DE102006047095B4

DE102006047095B4 - Spannvorrichtung

Info

Publication number: DE102006047095B4
Application number: DE102006047095.8A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Stefan (FH) Mack; Dipl.-Ing. Rainer (FH) Pflug; Dipl.-Ing. Matthias (BA) Schmidl
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-10-05
Filing date: 2006-10-05
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2026-10-06
Also published as: WO2008040594A1; US20100048336A1; DE102006047095A1; US8187128B2

Abstract

Spannvorrichtung mit:- einem Lagerzapfen (1),- einem Schwenkarm (2), der auf dem Lagerzapfen (1) in schwenkbewegbarer Weise gelagert ist,- und einer Dämpfungseinrichtung (3) zur Generierung einer Reibkraft, die als solche die Schwenkbewegung des Schwenkarms (2) um eine durch den Lagerzapfen (1) definierte Schwenkachse (X) dämpft, wobei die Dämpfungseinrichtung (3) ein Reibflächenorgan (9) umfasst, das als solches eine der Reibkraftaufbringung dienende Reibfläche bildet, die auf einer Gegenreibfläche (13) aufsitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (3) eine Mitnehmereinrichtung (7) und ein mit dieser in Eingriff stehendes Führungsorgan (8) umfasst, das das Reibflächenorgan (9) trägt und auf dem Lagerzapfen (1) derart geführt ist, dass dieses in Richtung der durch den Lagerzapfen (1) definierten Schwenkachse (X) axial verschiebbar ist, wobei das Führungsorgan (8) eine Umfangswandung (8a) bereitstellt, die mit der Mitnehmereinrichtung (7) axial verschiebbar in Eingriff steht, zur Einleitung eines auf das Reibflächenorgan (9) wirkenden Reibmoments in den Lagerzapfen (1).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung richtet sich auf eine Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb, insbesondere für einen Riementrieb, der als solcher in eine Brennkraftmaschine eingebunden ist, um Komponenten derselben oder angebaute Aggregate, wie beispielsweise Generatoren, Wasserpumpen, Klimakompressoren oder vergleichbare Einheiten anzutreiben.
Aus DE 35 46 901 C2 ist eine Riemenspannvorrichtung bekannt, die einen Befestigungsblock und einen daran schwenkbewegbar gelagerten Schwenkarm umfasst. Diese Riemenspannvorrichtung umfasst ferner eine Torsionsfeder, durch welche ein zwischen dem Befestigungsblock und dem Schwenkarm wirksames Drehmoment erzeugt wird. Durch dieses Drehmoment wird es möglich, eine an dem Schwenkarm angebrachte Spannrolle gegen ein Riementrum, typischerweise ein Leertrum des Riementriebs, zu drängen und hierdurch eine zur Aufrechterhaltung der reibschlüssigen Kopplung der Räder des Riementriebs hinreichende Spannfunktion zu schaffen. Zwischen dem Befestigungsblock und dem Schwenkarm ist weiterhin eine Bremseinrichtung wirksam, durch welche die Bewegung des Schwenkarms mittels Coulomb'scher Reibung gebremst werden kann, wodurch eine Dämpfung von Riemenschwingungen erreicht wird.
Aus DE 101 31 916 A1 ist ebenfalls eine Spannvorrichtung für Zugmittel, insbesondere eine Riemenspannvorrichtung bekannt. Diese Spannvorrichtung umfasst ebenfalls eine Befestigungsstruktur und einen daran bewegbar gelagerten Schwenkarm, der mit einer Spannrolle versehen ist. Die Schwenkbewegung zwischen dem Schwenkarm und der Basisstruktur wird durch ein Buchsenelement gedämpft, das in den Innenbereich einer als Rückstellfeder fungierenden Schraubenfeder eingesetzt ist und als solches Reibkontaktflächen bereitstellt.
Aus EP 0 967 412 A2 , DE 100 63 638 A1 , EP 0 866 240 B1 , EP 0 450 620 B1 und DE 10 2004 047 422 A1 sind weitere Riemenspannvorrichtungen bekannt, die jeweils einen federbelasteten Schwenkarm aufweisen, dessen Schwenkbewegung durch Bremseinrichtungen gedämpft wird.
Weiterhin ist aus WO 02/ 068 841 A2 ist eine Spannvorrichtung bekannt, welche ähnlich wie die vorgenannten Spannvorrichtungen einen Schwenkarm umfasst, der an einer Lagerzapfenstruktur schwenkbewegbar gelagert ist. An der Lagerzapfenstruktur ist ein Deckelelement befestigt, das eine Tellerfeder und eine Reibscheibe umfasst, die auf einer den Lagerzapfen umsäumenden Stirnseite des Schwenkarms aufsitzt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung zu schaffen, die sich durch einen unter fertigungs- und konstruktionstechnischen Gesichtspunkten vorteilhaften Aufbau, durch ein hohes Maß an Robustheit sowie durch ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnet.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Spannvorrichtung mit:

- einem Lagerzapfen,
- einem Schwenkarm, der auf dem Lagerzapfen in schwenkbewegbarer Weise gelagert ist,
- und einer Dämpfungseinrichtung zur Generierung einer Reibkraft, die als solche die Schwenkbewegung des Schwenkarms um eine durch den Lagerzapfen definierte Schwenkachse dämpft,

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb zu schaffen, die insgesamt als relativ kompakte Baugruppe realisiert werden kann und sich durch ein zuverlässig über einen langen Betriebszeitraum gewährleistbares, vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnet. In vorteilhafter Weise wird es möglich, durch Abstimmung der über die Federeinrichtung auf die Führungseinrichtung ausgeübten Federkraft die Dämpfungscharakteristik der Spannvorrichtung abzustimmen. Weiterhin wird es auch möglich, über die Wahl des zur Bildung des Reiborgans verwendeten Werkstoffs Einfluss auf das Brems- bzw. Dämpfungsverhalten der Spannvorrichtung zu nehmen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Führungsorgan als Tassenstruktur ausgeführt, die als solche eine den Lagerzapfen umsäumende Bodenöffnung aufweist. Diese Bodenöffnung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass diese eine Umfangswandung definiert, die mit einer Außenumfangsfläche des Lagerzapfens derart in Eingriff steht, dass die Tassenstruktur zwar axial verschiebbar, jedoch gegenüber dem Lagerzapfen nicht verdrehbar ist. Diese spezielle Koppelung der Tassenstruktur mit dem Lagerzapfen kann insbesondere erreicht werden, indem an dem Lagerzapfen eine Eingriffsgeometrie, beispielsweise in Form einer Umfangsrändelung, ausgebildet ist, die sich selbsttätig in die Umfangswandung der Tassenstruktur einschneidet. Durch diese zusätzliche Drehkoppelung der Tassenstruktur mit dem Lagerzapfen kann insgesamt eine Belastung der zur Übertragung des Reibmoments erforderlichen, an der Tassenstruktur ausgebildeten Eingriffsabschnitte erreicht werden, da das Lastmoment auf mehrere Eingriffsstrukturen aufgeteilt wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet das Reibflächenorgan unmittelbar integralen Bestandteil der Tassenstruktur. Diese Tassenstruktur kann insbesondere als Kunststoff-Spritzteil ausgeführt sein. Als Kunststoffmaterial wird vorzugsweise ein unter strukturmechanischen Gesichtspunkten hinreichend tragfähiger sowie thermisch ausreichend belastbarer Kunststoff verwendet. Das Kunststoffmaterial kann mit Füllstoffen, insbesondere Keramik-Füllstoffen ausgestattet sein. Es ist insbesondere möglich, das Reibflächenorgan oder die gesamte Tassenstruktur aus einem Kunststoffmaterial auf Teflonbasis zu fertigen. Die Führungseinrichtung kann auch als Insert-Molding Bauteil ausgeführt sein. Die Verzahnungsabschnitte können hierbei durch einen durch Tiefziehen gefertigten Ringkörper gebildet sein. Die das Reiborgan bildenden Abschnitte können an diesen angespritzt sein.
Die mit jener Umfangswandung der Tassenstruktur in Eingriff stehende Mitnehmereinrichtung ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Scheibenelement ausgeführt. Dieses Scheibenelement kann eine Zentralbohrung aufweisen, die auf einem Endabschnitt des Lagerzapfens sitzt und mit diesem, beispielsweise durch plastische Umformung, starr gekoppelt ist. Am Außenumfang des Scheibenelements ist vorzugsweise eine Axialverzahnung ausgebildet, die mit einer Innenumfangsfläche der Tassenstruktur in Eingriff steht und damit eine Aufnahme des in die Tassenstruktur eingekoppelten Reibmoments ermöglicht. Alternativ zu der Gestaltung der Mitnehmereinrichtung als Scheibenelement oder auch in Kombination mit dieser Maßnahme ist es auch möglich, die Mitnehmereinrichtung als Glockenelement auszuführen, das als solches die Tassenstruktur übergreift. Bei dieser Variante wird es möglich, das auf die Tassenstruktur aufgebrachte Reibmoment über eine an der Außenumfangsfläche der Tassenstruktur ausgebildete Verzahnung in das Glockenelement einzuleiten. Das Glockenelement wiederum kann ähnlich, wie vorangehend bezüglich des Scheibenelements beschrieben, mit dem Lagerzapfen starr verbunden, insbesondere verschweißt, verstanzt oder anderweitig verpresst oder form- oder kraftschlüssig gekoppelt sein.
Vorzugsweise ist unmittelbar in eine Innenfläche der Umfangswandung der Tassenstruktur eine Axialverzahnung eingeformt, die mit einer komplementär hierzu ausgebildeten Außenverzahnung des Scheibenelements in Eingriff steht. Die Verzahnungsgeometrie ist vorzugsweise so ausgebildet, dass diese eine relativ leichtgängige Axialverschiebung der Tassenstruktur gegenüber dem Scheibenelement ermöglicht, jedoch im wesentlichen keine Relativdrehung zwischen diesen Bauteilen zulässt. Alternativ zu einer Ausgestaltung der vorgenannten, zwischen der Mitnehmereinrichtung und der Tassenstruktur ausgebildeten Verzahnung als reine Axialverzahnung ist es auch möglich, diese Verzahnung als Schrägverzahnung auszubilden. Hierdurch wird es möglich, für die beiden Schwenkrichtungen des Spannhebels unterschiedlich starke Reibmomente zu generieren, da über diese Schrägverzahnung die Anpresskraft des Reiborgans an die entsprechende Gegenreibfläche in Abhängigkeit von der Schwenkrichtung erhöht oder erniedrigt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Federeinrichtung vorgesehen, die das Reibflächenorgan gegen die genannte Gegenreibfläche drängt. Diese Federeinrichtung kann insbesondere als Wellfeder ausgeführt sein, die als solche in einem Zwischenraum sitzt, der sich zwischen einer Unterseite des Scheibenelements und einer dieser zugewandten Innenfläche der Tassenstruktur befindet. Die Tassenstruktur kann so ausgebildet sein, dass dieses eine zur zuverlässigen Positionierung dieser Wellfeder geeignete Federsitzstruktur definiert. Die Wellfeder kann unmittelbar auf einer Außenfläche der Tassenstruktur sitzen. Vorzugsweise jedoch ist zwischen jener Tassenstruktur und der Wellfeder eine Unterlegscheibe eingesetzt, die als solche die mechanische Belastung der Tassenstruktur im Bereich der Auflagezonen des Federelements reduziert.
Die vorgenannte, mit dem Reibflächenorgan in Reibkontakt stehende Gegenreibfläche wird vorzugsweise unmittelbar durch einen Stirnflächenabschnitt des Schwenkarms gebildet, der als solcher den Lagerzapfen umsäumt. Es ist möglich, diese Gegenreibfläche durch eine Umfangsnut zu bilden, die vorzugsweise einen im wesentlichen V-förmigen Querschnitt aufweist. Hierdurch wird es möglich, das Reibflächenorgan als Keilring auszuführen, über welches bereits bei geringen Axialkräften besonders hohe Reibmomente übertragen werden können. Bei der Gestaltung des Reibflächenorgans als Keilring wird insgesamt eine vorteilhafte Zentrierung und Radialführung der Tassenstruktur erreicht. Weiterhin kann durch dieses Reibflächenorgan ein relativ großes Materialvolumen bereitgestellt werden, so dass hierdurch eine besonders hohe Lebensdauer der Spannvorrichtung gewährleistet werden kann. Der Schwenkarm der Spannvorrichtung sitzt vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer Lagerstruktur, insbesondere wenigstens einer Gleitlagerbuchse auf dem Lagerzapfen. Der Lagerzapfen ist vorzugsweise an einer Basisplatte fixiert. Durch diese Basisplatte wird vorzugsweise auch die Axialposition des Schwenkarms festgelegt. Es ist möglich, in einem zwischen einer Stirnfläche des Schwenkarms und der Basisplatte definierten Bewegungsspalt ein Scheibenelement anzuordnen, das einen hinreichend leichtgängigen, geräuscharmen Lauf des Schwenkarms gegenüber der Basisplatte ermöglicht. Auch dieses Scheibenelement kann aus einem Werkstoff gefertigt sein, dessen Reibeigenschaften zur Erreichung der geforderten Dämpfungswirkung der Spannvorrichtung beitragen. Insbesondere ist es möglich, bei der erfindungsgemäßen Anordnung des Schwenkarms auf dem Lagerzapfen diesen zwischen zwei axial vorbelasteten Reibflächenstrukturen zu führen und entsprechend mit einem Dämpfungsmoment zu beaufschlagen.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:

1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung einschließlich einer zur Generierung einer Spannkraft vorgesehenen Spannfedereinrichtung,
2 eine Detail-Darstellung zur Erläuterung des Innenaufbaus einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
3 eine weitere Detail-Schnittdarstellung zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der Dämpfungseinrichtung einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung;
4 eine Detail-Darstellung zur Veranschaulichung der Verankerung der Mitnehmereinrichtung an dem Lagerzapfen,
5 eine Skizze zur Veranschaulichung des Eingriffs der an der Umfangswandung des Führungsorgans ausgebildeten Verzahnung mit der Mitnehmereinrichtung,
6 eine Detail-Darstellung zur Veranschaulichung des Konzepts zur bedarfsgerechten Positionierung der Mitnehmereinrichtung zur Festlegung der Presskraft der Federeinrichtung,
7 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung der an einer Außenumfangsfläche des Zapfenelements und einer Innenumfangsfläche einer Bohrung der Mitnehmereinrichtung ausgebildeten Eingriffsstruktur,
8 eine Detail-Darstellung zur Veranschaulichung des Abdichtungskonzepts zur Abdichtung eines Bewegungsspalts unmittelbar durch das Reibelement,
9 eine Detail-Darstellung zur Veranschaulichung der Verankerung des Lagerzapfens in der Basisplatte,
10 eine Detail-Darstellung zur Veranschaulichung der Gestaltung des Reiborgans sowie der zur Bildung der Gegenreibfläche vorgesehenen Umfangsnut.

Die in 1 dargestellte Spannvorrichtung dient als solche der Einleitung einer Querkraft Q in einen Zugmitteltrieb, insbesondere einen Riementrieb. Die Spannvorrichtung umfasst einen Lagerzapfen 1 und einen auf dem Lagerzapfen 1 schwenkbewegbar gelagerten Schwenkarm 2. Die Spannvorrichtung ist weiterhin mit einer Dämpfungseinrichtung 3 versehen, die dazu dient, ein Reib- oder Dämpfungsmoment zu generieren, durch welches die Schwenkbewegung des Schwenkarms 2 um eine durch den Lagerzapfen 1 definierte Schwenkachse X gedämpft wird. Die Dämpfungseinrichtung, die in ihrem Aufbau in Verbindung mit den nachfolgenden Figuren noch ausführlich erläutert werden wird, umfasst ein Reibflächenorgan 9 (2), das als solches eine der Reibkraftaufbringung dienende Reibfläche bildet, die auf einer Gegenreibfläche aufsitzt.
Die zur Generierung der zur Spannung des Riemens vorgesehene Querkraft Q wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine Spannfedereinrichtung 4 generiert, die sich als solche an einem seitens des Schwenkarms 2 vorgesehenen Spannfederabstützabschnitt 5 abstützt. Alternativ zu der hier dargestellten Aufbringung der Spannkraft durch eine von außen an den Schwenkarm 2 angreifende Spannfedereinrichtung 4 ist es auch möglich, den Schwenkarm 2 anderweitig mit Kräften oder einem Drehmoment zu beaufschlagen, um letztlich die an dem Schwenkarm 2 gelagerte Spannrolle 6 gegen ein Zugmittel zu drängen.
Die hier gezeigte Spannvorrichtung eignet sich insbesondere für den Verbau in einer Brennkraftmaschine, um einen zum Antrieb von Nebenaggregaten vorgesehenen Flachriemen, insbesondere Poly-V Riemen zu spannen.
Wie aus 2 ersichtlich, zeichnet sich die erfindungsgemäße Spannvorrichtung dadurch aus, dass die Dämpfungseinrichtung 3 eine Mitnehmereinrichtung 7 und ein mit dieser in Eingriff stehendes Führungsorgan 8 umfasst. Das Führungsorgan 8 trägt das zur Reibkraftaufbringung vorgesehene Reibflächenorgan 9. Das Führungsorgan 8 ist auf dem Lagerzapfen 1 derart geführt, dass dieses in Richtung der durch den Lagerzapfen 1 definierten Schwenkachse X in die hier durch das Pfeilsymbol P angedeutete Richtung axial verschiebbar ist. Das Führungsorgan 8 ist weiterhin derart ausgebildet, dass dieses eine Umfangswandung 8a bereitstellt, die mit der Mitnehmereinrichtung 7 derart bewegbar in Eingriff steht, dass das Führungsorgan 8 gegenüber der Mitnehmereinrichtung 7 ebenfalls in Richtung der Schwenkachse X verschiebbar ist. Das Führungsorgan bzw. die entsprechende Umfangswandung 8a desselben und die Mitnehmereinrichtung 7 sind so ausgebildet, dass über die gemeinsam miteinander in Eingriff stehenden Strukturen dieser beiden Bauteile ein auf das Führungsorgan 8 wirkendes, durch das Reibflächenorgan 9 generiertes Reibmoment übertragen und in den Lagerzapfen 1 eingeleitet werden kann. Um diese Einleitung des Reibmoments in den Lagerzapfen 1 zu ermöglichen, ist die Mitnehmereinrichtung 7 torsionssteif mit dem Lagerzapfen 1 gekoppelt.
Das Führungsorgan 8 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Tassenstruktur ausgeführt, die eine den Lagerzapfen 1 umsäumende Bodenöffnung 10 aufweist. Die Bodenöffnung 10 bildet eine Umfangswandung, die auf einer Außenumfangsfläche des Lagerzapfens 1 axial verschiebbar geführt ist. Wie in Verbindung mit 3 nachfolgend noch näher erläutert werden wird, ist es möglich, diese Umfangswandung so auszubilden, dass neben dieser axialen Verschiebbarkeit des Führungsorgans 8 gegenüber dem Lagerzapfen 1 ansonsten eine drehfeste Koppelung dieser beiden Bauteile miteinander erreicht wird. Dies kann insbesondere erreicht werden, indem an dem Lagerzapfen 1 eine Eingriffsstruktur, beispielsweise im Wege einer Rändelung ausgebildet ist, die als solche ein Umfangsprofil bereitstellt, das eine axiale Verschiebung des Führungsorgans 8 zulässt, jedoch eine Drehung dieses Führungsorgans gegenüber dem Lagerzapfen 1 verhindert.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel bildet das Reibflächenorgan 9 integralen Bestandteil der das Führungsorgan 8 bildenden Tassenstruktur. Die Mitnehmereinrichtung 7 ist als Scheibenelement ausgeführt, das als solches die Stirnöffnung des Führungsorgans 8 abdeckt. Alternativ zu der hier beschriebenen Variante der Mitnehmereinrichtung 7 als scheibenförmiges Bauteil ist es auch möglich, die Mitnehmereinrichtung 7 als glockenartiges Bauteil auszuführen, das als solches das Führungsorgan 8 im Bereich des Außenumfangs desselben übergreift und ansonsten, ähnlich wie die hier dargestellte scheibenartige Mitnehmereinrichtung 7, an dem Lagerzapfen 1 fixiert ist.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist an der Innenfläche der Umfangswandung 8a des Führungsorgans 8 eine Axialverzahnung Z ausgebildet, die mit einer komplementär hierzu geformten Außenverzahnung der Mitnehmereinrichtung 7 in Eingriff steht. Über diese Außenverzahnung der Mitnehmereinrichtung 7 wird eine hinreichend leichtgängige Koppelung des Führungsorgans 8 mit der Mitnehmereinrichtung 7 erreicht, so dass das Führungsorgan 8 in axialer Richtung verschoben werden kann und etwaige auf das Führungsorgan 8 und das von diesem getragene Reibflächenorgan 9 wirkende Reibmomente effektiv in den Lagerzapfen 1 eingeleitet werden können.
Das Führungsorgan 8 ist bei diesem Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, dass in verbautem Zustand zwischen einer Innenfläche der Mitnehmereinrichtung 7 und einer Bodenfläche des Führungsorgans 8 ein Ringraum verbleibt, in welchem eine Federeinrichtung 12 aufgenommen ist. Die Federeinrichtung 12 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als relativ steife Wellfeder ausgeführt. Die Federeinrichtung 12 dient der Aufbringung einer das Reibflächenorgan 9 gegen eine Gegenreibfläche 13 drängenden Axialkraft. Die Gegenreibfläche 13 wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine im Querschnitt v-förmige Umfangsnut gebildet. Das Reibflächenorgan 9 ist als Keilring ausgeführt, der als solcher in der Umfangsnut sitzt. Die zur Bildung der Gegenreibfläche 13 vorgesehene Umfangsnut ist unmittelbar in einem dem Führungsorgan 8 zugewandten Stirnende des den Lagerzapfen 1 umsäumenden Bereichs des Schwenkarms 2 ausgebildet. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Gegenreibfläche 13 durch eine an dem Schwenkarm 2 fixierte Struktur, insbesondere eine in die hier gezeigte v-förmige Nut eingesetztes Einsatzelement zu bilden. Bei der Bildung der Gegenreibfläche 13 durch eine im Querschnitt im wesentlichen v-förmige Umfangsnut ist diese Umfangsnut vorzugsweise so gestaltet, dass der durch die Innenwandungen derselben definierte Keilwinkel W sich in etwa im Bereich von 45° bis 60° bewegt. Die Abstimmung des Keilwinkels W sowie auch der durch die Federeinrichtung 12 generierten Axialkraft erfolgt mit Blick auf das geforderte, durch die Dämpfungseinrichtung 3 zu generierende Bremsmoment.
Durch die Gestaltung der Gegenreibfläche als Innenfläche einer v-förmigen Umfangsnut wird es möglich, relativ große Bremsmomente bei moderaten, durch die Federeinrichtung 12 generierten Axialkräften zu erreichen. Die Federeinrichtung 12 ist typischerweise derart dimensioniert, dass die durch diese aufgebrachten Axialkräfte im Bereich von 500 bis 4500 N liegen. Bei entsprechenden, zur Realisierung des Führungsorgans 8 verwendeten Werkstoffen sowie insbesondere bei relativ großen Abmessungen der Spannvorrichtung können auch erheblich größere Axialkräfte durch die Federeinrichtung 12 generiert werden.
Der Schwenkarm 2 ist bei diesem Ausführungsbeispiel unter Zwischenschaltung von zwei Gleitlagerringen 14, 15 auf dem Lagerzapfen 1 gelagert.
Der Lagerzapfen 1 ist in einer Basisplatte 16 verankert. In einem zwischen einem stirnseitigen Endabschnitt des Schwenkarms 2 und der Basisplatte 16 verbleibenden Zwischenraum ist eine ebenfalls als Reibbelag fungierende Scheibe 17 angeordnet. Die Scheibe 17 ist aus einem hochfesten Kunststoffmaterial gefertigt und lose auf die Basisplatte 16 aufgesetzt, so dass sich diese Scheibe 17 sowohl gegenüber der durch den Schwenkarm 2 definierten Stirnfläche und der der Scheibe 17 zugewandten Vorderseite der Basisplatte 16 gleiten kann. Die Scheibe 17 ist im Bereich ihres Außenumfangs mit einer Abdeckprofilierung 18 versehen, durch welche eine Abdichtung oder zumindest eine weitgehende Abdeckung der Bewegungsspalte erreicht wird.
Auch im Bereich eines einem Stirnende des Schwenkarms 2 zugewandten Umfangsabschnitts des Führungsorgans 8 ist eine Umfangsprofilierung 19 ausgebildet, durch welche ein zwischen dem Schwenkarm 2 und dem Führungsorgan 8 definierter Spaltbereich weitgehend abgedeckt ist.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Lagerzapfen 1 sowohl im Bereich seines in der Mitnehmereinrichtung 7 sitzenden Endabschnitts als auch im Bereich seines in der Basisplatte 16 sitzenden Endabschnitts stufenartig verjüngt ausgebildet. Die Basisplatte 16 und die Mitnehmereinrichtung 7 sind im Bereich ihrer einander abgewandten Außenseiten mit Fasenflächen 20, 21 versehen. In diese Fasenflächen 20, 21 kann der jeweils von diesen umsäumte Endabschnitt des Lagerzapfens 1 hinein aufgestaucht oder aufgebördelt werden, um die hier gezeigte Baugruppe in dem hier gezeigten montierten Zustand zu sichern. Die Befestigung der hier gezeigten Baugruppe an einer entsprechenden Maschine, insbesondere Brennkraftmaschine, kann erfolgen, indem die Basisplatte 16 über eine durch die Innenbohrung des Lagerzapfens 1 hindurchgeführte Kopfschraube aufgespannt wird. Durch diese Kopfschraube wird eine weitere Sicherung der Mitnehmereinrichtung 7 auf dem Lagerzapfen 1 erreicht. Die Axialposition der Mitnehmereinrichtung 7 an dem Lagerzapfen 1 wird durch die an dem Lagerzapfen 1 ausgebildete Ringschulter 22 gewährleistet.
Für die in 3 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung gelten die vorangegangenen Ausführungen weitgehend sinngemäß. Der wesentliche Unterschied dieser Ausführungsform gegenüber der vorbeschriebenen Variante besteht darin, dass das Führungsorgan 8 zusätzlich zu der durch die Mitnehmereinrichtung 7 realisierten kinematischen Koppelung mit dem Lagerzapfen 1 auch noch unmittelbar mit der Außenumfangswandung des Lagerzapfens 1 drehfest, jedoch axial verschiebbar in Eingriff steht. Diese zusätzliche Drehkoppelung des Führungsorgans 8 mit dem Lagerzapfen 1 kann erreicht werden, indem an dem Lagerzapfen 1 und an der Innenumfangsfläche der den Lagerzapfen 1 umsäumenden Bodenöffnung 10 Komplementärstrukturen ausgebildet sind, die lediglich eine Verschiebung in Richtung der Zentralachse X des Lagerzapfens 1 zulassen.
Die vorgenannten Komplementärstrukturen können gebildet werden, indem lediglich an der Außenumfangsfläche des Lagerzapfens 1 eine relativ scharfe Axialprofilierung ausgebildet ist, die sich in die Umfangswandung der Bodenöffnung 10 selbsttätig spielfrei einschneidet. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Bodenöffnung 10 bereits im Rahmen der Formung des Führungsorgans 8 so zu gestalten, dass diese Verzahnungs- oder anderweitige Führungsstrukturen aufweist, die mit der Außenumfangswandung des Lagerzapfens 1 verschiebbar in Eingriff bringbar sind.
Bei der Ausführungsform gemäß 3 ist der Lagerzapfen 1 in der Basisplatte 16 durch Aufbördeln des verjüngten Endabschnitts des Lagerzapfens 1 fixiert. Abweichend von der Variante gemäß 2 ist die als Mitnehmerscheibe ausgeführte Mitnehmereinrichtung 7 derart axial verschiebbar auf dem Lagerzapfen 1 geführt, dass die Axialposition derselben durch Unterlegscheiben 23, 24, 25 festlegbar ist. Über die Axialposition der Mitnehmereinrichtung 7 wird es möglich, die Vorspannkraft, mit welcher das Reibflächenorgan 9 gegen die Gegenreibfläche 13 gedrängt wird, bedarfsgerecht abzustimmen.
Bei der erfindungsgemäß ausgestalteten Dämpfungseinrichtung für eine Riemenspannvorrichtung kann durch variable Positionierung der als Verschlussscheibe fungierenden Mitnehmereinrichtung 7 die axiale Anpresskraft des Reibflächenorgans 9 an die entsprechende Gegenreibfläche 13 eingestellt werden. Durch diese Positionierung können auch Bauteiltoleranzen in einem relativ großen Bereich ausgeglichen werden und es wird insbesondere möglich, über diese Wellfeder einen relativ breiten Kraftbereich abzudecken. Bei der Variante gemäß 3 erfolgt die variable Positionierung der Mitnehmereinrichtung 7 bzw. die Abstimmung der Vorspannkraft der Federeinrichtung 12 durch die Unterlegscheiben 23, 24, 25 oder gegebenenfalls auch durch anderweitige Sicherung der Mitnehmereinrichtung 7 in einer entsprechenden Axialposition.
Soweit das als Keilring ausgeführte Reibflächenorgan 9 auch torsionssteif auf der Außenfläche des Lagerzapfens 1 geführt ist, ist es möglich, die hierzu erforderliche oder diesbezüglich zumindest beitragende Koppelungsstruktur erst während des allmählichen Aufschubs des Führungsorgans 8 auf den Lagerzapfen 1 in die Innenumfangswandung der Bodenöffnung 10 einzuschneiden. Bei der Realisierung einer zwischen dem Führungsorgan 8 und dem Lagerzapfen 1 unmittelbar wirksamen Eingriffsstruktur im Wege eines Eindringens eines Axialprofils des Lagerzapfens 1 in die Wandung der Bodenöffnung können Koaxialitätsfehler zwischen den Bauteilen Keilring, Bolzen und gegebenenfalls auch Hebel ausgeglichen werden. Ein weiterer Formschluss zur Übertragung des Reibmoments erfolgt zwischen Verschlussscheibe und Keilring. Dieser Formschluss ist vorzugsweise durch ein definiertes Übermaß ebenfalls spielfrei. Die dafür notwendige Verzahnung kann strahlenförmig oder parallel ausgeführt sein. Zur Übertragung des Reibmoments von der als Verschlussscheibe fungierenden Mitnehmereinrichtung 7 auf den Lagerzapfen 1 ist vorzugsweise ein Formschluss oder ein Kraftschluss vorgesehen. Der Kraftschluss kann beispielsweise durch eine Verstemmung eines Umfangsabschnitts des Lagerzapfens 1 in der Verschlussscheibe erfolgen. Der Formschluss kann durch das in der Skizze gemäß 7 gezeigte Profil erreicht werden.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Verdrehsicherung des Reibflächenorgans 9 folgt die Reibung zwischen dem Keilring und dem Hebel derart, dass die hierbei entstehende Reibungswärme überwiegend in den Aluminiumhebel hinein abgeführt wird. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise einer Gefahr der Überhitzung des Reibflächenorgans 9 entgegengetreten. Da das zur Bildung des Reibflächenorgans 9 vorgesehene Keilringmaterial vorzugsweise Kunststoff ist und damit als Isolator betrachtet werden kann, wird die komplette Wärme in den aus Aluminium hergestellten Schwenkarm 2 abgeführt. Die gute Wärmeleitfähigkeit von Aluminium in die große Oberfläche des Hebels führt zu einer sehr guten weiteren Wärmeableitung.
Die für den Riemenspanner erforderliche Dämpfung (Reibung) kann im Bereich der Achse des Lagerzapfens 1 durch entsprechende Kombination der Bauteile und Abstimmung der Bauteilparameter eingestellt werden. Die Bauteilvarianten bestehen aus der Anwendung von zwei Reibscheiben, einer Reibscheibe und einem Keilring oder zwei Keilringen. Für die Bauteilparameter werden Keilwinkel im Bereich von 30° bis 60° angewendet. Bevorzugt werden die Winkel 45° bis 60° angewendet. Die Wellfederkräfte können zwischen 500 bis 4500 N liegen. Vorzugsweise liegen die Kräfte im Bereich von 500 bis ca. 1500 N. Durch die große Anzahl an Gestaltungsmöglichkeiten kann auf Grundlage des erfindungsgemäßen Systems eine den jeweiligen Systemanforderungen optimal Rechnung tragende Dämpfungscharakteristik angewendet werden.
Der flache Reibbelag wird vorzugsweise motorseitig angebracht, da dies zu einer lediglich minimalen Verlagerung der Spannrollenposition durch etwaigen Verschleiß (über die Lebensdauer) führt.
Auf Grundlage des erfindungsgemäßen Konzepts wird es in besonders vorteilhafter Weise möglich, die Reibflächen des Keilrings und des Reibbelags durch Labyrinthstrukturen abzudichten. Als Material für die Verschlussscheibe und die Basisplatte wird vorzugsweise Stahl verwendet. Alternativ hierzu ist es auch möglich, diese Bauteile aus anderweitig hinreichend belastbaren Werkstoffen, insbesondere Aluminium zu fertigen. Die als Verschlussscheibe fungierende Mitnehmereinrichtung 7 kann insbesondere als Laser-Schneidteil oder vorzugsweise als (fein-) gestanztes, oder auch durch Pressumformung gefertigtes Bauteil gefertigt sein.
Soweit die Federeinrichtung durch eine Wellfeder realisiert ist, wird vorzugsweise eine Feder verwendet, deren Kernlinienverlauf einen elastischen und einen plastischen Bereich umfasst. Im plastischen Bereich macht die Feder Weg bei geringem Kraftanstieg. Dieses Verhalten wird zur Kompensation von Bauteiltoleranzen angewendet. Dadurch wird die Montage des Systems erheblich erleichtert, da die Verschlussscheibe auf Block gepresst bzw. verstemmt werden kann.
In 4 ist in Form einer Detail-Ansicht dargestellt, wie die als Abschlussplatte ausgeführte Mitnehmereinrichtung 7 auf einer den Lagerzapfen 1abschließenden Ringstufe 1a sitzt. Durch die durch die Ringstufe 1a definierte Anlageschulter ist die Axialposition der Mitnehmereinrichtung 7 an dem Lagerzapfen 1 festgelegt. Die Mitnehmereinrichtung 7 ist durch radiale Aufbördelung eines Endabschnitts der relativ dünnwandigen Ringschulterwandung 1b an dem Lagerzapfen 1 arretiert. Die Festigkeit dieser Verbindung kann so dimensioniert sein, dass durch diese die gesamte Baugruppe hinreichend in zusammengebautem Zustand gehalten wird. Durch die im verbauten Zustand zusätzlich auf die Außenfläche der Mitnehmereinrichtung 7 wirkende Stützkraft des Kopfs einer Befestigungsschraube 27 wird die Fixierung der Mitnehmereinrichtung 7 an dem Lagerzapfen 1 weiter verbessert.
5 zeigt in Form einer Draufsicht die Umfangskontur der Mitnehmereinrichtung 7 gemäß 4 sowie auch die Gestaltung der in der Umfangswandung 8a des Führungsorgans 8 ausgebildeten Verzahnung Z. Die den Ringschulterabschnitt 1a umsäumende Bohrungswandung der Mitnehmereinrichtung 7 ist mit einer Senkung 28 versehen, die als solche die radial aufgeweitete Wandung des Lagerzapfens 1 aufnimmt.
Wie aus 6 ersichtlich, ist es auch möglich, die als scheibenartiges Bauteil ausgeführte Mitnehmereinrichtung 7 auf dem von dieser umsäumten Endabschnitt des Lagerzapfens 1 axial verschiebbar zu führen. Im Bereich einer durch die Mitnehmereinrichtung 7 definierten Durchgangsbohrung sowie im Bereich der benachbarten Außenumfangswandung des Lagerzapfens 1 können Eingriffsstrukturen ausgebildet sein, wie sie nachfolgend in Verbindung mit 7 noch näher erläutert werden. Die Axialposition der Mitnehmereinrichtung 7 kann durch die Unterlegscheiben 23, 24, 25 festgelegt werden. Nach Maßgabe der Axialposition der Mitnehmereinrichtung 7 wird die Vorspannung der Federeinrichtung 12 festgelegt. Es ist möglich, am Endabschnitt des Lagerzapfens 1 Strukturen vorzusehen, durch welche die Unterlegscheiben 23, 24, 25 auch unabhängig von der hier vereinfacht dargestellten Befestigungsschraube in der gezeigten Montageposition gesichert sind.
Wie aus der Darstellung nach 6 weiter ersichtlich, ist es auch möglich, im Bereich der einander zugewandten Umfangsflächen des Lagerzapfens 1 und der Innenbohrung 10 Eingriffsstrukturen auszubilden, die eine axiale Führung des Führungsorgans 8 bewirken, jedoch eine Relativdrehung dieser beiden Bauteile zueinander verhindern.
In 7 ist in Form einer Draufsicht die Außenumfangskontur sowie auch die Kontur der zentralen Durchgangsöffnung der Mitnehmereinrichtung 7 dargestellt. Diese Mitnehmereinrichtung 7 ist durch die hier gezeigte Verzahnungskontur sowohl mit dem Führungsorgan 8 (6) als auch mit dem Endabschnitt des Lagerzapfens 1 axial verschiebbar gekoppelt.
8 zeigt in Form einer Detail-Darstellung einen Axialendabschnitt des in der Basisplatte 16 sitzenden Lagerzapfens 1. Der Lagerzapfen 1 ist im Bereich seines in der Basisplatte 16 sitzenden Endes mit einer Ringschulter versehen, durch welche die Sitztiefe des Lagerzapfens 1 in der Basisplatte 16 festgelegt ist. Die Basisplatte ist auf ihrer der ebenfalls als Reibelement fungierenden Scheibe 17 abgewandten Seite mit einer Anfasung 29 versehen, in welche der dieser benachbarte Endabschnitt des Lagerzapfens 1 hinein aufgebördelt werden kann.
Die ebenfalls als Reibelement fungierende Scheibe 17 ist in ihrem Außenumfangsbereich mit einer Abdeckprofilierung 18 versehen, durch welche die zwischen der Basisplatte 16 und dem auf der Scheibe 17 sitzenden Endabschnitt des Schwenkarms 2 verbleibenden Bewegungsspalte abgedeckt sind.
In 9 ist in Form einer Detail-Darstellung weiter veranschaulicht, wie durch radiales Aufweiten das der Basisplatte 16 zugewandte Stirnende des Lagerzapfens 1 in der Basisplatte 16 verankert werden kann. Abweichend von der Variante gemäß 8 ist bei dieser Ausführungsform im Bereich des Außenumfangs der ebenfalls als Reibelement fungierenden Scheibe 17 keine Umfangsprofilierung vorgesehen. Die axiale Dicke der Scheibe 17 ist derart abgestimmt, dass selbst nach vollständigem Verschleiß derselben keine unzulässig große axiale Verlagerung des Schwenkarms 2 zur Basisplatte 16 erfolgt. Es ist möglich, die Scheibe 17 als Sandwich-Struktur auszuführen, durch welche für eine statistisch zu erwartende Lebensdauer des Systems eine ausreichende Verschleißbeständigkeit gegeben ist. Eine weitere Schicht dieser Scheibe 17 kann als Notlaufschicht fungieren, durch welche nach fortgeschrittenem Verschleiß noch eine gewisse axiale Führung des Schwenkarms 2 gegenüber der Basisplatte 16 gewährleistet ist, ohne dass hier die entsprechenden Materialien als ungünstige Reibpartner unmittelbar aufeinander treffen.
In 10 ist in Form einer Detail-Darstellung nochmals die vorzugsweise zur Bildung der Gegenreibfläche in dem den Lagerzapfen 1 umsäumenden Wandungsabschnitt des Schwenkarms ausgebildete v-förmige Nut dargestellt. In dieser v-förmigen Nut sitzt das als Keilring ausgebildete Reiborgan 9. Dieses Reiborgan 9 wird unter Zwischenschaltung einer Unterlegscheibe durch die Federeinrichtung 12 in die v-förmige Nut hineingepresst.
Die Erfindung ist nicht auf die vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist es möglich, auch im Bereich der vorangehend beschriebenen, zwischen der Basisplatte 16 und dem Schwenkarm 2 vorgesehenen Scheibe ein als Keilring ausgebildetes Reibelement auszubilden, das vorzugsweise drehfest mit der Basisplatte 16 gekoppelt ist und ansonsten in einer in dem Schwenkarm 2 ausgebildeten v-förmigen Nut läuft. Weiterhin ist es auch möglich, die vorangehend beschriebenen, zwischen der Umfangswandung 8a und der Mitnehmereinrichtung 7 ausgebildete Verzahnung so zu gestalten, dass diese eine Schrägverzahnung darstellt, wodurch in Abhängigkeit von der Schwenkrichtung des Reiborgans 9 relativ zur Mitnehmereinrichtung 7 unterschiedliche axiale Anpresskräfte zwischen dem Reiborgan 9 und der dieses abstützenden Gegenreibfläche 13 entstehen.
Bezugszeichenliste

1: Lagerzapfen
2: Schwenkarm
3: Dämpfungseinrichtung
4: Spannfedereinrichtung
5: Abstützabschnitt
6: Spannrolle
7: Mitnehmereinrichtung
8: Führungsorgan
9: Reiborgan
10: Bodenöffnung
12: Federeinrichtung
13: Gegenreibfläche
14: Lagerring
15: Lagerring
16: Basisplatte
17: Scheibe
18: Abdeckprofilierung
19: Umfangsprofilierung
20: Fasenfläche
21: Fasenfläche
22: Ringschulter
23: Unterlegscheibe
24: Unterlegscheibe
25: Unterlegscheibe
26: -
27: Befestigungsschraube
28: Senkung
29: Anfasung

Claims

Spannvorrichtung mit: - einem Lagerzapfen (1), - einem Schwenkarm (2), der auf dem Lagerzapfen (1) in schwenkbewegbarer Weise gelagert ist, - und einer Dämpfungseinrichtung (3) zur Generierung einer Reibkraft, die als solche die Schwenkbewegung des Schwenkarms (2) um eine durch den Lagerzapfen (1) definierte Schwenkachse (X) dämpft, wobei die Dämpfungseinrichtung (3) ein Reibflächenorgan (9) umfasst, das als solches eine der Reibkraftaufbringung dienende Reibfläche bildet, die auf einer Gegenreibfläche (13) aufsitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (3) eine Mitnehmereinrichtung (7) und ein mit dieser in Eingriff stehendes Führungsorgan (8) umfasst, das das Reibflächenorgan (9) trägt und auf dem Lagerzapfen (1) derart geführt ist, dass dieses in Richtung der durch den Lagerzapfen (1) definierten Schwenkachse (X) axial verschiebbar ist, wobei das Führungsorgan (8) eine Umfangswandung (8a) bereitstellt, die mit der Mitnehmereinrichtung (7) axial verschiebbar in Eingriff steht, zur Einleitung eines auf das Reibflächenorgan (9) wirkenden Reibmoments in den Lagerzapfen (1).
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsorgan (8) als Tassenstruktur ausgeführt ist, die eine den Lagerzapfen (1) umsäumende Bodenöffnung (10) aufweist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenöffnung (10) eine Umfangswandung bildet, die mit einer Außenumfangsfläche des Lagerzapfens (1) axial verschiebbar, jedoch drehfest in Eingriff steht.
Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Lagerzapfen (1) eine Eingriffsstruktur ausgebildet ist, die mit der Umfangswandung der Bodenöffnung (10) in Eingriff steht.
Spannvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffsstruktur als Rändelung ausgeführt ist, die als solche ein Umfangsprofil bereitstellt, das eine axiale Verschiebung des Führungsorgans (8) zulässt, eine Drehung des Führungsorgans (8) gegenüber dem Lagerzapfen (1) jedoch verhindert.
Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibflächenorgan (9) integralen Bestandteil der Tassenstruktur bildet.
Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmereinrichtung (7) als Scheibenelement ausgeführt ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmereinrichtung (7) als Glockenelement ausgeführt ist, das als solches die Tassenstruktur übergreift.
Spannvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenfläche der Umfangswandung (8a) der Tassenstruktur mit einer Axialverzahnung (Z) versehen ist, die mit einer Außenverzahnung des Scheibenelements in Eingriff steht.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Federeinrichtung (12) vorgesehen ist, die das Reibflächenorgan (9) gegen die Gegenreibfläche (13) drängt.
Spannvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (12) als Wellfeder ausgeführt ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenreibfläche (13) durch einen den Lagerzapfen (1) umsäumenden Stirnflächenabschnitt des Schwenkarms (2) gebildet ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenreibfläche (13) durch eine im Querschnitt V-förmige Umfangsnut gebildet ist, die in dem Stirnflächenabschnitt sitzt.
Spannvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibflächenorgan (9) als Keilring ausgeführt ist, der in der Umfangsnut sitzt.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkarm (2) über einen ersten Gleitlagerring (14) und einen zweiten Gleitlagering (15) gelagert ist und dass die Gleitlagerringe (14, 15) in Richtung der Schwenkachse (X) voneinander beabstandet sind.