DE102007020738A1

DE102007020738A1 - Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb

Info

Publication number: DE102007020738A1
Application number: DE200710020738
Authority: DE
Inventors: Matthias Schmidl; Johann Singer
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-05-03
Filing date: 2007-05-03
Publication date: 2008-11-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb, beispielsweise zum Antrieb von Nebenaggregaten an Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, mit einem Spannarm (2), der an einem Ende drehbar an einem Gehäuseteil (3) gelagert und gegenüber dem Gehäuseteil (3) innerhalb eines durch eine Wegbegrenzung (8) festgelegten maximalen Arbeitsbereiches verschwenkbar ist und der an dem anderen Ende eine Spannrolle zur Abstützung an einem Zugmittel trägt, mit einer zwischen dem Gehäuseteil (3) und dem Spannarm (2) wirksamen Torsionsfeder (20), die zur Erzeugung einer kontinuierlichen Vorspannung des Zugmittels ein Torsionsmoment auf den Spannarm (2) ausübt, sowie mit einer mechanischen Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung von Schwenkbewegungen des Spannarms (2) am Zugmitteltrieb. Zur Kostensenkung und Gewährleistung einer automatischen Montierbarkeit, bei einer möglichst kompakten und belastbaren Bauweise mit effizienter Dämpfung, ist ein integriertes Multifunktionsbauteil (10, 10') in dem Gehäuseteil (3) angeordnet, das als Torsionsmomentübertrager, Montagehilfe und Dämpfungseinrichtung wirksam ist, wobei erstens die Torsionsfeder (20) als schenkellose Schraubenfeder ausgebildet ist, die auf der dem Gehäuseteil (3) zugewandten Seite eine Drehkraftverbindung zwischen dem Gehäuseteil (3) sowie dem Multifunktionsbauteil (10, 10') herstellt und der eine Federbruchsicherung zugeordnet ist, wobei zweitens auf der dem Spannarm (2) zugewandten Seite ein das Gehäuseteil ...

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb, beispielsweise zum Antrieb von Nebenaggregaten an Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, mit einem Spannarm, der an einem Ende drehbar an einem Gehäuseteil gelagert und gegenüber dem Gehäuseteil innerhalb eines durch eine Wegbegrenzung festgelegten maximalen Arbeitsbereiches verschwenkbar ist und der an dem anderen Ende eine Spannrolle zur Abstützung an einem Zugmittel trägt, mit einer zwischen dem Gehäuseteil und dem Spannarm wirksamen Torsionsfeder, die zur Erzeugung einer kontinuierlichen Vorspannung des Zugmittels ein Torsionsmoment auf den Spannarm ausübt, und mit einer mechanischen Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung von Schwenkbewegungen des Spannarms am Zugmitteltrieb.
Hintergrund der Erfindung
Zugmitteltriebe, insbesondere Riementriebe, zum Antrieb von Nebenaggregaten, wie beispielsweise Generatoren, Ventilatoren, Kompressoren, Pumpen etc., an Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen, benötigen für eine einwand freie Funktionsweise eine bestimmte kontinuierliche Vorspannung. Um eine einmal eingestellte Vorspannung aufrechtzuerhalten und ein Durchrutschen oder Schlagen des Riemens auch bei alterungs- oder verschleißbedingter Längung des Zugmittels auf Dauer zuverlässig zu vermeiden, werden meist automatische Spannsysteme eingesetzt. Derartige Spannsysteme sind als mechanische oder hydraulische Vorrichtungen in vielfältiger Weise realisiert und seit längerem bekannt.
Bei einer gängigen Bauweise mechanischer Riemenspanner ist am Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors ein verschwenkbar gleitgelagerter Spannarm angeordnet, der eine Spannrolle trägt, die sich an dem Riemen angefedert abstützt, wobei der Spannarm über eine Torsionsfeder mit einem Drehmoment beaufschlagt wird. Der Spannarm überträgt eine bei der Montage eingestellte Vorspannung auf den Riemen und hält diese durch eine entsprechende Verschwenkung des Hebels im Betrieb aufrecht. Im Gegensatz zu manuellen Spannvorrichtungen ist somit ein Nachstellen des Spannarms bzw. der Spannrolle nicht erforderlich. Vielmehr übt die Torsionsfeder zur Erzeugung einer kontinuierlichen Vorspannung des Zugmittels ein sich über Schwenkbewegungen bzw. Schwenkstellung des Spannarms selbständig regulierendes Torsionsmoment auf den Spannarm aus.
Weiterhin ist in der Regel eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen, um Schwingungen und Stöße, die über den Verbrennungsmotor, die angetriebenen Aggregate sowie den Riementrieb selbst übertragen werden, zu dämpfen und damit einen möglichst verschleiß- und geräuscharmen sowie lagerschonenden Betrieb zu ermöglichen.
Moderne Zugmitteltriebe, die beispielsweise in einem gemeinsamen Trieb mittels eines besonders flexiblen Keilrippenriemens mehrere Aggregate antreiben, unterliegen zunehmend hohen Zug- und Lagerbelastungen. Entsprechend steigen die Anforderungen an die automatischen Spanneinheiten hinsichtlich Funktion und Gebrauchsdauer. Dabei ist aufgrund größerer und zusätzlicher Aggregate sowie durch Designvorgaben der zur Verfügung stehende Bauraum begrenzt. Zusätzlich wird insbesondere aus Energiespargründen und für eine gute Fahrdynamik allgemein ein möglichst geringes Gewicht der in Fahrzeugen verbauten Komponenten, somit auch der Spannsysteme, verlangt. Dies macht eine ständige Weiterentwicklung der Zugmitteltriebe für Fahrzeuge erforderlich.
Einige Vorschläge haben Verbesserungen hinsichtlich einer Entlastung des Gleitlagers zum Ziel. Die DE 42 20 879 A1 zeigt beispielsweise ein Stützelement zur Lagerentlastung bei einer Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb. Bei der Spannvorrichtung gemäß der EP 0 780 597 B1 sind zwei beabstandete Lagerflächen vorgesehen, auf die sich die Lagerlasten gleichmäßig verteilen.
Schwerpunkt anderer bekannter Spannvorrichtungen ist eine möglichst konstante hohe Dämpfungsrate. In der DE 43 00 178 C1 wird dazu beispielsweise ein kegeliges Druckstück verwendet, welches in Wirkverbindung mit einem Federelement permanent eine Dämpfungsbuchse beaufschlagt.
Verschiedene Spannsysteme verwenden, wie beispielsweise in der DE 100 55 594 A1 gezeigt, als Dämpfungseinheit eine mit dem Spannarm drehfest verbundene, axial belastete Reibscheibe, die flächig mit einem entsprechenden Reibbelag an einem ortsfesten Gehäuseteil zusammenwirkt, um ein den Spanarmbewegungen entgegengerichtetes Reibmoment zu erzeugen. Zur Erzielung der erforderlichen Reibarbeit benötigen solche Reibscheibenspanneinheiten eine relativ hohe Axialkraft, die meist durch eine entsprechend groß dimensionierte Axial kraftkomponente der als Schraubenfeder ausgebildeten Torsionsfeder aufgebracht werden muss.
Es sind auch Spannsysteme bekannt, die das Torsionsmoment und die Axialkraft trennen. In dem Spannsystem der DE 103 28 900 A1 wird beispielsweise eine Drehstabfeder zur Erzeugung des Torsionsmomentes verwendet. Zur axialen Anpressung einer Reibscheibe ist eine zusätzliche Druckfeder vorgesehen.
Weiterhin sind diverse Spannsysteme bekannt, deren Dämpfungsfunktion durch eine am Gleitlager des Spannarms angeordnete Reibungsbuchse anstelle einer Reibscheibe realisiert ist. Besonders kompakt bauen so genannte Konusspannsysteme mit kegelförmigen, als Gleitlager eingesetzten Reibungsbuchsen. Die DE 101 52 364 A1 zeigt beispielsweise eine derartige Spanneinheit, bei der zur Erzielung einer erforderlichen Anpresskraft auf die konische Reibungsbuchse eine ebenso konisch gewickelte, an die Reibungsbuchse angepasste Schraubendrehfeder eingesetzt ist.
Da die Spanneinheiten wie bereits eingangs erläutert zunehmend hohen Belastungen unterliegen und gleichzeitig vom Markt möglichst hohe Dämpfungsraten gefordert werden, wobei sowohl singuläre Stöße als auch hochfrequente Schwingungen den Spannarm beaufschlagen, können zudem die eingesetzten Torsionsfedern, meist Schenkelfedern, vermehrt starken Schwingungsbelastungen ausgesetzt sein. Dies kann im Extremfall sogar zum Federbruch und Ausfall der Spanneinheit führen.
Daher sind zum Schutz zylindrisch gewickelter Torsionsfedern bereits Schwingungsdämpfer vorgeschlagen worden. Die DE 10 2004 028 485 A1 zeigt einen Konusspanner mit einer Schraubenfeder, deren Windungen zum Teil an einem Dämpfungsrohr anliegen, das etwaige kritische Resonanzschwingungen verhindert. Bei einem aus der DE 103 60 286 A1 bekannten vergleichbaren Konusspanner ist ein elastischer Dämpfungskörper vorgesehen, der zwischen die Windungen greift. Dadurch werden die Windungen unabhängig vom sich je nach Spannarmstellung ändernden Windungsabstand gegeneinander gedämpft. Derartige Schwingungsdämpfer sind bisher jedoch auf Konusspanner beschränkt.
Die meisten bekannten herkömmlichen Spannsysteme arbeiten mit hohen axialen Federkräften zur Erzielung einer Dämpfung. Dieses Funktionsprinzip hat sich in der Praxis grundsätzlich bewährt. Hinsichtlich ihrer Baugröße, Dämp fungsrate und Lagerbelastung bieten sie jedoch eher ein begrenztes Potenzial für Weiterentwicklungen.
Bei einer neuartigen Bauweise ist die Dämpfungseinrichtung daher so konzipiert, dass die Reibarbeit zumindest überwiegend über in radialer Richtung zusammenwirkende Reibflächen zur Verfügung steht. Somit wird keine hohe axiale Federkraft zur Anpressung der Reibpartner in axialer Richtung benötigt. Die Torsionsfeder kann vielmehr mit einer vergleichsweise geringen, gegebenenfalls lediglich zum Ausgleich eines Axialspiels erforderlichen Axialkraftkomponente ausgelegt werden. Derartige Schraubenfedern sind kostengünstiger und kleiner dimensioniert, also bauraumsparend.
Dabei ergibt sich jedoch ein Montageproblem durch die üblicherweise angeordnete Wegbegrenzung, die einen Schwenk- bzw. Arbeitsbereich des Spannarms begrenzt. Dazu greift ein Vorsprung eines beweglichen Bauteils axial in ein Fenster eines ortfesten Bauteils ein, das von zwei Endanschlägen begrenzt wird. Der Spannarm kann so innerhalb des durch die Länge des Fensters definierten Arbeitsbereiches verschwenken, wobei die Endanschläge gegebenenfalls beim Anschlagen (Schnalzen) den dabei auftretenden Scherkräften standhalten müssen. Dies wird durch eine, unter Berücksichtigung des Materials der Begrenzungselemente, beispielsweise aus Aluminium-Druckguss, bestimmte ausreichend dimensionierte axiale Überlappung von Vorsprung und Endanschlag sichergestellt.
Zur Montage des Spannsystems müssen zunächst der Spannarm und das Gehäuseteil entsprechend der Überlappung der Wegbegrenzung relativ zueinander wenigstens soweit angehoben werden, dass eine Relativverdrehung zum Zwecke der Vorspannung der Torsionsfeder erfolgen kann, ohne dass die Begrenzungselemente dabei miteinander in Kollision geraten. Erst anschließend erfolgt eine axiale Translation, bei welcher der Vorsprung mit dem Begrenzungsfenster in Eingriff kommt.
Bei herkömmlichen Spannsystemen wird die Anhebung über die ohnehin ausreichend große Axialkraft-Federrate mit einem entsprechend großen Axialweg der in der Regel als Schraubendruckfeder ausgebildeten Torsionsfeder aufgebracht. Bei der neuen Bauart ist die axiale Federrate der Torsionsfeder dafür jedoch eher unzureichend, so dass die Torsionsfeder aus Montagegründen, insbesondere zur Gewährleistung einer Montierbarkeit an automatischen Montiereinrichtungen, mit einer höheren Federrate konzipiert sein muss, als zu ihrer Funktion eigentlich notwendig wäre. Dies wiederum führt zu größer dimensionierten Federn, also solchen mit größerem Bauraumbedarf als eigentlich notwendig. Durch die vergleichsweise erhöhten aufzubringenden Axialkräfte zur Realisierung der Translationsbewegung bei der Montage mit der stärkeren Feder kann sich zudem die Handhabung erschweren bzw. ein größerer Montageaufwand entstehen.
Zusätzlich kann sich ein weiterer Handhabungsnachteil ergeben. Da die zur Gewährleistung einer automatischen Montierbarkeit mit einem größeren Axialweg dimensionierten Federn unter Umständen einen vergleichsweise großen Windungsabstand haben, können sie sich bei der üblichen Bevorratung als Schüttgut in ihren Vorratsbehältern leicht ineinander verhaken, was in der Folge ein zeitaufwendiges Trennen derselben von Hand am Montagestand erfordert.
Schließlich ist auch bei dieser Bauart bei den zu erwartenden Belastungen in modernen Zugmitteltrieben ohne weitere Maßnahmen die Gefahr von Federbrüchen nicht gänzlich auszuschließen.
Zusammenfassend bedeutet dies: Bei den herkömmlichen Spannsystemen kann nicht ohne weiteres die Belastungsgrenze gesteigert und ihre Baugröße möglichst gleichzeitig verringert werden. Bei der neuen Bauart können hingegen deren Vorteile hinsichtlich Kosten- und Fertigungsaufwand sowie Bauraumbeanspruchung nicht in vollem Umfang zum Tragen kommen, so dass weiterer Entwicklungsbedarf besteht.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine möglichst kompakt bauende mechanische Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb zu entwickeln, bei der die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden, die insbesondere bei einer vergleichsweise starken Beanspruchung eine hohe Betriebssicherheit sowie Lebensdauer aufweist und dennoch montage- und fertigungstechnisch einfach sowie kostengünstig ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Zugmittelspannvorrichtung mit mechanischer Reibungsdämpfung durch eine Konzeption mit möglichst wenigen kompakt bauenden Funktionsteilen, die montagefreundlich ausgebildet und/oder mit zusätzlichen Montagehilfen versehen sowie gegen einen erhöhten Verschleiß geschützt sind, sowie mit einer Dämpfungseinrichtung, die zur Erzielung der Reibarbeit keine hohen axialen Federraten erfordert, geeignet ist, die gestiegenen Anforderungen hinsichtlich Funktion, Lebensdauer, Bauraum und Gewicht zu erfüllen sowie kostengünstig herstellbar ist.
Die Erfindung geht daher aus von einer Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb, beispielsweise zum Antrieb von Nebenaggregaten an Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, mit einem Spannarm, der an einem Ende drehbar an einem Gehäuseteil gelagert und gegenüber dem Gehäuseteil innerhalb eines durch eine Wegbegrenzung festgelegten maximalen Arbeitsbereiches verschwenkbar ist, und der an dem anderen Ende eine Spannrolle zur Abstützung an einem Zugmittel trägt, mit einer zwischen dem Gehäuseteil und dem Spannarm wirksamen Torsionsfeder, die zur Erzeugung einer kontinuierlichen Vorspannung des Zugmittels ein Torsionsmoment auf den Spannarm ausübt, und mit einer mechanischen Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung von Schwenkbewegungen des Spannarms am Zugmitteltrieb.
Außerdem ist bei dieser Spannvorrichtung vorgesehen, dass ein integriertes Multifunktionsbauteil in dem Gehäuseteil angeordnet ist, das als Torsionsmomentübertrager, Montagehilfe und Dämpfungseinrichtung wirksam ist, wobei erstens die Torsionsfeder als schenkellose Schraubenfeder ausgebildet ist, die auf der dem Gehäuseteil zugewandten Seite eine Drehkraftverbindung zwischen dem Gehäuseteil sowie dem Multifunktionsbauteil herstellt und der eine Federbruchsicherung zugeordnet ist, wobei zweitens auf der dem Spannarm zugewandten Seite ein das Gehäuseteil und den Spannarm in einer Montageposition axial beabstandetes Spreizelement angeordnet ist, und wobei drittens die Dämpfungseinrichtung als Reibungsdämpfer mit in radialer Richtung zusammenwirkenden Reibpartnern ausgebildet ist.
Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass in der Spannvorrichtung eine kompakte Torsionsfeder mit einer vergleichsweise geringen Axialkraftkomponente verbaut werden kann, und dass eine kostengünstige Montierbarkeit der Spannvorrichtung an einer automatischen Montagelinie gewährleistet ist. Gleichzeitig stellt die in radialer Richtung wirkende Dämpfungsvorrichtung hohe Reibmomente zur Dämpfung von über den Zugmitteltrieb übertragenen Spannarmbewegungen zur Verfügung. Die Torsionsfeder wirkt zudem über das mit dem Spannarm verbundene Multifunktionsbauteil stabilisierend auf den Spannarm gegen angreifende Kippmomente, so dass eine weitgehend gleichmäßige und daher verschleißarme Gleitlagerbelastung erreicht wird. Dabei kann die vorteilhaft schenkellose Torsionsfeder mit Hilfe einer Federbruchsicherung, beispielsweise eines Schwingungsdämpfers, der im Wesentlichen Querschwingungen der Windungen gegeneinander dämpft, zuverlässig gegen die Gefahr eines Federbruches bei starker Beanspruchung geschützt werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Multifunktionsbauteil im Wesentlichen einen seinen Umfang bildenden ringförmigen Reibbelag, der sich an eine an dem Gehäuseteil ausgebildete korrespondierende Reibfläche elastisch anschmiegt, und ein den Reibbelag tragendes Nabenteil, welches mit einem an dem Spannarm ausgebildeten wellenförmigen Ansatz zur Herstellung einer drehfesten, zu Montagezwecken axial verschiebbaren Verbindung mit dem Spannarm korrespondiert, wobei die Drehkraftverbindung zwischen dem Gehäuseteil und dem Multifunktionsteil durch eine Abstützung der Torsionsfeder mit einem Federende in einer gehäuseteilseitigen Ausnehmung des Multifunktionsbauteils und mit dem anderen Federende innerhalb des Gehäuseteils hergestellt ist, so dass bei einer Verdrehung des mit dem Spannarm drehfest verbundenen Multifunktionsbauteils gegenüber dem ortsfesten Gehäuseteil auf den Spannarm erstes ein rückstellendes Torsionsmoment und zweitens über eine Radialkraftkomponente ein dämpfendes Reibmoment ausgeübt wird.
Die drehfeste Verbindung zwischen dem Multifunktionsbauteil und dem Spannarm kann vorteilhaft als eine Welle-Nabe-Verbindung mit einer formschlüssigen, axial verschiebbaren Steckverzahnung ausgebildet sein, die in einer Endposition axial fixierbar ist. Dadurch wird eine einfache, gleichmäßige und spielfreie Kraftübertragung zwischen dem Multifunktionsbauteil und dem Spannarm sichergestellt.
Über das Multifunktionsbauteil wird somit das Torsionsmoment zur Vorspannung des Zugmittels bzw. Riemens auf den Spannarm übertragen und auftretende Riemenschwingungen und Stöße gedämpft.
Die Torsionsfeder benötigt zur drehkraftschlüssigen Abstützung zwischen Gehäuseteil und Multifunktionsteil keine von dem Federdurchmesser abstehenden, beispielsweise abgewinkelten Schenkel, sondern stützt sich in dem Multifunktionsteil, beispielsweise an einem Steg in einer ringförmigen Ausnehmung, ab. Gehäuseteilseitig ist eine entsprechend geeignete Abstützung ausgebildet.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass das Spreizelement als ein stirnseitig auf der dem Spannarm zugewandten Seite aus dem Multifunktionsbauteil hervorstehendes Federelement ausgebildet ist, welches in einer Montageposition den Spannarm und das Gehäuseteil axial zumindest soweit voneinander entfernt hält, das eine Wegbegrenzung des Spannarms, bestehend aus einem gehäuseteilseitig vorstehenden Finger, der in ein spannarmseitig aus zwei vorstehenden Endanschlägen gebildetes Fenster eingreift, überwunden wird, und wobei das Spreizelement in einer Endposition in der zugehörigen Aufnahme versenkt ist.
Durch ein vorzugsweise im Multifunktionsbauteil integriertes derartiges Spreizelement wird bei der Montage das Gehäuseteil gegenüber dem Spannarm genügend axial angehoben, um Kollisionen der Endanschläge der Wegbegrenzung beim Vorspannen des Spannarms zu vermeiden. Dieses bevorzugt als Federzunge ausgebildete Spreizelement stellt somit für die Liftposition den nötigen Axialweg zur Verfügung, der ansonsten mit den beschriebenen Nachteilen von der Torsionsfeder aufgebracht werden müsste, um eine automatische Montierbarkeit der Spannvorrichtung zu sicherzustellen.
Ein weiterer Montagevorteil an automatischen Montagelinien ergibt sich durch eine problemlose Zuführung der kompakten schenkellosen Torsionsfeder. Dadurch, dass die Schraubenfeder durch die Hilfe des Spreizelementes nicht zum Anheben von Gehäuseteil und Spannarm bei der Montage benötigt wird, kann sie mit einem geringeren Axialweg und in der Folge mit einem relativ geringen Windungsabstand ausgelegt werden kann. Die Federn lassen sich somit besonders vorteilhaft als Schüttgut bevorraten, ohne die Gefahr, dass sich einzelne Federn ineinander verhaken, was ein zeitaufwendiges manuelles Trennen und Bereistellen der Federn von Hand vermeidet.
Um die automatische Montage noch störungssicherer zu machen, kann eine nicht näher erläuterte Zentrierhilfe vorgesehen sein, mit deren Hilfe die während des Montageaktes der aus Mutifunktionsbauteil, Gehäuseteil und Spannarm bestehenden Baugruppe zum Umfallen neigende Torsionsfeder gegen seitliche Ausweichbewegungen sicher gehalten wird.
Insgesamt wird dadurch eine Spannvorrichtung zur Verfügung gestellt, deren Bauteile einfach und sicher mittels Greifer bzw. Roboterarmen in einer automatischen Montagelinie zur Massenfertigung zugeführt und zu der Baugruppe montiert werden können.
Zur Erhöhung der Bruchsicherheit der Torsionsfeder ist vorteilhaft ein Schwingungsdämpfer vorgesehen. Der Schwingungsdämpfer kann beispielsweise als ein zwischen die Windungen der Torsionsfeder eingreifender, zumindest Querschwingungen dämpfender, Elastomerkörper ausgebildet sein. Denkbar ist auch dass der Schwingungsdämpfer als ein von der Torsionsfeder umgriffener oder die Torsionsfeder umgreifender, zumindest Querschwingungen dämpfender, Reibungskörper ausgebildet ist.
Außerdem können Maßnahmen gegen eine Verschmutzung im Bereich der Dämpfungseinrichtung, also insbesondere des Reibbelages, vorgesehen sein. Abrieb und/oder von außen eingetragene Partikel oder Fluide können die Leistungsfähigkeit des Reibungsdämpfers beeinträchtigen. Um die Funktionsflächen der Reibpartner von derartigen Kontaminationen zu schützen, kann eine Drainage vorgesehen sein. Besonders einfach und effektiv ist ein System von am Außenumfang des Reibbelags angeordneten Längs- und/oder Querrillen, die Verschmutzungen ableiten.
Grundsätzlich ist im Falle ferromagnetischer Abriebpartikel, wie beispielsweise aus der DE 100 55 594 A1 bekannt, auch ein geeignet ausgebildeter Magnetkörper zum Abzug von derartigen Kontaminationen möglich.
Ein weiterer Aspekt ist die Gewichtsreduzierung der Spannvorrichtung. Das Gewicht der Spannvorrichtung kann zweckmäßigerweise durch eine Leichtbauweise möglichst vieler Teile der Baugruppe reduziert werden. Innbesondere kann das Multifunktionsbauteil in einer Leichtbauweise hergestellt sein, wobei der Reibbelag und das Nabenteil wahlweise in einer Einkomponentenbauweise aus dem gleichen Material oder in einer Zweikomponentenweise aus verschie denen Materialien gefertigt sein können.
Für die Reibpartner sind beispielsweise chemische Kombinationen von Polyamid (PA) und Poly-Tetrafluor-Ethylen (PTFE), die am Markt mit verschiedenen Spezifikationen relativ kostengünstig zur Verfügung stehen, besonders geeignet. Sie weisen ein vergleichsweise geringes spezifisches Gewicht sowie für Reibdämpfer geeignete tribologische Eigenschaften auf. Das Nabenteil als Torsionsmomentüberträger kann beispielsweise aus verstärktem Thermoplastwerkstoff bestehen. Die Teile können beispielsweise in einem Kunststoffspritzverfahren einteilig zusammengefügt sein. Alternativ können Reibbelag und Nabenteil auch mit einer einfachen mechanischen, insbesondere formschlüssigen, Verbindung miteinander verbunden sein.
Schließlich bietet auch die Konstruktion der drehfesten Verbindung zwischen dem Multifunktionsbauteil und dem Spannarm Potenzial für eine weitere Gewichts- und Materialeinsparung. Dies kann durch die Gestaltung der Verbindungsteile als so genannte Gleichdicke ermöglicht werden. Ein Gleichdick definiert sich dadurch, dass der Abstand zweier paralleler Tangenten unabhängig von einer Drehung des Körpers immer gleich bleibt, also im einfachsten Falle ein Kreis. Alle von der Kreisform abweichenden Gleichdicke, beispielsweise so genannte Reuleaux-Dreiecke oder ähnliche Körper, haben einen kleineren Flächen- bzw. Volumeninhalt und benötigen folglich weniger Material. Dementsprechend kann eine gleichdickartige Welle oder Zapfen am Spannarm mit einem entsprechenden Nabenteil am Multifunktionsbauteil eine besonders vorteilhafte spielfreie drehfeste Verbindung zwischen Spannarm und Multifunktionsbauteil bilden. Zudem ist ein Gleichdick insbesondere in Kunststoffspritzverfahren fertigungstechnisch relativ einfach und kostengünstig herstellbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Darin zeigt
1 eine Spannvorrichtung im Längsschnitt in einer Montageposition,
2 Teilansichten der Spannvorrichtung im Ausriss: unten links ein Längsschnitt der Spannvorrichtung in einer Betriebsposition, unten rechts ein Längsschnitt der Spannvorrichtung in der Montageposition sowie oben ein Multifunktionsbauteil im Querschnitt, und
3 Teilansichten der Spannvorrichtung im Ausriss mit einem Multifunktionsbauteil in Zweikomponentenbauweise mit zwei separaten Bauteilen für Reibfunktion und Torsionsmomentübertragung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 zeigt demnach eine als mechanischen Riemenspanner 1 ausgebildete automatische Spannvorrichtung in einem Riementrieb zum Antrieb von Nebenaggregaten an einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges.
Der Riemenspanner 1 weist einen Spannarm 2 auf, an dessen einen Ende eine nicht dargestellte Spannrolle zur federnden Abstützung an einem Riemen drehbar lagerbar ist. Mit dem anderen Ende ist der Spannarm 2 an einem Gehäuseteil 3 verschwenkbar gelagert. Das Gehäuseteil 3 ist ortsfest an einem nicht dargestellten Maschinenteil, beispielsweise ein Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors, befestigbar. Das Gehäuseteil 3 weist eine Grundplatte 4 auf, an der zum Spannarm 2 hin zeigend ein Finger 5 radial und axial vorsteht. Der Finger 5 bildet mit zwei spannarmseitig radial vorstehenden Endanschlägen 6, 7 eine Wegbegrenzung 8 zur Begrenzung eines maximalen Arbeits- bzw. Schwenkbereichs des Spannarms 2, wobei im Betriebszustand der Finger 5 in das durch die Endanschläge 6, 7 gebildete, umfangsbezogene Arbeitsfenster eingreift.
In der in 1 gezeigten Montage- bzw. Liftposition ist der Spannarm 2 von dem Gehäuseteil 3 durch ein Spreizelement 9 hingegen soweit beabstandet, dass der Finger 5 bei einer Verdrehung zur Spannung des Spannarms 2 gegenüber dem ortsfesten Gehäuseteil 3 nicht mit den Endanschlägen 6, 7 kollidieren kann. Das Spreizelement 9 ist als eine Federzunge oder Federring ausgebildet, die in sich stirnseitig zwischen dem Spannarm 2 und einem Multifunktionsbauteil 10 abstützt. Die axiale Länge der Federzunge 9 ist so gewählt, dass in der Montageposition (Liftposition) der Finger 5 der Wegbegrenzung 8 axial nicht mit den Endanschlägen 6, 7 des Arbeitsfensters überlappt.
Das Multifunktionsbauteil 10 besteht aus einem den Umfang bildenden ringförmigen Reibbelag 11, der sich mit einer radialen Vorspannung an eine benachbarte Reibfläche 12 der Innenwand des Gehäuseteils 3 elastisch anschmiegt, und einem zentrischen Nabenteil 13, das als Torsionsmomentübertrager fungiert. Das Nabenteil 13 des Multifunktionsbauteils 10 bildet mit einem spannarmseitigen wellenförmigen Ansatz 14 eine, beispielsweise als Steckverzahnung, ausgebildete drehfeste, axial verschiebbare Welle-Nabe-Verbindung 15. Der Wellenansatz 14 ist gleichzeitig als ein Nabenzapfen an einer Spannarmnabe 16 ausgebildet, der den Spannarm 2 über ein Gleitlager 17 auf einer zentralen Welle 23 des Gehäuseteils 3 drehbar lagert.
Auf der dem Gehäuseteil 3 zugewandten Seite stützt sich in einer ringförmigen Ausnehmung 18 (2, 3) des Multifunktionsbauteils 10, zwischen dem Reibbelag 11 und dem Nabenteil 13, an einem Verbindungssteg 19 ein Federende einer als schenkellose Schraubenfeder ausgebildete Torsionsfeder 20 ab. Das andere Federende stützt sich innerhalb des Gehäuseteils 3 am gegenüberliegenden Ende ab, so dass das Gehäuseteil 3 mit dem Multifunktionsteil 10 und damit mit dem Spannarm 2 über die Torsionsfeder 20 drehkraftverbunden ist und bei einer Relativverdrehung ein rückstellendes Torsionsmoment der Feder 20 auf den Spannarm 2 wirkt.
Der Torsionsfeder 20 ist ein nicht dargestellter Schwingungsdämpfer insbesondere zur Dämpfung von Querschwingungen der Federwindungen zugeord net. Einen geeigneten Querschwingungsdämpfer kann der Fachmann beispielsweise in Anlehnung an die eingangs erwähnten Windungsdämpfer für Konusspanner konzipieren.
Die 2 zeigt im unteren linken Teil den Riemenspanner 1 fertig montiert im Betriebszustand, wobei die Federzunge 9 plan zusammengedrückt ist und das Gehäuseteil 3 sowie der Spannarm 2 zusammengeschoben und axial gesichert sind. Im rechten unteren Teil ist die Montageposition dargestellt, in der das Gehäuseteil 3 und der Spannarm 2 zum Zwecke der Ausrichtung der Wegbegrenzung 8 unter gleichzeitiger Spannung der Torsionsfeder 20, axial beabstandet sind.
Der obere Teil der 2 zeigt das Multifunktionsbauteil 10 mit dem umlaufenden Reibbelag 11, dem Nabenteil 13 und der dazwischen liegenden Torsionsfeder 20, die sich an dem Verbindungssteg 19 abstützt. Die Torsionsfeder 20 kann im Wesentlichen mit ihrer letzten Windung auch eine Radialkraftkomponente auf den Reibbelag 11 ausüben. Der Reibbelag 11 selbst kann auch elastisch vorgespannt in das Gehäuseteil 3 eingesetzt sein, wobei er zweckmäßig als geöffneter Ring ausgebildet und über den Verbindungssteg 19 einteilig, beispielsweise als Kunststoffspritzteil, mit dem Nabenteil 13 verbunden ist. Weiterhin ist am Reibbelag 11 eine Drainage 21 zur Ableitung von Kontaminationen vorgesehen. Die Drainage 21 besteht vorteilhaft aus einer Anzahl über den Außenumfang äquidistant verteilter Querrillen.
Die 3 zeigt die gleiche Spannvorrichtung jedoch mit einem Mutifunktionsbauteil 10', bei dem das Nabenteil 13 und der Reibbelag 11 als zwei separate Bauteile über eine an einem Verbindungssteg 19' ausgebildete formschlüssige Verbindung 22 miteinander verbunden sind. Das Multifunktionsbauteil 10' ist vorteilhaft in einer Zweikomponenten – Leichtbauweise gefertigt. Dabei ist das Nabenteil 13 als Torsionsmomentübertrager beispielsweise aus einem verstärkten Thermoplastwerkstoff und der Reibbelag 11 als Reibpartner der Reibfläche 12 aus dem tribologisch geeigneten Werkstoff P46-PTFE15, einer che mischen Kunststoffkopplung von Polyamid 46 (1,4-Diaminobutan-Adipinsure-Copoly-merisat) mit Poly-Tetrafluor-Ethylen, hergestellt.
Die Montage einer solchen Spannvorrichtung erfolgt vorzugsweise an einer automatischen Montagelinie, wobei die einzelnen Bauteile der Baugruppe von computergesteuerten Greifern aufgenommen, ausgerichtet und zusammengesetzt sowie anschließend das Gehäuseteil 3 und der Spannarm 2 gegeneinander vorgespannt, zusammengeschoben, axial gesichert und die Wegbegrenzung 8 verriegelt wird.

1: Riemenspanner
2: Spannarm
3: Gehäuseteil
4: Grundplatte
5: Finger
6: Endanschlag
7: Endanschlag
8: Wegbegrenzung
9: Spreizelement
10, 10': Multifunktionsbauteil
11: Reibbelag
12: Reibfläche
13: Nabenteil
14: Wellenansatz
15: Welle-Nabe-Verbindung
16: Spannarmnabe
17: Gleitlager
18: Ausnehmung
19, 19': Verbindungssteg
20: Torsionsfeder
21: Kontaminations-Drainage
22: Nabenteil-Reibbelag-Verbindung
23: Gehäuseteilwelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4220879 A1 [0006]
- EP 0780597 B1 [0006]
- DE 4300178 C1 [0007]
- DE 10055594 A1 [0008, 0037]
- DE 10328900 A1 [0009]
- DE 10152364 A1 [0010]
- DE 102004028485 A1 [0012]
- DE 10360286 A1 [0012]

Claims

Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb, beispielsweise zum Antrieb von Nebenaggregaten an Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, mit einem Spannarm (2), der an einem Ende drehbar an einem Gehäuseteil (3) gelagert und gegenüber dem Gehäuseteil (3) innerhalb eines durch eine Wegbegrenzung (8) festgelegten maximalen Arbeitsbereiches verschwenkbar ist, und der an dem anderen Ende eine Spannrolle zur Abstützung an einem Zugmittel trägt, mit einer zwischen dem Gehäuseteil (3) und dem Spannarm (2) wirksamen Torsionsfeder (20), die zur Erzeugung einer kontinuierlichen Vorspannung des Zugmittels ein Torsionsmoment auf den Spannarm (2) ausübt, und mit einer mechanischen Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung von Schwenkbewegungen des Spannarms (2) am Zugmitteltrieb, dadurch gekennzeichnet, dass ein integriertes Multifunktionsbauteil (10, 10') in dem Gehäuseteil (3) angeordnet ist, das als Torsionsmomentübertrager, Montagehilfe und Dämpfungseinrichtung wirksam ist, wobei erstens die Torsionsfeder (20) als schenkellose Schraubenfeder ausgebildet ist, die auf der dem Gehäuseteil (3) zugewandten Seite eine Drehkraftverbindung zwischen dem Gehäuseteil (3) sowie dem Multifunktionsbauteil (10, 10') herstellt und der eine Federbruchsicherung zugeordnet ist, wobei zweitens auf der dem Spannarm (2) zugewandten Seite ein das Gehäuseteil (3) und den Spannarm (2) in einer Montageposition axial beabstandetes Spreizelement (9) angeordnet ist, und wobei drittens die Dämpfungseinrichtung als Reibungsdämpfer mit in radialer Richtung zusammenwirkenden Reibpartnern (11, 12) ausgebildet ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Multifunktionsbauteil (10, 10') einen seinen Umfang bildenden ringförmigen Reibbelag (11), der sich an eine an dem Gehäuseteil (3) ausgebildete korrespondierende Reibfläche (12) elastisch anschmiegt, und ein den Reibbelag (11) tragendes Nabenteil (13), welches mit einem an dem Spannarm (2) ausgebildeten wellenförmigen Ansatz (14) zur Herstellung einer drehfesten und zu Montagezwecken axial verschiebbaren Verbindung (15) mit dem Spannarm (2) korrespondiert, aufweist, wobei die Drehkraftverbindung zwischen dem Gehäuseteil (3) und dem Multifunktionsteil (10, 10') durch eine Abstützung der Torsionsfeder (20) mit einem Federende in einer gehäuseteilseitigen Ausnehmung (18) des Multifunktionsbauteils (10, 10') und mit dem anderen Federende innerhalb des Gehäuseteils (3) hergestellt ist, so dass bei einer Verdrehung des mit dem Spannarm (2) drehfest verbundenen Multifunktionsbauteils (10, 10') gegenüber dem ortsfesten Gehäuseteil (3) auf den Spannarm (2) erstes ein rückstellendes Torsionsmoment und zweitens über eine Radial kraftkomponente ein dämpfendes Reibmoment ausgeübt wird.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spreizelement (9) als ein stirnseitig auf der dem Spannarm (2) zugewandten Seite aus dem Multifunktionsbauteil (10, 10') hervorstehendes Federelement ausgebildet ist, welches in einer Montageposition den Spannarm (2) und das Gehäuseteil (3) axial zumindest soweit voneinander entfernt hält, das eine Wegbegrenzung (8) des Spannarms (2), bestehend aus einem gehäuseteilseitig vorstehenden Finger (5), der in ein spannarmseitig aus zwei vorstehenden Endanschlägen (6, 7) gebildetes Fenster eingreift, überwunden wird, und welches in einer Endposition in der zugehörigen Aufnahme versenkt ist.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die drehfeste Verbindung (15) zwischen dem Multifunktionsbauteil (10, 10') und dem Spannarm (2) als eine Welle-Nabe-Verbindung mit einer formschlüssigen, axial verschiebbaren Steckverzahnung ausgebildet ist, die in einer Endposition axial fixierbar ist.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die der Torsionsfeder (20) zugeordnete Federbruchsicherung als ein Schwingungsdämpfer zur Dämpfung von Windungsschwingungen ausgebildet ist.
Spannvorrichtung nach einem der Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsdämpfer als ein zwischen die Windungen der Torsionsfeder (20) eingreifender, zumindest Querschwingungen dämpfender, Elastomerkörper ausgebildet ist.
Spannvorrichtung nach einem der Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsdämpfer als ein von der Torsionsfeder (20) umgriffener oder die Torsionsfeder (20) umgreifender, zumindest Querschwingungen dämpfender, Reibungskörper ausgebildet ist.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zentrierhilfe vorgesehen ist, mit deren Hilfe die Torsionsfeder (20) während der Montage der aus Mutifunktionsbauteil (10, 10'), Gehäuseteil (3) und Spannarm (2) bestehenden Baugruppe gegen seitliche Ausweichbewegungen sicherbar ist.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag (11) und/oder die mit dem Reibbelag (11) korrespondierenden Reibflächen (12) Mittel zur Ableitung und/oder Abweisung von Kontaminationen aufweist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaminations-Drainage (21) als ein System von am Außenumfang des Reibbelags (11) angeordneten Längsrillen oder Querrillen ausgebildet ist.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das Multifunktionsbauteil (10, 10') in einer Leichtbauweise hergestellt ist, wobei der Reibbelag (11) und das Nabenteil (13) in einer Einkomponentenbauweise aus dem gleichen Material oder in einer Zweikomponentenweise aus verschiedenen Materialien gefertigt sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag (11) und das Nabenteil (13) einteilig miteinander verbunden sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag (11) und das Nabenteil (13) als zwei separate Bauteile miteinander verbunden sind.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die drehfeste Verbindung (15) zwischen dem Multifunktionsbauteil (10, 10') und dem Spannarm (2) mit einem von einem kreisförmigen Querschnitt abweichenden gleichdickförmigen Querschnittsprofil ausgebildet ist.