DE4118901A1 - Spannvorrichtung fuer riementriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für Riementriebe nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Durch die DE-OS 26 17 368 ist eine Spannvorrichtung bekannt, bei der die Schwenkachse radial innerhalb des Spannrollenlagers liegt. Die Spannrolle ist wie auch allgemein üblich in einem lastlosen Abschnitt des Treibriemens zwischen zwei Triebwerksrädern, beispielsweise der Nockenwelle und der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, angeordnet. Sie spannt den Treibriemen über ein Federelement auch während des Betriebes und gleicht alle wechselnden Betriebszustände aus, die sich durch Betriebstemperatur, Drehzahleinflüsse, Impulsbelastungen, etc. ergeben. Bei üblichen PKW- Verbrennungsmotoren ergeben sich dabei Schwenkbewegungen von ca. 10 bis 15 mm. Es können daher sehr kompakte Spannvorrichtungen konstruiert werden, bei denen der Schwenkradius kurz gehalten werden kann und deshalb die Schwenkachse meist in einem zylindrischen, in der Bohrung des Spannrollenlagers eingesetzten Tragkörper angeordnet ist. Weiterhin wird in diesem Bereich auch das Federelement und Dämpfungseinrichtungen eingebaut.

Durch Versuche hat sich gezeigt, daß innerhalb des Drehzahlbereiches des Motors bei einer oder auch mehreren bestimmten Drehzahlen Eigenresonanzen auftreten, bei denen der Treibriemen in den belasteten Abschnitten stark schwingt.

Erfahrungsgemäß treten diese Resonanzerscheinungen besonders bei hohen Drehzahlen auf, hängen jedoch primär von der Länge des schwingenden Abschnittes des Treibriemens und dessen Spannung ab. Besonders starke Neigung zu auch mehreren Resonanzdrehzahlen zeigen dabei Motoren mit zwei Nockenwellen.

Durch die Schwingung längt sich der belastete Abschnitt geringfügig. Die Längung muß durch die Spannvorrichtung am lastlosen Abschnitt kompensiert werden. Der Treibriemen strafft sich an dieser Stelle und bewegt die Spannrolle gegen die Kraft des Federelementes.

Die Schwingung des belasteten Abschnittes wird dadurch jedoch nicht beseitigt. Sie verursacht starke Geräusche und bewirkt eine beträchtliche Ungleichförmigkeit der Winkelstellung der Nockenwelle zur Kurbelwelle. Extrem wirken sich diese Fehler bei zwei Nockenwellen aus, die dann zueinander Winkelabweichungen aufweisen.

Es hat sich gezeigt, daß die Schwingung des Treibriemens durch erhöhte Spannung mindestens in ihrer Intensität reduziert werden kann. Eine prinzipiell gleichbleibende hohe Spannung ist jedoch unzulässig, da mit erhöhtem Verschleiß und Ausfall der Triebwerksteile zu rechnen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spannvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch die ein weitgehend gleichförmiger Lauf des Riementriebes über den gesamten Drehzahlbereich gewährleistet ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei Einstellung der Spannvorrichtung im kalten Zustand des Motors die Verbindungslinie zwischen der Schwenkachse und der Drehachse der Spannrolle gegenüber der Richtungslinie der gegen die Spannrolle wirkenden, vom Abschnitt des Treibriemens ausgehenden Reaktionskraft einen Schwenkwinkel von weniger als 70 Grad in Richtung gegen die Spannkraft des Federelementes bildet.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der zusammen mit der Feder wirksame Hebelarm als Resultierende des Abstandes zwischen Schwenkachse und Drehachse der Spannrolle sich geometrisch verkürzt, wenn die Spannrolle bei den genannten Eigenresonanzen des Riementriebes verstärkt gegen die Kraft des Federelementes nachgeben muß.

Die Spannrolle wird dabei aus der bevorzugten Ruhestellung bei z. B. 65 Grad Schwenkwinkel in Richtung des Scheitelpunktes der Schwenkbewegung gedrückt.

Wenn der Schwenkarm zwischen Schwenkachse und Drehachse zur Richtungslinie der Reaktionskraft RF senkrecht verläuft, wirkt die gesamte Länge des Schwenkarmes als Hebelarm und ergibt zusammen mit der Federkraft eine Spannkraft für den Treibriemen.

Wenn der gesamte Schwenkarm parallel zu dieser Richtungslinie verläuft, ist der wirksame Hebelarm unendlich kurz; die Spannrolle wirkt in diesem Punkt wie eine starre Spannrolle, die Schwenkbewegung ist in diesem Punkt begrenzt.

Zwischen diesen extremen Schwenkpunkten verändert sich der wirksame Hebelarm gemäß einer progressiven Funktion.

Innerhalb des nach der Erfindung bevorzugten Schwenkbereiches wird dadurch eine gegen die Spannrichtung progressiv, theoretisch bis Unendlich steigende Spannkraft erzielt.

In der bevorzugten Ruhestellung bei z. B. 65 Grad wirkt nahezu die gesamte Länge des Schwenkarmes als Hebelarm. Dabei wirkt auf den Treibriemen eine für normale veränderte Betriebsbedingungen, wie z. B. Lastwechseländerungen, Betriebstemperaturänderungen etc., zulässige Spannkraft. Bei unter bestimmten Drehzahlen auftretenden Eigenresonanzen und dabei weiter gegen die Spannrichtung bewegter Spannrolle steigt die Spannkraft extrem progressiv an, wodurch die Schwingungen des Treibriemens wirksam unterdrückt werden.

Die progressive Veränderung der Spannkraft kommt besonders präzise zur Wirkung, wenn der Schwenkradius, d. h. die Länge des Schwenkarmes mit der Länge der erwarteten Schwenk- oder Stellbewegung der Spannrolle abgestimmt wird. In der Praxis hat sich gezeigt, daß für Schwenkradien, die den 1,2- bis 3fachen Wert der maximalen Stellbewegung der Spannrolle aufweisen, gute Ergebnisse zu erzielen sind.

Die Erfindung wird nachfolgend an dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Riementrieb mit einer im Winkel von 65 Grad zur Richtungslinie der Reaktionskraft eingestellten Spannvorrichtung,

Fig. 2 die vergrößerte Darstellung der Spannvorrichtung nach Fig. 1 mit Kräftediagramm und

Fig. 3 die Spannvorrichtung bei schwingendem Treibriemen im Bereich verstärkter Spannkraft.

Alle Figuren sind weitgehend schematisiert und zeigen lediglich die zum Verständnis der Funktion wesentlichen Merkmale.

In Fig. 1 ist der Riementrieb eines Verbrennungsmotors mit Kurbelwelle 1 und zwei Nockenwellen 2 dargestellt. Zwischen den Nockenwellen 1, 2 ist eine Umlenkrolle 3 vorgesehen. Der Antrieb erfolgt durch die Kurbelwelle 1 in Pfeilrichtung. Dabei ergeben sich ein belasteter Abschnitt 4 und ein lastloser Abschnitt 5 des Treibriemens 6. Im Bereich des lastlosen Abschnittes 5 ist eine Spannvorrichtung 7 vorgesehen, die ständig im Eingriff ist und die ein exzentrisch angeordnetes Schwenklager mit Schwenkachse S aufweist. Die um eine Drehachse D gelagerte Spannrolle 8 wird durch eine nicht dargestellte Feder und um das Schwenklager beweglich gegen den Treibriemen 6 gespannt. Die Schwenkachse S ist radial innerhalb der Spannrolle 8, zum Beispiel in einem der Spannrollenlager aufnehmenden Tragkörper, angeordnet. Dadurch ergibt sich ein kleiner Schwenkradius R bzw. ein geringer Abstand S-D. Veränderungen im Betrieb werden dadurch automatisch kompensiert. Das ist unter anderem der Fall, wenn durch Eigenresonanzen der belastete Abschnitt 4 bei bestimmten Drehzahlen schwingt (gestrichelt dargestellt). Die Richtungslinie 10 der Reaktionskraft RF ist geometrisch die Winkelhalbierende zwischen den der Spannrolle 8 benachbarten lastlosen Abschnitten 5 des Treibriemens 6. Die Verbindungslinie 9 Schwenkachse S - Drehachse D bildet mit der genannten Richtungslinie 10 einen Schwenkwinkel β = 65 Grad. Diese Einstellung ist die Ruhestellung z. B. auch bei kaltem Motor. Wenn die Spannrolle durch Strecken des anliegenden Treibriemens 6 gegen die Spannkraft der Feder bewegt wird, verkleinert sich der Schwenkwinkel.

In Fig. 2 sind die Kraft- und Hebelverhältnisse in die Spannrolle 8 bei einer Position gemäß Fig. 1 eingezeichnet. Die um die konzentrische Drehachse D drehbar gelagerte Spannrolle 8 ist zusätzlich um die Schwenkachse S auf der Schwenkbahn 13 in Richtung zum Treibriemen 6 und in die Gegenrichtung gegen die Kraft der nicht dargestellten Feder beweglich. Dabei ergibt sich, wie oben beschrieben, im Ruhezustand zwischen der Verbindungslinie 9 S-D und der Richtungslinie 10 ein Schwenkwinkel β = 65 Grad.

Die Reaktionskraft RF des Treibriemens 6 wirkt gegen die Kraft der Feder, wenn sich der lastlose Abschnitt 5 des Treibriemens 6 streckt. Der für diese Kraft wirksame Hebelarm H ist in Fig. 2 bei dem Schwenkwinkel β = 65 Grad im Ruhezustand groß, so daß geringe Reaktionskräfte RF die Kraft der Feder überwinden können, um die Spannrolle 8 zu schwenken.

In Fig. 3 ist ein Zustand der Spannrolle 8 dargestellt, bei dem diese um einen Betrag gegen die Kraft der Feder geschwenkt ist. Dabei verkleinert sich der Schwenkwinkel β und verkleinert sich der wirksame Hebelarm H. In dieser Stellung sind erheblich größere Reaktionskräfte RF erforderlich, um eine Schwenkbewegung gegen die Kraft der Feder einzuleiten.

Claims (3)

1. Spannvorrichtung für Riementriebe mit einer während des Betriebes über ein Federelement gegen den unbelasteten Abschnitt des Treibriemens gespannten Spannrolle, wobei das Schwenklager radial innerhalb der Bohrung des Spannrollenlagers angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einstellung der Spannvorrichtung (7) im kalten Zustand des Motors die Verbindungslinie (9) zwischen der Schwenkachse (S) und der Drehachse (D) der Spannrolle (8) gegenüber der Richtungslinie (10) der gegen die Spannrolle (8) wirkenden, vom Abschnitt (5) des Treibriemens (6) ausgehenden Reaktionskraft (RF) einen Schwenkwinkel (β) von weniger als 70 Grad in Richtung gegen die Spannkraft des Federelementes bildet.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schwenkwinkel (β) von 60 bis 70 Grad.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Schwenkradius (R) mit dem 1,2- bis 3fachen Wert der unter allen Betriebsbedingungen zu erwartenden maximalen Stellbewegung der Spannrolle (8).