DE10055594A1

DE10055594A1 - Reibscheibenspannvorrichtung

Info

Publication number: DE10055594A1
Application number: DE2000155594
Authority: DE
Inventors: Klaus Grimm; Holger Konanz; Andreas Lang
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2000-11-09
Filing date: 2000-11-09
Publication date: 2002-05-23
Also published as: AU2002224790A1; WO2002038983A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung (1), bei der ein Reibbelag (11) an spiegelsymmetrisch strukturierten Kontaktflächen (15, 16) anliegt.

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spannvorrichtung für einen Riementrieb oder einen Kettentrieb, ausgebildet als eine Reibscheibenspann vorrichtung. Diese Vorrichtung umfasst ein ortsfest angeordnetes Gehäuse und einen begrenzt drehbar angeordneten Spannarm, der auf einer vorzugsweise dem Gehäuse angeordneten Welle drehbar gelagert ist. An dem freien Ende ist der Spannarm mit einer Spannrolle versehen. Zur Erzielung einer Vorspann kraft im eingebauten Zustand der Spannvorrichtung ist eine Torsionsfeder zwi schen dem Gehäuse und dem Spannarm angeordnet, deren erste Kraftkompo nente eine kraftschlüssige Anlage der Spannrolle an dem Zugmittel vorsieht. Eine weitere Kraftkomponente übt eine Axialkraft auf einen kreisringförmig ge stalteten Reibbelag aus, der zwischen dem Gehäuse und einer drehstarr mit dem Spannarm verbundenen Reibscheibe angeordnet ist. Die Spannvorrich tung verfügt dabei über Maßnahmen, mit denen der Reibwert zwischen dem Reibbelag und einer Abstützfläche vergrößert werden kann.

Hintergrund der Erfindung

Die DE 44 31 801 A1 zeigt eine Spannvorrichtung, die zwischen Kontaktflä chen geführt ist, wobei eine Kontaktfläche keilförmig ausgebildete Rampen aufweist, die mit entsprechend gestalteten Rampen des Reibbelages korres pondieren und zusammenwirken. Bei einer Relativverdrehung der Rampen zueinander wird infolge der Keilwirkung der Einspanndruck erhöht, mit der Fol ge einer richtungsabhängigen Dämpfung der Spannarmbewegungen. Die ein seitige formschlüssige Verbindung zwischen dem Reibbelag und einer Kon taktfläche bewirkt unterschiedliche Reibwerte und damit verbunden verschie dene Reibkräfte zwischen beiden Drehrichtungen bzw. Schwenkbewegungen des Spannarms.

Weiterhin ist es bekannt Spannvorrichtungen der zuvor beschriebenen Bauart mit einem Deckel zu versehen, der einen geschlossenen Einbauraum des Reibbelags ermöglicht, wodurch der Reibbelag vor Umwelt- bzw. Medienein flüssen geschützt ist. Nachteilig verhindert die Anordnung des Reibbelages in einem geschlossenen Einbauraum einen ungehinderten Austritt von dem Ab rieb des Reibbelages, was ebenfalls die Wirkungsweise der Spannvorrichtung benachteiligen kann.

Aufgabe der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, in einer Spannvor richtung die Abführung des Reibbelagabriebes zu verbessern und die Geräu schentwicklung zu reduzieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese zuvor genannte Problemstellung wird durch die vorliegende Erfindung gelöst. Danach stützt sich der kreisringförmig gestaltete Reibbelag beidseitig an strukturierten Kontaktflächen ab. In der Einbaulage weisen die Kontaktflä chen dabei eine zueinander übereinstimmend gleichgerichtete Struktur auf, die eine gewünschte gerichtete Verdrehung des Reibbelages sicherstellen. Bei laufender Brennkraftmaschine stellt sich bedingt durch den Ungleichförmig keitsgrad, mit dem die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine umläuft, eine hoch frequent, oszillierende Stellbewegung des Spannarms ein, die gleichzeitig ei nen wechselnden Drehimpuls auf die mit dem Spannarm in Verbindung ste hende Reibscheibe auslöst. Abhängig von der Drehrichtung der Reibscheibe, stellen sich voneinander abweichende Reibungsverhältnisse zwischen den Reibpartnern, dem Reibbelag und der jeweiligen Kontaktfläche ein, verbunden mit einer gleichgerichteten, getakteten Verdrehung Drehrichtung des Reibbela ges. Die erfindungsgemäßen zueinander in Umfangsrichtung gleichgerichtet strukturierten Kontaktflächen, die sich geometrisch voneinander unterscheiden können, bewirken in einer Drehrichtung eine Mitnahme des Reibbelages durch die Reibscheibe und in der gegenläufigen Drehrichtung ein Gleiten der Reib scheiben-Kontaktfläche an dem Reibbelag. Der periodische Wechsel zwischen einer Gleitbewegung und einer Hemmung, bzw. einer Mitnahme der Reibpart ner ermöglicht eine gewollte schrittweise, gerichtete Verdrehung des Reibbela ges.

Die Verdrehung des Reibbelages ermöglicht einen gewünschten Austritt des Abriebs aus dem Abstützbereich der sich zwischen dem Reibbelag und den Kontaktflächen einstellt. Die Gefahr einer Geräuschentwicklung durch eingela gerten Abrieb zwischen den Reibpartnern ist damit unterbunden. Erfindungs gemäß sind die Kontaktflächen so gestaltet, dass deren Strukturen die Hyste rese zwischen der Mitnahme des Reibbelages und einer Gleitbewegung des Reibbelages an der zugehörigen Kontaktfläche verringert. Gleichzeitig stellt sich eine nahezu konstante Dämpfungscharakteristik über die gesamte Le bensdauer der Spannvorrichtung ein. Weiterhin ermöglicht die gleichgerichtete Drehbewegung des Reibbelages, vergleichbar einem Freilaufeffekt, einen gleichmäßigen Verschleiß aller Reibpartner, ohne die Gefahr einer Muldenbil dung, die sich nachteilig auf die Funktion der Dämpfungseinrichtung und damit auf die gesamte Spannvorrichtung auswirkt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der ab hängigen Ansprüche 2 bis 10.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Strukturen der Kontaktflächen Symmetrisch anzuordnen. Beispielsweise kann dazu eine Sä gezahnkontur vorgesehen werden, bei der im Querschnitt betrachtet, dreieck förmige Ausnehmungen zueinander beabstandet, d. h. winkelversetzt zueinan der in die Kontaktfläche eingebracht sind. Die Sägezahnkontur bildet dabei vorteilhaft einseitig rechtwinklige Übergänge ausgebildet als eine senkrecht zu der Kontaktfläche ausgerichtete Flanke, was den Mitnahmeeffekt des Reibbe lages in eine Drehrichtung begünstigt. Die gewünschte Verdrehung des Reib belags wird dabei durch eine vergrößerte Flächenpressung unterstützt, die sich zwischen dem Reibbelag und der bedingt durch die Sägezahnkontur verklei nerte Kontaktfläche einstellt und sich damit an dem scharfkantigen Übergang, die Flanke der Sägezahnstruktur in den Reibbelag verkrallt. Weiterhin bildet die Sägezahnkontur gegenüberliegend von der Flanke einen flachen, nahezu asymptotisch verlaufenden Schenkel. Dieser Auslauf begünstigt auf Grund des reibungsmindernden Schenkels eine Gleitbewegung zwischen dem Reibbelag und der Kontaktfläche bei einem in Richtung des Schenkel gerichteten Drehim pulses. Außerdem bildet die Sägezahnkontur ein Aufnahmevolumen, in dem sich der Abrieb zwischen den Reibpartnern sammelt.

Die Erfindung schließt eine Sägezahnkontur ein, die sowohl in Umfangsrich tung verlaufend angeordnet ist als auch sich radial über die gesamte kreis ringförmige Kontaktfläche erstreckt. Diese Maßnahme begünstigt einen gleichmäßigen Verschleiß, ohne nachteilige Muldenbildung der Reibpartner, insbesondere des Reibbelages. Weiterhin ist ein ungehinderter radialer Austritt des Abriebs der Reibpartner aus der Sägezahnkontur möglich, bei dem sich drehend angeordneten Reibbelag. Alternativ zu einer ausschließlich radial verlaufenden Sägezahnkontur, kann diese gemäß der Erfindung auch spiral förmig in die Kontaktflächen eingebracht werden.

Die Erfindung schließt weiterhin Kontaktflächen ein mit einer Sägezahnkontur, die aus der Kontaktfläche hervortretend angeordnet ist. Alternativ dazu kann die Sägezahnkontur ebenfalls in die Kontaktfläche eingebracht werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Bauteile, das Ge häuse und die Reibscheibe im Bereich der strukturierten Kontaktfläche, der Sägezahnkontur mit axial verlaufenden Bohrungen versehen, die sich durch das jeweilige Bauteil erstrecken. Die Bohrungen oder auch anders gestaltete Ausnehmungen sind dazu vorgesehen, den in der Sägezahnstruktur ange sammelten Abrieb axial weiterzuleiten und damit außerhalb der Kontaktzonen der Reibpartner.

Die Axialkraft, mit der die Reibpartner, der Reibbelag mit den zugehörigen Kontaktflächen verpresst sind, wird von der Auslegung der Torsionsfeder be stimmt. Die Auslegung der Torsionsfeder, die Windungsrichtung, kann zu einer unterschiedlichen Reibkraft bzw. Axialkraft zwischen den Drehrichtungen des Spannarms führen. Zur Erzielung einer möglichst konstanten Verdrehung des Reibbelags, sind die Kontaktflächen so strukturiert bzw. so gestaltet dass sich gleiche Reibwerte bzw. gleiche Reibkräfte einstellen, unabhägig von der Rich tung der Torsionsfeder-Windung.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung bezieht sich auf eine Maßnahme, den Abrieb, der zwischen den Reibpartnern entsteht, dauerhaft zu entziehen. Damit ist der Eintritt feinster Abriebteilchen in die Kontaktzonen der Reibpartner an anderer Stelle unterbunden. Versuche ergaben, dass eine Konterminierung der Kontaktfläche durch Abriebteile das Reibverhalten der Reibpartner nachteilig beeinflusst und die Gefahr einer Geräuschentwicklung, eines Quietschen der Kontaktpartner im Bereich der Kontaktfläche, vergrößert.

Gemäß der Erfindung ist dazu ein magnetisches Ringelement vorgesehen, das außerhalb einer Kontaktfläche an dem Gehäuse oder der Reibscheibe befestigt ist und axial vorstehend den Reibbelag innen oder außen umschließt. Das ma gnetische Ringelement bindet den überwiegend metallischen Abrieb der Reibpartner. Diese weitere Ausbildung der Erfindung stellt eine wirksame Maßnah me dar um einer Geräuschentwicklung wirksam begegnen zu können.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsbeispiele, die nachfolgend näher beschrieben sind, verdeutlichen die Erfindung.

Es zeigen:

Fig. 1 in einer Schnittansicht eine Spannvorrichtung;

Fig. 2 einen Ausschnitt der in Fig. 1 abgebildeten Spannvor richtung, zur Verdeutlichung der Einbaulage des Reibbela ges;

Fig. 3 in einem vergrößerten Maßstab die Kontaktfläche mit einer axial in die Kontaktfläche eingebrachte Sägezahnkontur;

Fig. 4 eine Kontaktfläche mit einer axial aus der Kontaktfläche hervortretenden Sägezahnkontur;

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Die Beschreibung der Fig. 1 beschränkt sich auf die wesentlichen Bauteile einer bekannten Spannvorrichtung 1. Der Aufbau der Spannvorrichtung 1 um fasst ein ortsfest angeordnetes Gehäuse 2 mit einer stirnseitigen kreisringför mig gestalteten Ausnehmung 3 sowie einer mittig angeordneten Buchse 4. Zentrisch weist die Buchse 4 eine Bohrung auf, zu Aufnahme einer drehbaren Welle. An einem Ende ist die Welle 5 drehfest mit einem Spannarm 6 und an dem gegenüberliegenden Ende mit einer Reibscheibe 7 verbunden. Der Spannarm 6 ist endseitig mit einer Spannrolle 8 versehen, die im eingebauten Zustand federkraftbeaufschlagt an einem Zugmittel 9, insbesondere einem Riemen abgestützt ist. Zwischen dem Gehäuse 2 und dem Spannarm 6 ist eine Torsionsfeder 10 eingesetzt, deren Drehkraftkomponente eine federkraftbeauf schlagte Abstützung der Spannrolle 8 an dem Zugmittel 9 bewirkt. Weiterhin übt die Torsionsfeder 10 eine Spreizkraft bzw. Axialkraft zwischen dem Span narm 6 und dem Gehäuse 2 aus. Zur Abstützung der Axialkraft dient die mit dem Spannarm verbundene Reibscheibe 7, die in einer Außenzone an einem kreisringförmig gestalteten Reibbelag 11 anliegt, welcher gegenseitig am Ge häuse 2 abgestützt ist. Zur Erzielung einer geschützten Einbaulage des Reib belags 11 ist dieser in einer stirnseitigen Ausnehmung 12 gemeinsam mit der Reibscheibe 7 angeordnet. Bündig mit der stirnseitigen Außenkontur des Ge häuses schließt ein Deckel 13 ab, der die Ausnehmung 12 verschließt.

Die Fig. 2 zeigt in einem vergrößerten Maßstab einen Ausschnitt der Spann vorrichtung 1, der insbesondere die Anordnung des Reibbelages 11 mit den zugehörigen Reibpartnern verdeutlicht. Bei laufender Brennkraftmaschine wird die Welle 5 der Spannvorrichtung 1 in Verbindung mit der Reibscheibe 7 zu einer oszillierenden Stellbewegung angeregt. Dabei ist zur Einleitung der in Pfeilrichtung wirkenden Axialkraft der Torsionsfeder 10, die Reibscheibe 7 über den kreisringförmig gestalteten Reibbelag 11 an dem Gehäuse 2 abgestützt. Der beidseitig mit zueinander winkelversetzt angeordneten, radial ausgerich teten Verschleißnuten 14a, 14b versehene Reibbelag 11 stützt sich an einer Kontaktfläche 15 der Reibscheibe 7 und gegenseitig an der dem Gehäuse 2 zugeordneten Kontaktfläche 16 ab. Zur Erreichung einer gleichgerichteten Verdrehung des Reibbelages 11 gegenüber der oszillierenden Reibscheibe 7 und dem ortsfesten Gehäuse 2, sind die Kontaktflächen 15, 16 strukturiert, wodurch sich abhängig von der Drehrichtung der Reibscheibe 7 ein unter schiedlicher Reibwert einstellt. Die Fig. 2 zeigt weiterhin ein drehfest an der Reibscheibe 7 befestigtes Ringelement 17, dass sich axial bis über die Kontakt fläche 16 des Gehäuses 2 erstreckt. Das vorzugsweise als Magnet gestaltete Ringelement 17 dient dazu, den metallhaltigen Abrieb der Reibpartner, dem Reibbelag 11 und dem Gehäuse 2 einerseits und dem Reibbelag 11 bzw. der Reibscheibe 7 andererseits zu sammeln. Dazu umschließt das Ringelement unter Einhaltung eines Radialspiels innenseitig den Reibbelag 11.

Die Fig. 3 zeigt in einem vergrößerten Maßstab die strukturierten Kontaktflä chen 15, 16 an dem Gehäuse 2 bzw. der Reibscheibe 7, deren Formen in der Einbaulage zueinander symmetrisch angeordnet sind. Beide Kontaktflächen 15, 16 sind mit einer axial zurückliegenden bzw. in die Kontaktflächen 15, 16 eingebrachten Sägezahnkontur 18, 19 versehen. Die gewünschte gleichge richtete Verdrehung des Reibbelages 11 wird ermöglicht durch eine erfin dungsgemäße Sägezahnkontur 18, 19 an den Kontaktflächen 15, 16, wodurch sich drehrichtungsabhängig unterschiedliche Reibwerte einstellen zwischen den Reibpartnern einstellen.

Die Sägezahnkontur 18, 19 bildet eine Flanke 20, 21 die rechtwinklig zu dem Reibbelag 11 ausgerichtet ist. Der Flanke 20, 21 entgegengerichtet bilden die Sägezahnkonturen 18, 19 einen langgestreckten, unter einem flachen Winkel auslaufenden Schenkel 22, 23. Aufgrund der zueinander symmetrisch gleich gerichtet angeordneten Sägezahnkonturen 18, 19 stellen sich drehrichtungsab hänig voneinander abweichende Reibungsverhältnisse ein zwischen den Reib partnern, dem Gehäuse 2 und dem Reibbelag 11 einerseits und der Reibschei be 7 und dem Reibbelag 11 andererseits. Diese Anordnung der Sägezahn kontur 18, 19, die umfangsverteilt vielfach angeordnet ist, bewirkt bei einer Verdrehung der Reibscheibe 7 in Pfeilrichtung "a" in Verbindung mit dem orts festen Gehäuse 2 eine Mitnahme, eine Verdrehung des Reibbelages 11, nahe zu synchron zu der Stellbewegung der Reibscheibe 7.

Der scharfkantige Übergang, die Flanke 21 der in die Reibscheibe 7 einge brachten Sägezahnkontur 19, verursacht bei einer Verdrehung des Reibbela ges 11 in Pfeilrichtung "a" eine größere Reibung im Vergleich zu den Reibpart nern, dem Gehäuse 2 und dem Reibbelag 11, bei denen der von der Reibscheibe 7 ausgelöste Drehimpuls mit der Richtung des Schenkels 22 der in dem Gehäuse 2 angeordneten Sägezahnkontur 18 übereinstimmt. Eine ge genläufige Stellbewegung der Reibscheibe 7 in Pfeilrichtung "b" bewirkt eine Umkehr der Reibungsverhältnisse, d. h. die Reibung zwischen dem Reibbelag 11 und dem Gehäuse 2 wird größer als die Reibung zwischen dem Reibbelag 11 und der Reibscheibe 7. Folglich gleitet die Reibscheibe 7 mit der Kontakt fläche 15 an dem Reibbelag 11. Bedingt durch die hochfrequent oszillierende Reibscheibe 7 stellt sich folglich eine in Pfeilrichtung "a" gerichtete "getaktete" Drehbewegung des Reibbelags 11 ein. Die Reibscheibe 7 wie auch das Ge häuse 2 ist im Bereich der Sägezahnkontur 18, 19 mit axial verlaufenden Boh rungen 24, 25 versehen, deren Aufgabe darin besteht, den in den Sägezahn konturen 18, 19 angesammelten Abrieb der Reibpartner weiterzuleiten.

Die Fig. 4 zeigt eine Kontaktfläche 26, bei der die Sägezahnkontur 27 aus der Kontaktfläche 26 hervortritt. Eine derartige Sägezahnkontur 27 kann alternativ zu den in Fig. 3 abgebildeten Sägezahnkonturen 18, 19 an der Reibscheibe 7 sowie dem Gehäuse 2 vorgesehen werden.

Bezugszahlen

1

Spannvorrichtung

2

Gehäuse

3

Ausnehmung

4

Buchse

5

Welle

6

Spannarm

7

Reibscheibe

8

Spannrolle

9

Zugmittel

10

Torsionsfeder

11

Reibbelag

12

Ausnehmung

13

Deckel

14

a Verschleißnut

14

b Verschleißnut

15

Kontaktfläche

16

Kontaktfläche

17

Ringelement

18

Sägezahnkontur

19

Sägezahnkontur

20

Flanke

21

Flanke

22

Schenkel

23

Schenkel

24

Bohrung

25

Bohrung

26

Kontaktfläche

27

Sägezahnkontur

Claims

1. Spannvorrichtung (1) für einen Riementrieb oder einen Kettentrieb, die als eine Reibscheiben-Spannvorrichtung ausgebildet ist, versehen mit einem ortsfesten Gehäuse (2) und einem über eine Welle (5) drehbar in dem Gehäuse (2) gelagerten, endseitig eine Spannrolle (8) aufweisen den Spannarm (6), wobei zwischen dem Gehäuse (2) und dem Span narm (6) eine Torsionsfeder (10) eingesetzt ist, die eine kraftschlüssige Abstützung der Spannrolle (8) an einem Zugmittel (9) sicherstelt, sowie eine Axialkraft auf einen kreisringförmig gestalteten Reibbelag (11) aus übt, der zwischen dem Gehäuse (2) und einer mit dem Spannarm (6) la gefixiert verbundenen Reibscheibe (7) eingesetzt ist, und der Reibbelag (11) zwischen strukturierten Kontaktflächen (15, 16) des Gehäuses (2) und der Reibscheibe (7) geführt ist, wobei die in einer Einbaulage in Umfangsrichtung zueinander gleichgerichtete Struktur der Kontaktflä chen (15, 16), eine gerichtete Verdrehung des Reibbelags (11) ermög licht.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Strukturen der Kontakt flächen (15, 16) des Gehäuses (2) und der Reibscheibe (7) symmetrisch zueinander angeordnet sind.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 2, mit einem Reibbelag (11), der beid seitig an Kontaktflächen (15, 16, 26) abgestützt ist, die jeweils eine in Umfangsrichtung verlaufende, sich über die gesamte kreisringförmige Kontaktfläche (15, 16, 26) erstreckende Sägezahnkontur (18, 19, 27) aufweisen, die eine senkrecht zu der Kontaktfläche (15, 16, 26) ausge richtete Flanke (20, 21) aufweist, sowie einen unter einem flachen Win kel auslaufenden Schenkel (22, 23).

4. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, mit einer aus den Kontaktflächen (15, 16) hervortretenden Sägezahnkontur.

5. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sägezahnkontur in die Kontaktflächen (15, 16) eingebracht ist.

6. Spannvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Sägezahnkontur (18, 19, 27) spiralförmig verlaufend in die Kontaktflächen (15, 16, 26) einge bracht ist.

7. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (2) und die Reibscheibe (7) im Bereich der Sägezahnkontur (18, 19) axial verlau fende Bohrungen (24, 25) aufweisen, die sich durch die Wandstärke des jeweiligen Bauteils im Bereich der Kontaktfläche (15, 16) erstrecken.

8. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sägezahnkontur (18, 19, 27) an den Kontaktflächen (15, 16, 26) geometrisch unterschiedlich aus geführt sind, zur Erzielung eines übereinstimmenden Verdrehmoments des Spannarms (6) in beide Drehrichtungen.

9. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, die mit einer Einrichtung versehen ist, die einen Abrieb zwischen den Reibpartnern, dem Gehäuse (2) und dem Reibbelag (11) einerseits und der Reibscheibe (7) und dem Reib belag (11) andererseits sammelt.

10. Spannvorrichtung nach Anspruch 9, wobei zumindest ein Bauteil, das Gehäuse (2) oder die Reibscheibe (7) außerhalb der Kontaktfläche (15, 16) mit einem axial vorstehenden, den Reibbelag (11) innen oder außen umschließenden magnetischen Ringelement (17) versehen ist.