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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Spannsystem für ein Zugmittel, wie Riemen
oder Kette eines Zugmitteltriebs, umfassend einen Schwenkhebel,
der als Federmittel eine als Drehstab bzw. Torsionsstab ausgebildete
Drehachse einschließt.
Dem Schwenkhebel ist an einem freien Ende eine drehbare Laufscheibe
zugeordnet, die im eingebauten Zustand an dem Zugmittel abgestützt ist.
Im Bereich der Drehachse des Schwenkhebels ist das Spannsystem weiterhin
mit einer Dämpfungseinheit
versehen.
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Spannsysteme
dieser Bauart werden vorzugsweise in Zugmitteltrieben für Brennkraftmaschinen
zum Antrieb einzelner Aggregate wie, beispielsweise Wasserpumpe,
Klimakompressor, Lenkhilfspumpe eingesetzt, wobei der Antrieb von
der Kurbelwelle mittels einer Riemenscheibe erfolgt. Weiterhin sind
diese Spannsysteme für
einen als Steuertrieb zu bezeichnenden Zugmitteltrieb der Brennkraftmaschine
bestimmt, der zum Antrieb einer Nockenwelle bzw. mehrerer Nockenwellen
vorgesehen ist. Das Spannsystem hat die Aufgabe, selbsttätig eine gleichbleibende
Vorspannung des Zugmittels sowie eine Schwingungsdämpfung zu
gewährleisten,
unabhängig
von dem Einsatzort der Brennkraftmaschine und dem Verschleißzustand
des Zugmittels.
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Aus
der
DE 39 12 944 A1 ist
ein Spannsystem bekannt, bei dem der Schwenkarm mit einem Drehstab
verbunden ist. Die Befestigung des Spannsystems erfolgt mittels
einer endseitig an dem Drehstab angeordneten Haltelasche, die an
einem Maschinenteil, beispielsweise dem Gehäuse einer Brennkraftmaschine
befestigt ist. Im Bereich der Haltelasche weist die bekannte Lösung einen
Reibungsdämpfer
auf, der damit gegenseitig zu der Laufscheibe an dem Drehstab befestigt
ist. Nachteilig ist das bekannte Spannsystem ausschließlich über die
Haltelasche abgestützt
und befestigt. Ein von der Länge des
Drehstabes bestimmter Hebelarm zwischen der Laufscheibe und der
Haltelasche leitet ein großes Kippmoment
in die Haltelasche ein, wodurch sich keine schwingungsfreie Befestigung
des Spannsystems einstellt. Dieses Spannsystem-Konzept kann die
Anforderungen hinsichtlich Schwingungsverhalten und Geräuschentwicklung,
die an Zugmitteltriebe heutiger Brennkraftmaschinen gestellt sind
nicht erfüllen. Weiterhin
erfordert das bekannte Spannsystem einen nachteilig großen axialen
Bauraum.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Nachteile des bekannten Spannsystems beachtend, ist es Aufgabe der
Erfindung, ein bauraumoptimiertes, kostengünstig herstellbares und wirkungsvolles
Spannsystem zu realisieren.
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Zur
Lösung
dieser Problemstellung ist gemäß der Erfindung
ein Spannsystem vorgesehen, mit einem ortsfest, beispielsweise an
einem Maschinenteil befestigten Gehäuse, in dem der Schwenkhebel mittels
einer Nabe drehbar gelagert ist. Diese Maßnahme bewirkt einen vorteilhaft
geringen Versatz zwischen der Laufscheibe und der Lagerung des Schwenkhebels
in dem Gehäuse,
wodurch die von dem Zugmittel auf die Laufscheibe übertragene
Radialkraft kein nachteiliges Kippmoment in die Schwenkhebellagerung
einleitet. Dieser Aufbau ermöglicht vorteilhaft
eine wirksame Kompensation von Schwingungen des Zugmittels, die
beispielsweise durch eine Drehungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine über die
Kurbelwelle in den Zugmitteltrieb eingeleitet werden. Die für die Funktion
des Spannsystems erforderliche Dämpfungseinheit
ist erfindungsgemäß bauraumoptimiert
zwischen dem Gehäuse
des Spannsystems und der Nabe des Schwenkhebels vorgesehen. Der
Dämpfungseinheit
ist ein Federmittel zugeordnet, das eine kraftschlüssige Abstützung der
Nabe des Schwenkhebels an dem Gehäuse gewährleistet. Der Drehstab bzw.
der Torsionsstab des erfindungsgemäßen Spannsystems ist mit einem ersten
Ende drehstarr an dem Schwenkhebel fixiert. In der Einbaulage greift
das weitere Ende des Drehstabs formschlüssig und damit drehstarr in
ein der Spannvorrichtung separat zugeordnetes Bauteil, beispielsweise
in eine profilierte Aufnahme des Maschinenteils.
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Das
Konzept des erfindungsgemäßen Spannsystems
beinhaltet eine Trennung der Lagerung des Schwenkarms einerseits
und einer Erzeugung der Vorspannkraft des Schwenkhebels mittels des
Drehstabes andererseits. Dieses eine funktionale Trennung ermöglichende
Konstruktionsprinzip verbessert vorteilhaft die Wirkungsweise des
erfindungsgemäßen Spannsystems.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis
15.
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In
vorteilhafter Weise ist gemäß der Erfindung
ein rohrförmiger
Drehstab vorgesehen. Dieser als Hohlkörper gestaltete Drehstab ermöglicht eine gewichtsoptimierte
Gestaltung, bei gleichzeitig hohem Widerstandsmoment, wodurch sich
eine ausreichende Bauteilfestigkeit des Drehstabs einstellt. Die Ausgestaltung
des Drehstabs sieht außerdem
an beiden Enden eine Profilierung vor, die im eingebauten Zustand
einerseits formschlüssig,
drehstarr in den Schwenkhebel und andererseits in eine korrespondierende
Profilierung einer Aufnahme des Maschinenteils eingreift. Bedarfsabhängig kann
die Profilierung innenseitig oder außenseitig des rohrförmigen Drehstabs
angeordnet werden.
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Alternativ
zu einem als Hohlkörper
ausgebildeten Drehstab schließt
die Erfindung ebenfalls einen massiv gestalteten Profilstab ein.
Dazu bietet es sich an, mehrere einzelne, beispielsweise jeweils
ein quadratisches Querschnittsprofil aufweisende Profilstäbe vorzusehen,
die zusammengefasst, gemeinsam einen Drehstab bilden.
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Die
Erfindung ermöglicht
weiterhin den Dreh- oder Torsionsstab in unterschiedlichen Längen und/oder
Wandstärken
auszulegen, um beispielsweise unmittelbar die Federkonstante des
Drehstabes zu beeinflussen. Die unterschiedliche Ausbildung des
Dreh- oder Torsionsstabes kann außerdem zu einer Reduzierung
von Spannsystem-Varianten führen,
in dem bis auf den Drehstab alle übrigen Bauteile des Spannsystems
identisch ausgeführt
sind. Damit können
Spannsysteme, die bis auf den Drehstab übereinstimmen für unterschiedliche
Einsatzfälle bzw.
Zugmitteltriebe ausgelegt werden.
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Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, den rohrförmig ausgebildeten Drehstab
mit einer Einschnürung
und/oder einer Außensicke
zu versehen. Diese Gestaltungsmerkmale bilden beispielsweise einen
Tiefenanschlag, der die Montage vereinfacht, in dem dieser die Einbaulage des
Drehstabes in einer Aufnahme des Maschinenteils definiert. Die Einschnürung bzw.
Sicke kann außerdem
genutzt werden für
die Lagepositionierung des Schwenkhebels auf dem Drehstab sowie
als Endanschlag bzw. axiale Abstützung
eines Federmittels.
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Als
Maßnahme,
mit der die Torsion des Drehstabes im wesentlichen auf einen Bereich
partiell beschränkt
werden kann, ist gemäß der Erfindung
der Drehstab mit einem radial gestuften Abschnitt oder einer über einen
längeren
Abschnitt sich erstreckenden Einschnürung versehen. Vorzugsweise
ist dazu der Drehstab an dem zum Maschinenteil gerichteten Ende
gestuft ausgebildet. Dieses Gestaltungsmerkmal reduziert den wirksamen
Durchmesser des Drehstabes, verbunden mit einem verrringerten Widerstandsmoment
und gleichzeitig reduzierter Federsteifigkeit des Drehstabes. Alternativ
zu einem radial gestuften Drehstab bietet es sich an, die Federsteifigkeit
bzw. Federkonstante des Dreh stabes durch unterschiedliche Wandstärken zu
beeinflussen. Dazu ist vorteilhaft der dem Schwenkhebel des Spannsystems
zugeordnete Abschnitt des Drehstabes mit einer vergrößerten Wandstärke versehen
im Vergleich zu der Wandstärke
an dem gegenüberliegenden, dem
Maschinenteil zugeordneten Abschnitt des Drehstabes.
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Eine
wirksame Lagerung des Schwenkhebels erfolgt vorteilhaft mittels
einer konisch gestalteten Lagerbuchse. Dazu bildet die Nabe des Schwenkhebels
eine konische Mantelfläche,
die mit einer radial beabstandeten, korrespondierenden inneren konischen
Aufnahme des Gehäuses
korrespondiert. Die Lagerbuchse ist dabei in einem radial von der
Mantelfläche
der Nabe und der konischen Aufnahme des Gehäuses begrenzten Einbauraum eingesetzt.
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Eine
kraftbeaufschlagte Abstützung
der konischen Mantelfläche
in Verbindung mit der Lagerbuchse an der Innenwandung der konischen
Aufnahme des Gehäuses
ermöglicht
die Bildung einer als Reibkonus gestalteten Dämpfungseinheit. Damit kann
eine wirksame Dämpfung
von Stellbewegungen des Schwenkhebels im Betriebszustand erreicht
werden, was sich auf den Verschleiß und die Geräuschentwicklung
des Zugmittels auswirkt und damit vorteilhaft die Funktion des gesamten
Spannsystems verbessert.
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Zur
Erzielung einer definierten Relativbewegung zwischen der Lagerbuchse
und dem Gehäuse ist
die Lagerbuchse formschlüssig
mit der Nabe des Schwenkhebels verbunden. Dazu eignet sich vorzugsweise
ein radial nach innen gerichteter Ansatz, der in eine Längsnut bzw.
eine partielle Ausnehmung der Mantelfläche der Nabe formschlüssig eingreift.
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Alternativ
zu einer konischen Lagerbuchse schließt die Erfindung weiterhin
eine axiale Reibscheibe ein, die im eingebauten Zustand zwischen
einer axialen Abstützfläche des
Schwenkhebels und einer korrespondierenden axialen Anlagefläche des Gehäuses eingesetzt
ist. Mittels eines Federmittels erfolgt eine axiale Kraftbeaufschlagung,
die den Schwenkhebel an das Gehäuse
presst, zur Bildung einer Dämpfungseinheit.
Zusätzlich
zu der axialen Reib scheibe umfasst ein derartig aufgebautes Spannsystem
ein vorzugsweise als Gleitlager ausgebildetes Radiallager. Das bevorzugt
als eine Buchse gestaltete Gleitlager ist in einem radial von dem
zylindrischen Führungsansatz
der Schwenkhebelnabe und einer zylindrischen Ausnehmung des Gehäuses begrenzten
Ringspalt eingesetzt.
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Eine
für die
Wirksamkeit der Dämpfungseinheit
erforderliche Axialkraft wird vorteilhaft mittels einer als Schraubenfeder
ausgebildeten Druckfeder erzeugt. Das erste Federende ist dazu an
dem Gehäuse
des Spannsystems abgestützt
ist und das zweite Federende stützt
sich an einer Anschlaghülse
ab, die an dem Drehstab fixiert ist. Alternativ zu einer Schraubendrehfeder
bietet es sich erfindungsgemäß an, eine
oder mehrere Tellerfedern anzuordnen, die eine bauraumoptimierte
Anordnung ermöglichen.
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Das
Gehäuse
des Spannsystems ist bevorzugt einstückig mit einem Befestigungsflansch
versehen, welcher in der Einbaulage mittels einer Verschraubung
lösbar
an dem Maschinenteil der Brennkraftmaschine befestigt ist. Vorzugsweise
ist dazu der Befestigungsflansch mit einer für die Verschraubung bestimmten
Bohrung versehen.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, an der Nabe des Schwenkhebels
eine als Mehrkantprofil gestaltete Werkzeugaufnahme anzuordnen,
die für
ein Werkzeug bestimmt ist. Mittels eines in die Werkzeugaufnahme
eingesetzten separaten Werkzeugs ist der Schwenkarm gegenüber dem Gehäuse verdrehbar,
wobei die Verdrehung entgegen einer Kraftkomponente des Drehstabes
erfolgt. Diese Maßnahme
vereinfacht das Auflegen des Zugmittels nach der Spannsystem-Montage,
in dem das Zugmittel in einer Montageposition des Schwenkhebels,
die einem ungespannten Zugmittel entspricht, ungehindert auf alle
beteiligten Riemenscheiben des Zugmitteltriebs aufgelegt werden
kann.
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Vorzugsweise
schließt
das Spannsystem weiterhin eine Verstiftung ein, bei der ein Sicherungsstift
den Schwenkhebel gegenüber
dem Gehäuse
in der Monta geposition lagepositioniert. Dazu bietet es sich ein
separater Stift an, der bei einer Lageübereinstimmung zwischen einer
Aussparung in dem Befestigungsflansch und einer Bohrung in der Nabe
des Schwenkhebels zur Arretierung einsetzbar ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 in einer Schnittdarstellung
den Aufbau eines erfindungsgemäßen Spannsystems,
der eine konische Lagerbuchse umfasst;
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2 ein erfindungsgemäßes Spannsystem im
eingebauten Zustand, bei dem die Dämpfungseinheit eine axiale
Reibscheibe umfasst;
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3 in einer Perspektive das
erfindungsgemäße Spannsystem
gemäß.
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Detaillierte
Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1 zeigt ein Spannsystem 1a in
einem Längsschnitt.
Im Einzelnen umfasst das Spannsystem 1a einen Schwenkhebel 2,
welcher mit einem, eine Drehachse 4 bildenden Drehstab 3a drehfest
verbunden ist. Zur formschlüssigen
Verbindung zwischen dem Schwenkhebel 2 und der Drehachse 3a ist
eine Profilierung 5 vorgesehen, die als Außenverzahnung
des Drehstabs 3a ausgebildet, in eine entsprechende innere
Profilierung einer Längsbohrung 6 einer
Nabe 7 des Schwenkhebels 2 eingreift. An dem freien
Ende des Schwenkhebels 2 ist eine über ein Wälzlager 8 drehbar
angeordnete Laufscheibe 9 angeordnet, die sich im eingebauten
Zustand kraftschlüssig
an einem Zugmittel 10 abstützt. Der Schwenkhebel 2 ist
drehbar in einem Gehäuse 11 angeordnet
und gelagert.
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Dazu
ist die Nabe 7 mit einer konischen Mantelfläche 12 versehen,
die einer konischen Aufnahme des Gehäuses 11 zugeordnet
ist, wobei zwischen der Mantelfläche 12 und
der Aufnahme 13 eine Lagerbuchse 14 vorgesehen
ist. Zur Erzielung einer Relativbewegung zwischen der Lagerbuchse 14 und
dem Gehäuse 11,
bei Stellbewegungen des Schwenkhebels 2 gegenüber dem
ortsfest angeordneten Gehäuse 11,
ist die Lagerbuchse 14 formschlüssig mit der Nabe 7 verbunden.
Dazu greift eine radial nach innen gerichtete Nase 15 der
Lagerbuchse 14 in eine entsprechend ausgebildete Ausnehmung 16 der
Nabe 7. Die als Reibkonus ausgelegte Lagerbuchse 14 bildet
mit den in einer Wirkverbindung stehenden Bauteilen, der Nabe 7 und
dem Gehäuse 11 eine
Dämpfungseinheit 24a.
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Diese
Dämpfungseinheit 24a hat
die Aufgabe, die Stellbewegungen des Schwenkhebels 2 zu dämpfen, d.h.
unkontrollierte Stellbewegungen zu vermeiden. Dazu werden die Bauteile,
das Gehäuse 11 und
die Nabe 7 des Schwenkhebels 2 mittels einer Druckfeder 17 gegeneinander
verpresst. Die als Schraubenfeder gestaltete Druckfeder 17 stützt sich mit
einem Federende stirnseitig an dem Gehäuse 11 ab und mit
dem weiteren Federende an einer Anschlaghülse 18, welche an
einem aufgeweiteten Ansatz 19 des Drehstabs 3a axial
abgestützt
ist. Das freie Ende des Drehstabs 3a ist im eingebauten
Zustand formschlüssig über eine
Profilierung 20 mit einem in 2 abgebildeten
Maschinenteil 21 verbunden. In der Einbaulage des Spannsystems 1a ist
das Gehäuse 11 mittels
einer durch eine Bohrung 23 eines Befestigungsflansches 22 geführten Verschraubung
an dem Maschinenteil 21 lösbar befestigt.
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Das
in 2 abgebildete Spannsystem 1b ist
in der Einbaulage dargestellt. Das Spannsystem 1b unterscheidet
sich von dem in 1 abgebildeten Spannsystem 1a durch
einen unterschiedlichen Aufbau der Dämpfungseinheit 24b und
einem abweichenden Drehstab 3b. Alle übrigen Bauteile stimmen mit dem
Spannsystem 1a überein,
die in der Beschreibung der 1 erläutert sind.
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Die
Dämpfungseinheit 24b umfasst
eine axiale Reibscheibe 25, die zwischen einer Abstützfläche 26 des
Schwenkhebels 2 und einer korrespondierenden axialen Anlagefläche der
Nabe 7 eingesetzt ist. Der Schwenkhebel 2 ist
mittels eines Gleitlagers 28 drehbar in dem Gehäuse 11 eingesetzt.
Dazu bildet die Nabe 7 einen zylindrischen Ansatz 29,
der in eine zum Ansatz 29 radial beabstandeten Aufnahmebohrung 30 eingesetzt
ist, wobei das Gleitlager 28 den Ringspalt zwischen dem
Ansatz 29 und der Bohrung 30 ausfüllt. Der
Drehstab 3b weist an dem zum Maschinenteil 21 gerichteten
Ende zunächst
eine radial nach außen
gerichtete Sicke 31 auf, an dem die Anschlaghülse 18 für die Druckfeder 17 axial
abgestützt ist.
Unmittelbar an die Sicke 31 schließt sich ein radial gestufter
Abschnitt 32 an, der formschlüssig zur Schaffung einer Verdrehsicherung
in eine entsprechend profilierte Aufnahme 33 des Maschinenteils 21 eingepasst
ist. Beispielsweise bietet sich an, den Abschnitt 32 als
Mehrkantprofil oder als Vielkeilwellenabschnitt auszubilden, der
in ein entsprechendes korrespondierendes Profil der Aufnahme 33 formschlüssig eingreift.
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Als
Toleranzausgleich ist der Abschnitt 32 des Drehstabes 3b von
einem Ausgleichselement 34 umschlossen, wodurch sich im
eingebauten Zustand gleichzeitig ein spielfreier Einbau des Drehstabes 3b im
Maschinenteil 21 einstellt. Der radial gestufte Abschnitt 32 ermöglicht außerdem eine
kleindimensionierte Aufnahme 33 und nimmt weiterhin Einfluss
auf die Federsteifigkeit des Drehstabes 3b. Diese Maßnahme gewährleistet
eine gewollte lagebegrenzte Torsion des Drehstabes 3b.
Wie der 2 zu entnehmen
ist, ermöglicht
das Spannsystem 1b eine Einbaulage, in der das Gehäuse 11 mittels
eines zylindrischen Führungsansatzes 35 in
eine Stufenbohrung 36 des Maschinenteils 21 zentriert
eingesetzt ist. Gleichzeitig ist die Druckfeder 17 in Verbindung mit
der Anschlaghülse 18 sowie
das freie Ende des Drehstabes 3b im Maschinenteil 21 angeordnet,
wodurch sich der erforderliche axiale Bauraum des Spannsystems 1b reduziert
und sich insgesamt ein für
die Funktion des Spannsystems 1b günstige geschützte Einbausituation
einstellt.
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Die 3 zeigt das Spannsystem 1a in
einer Perspektive. Diese Darstellung verdeutlicht beispielsweise
die Gestaltung der Profilierung 20 des Drehstabs 3a sowie
die Ausbildung des Befestigungsflansches 22, der einstückig mit
dem Gehäuse 11 verbunden
ist. Die Verstiftung 37 hat die Aufgabe, eine Montageposition
des Schwenkhebels 2 gegenüber dem Gehäuse 11 zu sichern.
Dazu wird mittels eines separaten Werkzeugs, das formschlüssig in
eine Werkzeugaufnahme 38 des Schwenkhebels 2 eingreift,
eine Relativverdrehung dieser Bauteile erreicht, wobei der Drehstab 3a verspannt
ist. Die in 3 abgebildete
Montageposition wird mittels eines separaten Sicherungsstiftes 39 gesichert,
der in eine Bohrung 40 des Befestigungsflansches 22 eingeführt, formschlüssig in
eine Aussparung 41 des Schwenkhebels 2 eingreift.
Nach erfolgter Montage des Zugmittels 10 wird der Sicherungsstift 39 entfernt,
wobei anschließend
der Schwenkhebel 2 selbsttätig, bedingt durch die Vorspannkraft
des Drehstabes 3a, in die Betriebsstellung verschwenkt und
dabei eine Vorspannkraft auf das Zugmittel 10 ausübt.
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- 1a
- Spannsystem
- 1b
- Spannsystem
- 2
- Schwenkhebel
- 3a
- Drehstab
- 3b
- Drehstab
- 4
- Drehachse
- 5
- Profilierung
- 6
- Längsbohrung
- 7
- Nabe
- 8
- Wälzlager
- 9
- Laufscheibe
- 10
- Zugmittel
- 11
- Gehäuse
- 12
- Mantelfläche
- 13
- Aufnahme
- 14
- Lagerbuchse
- 15
- Nase
- 16
- Ausnehmung
- 17
- Druckfeder
- 18
- Anschlaghülse
- 19
- Ansatz
- 20
- Profilierung
- 21
- Maschinenteil
- 22
- Befestigungsflansch
- 23
- Bohrung
- 24a
- Dämpfungseinheit
- 24b
- Dämpfungseinheit
- 25
- Reibscheibe
- 26
- Abstützfläche
- 27
- Anlagefläche
- 28
- Gleitlager
- 29
- Ansatz
- 30
- Bohrung
- 31
- Sicke
- 32
- Abschnitt
- 33
- Aufnahme
- 34
- Ausgleichselement
- 35
- Führungsansatz
- 36
- Stufenbohrung
- 37
- Verstiftung
- 38
- Werkzeugaufnahme
- 39
- Sicherungsstift
- 40
- Bohrung
- 41
- Aussparung