Firma ALFA ROMEO S.ρ.Α., Hailand (Italien).
"Vorrichtung zur automatischen Spannungsnachstellung eines, verzahnten
Antriebriemens".
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur automatischen Nachstellung eines Riemenspannrades während des Betriebes
eines Verbrennungsmotors, die verhindern soll, daß sich der Antriebsriemenzug gegen den Wert der Ersteinstellung infolge Veränderung
der Achsstände der auf den Steuerwellen und auf der Kurbelwelle sitzenden Zahnräder durch Ausdehnungen bzw. Zusammenziehungen
am Motorblock verändert.
Die für die Antriebsübertragung von der Kurbelwelle zu den Steu-
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ORIGINAL INSPECTED
erwellen verwendeten verzahnten Riemen sind in der Regel so ausgeführt
(sie haben einen Kern aus Glasfasern oder aus schraubenförmig
gewundenem Stahldraht), daß sie nach einer anfänglichen
Anpassungsdehnung infolge plastischer;· Verformung praktisch unverformbar
und unausdehnbar bleiben; dagegen erfahren Kurbelgehäuse
und Hotorkopf, besonders dann, wenn sie aus Leichtmetall,
d.h. aus einem durch hohen VJärmedehnungskoeffizienten,wie z.B.
der des Aluminiums, gekennzeichneten Werkstoff bestehen, erhebliche Ausdehnungen bzw. Schrumpfungen und zwar infolge der Temperatur
Schwankungen, denen sie in den Stufen der thermischen Anpassung des Motors und der nach Stoppen desselben eintretenden
Kühlung besonders bei sehr niedriger Umgebungstemperatur unterliegen. Infolge Veränderung der Achsstände ergeben sich ebenfalls
erhebliche Veränderungen der ursprünglichen Riemenspannung, so daß dadurch das Betriebsverhalten des Riemens und somit auch die
Leistungen des Motors beeinflußt werden können.
Nimmt der Riemenzug zu, so wird die Arbeit des Riemens viel geräuschvoller,
und während sich das Geräusch des nicht einwandfrei arbeitenden Riemens bei den hohen Drehzahlen des Motors
mit den anderen vom Motor und von den verschiedenen in Bewegung befindlichen Teilen erzeugten Geräuschen vermischt, läßt sich
das Riemengeräusch bei niedern Drehzahlen den übrigen gegenüber deutlich vernehmen, die ja unter solchen Bedingungen viel gedämpfter
sind.
Die stärkere, durch zunehmende Riemenspannung bedingte Geräuschbildung
ist wohl darauf, daß das Eingreifen der Riemenzähne zwischen die Radzähne mit heftigeren Stoßen erfolgt, aber auch da-
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rauf zurückzuführen, daß die Luft, während der Eintrittstufan
völlig und schnell aus den Zahnlücken verdrängt wird, nachdem die Zahnflanken des Riemens fest an den Zahnflanken der Zahnräder
anliegen, während ein starker Sog in den Austrittstufen eintritt, der die Luft aus den Zahnlücken saugt. Letztere Erklärung
scheint dadurch bestätigt, daß das nicht einwandfreie Betriebsverhalten des Riemens von einem Zischen begleitet wird, das sich
unter den anderen Geräuschen der mechanischen Teile deutlich vernehmen
läßt.
Ein Abnehmen des Riemenzuges ist ebenfalls schädlich, wenn auch aus anderen Gründen; der Riemen hängt lose auf den Zahnrädern
und zwischen den Riemenzähnen und den Radzähnen können derartige Spiele entstehen, daß ein Überspringen der Zähne besonders
beim Anlassen des Motors vorkommen kann. Das würde die Phaseneinstellung der Steuerwellen gegenüber der Kurbelwelle verändern
was eine einwandfreie Funktion des Motors schwer beeinträchtigen kann.
Bei Kettentrieben taucht ein Problem auf, das in mancher Hinsicht dem oben erwähnten Problem der Triebe mit Zahnriemen ähnlich
ist: im Laufe der Lebensdauer des Motors verlängert sich die Kette unter der Wirkung von Beanspruchungen, die Dauerverformungen
verursachen, so daß der Kettenzug gegenüber seinem ursprünglichen Wert ständig abnimmt.
Damit die Kette die Spannung beibehält, die bei der Konstruktion vorgesehen wurde, sind Vorrichtungen im Gebrauch, die in der Regel
aus einem Gleitschuh bestehen, der in Berührung mit dem belasteten Trum der Kette durch besondere, mechanische oder hy-
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draulische Einrichtungen gehalten -wird; so oft sich ein Spiel
zwischen Gleitschuh und Klette infolge Ausdehnung der letzteren einstellt, wird der Gleitschuh wieder in Berührung mit der Kette
gebracht, so daß der ursprüngliche Kettenzug wieder hergestellt ist.
Derartige Einrichtungen haben Jedoch nur einseitige Wirkung, da sie den Kettenzug nur bei Ausdehnung der Kette nachstellen können;
der Gleitschuh bleibt dann bis zum nächsten Ansprechen in seiner am weitesten vorgeschobenen Stellung blockiert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dagegen in der Lage, die Riemenspannung bei den verschiedenen Betriebsbedingungen des Motors
nachzustellen, d.h. sowohl die in warmem Zustand infolge Ausdehnung des Motorblocks eintretenden Spannungszunahmen des
Siemens als auch die in kaltem Zustand infolge Schrumpfung des
Motorblocks vorkommenden Spannungsabnahmen, wodurch ermöglicht v/ird, die Riemenspannung im engen Bereich des bei der Ersteinstellung
festgelegten V/ertes zu halten, so daß die erfindungsge-
vermag
mäße Vorrichtung^die starken Spannungszu- und -abnahmen, die infolge
Veränderung der Abstände zwischen den durch den Riemen miteinander verbundenen Wellen entstehen, aufzuheben, nachdem der
unelestische Riemen nicht vermag sich um das Maß zu verlängern bzw. zu verkürzen, das die Änderungen der Achsabstände erfordern,
Bei den Verbrennungsmotoren wird der Antriebs-Zahnradriemen zum Teil um eine mit der Antriebswelle fest verbundene, antreibende,
verzahnte Riemenscheibe (mit einem bestimmten Abwickelwinkel) und um zumindest eine abgetriebene verzahnte Riemenscheibe, die
auf .einer Steuerwelle festsitzt sowie noch mit seinem unbelaste-
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ten Trum um ein Riemenspannrad gelegt, dessen Stellung beim Zusammenbau
des Motors so eingestellt wird, daß ein bestimmter Hiemenzug entsteht.
Die erfindungsgemaße Vorrichtung arbeitet in dem Sinn, daß sich
die Stellung des Riemenspannrades jedesmal automatisch ändert, wenn die Riemenspannung zu- oder abnimmt; die Vorrichtung ändert
den Abwickelwinkel des Riemens um das Spannrad und somit die höchste Pfeilhöhe des unbelasteten Trums; die Pfeilhöhe wird gegenüber
dem ursprünglichen Wert herabgesetzt bzw· erhöht, je nach der Inderungsrichtung der Riemenspannung, so daß diese jeweils
einen Wert aufweist, der dem Wert der Ersteinstellung naheliegt.
Die erfindungsgemaße Vorrichtung umfaßt ein Riemehspannwerk, das
gegen den unbelasteten Riementrüm elastisch gedruckt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß es durch ein erstes elastisches Mittel und ein zweites elastisches Mittel in gleicher Richtung angedrückt
wird, wobei ein in einer Kammer beweglicher Kolben, die mit dem Motorschmierölkreislauf in Verbindung steht, dem zweiten
elastischen Mittel entgegenwirkt·
Die erfindungsgemaße Vorrichtung bringt zwei Vorteilet erstens
wird das Entstehen übermäßiger Spannungen des Zahnradriemens im be trieb sv/armen Zustand und somit auch die damit verbundene $ lästige Geräuschbildung vermieden; zweitens verhindert sie das Lockerwerden
des Riemens im kalten Zustand und somit ein Schlupfen der Riemenzähne über den verzahnten Riemenscheiben beim nächsten
Anlassen des Motorsö
Merkmale und Vorteile der Erfindung können an Hand der beilie-
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gentien Zeichnung besser verstanden werden, wo als nicht einschränkende
Beispiele bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung
gezeigt werden. Darin stellt
Fig. 1 eine in Teile geschnittene Ansicht einer ersten Ausführungsform
der Erfindung,
Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II - II von Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III - III von Fig. 1, und
Fig. M- eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1 einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung
dar.
In Fig. 1, 2, 3 wird mit ΊΟ das Riemenspannrad und mit 11 ein
Abschnitt des unbelasteten Trums des Riemens bezeichnet, welcher sich um das Riemenspannrad legt; 12 bezeichnet einen ersten Zap~
fen, auf dem das Riemenspannrad lose sitzt, welches aus dem Außenring eines doppelreihigen Kugellagers besteht, und 13 bezeichnet
einen zweiten Zapfen, auf dem der Zapfen 12 in ausmittiger" Stellung
lose sitzt; am äußeren Ende des Zapfens 12 ist mit Schraube 29 die Scheibe 23 befestigt, mit der ein Arm 24 fest verbunden
ist, der sich im wesentlichen senkrecht zu der Achse derselben Scheibe erstreckt. Kit 38 ist eine Feder bezeichnet, deren
eines Ende an dem Ende eines Armes 24- und deren anderes Ende am Kurbelgehäuse bei 37 befestigt ist.
Mit 14- ist ein Gehäuse bezeichnet, an dem der Zapfen 13 befestigt
ist.
Das Gehäuse 14 ist am nicht dargestellten Kurbelgehäuse des Motors
durch die Stiftschraube 15 und deren Kutter 16 sowie durch
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die durch das Langloch 18 derselben Platte gehende Stiftschraube
17 und deren Mutter 19 befestigt. Im Gehäuse 14- ist der Sitz'
20 einer Schraube 21 angeformt, die sich an einer Konsole 22 abstützt, die an einer Platte angeformt ist, die sich zwischen
dem Gehäuse 14- und dem Kurbelgehäuse befindet.
Am Gehäuse 14- ist ein zylinderförmiger Körper 25 angeformt, in
dem der Kolben 26 untergebracht ist; der Kolben 26 ist mit einer Stange 27 versehen, die in der abgedichteten Bohrung 28 verschiebbar
ist, die in der Bodenwand des zylinderförmigen Körpers 25 ausgespart ist; nach oben ist der zylinderförmige Körper mit einem
schüsseiförmigen Deckel 30 verschlossen, der am zylinderförmigen
Körper mit Schrauben befestigt ist, von denen eine, mit 31 bezeichnet, in Fig. 1 dargestellt ist. Im oberen Hohlraum 32
des zylinderförmigen Körpers 25 ist eine Feder 33 angeordnet,
die auf den Kolben 26 so einwirkt, daß dieser nach unten bis zur Berührung mit dem Arm 24- gedrückt wird; der untere Hohlraum 34-des
zylinderförmigen Körpers steht mit dem Schmierölkreislauf des Motors über die Kanäle 35» 36 in Verbindung, die im Gehäuse
14- ausgespart sind; das Öl fließt dem Hohlraum 34- zu, wenn der
Motor läuft und es erreicht schnell einen Druck, der dazu ausreicht, um auf den Kolben 26 eine Kraft auszuüben, die die Wirkung
der Feder 33 zu überwinden vermag.
Ein Balg 4-3 ist bei 4-4- an der Bodenwand des zylinderförmigen
Körpers 25 befestigt und mittels eines Seegerringes 4-5 mit der Stange 27 des Kolbens 26 verbunden. Über die Schraube 4-6 ist am
Balg 4-3 ein Dichtring 4-7 befestigt.
-Beim Zusammenbau wird.der Arm'24- bei Raumtemperatur an dem Gehau-
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se 14 mit Stift 39 so befestigt, daß der Zapfen 12 des Spannrades 10 mit dem Gehäuse 14 fest verbunden und die Vorrichtung zur
automatischen Nachstellung der Riemenspannung ausgeschaltet ist; man kann somit die Ersteinstellung der Riemenspannung durch Versetzen
des Gehäuses 14 und somit des Spannrades gegenüber dem Riemen 11 vornehmen; nachdem die Muttern 16 und 19 aufgelockert
worden sind, läßt sich das Gehäuse 14 um die Stiftschraube 15
schwenken, und zwar durch die im Langloch 18 sitzende Stiftschraube 17 geführt, so daß das Gehäuse bis zu der Stellung verschoben
werden kann, in der sich der gewünschte Riemenzug einstellt, wo es dann durch Pestziehen der Muttern 16 und 19 blockiert wird.
Die Feder 21, die ziemlich nachgiebig und daher in der Lage ist, einen ziemlich gleichbleibenden Druck auszuüben, macht den Vorgang
der Srsteinstellung der Riemenspannung genauer und schneller,
denn sie verhindert, daß die Einstellung einzig der manuellen Einwirkung der Bedienungsperson überlassen ist.
Nach der Ersteinsteilung der Riemenspannung wird die Vorrichtung
zur automatischen Regelung der Riemenspannung durch Abziehen des Stiftes 39 wieder eingeschaltet, so daß der Zapfen 12 wieder
frei um den Zapfen 13 drehen kann.
Wenn der Motor angelassen wird, gelangt das vom Schmierkreislauf des Motors geförderte Öl in den Hohlraum 34 und übt auf den
Kolben 26 eine Kraft aus, die die Kraft der Feder 33 überwindet: dann wird der Kolben hochgeschoben und die Stange 27 trennt sich
vom Arm 24 ab, der somit nicht mehr unter der Wirkung der Feder 33 steht.
Während des Motorbetriebes steht daher der Arm 24 einzig und
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allein unter der Wirkung der Feder 38, die gegenüber dem Zapfen 13, an dem der Zapfen 12 ausmittig angelenkt ist, ein Drehmoment
erzeugt, das das andere Drehmoment ausgleicht, das die Resultierende der Radialkomponenten der auf den Umfang des Spannrades
infolge des Zuges des Riemens 11 wirkenden Kräfte auf denselben Zapfen 12 bewirkt. Die Resultierende dieser Kräfte und somit ihr
Drehmoment ändern sich mit den Spannungsänderungen des verzahnten Riemens 11; bei Zunahme der Riemenspannung infolge Ausdehnung
des Motorblocks übersteigt die Resultierende der genannten Kräfte die Kraft der Feder 38 und dreht den Zapfen 12 gegenüber
dem Zapfen 13 im Uhrzeigersinn. Infolge der Dehnung des Zapfens 12 im Uhrzeigersinn geht das Spannrad 10 gegenüber dem Riemen
11 zurück und die Riemenspannung sinkt auf den Wert herab, bei dem sich das Gleichgewicht zwischen dem Drehmoment der Resultierenden
der vom Riemenzug erzeugten Kräfte und dem auf die Feder 38 zurückzuführenden Drehmoment wieder einstellt.
Dank der beschriebenen Vorrichtung werden starke Überspannungen der Riemen und die damit verbundenen Betriebsstörungen vermieden,
die sonst bei betriebswarmem Motorblock aus Leichtmetall infolge
Wärmeausdehnung des Motorblocks und der darauffolgenden Zunahme der Achsabstände der auf der Antriebswelle sitzenden Zahnscheiben
und der Steuerwellen eintreten wurden.
Bei Stillstehen des Motors verläßt das öl den Hohlraum der Kolben 26 wird bis zum Ende seines Hubes gegen die Bodenwand
des zylinderförmigen Körpers 25 durch die Feder 33 verschoben;
über die Kolbenstange 2? übt die Feder 33 auf den Arm 24 eine Wirkung aus, die sich der Wirkung der Feder 38 überlagert und
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dreht den Zapfen 12 im Uhrzeigersinn vollständig bis zum Anschlag.
Die Riemenspannung, die jetzt infolge Schrumpfung des Motorblocks durch seine Abkühlung zur Abnahme neigt, wird auf einem Wert beibehalten,
der dem Wert der Ersteinstellung zumindest naheliegt,
da das Spannrad in diesen Verhältnissen zum Riemen hin geschoben wird, so daß es diesen nach wie vor gespannt hält.
Die Feder 33» die auf den Arm 24- nur bei stillstehendem Motor wirkt, nachdem jetzt die gegnerische Wirkung entfällt, die das
Drucköl auf den Kolben 26 ausübt, drückt auf den Arm 24 mit einer
viel höheren Kraft als die der Feder 38, so daß nach dem
Stillsetzen des Motors der Zapfen 12 mit Sicherheit bis zum Endanschlag gedreht wird; infolge der Reibung und auch wegen ungünstiger
Anordnung der Steuerwellen beim Stillsetzen des Motors wird nämlich eine größere Kraft benötigt, um den Zapfen 12 und
das Spannrad in die Endstellung zu bringen.
Nachdem die Rückführung des Spannrades in die Endstellung sichergestellt
ist, bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, den Riemen auch bei sehr niedriger Raumtemperatur gespannt
zu halten, wenn x±xs sonst durch starke Schrumpfung der Motorblockteile und daraus folgender empfindlicher Minderung der
ab
Achsstände zxiischen den Wellen die Riemenspannung geradezu gleich
KuIl v/erden könnte.
Unter diesen Verhältnissen ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
in der Lage, die Riemenspannung - wenn auch nicht genau bei dem bei der EEateinstellung festgelegten Wert - doch in einem Bereich
zu halten, der ausreichend ist, um eine einwandfreie Über-
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tragung der Drehbewegung von der Antriebswelle zu den Steuerwellen
zu gewährleisten und um zu vermeiden, daß ein übermäßiges Lockerwerden des Siemens beim nächsten Anlassen des Motors einen
Schlupf des Riemens mit überspringen der Zähne in der Anfangsstufe
zur Folge hat.
Pig. 4 zeigt eine Abwandlung der in den vorhergehenden Abbildungen
gezeigten Ausführungsform, wobei entsprechende Teile mit
gleichen Nummern bezeichnet sind.
B--ei dieser zweiten Ausführungsform ist der Kolben 26 mit einer
hohlen Stange 27 versehen, in der eine Welle 40 verschiebbar eingebaut ist, welche durch die zwischen dem an Welle 40 befestigten
Ring 41 und dem Deckel 30 des zyiinderförmigen Körpers 25
abgestützte Feder 38' gegen den Arm 24 gedrückt wird. Die Welle
40 ist mit einem Seegerring 42 versehen, v/elcher der Stange 27'
des Kolbens 26 ermöglicht, die Welle 40 während des Niederganges des Kolbens 26 mitzunehmen.
Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entfällt die Feder 38; dafür ist die Feder 38' vorgesehen, die
über die Welle 40 eine ähnliche Wirkung auf den Arm 24 ausübt.
Die "Wirkungsweise der Vorrichtung nach dieser Ausführungsform ist der bereits beschriebenen durchaus ähnlich. Bei stillstehendem
Motor drückt die Feder 33 - nachdem kein Drucköl im Hohlraum 34 ist - den Kolben 26 in seine Endstellung gegen die Bodenwand
des zylinderformigen Körpers 25 und die hohle Stange 27' des
Kolbens nimmt mit dem Seegerring 42 die Welle 40 mit, so daß dadurch der Zapfen 12 und das Spannrad 10 durch die gleichlaufende
Wirkung der Federn 33 und 38' in ihre Endstellung geschoben werden.
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Auch bei dieser Ausfuhrungsform übt das in den Hohlraum 34 bei
laufendem Motor eindringende Lrucköl eine Kraft aus, die die entgegenwirkende
Kraft der Feder 33 aufhebt und den Kolben hochhebt, so daß jetzt der Arm 24 allein der Wirkung der leder. 38'
über die Welle 40 ausgesetzt ist.
Auch in diesem Fall wird das Spannrad bei Zunehmen der Temperatur des Motorblocks gegenüber dem Riemen zurückgeschoben, nachdem
der Zapfen 12 um die ausmittige Achse desselben gedreht wird und .jeweils die Stellung einnimmt, in der sich zwischen dem Drehmoment
der Resultierenden der auf das Spannrad 10 infolge der Riemenspannung wirkenden Kräfte und dem auf die Wirkung der Feder
38' zurückzuführenden Drehmoment ein Gleichgewicht einstellt.
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