DE60310959T2

DE60310959T2 - Spannungsmechanismus für spannrolle mit verriegelter mitte

Info

Publication number: DE60310959T2
Application number: DE60310959T
Authority: DE
Inventors: Alexander Troy SERKH; Andrzej Rochester Hills DEC
Original assignee: Gates Corp
Current assignee: Gates Corp
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2023-07-11
Also published as: MXPA05001562A; EP1540206A1; AU2003256553A1; BR0312556A; TWI223037B; KR20050025338A; ATE350605T1; DE60310959D1; EP1540206B1; CN1666039A; CA2492684A1; JP2005530972A; US20040009837A1; TW200405927A; WO2004008000A1; KR100857867B1; PL376717A1; AU2003256553B2; ES2278200T3

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine automatische Spannrolle mit verriegelter Mitte zum Spannen eines Kraftübertragungsriemens eines Riementriebsystems im allgemeinen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine automatische Spannrolle mit verriegelter Mitte, die für eine Ausgangsspannungseinstellung für ein Riementriebsystem sorgt. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung eine automatische Spannrolle mit verriegelter Mitte für ein Kraftübertragungs-Riementriebsystem für den Antrieb von Zusatzeinrichtungen für den Gebrauch eines Verbrennungsmotors.
Beschreibung des Standes der Technik
Die Verwendung einer Spannrolle mit verriegelter Mitte in Verbindung mit einem Hilfsriementriebsystem für einen Verbrennungsmotor, die für eine Ausgangsriemenspannung sorgt, damit der Riemen straff ist, ist bekannt. Bei einer Ausführungsform der Spannrolle mit verriegelter Mitte umfasst der Einbau zunächst die lockere Befestigung der Spannrolle an ihrem Platz. Dann drückt der Monteur die Spannrolle einschließlich ihres die Riemenscheibe lagernden Spannelements und der Riemenscheibe gegen den Kraftübertragungsriemen, um eine auf den Riemen einwirkende beträchtliche Spannung zu erzeugen. Während die Spannrolle in diesem Zustand gehalten wird, muß der Monteur dann die Befestigungseinrichtung der Spannrolle festziehen, um sie in ihrer Position zu fixieren. Dieser Einbauvorgang ist recht anstrengend, insbesondere, wenn er während einer Schicht wiederholt durchgeführt wird. Ferner ist er fehleranfällig. Die Spannrolle kann leicht mit unzureichender oder überhaupt keiner auf den Riemen einwirkenden Spannung festgezogen werden.
JP-59-08 38 57 beschreibt eine Spannrolle mit verriegelter Mitte gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Aufbringen von Spannung auf ein Riementrieb-Kraftübertragungssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 5.
Eine andere Ausführungsform der Spannrolle mit verriegelter Mitte umfasst eine vorgespannte Feder. Der Einbau dieser Ausführungsform umfasst die feste Anbringung der Spannrolle an ihrer Position. Dann bewegt die Aktivierung der vorgespannten Feder die Riemenscheibe in die Spannposition gegen den Riemen. Dieser Einbauvorgang ist weniger anstrengend und fehleranfällig. Die Möglichkeit, dass die Spannrolle zwar für Spannung, allerdings in unzureichendem Maße, sorgt, ist geringer. Dennoch lässt auch dieser Vorgang zu, dass die Aktivierung der vorgespannten Feder beim Einbau vergessen wird. So wird keine Ausgangsspannung auf den Riemen aufgebracht. Ferner ist die Ausgestaltung und Konstruktion dieser Ausführungsform der Spannrolle mit verriegelter Mitte komplizierter, was eine Erhöhung ihrer Herstellungskosten mit sich bringt.
Die Spannrollen mit verriegelter Mitte nach dem Stand der Technik sind limitiert dahingehend, dass sie entweder schwierig einzubauen sind und möglicherweise bei diesem Einbau Fehler auftreten oder kompliziert ausgestaltet und immer noch relativ fehleranfällig bei ihrem Einbau sind. Demnach besteht weiterhin Bedarf an einer Spannrolle mit verriegelter Mitte, die zugleich weniger anstrengend einzubauen, weniger anfällig für fehlerhaften Einbau, aber einfach in ihrer Ausgestaltung und Konstruktion ist.
Die Aufgabe dieser Erfindung wird mittels einer Spannrolle mit verriegelter Mitte gemäß Anspruch 1 und eines Verfahrens zum Aufbringen von Spannung auf ein Riementrieb-Kraftübertragungssystem gemäß Anspruch 5 gelöst.
Zusammenfassung der Erfindung
Es wird eine automatische Spannrolle mit verriegelter Mitte offenbart. Die Erfindung besteht in einer verbesserten Spannrolle mit verriegelter Mitte von dem Typ, der eine von einem Lager gelagerte Riemenscheibe aufweist. Das Lager ist an einem Spannungseinstellelement angebracht. Die Verbesserung besteht darin, dass das Spannungseinstellelement mit einer Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung in Verbindung steht.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen, die in die Beschreibung eingebracht sind und Teil derselben bilden und in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen, stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Grundlagen der Erfindung. Es zeigen:
1 eine Draufsicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer automatischen Spannrolle mit verriegelter Mitte;
2 eine entlang der Linie 2-2 geschnittene Ansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels einer in 1 abgebildeten automatischen Spannrolle mit verriegelter Mitte;
3 eine Draufsicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer automatischen Spannrolle mit verriegelter Mitte;
4 eine entlang der Linie 4-4 geschnittene Ansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels einer in 3 abgebildeten automatischen Spannrolle mit verriegelter Mitte;
5 eine Draufsicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer automatischen Spannrolle mit verriegelter Mitte; und
6 eine entlang der Linie 6-6 geschnittene Ansicht einer in 5 abgebildeten automatischen Spannrolle mit verriegelter Mitte.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
1 und 2 stellen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer automatischen Spannrolle 10 mit verriegelter Mitte dar. Sie weist als Spannungseinstellelement ein Spannelement 12 mit einem zylindrischen Hauptbereich 14 auf, der ein Lager 16 lagert. Das dargestellte Lager 16 ist vom für solche Einsatzbereiche gängigsten Typ, nämlich ein Kugellager. Es können jedoch auch andere Lager geeignet sein. Die Riemenscheibe 18 ist auf übliche Weise an dem Lager 16 angebracht. Das Spannelement 12 weist ferner einen zylindrischen Nebenbereich 20 mit einer axial durch diesen und den zylindrischen Hauptbereich 14 verlaufenden exzentrischen Bohrung 22 auf. Über dem zylindrischen Hauptbereich verläuft radial eine Leiste 23 mit einer Reaktionsreibfläche 25. Unter dem zylindrischen Nebenbereich 20 befindet sich eine Widerstandsreibfläche 27.
Die Spannrolle 10 mit verriegelter Mitte weist auch eine Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung 24 auf. Die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung 24 weist eine Welle 26 auf, auf der sich ein Gewinde 28 befindet. Die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung weist auch einen hexagonal dargestellten Kopf 30 auf. Es werden jedoch beliebige andere geeignete Kopfformen in Betracht gezogen. Von der Welle 28 steht radial ein dem Kopf 30 benachbarter Flansch 32 ab. Der Flansch 32 weist ferner eine Reaktionskontaktfläche 34 und eine ringförmige Ausnehmung 36 auf. Der durchschnittliche Radius des Kontakts der Reaktionskontaktfläche 34 auf der Reaktionsreibfläche 25 ist als Reaktionsradius R1 definiert. Der durchschnittliche Radius des Kontakts der Widerstandsreibfläche 27 auf dem Träger 38 ist als R2 definiert.
In der Praxis wird die automatische Spannrolle 10 mit verriegelter Mitte in der in den 1 und 2 dargestellten Weise zusammengebaut. Die automatische Spannrolle 10 mit verriegelter Mitte wird auf dem Träger 38 angeordnet. Der Träger 38 kann der Zylinderblock eines Verbrennungsmotors oder eine separate Struktur sein, die in bezug auf den Zylinderblock unbeweglich ist. Der Kraftübertragungsriemen wird um die Riemenscheibe 18 geführt. Die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung 24 wird auf das passende (nicht dargestellte) Gewinde des Trägers 38 geschraubt. Die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung 24 wird festgezogen. Wenn die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung 24 festgezogen wird: 1) wird das Spannelement 12 zwischen dem Träger 38 und der Reaktionskontaktfläche 34 eingespannt; und 2) der Flansch 32 und die Reaktionskontaktfläche 34 drehen sich.
Es ist von grundlegender Bedeutung, dass das durch die Reaktionsreibung zwischen der Reaktionsreibfläche 25 und der Reaktionskontaktfläche 34 erzeugte Drehmoment, das Reaktionsdrehmoment, größer als das durch die Widerstands reibung zwischen der Widerstandsreibfläche 27 und der Montagefläche 42 des Trägers 38 erzeugte Drehmoment, das Widerstandsdrehmoment, ist.
Diese relativen Drehmomente lassen sich auf verschiedene Weise erreichen. Eine Spanne von Möglichkeiten sieht die Steuerung der relativen Reibungskoeffizienten der Reaktionsreibung und der Widerstandsreibung vor. Dies kann beispielsweise durch die Wahl unähnlicher Materialien erfolgen. Falls die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung 24 und das Spannungseinstellelement 12 beispielsweise aus gewöhnlichem Stahl bestehen und der Träger 38 aus Aluminium ist, ist der statische Reibungskoeffizient, der die Reaktionsreibung verursacht, relativ groß, nämlich ungefähr 0,7; der statische Reibungskoeffizient, der die Widerstandsreibung verursacht, relativ gering, nämlich ungefähr 0,45. Die dynamischen Reibungskoeffizienten liegen jedoch viel dichter beieinander. Ferner kann es zahlreiche übergeordnete Faktoren geben, die die für diese Anwendung verfügbaren Materialien einschränken können. Demzufolge kann die Materialauswahl nicht immer als effektiver Ansatz zur Verfügung stehen. Ein weiteres Beispiel der Steuerung der relativen Reibungskoeffizienten ist das Einspritzen eines Schmiermittels zur Verringerung der Widerstandsreibung. Ferner können verschiedene Beschichtungen auf die Flächen 25, 27, 34 oder 42 aufgebracht werden, um die relativen Reibungskoeffizienten zu modifizieren. Außerdem können die Flächen 25, 27, 34 oder 42 texturiert sein, um die relativen Reibungskoeffizienten zu modifizieren.
Ein weiterer Ansatz zur Steuerung der relativen Drehmomente besteht in der Steuerung der Hebelarme, auf die die Reaktionsreibung und die Widerstandsreibung einwirken. Die auf alle Flächen 25, 27, 34 und 42 abgegebene Axialkraft ist offensichtlich die gleiche. Ferner ist das Drehmoment die Resultierende der durch einen Hebelarm wirkenden Kraft. Wenn der Reaktionskoeffizient der Reibung gleich dem Widerstandskoeffizient der Reibung und der Radius R1 gleich dem Radius R2 ist, ist das Reaktionsdrehmoment gleich dem Widerstandsdrehmoment. Da das Drehmoment eine lineare Funktion relativ zur Länge des Hebelarms ist, bestimmt das Verhältnis der beiden Radii R1 und R2 die relativen Drehmomentniveaus vor dem Schlupf einer der Flächen 25, 27, 34 oder 42. Dementsprechend führt eine Vergrößerung des Radius R1 gegenüber dem Radius R2, wie dargestellt, dazu, dass das Reaktionsdrehmoment größer als das Wider standsdrehmoment ist. Somit steht zu erwarten, dass zunächst die Widerstandsreibfläche 27 gegen die Montagefläche 42 rutscht, wodurch das Widerstandsdrehmoment plötzlich abfällt, weil der zugehörige Reibungskoeffizient beim Übergang von Statik zu Dynamik plötzlich abfällt.
In dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem der Radius R1 größer als der Radius R2 ist, wird das Spannelement 12 beim Festziehen der Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung 24 gedreht. Aufgrund der Platzierung der exzentrischen Bohrung 22 bewegen sich das Spannelement 12 und die Riemenscheibe 18 in Richtung des Riemens 40. Dies führt zu einem längeren Weg für den Riemen 40 und Festziehen des Riemens 40. Sobald der Riemen 40 einen gewissen Spannungsgrad erreicht, reicht das Reaktionsdrehmoment abzüglich des Widerstandsdrehmoments nicht mehr aus, um das Spannelement 12 weiterhin zu drehen, und zwischen der Reaktionsreibfläche 25 und der Reaktionskontaktfläche 34 tritt Schlupf auf. Manchmal ist die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung nach diesem Zeitpunkt nicht mehr festgezogen. Der Riemen 40 wird bis zu der gewünschten Einstellung gespannt sein. Auch die automatische Spannrolle mit verriegelter Mitte wird an dem Träger 38 befestigt worden sein. Das Verhältnis von Radius R1 und Radius R2 kann so gewählt werden, dass entweder eine lediglich zum Straffen des Riemens ausreichende, auf den Riemen 40 einwirkende Spannung oder ein beliebiger anderer Funktionsbetrag erzeugt wird.
In diesem Ausführungsbeispiel ist eine optionale ringförmige Ausnehmung 36 dargestellt. Die ringförmige Ausnehmung 36 gestattet eine stärkere Kontrolle über den Punkt, an dem das Spannelement 12 sich in Reaktion auf die Riemenspannung nicht mehr dreht. Sie bewirkt sowohl, dass die Kontaktfläche der Reaktionsreibfläche 25 und der Reaktionskontaktfläche 34 während des Festziehens der Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung 24 stabiler ist als auch, dass der Flansch 32 nachgibt, so dass der Punkt, an dem die automatische Spannrolle mit verriegelter Mitte in angemessener Weise an dem Träger 38 fixiert ist, weniger kritisch ist.
Das Ausführungsbeispiel der 3 und 4 nutzt dasselbe Prinzip des Drehens des Spannelements 12 mittels der Differenz von Reaktionsdrehmoment zu Widerstandsdrehmoment. Das Spannelement 12 hat jetzt jedoch die Form der in den 3 und 4 gezeigten Platte. Die übrige Konstruktion des Spannelements 12 umfaßt alles Notwendige zum Lagern des Lagers 16 und der Riemenscheibe 18. Wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel ist das Reaktionsdrehmoment das Ergebnis des durch die Reaktionsreibung zwischen der Reaktionsreibfläche 25 und der Reaktionskontaktfläche 34 erzeugten Drehmoments multipliziert mit dem Radius R1, wenn die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung 24 in der Aufnahmebohrung 52 für die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung angeordnet und festgezogen wird. Ebenso ist das Widerstandsdrehmoment das Ergebnis des von der Widerstandsreibung zwischen der Widerstandsreibfläche 27 und der Montagefläche 42 des Trägers 38 erzeugten Drehmoments multipliziert mit dem Radius R2.
Es steht nicht zu erwarten, dass diese Ausgestaltungsform genauso viel Spannung auf den Riemen erzeugt wie das vorherige Ausführungsbeispiel. Das Maß an Druck, das die Spannrolle 10 auf den Riemen 40 aufbringen kann, ist das auf das Spannelement 12 aufgebrachte Drehmoment dividiert durch die Länge des Hebelarms, der durch den Abstand von dem Mittelpunkt der Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung zu dem Mittelpunkt der Riemenscheibe 18 definiert ist. Wie ersichtlich ist, ist der Hebelarm des vorherigen Ausführungsbeispiels viel kürzer als der Hebelarm des aktuellen Ausführungsbeispiels. Die Konstruktion dieses Ausführungsbeispiels hat jedoch den Vorteil, dass das Spannelement 12 eine einfachere Ausgestaltung hat und auf bestimmte Motor- und Kraftübertragungsantriebsgeometrien anwendbar ist.
Es wird berücksichtigt, dass bei jenen Riementrieb-Kraftübertragungssystemen, die unter hohen Spannungen arbeiten, ein innerhalb eines Sicherungsschlitzes 46 arbeitender Sicherungsbolzen 44 erforderlich sein kann, um die von der automatischen Spannrolle 10 mit verriegelter Mitte zugeführte Spannung zu stabilisieren.
Das Ausführungsbeispiel der 5 und 6 funktioniert ähnlich wie das Ausführungsbeispiel der 1 und 2 und nutzt dasselbe Prinzip des Drehens des Spannelements 12 durch die Differenz von Reaktionsdrehmoment zu Widerstandsdrehmoment. Ein wesentlicher Unterschied besteht in dem Punkt, um den das Spannelement 12 schwenkt. Im ersten Ausführungsbeispiel schwenkt das Spannelement 12 um die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung 24. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel schwenkt das Spannelement 12 um einen Schwenkzapfen 48, der sich axial von der Widerstandsreibfläche 14 erstreckt. Zur Aufnahme des anderen Schwenkpunkts ist die exzentrische Bohrung 22 durch den Spannschlitz 50 ersetzt worden.
Wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen ist das Reaktionsdrehmoment das Ergebnis des durch die Reaktionsreibung zwischen der Reaktionsreibfläche 25 und der Reaktionskontaktfläche 34 erzeugten Drehmoments. Ebenso ist das Widerstandsdrehmoment das Ergebnis des von der Widerstandsreibung zwischen der Widerstandsreibfläche 27 und der Montagefläche 42 des Trägers 38 erzeugten Drehmoments.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass die hier beschriebenen und in den Figuren abgebildeten bevorzugten Ausführungsbeispiele eine automatische Spannrolle mit verriegelter Mitte mit einfacher Ausgestaltung und Konstruktion möglich machen, die ohne unangemessene Anstrengung bzw. Fehleranfälligkeit eingebaut werden kann.
Die obenstehende Beschreibung und die veranschaulichenden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wurden in verschiedenen Modifizierungen und alternativen Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen gezeigt und im einzelnen beschrieben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die obenstehende Beschreibung der Erfindung lediglich als Beispiel dient und dass der Umfang der Erfindung lediglich auf die Ansprüche in der im Hinblick auf den Stand der Technik ausgelegten Form einzuschränken ist.

Claims

Spannrolle (10) mit verriegelter Mitte, umfassend: eine von einem Lager (16) gelagerte Riemenscheibe (18), wobei das Lager (16) an einem Spannungseinstellelement (12) angebracht ist, das seinerseits an einer Montagefläche (42) um eine gegenüber der Riemenscheibe exzentrische Drehachse mittels einer Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung (24) angebracht ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungseinstellelement (12) eine Reaktionsreibfläche (25) und eine Widerstandsreibfläche (27) aufweist, und die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung eine Reaktionskontaktfläche (34) aufweist; and wobei die Reaktionsreibfläche (25) mit der Reaktionskontaktfläche (34) zusammenwirkt, um ein auf das Spannungseinstellelement (12) einwirkendes Reaktionsdrehmoment aufzubringen, das größer als das durch das Zusammenwirken der Widerstandsreibfläche (27) mit der Montagefläche (42) erzeugte Drehmoment ist, wenn die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung (24) festgezogen ist, wodurch das Spannungseinstellelement (12) um seine Drehachse dreht, bis es durch die erhöhte Spannung in einem um die Riemenscheibe (18) umlaufenden Kraftübertragungsriemen (40) zurückgehalten und anschließend die Position des Spannungseinstellelements (12) fixiert wird.
Spannrolle mit verriegelter Mitte nach Anspruch 1, bei der das Spannungseinstellelement (12) einen zylindrischen Bereich (14) aufweist, der zum Zusammenwirken mit einem inneren Bereich eines Lagers (16) ausgebildet ist, und eine axial durch diesen hindurchgehenden Bohrung (22) aufweist.
Spannrolle mit verriegelter Mitte nach Anspruch 1, bei der das Spannungseinstellelement (12) einen Arm mit einem Riemenscheibenbefestigungsbereich und einer Aufnahmebohrung für die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung aufweist.
Spannrolle mit verriegelter Mitte nach Anspruch 1, bei der das Spannungseinstellelement (12) einen zylindrischen Bereich (14), der zum Zusammenwirken mit einem inneren Bereich eines Lagers (16) ausgebildet ist, einen sich axial und von der Mitte des zylindrischen Bereichs (14) versetzt erstreckenden Schwenkzapfen (48), und eine gebogene Schlitzöffnung aufweist, die sich durch die Länge des zylindrischen Bereichs (14) erstreckt und eine durchschnittliche Krümmung mit einem Bogen aufweist, der einen Radius um den Schwenkzapfen (48) definiert.
Verfahren zum Aufbringen von Spannung auf ein Riementrieb-Kraftübertragungssystem, gekennzeichnet durch das Vorsehen einer Spannrolle (10) nach Anspruch 1; das Befestigen des Spannungseinstellelements (12) mittels einer Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung (24) an einem Träger, der in bezug auf einen Motorzylinderblock im wesentlichen unbeweglich ist; das Führen eines Kraftübertragungsriemens (16) um die Riemenscheibenanordnung (18); und das Aufbringen eines Spanndrehmoments auf die Doppelfunktionsbefestigungseinrichtung (24), wodurch Spannung auf den Kraftübertragungsriemen aufgebracht und die Position des Spannungseinstellelements (12) fixiert wird.