DE102007050204A1 - Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb wie ein Riemen- oder Kettentrieb, mit einem gegenüber einem Grundkörper und einer Schwenkachse verschwenkbaren Spannarm, an dessen distalen Ende eine drehbar gelagerte Rolle zum Spannen des Zugmittels angeordnet ist, wozu eine zwischen der Schwenkachse des Spannarms und dem Grundkörper wirkende Torsionsfeder vorgesehen ist, und die Schwenkachse durch wenigstens eine Radiallageranordnung und wenigstens eine von dieser getrennt angeordneten Axiallageranordnung gleitgelagert ist. Insbesondere ist die Erfindung auf Spannvorrichtungen gerichtet, bei denen die Lageranordnung vordergründig als Reibmechanismus dient.
- Das Einsatzgebiet von Spannvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Kraftfahrzeugtechnik. Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen sind oft mit Zugmitteltrieben wie Riemen- oder Kettentrieben ausgestattet, um beispielsweise die Drehbewegung der Kurbelwelle zum Antrieb anderer Aggregate wie der Kühlmittelpumpe, dem Ventilator oder insbe sondere der Nockenwelle zu nutzen. Darüber hinaus kann eine Spannvorrichtung gemäß der hier interessierenden Art auch außerhalb der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt werden, wie beispielsweise im Maschinen- und Anlagenbau, wo Zugmitteltriebe zum Einsatz kommen, welche aus mechanischen Riemenspannern zur Gewährleistung einer ausreichenden Haftreibung zwischen dem Zugmittel und dem zugeordneten Antriebs- oder Abtriebsrad bedürfen. Spannvorrichtungen der hier interessierenden Art erzeugen die erforderliche Spannung im Zumitteltrieb durch eine Torsionsfeder, welche das über die drehbar gelagerte Rolle am distalen Ende des Spannarmes herumgeführte Zugmittel vorspannt.
- Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2004 028 485 A1 ist eine Spannvorrichtung für Riemen, Ketten und dergleichen bekannt, welche insbesondere an Brennkraftmaschinen zum Einsatz kommt. Diese ist mit einem an einem Maschinengehäuse befestigbaren Grundkörper, mit einem Spannarm und einer an dessen Nabenteil eingebrachter Torsionsfeder ausgeführt. Am freien Ende des Spannarms befindet sich eine mit dem Riemen oder der Kette oder dergleichen in Wirkverbindung stehende Spannrolle, wobei die Spannvorrichtung ferner ein Reibelement umfasst, das mit dem Grundkörper und dem Spannarm in Wirkverbindung steht, und mit einer torsionsgewickelten Spiral- oder Schenkelfeder ausgeführt ist, deren Enden oder Schenkel mit dem Basisteil und dem Spannarm zu Erzeugung einer Drehkraft zwischen dem Spannarm und dem Grundkörper verbunden sind. Am Grundkörper ist ein Führungskörper verdrehfest befestigt, auf dem ein Nabenabschnitt des Spannarms unter Zwischenschaltung einer Kombibüchse geführt ist. Das Nabenteil des Spannarms weist einen zum Grundkörper ausgerichteten Nabenzapfen auf, wobei die Spiral- oder Schenkelfeder als Multifunktionsfeder ausgebildet ist, die zu ihrer Drehfunktion als Druckfeder wirkt und mit zumindest einer, vorzugsweise mehreren Windungen auf der Außenfläche des Nabenzapfens anliegt. Somit ist die Lagerung des Spannarmes gegenüber dem Grundkörper bzw. der Schwenkachse über eine einzige Kombibüchse ausgeführt. Diese umfasst zwar eine Reibwirkung, so dass Schwingungen, die über das Zugmittel in den Spannarm eingeleitet werden, gedämpft werden können, jedoch entsteht ein Hebelmoment innerhalb der Kombibüchse, welche einzelne Verschleißzonen in der Kombibüchse selbst hervorruft. Ferner ist die Kombibüchse nur mit einem vergleichsweise kleinen Radius ausführbar, so dass sich zumindest ein Teil der Torsionsfeder über die Kombibüchse hinweg erstrecken kann. Aufgrund des kleinen Durchmessers der Kombibüchse entstehen hohe Flächenpressungen, welche den Verschleiß der Kombibüchse in diesen Bereichen erheblich verstärken. - Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ausgehend von den Ausführungen des Standes der Technik eine Axiallagerung mit einem Reibdämpfungsmechanismus für einen Spannarm einer Spannvorrichtung zu schaffen, welche mit einem verschleißarmen Betrieb die erforderliche Reibung zwischen dem Spannarm und dem Grundkörper bzw. der Schwenkachse hervorruft und eine einfache konstruktive Ausführung aufweist.
- Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Spannvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
- Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Axiallagerung als Kegelreiblagerung ausgebildet ist und eine Kegellagerscheibe umfasst, die verdrehfest mit der Schwenkachse verbunden ist und stirnseitig gegen eine im Nabenabschnitt des Spannarms ausgebildete Kegellagerfläche reibbehaftet geführt ist. Durch die erfindungsgemäße Ausführung der Axiallagerung in Form einer Kegelreiblagerung wird erreicht, dass sich in der Reibfläche eine vorteilhafte Kraftverteilung ergibt, so dass insbesondere durch die getrennte Ausführung einer Radiallageranordnung mit der erfindungsgemäßen Axiallageranordnung die Kegellagerscheibe lediglich in Axialrichtung belastet wird. Somit sind Verschleißzonen innerhalb der reibbehafteten Oberflächenkontaktierung vermeidbar, so dass die Kegellagerfläche bzw. die Kegellagerscheibe radialsymmetrisch gleichmäßig belastet wird. Drückt nun die Torsionsfeder mit einer Axialkraftkomponente die Kegellagerscheibe axial in die Kegellagerfläche in den Nabenabschnitt des Spannarms hinein, so entsteht aufgrund der angewinkelten Anordnung der Kontaktfläche zur Schwenkachse eine erhöhte Normalkraft, welche sich aus einer Axialkraftkomponente sowie einer Radialkraftkomponente zusammensetzt. Bei einer gegebenen Axialkraft verstärkt sich die Normalkraft innerhalb der Kegellagerscheibe in Kontakt zur Kegellagerfläche, so dass die erzielbare Reibung zur Dämpfung der Drehschwingungen des Spannarms über der Schwenkachse deutlich erhöht werden kann. Der Kegelwinkel der Kegellagerscheibe ist an den Kegelwinkel der Kegellagerfläche angepasst, so dass die Flächen planparallel aneinander angrenzen.
- Als eine vorteilhafte Ausführungsform der Axiallagerung kann vorgesehen sein, dass zwischen der Kegellagerscheibe und der Kegellagerfläche im Nabenabschnitt des Spannarms ein Reibring angeordnet ist. Der Reibring ist entweder an der Kegellagerfläche verdrehfest angeordnet, so dass dieser innenseitig gegen die Kegellagerscheibe reibbehaftet anläuft. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass der Reibring mit der Kegellagerscheibe verdrehfest verbunden ist, und somit außenseitig gegen die Kegellagerfläche reibbehaftet anläuft. Dabei muss festgestellt werden, dass der effektive Reibradius bei einem außenseitigen reibbehafteten Anlaufen gegen die Kegellagerfläche größer ist als bei einem innenseitigen reibbehafteten Anlaufen gegen die Kegellagerscheibe.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Reibring zur verdrehfesten Anordnung an der Kegellagerfläche bzw. an der Kegellagerscheibe einen Mitnehmerzapfen. Ist gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der Reibring verdrehfest mit der Kegellagerfläche verbunden, so ist der Mitnehmerzapfen an der Außenseite des Reibrings angeordnet. Ist gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels der Reibring mit der Kegellagerscheibe verdrehfest verbunden, so ist der Mitnehmerzapfen an der Innenseite des Reibringes in Richtung der Kegellagerscheibe angeordnet.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist in der Kegellagerscheibe bzw. in der Kegellagerfläche eine Mitnehmernut eingeformt, in die der Mitnehmerzapfen zur verdrehfesten Aufnahme eingreift. Der Mitnehmerzapfen an dem Reibring kann als eine Art Klinke oder Nase angeformt sein, welche entweder massiv mit dem Reibring verbunden ist oder eine Art federelastische Ausklinkung im Reibring umfasst, so dass der Mitnehmerzapfen in die Mitnehmernut einschnappen kann. Zu dem sei angemerkt, dass auch eine Vielzahl von Mitnehmerzapfen bzw. Mitnehmernuten als Verdrehsicherung zwischen der Kegellagerfläche bzw. der Kegellagerscheibe und dem Reibring vorgesehen sein können.
- Vorteilhafterweise ist der Reibring aus einem Kunststoffmaterial, umfassend ein PTFE-Material, einen organischen Kunststoff, ein Polyamid oder ein PTFE-haltiger Polyamid, hergestellt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Reibring aus einem Stahlmaterial oder einem Aluminiummaterial spanend, druckgusstechnisch oder schmiedetechnisch herzustellen, wobei die jeweiligen Anlaufflächen eine spanende Nachbearbeitung umfassen können. Der Spannarm, der Grundkörper sowie die Kegellagerscheibe können aus einem Stahlwerkstoff oder einem Aluminiumwerkstoff hergestellt sein, wobei insbesondere Druckgusstechniken zur geometrischen Ausgestaltung des Bauteils vorteilhaft einsetzbar sind.
- Gemäß eines weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung kann vorgesehen sein, das die Kegellagerscheibe, die Kegellagerfläche und/oder der Reibring einen Kegelwinkel α aufweist, der einen Wert von 10° bis 60°, bevorzugt von 20° bis 45° und besonders bevorzugt von 30° umfasst. Versuche haben gezeigt, dass ein Kegelwinkel von 30° eine optimale Verstärkung der axialen Andruckkraft durch die Torsionsfeder zur Bildung einer Normalkraft ermöglicht. Damit ist eine optimale Dämpfung von in den Spannarm eingeleiteten Schwingungen möglich, ohne durch zu hohe Anpresskräfte einen frühzeitigen Verschleiß der Reibpartner zu verursachen.
- Erfindungsgemäß ist die Kegellagerscheibe mit der Schwenkachse axial- und verdrehfest verbunden, wobei die Schwenkachse eine Durchgangsbohrung umfasst, um die Spannvorrichtung mit einem sich durch die Durchgangsbohrung erstreckenden Verbindungsmittel an eine Brennkraftmaschine zu befestigen. Die Kegellagerscheibe kann gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels eine Reibkontaktfläche aufweisen, die durch die stirnseitige Außenfläche des Kegelrades gebildet ist. Diese ist verdrehbar unter dem gegebenen Kegelwinkel innerhalb der Kegellagerfläche im Nabenabschnitt des Spannarms eingesetzt. Die Kegellagerfläche ist als eine Art kegelstumpfartige Bohrung im Nabenabschnitt des Spannarms eingebracht. Somit sitzt die Kegellagerscheibe innerhalb der kegeligen Bohrung im Nabenabschnitt des Spannarms. Ferner besteht die Möglichkeit, gemäß einer zweiten Ausführungsform die Kegellagerscheibe selbst mit einer innenseitig ausgeführten Kegellagerfläche auszubilden, wobei diese ein am Nabenabschnitt des Spannarms angeformten Kegelstumpf radialsymmetrisch umschließt. Damit ist die gleiche Axiallageranordnung geschaffen, wobei lediglich die Kegelausbildung in axialer Richtung umgekehrt vorgenommen worden ist.
- Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
- Es zeigt:
-
1 eine quergeschnittene Seitenansicht einer Spannvorrichtung mit einer Axiallageranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung; -
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schwenkachse sowie einer an dieser angebrachten Kegellagerscheibe; -
3 einen Reibring mit einem Mitnehmerzapfen gemäß der vorliegenden Erfindung; und -
4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Spannvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. - Die in
1 gezeigte Spannvorrichtung1 umfasst zunächst einen Grundkörper2 , welcher verdreh- und axialfest mit einer Schwenkachse3 verbunden ist. - An der Schwenkachse
3 ist wiederum verdreh- und axialfest eine Kegellagerscheibe9 angeordnet, wobei die Schwenkachse3 eine Durchgangsbohrung aufweist, um die Spannvorrichtung1 beispielsweise an die Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs anzubringen. - Auf der Schwenkachse
3 ist ein Spannarm4 drehbar gelagert, wobei die Lagerung durch eine Radiallageranordnung7 sowie eine Axiallageranordnung8 gebildet ist. Die Radiallageranordnung7 besteht aus zwei sich entlang der Längsachse der Schwenkachse3 erstreckenden ringförmigen Radiallagerabschnitte. Die Axiallageranordnung8 umfasst eine Kegellagerscheibe9 , welche in einer kegeligen Bohrung eingesetzt ist, die durch eine Kegellagerfläche10 gebildet ist. Zwischen der Kegellagerscheibe9 und der Kegellagerfläche10 ist ein Reibring11 vorgesehen, wobei die Kegellagerscheibe9 durch eine Axialkraft in die Kegellagerfläche10 hineingezogen wird. Die Axialkraft wird durch eine Axialkraftkomponente einer Torsionsfeder6 verursacht, wobei die Torsionsfeder6 lediglich eine Druckkraft auf den Nabenabschnitt des Spannarms4 ausübt. Ferner drückt sich die Torsionsfeder6 am Grundkörper2 und damit an der Schwenkachse3 ab, so dass in die Schwenkachse3 eine Zugkraftkomponente eingebracht wird, die sich auf die Kegellagerscheibe9 überträgt. Somit wird die Kegellagerscheibe9 in die Kegellagerfläche10 innerhalb des Nabenabschnittes des Spannarms4 hineingezogen. Der Spannarm4 umfasst eine drehbar gelagerte Rolle5 , um die das zu spannende Zugmittel wie ein Riemen oder eine Kette spannt. Die Spannung wird durch die Torsionskraftkomponente der Torsionsfeder6 aufgebracht, so dass das Zugmittel über die Rolle5 und den Spannarm4 ständig mit einer Zugkraft beaufschlagt ist. - Der Kegelwinkel zwischen der Kegellagerscheibe
9 bzw. der Kegellagerfläche10 und der Drehachse des Spannarms4 um die Schwenkachse3 ist mit dem Kegelwinkel α angegeben, und entspricht etwa 30°. Durch diesen Winkel verstärkt sich die Axialkraftkomponente durch die Torsionsfeder6 zu einer Normalkraftkomponente, welche in der Kegellagerfläche10 auf die Kegellagerscheibe9 wirkt. Die Normalkraft ist erheblich größer als die Axialkraft, die durch die Torsionsfeder hervorgerufen wird, so dass eine erheblich vergrößerte Flä chenpressung auf der Reibseite des Reibrings11 entsteht. Im Vergleich zu plan ausgeführten Reibscheiben kann somit eine verstärkte Schwingungsdämpfung erzielt werden, da durch die vergrößerte Normalkraft auch die Reibkraft entsprechend größere Werte annehmen kann. -
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Kegellagerscheibe9 , welche axial- und verdrehfest mit einer Schwenkachse3 verbunden ist. Deutlich zu erkennen ist die außenseitige kegelige Anlagefläche für den Reibring, wobei gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Kegellagerscheibe9 in2 eine Mitnehmernut13 innerhalb der Außenfläche der Kegellagerscheibe9 eingebracht ist, so dass hierdurch der Reibring verdrehfest mit der Kegellagerscheibe9 verbunden ist. -
3 zeigt den Reibring11 , welcher mit einem Mitnehmerzapfen12 ausgebildet ist. Der Mitnehmerzapfen12 des Reibrings11 in3 kann in die Mitnehmernut13 in der Kegellagerscheibe9 gemäß der Darstellung in2 eingreifen. Somit findet die Reibung und damit die Dissipation der Reibarbeit durch die Schwingbewegung des Spannarms zwischen dem Reibring11 und der Kegellagerfläche im Nabenabschnitt des Spannarms statt. -
4 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spannvorrichtung1 , welche wiederum eine Schwenkachse3 umfasst, die axial- und verdrehfest mit einer Kegellagerscheibe9 verbunden ist. Eine Torsionsfeder6 bringt eine Axialkraft auf die Kegellagerscheibe9 auf, so dass die Kegellagerscheibe9 zur Bildung einer Axiallageranordnung8 axial gegen den Nabenabschnitt des Spannarms4 vorgespannt ist. Jedoch ist gemäß dieses Ausführungsbeispiels die Kegellagerfläche10 als kegelstumpfartige Außenradialfläche ausgebildet, wobei die Kegelfläche der Kegellagerscheibe9 als kegelstumpfartige Innenradialfläche ausgebildet ist. Schematisch sind der Mitnehmerzapfen12 sowie die Mitnehmernut13 zwischen dem Reibring11 sowie der Kegellagerscheibe9 dargestellt, so dass sich der Reibring11 mit der Drehbewegung des Nabenabschnittes des Spannarms4 nicht mitdreht, sondern verdrehfest mit der Kegellagerscheibe9 angeordnet ist. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist die Kegel ausbildung wieder mit dem Kegelwinkel α angegeben, welcher mit einem Wert von 30° angenommen werden kann. - Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Somit ist beispielsweise denkbar, dass die erfindungsgemäße Ausführung der Axiallagerung als Kegelreiblagerung innerhalb der Spannvorrichtung zweifach gegenüberliegend ausgebildet ist, so dass auf eine Radiallageranordnung
7 um die Schwenkachse3 herum verzichtet werden kann. Damit stehen sich entweder in einer X-Anordnung oder in einer O-Anordnung zwei Axiallageranordnungen8 gegenüber, wodurch eine weitere Verstärkung einer erzielbaren Dämpfung durch eine erhöhte Reibung ermöglicht wird. -
- 1
- Spannvorrichtung
- 2
- Grundkörper
- 3
- Schwenkachse
- 4
- Spannarm
- 5
- Rolle
- 6
- Torsionsfeder
- 7
- Radiallageranordnung
- 8
- Axiallageranordnung
- 9
- Kegellagerscheibe
- 10
- Kegellagerfläche
- 11
- Reibring
- 12
- Mitnehmerzapfen
- 13
- Mitnehmernut Kegelwinkel
Claims (10)
- Spannvorrichtung (
1 ) für einen Zugmitteltrieb wie ein Riemen- oder Kettentrieb, mit einem gegenüber einem Grundkörper (2 ) um eine Schwenkachse (3 ) verschwenkbaren Spannarm (4 ), an dessen distalen Ende eine drehbar gelagerte Rolle (5 ) zum Spannen des Zugmittels angeordnet ist, wozu eine zwischen der Schwenkachse (3 ) des Spannarms (4 ) und dem Grundkörper (2 ) wirkende Torsionsfeder (6 ) vorgesehen ist, und die Schwenkachse (3 ) durch wenigstens eine Radiallageranordnung (7 ) und wenigstens eine von dieser getrennt angeordneten Axiallageranordnung (8 ) gleitgelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallagerung (8 ) als Kegelreiblagerung ausgebildet ist und eine Kegellagerscheibe (9 ) umfasst, die verdrehfest mit der Schwenkachse (3 ) verbunden ist und stirnseitig gegen eine im Nabenabschnitt des Spannarms (4 ) ausgebildete Kegellagerfläche (10 ) reibbehaftet geführt ist. - Spannvorrichtung (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kegellagerscheibe (9 ) und der Kegellagerfläche (10 ) im Nabenabschnitt des Spannarms (4 ) ein Reibring (11 ) angeordnet ist. - Spannvorrichtung (
1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (11 ) mit der Kegellagerfläche (10 ) verdrehfest verbunden ist, und der Reibring (11 ) innenseitig gegen die Kegellagerscheibe (9 ) reibbehaftet anläuft. - Spannvorrichtung (
1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (11 ) mit der Kegellagerscheibe (9 ) verdrehfest verbunden ist, und der Reibring (11 ) außenseitig gegen die Kegellagerfläche (10 ) reibbehaftet anläuft. - Spannvorrichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (11 ) zur verdrehfesten Anordnung an der Kegellagerfläche (10 ) bzw. an der Kegellagerscheibe (9 ) einen Mitnehmerzapfen (12 ) umfasst. - Spannvorrichtung (
1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kegellagerscheibe (9 ) bzw. in der Kegellagerfläche (10 ) mindestens eine Mitnehmernut (13 ) eingeformt ist, in die der Mitnehmerzapfen (12 ) zur verdrehfesten Aufnahme eingreift. - Spannvorrichtung (
1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (11 ) aus einem Kunststoffmaterial, umfassend ein PTFE-Material, ein PTFE-haltiger Polyamid, einen organischen Kunststoff oder ein Polyamid, hergestellt ist. - Spannvorrichtung (
1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (11 ) wenigstens auf der Seite der Anlauffläche eine Reibbeschichtung, umfassend eine PTFE-Beschichtung aufweist. - Spannvorrichtung (
1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegellagerscheibe (9 ), die Kegellagerfläche (10 ) und/oder der Reibring (11 ) einen Kegelwinkel () aufweist, der einen Wert von 10° bis 60°, bevorzugt von 20° bis 45° und besonders bevorzugt von 30° umfasst. - Spannvorrichtung (
1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegellagerscheibe (9 ) mit der Schwenkachse (3 ) axial- und verdrehfest verbunden ist, wobei die Schwenkachse (3 ) eine Durchgangsbohrung umfasst, um die Spannvorrichtung (1 ) mit einem sich durch die Durchgangsbohrung erstreckenden Verbindungsmittel an eine Brennkraftmaschine zu befestigen.
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