DE102009011013A1

DE102009011013A1 - Einrichtung zum Spannen eines Zugmittels einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009011013A1
Application number: DE200910011013
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Semet
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-02-28
Filing date: 2009-02-28
Publication date: 2010-09-02

Abstract

Einrichtung zum Spannen eines Zugmittels einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse, einer Kurbelwelle mit einem ersten Antriebsrad und wenigstens eine Nockenwelle mit einem zweiten Antriebsrad, insbesondere einer Steuerkette, wobei die Einrichtung umfasst in Zugmittellaufrichtung gesehen ein Lasttrum zwischen erstem Antriebsrad und zweitem Antriebsrad, ein Leertrum zwischen zweitem Antriebsrad und erstem Antriebsrad, eine dem Lasttrum zugeordnete erste Spannschiene, eine dem Leertrum zugeordnete zweite Spannschiene, wenigstens ein Spannelement zum Spannen der Spannschienen und eine zwischen dem wenigstens einen Spannelement einerseits und erster und zweiter Spannschiene andererseits wirkenden brennkraftmaschinengehäusefest verschwenkbar gelagerten kinematischen Übertragungseinrichtung, wobei die erste und die zweite Spannschiene brennkraftmaschinengehäusefest verschwenkbar gelagert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Spannen eines Zugmittels einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse, einer Kurbelwelle mit einem ersten Antriebsrad und wenigstens eine Nockenwelle mit einem zweiten Antriebsrad, insbesondere einer Steuerkette, wobei die Einrichtung umfasst in Zugmittellaufrichtung gesehen ein Lasttrum zwischen erstem Antriebsrad und zweiten Antriebsrad, ein Leertrum zwischen zweitem Antriebsrad und erstem Antriebsrad, eine dem Lasttrum zugeordnete erste Spannschiene, eine dem Leertrum zugeordnete zweite Spannschiene, wenigstens ein Spannelement zum Spannen der Spannschienen und eine zwischen dem wenigstens einem Spannelement einerseits und erster und zweiter Spannschiene andererseits wirkenden brennkraftmaschinengehäusefest verschwenkbar gelagerten kinematischen Übertragungseinrichtung.
Bei Brennkraftmaschinen, die einen Brennraum sowie federbeaufschlagte und nockenbetätigte Einlass- und Auslassventile umfassen, erfolgt ein Antrieb der Nockenwelle(n) regelmäßig ausgehend von der Kurbelwelle mittels einer Steuerkette. Zur Führung der Steuerkette sind üblicherweise eine feste Gleitschienen und eine schwenkbare Spannschiene vorgesehen. Das erforderliche Antriebsmoment für die Nockenwelle ist maßgeblich abhängig vom Winkel der Nockendrehung und unterliegt starken Schwankungen. Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit acht Zylindern in V-Anordnung kommt es aufgrund der ungleichen Winkelabstände der Nocken auch zu Rückdrehmomenten durch die Ventilfederkräfte bei ablaufender Nockenflanke, wobei Lasttrum und Leertrum wechseln. Um ein Abheben der Steuerkette von Gleit- und/oder Spannschiene auch bei Wechseln von Last- und Leertrum zu verhindern, sind insbesondere bei Spannkraftbeaufschlagung nur einer Schiene, sehr hohe Spannkräfte erforderlich. Aus diesem Grunde wurde vorgeschlagen, beide Schienen als Spannschienen auszuführen und mit einer Spannkraft zu beaufschlagen.
Eine derartige Anordnung ist aus der US 6,322,470 B1 bekannt, der zufolge zwei Spannschienen an einem scheibenförmigen Übertragungselement derart, dass bei einer Drehung dieses Übertragungselements eine Spannkraft auf beide Spannschienen aufgebracht wird. Das Übertragungselement ist mittig drehbar am Brennkraftmaschinengehäuse festgelegt. Zur Drehung des Übertragungselements und damit zur Aufbringung einer Spannkraft ist ein Spannelement vorgesehen.
Da bei der Anordnung gemäß der US 6,322,470 B1 die Spannschienen ausschließlich am scheibenförmigen Übertragungselement gelagert sind, wirken allerdings Reibungskräfte der Steuerkette, die beim Gleiten an den Spannschienen auftreten, über das Übertragungselement direkt auf das Spannelement zurück. Änderungen der Steuerkettenspannung bedingen immer auch Änderungen dieser Reibungskräfte, daher ist mit dieser Anordnung ein stabiler Betrieb nicht möglich. Außerdem ist aufgrund der Drehbewegung des Übertragungselements und der dadurch in erster Näherung in Form einer Tangens-Funktion auf die Steuerkette wirkenden Spannkraft die konstruktive Freiheit insbesondere hinsichtlich des Kraft-Weg-Verlaufs stark eingeschränkt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine eingangs genannte Einrichtung zum Spannen eines Zugmittels einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine bereit zu stellen, mit der ein besonders stabiler und schwingungsarmer Betrieb möglich ist und mit der eine Beschränkung der konstruktiven Freiheit insbesondere hinsichtlich des Kraft-Weg-Verlaufs vermieden wird.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, indem die erste und die zweite Spannschiene brennkraft maschinengehäusefest verschwenkbar gelagert sind. Auf diese Weise wird eine Rückwirkung von beim Betrieb der Brennkraftmaschine zwischen Zugmittel und Spannschienen auftretenden Reibungskräften auf das Spannelement verhindert. Außerdem kann der Kraft-Weg-Verlauf beim Spannen frei ausgestaltet werden.
Besonders zu bevorzugende Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorzugsweise sind bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der sich die erste und die zweite Spannschiene in einer Längsrichtung erstrecken und die Spannschiene jeweils zwei Enden aufweisen, die erste und die zweite Spannschiene jeweils endseitig verschwenkbar am Brennkraftmaschinengehäuse gelagert. Dabei ist es sehr zweckmäßig, wenn die erste und die zweite Spannschiene jeweils mit ihrem dem ersten Antriebsrad zugewandten Ende verschwenkbar am Brennkraftmaschinengehäuse gelagert sind.
Einer besonders bevorzugten Ausführung zufolge wirkt die Übertragungseinrichtung jeweils mit einem Ende der ersten und der zweiten Spannschiene zusammen. Dabei hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Übertragungseinrichtung jeweils mit dem dem zweiten Antriebsrad zugewandten Ende der ersten und der zweiten Spannschiene zusammenwirkt.
Vorteilhafterweise werden bei einer Beaufschlagung der Übertragungseinrichtung mittels des Spannelements die erste und die zweite Spannschiene in Spannrichtung beaufschlagt.
Nachfolgend ist ein besonders zu bevorzugendes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die einzige Figur, die schematisch und beispielhaft eine Steuerkettenspanneinrichtung mit zwei Spannschienen, einem Übertragungselement und einem Spannelement zeigt, erläutert.
Eine nicht näher gezeigte Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine weist ein Kurbelgehäuse mit darin gelagerter Kurbelwelle 102, einen Zylinderkopf mit darin gelagerter Nockenwelle 104, Zylinder mit Einlass- und Auslassventilen und einen Steuertrieb zum von der Kurbelwelle 102 ausgehenden Antrieb der Nockenwelle 104 auf. Der Steuertrieb umfasst ein kurbelwellenseitiges Kettenrad 106 und ein nockenwellenseitiges Kettenrad 108 sowie die Steuerkette 110. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine läuft die Steuerkette 110 entsprechend der Pfeilrichtung a um und bildet ein Lasttrum 112 und ein Leertrum 114, wobei aufgrund wechselnder Momente an der Nockenwelle Last- und ein Leertrum kurzzeitig wechseln können.
Die Nockenwelle 104 ist eine Einlass- oder eine Auslass-Nockenwelle, die Zylinder der Brennkraftmaschine sind in Reihe oder in V-, W,- Boxer- oder Sternbauweise angeordnet, wobei die Brennkraftmaschine dann mehrere Zylinderköpfe aufweist.
Zum Spannen der Steuerkette 110 ist eine Spanneinrichtung 100 vorgesehen, die im Wesentlichen zwei Spannschienen 116, 118, ein kinematisches Übertragungselement 132 und ein Spannelement 142 umfasst.
Die Spannschiene 116 ist dem Lasttrum 112 zugeordnet und erstreckt sich längs gebogen entlang der Steuerkette 110, wobei sie neben der Spannfunktion die Steuerkette 110 auch führt. An ihrem kurbelwellenseitigen Ende ist die Spannschiene 116 im Punkt 120 verschwenkbar am Brennkraftmaschinengehäuse gelagert. Die Spannschiene 118 ist dem Leertrum 114 zugeordnet und erstreckt sich ebenfalls längs gebogen entlang der Steuerkette 110, wobei sie neben der Spannfunktion die Steuerkette 110 ebenfalls führt. An ihrem kurbelwellenseitigen Ende ist die Spannschiene 118 im Punkt 122 verschwenkbar am Brennkraftmaschinengehäuse gelagert. Im Bereich ihres nockenwellenseitigen Endes weist die Spannschiene 116 einen Kontaktbereich 124 auf, die Spannschiene 118 weist im Bereich ihres nockenwellenseitigen Endes einen Kontaktbereich 126 auf.
Das Übertragungselement 132 ist im Punkt 134 drehbar am Brennkraftmaschinengehäuse gelagert und weist einen Kontaktbereich 136, der mit dem Kontaktbereich 124 der Spannschiene 116 korrespondiert sowie einen Kontaktbereich 138, der mit dem Kontaktbereich 126 der Spannschiene 118 korrespondiert, auf. Ein weiterer Kontaktbereich 140 am Übertragungselement 132 dient dem Spannelement 142, das brennkraftmaschinengehäuseseitig festgelegt ist, zum Angriff.
Das Spannelement 142 ist hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder elektromotorisch betätigt. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine wird das Spannelement 142 betätigt, wobei die Kraft des Spannelements 142 das kinematische Übertragungselement 132 entsprechend der Pfeilrichtung b dreht. Dabei wirken die Kontaktflächen 136, 138 des Übertragungselements 132 auf die Kontaktflächen 124, 126 der Spannschienen 116, 118, sodass die Spannschienen 116, 118 um die Punkte 120, 122 in Spannrichtung c verschwenken. Es stellt sich ein Kräftegleichgewicht zwischen Steuerkettenkraft und Spannkraft ein. Wirkt dann beim Betrieb der Brennkraftmaschine ein Antriebs- oder Rückdrehmoment aus der Nockenwelle 104 auf die Anordnung, so wird die Steuerkettenkraft im Lasttrum 112 erhöht und im Leertrum 114 reduziert, die Summe der Kräfte und damit auch die Summe der auf das Spannelement 142 wirkenden Kräfte bleibt konstant.
Durch die Wahl der Krümmung der Spannschienen 116, 118, der Winkel der Kontaktflächen 124, 136, 126, 138 zwischen Übertragungselement 132 und Spannschienen 116, 118, der Lage des Drehpunkts 134 des Übertragungselements 132 und durch das Verhältnis der Hebelarme können die Steuerkettenkräfte und damit die erforderliche Kraft des Spannelements 142 in einem weiten Bereich konstruktiv beeinflusst werden. Die Gleitreibung zwischen den Kontaktflächen 136, 138 des Übertragungselements 132 und den Kontaktflächen 124, 126 der Spannschienen 116, 118 dämpft Schwingungen in der Anordnung.
Mit der erfindungsgemäßen Verwendung zweier gekoppelter Spannschienen 116, 118 kann das Spannelement 142 wesentlich einfacher und damit kostengünstiger ausgeführt werden. Die Vorspannkraft der Steuerkette 110 kann reduziert werden, womit sich Vorteile hinsichtlich Reibungsverlust und Bauteilverschleiß ergeben. Gegebenenfalls kann eine doppelreihige Steuerkette durch eine einreihige Steuerkette ersetzt werden. Da die Steuerkettenlängung durch Verschleiß der Steuerkettenbauteile durch zwei Spannschienen ausgeglichen wird, wird der Nachstellweg des Spannelements 142 halbiert, dadurch ergeben sich Vorteile beim Package der Steuerkette 110.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6322470 B1 [0003, 0004]

Claims

Einrichtung (100) zum Spannen eines Zugmittels (110) einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse, einer Kurbelwelle (102) mit einem ersten Antriebsrad (106) und wenigstens eine Nockenwelle (104) mit einem zweiten Antriebsrad (108), insbesondere einer Steuerkette, wobei die Einrichtung (100) umfasst – in Zugmittellaufrichtung (a) gesehen ein Lasttrum (112) zwischen erstem Antriebsrad (106) und zweiten Antriebsrad (108), – ein Leertrum (114) zwischen zweitem Antriebsrad (108) und erstem Antriebsrad (106), – eine dem Lasttrum (112) zugeordnete erste Spannschiene (116), – eine dem Leertrum (114) zugeordnete zweite Spannschiene (118), – wenigstens ein Spannelement (142) zum Spannen der Spannschienen (116, 118) und – eine zwischen dem wenigstens einem Spannelement (142) einerseits und erster und zweiter Spannschiene (116, 118) andererseits wirkenden brennkraftmaschinengehäusefest verschwenkbar gelagerten kinematischen Übertragungseinrichtung (132), dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Spannschiene (116, 118) brennkraftmaschinengehäusefest verschwenkbar gelagert sind.
Einrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei sich die erste und die zweite Spannschiene (116, 118) in einer Längsrichtung erstrecken und jeweils zwei Enden aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Spannschiene (116, 118) jeweils endseitig verschwenkbar am Brennkraftmaschinengehäuse gelagert sind.
Einrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Spannschiene (116, 118) jeweils mit ihrem dem ersten Antriebsrad (106) zugewandten Ende verschwenkbar am Brennkraftmaschinengehäuse gelagert sind.
Einrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung (132) jeweils mit einem Ende der ersten und der zweiten Spannschiene (116, 118) zusammenwirkt.
Einrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung (132) jeweils mit dem dem zweiten Antriebsrad (108) zugewandten Ende der ersten und der zweiten Spannschiene (116, 118) zusammenwirkt.
Einrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Beaufschlagung der Übertragungseinrichtung (132) mittels des Spannelements (142) die erste und die zweite Spannschiene (116, 118) in Spannrichtung beaufschlagt werden.