-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kettenspanner zum Aufrechterhalten
einer konstanten Spannung in einer Nockenantriebskette.
-
Ein
Kettenübertragungssystem
zum Übertragen
des Drehmoments einer Kurbelwelle auf Nockenwellen umfasst gewöhnlich einen
Kettenspanner zum Ausüben
eines kontrollierten Drucks auf eine lockere Seite der Kette, um
eine konstante Spannung in der Kette aufrechtzuerhalten.
-
Die
japanische Patentveröffentlichung 10-30695
(nicht geprüft)
gibt einen derartigen Kettenspanner an. Dieser Kettenspanner umfasst
ein Gehäuse,
das eine Zylinderkammer definiert, in der ein Kolben und eine Feder
untergebracht sind, wobei die Feder den Kolben nach außen aus
der Zylinderkammer heraus vorspannt. Das Gehäuse ist mit einem Ölzufuhrdurchgang
ausgebildet, durch den Öl
in eine Druckkammer zugeführt
wird, die in der Zylinderkammer hinter dem Kolben definiert ist.
Das Hydrauliköl in
der Druckkammer dämpft
die Kraft, die von der Kette auf den Kolben in der Richtung ausgeübt wird, in
der der Kolben in die Zylinderkammer gedrückt wird.
-
An
dem Auslass des Ölzufuhrdurchgangs
ist ein Sperrventil vorgesehen, um den Rückfluss des Hydrauliköls aus der
Druckkammer in den Ölzuführdurchgang
zu sperren und den Fluss des Hydrauliköls aus dem Ölzufuhrdurchgang in die Druckkammer
zu gestatten.
-
Wie
in der oben genannten Patentveröffentlichung
angegeben, gibt es zwei Typen von Sperrventilen. Zum einen ein federloses
Sperrventil, das einen Ventilsitz mit einem Ventilloch, durch welches
der Ölzufuhrdurchgang
mit der Druckkammer kommuniziert, eine Sperrkugel, die das Ventilloch
in dem Ventilsitz wahlweise öffnet
und schließt,
und einen Halter umfasst, der die Bewegung der Sperrkugel beschränkt und
dadurch den Öffnungsgrad
des Ventillochs bestimmt. Und zum anderen ein federgespanntes Sperrventil,
das alle Elemente der federlosen Variante und weiterhin eine Feder
umfasst, die in dem Halter montiert ist, um die Sperrkugel zu dem
Ventilloch vorzuspannen.
-
In
einem Kettenspanner mit dem federlosen Sperrventil wird die Sperrkugel
in Übereinstimmung mit
dem fluktuierenden Druck in der Druckkammer zwischen der geöffneten
und der geschlossenen Position bewegt. Wenn also die Motordrehzahl
niedrig ist und eine niederfrequente Vibration von der Kette auf
den Kolben übertragen
wird, kann sich die Sperrkugel nicht ausreichend schnell zwischen
der geöffneten
und der geschlossenen Position bewegen, sodass es schwierig für den Kettenspanner
ist, seine Funktion als hydraulischer Dämpfer ausreichend zu erfüllen.
-
Weil
in einem Kettenspanner mit dem federgespannten Sperrventil die Feder
normalerweise die Kugel zu der geschlossenen Position vorspannt,
erfüllt
der Kettenspanner seine Funktion als hydraulischer Dämpfer auch
dann vollständig,
wenn die Motordrehzahl niedrig ist. Aber weil ein derartiges herkömmliches
federgespanntes Sperrventil über
keine Einrichtung zum Beschränken
des Hubs der Sperrkugel zu der geöffneten Position verfügt, neigt
die Sperrkugel bei einer hohen Motordrehzahl aufgrund der von dem
Kolben auf die Ketten übertragenen hochfrequenten
Vibration dazu, sich wiederholt und mit einer hohen Geschwindigkeit
zwischen der geöffneten
und der geschlossenen Position zu bewegen. Dadurch wird ein übermäßiger Hub
der Sperrkugel verursacht, wodurch wiederum eine Reaktion der Sperrkugel
auf von Druckfluktuationen in der Druckkammer verzögert wird.
Der Kettenspanner kann also seine Funktion als hydraulischer Dämpfer nicht in
geeigneter Weise erfüllen.
-
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kettenspanner
anzugeben, der seine Funktion als hydraulischer Dämpfer von
einer niedrigen Motordrehzahl bis zu einer hohen Motordrehzahl in
geeigneter Weise erfüllen
kann.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Kettenspanner angegeben, der umfasst: ein Gehäuse, in
dem eine Zylinderkammer ausgebildet ist, einen Kolben, der gleitend
in der Zylinderkammer montiert ist, eine Feder, die in dem Gehäuse montiert
ist und den Kolben nach außen
aus der Zylinderkammer heraus vorspannt, wobei der Kolben eine Druckkammer
in der Zylinderkammer definiert und wobei das Gehäuse mit
einem Ölzufuhrdurchgang
ausgebildet ist, der mit der Druckkammer kommuniziert, und ein Sperrventil,
das an dem Auslass des Ölzufuhrdurchgangs
vorgesehen ist, um zu verhindern, dass das Hydrauliköl in der
Druckkammer in den Ölzufuhrdurchgang
zurückfließt, wobei
das Sperrventil einen Ventilsitz mit einem Ventilloch, durch welches
der Ölzufuhrdurchgang
mit der Druckkammer kommuniziert, eine Sperrkugel zum wahlweisen Öffnen und Schließen des
Ventillochs, eine Ventilfeder, die die Sperrkugel zu dem Ventilloch
vorspannt, und einen Halter umfasst, in dem die Ventilfeder montiert
ist, wobei der Halter einen Vorsprung zum Beschränken des Hubs der Sperrkugel
zwischen der geöffneten und
der geschlossenen Position umfasst.
-
Der
Vorsprung kann gleichzeitig mit dem Halter durch Schneiden ausgebildet
werden oder kann ein an dem Halter befestigter Stift sein.
-
Weil
die Sperrkugel des Sperrventils durch die Ventilfeder zu dem Ventilloch
vorgespannt wird und der Hub zu der geöffneten Position durch den Vorsprung
beschränkt
wird, kann sich die Sperrkugel in Reaktion auf Druckfluktuationen
in der Druckkammer schnell zu der geöffneten oder geschlossenen Position
bewegen. Der Kettenspanner gemäß der vorliegenden
Erfindung erfüllt
also von einer niedrigen bis zu einer hohen Motordrehzahl in geeigneter Weise
seine Funktion als Hydraulikdämpfer.
-
Andere
Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht,
wobei:
-
1 eine
teilweise ausgeschnittene Vorderansicht eines Kettenspanners gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, die die tatsächliche
Verwendung zeigt,
-
2 eine
vergrößerte Schnittansicht
des Teils des Kettenspanners von 1 ist, an
dem das Sperrventil vorgesehen ist,
-
3 eine
Schnittansicht eines anderen Sperrventils ist, und
-
4 eine
vergrößerte Ansicht
einer Rückzug-Beschränkungsanordnung
des Kettenspanners von 1 ist.
-
Im
Folgenden wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. 1 zeigt
ein Kettenübertragungssystem
zum Antreiben von Nockenwellen. Dieses umfasst eine Kette 5,
die um ein Zahnrad 2, das an einem Ende einer Kurbelwelle 1 befestigt
ist, und um ein Zahnrad 4, das an einer Nockenwelle 3 befestigt ist,
geführt
wird.
-
Eine
Kettenführung 7,
die um eine Welle 6 geschwenkt werden kann, wird durch
einen Kettenspanner 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
gegen eine lockere Seite 5a der Kette 5 gedrückt.
-
Der
Kettenspanner 10 umfasst ein Gehäuse 11, das z.B. an
einem Motorblock befestigt ist. Das Gehäuse 11 definiert eine
Zylinderkammer 12 mit einem geschlossenen Ende. Ein Kolben 13 ist
gleitend in der Zylinderkammer 12 montiert, um die Kettenführung gegen
die Kette 5 zu drücken.
-
Der
Kolben 13 definiert eine hohle Kammer 14 mit einem
inneren offenen Ende. Eine Feder 15 ist zwischen dem geschlossenen
Ende der hohlen Kammer 14 und dem geschlossenen Ende der
Zylinderkammer 12 montiert, um den Kolben 13 nach
außen aus
der Zylinderkammer 12 heraus vorzuspannen.
-
Zwischen
dem Gehäuse 11 und
dem Kolben 13 ist eine Rückzug-Beschränkungsanordnung 20 vorgesehen,
um die Rückzugsstrecke
des Kolbens 13, d.h. seine Bewegung zu dem geschlossenen Ende
der Zylinderkammer 12 zu beschränken.
-
Wie
in 4 gezeigt, umfasst die Rückzug-Beschränkungsanordnung 20 eine
ringförmige Rille 21,
die in der Innenwand der Zylinderkammer 12 in der Nähe des offenen
Endes ausgebildet ist, einen radial und federnd verformbaren Registerring 22,
der in der ringförmigen
Rille 21 aufgenommen ist, und eine Vielzahl von ringförmigen Rillen 23,
die in der Außenperipherie
des Kolbens 13 ausgebildet sind und mit gleichen Intervallen
axial voneinander beabstandet sind. Der Registerring 22 ist
ausgebildet, um eng in eine aus der Vielzahl von ringförmigen Rillen 23 eingepasst
zu werden. Jede ringförmige
Rille 23 umfasst eine hintere sich verjüngende Fläche 23a, deren Durchmesser
graduell zu dem vorderen Ende des Kolbens 13 hin abnimmt,
und eine vordere Kontaktfläche 23b,
die sich von dem vorderen Ende mit kleinem Durchmesser der sich
verjüngenden
Fläche 23a zu
dem vorderen Ende der Rille 23 erstreckt.
-
Wenn
sich der Kolben 13 nach vorne bewegt, bewegt sich der Registerring 22 relativ
zu dem Kolben und entlang der sich verjüngenden Fläche 23a einer der
ringförmigen
Rillen 23 in 4 nach links und vergrößert sich
dabei radial nach außen. Der
Kolben 13 kann sich also problemlos nach vorne bewegen.
Wenn der Kolben 13 sich zurückzuziehen beginnt, bewegt
sich der Registerring 22 zusammen mit dem Kolben 13 nach
links, bis er gegen eine Rückwand 21a der
ringförmigen
Rille 21 stößt.
-
Sobald
der Registerring 22 gegen die Rückwand 21a stößt, kann
sich der Ring 22 nicht weiter nach links bewegen. Weil
die Kontaktfläche 23b den Registerring 22 kontaktiert,
kann sich auch der Kolben nicht weiter nach links bewegen. Die Rückzugs-Beschränkungsanordnung 20 beschränkt also die
Rückzugsstrecke
des Kolbens 13 auf einen vorbestimmten Wert.
-
Wie
in 1 gezeigt, ist das Gehäuse 11 mit einem Ölzufuhrdurchgang 17 ausgebildet,
der mit der Druckkammer 16 kommuniziert, die in dem Gehäuse 11 hinter
dem Kolben 13 definiert ist. Hydrauliköl wird von einer Hydraulikpumpe
(nicht gezeigt) zu dem Ölzufuhrdurchgang 17 zugeführt. An
dem Auslass des Ölzufuhrdurchgangs 17 ist
ein Sperrventil 30 vorgesehen.
-
Wie
in 2 gezeigt, umfasst das Sperrventil 30 einen
Ventilsitz 31 mit einem Ventilloch 32, eine Sperrkugel 33,
die das Ventilloch 32 wahlweise öffnet und schließt, eine
Ventilfeder 34, die die Sperrkugel 33 zu dem Ventilloch 32 vorspannt,
und einen kappenförmigen
Halter 35, in dem die Ventilfeder 34 aufgenommen
ist.
-
Der
Ventilsitz 31 ist in einer Vertiefung 36 aufgenommen,
die in dem geschlossenen Ende der Zylinderkammer 12 ausgebildet
ist. Ein Ende der Feder 15 wird auf dem Ventilsitz 31 gehalten,
um den Ventilsitz 31 in der Vertiefung 36 zu halten.
Ein zylindrischer Steg 37 ist an der Endfläche des
Ventilsitzes 31 ausgebildet und der Druckkammer 16 zugewandt. Das
offene Ende des Halters 35 ist auf den zylindrischen Steg 37 pressgepasst
und macht das Sperrventil 30 damit zu einer montierten
Einheit.
-
Der
Halter 35 umfasst einen zylindrischen Teil mit Ölzufuhrlöchern 38 und
einem geschlossenen Ende, an dem ein Vorsprung 39 einstückig ausgebildet
ist, um den Hub der Sperrkugel 33 zwischen der geöffneten
und der geschlossenen Position zu beschränken.
-
Während jeder
Drehung der Kurbelwelle 1 vibriert die Kette 5 aufgrund
von Fluktuationen in der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 1 und/oder aufgrund
von Fluktuationen in dem Drehmoment der Nockenwelle 3.
Wenn die Spannung in der Kette 5 aufgrund einer derartigen
Vibration der Kette 5 zunimmt, wird eine den Kolben 13 in
die Zylinderkammer drückende
Kraft auf den Kolben 13 ausgeübt, wodurch der Druck in der
Druckkammer 16 erhöht wird.
Wenn sich der Druck in der Druckkammer 16 erhöht, bewegt
sich das Sperrventil 33, um das Ventilloch 32 zu
schließen.
Das Hydrauliköl
wird also in der Druckkammer 16 eingeschlossen, wodurch
die auf den Kolben 13 wirkende Kraft gedämpft wird.
-
Wenn
sich die Kette 5 lockert, wird der Kolben 13 aufgrund
der Federkraft der Feder 15 nach außen gedrückt, um die Kette 5 wieder
zu spannen. Wenn sich der Kolben 13 nach vorne (d.h. nach
außen)
bewegt, gleitet der Registerring 22 entlang der sich verjüngenden
Fläche 23 einer
der ringförmigen Rillen 23 und
vergrößert sich
damit elastisch nach außen.
Der Registerring 22 behindert also nie die Bewegung des
Kolbens 13. Wenn sich der Kolben 13 über eine
Strecke nach vorne bewegt, die größer als der Abstand der ringförmigen Rillen 23 ist,
wird der Registerring 22 mit der hinteren benachbarten
ringförmigen
Rille 23 verbunden.
-
Wenn
sich der Kolben 13 nach vorne bewegt, erhöht sich
das Volumen der Druckkammer 16, sodass der Öldruck in
der Druckkammer 16 entsprechen vermindert wird. Wenn der
Druck in der Druckkammer unter den Zufuhrdruck des Hydrauliköls durch
den Ölzufuhrdurchgang 17 fällt, bewegt
sich die Sperrkugel 33 des Sperrventils 30 zu
der geöffneten
Position, sodass Hydrauliköl
von dem Ölzufuhrdurchgang 17 in
die Druckkammer 16 geführt
wird.
-
Wenn
die Motordrehzahl groß ist,
bewegt sich die Sperrkugel 33 aufgrund der auf den Kolben 13 wirkenden
hochfrequenten Vibration wiederholt und mit hoher Geschwindigkeit
zwischen der geöffneten
und der geschlossenen Position. Wenn sich die Sperrkugel 33 zu
der geöffneten
Position bewegt, neigt sie dazu, die Feder 34 beträchtlich
zu komprimieren. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist jedoch der Vorsprung 39 an dem Halter 35 des
Sperrventils 30 vorgesehen, um den Hub der Sperrkugel 33 zwischen
der geöffneten
und der geschlossenen Position zu beschränken, wodurch ein übermäßiger Hub
der Sperrkugel 33 verhindert wird.
-
Die
Sperrkugel 33 kann sich also schnell zwischen der geöffneten
und der geschlossenen Position in Reaktion auf Druckfluktuationen
in der Druckkammer 16 bewegen. Dadurch wird wiederum die Funktion
des Kettenspanners als hydraulischer Dämpfer bei einer hohen Motordrehzahl
verbessert.
-
Weil
die Sperrkugel 33 weiterhin durch die Ventilfeder 34 zu
dem Ventilloch 32 vorgespannt ist, wird das Ventilloch 32 unmittelbar
durch die Sperrkugel 33 geschlossen, sobald sich der Druck
in der Druckkammer 16 zu einem Wert erhöht, der im wesentlichen gleich
dem Druck in dem Ölzufuhrdurchgang 17 ist.
Dadurch wird die Funktion des Kettenspanners als hydraulischer Dämpfer auch
dann verbessert, wenn die Motordrehzahl niedrig ist.
-
Der
Kettenspanner gemäß der vorliegenden Erfindung
erfüllt
also seine Funktion als hydraulischer Dämpfer von einer niedrigen Motordrehzahl
bis zu einer hohen Motordrehzahl.
-
Anstelle
des einstückig
an dem Halter 35 des Sperrventils 30 wie in 2 gezeigt
ausgebildeten Vorsprungs 39 kann ein Stift 39 wie
in 3 gezeigt an der Endwand des Halters 35 befestigt
werden, um den Hub der Sperrkugel 33 zwischen der geschlossenen
und der geöffneten
Position zu beschränken.