DE102005052453A1 - Spanneinrichtung für ein Zugmittel, insbesondere einen Riemen - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung für ein Zugmittel, insbesondere einen Riemen, mit einem ortsfest anzuordnenden Basisteil und einem relativ zu diesem gegen eine Schraubenfeder verdrehbaren Spannhebel mit einem am Zugmittel angreifenden Spannelement, wobei die Drehfeder mit einem Ende am Basisteil und dem anderen Ende am Spannheben gelagert ist.
- Hintergrund der Erfindung
- Eine Spanneinrichtung der beschriebenen Art dient dazu, ein Zugmittel, beispielsweise einen Riemen oder eine Kette einer Brennkraftmaschine, kontinuierlich zu spannen, um so betriebs- oder alterungsbedingte Längenvariationen auszugleichen. Hierzu ist die Spanneinrichtung über ein Basisteil beispielsweise an einem Motorblock befestigt, wobei das Basisteil ortsfest und verdrehgesichert ist. Ein Spannhebel, an dem eine Spannrolle oder ein Spannschuh angeordnet ist, über den das Zugmittel läuft, ist mit dem Basisteil über eine Schraubenfeder um eine Zentralachse verdrehbar gekoppelt. Die Schrauben feder ist vorgespannt, so dass über den Spannhebel eine Spannkraft auf das Zugmittel ausgeübt wird, wobei der Spannhebel auch über das Zugmittel, beispielsweise bei einem Wechsel des Trums, gegen die Schraubenfeder, bewegt werden kann.
- Das Spannelement, also beispielsweise die Spannrolle oder der Spannschuh, befindet sich – axial gesehen – außerhalb der Lagerebene, in der der Spannhebel am Basisteil bzw. einem zentralen, mit dem Basisteil verbundenen Bolzen dreh-, insbesondere gleitgelagert ist. Aufgrund der außermittigen Einleitung der Spannkraft über das Zugmittel wird infolge dessen die Lagerung nicht nur radial belastet, sondern zusätzlich mit einem Kippmoment. Dies führt dazu, dass die äußeren Lagerkanten überlastet werden und die Lager- oder Gleitschicht nicht in ihrer vollen Breite ausgenutzt werden kann, was zu einer verkürzten Lagerlebensdauer führt. Über den hieraus zwangsläufig resultierenden Lagerverschleiß nimmt die Verkippung stetig zu, womit der spezifizierte Grenzwert für die maximal zulässige Verkippung des Spannhebels relativ frühzeitig erreicht wird.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Spanneinrichtung mit einer Möglichkeit zur Verringerung bzw. Kompensation des betriebsbedingt wirkenden Kippmoments zu geben.
- Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Spanneinrichtung der eingangsgenannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass an wenigstens einer Windung der sich bei einer Hebelbewegung öffnend angeordneten Schraubenfeder wenigstens ein Stützelement angeordnet ist, das infolge der Federvorspannung oder bei einer Hebelbewegung gegen einen die Schraubenfeder umgebenden gehäuseartigen Hebelabschnitt oder gehäuseartigen Basisteilabschnitt gedrückt wird, und das zum Lagerort der Schraubenfeder am Basisteil um einen Winkel zwischen 60°–120° – gesehen in Wickelrichtung – versetzt angeordnet ist.
- Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, ein Gegenkippmoment zur Kompensation des Hebelkippmoments zu erzeugen, wozu erfindungsgemäß ein Stützelement vorgesehen ist, über das sich die Schraubenfeder an dem gehäuseartigen Hebelabschnitt abstützt, während sie selbst ein Drehmoment übertragend an dem Basisteil festgelegt ist. Während bei bekannten Spanneinrichtungen, bei der die Schraubenfeder mit einem äußeren und einem inneren Abstützpunkt am Basisteil eingehängt ist, sich das Federdrehmoment als ein Kräftepaar mit gleicher Richtung und gleicher Höhe allein auf das Basisteil auswirkt, woraus – da der Abstand dieser Kräfte zum Drehpunkt der Verkippung annähernd gleich ist – sich kein nennenswertes Gegenkippmoment ergibt, bietet die erfindungsgemäße Entkopplung der beiden Kräfte die Möglichkeit, ein gezieltes Gegenkippmoment aufzubauen. Infolge der Entkopplung wirkt die eine Kraft auf das ortsfeste Basisteil, an dem die Schraubenfeder gegengelagert ist. Eine zweite Kraftkomponente wird infolge der Abstützung der Schraubenfeder über das Stützelement auf den Hebelabschnitt und damit auf den Hebel selbst ausgeübt, wobei diese Abstützung an einer Position versetzt bezüglich zum Lagerort der Schraubenfeder am Basisteil erfolgt. Dabei kann die Abstützung grundsätzlich infolge der Federvorspannung bei sich öffnend angeordneter Feder, die sich also unter Last radial vergrößert bzw. im Radius erweitert, erfolgen, d.h., das Stützelement liegt kontinuierlich am Hebelabschnitt an. Denkbar ist aber auch, dass das Stützelement erst bei einer Hebelbewegung gegen den Hebelabschnitt gedrückt wird.
- Durch die Integration und Positionierung des Stützelements versetzt zum Lagerort der Schraubenfeder am Basisteil kann ein bedeutendes Gegenkippmoment erzeugt werden, das zu einer Verringerung bzw. in günstigen Fällen sogar zu einer vollständigen Kompensation des von der Riemenspannkraft verursachten Kippmoments führt. Dies bedeutet, dass die asymmetrische, verschleißfördernde Beanspruchung des Gleitlagers deutlich vermindert wird, d.h., die Lebensdauer des Lagers kann deutlich erhöht werden. Die Gleitschicht kann, nachdem nur ein reduziertes oder gar kein Kippmoment wirkt, in ihrer Fläche wesentlich umfangreicher ausgenutzt werden, auch besteht die Mög licht, die Kontaktfläche zwischen dem Hebel und der Gleitlagerbuchse zu vergrößern. Zwar nimmt infolge der Abstützung die auf das Gleitlager wirkende Radialkraft zu, jedoch wirkt diese symmetrisch auf das Lager, führt also nicht zu einem Kippmoment.
- Ein weiterer beachtlicher Vorteil der Integration des Stützelements liegt darin, dass die auf das Stützelement wirkende Kraft zur Reibungserzeugung genutzt werden kann. Denn das gegen den Hebelabschnitt gedrückte Stützelement, das bevorzugt verdrehgesichert, jedoch radial bewegbar angeordnet ist, beispielsweise in einer radial verlaufenden Nut am Basisteil, reibt während der Hebelbewegung am Hebel, dämpft also folglich die Hebelbewegung. Somit wird, parallel zur mechanischen Reibung aus der üblicherweise vorgesehenen Reibscheibe und der Gleitlagerung, ein zusätzliches Reibelement geschaffen, dessen Höhe vom Verdrehwinkel der Feder und somit von der Arbeitsposition des Spanners abhängt.
- Der Winkel, um den das Stützelement bezüglich des Lagerorts der Schraubenfeder am Basisteil versetzt ist, sollte in einer Weiterbildung zwischen 70°–110° liegen, auch ein kleineres Intervall von 80°–100° ist denkbar. Vorzugsweise ist das Stützelement bei ca. 90° relativ zum Lagerort angeordnet, wobei in diesem Zusammenhang zu beachten ist, dass das Stützelement selbst selbstverständlich eine bestimmte Länge hat, so dass sich die 90°-Position beispielsweise auf die Längsmitte des Stützelements bezieht. Das Stützelement selbst weist bevorzugt eine der gebogenen Form des Hebelabschnitts angepasste äußere Anlagefläche auf, die sich um einen bestimmten Winkel, beispielsweise zwischen 5°–60° erstreckt, d.h., das Stützelement hat eine in seiner Länge endliche äußere Reibfläche.
- Neben der Verwendung mehrerer einzelner Stützelemente, die an einzelnen Windungen der Schraubenfeder angeordnet sein können, ist es auch denkbar, das Stützelement länglich und einteilig auszubilden, so dass es an einer oder mehreren weiteren Windungen anliegt und über seine Länge an den Hebelabschnitt andrückbar ist. Hierdurch vergrößert sich also die Gegenlagerfläche wie auch die Reibfläche. Zweckmäßig ist bei dieser Ausgestaltung ferner, dass infolge der zumindest temporären Anlage der Schraubenfederwindungen am Hebelabschnitt über das Stützelement Schwingungen senkrecht zur Federlängsachse gedämpft bzw. vermieden werden.
- Alternativ hierzu ist es aber auch denkbar, am Stützelement einen länglichen Abschnitt vorzusehen, der zur Schwingungsdämpfung an einer oder mehreren weiteren Windungen anliegt. Das heißt, es ist ein axial bzw. parallel zur Drehachse verlaufender Abschnitt vorgesehen, an dem die eine oder mehreren weiteren Windungen anliegen, der diese also gegenlagert und so etwaige Schwingungen dämpft.
- Zur einfachen Montage wird das Stützelement bevorzugt auf die jeweilige Windung aufgeclipst oder geklebt. Eine weitere Befestigung ist infolge der Festlegung bzw. Führung in einer entsprechenden Nut oder dergleichen am Basisteil nicht erforderlich.
- Zweckmäßigerweise besteht das Stützelement aus Kunststoff, bevorzugt einem Gleitlagerwerkstoff wie beispielsweise PA 4.6 PTFE 15.
- Hinsichtlich der Gegenlagerung der Schraubenfeder am Basisteil sind unterschiedliche Ausgestaltungen denkbar. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, die Schraubenfeder mit ihrer Stirnseite an dem Basisteil gegenzulagern. Es ist hier also eine stumpfe Auflagerung realisiert, die Kraft- bzw. Momenteneinleitung erfolgt direkt über die Stirnseite der Feder. In Verbindung mit der erfindungsgemäßen Anordnung des Stützelements, versetzt um den eingangs beschriebenen Winkel ergibt sich somit eine optimale Momenten- bzw. Kraftverteilung und Abstützung gegenüber dem Spannhebel, so dass das zugmittelkraftbedingte Kippmoment weitgehend kompensiert werden kann.
- Denkbar ist aber auch eine Gegenlagerung der Schraubenfeder mit einem endseitigen nach innen oder außen gebogenen oder axial abgewinkelten Abschnitt, mit dem die Feder an einem Widerlager am Basisteil gegengelagert ist.
- Auch hier ergibt sich quasi eine punktuelle Federlagerung, die die Einleitung hoher Momente bzw. Kräfte ermöglicht und in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Positionierung des Stützelements die Erzeugung eines hohen Gegenkippmoments zulässt.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
-
1 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung, -
2 die montierte Spanneinrichtung aus1 im Schnitt, -
3 eine Aufsicht auf das Basisteil seitlich gelagerte Federende mit angeordnetem Stützelement, -
4 eine Teilansicht einer Spanneinrichtung mit einem anders gestalteten Stützelement. - Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt eine erfindungsgemäße Spanneinrichtung1 in Form einer Explosionsdarstellung. Die Spanneinrichtung1 umfasst ein Basisteil2 , das über eine Befestigungsschraube, die hier nicht gezeigt ist, und die die am Basisteil2 vorgesehene Hülse3 durchsetzt, beispielsweise an einem Motorblock festgeschraubt wird. Über einen Zapfen4 , der eine motorblockseitige Ausnehmung eingreift, ist das Basisteil2 verdrehsicher festlegbar. Ferner ist ein Spannhebel5 vorgesehen, umfassend einen Lagerabschnitt6 für eine nicht näher gezeigte Spannrolle sowie einen gehäuseartigen Hebelabschnitt7 . Weiter vorgesehen ist ein Gleitlager8 , das die Lagerung des Spannhebels5 auf der Hülse3 be wirkt. Die Bewegung des Spannhebels5 relativ zum Basisteil2 erfolgt gegen die Rückstellkraft einer Schraubenfeder9 , die mit einem Ende an einem Gegenlager10 am Basisteil2 und mit dem anderen Ende an einem hier nicht gezeigten Gegenlager am Spannhebel5 angeordnet ist. Ferner ist eine Reibscheibe11 vorgesehen sowie eine obere Abschlussplatte12 , die auf die Hülse3 in einer entsprechenden Ringausnehmung13 aufgeschnappt wird und die Spanneinrichtung in der Montagestellung mit axial gespannter Schraubenfeder9 arretiert. Vorgesehen ist ferner ein Stützelement14 , das eine Klemmnut15 aufweist, über die das Stützelement14 auf die erste Windung16 , die dem Lagerabschnitt der Schraubenfeder9 an deren basisteilseitigem Ende folgt, aufgesetzt wird. -
2 zeigt die Spanneinrichtung1 im montierten Zustand. Die Spannfeder9 ist, wenngleich in dieser Schnittdarstellung nicht ersichtlich, mit ihrem basisteilseitigen freien Ende bzw. der Stirnseite17 , stumpf am Gegenlager10 aufgelagert, vgl.3 . Mit ihrem gegenüberliegenden Ende ist sie in üblicher, bekannter Weise mit dem Spannhebel5 verbunden. Bei der Bewegung des Spannhebels5 gegen die Rückstellkraft der Feder öffnet sich diese, d.h., die Windungen werden sich infolge der Hebelbewegung nach außen bewegen, worüber das Federdrehmoment aufgebaut wird. Die Hebelbewegung relativ zum Basisteil2 ist über das Gleitlager5 gelagert, das – wie beschrieben – zwischen der Hülse3 und einem Lagerabschnitt18 des Spannhebels5 angeordnet ist. Während dieser Drehbewegung wird über die Reibscheibe11 , die beispielsweise an die Abschlusscheibe12 angeordnet ist, eine Dämpfung relativ zu dem an ihr vorbeibewegten Spannhebel5 realisiert. - Das Stützelement
14 ist, wie3 in der Aufsicht zeigt, auf die erste Windung16 aufgesetzt. Der Winkel α zwischen dem Gegenlagerpunkt der Schraubenfeder9 am Basisteil, also dem Punkt, wo die Stirnfläche17 gegengelagert ist, und der Position, an der das Stützelement14 an der Windung16 angeordnet ist, beträgt – bezogen auf die Mitte des Stützelements – im gezeigten Ausführungsbeispiel 90°. Dieser Winkel kann jedoch zwischen 60°–120° bzw. in einem etwas eingeschränkten Intervall zwischen 70°–110° variieren und je nach Auslegung gewählt werden. - In jedem Fall bewirkt diese Anordnung, dass bei einer hebelbewegungsbedingten Öffnung der Schraubenfeder
9 , bei der die Windungen und auch die Windung16 radial nach außen bewegt werden, das Stützelement14 mit seiner äußeren Anlagenfläche19 gegen die Innenseite20 des gehäuseartigen Hebelabschnitts7 gedrückt wird, wobei die Form der Anlagefläche19 der Form der Innenseite20 des Hebelabschnitts7 entspricht. Hierdurch erfolgt zum einen die Möglichkeit der Kräfteübertragung von der Schraubenfeder9 auf den Hebelabschnitt7 , zum anderen kann hierüber auch die Reibung und damit Dämpfung des Systems erhöht werden. - Ersichtlich sind hier der Ort der Gegenlagerung der Schraubenfeder und mithin der Kraft- bzw. Momenteneinleitung in das Basisteil und der Ort der Gegenlagerung der Schraubenfeder an dem gehäuseartigen Hebelabschnitt
7 getrennt und um den Winkel α versetzt, d.h., die jeweiligen Kräfte werden in zwei verschiedene Bauteile, nämlich einmal das Basisteil2 , zum anderen den Hebelabschnitt7 und damit den Hebel selbst eingeleitet. Dies ermöglicht es, ein Gegenkippmoment zu dem von der Zugmittelspannkraft erzeugten Kippmoment, das auf den Spannhebel5 wirkt, zu erzeugen. - In
2 sind die Kräfte dargestellt, die auf den Spannhebel wirken und Drehmomente und daraus resultierende Kippmomente in der Schnittebene erzeugen. Zum einen ist die vom Zugmittel ausgeübte Spannkraft FZug dargestellt. Diese Kraft wird infolge der außermittigen Krafteinleitung ein Kippmoment auf das Lager8 erzeugen. Um dem entgegenzuwirken, ist an der gegenüberliegenden Seite das Stützelement14 vorgesehen, das an der gegenüberliegenden Seite bezogen auf den Drehpunkt des Spannhebels, um den dieser über die Zugmittelspannkraft FZug gedreht werden würde, angeordnet ist. Über dieses Stützelement wird eine Stützkraft FStütz erzeugt, aus der ein Gegenkippmoment resultiert, das verhindert, dass der Spannhebel5 verkippt und mithin eine unsymmetrische Lagebeanspruchung gegeben wäre. Aus den beiden Kräften FZug und FStütz resultiert eine Lagerkraft FLager, die den beiden Kräften entgegen gerichtet ist. Diese ist zwar höher als ohne Verwendung des Stützelements14 , sie wirkt jedoch symmetrisch, d.h., es wirken keine asymmetrischen Kräfte bzw. Kippmomente auf das Lager8 , was zu längeren Lebensdauern führt. - Für eine radiale Bewegbarkeit des Stützelements
14 ist dieses in einer Nut21 am Basisteil radial beweglich geführt, jedoch axial gesehen aufgelagert wie auch verdrehgesichert. Während der Hebelbewegung und der sich dabei öffnenden Spannfeder9 kann also das Stützelement14 in der radialen Nut21 nach außen in Anlage an die Innenfläche20 des gehäuseartigen Hebelabschnitts7 bewegt werden. - Eine weitere Ausführungsform eines verwendbaren Stützelements
22 zeigt4 . Dieses ist, wie auch das Stützelement14 , auf die Windung23 aufgeklipst und unter einem Winkel α im angegebenen Intervall von 60°–120°, bevorzugt im Bereich von ca. 90°, relativ zum nicht näher gezeigten Lagerort des Endes der Spiralfeder24 positioniert und ebenfalls radial bewegbar, jedoch axial wie auch verdrehgesichert in einer Nut25 am Basisteil26 angeordnet. Bei sich bei einer Hebelbewegung öffnender Feder24 wird auch hier das Stützelement22 gegen den gehäuseartigen Hebelabschnitt29 , das Gegenkippmoment erzeugend, gedrückt. Zusätzlich ist hier ein länglicher Abschnitt27 angeformt, der sich axial gesehen entlang der nachfolgenden Windungen28 der Schraubenfeder24 erstreckt. Über diesen länglichen Abschnitt kann eine radiale Schwingung der Schraubenfeder24 , die unter äußerer Anregung, beispielsweise durch die Brennkraftmaschine, möglich ist, gedämpft werden. - Ersichtlich ist bei dieser Ausgestaltung die Anlagefläche des Stützelements
22 , verglichen mit der Ausführungsform nach1 , etwas größer, woraus ein anderes Dämpfungsverhalten resultiert. Dieses Dämpfungsverhalten kann natürlich auch durch die Wahl des Materials des jeweiligen Stützelements wie auch dessen Länge bzw. der Länge seiner Anlagefläche variiert werden. - Während die
2 und4 Ausführungen zeigen, bei denen das Stützelement gegen einen gehäuseartigen Hebelabschnitt gedrückt wird, wäre auch eine Ausführung denkbar, bei der das Stützelement gegen einen gehäuseartigen Basisteilabschnitt gedrückt wird. Ausgehend von z. B.2 wäre bei einer solchen Ausführung das Basisteil2 gehäuseartig und die Schraubenfeder seitlich zumindest im unteren Bereich umfassend ausgeführt, der gehäuseartige Hebelabschnitt7 wäre dadurch ersetzt oder zumindest verkürzt. Bei sich öffnender Feder würde dann das Stützelement14 gegen das hochgezogene, umgebende Basisteil gedrückt. -
- 1
- Spanneinrichtung
- 2
- Basisteil
- 3
- Hülse
- 4
- Zapfen
- 5
- Spannhebel
- 6
- Lagerabschnitt
- 7
- Hebelabschnitt
- 8
- Gleitlager
- 9
- Schraubenfeder
- 10
- Gegenlager
- 11
- Reibscheibe
- 12
- Abschlussplatte
- 13
- Ringausnehmung
- 14
- Stützelement
- 15
- Klemmnut
- 16
- Windung
- 17
- Stirnseite
- 18
- Lagerabschnitt
- 19
- Anlagefläche
- 20
- Innenseite
- 21
- Nut
- 22
- Stützelement
- 23
- Windung
- 24
- Spiralfeder
- 25
- Nut
- 26
- Basisteil
- 27
- Abschnitt
- 28
- Windungen
Claims (10)
- Spanneinrichtung für ein Zugmittel, insbesondere einen Riemen, mit einem ortsfest anzuordnenden Basisteil und einem relativ zu diesem gegen eine Schraubenfeder verdrehbaren Spannhebel mit einem am Zugmittel angreifenden Spannelement, wobei die Drehfeder mit einem Ende am Basisteil und dem anderen Ende am Spannhebel gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einer Windung (
16 ,23 ) der sich bei einer Hebelbewegung öffnend angeordneten Schraubenfeder (9 ,24 ) wenigstens ein Stützelement (14 ,22 ) angeordnet ist, das infolge der Federvorspannung oder bei einer Hebelbewegung gegen einen die Schraubenfeder (9 ,24 ) umgebenden gehäuseartigen Hebelabschnitt (7 ,29 ) oder gehäuseartigen Basisteilabschnitt gedrückt wird, und das zum Lagerort der Schraubenfeder (9 ,24 ) am Basisteil (2 ,26 ) um einen Winkel (α) zwischen 60°–120° – gesehen in Wickelrichtung – versetzt angeordnet ist. - Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen 70°–110°, und vorzugsweise 90° beträgt.
- Spanneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (
14 ,22 ) an dem Basisteil (2 ,26 ) verdrehgesichert, aber radial bewegbar angeordnet ist. - Spanneinrichtung einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (
14 ,22 ) eine der gebogenen Form des Hebelabschnitts (7 ,29 ) angepasste äußere Anlagefläche (19 ) aufweist, die sich vorzugsweise um einen Winkel zwischen 5°–60° erstreckt. - Spanneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das (
14 ,22 ) Stützelement länglich ist, an einer oder mehreren weiteren Windungen anliegt, und über seine Länge an den Hebelabschnitt andrückbar ist. - Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Stützelement (
22 ) ein länglicher Abschnitt (27 ) vorgesehen ist, der zur Schwingungsdämpfung an einer oder mehreren weiteren Windungen (28 ) anliegt. - Spanneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (
14 ,22 ) auf die Windung (16 ,23 ) aufgeclipst oder aufgeklebt ist. - Spanneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (
14 ,22 ) aus Kunststoff, insbesondere einem Gleitlagerwerkstoff besteht. - Spanneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (
9 ,24 ) mit ihrer Stirnseite (17 ) an dem Basisteil (2 ,26 ) gegengelagert ist. - Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (
9 ,24 ) einen endseitigen, nach innen oder außen gebogenen, oder axial abgewinkelten Abschnitt aufweist, mit dem sie an einem Widerlager am Basisteil gegengelagert ist.
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