DE102006057005A1

DE102006057005A1 - Spann- und Dämpfungsvorrichtung für Zugmitteltriebe

Info

Publication number: DE102006057005A1
Application number: DE102006057005A
Authority: DE
Inventors: Johann Singer
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-12-02
Filing date: 2006-12-02
Publication date: 2008-06-05
Also published as: WO2008065048A1

Abstract

ng für einen Zugmitteltrieb, insbesondere für einen Riementrieb der als solcher in eine Brennkraftmaschine eingebunden ist, um Komponenten derselben oder angebaute Aggregate, wie beispielsweise Einspritzpumpen, Lenkhilfepumpen, Generatoren, Wasserpumpen, Klimakompressoren oder vergleichbare Einheiten anzutreiben. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung zu schaffen, die sich durch einen unter fertigungs- und konstruktionstechnischen Gesichtspunkten vorteilhaften Aufbau, durch ein hohes Maß an Robustheit sowie durch ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnet. Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Spannvorrichtung mit einem Basisteil, einem Schwenkarm, einer Torsionsfeder zur Aufbringung eines zwischen dem Basisteil und dem Schwenkarm wirksamen, den Schwenkarm in eine Spannrichtung drängenden Schwenkmomentes, und einer Dämpfungseinrichtung zur Generierung einer Dämpfungskraft, die einer der Spannrichtung entgegengerichteten Schwenkung des Schwenkarmes entgegenwirkt, wobei die Dämpfungseinrichtung ein Reibflächenorgan umfasst, das als solches eine der Reibkraftaufbringung dienende Reibfläche bildet, die auf einer Gegenreibfläche aufsitzt, wobei das Reibflächenorgan als torusartiges Bauteil ausgeführt ist, und wobei sich diese Spannvorrichtung dadurch auszeichnet, dass in dem Reibflächenorgan in Umfangsrichtung desselben abfolgend mehrere Ausnehmungen ...

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung richtet sich auf eine Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb, insbesondere für einen Riementrieb der als solcher in eine Brennkraftmaschine eingebunden ist, um Komponenten derselben oder angebaute Aggregate, wie beispielsweise Einspritzpumpen, Lenkhilfepumpen, Generatoren, Wasserpumpen, Klimakompressoren oder vergleichbare Einheiten anzutreiben.
Aus DE 35 46 901 C2 ist eine Riemenspannvorrichtung bekannt, die einen Befestigungsblock und einen daran schwenkbewegbar gelagerten Schwenkarm aufweist. Diese Riemenspannvorrichtung umfasst ferner eine Torsionsfeder, durch welche ein zwischen dem Befestigungsblock und dem Schwenkarm wirksames Drehmoment erzeugt wird. Durch dieses Drehmoment wird es möglich, eine an dem Schwenkarm angebrachte Spannrolle gegen ein Riementrum, typischerweise ein Leertrum des Riementriebs, zu drängen und hierdurch eine zur Aufrechterhaltung der reibschlüssigen Kopplung der Scheiben des Riementriebs hinreichende Spannfunktion zu schaffen. Zwischen dem Befestigungsblock und dem Schwenkarm ist weiterhin eine Bremseinrichtung wirksam, durch welche die Bewegung des Schwenkarms mittels Coulomb'scher Reibung gebremst werden kann, wodurch eine Dämpfung von Riemenschwingungen erreicht wird.
Aus DE 101 31 916 A1 ist ebenfalls eine Spannvorrichtung für Zugmittel, insbesondere eine Riemenspannvorrichtung bekannt. Diese Spannvorrichtung umfasst ebenfalls eine Befestigungsstruktur und einen daran bewegbar gelagerten Schwenkarm der mit einer Spannrolle versehen ist. Die Schwenkbewegung zwischen dem Schwenkarm und der Basisstruktur wird durch ein Buchsenelement gedämpft, das in den Innenbereich einer als Rückstellfeder fungierenden Schraubenfeder eingesetzt ist und als solches Reibkontaktflächen bereitstellt.
Aus EP 0 967 412 A2 , DE 100 63 638 A1 , EP 0 866 240 B1 , EP 0 450 620 B1 und DE 10 2004 047 422 A1 sind weitere Riemenspannvorrichtungen bekannt die jeweils einen federbelasteten Schwenkarm aufweisen, dessen Schwenkbewegung durch Bremseinrichtungen gedämpft wird.
Weiterhin ist aus WO 02/068841 eine Spannvorrichtung bekannt, welche ähnlich wie die vorgenannten Spannvorrichtungen einen Schwenkarm umfasst der an einer Lagerzapfenstruktur schwenkbewegbar gelagert ist. An der Lagerzapfenstruktur ist ein Deckelelement befestigt das ein tellerförmiges Element und eine Reibscheibe umfasst, die auf einer den Lagerzapfen umsäumenden Stirnseite des Schwenkarms aufsitzt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung zu schaffen die sich durch einen unter fertigungs- und konstruktionstechnischen Gesichtspunkten vorteilhaften Aufbau, durch ein hohes Maß an Robustheit sowie durch ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnet.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Spannvorrichtung mit einem Basisteil, einem Schwenkarm, einer Torsionsfeder zur Aufbringung eines zwischen dem Basisteil und dem Schwenkarm wirksamen, den Schwenkarm in eine Spannrichtung drängenden Schwenkmomentes, und einer Dämpfungseinrichtung zur Generierung einer Dämpfungskraft die einer der Spannrichtung entgegen gerichteten Schwenkung des Schwenkarmes entgegenwirkt, wobei die Dämpfungseinrichtung ein Reibflächenorgan umfasst das als solches eine der Reibkraftaufbringung dienende Reibfläche bildet die auf einer Gegenreibfläche aufsitzt, wobei das von Kräften der Torsionsfeder beaufschlagte Reibflächenorgan als ringsegment- oder torusartiges Bauteil ausgeführt ist, und wobei sich diese Spannvorrichtung dadurch auszeichnet, dass in dem Reibflächenorgan in Umfangsrichtung desselben abfolgend mehrere Ausnehmungen ausgebildet sind.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb zu schaffen, die insgesamt als relativ kompakte Baugruppe realisiert werden kann und sich durch ein zuverlässig über einen langen Betriebszeitraum gewährleistbares, vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnet. Weiterhin wird es auch möglich, über die Wahl des zur Bildung des Reiborgans verwendeten Werkstoffes Einfluss auf das Brems- bzw. Dämpfungsverhalten der Spannvorrichtung zu nehmen, wobei aufgrund des durch die Ausnehmungen herbeigeführten Verformungsverhaltens auch Kunststoffmaterialien mit relativ hohem E-Modul vorteilhaft verwendet werden können.
Vorzugsweise ist das Reibflächenorgan derart ausgebildet, dass die Ausnehmungen als in Richtung der Ringachse in den Toruskörper eintauchende, diesen in jener axialen Richtung jedoch nicht vollständig durchsetzende Ausnehmungen, insbesondere in Form von Schlitzungen oder Taschen ausgebildet sind. Diese Ausnehmungen sind vorzugsweise so gestaltet, dass die in Rich tung der Ringachse gemessene Axialtiefe derselben im Bereich von 25 bis 75 % der in Richtung der Ringachse gemessenen Breite des Toruskörpers liegt.
Die Ausnehmungen können derart in dem torusartigen Bauteil ausgebildet sein, dass sich diese in Umfangsrichtung abfolgend wechselweise von einem vorderen bzw. einem hinteren Axialendbereich des Toruskörpers in diesen hinein erstrecken.
Es ist auch möglich, die Ausnehmungen so zu bilden, dass diese ebenfalls in Umfangsrichtung abfolgend wechselweise von einer Innenumfangsfläche bzw. von einer Außenumfangsfläche des Toruskörpers in diesen eintauchen.
Die Ausnehmungen können derart ausgebildet sein, dass sich diese in ihrem Verlauf vom jeweiligen Axialendbereich oder Anfangsbereich zum Ausnehmungsende hin hinsichtlich ihrer in Ringumfangsrichtung gemessenen Breite verjüngen.
Die Ausnehmungen können insbesondere auch derart ausgebildet sein, dass diese zur Außenumfangsfläche des Toruskörpers hin frei liegen.
Es ist möglich, den Toruskörper als Mehrstoff-Bauteil auszuführen. Insbesondere ist es möglich, in den Toruskörper eine Kernlage einzubinden, die aus einem hochbelastbaren Kunststoffmaterial oder insbesondere aus einem Stahlwerkstoff gefertigt sein kann. Bei der Einbindung einer aus einem Stahl oder anderweitigem Metallwerkstoff gefertigten Bandmateriallage in den Toruskörper ist es möglich, den Toruskörper mit einem Kunststoffmantelabschnitt zu versehen, der haftend mit jener Bandmateriallage verbunden ist. Diese Haftung kann insbesondere durch eine besondere Oberflächenbehandlung der Bandmateriallage, insbesondere durch Aufbringen einer Haftvermittlerlage auf diesem Bandmaterialwerkstoff verbessert werden. Es ist auch möglich, in der Bandmateriallage Durchgangsöffnungen oder anderweitige, einer wirkungsvollen, insbesondere formschlüssigen Verankerung des Kunststoffmantelabschnittes an der Bandmateriallage dienende Strukturen vorzusehen.
Es ist insbesondere auch möglich, den Toruskörper im Wege eines mehrstufigen Kunststoff-Spritzverfahrens zu fertigen, wobei im Rahmen der abfolgenden Kunststoff-Spritzschritte Kunststoffmaterialien mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften in den entsprechenden Formraumabschnitt eingespritzt werden können. So ist es möglich, insbesondere im Rahmen eines zeitlich vorangehend durchgeführten Kunststoffspritzschrittes einen Toruskern zu fertigen, der sich durch eine filigrane Geometrie auszeichnet. An den so vorgefertigten Toruskern können weitere Kunststoffstrukturen angespritzt, insbesondere in Umfangsmuldenabschnitte eingeformt werden, die beispielsweise aus einem der Bereitstellung eines besonderen Reibeffekts dienenden Kunststoffmaterial gefertigt sind.
An dem Toruskörper ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Sitzabschnitt ausgebildet der als solcher der Abstützung eines Stirnendbereiches der Torsionsfedereinrichtung dient. Dieser Sitzabschnitt kann so gestaltet sein, dass dieser insbesondere einen stirnseitigen Endabschnitt einer schenkellos ausgeführten Variante der Torsionsfeder abstützt. Es ist auch möglich, an dem Toruskörper weitere, der axialen und vorzugsweise auch radialen Abstützung der Torsionsfedereinrichtung dienende Strukturen auszubilden.
Es ist weiterhin auch möglich, an dem Toruskörper Schrägflächenstrukturen auszubilden die als solche dazu dienen, den Toruskörper in radialer Richtung gegen die mit diesen zusammenwirkende Gegenreibfläche zu drängen, um das Reibmoment in der Dämpfungsphase zu erhöhen (Keileffekt, zur Erreichung einer für die beiden Schwenkbewegungsrichtungen unterschiedlichen „asymmetrischen" Dämpfung).
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt/zeigen:
1 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung zur Veranschaulichung der Einzelkomponenten derselben,
2 eine perspektivische Detaildarstellung zur weiteren Veranschaulichung konstruktiver Einzelheiten des Schwenkarms sowie des Reibflächenorgans der Spannvorrichtung gemäß 1,
3a bis 3c verschiedene Darstellungen zur weiteren Veranschaulichung konstruktiver Einzelheiten des Reibflächenorgans der Spannvorrichtung gemäß 1;
4 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Reibflächenorgans, wie es bei der Spannvorrichtung nach den 1 und 2 Anwendung finden kann,
5 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reibflächenorgans, das sich von der ersten Ausführungsform hinsichtlich der in Umfangsrichtung abfolgend ausgebildeten Ausnehmungen unterscheidet,
6 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reibflächenorgans,
7 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reibflächenorgans,
8 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung der Kräfteverhältnisse auf das Reibflächenorgan gemäß 4,
9 eine weitere Schemadarstellung zur Veranschaulichung der Kräfteverhältnisse bei der Belastung des mit einer Rampenfläche versehenen Kopfstückes des Reibflächenorgans gemäß 4,
10 eine Axialschnitt-Darstellung zur Veranschaulichung weiterer Einzelheiten einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung,
11 eine Axialschnitt-Darstellung einer weiteren Variante einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung, bei welcher die Torsionsfeder durch eine als Spiralrampe ausgebildete Stützstruktur stirnseitig abgestützt ist.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die in 1 dargestellte Spannvorrichtung umfasst ein hier als buchsenartige Struktur ausgeführtes Basisteil 1, einen Schwenkarm 2 und eine Torsionsfeder 3 die als solche dazu dient, ein zwischen dem Basisteil 1 und dem Schwenkarm 2 wirksames, den Schwenkarm 2 in eine Spannrichtung R1 drängendes Schwenkmoment zu generieren.
Die Spannvorrichtung umfasst weiterhin eine Dämpfungseinrichtung die als solche der Generierung einer Dämpfungskraft dient, die insbesondere einer der Spannrichtung R1 entgegengerichteten Schwenkung des Schwenkarms entgegenwirkt. Diese Dämpfungseinrichtung umfasst ein Reibflächenorgan 4, das eine der Reibkraftaufbringung dienende Reibfläche 5 bildet, wobei diese Reib fläche auf einer hier nicht näher erkennbaren, durch eine Innenumfangsfläche des Basisteils 1 gebildeten Gegenreibfläche aufsitzt. Das Reibflächenorgan 4 ist als ring- oder torusartiges Bauteil ausgeführt.
Die hier gezeigte Spannvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Reibflächenorgan 4 in Umfangsrichtung desselben abfolgend mehrere Ausnehmungen 6, 7 ausgebildet sind.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen 6, 7 als in Richtung der Ringachse X in den Toruskörper eintauchende, diesen in axialer Richtung jedoch nicht vollständig durchsetzende Taschen ausgebildet. Die in Richtung der Ringachse gemessene Axialtiefe der Ausnehmungen 6, 7 beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel ca. 70% der in Richtung jener Ringachse X gemessenen Breite B des Toruskörpers.
Die hier dargestellte Spannvorrichtung umfasst weiterhin ein Schwenkzapfenelement 8, das über einen Sitzabschnitt 9 in einer Bodenbohrung 10 des Basisteils 1 starr verankerbar ist. Der Schwenkarm 2 umfasst einen Schwenkbuchsenabschnitt 11 dessen Innenumfangsfläche 12 in verbautem Zustand unter Zwischenschaltung der Gleitlagerbuchse 15 schwenkbewegbar auf der Außenumfangsfläche 8a des Schwenkzapfens 8 sitzt.
An dem Schwenkarm 2 ist eine Achsbohrung 13 ausgebildet, über welche in an sich bekannter Weise ein Lagerbolzen einer Spannrolle befestigbar ist. Die dem Schwenkarm 2 zugewandte Rückseite dieser Laufrolle wird durch eine integral mit dem Schwenkarm ausgebildete Abdeckung 14 abgedeckt.
Für den funktionsfähigen Zusammenbau der hier in Einzelteile zerlegt dargestellten Spannvorrichtung wird der Schwenkzapfen 8 in das Basisteil 1 eingesetzt. Anschließend wird die Torsionsfedereinrichtung 3 in einen zwischen dem Schwenkzapfen 8 und einer Innenumfangsfläche des Basisteils 1 verbleibenden Ringraum eingesetzt. An einem der Torsionsfedereinrichtung 3 zugewandten Bodenabschnitt des Basisteils 1 ist eine hier nicht näher erkennbare Mitneh merstruktur ausgebildet, an welcher sich ein unterer Stirnendabschnitt 3a der Torsionsfedereinrichtung 3 abstützen kann.
Auf die den Schwenklagerzapfen 11 umgebende Radialfläche des Schwenkarms 2 wird die in dieser Darstellung erkennbare Trennscheibe 14a aufgelegt. Anschließend wird auf den Schwenkzapfen 11 das hier dargestellte Reibflächenorgan 4 aufgesetzt. Die so gebildete Baugruppe wird nunmehr an das Basisteil 1 angesetzt. In den zwischen der Außenumfangsfläche 8a des Schwenkzapfenelementes 8 und der Innenumfangsfläche 12 des Schwenklagerzapfens 11 des Schwenkarms 2 wird abschließend die Lagerbuchse 15 eingesetzt und durch die Beilagscheibe 16 abgedeckt.
Nach Aufsetzen der Beilagscheibe 16 auf den vorderen Endabschnitt des Schwenkzapfenelementes 8 wird der vordere Umfangsrandbereich des Schwenkzapfenelementes 8 aufgebördelt und hierdurch der Schwenkarm 2 auf dem Schwenkzapfenelement 8 axial gesichert.
Wie aus 2 ersichtlich, ist an dem Schwenkarm 2 an einem Außenumfangsabschnitt der Schwenklagerbuchse 11 ein Mitnehmer 17 ausgebildet. Dieser Mitnehmer 17 bildet eine Stirnfläche 17a, über welche die durch einen schenkellosen Endabschnitt der Torsionsfedereinrichtung 3 (vgl. 1) aufgebrachte Federkraft in den Schwenkarm 2 eingeleitet werden kann. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Stirnfläche 17a gegenüber einer die Schwenkachse X2 enthaltenden und die Stirnfläche 17a durchsetzenden Axialebene e1 angestellt. Der entsprechende Anstellwinkel kann so gestaltet sein, dass der hier unmittelbar anstehende Sitzabschnitt 19 des Toruskörpers des Reibflächenorgans 4 eine radial zur Schwenkachse X2 wirkende Kraftkomponente erfährt. Je nachdem in welche Richtung der Anstellwinkel weist, ist es möglich, hier unter Wirkung der auf den Sitzabschnitt 19 wirkenden Federkraft den Sitzabschnitt 19 tendenziell nach außen zu drängen oder eine die nach außen gerichtete Druckkraft verringernde Kraftkomponente zu generieren. Bei ausgeprägten Anstellwinkeln (z.B. größer +/–12° bzw. bei Wenden des Reibflächenorgans W2 ca. 30°) ergibt sich ein asymmetrisches Dämpfungsverhalten.
In den 3a bis 3c ist ein bevorzugter Aufbau des Reibflächenorgans 4 dargestellt. Das Reibflächenorgan 4 ist, wie bereits angegeben, als torusartiges Bauteil gestaltet und umfasst mehrere in Umfangsrichtung des Reibflächenorgans 4 abfolgend ausgebildete Ausnehmungen 6, 7. Diese Ausnehmungen 6, 7 sind so gestaltet, dass diese unterschiedliche Umfangspositionen einnehmen und wechselweise von einem vorderen Axialendbereich A1 und einem hinteren Axialendbereich A2 des Toruskörpers in diesen eintauchen.
Die Ausnehmungen sind derart gestaltet, dass sich diese in ihrem Verlauf vom jeweiligen Axialendbereich A1 bzw. A2 zum Ausnehmungsende bzw. Ausnehmungsboden hin hinsichtlich ihrer in Ringumfangsrichtung R2 gemessenen Breite B verjüngen.
Die Ausnehmungen 6, 7 sind so gestaltet, dass diese sowohl zur Außenumfangsfläche 5a, als auch zur Innenumfangsfläche 5b hin frei liegen.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Toruskörper mit einer Bandmateriallage 20 versehen. Diese Bandmateriallage 20 ist aus einem hochfesten Werkstoff, insbesondere einem Stahlmaterial gefertigt. Der übrige Toruskörper an sich ist aus einem Kunststoffmaterial gefertigt dessen mechanische Eigenschaften in besonderem Maße auf die geforderte Reibwirkung des Reibflächenorgans 4 abgestimmt ist. Der Kunststoffmaterialabschnitt 5c des Toruskörpers ist hochfest haftend mit der Bandmateriallage 20 verbunden. Diese hochfeste Verbindung kann beispielsweise durch Anspritzen des Kunststoffmateriales an die vorangehend in ein entsprechendes Formwerkzeug eingelegte Bandmateriallage 20 erreicht werden.
Der hier dargestellte Toruskörper umfasst, wie bereits angegeben, einen Sitzabschnitt 19, der der Abstützung eines Stirnendbereiches der Torsionsfedereinrichtung 3 (vgl. 1) dient. In unmittelbarer Nachbarschaft des Sitzabschnitts 19 befindet sich ein Durchbrechungsabschnitt 21, in welchen in verbautem Zustand die in 2 erkennbare Mitnehmernase 17 eintauchen kann. Dieser Durchbrechungsabschnitt 21 ist von einem elastischen Brückenelement 22 überbrückt. Hierdurch wird es möglich, ein für den Transport und Montagevorgang unvorteilhaftes Verkrallen mehrerer derartiger Toruskörper bzw. Reibflächenorgane ineinander zu verhindern. Weiterhin wird es möglich, über das Brückenelement 22 eine bestimmte Vorspannung zur Weitung oder Verkürzung des Toruskörpers in Umfangsrichtung zu erreichen.
In 3b ist der Aufbau des erfindungsgemäßen Reibflächenorgans 4 aus einem anderen Blickwinkel dargestellt. Die Ausführungen zu 3a gelten sinngemäß. In verbautem Zustand des Reibflächenorgans 4 stützt sich ein vorderer Stirnendabschnitt 3b der Federeinrichtung 3 an einer rückseitigen Fläche des Sitzabschnitts 19 ab. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Bandmateriallage 20 im Bereich des Sitzabschnitts 19 rechtwinkelig abgekröpft, sodass durch die Bandmateriallage 20 auch eine hochbelastbare und das Kunststoffmaterial des Sitzabschnitts 19 schonende Decklage 20a gebildet wird. Die Bandmateriallage 20 kann insbesondere aus einem Federstahlmaterial gefertigt sein und so vorgeformt werden, dass durch diese das Reibflächenorgan 4 mit einer vorgegebenen Flächenpressungsverteilung in radialer Richtung gegen eine Innenumfangsfläche des Basisteils 1 (1) gedrängt wird.
In 3c ist die Wirkung der durch die Federeinrichtung 3 generierten und auf den Innenbereich des Reibflächenorgans 4 wirkenden Federkräfte F1, F2 veranschaulicht. Die Federkraft F1 wird durch den vorderen Stirnflächenabschnitt der als schenkellose Schraubenfeder ausgeführten Federeinrichtung 3 generiert und wirkt unmittelbar auf die durch die Materiallage 20a abgedeckte Rückseite des Sitzabschnitts 19. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Sitzabschnitt 19 derart gestaltet, dass die auf der seitens des Schwenkarms 2 ausgebildeten Mitnehmerstruktur 17 (vgl. 2) aufsitzende Stirnfläche 19a des Sitzabschnitts gegenüber einer die Schwenkachse X enthaltenden und die vordere Stirnfläche 19a durchsetzenden Ebene E1 um den hier angedeuteten Winkel W1 angestellt ist.
Die Federkraft F2 wird in Umfangsrichtung verteilt durch einen Seitenflankenabschnitt des letzten, sich in etwa über einen Winkelbereich von 110° erstreckenden Endabschnitts 3b der Federeinrichtung 3 auf die Innenfläche des Reibflächenorgans 4 übertragen. Die beiden Federkräfte F1, F2 generieren ein den Schwenkarm 2 (1 und 2) in Schwenkspannrichtung R1 drängendes Spannmoment M.
Unter Wirkung der Federeinrichtung 3 wird das Reibflächenorgan 4 in radialer Richtung gegen eine Innenumfangsfläche des Basisteils 1 gedrängt. Hierbei kann insbesondere die in 3c angedeutete Flächenpressungsverteilung V erreicht werden. Durch diese Flächenpressungsverteilung und den Reibungskoeffizienten der Werkstoffpaarung (Reibflächenorgan/Innenwandung des Basisteils) wird im wesentlichen die im Rahmen des Schwenkarms 2 gegenüber dem Basisteil 1 aus dem System abgeführte Reibarbeit bestimmt. Insbesondere durch die Gestaltung des Winkels W1 ist es möglich, gezielt Einfluss auf die Flächenpressungsverteilung V im näheren Umgebungsbereich des Sitzabschnitts 19 zu nehmen. Durch Änderung des Winkels W1, beispielsweise zu einem Winkel W1', kann im näheren Umgebungsbereich des Sitzabschnitts 19 eine deutlich höhere Radialpressung erreicht werden, wie dies durch die Strichlinien V' angedeutet ist. Der auf dem Sitzabschnitt 19 aufsitzende Stirnflächenbereich der Federeinrichtung 3 kann leicht ballig ausgebildet sein, um das Kippen des Federendes gegenüber diesem Sitzabschnitt 19 in einer verschleißtechnisch besseren Weise zu ermöglichen. An dem Sitzabschnitt 19 kann eine Mulde ausgebildet sein um die Flächenpressungsverteilung im Bereich der Kontaktzonen zwischen der Federeinrichtung 3 und dem Sitzabschnitt 19 unter verschleißtechnischen Gesichtspunkten zu verbessern.
Durch Wenden des Reibflächenorgans 4 greift der keilförmige Sitzabschnitt 23, womit eine höhere und vorteilhafte asymmetrische Dämpfung erzielt wird. Der Keilwinkel bewegt sich vorzugsweise zwischen 30° und 60° (W2).
Das erfindungsgemäße Reibflächenorgan besteht vorzugsweise überwiegend aus einem Kunststoffmaterial. Dieses Kunststoffmaterial ist vorzugsweise mit Füllstoffen befrachtet, sodass sich im Zusammenspiel mit der durch die Innenfläche des Basisteils 1 bereitgestellten Gegenreibfläche eine gewünschte Reibwirkung ergibt. Es ist möglich, die Gegenreibfläche des Basisteils 1 durch einen in das Basisteil 1 eingebundenen Ring zu bilden, der beispielsweise aus einem tiefgezogenen Stahlwerkstoff gefertigt ist. Das Reiborgan 4 kann in diesem Fall mit einer besonders verschleißbeständigen Gleitschicht, wie sie in trockengeschmierten Metall-Polymer-Gleitlager-Bauteilen (Bronze/PTFE) verwendet werden, versehen werden.
Auf Grundlage des erfindungsgemäßen Konzeptes wird es möglich, den gestiegenen Anforderungen an die Funktionseigenschaften gattungsgemäßer Spannvorrichtungen, insbesondere hinsichtlich Funktion, Gebrauchsdauer, Bauraum und Gewicht sowie auch im Hinblick auf die mit der Realisierung dieser Spannvorrichtung verbundenen Fertigungskosten Rechnung zu tragen. Auf Grundlage des erfindungsgemäßen Konzeptes wird es möglich, durch baukastenartige Bereitstellung erfindungsgemäßer Reibflächenorgane, die aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sind oder auch hinsichtlich der hiermit erreichten Bremswirkung unterschiedliche Geometrien aufweisen, verschiedensten anwendungsspezifischen Anforderungen Rechnung zu tragen. Das erfindungsgemäße Reibflächenorgan wird vorzugsweise unter Verwendung eines Kunststoffspritzwerkzeuges gefertigt. Als Werkstoffe zur Herstellung des Reibflächenorgans kommen insbesondere die Hochleistungswerkstoffe PA46 und PEEK jeweils mit Trockenschmierstoff in Betracht.
Der durch das erfindungsgemäße Reibflächenorgan gebildete Reibbelag hat insbesondere zwei Funktionsmerkmale. So wird insbesondere eine 90°-Reibzone im Bereich des Federendes genutzt. Über die gegebenenfalls durch die Gestaltung des Sitzabschnitts 19 realisierte Keilwirkung (W2) können gegebenenfalls die Brems- bzw. Dämpfungseigenschaften des unter Einschluss des erfindungsgemäßen Reibflächenorgans gebildeten Systems abgestimmt werden. Es ist möglich, den erfindungsgemäßen Reibbelag sowohl für rechts- als auch für linkswirkende Spannsysteme bzw. auch für zwei Dämpfungsstärken heranzuziehen.
Bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung ist der Reibbelag derart flexibel, dass er sich an die Gegenfläche (die meistens aus nicht spanend bearbeitetem Aluminium-Druckguss besteht und Entformungsschrägen von ca. 1° bis 1,5° aufweist) anschmiegen kann und somit günstige Pressungseigenschaften gewährleistet. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene „schlangenförmige" Ausführung (versetzte und axial schneidende Nuten) wird eine bestimmte Nachgiebigkeit des Reibflächenorgans auch bei Verwendung relativ steifer Werkstoffe erreicht. Auch kann auf Grundlage des erfindungsgemäßen Konzeptes ein gewisser Durchmesserbereich überbrückt werden, sodass sich hinsichtlich der Verwendung der Torsionsfedern eine relativ große Gestaltungsfreiheit ergibt.
Der erfindungsgemäße Reibbelag ist derart flexibel, dass er sich zur Kompensation von radialen Toleranzen und abriebbedingten Geometrieänderungen immer an die Gegenreibfläche anschmiegen kann. Er ist insoweit äußerst anpassungsfähig. Dies wird insbesondere durch die Ausbildung der Taschen bzw. Ausnehmungen erreicht, durch welche eine relativ kleine und leicht deformierbare Restverbindung in dem Toruskörper erreicht wird. Es ist davon auszugehen, dass auf Grundlage des erfindungsgemäßen Konzeptes auch die Einlaufeigenschaften der Spannvorrichtung verbessert werden und insbesondere auch nach erheblich fortgeschrittenem Abrieb noch eine hohe Funktionsqualität gewährleistet ist.
Durch die erfindungsgemäß vorzugsweise den Aufbruchsabschnitt des Reibflächenorgans überbrückenden und in Umfangsrichtung elastischen Brückenabschnitt wird bei automatisierter Fertigung ein Verhaken der entsprechenden Bauteile im Schüttgutzustand bzw. bei der Montagezuführung verhindert. Durch die erfindungsgemäß ausgebildeten Nuten und Taschen ergibt sich auch eine vorteilhafte Handhabung des Reibflächenorgans im Rahmen der Montage. Das erfindungsgemäße Reibflächenorgan lässt sich in besonders vorteilhafter Weise im Rahmen eines vollautomatisierten Montageprozesses in die erfindungsgemäße Spannvorrichtung integrieren.
Es ist möglich, durch eine oder mehrere in dem Reibbelag ausgebildete Nuten die Orientierung des Reibbelages auf den Hebel der als solcher eine Erhebung aufweist zu vereinfachen. Somit ist ein Poka-Yoke-System gegeben.
Bei Bedarf (je nach Belastung) ist eine Einlage aus einem Federbandmaterial (oder gegebenenfalls auch lediglich aus verstärktem Kunststoff) als Zweitkomponente vorzugsweise separat angespritzt oder über einen Schwalbenschwanzsitz angebunden. Hierdurch wird es möglich, die entsprechenden Radialkräfte besser auf die zur Generierung der Reibarbeit relevanten Umfangszonen des Reibflächenorgans zu übertragen und damit auch die Kontaktverhältnisse zwischen der Torsionsfeder und dem Reibbelag zu verbessern. Die der Federwindung zugewandte Innenfläche kann leicht konkav profiliert sein um hierdurch eine bessere radiale Abstützung und Kraftübertragung zu ermöglichen. Es ist auch möglich, an den für die radiale Kraftausleitung relevanten Außenflächenabschnitt der Federeinrichtung ein Schalenelement anzusetzen das einerseits eine vorteilhafte Einkopplung der Radialkräfte in das Reibflächenorgan ermöglicht und zudem eine ausreichende Bewegung der Federeinrichtung gegenüber der Innenwandung des Reibflächenorgans ermöglicht.
Auf Grundlage des erfindungsgemäßen Konzeptes kann bei relativ geringem Bauraumbedarf eine besonders vorteilhafte Generierung eines Bremsmomentes erfolgen und damit insgesamt eine äußerst wirkungsvolle und zuverlässige Spannvorrichtung realisiert werden.
In 4 ist in Form einer perspektivischen Darstellung nochmals der Aufbau des Reibflächenorgans 4 veranschaulicht, wie es bei der Spannvorrichtung nach den 1 und 2 Anwendung finden kann. Das Reibflächenorgan 4 umfasst eine aus einem hochfesten Material, insbesondere Stahlwerkstoff gefertigte Bandmateriallage 20 und ist in Umfangsrichtung abfolgend mit Ausnehmungen 6, 7 versehen. Die Ausnehmungen 6, 7 sind derart ausgebildet, dass diese abwechselnd von der hier erkennbaren Vorderseite bzw. der Rückseite des Reibflächenorgans in Axialrichtung in den Ringmantel eintauchen. Die Axi altiefe der Ausnehmungen 6, 7 ist größer als die Hälfte der in Axialrichtung gemessenen Breite des Reibflächenorgans 4.
In 5 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Reibflächenorgans dargestellt, das sich insbesondere hinsichtlich der Gestaltung der Ausnehmungen 6, 7 von dem vorgenannten Ausführungsbeispiel nach 4 unterscheidet. Bei der Variante nach 5 sind die Ausnehmungen 6, 7 ebenfalls in Umfangsrichtung abfolgend angeordnet. Die Ausnehmungen 6, 7 befinden sich jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils auf dem gleichen Umfangswinkel und weisen eine Tiefe T6, T7 auf, wobei die Tiefen T6, T7 derart abgestimmt sind, dass gilt: T6 + T7 < B. Vorzugsweise sind die Tiefen T6, T7 derart abgestimmt, dass zwischen den Bogenkanten der Ausnehmungen 6, 7 ein Steg verbleibt dessen Stegbreite S wenigstens 25 % der Breite B beträgt.
Bei der Ausbildung der Ausnehmungen 6, 7 in der gemäß 5 aufgezeigten Weise, ergibt sich in Umfangsrichtung des Reibflächenorgans 4 eine größere Steifigkeit als bei der Ausführungsform nach 4. Ähnlich wie bei der Variante nach 4, können jedoch auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5, die einzelnen zwischen abfolgenden Ausnehmungen 6, 7 verbleibenden Umfangssegmente U in der hier durch das Pfeilsymbol P1 angedeuteten Weise um die jeweilige Segmentachse S1 kippen. Hierdurch kann sich die durch die Außenfläche des Reibflächenorgans 4 bereitgestellte Reibfläche in vorteilhafter Weise in ihrer Ausrichtung an die zur Kontaktierung vorgesehene Gegenreibfläche anpassen.
In 6 ist eine dritte Variante eines Reibflächenorgans 4 dargestellt, das ebenfalls wie die vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele als ringartige Struktur mit darin in Umfangsrichtung abfolgend ausgebildeten Ausnehmungen 6, 7 ausgeführt ist. Abweichend von den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, ist bei dieser Variante des Reibflächenorgans lediglich ein Mitnehmerabschnitt 23 an dem Reibflächenorgan ausgebildet. Dieser Mitnehmerabschnitt 23 ist mit einer Rampenfläche 25 versehen. Der Mitnehmerabschnitt 23 ist durch einen radial einwärts abgekröpften Abschnitt 26 der Mate riallage 20 verstärkt. Ein zwischen den einander zugewandten Ringflanken 27, 28 verbleibender Öffnungsabschnitt 29 ist durch die in Verbindung mit 3a bereits beschriebene Brückenstruktur 22 abgedeckt, sodass die beiden Flankenabschnitte 27, 28 sich zwar im Rahmen der Gesamtelastizität des Reibflächenorgans annähern – oder voneinander entfernen können, der Öffnungsspalt 29 an sich jedoch abgedeckt ist, sodass mehrere derartiger Reibflächenorgane sich in losem Zustand nicht ineinander verkrallen können.
7 zeigt eine vierte Variante eines erfindungsgemäßen Reibflächenorgans 4, das einen zur Bereitstellung der Reibfläche 5a vorgesehenen, vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial gefertigten Ringkorpus umfasst. Dieser Ringkorpus ist mit einer Bandmateriallage 20 versehen, die wie bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, festhaftend mit der Kunststoffstruktur des Reibflächenorgans 4 verbunden ist. Bei dieser Variante des Reibflächenorgans sind im Bereich der Ringschenkel 27, 28 keine über die Innenumfangsfläche der Bandmateriallage 20 radial einwärts hervorstehenden Mitnehmerabschnitte ausgebildet.
In 8 ist die Wirkungsweise eines erfindungsgemäßen Reibflächenorgans in einem Einbauzustand veranschaulicht, in welchem das Stirnende einer hier nicht näher dargestellten Torsionsfeder auf einem Sitzabschnitt 19 aufsitzt, der im wesentlichen keine Rampenstruktur bildet. Bei dieser Einbauvariante ergibt sich im Außenflächenbereich des Reibflächenorgans 4 die hier angedeutete Flächenpressungsverteilung. Die Dämpfungswirkung eines derartigen Reibflächenorgans ist sowohl bei der Spannphase als auch bei der Dämpfungsphase im wesentlichen gleich groß, sodass hierdurch für beide Schwenkbewegungsrichtungen des Spannarms (Bezugszeichen 2, 1) in etwa gleiche Reibarbeitsbeträge abgeführt werden.
Bei Verbau des erfindungsgemäßen Reibflächenorgans in der in 9 dargestellten Weise wird über die durch den Sitzabschnitt 19' bereitgestellte Rampenfläche 19a eine Radialkraftkomponente Frad generiert, durch welche das Reibflächenorgan 4 im Bereich des Sitzabschnitts 19' ebenfalls radial nach außen verlagert wird und hierdurch auch in diesem Bereich die Abfuhr entsprechender Reibarbeit ermöglicht. Durch diese Einbauvariante ergibt sich in der Spannphase eine vorteilhafte Entlastung, in der Dämpfungsphase eine zusätzliche Erhöhung des Reibmomentes.
In 10 ist in Form einer Axialschnittdarstellung der Aufbau einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung weiter veranschaulicht. In dieser Darstellung ist insbesondere auch die mit dem Reibflächenorgan 4 zusammenwirkende Gegenreibfläche 13 erkennbar. Die Gegenreibfläche 13 wird durch eine Innenfläche des Basisteils 1 gebildet. Durch die als schenkellose Schraubenfeder ausgeführte Torsionsfeder 3 wird, wie vorangehend in den 8 und 9 angedeutet, auf den Innenwandungsbereich des Reibflächenorgans 4 eine Radialkraft ausgeübt, die zumindest über einen Teil des von dem Reibflächenorgan 4 abgedeckten Umfangswinkel dieses radial nach außen gegen die Gegenreibfläche 13 drängt. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Federeinrichtung 3 weiterhin derart verbaut, dass durch diese auch eine in Richtung der Schwenkachse X wirkende Axialkraft auf den Schwenkarm 2 aufgebracht wird. Durch diese Axialkraft wird der Schwenkarm 2 gegen den Umfangsflanschabschnitt 15a einer auf den Schwenklagerzapfen 8 sitzenden Gleitlagerbuchse 15 gedrängt. Durch diese Anordnung wird sowohl im Bereich der Außenumfangsfläche des Reibflächenorgans 4 als auch im Bereich des Umfangsflanschabschnitts 15a Reibarbeit aus dem hier gezeigten Mechanismus abgeführt.
Die axiale Abstützung der Federeinrichtung 3 an den Schwenkarm 2 kann, wie hier dargestellt, über eine im wesentlichen plane Unterlegscheibe 14 erfolgen die ggf. einstückig mit dem Reibflächenorgan 4 gefertigt sein kann.
Bei dem in 11 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die axiale Abstützung der Federeinrichtung 3 an den Schwenkarm 2 über eine Abstützstruktur 30 bewerkstelligt, die als solche eine mit der Steigung der Federeinrichtung 3 in diesem Einbauzustand im wesentlichen korrespondierende Spiralrampenfläche 31 bildet. Durch diese Gestaltung der Abstützstruktur wird es möglich, über die durch die Federeinrichtung 3 aufgebrachten Axialkräfte eine vorteilhafte Axial belastung und damit auch Ausbalancierung des Schwenkarms 2 auf dem Schwenklagerzapfen 8 sicherzustellen.
Bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung kann somit über die Federeinrichtung 3 auch eine der Ausbalancierung des Schwenkarms 2 sowie gegebenenfalls der zusätzlichen Generierung von Reibarbeit beitragende Axialbelastung des Schwenkhebels erreicht werden. Die Lagerung des Schwenkhebels 2 erfolgt bei den Ausführungsbeispielen über zylindrische Lagerstrukturen. Es ist möglich, den Bandmaterialabschnitt 20 und den zur Bildung des Reibflächenorgans vorgesehenen Kunststoffringkorpus als gegeneinander in Umfangsrichtung bewegbare und zusätzlich zur Generierung von Reibarbeit dienende Komponenten zu verwenden. Das Reibelement kann auch als Ring mit Schlitz ohne „Mitnehmer" ausgeführt sein. Das Reibflächenorgan 4, insbesondere der Kunststoffkorpus desselben kann als Mehrstoffstruktur ausgeführt sein, die beispielsweise einen ersten Ringkorpus umfasst, der beispielsweise aus einem kostengünstigen und werkzeugtechnisch gut handhabbaren Kunststoffmaterial gefertigt ist. In diesen Ringkorpus können zur Bereitstellung der eigentlichen Reibflächen nach außen offene Taschen- oder Grubenabschnitte eingeformt sein in welche Kunststoffmaterialien in Form lokaler Einbettungsabschintte mit entsprechend höherem Belastungsvermögen und geforderten Reibeigenschaften eingespritzt sind.

Claims

Spannvorrichtung mit: – einem Basisteil (1), – einem Schwenkarm (2), – einer Torsionsfeder (3) zur Aufbringung eines zwischen dem Basisteil (1) und dem Schwenkarm (2) wirksamen, den Schwenkarm (2) in eine Spannrichtung (R1) drängenden Schwenkmomentes, und – einer Dämpfungseinrichtung zur Generierung einer Dämpfungskraft die einer der Spannrichtung (R1) entgegen gerichteten Schwenkung des Schwenkarmes (2) entgegenwirkt, – wobei die Dämpfungseinrichtung ein Reibflächenorgan (4) umfasst das als solches eine der Reibkraftaufbringung dienende Reibfläche (5) bildet die auf einer Gegenreibfläche (13) aufsitzt, und – wobei das Reibflächenorgan (4) als torusartiges Bauteil ausgeführt ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Reibflächenorgan in Umfangsrichtung desselben abfolgend mehrere Ausnehmungen ausgebildet sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen als in Richtung der Ringachse (X) in den Toruskörper eintauchende, diesen in jener Richtung jedoch nicht vollständig durchsetzende Taschen ausgebildet sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in Richtung der Ringachse gemessene Axialtiefe der Taschen im Bereich von 25 bis 75% der in Richtung der Ringachse gemessenen Breite des Toruskörpers liegt.
Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in Umfangsrichtung abfolgenden Ausnehmungen wechselweise von einem vorderem und einem hinteren Axialendbereich des Toruskörpers in diesen eintauchen.
Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in Umfangsrichtung abfolgenden Ausnehmungen wechselweise von einer Innenumfangsfläche und einer Aussenumfangsfläche des Toruskörpers in diesen eintauchen.
Spannvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen sich in ihrem Verlauf vom jeweiligen Axialendbereich zum Ausnehmungsende hin hinsichtlich ihrer in Ringumfangsrichtung gemessenen Breite (b) verjüngen.
Spannvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen zur Aussenumfangsfläche des Toruskörpers frei liegen.
Spannvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen zur Innenumfangsfläche des Toruskörpers hin frei liegen.
Spannvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Toruskörper eine Bandmateriallage umfasst.
Spannvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Toruskörper einen Kunststoffmantelabschnitt umfasst, der haftend mit der Bandmateriallage verbunden ist.
Spannvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Toruskörper einen Sitzabschnitt umfasst, zur Abstützung eines Stirnendbereiches der Torsionsfedereinrichtung.
Spannvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Toruskörper einen Auflaufkeilabschnitt umfasst.