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Die
vorliegende Erfindung betrifft Spannrolleneinrichtungen, insbesondere
automatische Spannrollen, wie sie beispielsweise bei Verbrennungsmotoren
von Kraftfahrzeugen verwendet werden, um eine angemessene Spannung
einer Kette oder eines Riemen zu gewährleisten, beispielsweise eines
Riemens zum Antrieb von Zusatzeinrichtungen bei einem Kraftfahrzeug.
Derartige Rollen ermöglichen
es, die Spannung des Riemens oder der Kette in einem vorgegebenen
Bereich aufrechtzuerhalten.
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Die
Spannrolleneinrichtung weist im Allgemeinen eine mittelbar oder
unmittelbar an dem Motorblock befestigte Achse und eine gegenüber der Achse
in Umfangsrichtung bewegliche Einrichtung auf, die die eigentliche
Rolle trägt,
wobei die bewegliche Einrichtung die Rolle infolge der Wirkung einer Einrichtung
gegen den Riemen presst, die eine Spannung erzeugende Kraft verursacht,
und zwar ist diese Einrichtung nach Art einer Vorspannfeder, eines
hydrauli schen Betätigungselements
oder dergleichen ausgeführt.
Dementsprechend sind automatische Spannrolleneinrichtungen bekannt,
zu denen ein Arbeitsexzenter und ein Einstellexzenter gehören, der dazu
dient, die Rolle gegenüber
dem Riemen voreinzustellen, und der anschließend gegenüber dem Motorblock mittels
einer Schraube fixiert wird, während der
Arbeitsexzenter unmittelbar oder mittelbar um den Einstellexzenter
herum angebracht ist und dazu dient, die Torsionsbewegung einer
Feder in eine radiale Kraft auf den Riemen umzuwandeln. Funktionsgemäß ist der
Arbeitsexzenter in der Lage über
die ein Gleitlager bildenden Lagerbuchsen gegenüber dem Einstellexzenter oder
in Bezug auf ein Zwischenelement in Umfangsrichtung eine Schwenkbewegung
auszuführen.
Eine diesbezügliche
Beschreibung findet sich in der EP-B1-0 456 142.
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Die
FR-A-2 624 577 beschreibt eine Spannrolleneinrichtung, die einen
Schwenkarm aufweist, der schwenkbar auf einer feststehenden Achse
an dem Motorblock befestigt ist. Der Schwenkarm wird durch eine
Vorspannfeder in einen Winkelstellung gedrückt, die geeignet ist, die
Rolle gegen einen Riemen zu pressen, um letzteren in ständiger Spannung zu
halten.
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In
bestimmten Anwendungen ist es möglicherweise
wünschenswert,
den Platzbedarf der automatischen Spannrolleneinrichtung in radialer
Richtung und die Anzahl der benötigten
Teile zu reduzieren. Hierzu beschreibt die WO-A-95/15 450 einen Arbeitsexzenter, der
unmittelbar an dem Einstellexzenter sitzt, wobei das Reibmoment
zwischen den Gleitflächen
dieser beiden Elemente durch eine auf der Nabe und/oder auf dem
Arbeitsexzenter aufgebrachte Oberflächenbeschichtung bestimmt wird.
Die Oberflächenbeschichtung kann
aus Keramik, Polytetrafluorethylen, Molybdän, Zink-Eisen, Chrom oder auch einer Phosphatschicht
bestehen.
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Es
besteht daher Bedarf für
automatische Spannrolleneinrichtungen mit einer verlängerten
Lebensdauer.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung zielt darauf ab, den Verschleiß der zwischen
den Berührungsflächen des
feststehenden Teils und des beweglichen Teils zu reduzieren.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein konstantes Reibmoment
zwischen dem beweglichen Teil und dem feststehenden Teil zu erreichen.
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Auf
diese Weise wird es möglich,
dass die Reibung längs
einem durch das bewegliche Teil in Umfangsrichtung vorgegebenen
Pfad konstant bleibt, d. h. dass beim Beginn der Schwenkbewegung
oder im Laufe der Schwenkbewegung keine Kraftspitzen auftreten.
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Es
wird somit ferner möglicht,
dass das Reibmoment zeitlich und über eine lange Lebensdauer hinweg
stabil bleibt.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung enthält die
Spannrolleneinrichtung einen feststehenden Träger, ein bewegliches Teil,
das in der Lage ist, bezüglich
einer Fläche
des feststehenden Trägers
eine Schwenkbewegung auszuführen,
und das eine mit dem feststehenden Träger in Berührung befindliche Fläche aufweist,
und eine Rolle, die durch das bewegliche Teil gelagert wird. Die
Fläche
des feststehenden Trägers
und/oder die Fläche
des beweglichen Teils weist eine auf amorphem Kohlenstoff basierende
Beschichtung auf. Vorteilhafterweise ist die auf amorphem Kohlenstoff
basierende Beschichtung auf der Basis eines diamantartigen amor phen
Kohlenstoffs hergestellt. Eine derartige Beschichtung ist auch unter
der Abkürzung "DLC" bekannt.
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Die
auf amorphem Kohlenstoff basierende Beschichtung kann eine Härte zwischen
800 und 2500 HV, und sogar von mehr als 2500 HV aufweisen. Der sich
aus den verwendeten Werkstoffen oder der Schmierung ergebende Reibungskoeffizient kann
zwischen 0,06 und 0,5 betragen. Die Dicke der auf amorphem Kohlenstoff
basierenden Beschichtung kann zwischen 2 und 5 μm betragen.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist das bewegliche Teil mit einem Arbeitsexzenter versehen,
der eine mit dem feststehenden Träger in Berührung stehende Fläche aufweist.
Der Arbeitsexzenter kann aus Metall hergestellt sein. Alternativ kann
der Arbeitsexzenter aus Kunststoff aufgespritzt sein. Insbesondere
kann der Arbeitsexzenter aus Kunststoff aufgespritzt sein und eine
Fläche
aufweisen, die mit der auf amorphem Kohlenstoff basierenden Beschichtung
versehen ist.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist der feststehende Träger mit einer Büchse ausgestattet,
die eine mit dem beweglichen Teil in Berührung stehende Fläche aufweist.
Die Büchse
kann aus Metall hergestellt sein. Alternativ kann die Büchse aus
Kunststoff gespritzt sein.
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Die
auf einem diamantartigen amorphen Kohlenstoff basierende Beschichtung
vereinigt eine erhebliche Härte
mit einem geringen Reibungskoeffizienten gegenüber Stahl. Die auf diamantartigem amorphem
Kohlenstoff basierende Beschichtung zeichnet sich ferner dadurch
aus, dass sie selbst unter extremen Belastungsbedingungen einen
sehr geringen Verschleiß zeigt.
Die geringe Dicke der auf amorphem Kohlenstoff basierenden Beschichtung
ist besonders hinsichtlich des Raumbedarfs und der Masse im Vergleich
mit einer sonst verwendeten Gleitlagerbüchse von Bedeutung, die eine
Dicke von mehreren Millimetern aufweist und deren Masse durchaus
eine Rolle spielt. Die auf amorphem Kohlenstoff basierende Beschichtung
ist außerdem
speziell gestaltet, um den Temperaturen standzuhalten, die die in
der Nähe
eines Verbrennungsmotors angeordneten Spannrolleneinrichtungen eines
Kraftfahrzeugkeilriemens üblicherweise
aushalten müssen.
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Vorteilhafterweise
kann die auf einem diamantartigen amorphen Kohlenstoff basierende
Beschichtung ein metallisches Material, beispielsweise Wolfram,
Chrom oder Titan in Dispersion enthalten, um die inneren Spannungen
in der Beschichtung zu reduzieren und um die Haftung der Beschichtung
an ihrem Träger
zu erhöhen.
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Die
auf diamantartigen amorphen Kohlenstoff basierende Beschichtung
kann durch ein auch unter der Abkürzung CVD bekanntes Hochfrequenzplasmaverfahren
unter Vakuum aufgebracht werden. Hierbei wird ein kohlenstoffhaltiges
Gas, beispielsweise Ethylen, Benzol und/oder Methan, mit einem Gas,
das ein geringes Ionisationspotential aufweist, beispielsweise Argon,
verdünnt,
um unter der Wirkung von elektrischer Energie ein Plasma zu erzeugen,
das die Abscheidung des Kohlenstoffs auf dem Träger in festem Aggregatzustand
hervorruft. Einer der Vorteile dieses Verfahren ist, dass sich die
auf diamantartigen amorphen Kohlenstoff basierende Beschichtung
sowohl auf einem aus Metall bestehenden Träger als auch auf einem beispielsweise
aus Kunstharz hergestellten Kunststoffträger aufbringen lässt.
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Im Übrigen sind
Weiterbildungen der Erfindung Gegenstand von Unteransprüchen.
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Die
vorliegende Erfindung wird nach dem Lesen der keineswegs als beschränkend zu
bewertenden detaillierten Be schreibung eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der einzigen Figur verständlicher, die in einem Längsschnitt
eine Lagerrolle gemäß einem
Aspekt der Erfindung zeigt.
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1 zeigt
eine Spannrolleneinrichtung in einem Längsschnitt.
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Gemäß der Figur
enthält
eine Spannrolleneinrichtung einen Einstellexzenter 1 und
ein bewegliches Teil in Gestalt eines Arbeitsexzenters 2,
der mittels einer rohrförmigen
Büchse 3 eines
feststehenden Trägers 4 drehbar
an dem Einstellexzenter 1 angebracht ist, wobei die rohrförmige Büchse 3 ein Gleitlager
bildet.
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Der
Einstellexzenter 1 ist einstückig hergestellt und setzt
sich aus einer rohrförmige
Büchse 1a und
einem Versteifungsbund 1b zusammen, der auf der dem Block
abgewandten Seite 5 vorgesehen und im Wesentlichen radial
nach außen
wegsteht. Der Einstellexzenter 1 ist mittels einer Schraube 6 an
einem Block 5 befestigt. Wenn die Schraube 6 nicht
angezogen ist, kann der Einstellexzenter 1 gegenüber dem
Block 5 gedreht werden. Das Anziehen der Schraube 6 bewirkt
die Fixierung des Einstellexzenters 1. Der an dem Kopf
der Schraube 6 anliegende Versteifungsbund 1b ist
geeignet, die rohrförmige Büchse 3 und
den Arbeitsexzenter 2 axial zu halten. Die rohrförmige Büchse 3 weist
eine exzentrische axiale Außenfläche 3a auf,
auf der der Arbeitsexzenter 2 steckt.
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Zu
dem Träger 4 gehört ein aus
Metall hergestellter Grundsockel 7 in Gestalt eines einstückig hergestellten
Tellers mit einem radialen Abschnitt 7a in Form eines scheibenförmigen Rings,
der auf der dem Versteifungsbund 1b des Einstellexzenters 1 abgewandten
Seite zwischen dem Träger 5 und
dem Ende der rohrförmigen
Büchse 3 befestigt
ist; ferner gehört zu
dem Träger 4 ein
axialer Abschnitt 7b, der sich von einem Bereich des äußeren Umfangs
des radialen Abschnitts 7a aus von dem Träger 5 weg
erstreckt, wobei er die rohrförmige
Büchse 3 umgibt.
Der Grundsockel 7 weist eine radial nach außen vorspringende
Zunge 8 auf. Von einem freien Ende der Zunge 8 aus
ragt eine Sicherungsnase 9 in axialer Richtung in eine
entsprechende Öffnung 10 des
Blocks 5. Die Zunge 8 weist ferner an ihrem freien
Ende einen Markierungsvorsprung 11 auf.
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Der
einstückig
hergestellte Arbeitsexzenter 2 weist eine zylindrische
Bohrung 12 auf, die gleitend drehbar auf der rohrförmigen Büchse 3 des
Trägers 4 steckt.
Der Arbeitsexzenter 2 ist an einem der Sockelplatte 7 des
Trägers 4 abgewandten
Ende mit eine zylindrische Außenfläche 13 versehen,
die gegenüber
einer Achse rotationssymmetrisch ist, die gegenüber der Hauptachse der Büchse 3 achsparallel
radial versetzt ist. Eine Riemenscheibe 14 ist mittels
eines Wälzlagers 15 drehbar
auf der zylindrischen Fläche 13 des
Arbeitsexzenters 2 befestigt.
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Die
Innenwand der Bohrung 12 des Arbeitsexzenters 2 und/oder
die axiale Außenfläche 3a der Büchse 3 sind/ist
mit einer zwischen 2 und 5 μm
dicken Beschichtung 34 aus diamantartigen Kohlenstoff versehen.
Die Beschichtung 34 besteht im Wesentlichen aus einem Film
aus hydriertem amorphem Kohlenstoff, dessen Eigenschaften jenen
von Diamant sehr nahe kommen. Die Beschichtung 34 ermöglicht eine
erhebliche Steigerung der Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
Diese Art einer Beschichtung ermöglicht
es, sowohl zeitlich als auch über
eine vorgegebene Drehbewegung eine große Konstanz für die Reibungsparameter
zu erreichen (d.h. Spitzenmomente zu vermeiden). Die Beherrschung
des Reibungsmoments trägt
ferner zur Beherrschung der Dämpfung
von Schwingungen des beweglichen Teils in Umfangsrichtung bei. Die
Beschichtung 34 kann mittels chemischer Anlagerung aus
dem dampfförmigen
Aggregatzustand unter einem Druck von weniger als 1 Pa, sogar bis
herunter zu 0,1 Pa, und bei einer beständigen Spannung von einigen
Tausend Volt in Anwesenheit eines kohlenstoffhaltigen Gases, und
möglicherweise
eines Edelgases, beispielsweise Argon, hergestellt werden.
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Die
zylindrische Fläche 13 ist
in axialer Richtung durch eine Schulter 13a begrenzt, die
als axiales Widerlager für
ein Wälzlager 15 dient.
Eine radiale Wand 16 erstreckt sich radial nach außen, wobei
sie auf der der Sockelplatte 7 zugewandten Seite zu der Schulter 13a benachbart
und gegenüber
dem Ende des Arbeitsexzenters 2 beabstandet angeordnet
ist. Der freie Rand der radialen Wand 26 befindet sich
in axialer Richtung in der Nähe
des freien Endes der axialen Wand 7b des Trägers 4.
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Ein
rohrförmiger
Kragen 17 erstreckt sich ausgehend von dem Bereich mit
dem größeren Durchmesser
der radialen Wand 16 in axialer Richtung, wobei er das
freie Ende des axialen Abschnitts 7b radial umgibt.
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Das
Wälzlager 15 enthält einen
Innenring 20, einen Außenring 21 und
Wälzelemente 22,
die zwischen den Lagerlaufflächen
des Innenrings 20 und des Außenrings 21 angeordnet
sind und längs
dem Umfang durch einen Käfig 23 beabstandet
gehalten werden. Beiderseits der Wälzelemente 22 angeordnete
Dichtungseinrichtungen 24, 25 sind von der Bauart
mit einer versteifenden Metalleinlage und einem nachgiebigen Abschnitt,
der einen Befestigungswulst aufweist, der in einer entsprechenden Nut
eines Rings angeordnet ist und eine Lippe trägt, die mit einer Fläche des
anderen Rings in Berührung kommt.
Die Dichtungseinrichtungen 24, 25 ermöglichen
es, den zwischen dem Innenring 20 und dem Außenring 21 in
radialer Richtung vorhandenen Raum abzudichten, in dem sich auch
die Wälzelemente 22 befinden.
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Die
Riemenscheibe 14 setzt sich aus zwei Teilscheiben 26, 27 zusammen,
die jeweils eine zylindrische äußere Wand 26a, 27a,
die dazu vorgesehen ist, mit einem Riemen in Berührung zu kommen, und eine zylindrische
innere Wand 26b, 27b aufweisen, die mit der Außenumfangsfläche des
Außenrings 21 des
Wälzlagers 25 in
Berührung
steht. Die zylindrische äußeren 26a, 27a und
inneren Wände 26b, 27b sind
durch radiale Abschnitte 26c, 27c miteinander verbunden.
Die Teilscheiben 26, 27 sind an den radialen Zwischenabschnitten 26c, 27c miteinander durch
Nasen oder Löt- /Schweißpunkte
fest verbunden.
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Jede
Teilscheibe 26, 27 weist eine Flanke 26d, 27d auf,
die sich ausgehend von dem freien Rand des zylindrischen inneren
Abschnitts 26b, 27b aus in radialer Richtung nach
innen erstreckt, wobei die Dichtungseinrichtungen 24, 25 bedeckt
werden. Die Flanken 26d, 27d dienen dem axialen
Halt der Riemenscheibe 14 auf dem Außenring 21 und dem Schutz
der Dichtungseinrichtungen 24, 25 vor einer Beschädigung durch
Fremdkörper.
Die Teilscheiben 26, 27 weisen ferner radiale
Anlaufbunde 26e, 27e auf, die sich ausgehend von
dem freien Rand der zylindrischen äußeren Wände 26a, 27a aus
nach außen
erstrecken. Die radialen Anlaufbunde 26e, 27e sorgen
für die
Führung
eines in Berührung
mit der Riemenscheibe 14 befindlichen Riemens 28.
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Zwischen
der Sockelplatte 7 und der radialen Wand 16 ist
eine Vorspannschraubenfeder 19 angeordnet, die die rohrförmige Büchse 3 und
ein Ende des Arbeitsexzenters 2 umgibt, der auf der rohrförmige Büchse 3 steckt.
Die Feder 19 ist in einem Sitz angeordnet, der in axialer
Richtung durch den Grundsockel 7 und die radiale Wand 16 und
in radialer Richtung durch die rohrförmige Büchse 3 und die axiale Wand 7b begrenzt
ist. Die Schraubenfeder 19 weist Enden auf, von denen eines
an dem Grundsockel 7 und von denen das andere an dem Arbeitsexzenter 2 in
Umfangsrichtung fixiert ist. Die Schraubenfeder 19 ist
in der Lage, zwischen dem Träger 4 und
dem an diesem drehbar befestigten Arbeitsexzenter 2 ein Drehmoment
auszuüben.
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Weiter
ist an dem Grundsockel 7, beispielsweise durch Aufspritzen,
ein Ring 29 aus einem elastischen Kunststoff befestigt.
Der Ring 29 steht mit der Außenfläche der rohrförmigen Büchse 3 in
Berührung
und ist passend zu einer umlaufenden Nut 3b gestaltet,
die in der Außenfläche 3a der
rohrförmigen Büchse 3 ausgebildet
ist. Der Ring 29 und die rohrförmige Büchse 3 sind auf diese
Weise miteinander befestigt. Darüber
hinaus gehören
zu dem Ring 29 Zapfen 30, die axial in entsprechende Öffnungen 31 vorspringen,
die in dem radialen Abschnitt 7a des Grundsockels 7 ausgebildet
sind, und ein Kragen 32, der in einer umlaufenden Nut 33 angeordnet
ist, die in dem radialen Abschnitt 7a des Grundsockels 7 auf der
dem Block 5 zugewandten Seite ausgebildet ist. Der Kragen 32 steht
mit dem Block 5 in Berührung. Der
Kragen 32, die Zapfen 30 und der Körper des Rings 29 sind
einstückig
gefertigt. Der Ring 29 ist auf diese Weise mit dem Grundsockel 7 fest
verbunden und stellt eine starre Verbindung zwischen dem Grundsockel 7 und
der rohrförmigen
Büchse 3 sicher.
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Beim
Zusammenbaus der Riemenspanneinrichtung besteht ein erster Schritt
in der Einstellen der Spannung des Riemens 28. Hierzu wird
die Schraube 6 ohne angezogen zu werden, so eingesetzt,
dass der Einstellexzenter 1 gegenüber dem Block 5 und dem
Träger 4 in
Umfangsrichtung beweglich ist. Mittels eines Montageschlüssels wird
der Einstellexzenter 1 in den Träger 4 geschwenkt,
der gegenüber
dem Block 5 aufgrund der Nase 9 in Drehrichtung
festgehalten wird. Auf diese Weise wird die Riemenscheibe 14 mit
dem Riemen 28 in Berührung
gebracht. Die Drehung des Einstellexzenters 1 wird fortgesetzt,
wodurch aufgrund der Reaktionskaft des Riemens 28 auf der
Riemenscheibe 14 eine Drehung des Arbeitsexzenters 2 gegenüber dem
Träger 4 hervorgerufen wird,
wodurch die Spannung der Schraubenfeder 19 erhöht wird,
die ein Gegendrehmoment zwischen dem Träger 4 und dem Arbeitsexzenter 2 ausübt, der dazu
tendiert, die Riemenscheibe 14 dauerhaft gegen den Riemen 28 zurückzudrücken.
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Die
Einrichtung ist so konstruiert, dass die Riemenscheibe 14 eine
auf den Riemen 28 wirkende Kraft ausübt, die eine angemessene Spannung
des Riemens 28 hervorruft. Die Schraube 6 wird
geeignet angezogen, so dass der Einstellexzenter 1 gegenüber dem
Träger 4 und
gegenüber
dem Block 5 fixiert ist. Der Versteifungsbund 1b ermöglicht es,
die durch die Schraube 6 ausgeübten axialen Klemmkräfte aufzunehmen
und diese auf die Büchse 3 zu übertragen, wobei
die Büchse 3 nun
an dem radialen Abschnitt 7a des Grundsockels 7 anliegt.
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Die
Schraubenfeder 19 übt
zwischen dem Träger 4 und
dem Arbeitsexzenter 2 ein der Winkelverdrehung entsprechendes
Drehmoment aus. Dieses Spannungdrehmoment ermöglicht es, eine Vorspannkraft
des in Berührung
mit der Riemenscheibe 14 befindlichen Riemens zu erzeugen.
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Der
Kragen 17 bildet einen engen Spalt mit der axialen Wand 7b,
um für
einen schützenden
Sitz der Schraubenfeder 19 zu sorgen. Darüber hinaus ermöglicht ein
enger Spalt, den zwischen dem axialen Abschnitt 7b und
dem Kragen 17 vorhandenen Raum vor dem Eindringen von Schmutzpartikeln
aus der Umgebung zu schützen.
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Dank
der Erfindung ist eine besonders robuste, kompakte Riemenspanneinrichtung
mit verlängerter
Lebensdauer geschaffen, wobei die Einrichtung außerdem hohe Konstanz hinsichtlich
des Reibungsmoments aufweist, das zwischen dem beweglichen Teil
und dem feststehenden Teil während der
Relativbewegungen in Umfangsrichtung auftritt.