DE10013921A1 - Torsionsdämpfer für eine Spannvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung (1) für Zugmittel, wie Riemen und Ketten, versehen mit einem Gehäuse (2) und einem Spannarm (6), zwischen denen eine Torsionsfeder (8) eingesetzt ist. Der Spannarm (6) stützt sich über einen spannarmfesten Ringflansch (9) an dem Gehäuse (2) ab, wobei zur Dämpfung ein Torsionsdämpfer (10a) in dem Ringflansch (9) angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für Zugmittel, wie Riemen und Ketten, die ein ortsfest angeordnetes Gehäuse aufweist sowie einen über ein Drehlager gegenüber dem Gehäuse schwenkbaren Spannarm. Der Spannarm verfügt über ein Spannmittel, vorzugsweise eine Spannrolle, die mittels einer Torsionsfeder an dem Zugmittel angefedert ist. Die von der Tor­ sionsfeder ausgehende Axialkraft beaufschlagt ein Reibelement, welches zwi­ schen dem Gehäuse und einem drehstarr mit dem Spannarm verbundenen Ringflansch angeordnet ist. Das Reibelement dient zur Dämpfung von Stellbe­ wegungen des Spannarms, was sich vorteilhaft auf die Lebensdauer des Zug­ mittels auswirkt.

Hintergrund der Erfindung

Eine Spannvorrichtung der zuvor beschriebenen Bauart ist beispielsweise durch die DE 41 24 636 A1 bekannt. Eine solche Spannvorrichtung findet vor­ zugsweise Anwendung in einem Riementrieb zum Antrieb verschiedener Ag­ gregate einer Brennkraftmaschine, wie Generator, Wasserpumpe, Kompressor oder Lenkhilfspumpe. Das Zugmittel eines derartigen Aggregateantriebs ist den Wechselbelastungen der Brennkraftmaschine unterworfen aufgrund des Un­ gleichförmigkeitsgrades der Brennkraftmaschine sowie den wechselnden Be­ anspruchungen aufgrund unterschiedlicher Aggregatauslastungen. Für den Zugmitteltrieb können dabei Belastungszustände eintreten, bei denen die Spannung im Zugmittel impulsartig ansteigt, verbunden mit Spannungsspitzen im Zugmittel, die die zulässigen Grenzspannungen übersteigen. Die Wechsel­ beanspruchungen des Zugmittels führen zu großen Ausschlägen des Span­ narms, dem zur Dämpfung dieser Stellbewegung ein Reibelement zugeordnet ist. Bei einem entsprechend hohen Drehmoment wird die zwischen dem Rei­ belement und ihren Reibpartnern herrschende Haftreibung überschritten. Die Stellbewegung des Spannarms und der damit verbundenen Verlagerung zu­ mindest eines Reibpartners an dem Reibelement, ist begleitet von einer Ge­ räuschbildung, die zu einem hörbaren, komforteinschränkenden Quietschen führen kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Spannvorrichtung ausgehend von dem gattungsbildenden Stand der Technik derart weiterzubil­ den, dass unabhängig vom Anstieg der Zugmittelspannung die erfindungsge­ mäße Spannvorrichtung eine wirksame, geräuschoptimierte Dämpfung sicher­ stellt.

Erfindungsgemäß wird diese Problemstellung der vorliegenden Erfindung durch einen Torsionsdämpfer gelöst, der unmittelbar oder mittelbar dem Rei­ belement zur Entkoppelung zugeordnet ist. Der Torsionsdämpfer unterbindet nachhaltig eine Geräuschbildung bzw. eine Geräuschausbreitung, die bei me­ chanisch gedämpften Spannvorrichtungen auftreten kann. Die Wirkung ist da­ bei unabhängig von der Frequenz und der Amplitude der Stellbewegung des Spannarms, was sich folglich auf die Qualität der Spannvorrichtung hinsichtlich des Komforts auswirkt. Der erfindungsgemäße Torsionsdämpfer unterbindet prinzipiell die Entstehung von Schwingungen und deren Ausbreitung, die durch die Existenz des sogenannten Stick-Slip-Effektes in Umfangsrichtung auf den Oberflächen der Reibpartner, d. h. zwischen dem Reibelement und dem Ge­ häuse und/oder dem Ringflansch auftreten. Durch die Erfindung werden die Torsionsschwingungen entlang ihrer Entstehungsrichtung bzw. Ausbreitungs­ richtung gedämpft was sich positiv auf die Geräuschentwicklung auswirkt. Der Torsionsdämpfer verhindert wirkungsvoll ein Aufschwingen des Stick-Slip- Effektes zwischen den Reibpartnern. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, den Torsionsdämpfer so anzuordnen, dass zumindest ein Reibpartner wirkungsvoll entkoppelt ist. Dabei ist es unabhängig, ob der Torsionsdämpfer zwischen dem spannarmfesten Ringflansch und dem Reibelement oder zwischen dem Ge­ häuse und dem Reibelement angeordnet ist. Die Erfindung schließt weiterhin eine Anordnung des Torsionsdämpfers in einem dem Reibelement zugeordne­ ten Reibpartner ein, der beispielsweise versetzt zu einem Abstützbereich eines Reibpartners angeordnet ist. Die wirksame Entkoppelung wird erfindungsge­ mäß durch einen als elastische Zwischenlage ausgelegten Torsionsdämpfer realisiert, wobei der Torsionsdämpfer unterschiedlich geometrisch gestaltet werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der An­ sprüche 2 bis 13.

Eine zweckmäßige, erfindungsgemäße Weiterbildung sieht vor, den spannarmfesten Ringflansch zweiteilig zu gestalten, wobei der Torsionsdämp­ fer in einer Trennfuge angeordnet ist. Dazu bietet es sich an, den Torsions­ dämpfer konzentrisch zu einer Drehachse des Spannarms anzuordnen.

Eine weitere erfindungsgemäße Maßnahme sieht vor, den spannarmfesten Ringflansch außenseitig mehrschalig zu gestalten, wobei der als eine kreis­ ringförmige Scheibe gestaltete Torsionsdämpfer zwischen zwei Bauteilen des Ringflansches angeordnet ist. Dazu eignet sich beispielsweise ein scheibenar­ tig gestalteter Ringflansch, der außenseitig mit einer axial vorgelagerten Druckscheibe versehen ist, wobei der ebenfalls scheibenartig geformte Tor­ sionsdämpfer zwischen der Druckscheibe und dem Ringflansch angeordnet ist.

Eine weitere erfindungsgemäße Spannvorrichtung sieht einen spannarmfesten Ringflansch vor, der in einem äußeren, zu dem Gehäuse ausgerichteten Be­ reich eine Stufe bildet. Diese Stufe dient zur Aufnahme des scheibenartig ge­ stalteten, konzentrisch zur Längsachse des Spannarms angeordneten Tor­ sionsdämpfers, dem gehäuseseitig eine separate Druckscheibe axial vorgela­ gert ist. Durch eine entsprechende Anordnung bzw. Gestaltung des Torsions­ dämpfers, vorzugsweise mit einem inneren radial vorstehenden Bord, auf dem die Druckscheibe radial geführt ist, wird ein unmittelbarer Kontakt zwischen der Druckscheibe und dem Ringflansch unterbunden und damit eine wirksame Ent­ koppelung realisiert. Dieser auch als Sandwich-Bauweise zu bezeichnende Aufbau ist so konzipiert, dass die Wandstärken der Druckscheibe, des Tor­ sionsdämpfers sowie des gestuften Abschnitt des Ringflansches weitestgehend übereinstimmt mit der Wandstärke des übrigen Ringflanschbereichs. Damit ist die Anordnung des erfindungsgemäßen Torsionsdämpfers innerhalb vorgege­ bener Einbaumaße realisierbar. Die Montage vereinfachend ist vorgesehen, dass der Ringflansch in Verbindung des Torsionsdämpfers und der axial vor­ gelagerten Druckscheibe eine Einheit bilden, beispielsweise durch eine Ver­ klebung aller Bauteile.

Als Maßnahme zur Vereinfachung der Montage und Erzielung eines verringer­ ten Bauteileumfangs schließt die Erfindung weiterhin eine Spannvorrichtung ein, bei der der spannarmfeste Ringflansch eine Einheit bildet zusammen mit dem Reibelement und dem Torsionsdämpfer.

Bedarfsabhängig ist gemäß der Erfindung weiterhin eine Spannvorrichtung vorgesehen mit einem Torsionsdämpfer, der als ein Losteil eingesetzt ist. Zur Erzielung einer definierten Einbaulage eignen sich beispielsweise an dem Ringflansch vorgesehene Ansätze oder ein umlaufender bzw. sektionsweise angeordneter Kragen, der die Einbaulage des Torsionsdämpfers radial fest­ legt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung bezieht sich auf einen Torsions­ dämpfer, welcher getrennt vom Ringflansch, zwischen dem Gehäuse und dem Reibelement angeordnet ist. Diese Einbaulage des Torsionsdämpfers sichert eine Entkopplung gegenüber dem Gehäuse, wodurch eine Körperschallüber­ tragung auf das Gehäuse unterbunden ist.

Als Maßnahme, die Dämpfung weiter zu verbessern, ist vorgesehen, die Spannvorrichtung mit zwei Torsionsdämpfern zu versehen. Ein erster Tor­ sionsdämpfer ist danach dem spannarmfesten Ringflansch zugeordnet und ein zweiter Torsionsdämpfer zwischen dem Reibelement und dem Gehäuse vorge­ sehen. Dieser Aufbau bzw. diese Anordnung der Torsionsdämpfer gewährlei­ stet eine vollständige Entkopplung, und damit eine Weiterleitung der von den Reibpartnern ausgehenden Geräuschentwicklung.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, eine gezielte Werk­ stoffabstimmung zwischen dem Torsionsdämpfer und dem Reibelement bzw. zwischen dem Torsionsdämpfer und diesem benachbarten Bauteilen vorzu­ nehmen. Danach ist vorgesehen, diese Bauteile aus Werkstoffen herzustellen, deren E-Module sich deutlich unterscheiden. Diese unterschiedlichen Werk­ stoffeigenschaften ermöglichen einen gewünschten hohen Impedanzsprung zwischen dem Torsionsdämpfer und dem Reibelement bzw. Bauteilen, die dem Torsionsdämpfer benachbart sind, was sich vorteilhaft auf das Schallabsorpti­ onsvermögen auswirkt. Zur Erreichung dieses Zieles ist das Reibelement aus einem Werkstoff hergestellt, dessen E-Modul den entsprechenden E-Modul des Torsionsdämpfer deutlich übertrifft. Als ein geeigneter Werkstoff für den Torsionsdämpfer eignet sich beispielsweise ein Elastomer. Ein derartiger, durch Gewebeeinlagen, z. B. Acrylnitril-Butadien-Kautschuk verstärkter Tor­ sionsdämpfer verfügt einerseits über eine ausreichende Festigkeit und ermög­ licht andererseits einen erforderlich hohen Impedanzsprung, zur Erzielung ei­ ner wirksamen, akustischen Entkopplung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung in einem Längs­ schnitt, versehen mit einem Torsionsdämpfer, der in einem spannarmfesten Ringflansch integriert ist;

Fig. 2 eine Spannvorrichtung gemäß Fig. 1, die mit einem scheibenartig gestalteten Torsionsdämpfer versehen ist;

Fig. 3 die Spannvorrichtung gemäß Fig. 1, bei der ein Torsions­ dämpfer zwischen dem Gehäuse und dem Reibelement angeordnet ist;

Fig. 4 eine Spannvorrichtung mit einem ersten in dem spann­ armfesten Ringflansch integrierten Torsionsdämpfer sowie einem zweiten, zwischen dem Gehäuse und dem Reibele­ ment angeordneten Torsionsdämpfer.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1 zeigt eine Spannvorrichtung 1 in einem Längsschnitt, die über ein ortsfest angeordnetes Gehäuse 2 verfügt. In einer zentrischen Aufnahmeboh­ rung 3 des Gehäuses 2 ist ein Lagerbolzen 4 über ein Drehlager 5 drehbar angeordnet. Der Lagerbolzen 4 ist drehstarr mit einem stirnseitig am Gehäuse 2 angeordneten Spannarm 6 verbunden, welcher am freien Ende eine parallel zum Lagerbolzen 4 angeordnete Achse 7 aufweist, zur Aufnahme einer in Fig. 1 nicht abgebildeten Spannrolle. Zur Erzielung einer angefederten Anlage der Spannrolle an einem in Fig. 1 nicht abgebildeten Zugmittel ist eine Torsions­ feder 8 zwischen dem Gehäuse 2 und dem Spannarm 6 eingesetzt, deren Fe­ derenden jeweils lagepositioniert sind. Die Torsionsfeder 8 übt außerdem eine Axialkraft aus zwischen dem Gehäuse 2 und dem Spannarm 6, die dazu führt, dass ein spannarmfester Ringflansch 9 sich an der von dem Spannarm 6 ab­ gewandten Seite des Gehäuses 2 axial abstützt. In einem dem Gehäuse 2 zu­ gewandten äußeren Bereich des Ringflansches 9 ist zwischen dem Gehäuse 2 und dem Ringflansch 9 ein scheibenartig gestaltetes Reibelement 11 angeord­ net.

Ein Wechselbeanspruchungen unterworfener Zugmitteltrieb führt zu Auslen­ kungen bzw. Stellbewegungen des Spannarms 6, die von dem Reibelement gedämpft werden. Insbesondere hochfrequente Stellbewegungen des Spannarms 6 können zu einer nachteiligen Geräuschentwicklung zwischen den Reibpartnern, dem Reibelement 11 und dem Gehäuse 2 bzw. dem Reibelement 11 und dem Ringflansch 9 führen. Zur Vermeidung einer Geräuschübertra­ gung, d. h. einer Körperschallübertragung von der Geräuschquelle auf die be­ nachbarten Bauteile, ist in dem Ringflansch 9 ein Torsionsdämpfer 10a einge­ setzt. Dieser konzentrisch zu einer Längsachse 12 des Lagerbolzens 4 des Spannarms 6 angeordnete Torsionsdämpfer 10a bewirkt eine wirksame Ent­ kopplung, da die Anordnung des Torsionsdämpfers 10a in einer Trennfuge des Spannarms 6 eine Körperschallübertragung von der äußeren Scheibe 13 des Ringflansches 9 auf den radial inneren Bereich des Ringflansches 9 unterbin­ det.

In weiteren Ausführungsbeispielen (Fig. 2 bis Fig. 4) von erfindungsgemä­ ßen Spannvorrichtungen 1 sind die mit dem ersten Ausführungsbeispiel über­ einstimmenden Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels Bezug genommen werden kann.

Die Spannvorrichtung 1 ist gemäß Fig. 2 mit einem scheibenartig gestalteten konzentrisch zum Lagerbolzen 4 eingesetzten Torsionsdämpfer 10b versehen. Dazu bildet der Ringflansch 9 in seinem äußeren Bereich auf der zum Gehäuse 2 gerichteten Seite eine Stufe 14, über die der Torsionsdämpfer 10b innenzen­ triert ist. Dem Torsionsdämpfer 10b ist gehäuseseitig eine Druckscheibe 15 vorgelagert, über die sich der Ringflansch 9 axial an dem Reibelement 11 ab­ stützt. Zur Vermeidung einer Anlage bzw. eines Kontaktes zwischen der Druck­ scheibe 15 und dem Ringflansch 9 bildet der Torsionsdämpfer 10b innenseitig einen axial vorstehenden Bord 16, über den die Druckscheibe 15 zentriert ist.

Der Torsionsdämpfer 10b kann als ein Verbund bzw. eine Einheit mit dem Ringflansch 9 ausgebildet werden. Zur Montagevereinfachung bzw. zur Redu­ zierung des Bauteileumfangs ist es weiterhin möglich, den Ringflansch 9 zu­ sätzlich mit dem Reibelement 11 auszubilden.

Gemäß Fig. 3 ist die Spannvorrichtung 1 mit dem Torsionsdämpfer 10c ver­ sehen, welcher eine Entkoppelung zwischen dem Reibelement 11 und dem Gehäuse 2 sicherstellt. Dazu ist der Torsionsdämpfer 10c ebenfalls scheiben­ artig ausgebildet und vorteilhaft an dem Gehäuse 2 befestigt. Dieser Aufbau bietet weiterhin die Möglichkeit, das Reibelement 11 in Verbindung mit dem Torsionsdämpfer 10c in Form einer Sandwichbauweise am Gehäuse 2 zu befe­ stigen.

In Fig. 4 ist die Spannvorrichtung 1 mit zwei Torsionsdämpfern 10a und 10c versehen, wodurch eine vollständige Entkoppelung der Reibpartner gegenüber den benachbarten Bauteilen sichergestellt ist. Eine Ausbreitung bzw. Weiter­ leitung der von dem Reibelement 11 und der Scheibe 13 ausgehenden Ge­ räuschquelle ist damit unterbrochen, wodurch eine Körperschallübertragung auf die gesamte Oberfläche der Spannvorrichtung 1 unterbunden ist. Diese in Fig. 4 abgebildete Anordnung der Torsionsdämpfer 10a, 10c stellt ein Opti­ mum der Geräuschdämpfung dar.

Eine wirksame Geräuschdämpfung der Stellbewegung des Spannarms 6 wird erzielt, in dem das Reibelement 11 drehstarr am Gehäuse 2 befestigt ist und der Ringflansch 9 bzw. dessen Scheibe 13 eine Drehbewegung zu dem Rei­ belement 11 ausübt. Dazu ist das Reibelement 9 beispielsweise formschlüssig, mittels einer Waffelung an einer entsprechenden Kontaktfläche des Gehäuses 2 befestigt. Alternativ oder zusätzlich bietet sich eine Verklebung oder eine beliebige andere unlösbare Verbindung an, zur Befestigung des Reibelemen­ tes 11. Diese Befestigung kann ebenfalls für den zwischen dem Gehäuse 2 und dem Reibelement 11 eingesetzten Torsionsdämpfer 10c.

Bezugszahlenliste

1

Spannvorrichtung

2

Gehäuse

3

Aufnahmebohrung

4

Lagerbolzen

5

Drehlager

6

Spannarm

7

Achse

8

Torsionsfeder

9

Ringflansch

10

a Torsionsdämpfer

10

b Torsionsdämpfer

10

c Torsionsdämpfer

11

Reibelement

12

Längsachse

13

Scheibe

14

Stufe

15

Druckscheibe

16

Bord

Claims (13)

1. Spannvorrichtung (1) für Zugmittel wie Riemen und Ketten, versehen mit einem ortsfesten Gehäuse (2) und einem ein Spannmittel, vorzugsweise ei­ ne Spannrolle tragenden Spannarm (6), der über ein Drehlager (5) gegen­ über dem Gehäuse (2) schwenkbar und mittels einer, das Drehlager (5) koaxial umschließenden Torsionsfeder (8) über die Spannrolle an dem Zugmittel angefedert ist, wobei eine von der Torsionsfeder (8) ausgehende Axialkraft ein zwischen Reibpartnern, dem Gehäuse (2) und einem dreh­ starr mit dem Spannarm verbundenen Ringflansch (9) eingesetztes Reibe­ lement (11) beaufschlagt, wobei zur mittelbaren oder unmittelbaren Ent­ kopplung des Reibelementes (11) zumindest gegenüber einem Reibpartner, dem spannarmfesten Ringflansch (9) oder dem Gehäuse (2) ein Torsions­ dämpfer (10a, 10b, 10c) angeordnet ist.

2. Spannvorrichtung für Zugmittel nach Anspruch 1, bei dem der Torsions­ dämpfer (10a) in einem zweiteilig gestalteten, spannarmfesten Ringflansch (9) angeordnet ist (Fig. 1).

3. Spannvorrichtung für Zugmittel nach Anspruch 2, wobei der mit dem Ring­ flansch (9) verbundene Torsionsdämpfer (10a) konzentrisch zu einer Längsachse (12) des Spannarms (6) angeordnet ist (Fig. 1).

4. Spannvorrichtung für Zugmittel nach Anspruch 1, wobei der als eine kreis­ ringförmige Scheibe gestaltete Torsionsdämpfer (10b) in dem außenseitig mehrschalig gestalteten, spannarmfesten Ringflansch (9), konzentrisch zu der Längsachse (12) des Spannarms (6) angeordnet ist (Fig. 2).

5. Spannvorrichtung für Zugmittel nach Anspruch 4, wobei der scheiben­ artig gestaltete Torsionsdämpfer (10b) außenseitig zwischen dem Ring­ flansch (9) und einer dem Torsionsdämpfer (10b) axial vorgelagerten Druckscheibe (15) eingesetzt ist (Fig. 2).

6. Spannvorrichtung für Zugmittel nach Anspruch 1, deren Ringflansch (9) in einem zu dem Gehäuse (2) ausgerichteten äußeren Bereich eine Stufe (14) bildet, zur Aufnahme des kreisringförmig, scheibenartig ge­ stalteten Torsionsdämpfers (10b), dem die Druckscheibe (15) axial vor­ gelagert ist, wobei die einzelnen Bauteile, der Torsionsdämpfer (10b) und die Druckscheibe (15) gemeinsam mit dem gestuften Ringflanschbe­ reich, die Wandstärke des übrigen Abschnitts des Ringflansches (9) nicht übertrifft (Fig. 2).

7. Spannvorrichtung für Zugmittel nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, bei dem der Torsionsdämpfer (10b) eine Einheit mit der Scheibe (13) des Ringflansches (9) und der Druckscheibe (15) bildet (Fig. 2).

8. Spannvorrichtung für Zugmittel nach Anspruch 7, wobei der Torsions­ dämpfer (10a, 10b) unlösbar, beispielsweise durch eine Klebung, oder eine Schweißung oder eine Vulkanisierung mit dem Ringflansches (9) und/oder mit der Druckscheibe (15) verbunden ist.

9. Spannvorrichtung für Zugmittel nach Anspruch 1, bei dem der Torsions­ dämpfer (10c) zwischen dem Reibelement (11) und dem Gehäuse (2) angeordnet ist (Fig. 3).

10. Spannvorrichtung für Zugmittel nach Anspruch 1, wobei der Torsions­ dämpfer (10b), radial geführt, als ein Losteil zwischen dem Reibelement (11) und dem Ringflansch (9) oder einem Ringelement eingesetzt ist.

11. Spannvorrichtung für Zugmittel nach Anspruch 9, wobei die zu einer Einheit zusammengefaßten Bauteile, das Reibelement (11) und der Tor­ sionsdämpfer (10c) drehstarr und unlösbar an dem Gehäuse (2) befe­ stigt sind.

12. Spannvorrichtung für Zugmittel nach Anspruch 1, bei der ein erster Tor­ sionsdämpfer (10a) dem spannarmfesten Ringflansch (9) und ein zwei­ ter Torsionsdämpfer (10c) dem Gehäuse (2) zugeordnet sind (Fig. 4).

13. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Torsionsdämpfer (10a, 10b, 10c), dessen werkstoffbedingter E-Modul den E-Modul des Reib­ elementes (9) übertrifft.