DE2617368B2

DE2617368B2 - Vorrichtung zur selbsttätigen Spannungsnachstellung eines verzahnten Steuerwellen-Antriebsriemens

Info

Publication number: DE2617368B2
Application number: DE2617368A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Alfa Romeo SpA
Current assignee: Fiat Auto SpA
Priority date: 1975-08-07
Filing date: 1976-04-21
Publication date: 1979-02-08
Also published as: IT1040352B; US4077272A; FR2320470B1; FR2320470A1; DE2617368A1; GB1536217A; DE2617368C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur selbsttätigen Spannungsnachstellung eines verzahnten Steuerwellen-Antriebsriemens eines mit Druckölschmierung ausgestatteten Verbrennungsmotors, die ein gegen den unbelasteten Trum des Riemens durch elastische Mittel angedrücktes Spannelement umfaßt so

Die für die Antriebsvorrichtung von der Kurbelwelle zu den Steuerwellen 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 Zylinderkopf, besonders dann, wenn sie aus Leichtmetall, d. h. aus einem durch hohen Wärmedehnungskoeffizienten, wie z. B. der des ^hl) Aluminiums, gekennzeichneten Werkstoff bestehen, erhebliche Ausdehnungen bzw. Schrumpfungen, und zwar infolge der Temperaturschwankungen, denen sie in den Stufen der thermischen Anpassung des Motors und der nach Stoppen desselben eintretenden Kühlung «"> beüonders 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 niederen 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 Stößen erfolgt, aber auch darauf zurückzuführen, daß die Luft während der Eintrittsstufen 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 Austrittsstufen 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 hydraulische Einrichtungen gehalten wird; so oft sich ein Spiel zwischen Gleitschuh und Kette infolge Ausdehnung der letzteren einstellt, wird der Gleitschuh wieder in Berührung mit der Kette gebracht so daß der ursprüngliche Kettenzug wieder hergestellt ist

Eine bekannte Vorrichtung zur Spannungsnachstellung eines Steuerwellen-Antriebsriemens (»Automobile Engineer«, März 1965, S. 95) weist einen Gleitschuh auf, der durch eine mechanische oder hydraulische Einrichtung mit dem belasteten Trum des Riemens in Berührung gehalten wird; so oft sich ein Spiel zwischen Gleitschuh und Kette infolge Ausdehnen des Riemens einstellt wird der Gleitschuh wieder in Berührung mit dem Riemen gebracht so daß die ursprüngliche Riemenspannung wieder hergestellt ist

Derartige Einrichtungen haben jedoch nur eine einseitige bzw. eine begrenzte zweiseitige Wirkung, da sie die Kettenspannung nur in einem begrenzten Bereich selbsttätig nachstellen können.

Aufgabe der Erfindung ist eine selbsttätige Riemen-

spannvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die in der Lage ist, die Riemenspannung bei den verschiedenen Betriebsbedingungen einer Verbrennungskraftmaschine nachzustellen, dh, sowohl die in warmem Zustand infolge Ausdehnung des Motorblocks eintretenden Spannungszunahmen des Riemens, als auch die in kaltem Zustand infolge Schrumpfung des Motorblocks vorkommenden Spannungsabnahmen des Riemens auszugleichen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erste und zweite e'&stische Mittel gleichsinnig auf das Spannelement wirken, wobei sich das zweite elastische Mittel am Spannelement über einen Kolben abstützt, der eine mit dem Schmierölkreislauf verbundene Kammer derart begrenzt, daß zunehmender Druck in der Kammer den Kolben gegen die Kraft des zweiten elastischen Mittels verstellt

Mit einer derartigen Vorrichtung ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Riemenspannung im engen Bereich des bei der Ersteinstellung festgelegten Wertes zu halten, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung die starken Spannungszu- und -abnahmen, die infolge der Veränderung der Abstände zwischen den durch den Riemen miteinander verbundenen Wellen entstehen, aufzuheben vermag, nachdem der unelastische Riemen sich nicht um das Maß zu verlängern bzw. zu verkürzen vermag, das die Änderung der Achsabstände erfordert

Eine weitere bekannte Spannvorrichtung (DE-AS 16 50 698) entspricht im wesentlichen der Spannvorrichtung, wie sie in der Zeitschrift »Automobile Engineer« gezeigt ist Auch hier können nur Spannungsschwankungen innerhalb eines kleinen Bereichs kompensiert werden.

Eine andere bekannte Spannvorrichtung für einen Nockenwellenantriebsriemen (DE-OS 23 18 450) verwendet zur Kompensation der Achsabstandsänderung von Kurbelwellenachse und Nockelwellenantriebsradachse eine Steilstange, die einen von dem Kurbelgehäuse und dem Zylinderkopf unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten aufweist Mit dieser Spannvorrichtung können jedoch nur rein temperaturabhängige Spannungsschwankungen eines Antriebsriemens berücksichtigt werden, wohingegen andere Einflußgrößen, wie z. B. die Drehzahl unberücksichtigt bleiben.

In der DE-PS 8 49 938 wird schließlich eine Kettenspannvorrichtung offenbart, bei welcher die Kettenspannrolle an einem beweglichen unter Einfluß des Schmieröldruckes des Motors stehenden Gliedes gelagert ist. Hierbei wird jedoch der Öldruck der Verbrennungskraftmaschine zur Erzeugung einer Anpreßkraft verwendet, die um so höher ist, je höher die Drehzahl des Motors ist, wohingegen bei der Spannvorrichtung gemäß der Erfindung der Öldruck die Spannkraft der Spannrolle bei steigendem Öldruck verringert, um die temperaturbedingte Achsabstandsänderung zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle zu kompensieren.

Bei den Verbrennungsmotoren wird der Antriebs-Zahnriemen 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 unbelasteten Trum um eine Riemenspannrad gelegt, dessen Stellung beim Zusammenbau des Motors so eingestellt wird, daß ein bestimmter Riemenzug entsteht

Die erfindungsgemäße 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 s somit die Hochstpfeilhöhe de.«= unbelasteten Trums; die Pfeilhöhe wird gegenüber dem ursprünglichen Wert herabgesetzt bzw. erhöht je nach der Änderungsrichtung der Riemenspannung, so daß diese jeweils einen Wert aufweist, der dem Wert dzr Ersteinstellung to naheliegt

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden zwei Vorteile erzielt: erstens wird das Entstehen übermäßiger Spannungen des Zahnriemens in betriebswarmen Zustand und somit auch damit verbundene, lästige Geräuschbildung vermieden; zweitens verhindert sie das Lockerwerden des Riemens im kalten Zustand und somit ein Schlupfen der Riemenzähne über den verzahnten Spannungsriemen beim nächsten Anlassen des Motors.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine in Teile geschnittene Ansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
F i g. 2 einen Schnitt nach Linie II-II von F i g. 1,

F i g. 3 einen Schnitt nach Linie HI-III von F i g. 1 und

F i g. 4 eine ähnliche Ansicht wie F i g. 1 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

In F i g. 1 wird mit 10 das Riemenspannrad und mit 11

ein Abschnitt des unbelasteten Trums des Riemens bezeichnet welcher sich um das Riemenspannrad legt;

12 (F i g. 3) bezeichnet einen ersten Zapfen, 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 einer Schraube 29 eine Scheibe 23 befestigt, mit der ein Arm 24 fest verbunden ist, der sich im wesentlichen senkrecht zu der Achse der Scheibe erstreckt Mit 38 ist eine Feder bezeichnet, deren eines Ende an dem Ende des 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.

•«5 Das Gehäuse 14 ist am nicht dargestellten Kurbelgehäuse des Motors durch die Stiftschraube 15 und deren Mutter 16 sowie durch die durch das Langloch 18 gehende Stiftschraube 17 und deren Mutter 19 befestigt Im Gehäuse 14 ist der Sitz 20 einer Schraubenfeder 21

so 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 zylinderförniiger 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

W' 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 Geh¹" ise 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 Kraft der Feder 33 zu überwinden vermag.

Ein Balg 43 ist bei 44 an der Bodenwand des zylinderförmigen Körpers 25 befestigt und mittels eines Seegerringes 45 mit der Stange 27 des Kolbens 26 verbunden. Über die Schraube 46 ist am Balg 43 ein Dichtring 47 befestigt

Beim Zusammenbau wird der Arm 24 bei Raumtemperatur an dem Gehäuse 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 gelockert 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 Festziehen der Muttern 16 und 19 blockiert wird.

Die Feder 21, die ziemlich nachgiebig und daher in der Lage ist, eine ziemlich gleichbleibende Druckkraft auszuüben, macht den Vorgang der Ersteinstellung der Riemenspannung genauer und schneller, denn sie verhindert, daß die Einstellung einzig der manuellen Einwirkung der Bedienungsperson überlassen ist.

Nach der Ersteinstellung 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 der Öldruck 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, der somit nicht mehr unter der Wirkung der Feder 33 steht

Während des Motorbetriebes steht daher der Arm 24 einzig und allein unter der Wirkung der Kraft der Feder 38, die gegenüber dem Zapfen 13, an dem der Zapfen 12 außermittig angelenkt ist, ein Drehmoment erzeugt, das das andere Drehmoment ausgleicht, das die Resultierende der Radialkomponenten der auf den Umfang des Spannrades 10 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 Oberspannungen des Riemens 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 34 und der Kolben 26 wird bis zum Ende seines Hubes gegen die Bodenwand des zylinderförmigen Körpers 25 durch die Kraft der Feder 33 verschoben; über die Kolbenstange 27 übt die Feder 33 auf den Arm 24 eine Kraft aus, die sich der Kraft der Feder 38 überlagert und dreht den Zapfen 12 gegen den 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 dagegen gerichtete Kraft 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 sonst durch starke Schrumpfung der Motorblockteile

js und daraus folgender empfindlicher Minderung der Achsabstände zwischen den Wellen die Riemenspannung geradezu gleich Null werden könnte.

Unter diesen Verhältnissen ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Lage, die Riemenspannung — auch wenn nicht genau bei dem bei der Ersteinstellung festgelegten Wert — doch in einem Bereich zu halten, der ausreichend ist um eine einwandfreie Übertragung der Drehbewegung von der Antriebswelle zu den Steuerwellen zu gewährleisten und um zu vermeiden, daß ein übermäßiges Lockerwerden des Riemens beim nächsten Anlassen des Motors einen Schlupf des Riemens mit Überspringen der Zähne in der Anfangsstufe zur Folge hat
F i g. 4 zeigt eine Abwandlung der in den vorhergehenden Abbildungen gezeigten Ausführungsform, wobei entsprechende Teile mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind.

Bei dieser zweiten Ausführungsform ist der Kolben 26 mit einer hohlen Stange 27 versehen, in der eine Stange 40 verschiebbar eingebaut ist weiche durch die zwischen dem an der Stange 40 befestigten Ring 41 und dem Deckel 30 des zylinderförmigen Körpers 25 abgestützte Feder 38 gegen den Ann 24 gedruckt wird. Die Welle 40 ist mit einem Seegerring 42 versehen,

wi welcher der Stange 27 des Kolbens 26 ermöglicht, die Stange 40 während des Niederganges des Kolbens 26 mitzunehmea

Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach dieser Ausführungsform ist der bereits beschriebenen durch-

bi aus ähnlich. Bei stillstehendem Motor druckt die Feder 33 — nachdem kein Drucköl im Hohlraum 34 ist — den Kolben 26 in seine Endstellung gegen die Bodenwand des zylinderförmigen Körpers 25 und die hohle Stange

27 des Kolbens nimmt mit dem Seegerring 42 die Stange 40 mit, so daß dadurch der Zapfen 12 und das Spannrad 10 durch die gleichlaufende Wirkung der Kraft der Federn 33 und 38 in ihre Endstellung geschoben werden. Auch bei dieser Ausführungsform übt das in den Hohlraum 34 bei laufendem Motor eindringende Drucköl 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 Feder 38 über die Stange 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur selbsttätigen Spannungsnachstellung eines verzahnten Steuerwellen-Antriebsriemens eines mit Druckölschmierung ausgestatteten Verbrennungsmotors, die ein gegen den unbelasteten Trum des Riemens durch elastische Mittel angedrücktes Spannelement umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite elastische Mittel (38, 33) gleichsinnig auf das Spannelement (23) wirken, wobei sich das zweite elastische Mittel (33) am Spannelement über einen Kolben (26) abstützt, der eine mit dem Schmierölkreislauf verbundene Kammer (34) derart begrenzt, daß zunehmender Druck in der Kammer den Kolben gegen die Kraft des zweiten elastischen Mittels verstellt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (23) ein Spannrad (10) umfaßt, das auf einem Zapfen (12) frei drehbar aufgesetzt ist, der frei drehbar außermittig auf einem weiteren Zapfen (13) angeordnet ist, der in einem am Motorblock befestigten Gehäuse (14) fest angeordnet ist, wobei der drehbare Zapfen (12) eine radiale Verlängerung (24) aufweist, auf die die elastischen Mittel (33,38) wirken.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite elastische Mittel (33) aus einer Feder besteht, die auf die Stirnwand des Kolbens (26) wirkt, die der Kammer (34) abgewandt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste elastische Mittel (38) aus einer Feder besteht, die eine Stange gegen die radiale Verlängerung (24) drückt, wobei an der Stange (27) der Kolben (26) verschieblich angebaut ist, dessen Hub gegenüber der Stange (27) durch eine Schulter der Stange begrenzt ist, gegen welche der Kolben (26) durch die Wirkung der das zweite elastische Mittel (33) bildenden Feder gedrückt wird. «>