DE68901767T2

DE68901767T2 - Riemenspannvorrichtung mit zwei rollen, abgestuetzt auf einer elastischen torsionsbuchse.

Info

Publication number: DE68901767T2
Application number: DE8989403479T
Authority: DE
Inventors: Roger Trinquard
Original assignee: Pneumatiques Caoutchouc Manufacture et Plastiques Kleber Colombes SA
Current assignee: Pneumatiques Caoutchouc Manufacture et Plastiques Kleber Colombes SA
Priority date: 1988-12-16
Filing date: 1989-12-14
Publication date: 1993-01-14
Anticipated expiration: 2009-12-15
Also published as: GR3004919T3; DE68901767D1; ES2016235A4; FR2640714A1; EP0375516A1; DE375516T1; ES2016235T3; JPH02225849A; EP0375516B1; BR8906076A; GR900300118T1; US4981116A; FR2640714B1; ATE77133T1; MX171241B; KR900010267A

Description

Die Erfindung entstammt dem Bereich der durch mechanischen Kraftschluß bewirkten Kraftübertragungen mittels flexibler Riemen wie bei Kraftfahrzeugmotoren verwendete Keilriemen, Flachriemen und sogenannten mehrsträngige Riemen. Sie betrifft die Spannrollen, die auf diese Riemen mittels eines durch ein elastisches Rückführdrehmoment betätigten Hebelarmes eine permanente Spannung ausüben.
Die bekannten Spannvorrichtungen üben eine elastische Kraft mittels einer losen Rolle aus, die vom Ende eines Schwenkarms getragen wird, welcher der Wirkung eines durch eine Feder gewährleisteten elastischen Drehmoments unterliegt. Die Rolle bewegt sich meist auf der glatten Rückseite des Riemens, ohne daß auf demselben ein mechanischer Kraftschluß erforderlich wäre, und der Hebelarm dreht sich auf einem Zapfen, der die elastische Spannvorrichtung trägt und damit eine im folgenden als "Spannrolle" bezeichnete Einheit bildet.
Einige Beispiele für diesen Vorrichtungstyp sind in den Patenten DE 3.528.442 der Firma Daimler-Benz, FR 2.509.408 von Litens Automotive und US 4.472.162 von Dyneer Corporation beschrieben. Bei den beiden letzteren wird ein Spannungsmoment durch eine schraubenförmige Torsionsfeder ausgeübt und durch die Reibung von Gummiringen gedämpft; beim ersten wird das elastische Drehmoment durch einen Gummiring ausgeübt, und die Schwingungen werden von einer durch Sensoren gesteuerten Bremse gedämpft. Solche Vorrichtungen bieten hohe Flexibilität, wodurch es ermöglicht wird, eine konstante Spannung auf dem flexiblen Riemen zu gewährleisten; die Dämpfung seiner Schwingungen unterliegt jedoch verschleißbedingten Unsicherheiten durch Bildung von Abrieb oder "fettbedingtes Rutschen" der für die Reibungsdämpfung verwendeten Elastomermischung. Eine elektromagnetische Dämpfungsvorrichtung kann natürlich nur verwendet werden, wenn eine Sensorenausstattung, die kostspielig ist, sowie entsprechende Software vorhanden sind.
Die Anmelderin hat ein europäisches Patent mit der Nr. 114 779 erhalten, das sich ebenfalls mit einer Vorrichtung dieses Typs beschäftigt, einer Vorrichtung, bei der ein elastischer Ring als Zapfenlager und Torsionsfeder dient, gekennzeichnet durch die geschaffenen Möglichkeiten der Einstellung durch Drehen des fixen Ringes auf einer Hülse mit Einrastung unter Ausnutzung der axialen Flexibilität des elastischen Ringes.
Der Nachteil dieser Vorrichtungen des früheren Stands der Technik besteht in den meisten Fällen in dem zur Gewährleistung eines für das Spannungsmoment ausreichenden Werts erforderlichen längenmäßigen Raumbedarf.
Die vorliegende Erfindung verwendet eine Spannrolle des letzten Typs, bei der der Schwenkarm, der die lose Rolle trägt, sich auf dem elastischen Ring dreht, der ihm das Rückführdrehmoment liefert.
Die durch diese Anordnung ermöglichten geringeren diametralen Abmessungen werden in der Vorrichtung dafür genutzt, konzentrisch zum Lager des Schwenkarms oberhalb der feststehenden Hülse des elastischen Ringes zur neuerlichen Umschlingung des Riemens eine zweite lose Rolle anzubringen.
Die relativen Abmessungen der Scheiben ermöglichen es nun, diese neue Rolle ohne Änderung des Standorts und der Befestigungsart der Zubehörteile auf dem Motor dazu zu verwenden, den beiden sie umrahmenden Zubehörteilen auf ihrer Scheibe einen bedeutend größeren, im Vergleich zum Zusammenbau der Vorrichtungen des früheren Stands der Technik häufig verdoppelten Umschlingungswinkel für den von ihnen betriebenen Riemen zu verleihen.
Im häufigsten Fall wird ein Riemen oder eine andere durch mechanischen Kraftschluß bewirkte elastische Verbindung eingesetzt, der/die auf drei mit im allgemeinen unterschiedlichen Geschwindigkeiten und somit verschiedenen Tangentialkräften laufenden Scheiben, davon eine Antriebsscheibe, die übrigen Abtriebsscheiben, montiert ist.
Die mechanischen Spannvorrichtungen, die den früheren Stand der Technik durch Entfernen des einen Zubehörteils aufgeben, erfordern nun eine elastische Spannung durch einen beweglichen, eine Spannrolle tragenden Arm, was einen steiferen Zusammenbau der Zubehörteile ermöglicht.
Bei der Spannrolle handelt es sich um eine im vorhinein zusammengebaute Einheit, die auf dem Motorgehäuse, fast notwendigerweise innerhalb des Riemens im Bereich zwischen den drei Scheiben, zu befestigen ist. Die lose Rolle befindet sich infolgedessen außerhalb des Riemens am Ende des Spannarms und vergrößert damit den Umschlingungswinkel im Vergleich zu einem um zwei Scheiben laufenden geraden Trum um einige Grade, ohne die von der Position der dritten Scheibe bestimmte Geometrie zu ändern.
Im Gegensatz dazu wird in der beanspruchten Geometrie der vorliegenden Erfindung der für die Befestigung des Lagers einer aus den Anordnungen des früheren Stands der Technik bekannten Spannrolle vorgesehene Platz für die Anbringung einer losen Umlenkrolle genützt, deren Positionierung einzig durch die Technik der Verwendung eines elastischen Torsionsringes möglich ist.
Mit einem um vielleicht zwei Dezimeter längeren und somit etwa 25 bis 30 Gramm schwereren Riemen verleiht diese zusätzliche Umlenkung den beiden umrahmenden Scheiben einen Umschlingungswinkel, der praktisch immer größer als 180º ist, während es oft schwierig war, 60º zu überschreiten und praktisch unmöglich, bei einem der Zubehörteile 85º zu überschreiten.
Aus dieser einfachen Tatsache ergibt sich, daß die für das Durchlaufen bei einer gegebenen Kraft erforderliche Spannung in einem sehr wesentlichen Verhältnis verringert wird, wobei alle Trume der Bahn kurz bleiben, dies die Schwingungsverhältnisse nicht beeinträchtigt und eine möglichst konstante Spannung durch den Spannarm wesentlich leichter zu gewährleisten ist.
Insbesondere die Stärke des elastischen Drehmoments, die in den Vorrichtungen des früheren Stands der Technik eine große Länge des Ringes aus Elastomermischung erforderte, räumt dank der Verringerung dieser Länge einen der Hauptvorwürfe, die gegen diese Technik erhoben werden können, den des Platzbedarfs, aus. Die Dämpfung einer schwächeren elastischen Kraft wird einfacher.
Auch die neue Einheit, bestehend aus der Spannrolle und ihrem eine zweite Rolle tragenden elastischen Lager, kann außerhalb der Montagekette hergestellt und dank einer die Drehung des Zapfens verhindernden Stellschraube, die nach der Positionierung der Stützplatte auf dem Motorgehäuse nur herausgenommen werden braucht, sogar auf den vom Hersteller empfohlenen Wert voreingestellt werden.
Die Erfindung besteht somit in einer elastischen Spannvorrichtung zur durch mechanischen Kraftschluß bewirkten Kraftübertragung mittels eines flexiblen Riemens, mit einer mindestens zwei Abtriebsscheiben mit parallelen Achsen antreibenden Antriebsscheibe, einer Spannrolle, die sich lose um die Achse eines Hebels dreht, welcher einen gegenüber den Achsen der Abtriebsscheiben feststehenden Lagerzapfen aufweist, sowie einem ein elastisches Drehmoment erzeugenden elastischen Ring, der mit seiner Außen- und Innenfläche einerseits an dem Lagerzapfen und andererseits an einem Befestigungselement, wie aus dem Dokument EP-A-114779 bekannt, festgelegt ist.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerzapfen unter Zwischenschaltung des elastischen Ringes als Lager für eine Umlenkrolle dient, welche es dem flexiblen Übertragungsriemen ermöglicht, jede der besagten Abtriebsscheiben mit einem Winkel von mehr als 180º zu umschlingen, wodurch bei gleichen Kraftübertragungsbedürfnissen wesentlich schwächere Spannungen möglich sind.
Die Erfindung wird mit dem Lesen der die Zeichnungen begleitenden Beschreibung besser verständlich:
Figur 1 zeigt durch eine Vorderansicht des Motors die Anordnung der verschiedenen Scheiben und Umlenkrollen auf einer durch einen Riemen bewirkten Kraftübertragung.
Figur 2 ist ein Schnitt der Spannrolle durch die dem elastischen Ring und der zweiten Umlenkrolle gemeinsame Achse.
Figur 3 vervollständigt durch ihre beiden Varianten die Figur 2, um die Positionierung einer den empfohlenen Wert des Spannungsmoments gewährleistenden Stellschraube darzulegen.
Figur 1 ist eine (leicht perspektivische) Vorderansicht eines Kraftfahrzeugmotors. Querliegend verläuft die den Riemen enthaltende Ebene selbstverständlich parallel zur Fahrzeugachse. Eine auf der Achse der Kurbelwelle befindliche Antriebsscheibe 1 treibt durch den Riemen 2, der hier als mehrsträngiger Riemen ausgeführt ist, zwei Zubehörteile an, insbesondere eine hydraulische Regelpumpe auf der Achse der Abtriebsscheibe 3 und einen im allgemeinen mit höheren Geschwindigkeiten von einer Scheibe mit kleinem Durchmesser 4 angetrieben Wechselstromgenerator.
Eine Spannrolle 5, die sich lose um eine von Hebel 6 getragene Achse dreht, übt die Spannungskraft auf das Trum, hier das Leertrum für den Riemen 2, aus, was den Umschlingungswinkel im Vergleich zu einem von der Antriebsscheibe 1 zur Abtriebsscheibe 3 laufenden geraden Trum lediglich um wenige Grade vergrößert.
Das Spannungsmoment wird durch einen nicht sichtbaren elastischen Ring ausgeübt, welcher sich mit dem Zapfen 7, der auch eine Umlenkrolle 8 trägt, dreht.
Der Riemen 2 läuft um diese Umlenkrolle ebenso wie um die Spannrolle 5 mit seiner glatten Rückseite, wobei deutlich zu sehen ist, daß die Trume 9 und 10 der so gebildeten Schleife es dem Riemen ermöglichen, sowohl die Abtriebsscheibe 3 als auch die Scheibe mit kleinem Durchmesser 4 mit einem Winkel von mehr als 180º zu umschlingen.
Die besagte Scheibe mit kleinem Durchmesser 4 treibt bei Drehzahlen von oft mehr als 9000 Umdrehungen/Minute meist einen Wechselstromgenerator an, und ihr mechanischer Kraftschluß stellt aufgrund der bei Änderungen der hohen Drehzahl bedeutenden Rotationsträgheit die kritische Grenze für diese Form der Kraftübertragung dar. Bei dem bis dato üblichen Zusammenbau dieser Zubehörteile unter Verwendung der Vorrichtungen des früheren Stands der Technik entsteht manchmal ein Umschlingungswinkel von weniger als 60º, der die für den Riemen erforderliche Mindestspannung bestimmt.
Ganz im Gegensatz dazu erlaubt bei der vorliegenden Erfindung der Umschlingungswinkel, der dadurch ermöglicht wird, daß das Trum 9 um die Umlenkrolle 8 mit fester Achse auf dem Motorgehäuse läuft, selbst dann, wenn er sich 180º nähert, im Vergleich zu der Anordnung, bei der ein gerades Trum die Abtriebsscheibe 3 direkt mit der Scheibe mit kleinem Durchmesser 4 verbindet, eine etwa um einen Faktor drei verringerte Mindestspannung.
Der Umschlingungswinkel auf der Antriebsscheibe 1 im Bereich von 170º bis 175º mit einem im allgemeinen größeren Aktionsradius als jener der Abtriebsscheiben ist es, der kritisch wird und die berechnete erforderliche Mindestspannung bestimmt. Daraus ergibt sich das elastische Moment der Stützung der Spannrolle 5 auf der Rückseite des Riemens, welches beispielsweise im Vergleich zu den für die Vorrichtungen des früheren Stands der Technik erforderlichen Werte im Verhältnis zwei zu eins verringert werden kann, was die Lebensdauer der Kraftübertragung erhöht und den Schwankungsbereich der Spannung in Extremsituationen verringert.
In Versuchen wurde beobachtet, daß die durch den vorgespannten Torsionsring aus Elastomermischung herbeigeführte Dämpfung der Vibrationsschwingungen in diesem Fall zufriedenstellend war.
Figur 2 ist ein Schnitt der Spannrolle 5 sowie der Umlenkrolle 8 und des elastischen Ringes 12 entlang der Symmetrieebene von Hebel 6.
Die Verdrehung des als Stahlblech dargestellten und beispielsweise durch Verschweißen mit dem Zapfen 7 festgelegten Hebels 6 erfolgt durch elastische Verformung der Elastomermischung des besagten elastischen Ringes 12, der durch Rückwirkung auf die Befestigungsplatte 11 ein Rückführdrehmoment ausübt.
Die Achse der Spannrolle 5 ist ebenso durch Verschweißen auf dem Hebel 6 festgelegt und trägt den (oder die) aufgezogenen Innenring(e) des Wälzlagers 13.
In der dargestellten Ausführungsform ist auch die Spannrolle 5 aufgezogen, und zwar auf zwei Kugellagern 13, um der Einheit höhere Steifigkeit gegenüber von außen angeregten Schwingungen zu verleihen; diese Funktion könnte jedoch auch von nur einem Kugel-, Nadel- oder Rollenlager gewährleistet werden.
Der elastische Ring 12 ist in einer Ausführung mit zwei an den Innenarmierungen 14, 15 und 16 fixierten konzentrischen Ringen aus Elastomermischung dargestellt. Durch radiale Vorspannung der Elastomermischung wird nämlich eine wesentlich bessere Widerstandsfähigkeit gegen Werkstoffermüdung erzielt. Diese Vorspannung wird durch Querschnittsverminderung des Außenringes 15 oder Einwalzen des Innenringes 14 erreicht oder, wie in der dargestellten Ausführungsform, durch beide Techniken, wobei der Zwischenring 16 einen unveränderten Durchmesser behält und es durch die so verwirklichte Armierung der Elastomermischung ermöglicht, eine bedeutend höhere Radialsteifigkeit zu gewährleisten. Unter der besagten Vorspannung kann die Steifigkeit gegen elastische Verdrehung gesenkt werden, was größere Wege ermöglicht, während die Dämpfung mit einer merkbaren Hysterese erhöht werden kann.
Der Innenarmierungsring 14 überträgt das elastische Drehmoment, da er auf den Zapfen 7 aufgezogen ist, der mit dem Arm ein Stück bildet und zu diesem Zweck eventuell gerippt oder gerieft sein kann. Auch eine Rastung am Ende, die auf einem Vorsprung auf dem Arm 6 ruht, könnte diese Rolle übernehmen.
Auf die gleiche Weise wird der Außenarmierungsring 15 durch Einpassen in ein Rohr 18 festgelegt, das durch Schweißverbindung oder Tiefung einen Teil der Befestigungsplatte 11 bildet, welche durch Schraubverbindung bei der Montage auf dem Motor die Positionierung der Einheit gewährleistet. Der Außenarmierungsring 15 wird ebenso wie die Spannrolle 5 im Wälzlager 17, das die Umlenkrolle 8 trägt, auf demselben Durchmesser wie das Rohr 18 eingepaßt.
Hier sind zwei Kugellager 17 dargestellt, die zur Gewährleistung einer höheren Steifigkeit gegenüber Schwingungen dienen; unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die permanente Spannung, die auf den Riemen 2 wirkt, im Vergleich zu den Vorrichtungen des früheren Stands der Technik deutlich verringerte Rückwirkungen auf die Rollen verursacht, kann jedoch ein einreihiges Lager mit doppeltem Gehäuse oder ein Schrägkugellager dieselbe Funktion übernehmen. Die Ringe, die die Außenfläche der Spannrolle 5 und der Umlenkrolle 8 bilden, können wie dargestellt aus Stahl oder Aluminium bestehen; auch Kunststoff kann verwendet werden, oder das Außengehäuse eines serienmäßigen Lagers übernimmt diese Funktion, die nur darin besteht, auf der glatten Rückseite des Riemens 2 zu rollen.
Figur 3 ist eine Ergänzung zu Figur 2 und zeigt die Position einer Stellschraube 19, 19', die es dem Hersteller ermöglicht, die von ihm für den Betrieb des Riemens empfohlene Spannung zu regeln. Der Motorerzeuger positioniert beim Einbau der Einheit die Befestigungsplatte 11 mit Schrauben und länglichen Aussparungen auf dem Motorgehäuse und legt dabei den Riemen auf die verschiedenen Scheiben auf.
Danach wird durch das Entfernen der Schraube 19, 19' das Spannungsmoment freigegeben, das auf dem vom Hersteller der Einheit empfohlenen Wert bleibt.
In der Ansicht 3a kann die Stellschraube 19 eine Gewindeklemmschraube im Hebelarm 6 sein, die ihre Drehung in bezug auf die Außenarmierung 15 des elastischen Ringes durch ihre axiale Elastizität blockiert. Für geringere quergerichtete Kräfte kann die Stellschraube 19' wie in Ansicht 3b dargestellt positioniert werden. In dieser Anordnung schließt sie bei der Lieferung den Riemen 2 ein, der somit nicht mehr abmontierbar ist. Dies kann ein Mittel sein, die Spannrolleneinheit mit der Lieferung des Riemens vom selben Ausstatter zu koppeln, der so die Spannung beim Zusammenbau empfehlen kann, eine Garantie für gutes Funktionieren und zufriedenstellende Lebensdauer. Dafür kann ein Verfahren der Wiederherstellung der empfohlenen Spannung entwickelt werden, das nunmehr auch nicht mehr von Verschleiß und Längenänderung abhängig ist.
Zusammenfassend bringt die Erfindung eine Verbesserung der Anwendungsbedingungen von durch mechanischen Kraftschluß bewirkten Kraftübertragungen mittels eines flexiblen Riemens, und zwar einerseits durch Verringerung der Spannung bis auf das für den Riemen erforderliche Mindestmaß, andererseits durch die Ermöglichung einer besseren Steuerung des Werts dieser Spannung beim Zusammenbau oder bei der Wartung.
Sie ermöglicht auch dem Motorerzeuger größere Freiheit beim Zusammenbau der Zubehörteile, besonders aber eine wesentlich höhere Steifigkeit gegenüber von außen angeregten Schwingungen, da der einzige abnehmbare Teil der Hebel der Spannrolle ist, der durch seinen elastischen Ring gegen tonfrequente Übertragungen isoliert ist.
Der Fachmann kann insbesondere mehr als zwei Rollen verwenden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Elastische Spannvorrichtung zur durch mechanischen Kraftschluß bewirkten Kraftübertragung mittels eines flexiblen Riemens (2), mit einer mindestens zwei Abtriebsscheiben (3, 4) mit Parallelen Achsen antreibenden Antriebsscheibe (1), einer Spannrolle (5), die sich lose um die Achse eines Hebels (6) dreht, welcher einen gegenüber den Achsen der Abtriebsscheiben feststehenden Lagerzapfen (7) aufweist, sowie einem ein elastisches Drehmoment erzeugenden elastischen Ring (12), der mit seiner Außen und Innenfläche einerseits an dem Lagerzapfen (7) und andererseits an einem Befestigungselement (11) festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe Lagerzapfen (7) unter Zwischenshcaltung des besagten elastischen Rings (12) als Lager für eine Umlenkrolle (8) dient, welche es dem flexiblen Riemen (2) ermöglicht, jede der besagten Abtriebsscheiben (3) und (4) mit einem Winkel von mehr als 180º zu umschlingen, wodurch bei gleichen Kraftübertragungsbedürfnissen wesentich schwächere Spannungen möglich sind.

2. Elastische Spannungsvorrichtung zur durch mechanischen Kraftschluß bewirkten Kraftübertragung mittels eines flexiblen Riemens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Voreinstellung im Werk durch Blockieren des elastischen Drehmoments des Tragarmes der Spannrolle (5) mittels einer Schraube (19) , (19') ausgeführt ist, die nach dem Zusammenbau der Kraftübertragung freigegeben wird.