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Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum
Spannen eines Riemens eines Riemenantriebssystems, insbesondere
jedoch betrifft die Erfindung einen Dämpfungsmechanismus für eine Federspannvorrichtung,
bei der die Feder die Position eines Schwenkarms, an dem eine Riemenscheibe
angebracht ist, vorspannt. Zwar kann die erfindungsgemäße Spannvorrichtung
in verschiedenen Anwendungsbereichen zum Spannen von Riemen verwendet
werden, aber besonders zweckmäßig ist
sie bei der Regelung der Riemenspannung eines Keilrippenriemens,
wie er zu einem Frontzusatzantrieb gehört, oder eines Synchronriemens,
wie er zu einem Nockenwellenriemenantriebssystem für den Einsatz
im Kraftfahrzeugbereich gehört.
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Mechanische automatische Spannvorrichtungen
sind so ausgestaltet, daß sie
einen bestimmten Federtyp zum Vorspannen einer Position des Schwenkarms
der Spannvorrichtung aufnehmen können.
Es ist bekannt, daß verschiedene
Federtypen verwendet werden, um einer bestimmten Ausgestaltung Rechnung
zu tragen, zu denen Belleville-Federn, Evolutfedern, Druckfedern,
Spannfedern oder Torsionsfedern gehören. Jeder Federtyp bietet
manche Vorteile, bringt jedoch auch einige Konstruktionsbeschränkungen
für eine
Spannvorrichtung mit sich. Die heutzutage in Kraftfahrzeugspannvorrichtungen vielleicht
am häufigsten
verwendete Feder ist eine gewendelte Torsionsfeder. Ein Vorteil
der Verwendung einer Torsionsfeder besteht darin, daß zur Bildung
zweier Paare zum Wickeln der Feder vier Kräfte benötigt werden, wobei mindestens
eine der Kräfte
in vorteilhafter Weise genutzt oder "angezapft" werden kann, um einen Dämpfungsmechanismus
zu betreiben, der die Bewegung des Schwenkarms hemmt.
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Zwar haben Federn mit Spannvorrichtungen vom
Torsionstyp einige Konstruktionsvorteile, wie beispielsweise die
Option der Verwendung einer der Federwickelkräfte zum Erzeugen einer Dämpfung, aber
sie unterliegen auch einigen Einschränkungen. Das Maß der verfügbaren Dämpfung beispielsweise ist
auf eine Funktion eines Radius beschränkt, in dem zum Bewirken einer
Dämpfung
ein Reibflächengleiten
stattfindet. Ferner müssen
Torsionsfederspannvorrichtungen so montiert werden, daß ihr Schwenkarm
geometrisch zu einem angreifenden Riemen angewinkelt ist, so daß eine trigonometrische
Verkürzung
und Verlängerung
des Schwenkarms durch die gewendelte Torsionsfeder eingebrachte
Schwankungen ausgleicht. Ein Beispiel für eine Spannvorrichtung mit
einer Torsionsfeder und einem Dämpfungsmechanismus,
der mit Reibflächengleiten
in einem Radius betreibbar ist, ist in US-Patent Nr. 5 632 697 und
auch in US-Patent Nr. 5 591 094 gezeigt, deren Offenbarung die Grundlage
des Oberbegriffs des sich hieran anfügenden Anspruchs 1 bildet.
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Einige der Nachteile der Verwendung
einer gewendelten Torsionsfeder für eine Spannvorrichtung können mit
einer Spannvorrichtung überwunden werden,
die für
die Verwendung einer Druckfeder ausgelegt ist. Eine Druckfeder kann
betriebsmäßig derart
zwischen ein Basisteil und einen Schwenkarm geschaltet sein, daß sie, gemessen
an einem Schwenkarm, eine im wesentlichen konstante Drehmomentsleistung
erbringt. Ferner kann der Radius oder das Moment, um den bzw. das
das Reibflächengleiten
stattfindet, zum Bewirken eines größeren Dämpfungsprozentsatzes vergrößert werden.
Beispiele für
Spannvorrichtungen mit Druckfedern sind in den US-Patenten Nrs.
5 098 347, 5 045 031 und 5 591 094 offenbart. Zwar lösen diese
Spannvorrichtungen einige der mit Torsionsfedern zusammenhängenden
Probleme, indem sie beispielsweise eine konstante Drehmomentsleistung
und einen größeren Radius
bieten, in dem die Dämpfung
mit Reibflächengleiten
stattfindet, aber sie bringen auch ihre eigenen Nachteile mit ein.
Einer der Nachteile besteht darin, daß bei einer Druckfeder lediglich
zwei Kräfte zum "Anzapfen" zur Verfügung stehen,
während
bei einer Torsionsfeder zum "An zapfen" vier Kräfte verfügbar sind.
Folglich gibt es, bei nur zwei verfügbaren Kräften, keine Kraft einer Druckfeder,
die sich leicht "anzapfen" läßt, um eine
Kraft für
einen Dämpfungsmechanismus
zur Verfügung
zu stellen. Insbesondere besteht das Problem des Definierens einer
Kraft zur Dämpfung,
die zu einer Nabenlast hinzukommt, um eine Gesamtkraft zu bewirken,
die für
einen Dämpfungsmechanismus
zur Verfügung
steht. Mit anderen Worten, die Spannvorrichtungen nach dem Stand
der Technik sind nicht in der Lage, eine Federkraft für einen
Dämpfungsmechanismus
in Verbindung mit einer einzigen Druckfeder zu definieren, die eine
Position eines Schwenkarms vorspannt. Im Stand der Technik wurde
das Federkraftproblem zum Dämpfen
durch das Einbringen einer zusätzlichen zweiten
Feder, wie beispielsweise einer U-förmigen Blattfeder oder einer
zweiten Druckfeder, gelöst,
wobei diese Federn eine konstante Kraft bereitstellen, woraus sich
eine konstante (im Gegensatz zu einer variablen) Dämpfung eines
Schwenkarms ergibt.
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Diese Erfindung betrifft jene Spannvorrichtungskonstruktionen,
die eine Druckfeder zum Vorspannen der Position eines Schwenkarms
aufweisen, und die Lösung
des Problems des Standes der Technik, nämlich der Notwendigkeit der
Verwendung einer zweiten Feder zum Bereitstellen einer Kraft für einen
Dämpfungsmechanismus
zum Bewirken einer Dämpfung
durch Reibflächengleiten.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß der Erfindung nach Anspruch
1 wird eine automatische mechanische Spannvorrichtung geschaffen,
die zum Spannen eines Riemens eines Riemenantriebssystems zweckmäßig ist.
Die Spannvorrichtung kann in Verbindung mit einem Synchronriemenantriebsystem
oder einem Keilrippenfrontzusatzantriebsriemensystem verwendet werden,
welche beide im Kraftfahrzeugsbereich Verwendung finden.
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Die Spannvorrichtung weist eine Basis,
einen Schwenkarm, der um einen an der Basis befestigten Schwenkzapfen
schwenkt, eine am Schwenkarm befestigte Riemenscheibe zum Angreifen
an einem Riemen, eine Druckfeder, deren erstes Ende betriebsmäßig mit
dem Schwenkarm verbunden ist, und einen Dämpfungsmechanismus auf, der
Schwenkbewegungen des Schwenkarms hemmt.
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Gemäß der Erfindung ist nur eine
einzige Druckfeder erforderlich. Die Feder ist derart "angekoppelt", daß dieselbe
Federkraft, die zum Vorspannen der Position des Schwenkarms verwendet
wird, auch "angezapft" und als Kraft für den Dämpfungsmechanismus
verwendet wird.
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Der Schwenkarm weist eine Verlängerung oder
einen Bereich mit einer konkav gekrümmten Fläche auf, die sich mit dem Schwenkarm
bewegt. Ein bewegbarer Schuh mit einer konvex gekrümmten Reibfläche greift
an der konkav gekrümmten
Fläche an.
Die Druckfeder wird mittels eines an der Basis befestigten Vorsprungs
in einer Position zwischen dem Dämpfungsschuh
und dem Schwenkarm gehalten. Auf den Schuh wirkende Kräfte hindern
ihn an einer Bewegung in Bezug auf die konkav gekrümmte Fläche. Zum
Bewirken einer Dämpfung
findet zwischen dem Schuh und der konkaven Fläche Reibflächengleiten statt.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht
darin, lediglich eine Druckfeder zu verwenden, um sowohl eine Vorspannkraft
für einen
Schwenkarm als auch eine mitwirkende Kraft für einen Dämpfungsmechanismus zu liefern.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht
darin, daß eine
an einem Schwenkarm befestigte Riemenscheibe eine Riemenlast aufnimmt
und eine Federkraft erzeugt, die zu einer Kraft für den Dämpfungsmechanismus
hinzukommt, wenn die Riemenscheibe sich in einer Richtung bewegt,
in der die Feder zusammengedrückt
wird.
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Diese und andere Aufgaben oder Vorteile
der Erfindung werden deutlich nach Prüfung der Zeichnungen und ihrer
Beschreibung, wobei diese zeigen:
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1 eine
schematische Vorderansicht eines Synchron-(Zahnriemen-) triebsystems
vom Kraftfahrzeugtyp, das eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung aufweist;
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2 eine
entlang der Linie 2-2 von 3 geschnittene
Ansicht, die eine vergrößerte erfindungsgemäße Spannvorrichtung
zeigt;
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3 eine
entlang der Linie 3-3 von 2 geschnittene
Ansicht; und
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4 eine
perspektivische Ansicht der Wechselbeziehung bestimmter Merkmale
der Erfindung.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Bezug nehmend auf 1 und zum Zweck der Veranschaulichung
ohne Beschränkung
auf ein bestimmtes Riemenantriebssystem weist ein Synchron- oder
Zahnriementriebsystem 10 einen Zahnriemen 12,
der um eine Kurbelriemenscheibe 14 geführt und gespannt ist, eine
Losscheibe 16 und eine Wasserpumpenriemenscheibe 18,
Nockenwellenriemenscheiben 20, 21 und eine Spannriemenscheibe 22 einer
erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 24 auf.
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Die Spannriemenscheibe 22 greift
an dem Riemen 12 an und nimmt eine Riemenlast in Form von
Riemenspannung der angrenzenden Riemenspannabschnitte 26, 28 auf.
Die vereinte Riemenspannung der Spannabschnitte erzeugt eine Riemenkraftkomponente
BF, die häufig
als "Nabenlast" bezeichnet wird.
Die Riemenkraftkomponente BF tritt entlang einer Winkelhalbierenden
eines zwischen den Riemenspannabschnitten 26, 28 gebildeten
Winkels auf.
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Genauer auf die 2–4 eingehend, weist die Spannvorrichtung
auf: eine Basis 30, einen Schwenkarm 32, der um
einen Schwenkzapfen 34 schwenkt, der in Form einer Befestigungsvorrichtung vorliegen
kann, die zur Befestigung der Spannvorrichtung an einem (nicht gezeigten)
Motor verwendet wird, eine an dem Schwenkarm befestigte Riemenscheibe 22 zum
Angreifen an dem Riemen 12 und Aufnehmen der Riemenkraft
BF, eine Druckfeder 36, deren erstes Ende 38 betriebsmäßig mit
dem Schwenkarm 32 verbunden ist, beispielsweise durch einen
Vorsprung 40, der sich in einem Betriebsradius 42 in
Bezug auf den Schwenkzapfen befindet, und einen Dämpfungsmechanismus 43.
Zwischen dem Schwenkzapfen und dem Schwenkarm sind in bekannter
Weise Buchsen 44, 44' angeordnet, und die Riemenscheibe
ist, ebenfalls in bekannter Weise, mittels eines Kugellagers 45 an
dem Schwenkarm befestigt.
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Der Schwenkarm 32 weist
eine Verlängerung 46 oder
einen Bereich in Form einer konkav gekrümmten Fläche 47 auf, die bzw.
der sich mit dem Schwenkarm bewegt und von dem Schwenkzapfen 34 mit
radialem Abstand 48 angeordnet ist. Die konkav gekrümmte Fläche 47 ist
so ausgerichtet, daß sie dem
Schwenkzapfen 34 und einem zweiten Ende 50 der
Druckfeder 36 generell gegenüberliegt.
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Die gekrümmte Fläche 47 ist im wesentlichen
konzentrisch mit dem Schwenkzapfen und hat zum stärkeren Dämpfen optional
einen radialen Abstand 48, der gleich dem oder größer als
der Betriebsradius 42 ist (d. h. je größer der Radius, desto größer ist
das Dämpfungsdrehmoment
für eine
bestimmte Dämpfungskraft).
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Der Dämpfungsmechanismus 43 umfasst
einen bewegbaren Schuh 52 mit einer konvexen gebogenen
Reibfläche 54,
die zu der konkaven gebogenen Fläche 47 des
Schwenkarms komplementär
ist und an dieser angreift. Der Schuh kann zweiteilig sein und ein
Reibmaterialpad aufweisen, das an dem Schuh angebracht und von diesem
gestützt
ist. Der Schuh hat eine Rampenfläche 56 und
einen Federaufnahmebereich, beispielsweise den Ansatz 58.
der Federaufnahmebereich ist dem zweiten Ende 50 der Druckfeder
zugewandt und damit verbunden. Die Rampenfläche 56 greift an einem
Vorsprung 60 an, der an der Basis angebracht oder ein Teil
derselben ist. Der Vorsprung hat eine komplementäre Rampenfläche 62, die an der
Rampenfläche 56 des
Schuhs angreift. Die Rampenfläche
des Vorsprungs ist unter einem divergierenden Winkel R in bezug
auf die Längsachse 64 der
Feder ausgerichtet.
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Die zwischen dem Schwenkarm und dem Schuh
vorgespannte Druckfeder drückt
die konvexe Fläche 54 des
Schuhs gegen die konkave Fläche 47 des
Schwenkarms, um eine Dämpfung
zu bewirken.
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Wie insbesondere in 4 dargestellt sind die auf den Schuh 52 wirkenden
Kräfte
derart ausgeglichen, daß der
Schuh gegen die Rampenfläche 62 gedrückt bleibt,
wenn die gebogene Fläche
sich oszillierend zwischen dem Uhrzeigersinn A und dem Gegenuhrzeigersinn
B bewegt. Die Rampenfläche hält das zweite
Ende der Feder durch den Ansatz 58 in einer im wesentlichen
festen Position in bezug auf die Basis.
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Die Druckfeder übt eine Federkraft SF auf den
Schuh aus und drückt
die konvexe gebogene Fläche 54 gegen
die konkave gebogene Fläche 47, wodurch
die Rampenfläche 56 des
Schuhs mit der Rampenfläche 62 des
Vorsprungs 60 verkeilt wird. Die konkave Fläche 47 übt eine
Reaktionskraft CF gegen den Schuh aus und die Rampenfläche 62 übt eine
Reaktionskraft RF gegen den Schuh aus. Die Summe dieser Kräfte positioniert
den Schuh an der Rampenfläche 62,
welche durch den Vorsprung 60 an der Basis angebracht oder
angeformt ist.
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Zum gebrauch wird die Spannvorrichtung 24 nahe
der Einbauposition an einem Kraftfahrzeugmotor angeordnet, und Befestigungsmittel
wie der Schwenkzapfen 34 und ein anderer Stift oder Bolzen 66 befestigen
und halten die Spannvorrichtung in einer festen Position an einem
(nicht dargestellten) Motor. Der Zahnriemen 12 wird um
die Kurbelwellenriemenscheibe 14, die Losscheibe 16,
die Wasserpumpenriemenscheibe 18 und die Nockenwellenriemenscheiben 20, 21 geführt. Optional
ist eine Schlüsselansatzfläche 68 als
Einrichtung zum Drehen des Spanners mit einem Schlüssel (im
vorliegenden Fall entgegen dem Uhrzeigersinn B) in eine vom Riemen weg
gerichtete Position, um die Riemeninstallation zu erleichtern. Befindet
sich der Riemen in der korrekten Position, kann sich der Schwenkarm
(im Uhrzeigersinn A) in die Riemeneingriffsposition drehen, bis
die Riemenscheibe gegen den Riemen drückt, wie in 1 dargestellt. Der Zahnriemen 12 wird
gespannt, während
die Riemenscheibe in drückenden Eingriff
mit dem Riemen positioniert wird. Die Basis 30, die als
zweiter Schwenkarm vorliegen kann, der sich um den Schwenkzapfen 34 bewegt,
ist durch die Befestigungsmittel 34, 66 in einer
festen Position in bezug zum Motor gehalten.
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Die Riemenscheibe wird in Eingriff
mit dem Riemen gedrückt,
indem die Druckfeder den Schwenkarm an dessen Betriebsradius 42 drückt, um
so den Schwenkarm in diesem Fall im Uhrzeigersinn A zu drehen. Die
Druckfeder drückt
ebenfalls gegen den bewegbaren Schuh 52, der in bezug auf
die Basis 30 durch die in Eingriff befindlichen Rampenflächen 56, 62 in
Position gehalten ist. Die Feder drückt die konvexe gebogene Fläche 54 des
Schuhs gegen die konkave gebogene Fläche des Schwenkarms. Die konkave
gebogene Fläche 47 oszilliert
winkelmäßig von
A nach B in Reaktion auf Winkelbewegungen des Schwenkarms 32.
der Schuh 52 dämpft
Winkelbewegungen des Schwenkarms durch das Gleiten der Reibflächen zwischen
der konkaven gebogenen Fläche 47 des
Schwenkarms und der konvexen gebogenen Fläche 54 des Schuhs.
Das Gleichgewicht der Kräfte
der in Eingriff befindlichen Rampenflächen 56, 62,
der in Eingriff stehenden gebogenen Flächen und der Feder hält das zweite
Ende 50 der Feder in einer im wesentlichen festen Position
in bezug auf die Basis 30, so daß die Feder den Schwenkarm
vorspannen und die Riemenscheibe gegen den Riemen drücken kann.
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Sollte die Spannung in den Riemenabschnitten 26, 28 kurzfristig
aufgrund eines Motorbetriebszustands steigen, drückt der Riemen gegen die Riemenscheibe
mit einer erhöhten
Kraft BF, welche den Schwenkarm entgegen dem Uhrzeigersinn B dreht und
ferner die Druckfeder 36 zusammendrückt, was zu einer erhöhten Federkraft
SF führt.
Die Zunahme der Federkraft drückt
den Dämpfungsschuh
mit erhöhter
Kraft gegen den Schuh und verstärkt
somit das Reibungsflächengleiten
zwischen der konkaven und der konvexen gebogenen Fläche 47, 54,
welche den Schwenkarm an einer Bewegung entgegen dem Uhrzeigersinn
B hindern. Sobald die Spannung in dem Abschnitt nachlässt und
die Riemenkraft BF abnimmt, wird die Riemenscheibe schnell mittels
der Druckfeder 36 gegen den Riemenabschnitt gedrückt, um
die Riemenspannung aufrecht zu halten.
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Optional können Anschläge zwischen dem Schwenkarm 32 und
der Basis 30 vorgesehen sein, um die Winkelbewegung des
Schwenkarms zu begrenzen. Die Anschläge können als Zungen 70, 72 vorliegen,
die von der Basis und in einen gebogenen Pfad des Schwenkarms vorstehen,
um am Schwenkarm anzugreifen und dessen Bewegung zu begrenzen.
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Optional kann eine der Zungen 70 in
bezug auf die Basis einstellbar sein, um ein Drehen des Schwenkarms
um einen vorbestimmten Winkelbetrag entgegen dem Uhrzeigersinn zu
ermöglichen. Die
Zunge 70 erstreckt sich von einer Platte 74 mit
einem gebogenen Schlitz 76. Die Platte ist durch einen entfernbaren
Stift 78 in bezug zur Basis in einer festen Position gehalten.
Das Befestigungsmittel 66 erstreckt sich durch den gebogenen
Schlitz und befindet sich in einem gelösten Zustand, wenn die Spannvorrichtung
installiert wird, so daß die
Platte sich in bezug zur Basis bewegen kann, wenn die Spannvorrichtung
installiert wird. Wenn die Spannvorrichtung sich in der Einbauposition
befindet und die Riemenscheibe in drückendem Eingriff an dem Riemen
ist, wird das Befestigungsmittel 66 angezogen, so daß die Platte
an der Basis befestigt ist, und der Stift 78 wird entfernt.
Die Zunge 70 wird anschließend auf einen vorbestimmten
Abstand vom Schwenkarm eingestellt.
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Die vorangehende Beschreibung dient
lediglich der Darstellung und soll nicht den Rahmen der Erfindung
begrenzen, der durch die beigefügten
Ansprüche
bestimmt ist.