DE69307801T2

DE69307801T2 - Riemenspanner in Exzenterbauweise

Info

Publication number: DE69307801T2
Application number: DE69307801T
Authority: DE
Inventors: Andrezj Dec; Henry W Thomey
Original assignee: Gates Power Drive Products Inc
Current assignee: Gates Power Drive Products Inc
Priority date: 1992-08-07
Filing date: 1993-08-09
Publication date: 1997-07-24
Anticipated expiration: 2013-08-10
Also published as: US5256112A; ATE148539T1; ES2097453T3; KR940004234A; DE69307801D1; JP2668501B2; BR9303299A; EP0582491B1; MX9304804A; CA2100706C; CA2100706A1; EP0582491A1; KR970006371B1; JPH06213294A

Description

Die Erfindung betrifft eine Riemen-Spannvorrichtung und insbesondere eine federvorgespannte Exzenter-Spannvorrichtung, bei der der effektive Schwenkarm der Spannvorrichtung innerhalb des Innendurchmessers eines Lagers angeordnet ist.
Exzenter-spannvorrichtungen können generell einer von zwei Kategorien zugeteilt werden, wobei in einer dieser Kategorien zusätzlich zu einem Lagerstift und einer Lagerbuchse weitere Elemente in dem durch den Innendurchmesser oder die Bohrung eines Lagers definierten Bereich angeordnet sind. Bei derartigen spannvorrichtungen ist ein großes Lager erforderlich, das typischerweise im Vergleich zu Spannvorrichtungen mit kleiner bemessenen Lagern die Nachteile hat, daß der Kostenaufwand höher ist und die Spannvorrichtung größere Abmessungen aufweist. Ein Beispiel einer in diese Kategorie fallenden Riemen- Spannvorrichtung vom exzentrischen Typ ist in U.S.-Patent Nr. 4,808,148 beschrieben.
Bei den der zweiten Kategorie zugehörigen Exzenter-Riemenspannvorrichtungen handelt sich um Riemen-Spannvorrichtungen, bei denen in dem begrenzten Raum des Innendurchmessers eines Lagerteus keine zusätzlichen Elemente außer einem Lagerstift und einer Lagerbuchse angeordnet sind, wobei aus diesem Grund bei einer derartigen Spannvorrichtung das Lager mit einem kleineren Durchmesser ausgebildet sein kann als die Lager von Spannvorrichtungen der ersten Kategorie. Somit können die Spannvorrichtungen der zweiten Kategorie etwas kleinere Abmessungen haben als diejenigen der ersten Kategorie. Dennoch besteht die Möglichkeit, daß das Lager derartiger Spannvorrichtungen übermäßig groß bemessen sein muß, um die Aufnahme einer minimalen Schwenkarmlänge innerhalb des Innendurchmessers des Lagers zu ermöglichen, was dazu führt, daß das Lager im Vergleich zu der Last, die es zu tragen in der Lage sein muß, überdimensioniert ist. Ein überdimensioniertes Lager kann eine Vergrößerung der erforderlichen Abmessungen einer Spannvorrichtung sowie einen übermäßigen Kostenaufwand verursachen. Ein Beispiel einer Riemen-Spannvorrichtung der zweiten Kategorie ist in U.S.-Patent Nr. 4,889,520 beschrieben.
Die Erfindung betrifft hauptsächlich Riemen-Spannvorrichtungen der letztgenannten Kategorie und ermöglicht die Verwendung sehr klein bemessener Lager, bei denen der Innendurchmesser oder die Bohrung z.B. weniger als 25 mm beträgt. Die Merkmale der Erfindung sind jedoch auch für Spannvorrichtungen beider Kategorien verwendbar, insbesondere wenn es wünschenswert ist, die Exzentrizität der Spannvorrichtung, wie sie durch die Länge des Schwenkarms bestimmt ist, zum maximieren.
Die Erfindung schafft eine Exzenter-Spannvorrichtung, die in Verbindung mit Riemenantriebssystemen verwendbar ist, und zwar insbesondere bei beengten Raumverhältnissen oder wenn die Exzentrizität durch Vergrößerung der Länge des Schwenkarms maximiert werden soll. Die Erfindung ist besonders nützlich zur Ausgestaltung von Spannvorrichtungen mit kleineren Lagern, bei denen der Innendurchmesser der Bohrung 25 mm oder weniger und insbesondere 22 mm und 17 mm beträgt.
Bei der Riemen-Spannvorrichtung gemäß der Erfindung handelt es sich um eine Exzenter-Riemenspannvorrichtung, bei der die Mittelpunkte eines Lagers und eines Lagerstiftes innerhalb eines Durchmesser liegen, der gleich dem Innendurchmesser des Lagers ist. Ein Schwenkarm ist als Teil einer Stummelwelle ausgebildet, an der das Lager befestigt ist. Eine Lagerbuchse und ein frei abstehender Lagerstift erstrecken sich derart durch die Stummelwelle, daß der Lagerstift radial exzentrisch zu der Lagerachse verläuft. Der exzentrische Radius definiert die Schwenkarmlänge der Spannvorrichtung. Eine Federeinrichtung erzeugt eine Vorspannung, die eine Drehung des Schwenkarms um den Lagerstift bewirkt.
Um gemäß einem Merkmal der Erfindung die Länge des Schwenkarms der Spannvorrichtung zu maximieren, sind die Lagerbuchse und der Lagerstift derart positioniert, daß der radiale Abstand zwischen dem Lagerstift und dem Umfang der Stummelwelle zwischen null und einem Betrag liegt, der im wesentlichen gleich der Wanddicke der Lagerbuchse ist, die so bemessen ist, daß die Lagerbuchse als Reaktion auf eine Naben-Last eine vorbestimmte, von dem Lagerstift ausgeübte Belastung aufnimmt, um einen Riemen zu spannen.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in einer in der Stummelwelle ausgebildeten Nut, die die Lagerstift-Buchse aufnimmt, um die Länge des Schwenkarms zu vergrößern.
Mit der Erfindung kann vorteilhafterweise die Länge des Schwenkarms einer Spannvorrichtung des exzentrischen Typs derart vergrößert oder maximiert werden, daß eine Anpassung an sämtliche Abmessungen von Lagern ermöglicht wird. Ferner ist die Erfindung vorteilhafterweise besonders geeignet für Lager mit kleinen Durchmessern, d.h. mit einem Innendurchmesser von 25 mm oder weniger.
Im folgenden werden, jedoch lediglich als Beispiel, mehrere Ausführungsformen einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Spannvorrichtung im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine teilweise geschnittene axiale Ansicht der Spannvorrichtung;
Fig. 2 zeigt eine an den Spitzen der Pfeile 2-2 von Fig. 1 angesetzte Schnittansicht;
Fig. 3 zeigt eine Fig. 2 ähnliche, jedoch auf die Stummelwelle und die darin enthaltenen Elemente beschränkte vergrößerte schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 zeigt eine Fig. 3 ähnliche Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 5 zeigt eine Fig. 3 ähnliche Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Gemäß Fign. 1 und 2 ist eine gemäß der Erfindung ausgebildete Riemen-Spannvorrichtung 10 versehen mit: einem Lager 12, das an seinem Innendurchmesser eine Innenbohrung 14 aufweist; einer Stummelwelle 16; einem als Teil der Stummelwelle 16 ausgebildeten Schwenkarm 18; einer Lagerbuchse 20, die an einem Ende mit einem Flansch versehen ist; einem Lagerstift 22; und einer Feder 24. Für einige Anwendungsfälle kann der Außenlauf 26 des Lagers 12 direkt als Riemenscheibenteil verwendet werden. Gemäß Fig. 1 ist jedoch eine Riemenscheibe 28 an dem Außenlauf befestigt. In einigen Fällen kann die Riemenscheibe relativ zu der Mittellinie des Lagers versetzt 30 sein, wie etwa relativ zu den Kugeln 32 des gezeigten Lagers. Bei der Realisierung der Erfindung können jedoch auch andere Typen von Lagern verwendet werden.
Das Lager ist mit seiner Innenbohrung 14 im wesentlichen an dem Umfang 34 der Stummelwelle 16 positioniert. Das Lager kann durch beliebige Vorkehrungen an der Stummelwelle befestigt sein, z.B. durch Paßeingriff zwischen der Bohrung des Lagers und dem Außenumfang 34 der Stummelwelle.
Die Lagerbuchse 20 und der Lagerstift 22 erstrecken sich bis zu der Stummelwelle und sind zu dieser um einen Radius exzentrisch, der eine Schwenkarmlänge A definiert. Der Stift 22 ist vom auskragenden Typ und weist eine Befestigungsvorrichtung 36 zur Befestigung an einem (nicht gezeigten) nichtdrehenden Teil auf, z.B. einem Teil des Motors. Auch die Befestigungsvorrichtung 36 kann sich durch ein nichtdrehendes Basisteil 38 erstrecken und dieses befestigen. An dem Lagerstift kann ein z.B. als Flansch-Nut 40 ausgebildetes Befestigungsteil verwendet werden, um die Baugruppe der Spannvorrichtung zusammenzuhalten.
Eine Federvorspannvorrichtung, z.B. eine Torsionsfeder 24, ist mit einem Ende bei 42 an dem Basisteil befestigt, etwa indem die Feder um einen Vorsprung herum gebogen ist, und ist mit ihrem anderen Ende bei 44 an der Stummelwelle und dem als Teil dieser Welle ausgebildeten Schwenkarm befestigt, z.B. durch Biegen des anderen Ende der Feder in einen Aufnahmeschlitz der Stummelwelle hinein. Die Feder erzeugt eine Vorspannung zur Drehung des Schwenkarms um den Lagerstift, wodurch eine exzentrische Bewegung des Lagers und der Riemenscheibe verursacht wird.
Wie auf dem Gebiet bekannt, ist typischerweise eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen, um die Drehung des Schwenkarms um den Lagerstift zu erschweren. Es kann jeder gewünschte Typ einer Dämpfungseinrichtung verwendet werden. Eine Dämpfungseinrichtung ist in Form einer aus Kunststoffmaterial bestehenden Zwischenscheibe 46 gezeigt, die zwischen der Flansch-Nut 40 und einer Zwischenscheibe 48 angeordnet ist, welche an der Stummelwelle befestigt ist und sich mit ihr dreht.
Das auf die Vergrößerung oder Maximierung der Schwenkarmlänge einer Exzenter-Spannvorrichtung abzielende Merkmal der Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt und ist am besten in Verbindung mit Fign. 3, 4 und 5 ersichtlich. Gemäß Fig. 2 weist die Stummelwelle eine axial ausgerichtete Nut 50 auf, die sich ausgehend vom Umfang 34 der Stummelwelle radial einwärts erstreckt. Die Nut ist derart bemessen, daß sie die Lagerbuchse mindestens soweit aufnimmt, daß ein größerer Teil der Buchse in der Nut angeordnet ist. Eine Seite der Buchse 52 liegt an der Bohrung 14 des Lagers an. Vorzugsweise ist die Buchse in einer Öffnung angeordnet, die durch den Umfang einer im wesentlichen "U"- förmigen Nut 50 in der Stummelwelle und einen Teil der Innenbohrung des Lagers begrenzt ist. Vorzugsweise ist die Oberseite der "U"-förmigen Nut mit gerundeten Ecken 54,56 versehen, und die Buchse weist im wesentlichen zuemanderweisende Ohr- Teile 58,60 auf, die den gerundeten Ecken der Nut gegenüberliegend angeordnet sind.
Ein Bereich, in dem gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung der Lagerstift relativ zu der Stummelwellen-Achse exzentrisch positioniert werden kann, ist in Fign. 3-5 gezeigt. In dem Fall gemäß Fig. 3 hat eine Lagerstift-Buchse 62 eine Wanddicke L1, die dahingehend hinreichend ist, daß die Lagerstift-Buchse 62 von dem Lagerstift 22 eine vorbestimmte Belastung aufnimmt, die durch eine Naben-Last H1 erzeugt wird, welche von einer auf einen (nicht gezeigten) Riemen einwirkenden Riemenscheibe abhängt. Der Lagerstift und die Lagerstift- Buchse sind relativ zu der Stummelwelle derart positioniert, daß die radiale Bemessung T1 zwischen dem Lagerstift und dem Stummelwellen-Umfang 34 kleiner ist als die Dicke L1 der Buchse. Gemäß Fig. 3 kann die Stummelwelle derart bemessen sein, daß ein radialer Abschnitt 64 der Stummelwelle existiert, der das Lager umfaßt. Wie gezeigt, ist die Dicke der Buchse 62 zusammen mit der radialen Dicke 64 der Stummelwelle kleiner als die Dicke L1 der Buchse. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß die Buchse eine Bohrung aufweist, die exzentrisch zu der Außenfläche der Buchse angeordnet ist.
In dem in Fig. 4 gezeigten Fall weist die Stummelwelle 66 eine axial ausgerichtete Nut auf, die ausgehend von dem Umfang 34 radial einwärts verläuft und derart bemessen ist, daß sie eine Lagerbuchse 68 aufnimmt. In ähnlicher Weise wie die im Zusammenhang mit Fig. 3 erläuterte Lagerbuchse ist die Wanddicke L2 der Lagerbuchse 68 derart hinreichend bemessen, daß die Lagerbuchse 68 von dem Lagerstift eine vorbestimmte Belastung aufnimmt, die als Reaktion auf eine Naben-Last H2 erzeugt wird, wobei die radiale Bemessung zwischen dem Lagerstift 22 und dem Umfang 34 kleiner ist als die Dicke L2 der Buchse.
Eine maximale Schwenkarmlänge wird erzielt, wenn gemäß Fig. 5 der Lagerstift 22 im wesentlichen an den Umfang 34 der Stummelwelle 70 anliegend positioniert ist. Auch in diesem Fall ist die Wanddicke L3 der Lagerbuchse 72 derart bemessen, daß die Lagerbuchse 72 von dem Lagerstift 22 eine vorbestimmte Belastung aufnimmt, die als Reaktion auf eine Naben-Last H3 erzeugt wird. Wie gezeigt, beträgt die radiale Bemessung zwischen dem Lagerstift und dem Stummelwellen-Umfang null. Die radiale Bemessung kann deshalb null betragen, weil die Belastung an dem Lagerstift dort erfolgt, wo die Buchse eine Dicke L3 aufweist, die es der Buchse ermöglicht, im wesentlichen in der gleichen Richtung eine Last von dem Lagerstift aufzunehmen. Die Last tritt in der Gegenrichtung zu der Naben-Last H3 und im wesentlichen parallel zu dieser auf. Somit sind die Schwenkarmlänge A1 gemäß Fig. 1, A2 gemäß Fig. 4 und A3 gemäß Fig. 5 im Vergleich zu der Schwenkarmlänge beim Stand der Technik beträchtlich höher.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Schwenkarmlänge maximiert werden kann, indem der Durchmesser des auskragenden Lagerstiftes 22 minimiert wird. Gemäß Fig. 1 muß der Lagerstift 22 derart bemessen sein, daß er eine vorbestimmte Last aufnimmt, die durch eine Naben-Last aufgrund eines einer Spannung ausgesetzten Riemens verursacht wird. Der Durchmesser des Lagerstiftes kann beträchtlich reduziert werden, indem der Lagerstift-Durchmesser in dem Bereich, in dem der Lagerstift durch die Lagerbuchse verläuft, im wesentlichen auf dem Minimum gehalten wird, und durch die Stummelwelle wird ermöglicht, daß das Trägheitsmoment des Stiftes durch eine Einrichtung, die direkt an der Stummelwelle angeordnet ist, beträchtlich vergrößert wird. Wie gezeigt, besteht eine Möglichkeit zum Erfüllen dieser Vorgabe darin, den Durchmesser an dem Lager und der Stummelwelle auf einen größeren Durchmesser 74 zu erweitern.
Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, daß jede Versetzungs-Belastung, die z.B. durch eine wie bei 30 gezeigt versetzt ausgebildete Riemenscheibe 28 erzeugt wird, kompensiert wird. Eine derartige Versetzungs-Belastung übt auf die Riemenscheibe einen Kippeffekt aus, während das Lager einem Schlag unterliegt, der im Bereich seiner Toleranz-Grenzwerte liegt. Ein derartiger Schlag beträgt ungefähr bis zu drei Zehnteln eines Grades. Um den Kippeffekt auszugleichen, kann der Lagerstift um einen Winkel B von bis zu drei Zehnteln eines Grades zu dem Winkel versetzt angeordnet sein, der im wesentlichen in der gleichen Ebene wie derjenige des Lagers liegt, wenn dieses eine Kippbewegung erfährt.
Zur Veranschaulichung der Merkmale der Erfindung wurde eine Spannvorrichtung, die ein Lager mit einer Bohrung von 17 mm aufwies, in Verbindung mit einer Stummelwelle verwendet, deren Durchmesser im wesentlichen 17 mm betrug. Ein Lagerstift wurde derart dimensioniert, daß er einen durch die Stummelwelle verlaufenden ersten axialen Abschnitt mit einem Durchmesser von 5 mm aufwies. Ein zweiter axialer Abschnitt des Lagerstiftes wies als Einrichtung zur Vergrößerung der Trägheitsmomentes des Lagerstiftes einen größeren Durchmesser von 6,5 mm auf. Der einen Durchmesser von 5 mm aufweisende Abschnitt wurde für eine Biegebelastung von 23.000 psi ± 11.500 psi unter Einbeziehung von Materialermüdung konzipiert und zur Reaktion auf eine Riemenspannung von 50 pounds ausgebildet. Die Lagerbuchse wurde zur Aufnahme einer Last von dem Lagerstift dimensioniert, wobei die zur Aufnahme der Last vorgesehene Wanddicke im wesentlichen 1 mm und der radiale Abstand zwischen dem Lagerstift und dem Umfang der Stummelwelle im wesentlichen 0,5 mm betrug. Es wurde eine praktikable Schwenkarmlänge von 5,5 mm erzielt.
Selbstverständlich dient die obige Beschreibung der Erfindung nur als Beispiel, und Modifikationen, die an Einzelheiten vorgenommen werden, fallen ebenfalls unter den durch die Ansprüche definierten Schutzumfang der Erfindung.

Claims

1. Spannvorrichtung des Typs mit einem Lager (12), das eine Innenbohrung (14) aufweist und im wesentlichen an einem Umfangsbereich einer Stummelwelle (16) montiert ist, einem als Teil der Stummelwelle ausgebildeten Schwenkarm (18), einer Lagerbuchse (20) und einem auskragenden Lagerstift (22), der sich bei einem eine Schwenkarmlänge (A) definierenden Radius exzentrisch zu der Stummelwelle (16) durch diese erstreckt, und einer Federvorrichtung (24) zum Vorspannen einer Drehung des Schwenkarms um den Lagerstift, wobei die Lagerbuchse (20) eine hinreichend bemessene Wanddicke (L1,L2,L3) aufweist, um eine vorbestimmte, von dem Lagerstift (22) ausgeübte Belastung aufzunehmen, und wobei die Lagerbuchse (20) und der Lagerstift (22) relativ zu der Stummelwelle (16) derart positioniert sind, daß der radiale Abstand (T1,T2,T3) zwischen dem Umfang des Lagerstiftes und dem Umfang der Stummelwelle im Bereich von null bis einem Maß beträgt, das der Wanddicke der Lagerbuchse im wesentlichen gleich ist.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Stummelwelle (16) eine axial gerichtete Nut (50) aufweist, die sich von dem Umfang radial einwärts erstreckt und derart bemessen ist, daß sie die Lagerbuchse (20) aufnimmt, und bei der ein Teil der Lagerbuchse (20) in der Nut (50) angeordnet ist.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 2, bei der bei Betrachtung der Stummelwelle (16) im Querschnitt die Nut (50) im wesentlichen "U"-förmig ausgebildet ist.

4. Spannvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Lagerbuchse (20) einen Bereich aufweist, der in einer Öffnung angeordnet ist, die durch den Umfang der "U"-förmigem Nut (50) und einen Teil der Innenbohrung (14) des Lagers (12) begrenzt ist.

5. Spannvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Nut (50) im oberen Bereich der U-Form gerundete Ecken (54,56) aufweist und die Lagerbuchse im wesentlichen voneinander weg gerichtete Ohr-Teile (60) aufweist, die an die gerundeten Ecken (54,56) angrenzen.

6. Spannvorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Lagerbuchse einen Flansch aufweist, der eine Vorrichtung bildet, um die Lagerbuchse in Ausrichtung mit der Stummelwelle zu positionieren.

7. Spannvorrichtung nach Mspruch 1, ferner mit einer an dem Lager (12) befestigten Riemenscheibe (28), die einen relativ zu dem Lager (12) zu einer Seite hin versetzten Teil (30) aufweist, wobei das Lager (12) einer Schlag-Toleranz unterliegt, die ein Kippen der Riemenscheibe (28) verursaöht, und wobei zur Kompensation eines derartigen Schlags der Lagerstift um einen Winkel (B) schräggestellt ist.

8. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Lagerstift (22) einen sich durch die Stummelwelle (16) erstreckenden ersten axialen Teil mit einem ersten Durchmesser, der im wesentlichen für eine vorbestimmte Last bemessen ist, und einen mit mindestens einem zweiten, größeren Durchmesser (74) versehenen zweiten axialen Teil aufweist, der eine Vorrichtung zum Vergrößern eines Trägheitsmoments des Drehstiftes und zum Stützen des ersten axialen Teils bildet.