eine schräg verlaufende Anlagefläche 28 an dem Maschinenteil 3 ab. Der Verlauf der Anlagefläche 28 ist durch den
Winkel „Y" gekennzeichnet, der die Abweichung der Anlagefläche 28 von einem rechtwinklig zu den Längsachsen „A" bis „C" ausgerichteten Schenkel definiert.
Bezugszahlen
Spannvorrichtung
Tragkörper
Maschinenteil
Arbeitsexzenter
Gleitlager
Mantelfläche
Wälzlager
Innenring
Außenring
Laufrolle
Riemen
Torsionsfeder
Schildplatte
Anschlag
Gleitscheibe
Anlagefläche
Verdrehsicherung
Ansatz
Aussparung
Mantelfläche
Spannvorrichtung
Einstellexzenter
Mantelfläche
Arbeitsexzenter
Wälzlager
Laufrolle
Befestigungsschraube
Anlagefläche