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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Aufrechterhalten
einer gewünschten
Straffheit in einem flexiblen, nicht dehnbaren Antriebselement in
einem System, wie zum Beispiel einem Nockenwellenantrieb für einen
Verbrennungsmotor.
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Offenbarungsinformationen
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Flexible,
nicht dehnbare Antriebselemente, wie zum Beispiel faserverstärkte Riemen
oder Metallgliederketten, haben herkömmlicherweise Spannvorrichtungen
verwendet. Damit sie effektiv sind, müssen solche Vorrichtungen eine übermäßige Bewegung
der Kette oder des Riemens dämpfen,
ohne auf entweder das Antriebsglied, wie zum Beispiel eine Kurbelwelle
eines Motors, oder andere angetriebene Glieder, wie zum Beispiel
Andrückrollen
oder Nockenwellen, unangemessen hohe Hublasten auszuüben. Wenn
die Spannung nicht angemessen ist, können die Kette oder der Riemen
leider einen Zahn überspringen,
wodurch ein unzulässiger
Motorbetrieb oder in extremen Fällen
eine Beschädigung
des Motors verursacht wird. Wenn die Spannung in dem Riemen oder
in der Kette andererseits zu stark ist, dann kommt es zu großem, übermäßigem Verschleiß in den
Motorlagern, wie zum Beispiel den Kurbelwellenlagern oder den Nockenwellenlagern.
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Es
ist bekannt, einen Kettenspanner zum Antrieb einer Nockenwelle eines
Verbrennungsmotors zu konstruieren, wobei die Spannkraft durch einen Kolben
bereitgestellt wird, der durch Motorschmieröl mit Druck beaufschlagt wird.
Solche Vorrichtungen verwenden in der Regel einen gesteuerten Leckfaktor,
um eine Kraft mit geeigneter Größe auf einen Spannerschuh
in die Richtung auszuüben,
die tendenziell die Kette ordnungsgemäß spannt, während übermäßige Schwingungen der Kette
unterdrückt werden.
Des Weiteren enthalten solche Spanner in der Regel eine Ratschenvorrichtung,
die verhindert, dass sich der Spannerschuh bei Druckabfall, zum Beispiel
wenn der Motor abgestellt wird, über
einen vorbestimmten Grad hinaus von der Kette löst. Leider neigen solche bekannten
Vorrichtungen zu einer Überdehnung
der Ratschenspannvorrichtung beim Starten bei niedrigen Temperaturen,
was die oben beschriebenen Missstände, wie beispielsweise eine übermäßige Spannung
in der Kette, verursachen kann.
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Es
wäre wünschenswert,
einen Spanner bereitzustellen, der nicht nur ein übermäßiges Abfallen der
Kettenspannung verhindert, wenn der Motor abgestellt wird, sondern
auch ein zu straffes Anziehen oder zu starkes Spannen einer Kette
oder eines Riemens bei Betrieb des Motors verhindert.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine hydraulische Spannvorrichtung für ein Antriebssystem
mit einem flexiblen, nicht dehnbaren Antriebselement einen Spannerschuh, der
mit dem Antriebselement in Kontakt steht, einen hydraulisch vorgespannten
Spannzylinder zum Belasten des Spannerschuhs, um eine gewünschte Spannung
in dem Antriebselement aufrechtzuerhalten, und einen Zweirichtungswegbegrenzer,
der dem Spannzylinder und dem Spannerschuh wirkzugeordnet ist, um
nicht nur die Belastung des Spannzylinders gegen den Spannerschuh
in eine Richtung, die das Antriebselement tendenziell strafft, zu
begrenzen, sondern auch einer Bewegung des Spannerschuhs in eine
Richtung, die Lockerheit in dem Antriebselement tendenziell gestattet,
zu widerstehen.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Zweirichtungswegbegrenzer
einen verriegelbaren Schieber, der sich parallel zu einer Bewegungsachse
des Spannzylinders erstreckt, wobei der Zweirichtungswegbegrenzer
einen Nockenmechanismus zur Verriegelung des verriegelbaren Schiebers
aufweist. Der Nockenmechanismus enthält gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung einen angelenkten Nocken mit einem elastischen Vorspannelement
zur Positionierung des Nockens, um zu verhindern, dass sich der
verriegelbare Schieber in eine Richtung bewegt, die Lockerheit in
einem Antriebselement tendenziell gestattet, sowie ein hydraulisch
betätigtes
Vorspannelement zur derartigen Positionierung des Nockens, den verriegelbaren
Schieber zu verriegeln, wodurch verhindert wird, dass sich der Spannzylinder
um mehr als eine vorbestimmte Strecke in eine Richtung bewegt, die
das Antriebselement tendenziell strafft.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden ein Spannzylinder
und ein hydraulisch betätigtes
Vorspannelement durch Drucköl
von einer Hydraulikdruckquelle, wie zum Beispiel einer Ölpumpe in
einem Motorschmiersystem, angetrieben.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein hydraulisch betätigtes Vorspannelement
einen Kolben, der verschiebbar in einer mit einer Hydraulikdruckquelle
verbundenen Bohrung angebracht ist, wobei der Kolben einen Endteil
zum Berühren
des angelenkten Nockens aufweist, um den angelenkten Nocken in eine
Position zu drehen, in der der verriegelbare Schieber verhindert,
dass sich der Spannzylinder mehr als um eine vorbestimmte Strecke
in eine Richtung bewegt, die das Antriebselement, wobei es sich
entweder um eine Metallkette oder um einem elastomeren Verbundriemen
handeln kann, tendenziell strafft.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein hydraulisch betätigtes Vorspannelement
einen Kolben, der verschiebbar in einer mit einer Druckölquelle
verbundenen Bohrung angebracht ist, wobei das Öl im kalten Zustand eine größere Viskosität und im
heißen
Zustand eine geringere Viskosität
aufweist. Auf diese Weise begrenzt der Zweirichtungswegbegrenzer
die Belastung des Spannzylinders gegen den Spannerschuh in eine Richtung,
die das Antriebselement tendenziell strafft, wenn ein Betriebsparameter
des hydraulischen Spanners einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Ein
Vorteil eines hydraulischen Spanners mit einem Überwegbegrenzer gemäß der vorliegenden Erfindung
besteht darin, dass eine unangemessene Spannung der Antriebskette,
zu der es ansonsten kommen kann, wenn Schmieröl äußerst viskos ist, wie zum Beispiel
bei Start bei kaltem Wetter, verhindert wird.
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Ein
weiterer Vorteil eines hydraulischen Spanners gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht darin, dass eine Beschädigung einer Motorkurbelwelle
und -nockenwelle und anderer Nebenausrüstung, insbesondere Lager,
verhindert wird, weil eine übermäßige Spannung
eines flexiblen, nicht dehnbaren Antriebselements, das sich zwischen
einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle erstreckt, verhindert wird.
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Andere
Vorteile sowie Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für den Leser
der vorliegenden Beschreibung offensichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung einer Motorkurbelwelle, von Nockenwellen
und eines Antriebssystems gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine teilweise schematische, vergrößerte Ansicht eines Teils des
in 1 gezeigten hydraulischen Spanners.
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3 ähnelt 2,
zeigt aber den erfindungsgemäßen Spanner
während
eines Kaltstartbetriebs.
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4 zeigt
eine alternative Ausführungsform
gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei eine direkt wirkende, hydraulisch
angetriebene Sperrklinke eine unerwünschte Spannung des Antriebselements
verhindert.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Wie
in 1 gezeigt, wird ein hydraulischer Spanner 10 für ein Antriebssystem
mit einem flexiblen, nicht dehnbaren Antriebselement, wie zum Beispiel
einer Kette oder einem Riemen 14, verwendet. Bei der in 1 gezeigten
Anordnung werden zwei Nockenwellen 18 und 22 durch
eine Kurbelwelle 26 angetrieben. Die Kette oder der Riemen 14 ist über sowohl
an der Kurbelwelle 26 als auch an den Nockenwellen 18 und 22 befestigte
Kettenräder
oder Riemenscheiben geführt.
Spannung innerhalb des flexiblen, nicht dehnbaren Antriebselements 14 wird durch
einen nicht einstellbaren Führungsschuh 30 sowie
durch einen Spannerschuh 34 aufrechterhalten. Der Spannerschuh 34 ist
durch einen Drehzapfen 36 schwenkbar an dem Motor befestigt.
Der Spanner 10 schiebt den Spannerschuh 34 in
das Antriebselement 14, um die erforderliche Spannung in dem
Antriebselement 14 aufrechtzuerhalten. Der Spanner 10 wird
von der Pumpe 42, die bei der bevorzugten Ausführungsform
die Schmierölpumpe des
Motors ist, mit druckbeaufschlagtem Motoröl versorgt. Für den Fachmann
liegt angesichts dieser Offenbarung jedoch auf der Hand, dass auch
andere Arten von Ölpumpen
verwendet werden könnten,
um dem hydraulischen Spanner 10 druckbeaufschlagtes Hydrauliköl zuzuführen.
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Nunmehr
auf die 2 und 3 Bezug nehmend,
enthält
der Spanner 10 in der Darstellung einen hydraulisch vorgespannten
Spannzylinder, der als Kolben 52 konfiguriert ist, welcher
hin und her bewegbar in der Bohrung 48 untergebracht ist
und am Einlass zur Bohrung eine Verschlusskugel 56 und eine
darauf wirkende Feder 66, um ein unnötiges Zurücklaufen von Öl in der
Bohrung 48 zu verhindern, sowie des Weiteren eine Feder 50 zur
Vorspannung des Kolbens 52 in den Spannerschuh 34 in
eine Richtung, die das Antriebselement 14 tendenziell spannt, aufweist.
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Neben
dem Kolben 52 übt
des Weiteren ein Zweirichtungswegbegrenzer verschiedene Kräfte auf den
Spannerschuh 34 aus. Der Zweirichtungswegbegrenzer enthält einen
verriegelbaren Schieber 64 mit mehreren daran ausgebildeten
Zähnen 60.
Der verriegelbare Schieber 64 weist einen Kopf 65 auf,
der den Kolben 52 gezielt in Eingriff nimmt und des Weiteren
den Spannerschuh 34 in Eingriff nimmt. Wenn der verriegelbare
Schieber 64 durch den Rest des hydraulischen Spanners 10 unbeweglich
gemacht wird, was unten in Verbindung mit 3 erläutert wird, dann
verhindert der verriegelbare Schieber 64 nicht nur, dass
sich der Spannerschuh 34 nach hinten in eine Richtung bewegt,
die tendenziell mehr Lockerheit in dem Antriebselement 14 gestattet,
sondern verhindert auch, dass sich der Kolben 52 von der Bohrung 48 nach
außen
bewegt und dadurch durch die durch den Spannerschuh 34 an
das Antriebselement 14 angelegte Kraft zu viel Spannung
an das Antriebselement 14 anlegt.
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Das
Spannergehäuse 38 enthält neben
dem hydraulisch vorgespannten Spannzylinder 44 eine zusätzliche
Bohrung 84, die mit Öldruck
von der Ölpumpe 42 beaufschlagt
wird. Der Kolben 80 ist in der Bohrung 84 untergebracht,
und Motoröldruck
drückt den
Kolben 80 tendenziell aus der Bohrung 84, so dass
der Endteil 88 des Kolbens 80 auf einen schwenkbaren
Nocken 68 (3) auftrifft. Wenn der Kolben 80 und
insbesondere der Endteil 88 des Kolbens 80 auf
den schwenkbaren Nocken 68 auftrifft, schwenkt der Nocken 68 um
den Nockendrehzapfen 72, und die Zähne 70 des Nockens 68 nehmen
die an dem verriegelbaren Schieber 64 vorgesehenen Zähne 60 in
Eingriff. Zu diesem Eingriff des Kolbens 80 mit dem schwenkbaren
Nocken 68 kann es kommen, wenn ein das vorliegende System
aufweisender Motor bei anfänglichem
Start unter niedriger Umgebungstemperatur betrieben wird, da solch
ein Betrieb oftmals durch einen sehr hohen Motoröldruck gekennzeichnet ist.
Infolgedessen ist die Viskosität
des Öls
groß,
und äußerst hohe
Schmieröldrücke sind
die Regel. Diese Drücke
könnten
bewirken, dass der Kolben 52 den Schuh 34 und
das Antriebselement 14 übermäßig belastet,
wäre nicht
das Einwirken durch den vorliegenden erfindungsgemäßen Mechanismus.
In jedem Fall zieht bei Aufwärmen
des Motors eine auch in der Bohrung 84 untergebrachte Rückstellfeder 92 den
Kolben 80 aus seinem Eingriff mit dem schwenkbaren Nocken 68 zurück und entriegelt dadurch
den verriegelbaren Schieber 64 (2). Dadurch
wird gestattet, dass sich der verriegelbare Schieber 64 nach
vorne und in Kontakt mit dem Schuh 34 bewegt. Gleichzeitig
kann sich der Kolben 52 nach vorne bewegen, und eine Rückwärtsbewegung
des verriegelbaren Schiebers 64 wird durch das elastische
Vorspannelement 76 und den schwenkbaren Nocken 68 verhindert,
die eine Bewegung des verriegelbaren Schiebers 64 in eine
Richtung verhindern, die tendenziell mehr Lockerheit in der Kette oder
im Riemen 14 bewirkt, während
sie gestatten, dass sich der verriegelbare Schieber 64 nach
außen bewegt,
um wünschenswerterweise
eine Spannung in dem Antriebselement 14 aufrechtzuerhalten,
wenn der Motor abgestellt worden ist.
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4 zeigt
eine alternative Ausführungsform
gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung, bei der eine direkt wirkende,
hydraulisch angetriebene Sperrklinke 100, die verschiebbar
in einer in dem Gehäuse 38 ausgebildeten
Bohrung 96 angebracht ist, eine unerwünschte Spannung des Antriebselements
verhindert, indem sie den verriegelbaren Schieber 64 unbeweglich
macht, wann immer der Schmieröldruck
in der Bohrung 96 die durch die Feder 104 bereitgestellte
Rückziehkraft überschreitet.
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Die
vorhergehende Erfindung wurde in Übereinstimmung mit den relevanten
Rechtsnormen beschrieben; daher hat die Beschreibung Beispielcharakter
und stellt keine Einschränkung
dar. Varianten und Modifizierungen der offenbarten Ausführungsform
dürften
für den
Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich werden und fallen in den
Schutzumfang der Erfindung. Demzufolge kann der Umfang des geleisteten
gesetzlichen Schutzes nur durch die eingehende Betrachtung der nachfolgenden
Ansprüche
bestimmt werden.
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Ein
erfindungsgemäßer hydraulischer
Spanner für
ein Antriebssystem mit einem flexiblen, nicht dehnbaren Antriebselement,
umfasst Folgendes:
einen Spannerschuh, der mit dem Antriebselement
in Kontakt steht;
einen hydraulisch vorgespannten Spannzylinder
zum Belasten des Spannerschuhs, um eine gewünschte Spannung in dem Antriebselement
aufrechtzuerhalten; und
einen Zweirichtungswegbegrenzer, der
dem Spannzylinder und dem Spannerschuh wirkzugeordnet ist, um nicht
nur eine Belastung des Spannzylinders gegen den Spannerschuh in
eine Richtung, die das Antriebselement tendenziell strafft, zu begrenzen,
sondern auch einer Bewegung des Spannerschuhs in eine Richtung,
die Lockerheit im Antriebselement tendenziell gestattet, zu widerstehen.
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Bei
einem erfindungsgemäßen hydraulischer Spanner
ist insbesondere vorgesehen, dass der Zweirichtungswegbegrenzer
eine Belastung des Spannzylinders gegen den Spannerschuh in eine Richtung,
die das Antriebselement tendenziell strafft, begrenzt, wenn ein
Betriebsparameter des hydraulischen Spanners einen vorbestimmten
Wert überschreitet.
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Bevorzugt
umfasst dabei der Betriebsparameter die Viskosität eines dem Spanner zugeführten Hydrauliköls.
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Weiter
bevorzugt umfasst dabei das flexible, nicht dehnbare Antriebselement
eine Kette.
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Ein
erfindungsgemäßer hydraulischer
Spanner für
ein Verbrennungsmotornebenantriebssystem mit einem flexiblen, nicht
dehnbaren Antriebselement (14), wobei der Spanner (10)
umfasst bevorzugt weiterhin Folgendes:
einen Spannerschuh,
der mit dem Antriebselement in Kontakt steht;
einen hydraulisch
vorgespannten Spannzylinder zum Belasten des Spannerschuhs, um eine
gewünschte Spannung
in dem Antriebselement aufrechtzuerhalten; und
einen Zweirichtungswegbegrenzer
mit einem verriegelbaren Schieber, der dem Spannzylinder und dem Spannerschuh
wirkzugeordnet ist, um nicht nur eine Belastung des Spannzylinders
gegen den Spannerschuh in eine Richtung, die das Antriebselement
tendenziell strafft, gezielt zu begrenzen, sondern auch einer Bewegung
des Spannerschuhs in eine Richtung, die Lockerheit im Antriebselement
tendenziell gestattet, zu widerstehen.
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Dabei
umfasst der Zweirichtungswegbegrenzer weiterhin bevorzugt einen
hydraulisch schwenkbaren Nocken zur gezielten Verriegelung des verriegelbaren
Schiebers, wodurch eine Bewegung des Spannzylinders um mehr als
eine vorbestimmte Strecke in eine Richtung, die das Antriebselement
tendenziell strafft, verhindert wird.
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Insbesondere
wir dabei der verriegelbare Schieber verriegelt, wenn die Viskosität des Öls, das ein
mit dem Nocken verbundenes hydraulisch betätigtes Vorspannelement antreibt,
einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Ferner
bevorzugt wird dabei der verriegelbare Schieber verriegelt, wenn
die Viskosität
des Öls, das
sowohl den hydraulisch schwenkbaren Nocken als auch den Spannzylinder
antreibt, einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Ferner
bevorzugt werden dabei der hydraulisch schwenkbare Nocken und der
Spannzylinder von einem Schmiersystem des Motors mit druckbeaufschlagtem Öl versorgt.
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Ferner
bevorzugt begrenzt dabei der Zweirichtungswegbegrenzer eine Belastung
des Spannzylinders gegen den Spannerschuh gezielt, wenn die Viskosität des dem
Spanner zugeführten
Hydrauliköls
größer als
ein vorbestimmter Wert ist.
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Ein
erfindungsgemäße hydraulisches
Spanner System umfasst weiterhin eine Ölpumpe zur Zuführung von
druckbeaufschlagtem Schmieröl
zu dem hydraulisch schwenkbaren Nocken und zu dem Spannzylinder.
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Bei
einem erfindungsgemäßen hydraulischen
Spanner mit, Zweirichtungswegbegrenzer umfasst dieser weiterhin
eine hydraulisch verriegelbare Sperrklinke zur gezielten Verriegelung
des verriegelbaren Schiebers, wodurch eine Bewegung des Spannzylinders
um mehr als eine vorbestimmte Strecke in eine Richtung, die das
Antriebselement tendenziell strafft, verhindert wird.