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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für einen
Zugmitteltrieb wie ein Riemen- oder Kettentrieb, mit einem gegenüber einem
Grundkörper
um eine Schwenkachse verschwenkbaren Spannarm, an dessen distalem
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 Axiallageranordnung gleitgelagert
ist, wobei die Axiallageranordnung eine konzentrisch zur Schwenkachse
angeordnete Reibscheibe umfasst.
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Spannvorrichtungen
der hier interessierenden Art finden insbesondere ihre Anwendung
zum Spannen von Zugmitteltrieben, welche zwischen der Kurbelwelle
und der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine angeordnet sind. Die
Spannvorrichtungen sind einer erheblichen dynamischen Belastung
ausgesetzt, wobei es ein wesentliches Ziel der Konstruktion derartiger
Spannvorrichtungen ist, den verdrehbar über der Schwenkachse angeordneten
Spannarm schwingungsunempfindlich auszuführen. Daher sind nach dem Stand
der Technik Reiblageranordnungen bekannt, welche die über die
drehbar gelagerte Rolle in den Spannarm eingeleitete Schwingungen
dämpft
bzw. absorbiert. Die Axiallageranordnung dient daher insbesondere
als Reibmechanismus.
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Aus
der Offenlegungsschrift
DE
44 31 801 A1 ist eine Spanneinrichtung für Zugmitteltriebe,
wie Riemen und Ketten bekannt. Diese besteht aus einem drehbar gelagerten
und mittels einer Torsionsfeder gegen das Zugmittel angefederten
Spannarm, durch den Spannmittel, insbesondere in Form einer drehbar
gelagerten Rolle, gespannt werden. Ferner ist wenigstens ein Reibelement
zwischen zwei Flanschen vorgesehen, von denen der eine spannarmfest und
der andere gehäusefest
ausgebildet ist. Der eine Radialflansch ist dabei stirnseitig mit
in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden und keilförmig ausgebildeten
Rampen versehen, wobei eine zwischen den Radialflanschen angeordnete
und gegenüber
diesen beiden Radialflanschen drehbare Reibscheibe mit zu den Rampen
parallelen und damit zusammenwirkenden Gegenrampen versehen ist.
Damit wird zwar unter einer Relativdrehung der Rampen zueinander
in Folge der Keilwirkung der Einspanndruck zwischen den Radialflanschen
gegen die Torsionsfeder erhöht, jedoch
sind die Reibflächen
der jeweiligen Rampen einer erheblichen Flächenpressung ausgesetzt, und unterliegen
daher einem wesentlichen Verschleiß. Die Verschleißursache
liegt insbesondere darin, dass die Druckkraftkomponente der Torsionsfeder
die Rampen annähernd
plan gegeneinander drückt,
und aufgrund der Kompression der Torsionsfeder auftretende Druckkräfte sogar
erhöht
werden.
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Aus
der Patentschrift
DE
43 43 429 C2 ist eine Spannvorrichtung für einen
Riemen- oder Kettentrieb mit einem Spannarm bekannt, der an seinem Ende
eine Spannrolle trägt,
und an seinem anderen Ende über
eine Welle in einem Gehäuse
drehbar gelagert ist und sich mittels einer Torsionsfeder am Gehäuse federnd
abstützt.
Die hierin offenbarte Spannvorrichtung ist ferner mit einer drehfest
mit der Welle oder dem Spannarm verbundenen Reibscheibe ausgeführt, zwischen
deren Reibfläche
und einer axialen Anlagefläche
des Gehäuses ein
Reibbelag angeordnet ist, wobei die Anlagefläche des Gehäuses eine Vielzahl von scharfkantigen
in axialer Richtung vorstehenden Vorsprüngen aufweist, die sich unter
axialem Druck in den Reibbelag eingraben. Damit wird sichergestellt,
dass der Reibbelag in einer vorgegebenen Lage an der Anlagefläche fixiert
wird, so dass die Reibarbeit nur noch zwischen der Reibscheibe und dem
Reibbelag stattfinden kann. Jedoch weist die Reibscheibe gemäß der hierin
offenbarten Ausführung
eine plane Anlagefläche
auf, welche gegen das Gehäuse
der Spannvorrichtung anläuft.
Während
eines längeren
Betriebes der Spannvorrichtung bildet sich eine vergleichsweise
glatte Reibfläche,
so dass der erzeugbare Reibwiderstand in der Drehbewegung des Spannarms
nur sehr geringe Werte aufweist. Eine zufriedenstellende Dämpfung eingeleiteter
Schwingungen im Spannarm kann über
eine längere
Betriebsdauer nicht erreicht werden.
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Vor
dem Hintergrund des vorstehend diskutierten Standes der Technik
ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannvorrichtung
für einen
Zugmitteltrieb zu schaffen, welcher bei einer einfachen Ausführung der
Axiallageranordnung ein großes
Reibmoment in der Drehbewegung des Spannarms hervorruft. Insbesondere
ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Axiallageranordnung
zu schaffen, welche einen veschleißarmen Betrieb über eine
lange Einsatzdauer der Spannvorrichtung ermöglicht und eine optimale Schwingungsdämpfung der
Drehbewegung des Spannarms um die Schwenkachse gewährleistet.
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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.
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Die
Erfindung schließt
daher die technische Lehre ein, dass die Reibscheibe eine axiale
Anlauffläche
aufweist, die wenigstens eine radial umlaufende Keilnut umfasst,
und dass in der an die Anlauffläche
der Reibscheibe angrenzende Oberfläche wenigstens eine radial
umlaufende Reibfeder ausgebildet ist, wel che sich in die Keilnut
hinein erstreckt.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist
darin zu sehen, dass eine Keilwirkung entsteht, welche die Flächenpressung
zwischen der Oberfläche
der Keilnut und der Reibfeder erhöht. Wird die Anlauffläche axial
belastet, beispielsweise durch eine Axialkraftkomponente der Torsionsfeder,
so wird die Reibfeder in die Keilnut hineingedrückt. Aufgrund der unter einem
Winkel stehenden Anordnung der Kontaktflächen entsteht eine Vergrößerung der
Normalkraft auf die jeweilige Fläche,
da sich die Normalkraft aus einer Vertikalkomponente und einer Horizontalkomponente
zusammensetzt. Die Reibscheibe kann als Einzelteil ausgeführt sein
und als Scheibe oder Ring zwischen dem Nabenabschnitt des Spannarms und
einer außenseitig
abschließenden
Anlaufscheibe angeordnet werden. Die umlaufende Keilnut erstreckt
sich über
dem gesamten Umfang der Reibscheibe, so dass sich die jeweils einer
Keilnut zugeordnete Reibfeder ebenfalls ringförmig in die Keilnuten erstreckt.
Die Reibfedern können
einen trapezartigen Querschnitt aufweisen, welche als eine Art Keil mit
einer Kopfkürzung
zu verstehen sind. Liegt die axiale Anlauffläche der Reibscheibe an der
gegenüberliegenden
Oberfläche
mit den jeweils umlaufenden Reibfedern an, so stützt sich die Reibscheibe lediglich
gegen die Reibfedern bzw. gegen dessen seitliche Flanken ab. Erst
so kann die Vergrößerung der Normalkraftkomponente
in den Flanken der Reibfedern erreicht werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Reibscheibe
1 bis 10, bevorzugt 2 bis 5 und besonders bevorzugt 3 konzentrisch
zueinander angeordnete Keilnuten umfasst, in die sich jeweils eine
radial umlaufende Reibfeder von der angrenzenden Oberfläche hinein
erstreckt. Eine Anzahl von drei konzentrisch zueinander ausgebildeten
Keilnuten und den zugehörigen
Reibfedern hat sich als ein Optimum herausgestellt, da bei einer
einzigen Keilnut der erforderliche Bauraum stark vergrößert wird
und die erzielbaren Flächenpressungen
vergleichsweise klein sind. Die Erfindung ist jedenfalls nicht auf
eine Anzahl von bevorzugt drei Keilnuten beschränkt, sondern es kann auch eine
Vielfachnut vorgesehen sein, welche sich jeweils konzentrisch über der
gesamten Oberfläche
der Anlaufflä che
der Reibscheibe erstrecken. Somit ist ebenfalls nicht ausgeschlossen,
dass die Anlauffläche
der Reibscheibe 10, 20, 30 und mehr konzentrisch angeordnete Keilnuten
umfasst. Die Keilnuten in der Reibscheibe weisen dabei einen keilförmigen Querschnitt auf,
wobei die sich in die Nuten erstreckenden Reibfedern an die Keilform
der Keilnuten angepasst sind. Es ist jedoch auch denkbar, dass die
Keilnuten eine Radiusinnenkontur aufweisen und die Reibfedern eine
jeweils im Negativ dessen ausgebildete Radiusaußenkontur.
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Vorteilhafterweise
weist die wenigstens eine Keilnut einen Keilwinkel α auf, welcher
einen Wert von 10°-60°, bevorzugt
von 20°-45° und besonders bevorzugt
von 30° umfasst.
Versuche haben ergeben, dass ein Keilwinkel α mit einem Wert von etwa 30° ein Optimum
der entstehenden Normalkraftkomponente darstellt. Auch die erreichbare
Vergrößerung der
Oberfläche
durch den vorgegebenen Winkel kann etwa mit einem Faktor 4 angegeben
werden. Hinsichtlich der Anlauffläche der Reibscheibe kann diese
an die Oberfläche
des Spannarms angrenzen, und die wenigstens eine Reibfeder ist in
der Oberfläche
des Spannarms ausgebildet. Alternativ besteht die Möglichkeit,
dass die Anlauffläche
der Reibscheibe an die Anlaufscheibe angrenzt und die wenigstens eine
Reibfeder in der Oberfläche
der Anlaufscheibe ausgebildet ist. Die Anlaufscheibe ist verdreh-
und axialfest an der Schwenkachse angeordnet, und dreht sich mit
dem Spannarm nicht mit. Sofern der Spannarm und die an diesem um
die Schwenkachse ausgebildete Nabe aus einem Aluminiumdruckguss oder
einem Kunststoffspritzgussbauteil hergestellt ist, können die
Reibfedern seitens des Nabenabschnitts des Spannarms spritzgusstechnisch
an diesem angeformt werden. Sind gemäß der letztgenannten Ausführungsform
die Reibfedern auf der Seite der Anlaufscheibe angebracht, so kann
diese beispielsweise mittels einer spanenden Bearbeitung hergestellt
werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Reibscheibe aus einem Kunststoffmaterial,
umfassend ein PTFE-Material,
einen organischen Kunststoff oder ein Polyamid hergestellt. Ferner
kann vorgesehen sein, dass die Reibscheibe sowie auch die Anlaufscheibe
aus einem PTFE- haltigen Polyamid, einem Aluminiummaterial oder
aus einem Stahlmaterial hergestellt sind. Der Spannarm kann sowohl
aus einem Aluminiumdruckgussmaterial als auch aus einem Kunststoffspritzgussmaterial
hergestellt werden, wobei eine vorteilhafte Ausführungsform vorsieht, dass der
Spannarm ein Aluminiumdruckgussmaterial umfasst, wobei die Reibscheibe
ein Kunststoffmaterial aufweist und die Anlaufscheibe aus einem
Aluminiummaterial besteht.
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Vorteilhafterweise
kann ferner vorgesehen sein, dass die Reibscheibe wenigstens auf
der Seite der Anlauffläche
eine Reibbeschichtung, umfassend eine PTFE-Beschichtung aufweist.
Die PTFE-Beschichtung kann jedoch sowohl auf der Seite der Anlaufscheibe
als auch auf der Seite des Nabenabschnittes des Spannarms angebracht
werden.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform der
Reibscheibe kann diese mehrteilig ausgebildet sein und die die Reibscheibe
bildenden Teile sind mittels Ausgleichselementen miteinander verbunden. Die
Ausgleichselemente erstrecken sich in radialer Richtung zwischen
den jeweiligen Teilen der Reibscheibe und verbinden diese elastisch
miteinander. Die einzelnen ringförmigen
Teile der Reibscheibe sind konzentrisch zueinander angeordnet, so
dass über
die elastische Verbindung Lagefehler ausgeglichen werden können, und über der
Schwenkbewegung des Spannarms ein gleichförmiges Torsionsmoment bzw.
ein gleichförmig
ansteigendes Torsionsmoment entsteht. Die elastische Ausbildung
der Reibscheibe über
die Aufteilung in konzentrisch zueinander angeordnete Einzelteile
und die jeweilige Verbindung der Einzelteile über Ausgleichselemente wirkt
sich ferner verschleißmindernd
aus, und fertigungsbedingte Toleranzen können auf einfache Weise ausgeglichen
werden.
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Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen
werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
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Es
zeigt:
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1 eine
quergeschnittene Seitenansicht der Spannvorrichtung mit einer Axiallageranordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei eine Reibscheibe zwischen einer Anlaufscheibe und
einem Nabenabschnitt eines Spannarms angeordnet ist;
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2 eine
quergeschnittene Seitenansicht der erfindungsgemäßen Reibscheibe, in welcher
drei konzentrisch zueinander ausgebildete Keilnuten eingebracht
sind;
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3 eine
Draufsicht der erfindungsgemäßen Reibscheibe
gemäß 2;
und
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4 eine
Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Reibscheibe.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung 1 in
einer quergeschnittenen Seitenansicht dargestellt. Die Spannvorrichtung 1 umfasst
zunächst
einen Grundkörper 2,
welcher gemeinsam mit einer Schwenkachse 3 verbunden ist
und beispielsweise an eine Brennkraftmaschine angeflanscht werden
kann. Insgesamt sind der Grundkörper 2,
die Schwenkachse 3 sowie eine mit der Schwenkachse 3 fest
verbundene Anlaufscheibe 10 ruhend angeordnet, wobei um
die Schwenkachse 3 ein Spannarm 4 eine Drehbewegung
ausführen
kann. Der Spannarm 4 ist konzentrisch um die Schwenkachse 3 angeordnet,
wobei die Lagerung eine Radiallageranordnung 7 sowie eine
Axiallageranordnung 8 umfasst. Zwischen dem Spannarm 4 bzw.
dessen Nabenabschnitt sowie dem Grundkörper 2 ist eine Torsionsfeder 6 vorgesehen,
welche eine am distalen Ende des Spannarms 4 drehbar gelagerte
Rolle 5 gegen das – hier
nicht dargestellte – Zugmittel,
wie einem Riemen oder einer Kette spannt. Die Rolle 5 ist
permanent über
den momentenbeaufschlagten Spannarm 4 gegen das Zugmittel
vorgespannt, so dass über
das Zugmittel in das Gesamtsystem der Spannvorrichtung 1 Schwingungen
eingeleitet werden können. Um
diese Schwingungen zu dämpfen,
ist die Axiallageranordnung als Reiblagerung ausgebildet. Die Radiallageranordnung 7,
welche gemäß des vorliegenden
Ausführungsbeispiels
aus zwei Teilabschnitten besteht, welche sich über der Schwenkachse 3 in Längsrichtung
erstrecken, kann ebenfalls eine Reibung zwischen dem sich drehenden
Spannarm 4 und der Schwenkachse 3 erzeugen.
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2 zeigt
eine quergeschnittene Seitenansicht der Reibscheibe 9,
welche eine Anlauffläche 11 umfasst,
die beispielsweise gegen die – hier
nicht dargestellte – Anlaufscheibe
anliegt. In der Anlauffläche 11 der
Reibscheibe 9 sind drei konzentrisch zueinander ausgebildete
Keilnuten 12 eingebracht. Die Keilnuten 12 weisen
einen Keilwinkel α auf,
welcher beispielsweise einen Wert von 30° umfassen kann. In die Keilnuten 12 können sich
nun Reibfedern hinein erstrecken, welche in der Oberfläche ausgebildet sind,
die der Anlauffläche 11 im
eingebauten zustand der Reibscheibe 9 gegenüberliegt.
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3 zeigt
eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Reibscheibe 9,
wobei erkennbar ist, dass sich die Keilnuten 12 über dem
gesamte Umfang der Reibscheibe 9 hin konzentrisch zueinander
erstrecken. Die Anlauffläche 11 ist
somit durch die Keilnuten 12 unterbrochen, wobei die Anlauffläche 11 im eingebauten
Zustand der Reibscheibe 9 nicht an der gegenüberliegenden
Oberfläche
anliegt, sondern der Kraftschluss durch die Reibfedern erfolgt,
welche sich in die Keilnuten 12 hinein erstrecken.
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4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Reibscheibe 9 gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei die Reibscheibe 9 mehrteilig ausgeführt ist.
Gemäß der Darstellung
umfasst die Reibscheibe 9 einen Außenteil 14 sowie einen
Innenteil 15, wobei sowohl der Außenteil 14 als auch
der Innenteil 15 jeweils genau eine Keilnut 12 umfasst.
Die beiden Teile 14 und 15 sind über Ausgleichselemente 13 miteinander
verbunden, welche ein elastisches Material umfassen und Fluchtungs-
und oder Lagerfehler innerhalb der Reibfedern des benachbarten Bauteils oder
der Reibscheibe 9 selbst ausgleichen können. Die Ausgleichselemente 13 sind
in radialer Richtung angeordnet, und beispielsweise in Form von
runden oder viereckigen Stegen ausgebildet. Ferner besteht die Möglichkeit,
dass die Reibscheibe 9 insgesamt als Spritzgussbauteil
ausgeführt
ist, so dass die Ausgleichselemente 13 als Integral-Spritzgussabschnitte mittels
des Außenteils 14 und
des Innenteils 15 umspritzt werden.
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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.
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- 1
- Spannvorrichtung
- 2
- Grundkörper
- 3
- Schwenkachse
- 4
- Spannarm
- 5
- Rolle
- 6
- Torsionsfeder
- 7
- Radiallageranordnung
- 8
- Axiallageranordnung
- 9
- Reibscheibe
- 10
- Anlaufscheibe
- 11
- Anlauffläche
- 12
- Keilnut
- 13
- Ausgleichselement
- 14
- Außenteil
- 15
- Innenteil
- α
- Keilwinkel