DE3616561A1 - Riemenspannvorrichtung - Google Patents

Description

Bei Brennkraftmaschinen ist es üblich, die Nockenwelle und gegebenenfalls weitere Steuerwellen von der Kurbelwelle aus über einen Riemen anzutreiben, der als Keilriemen, Zahnriemen, Keilrippenriemen oder dergleichen ausgeführt ist. Um zu vermeiden, daß der Riemen einerseits zu locker wird und infolgedessen durchrutscht bzw. um Zahnteilungen springt, was eine unerwünschte Verstellung der Ventil­ steuerung zur Folge hätte, oder daß er andererseits zu straff wird und infolgedessen mit erhöhter Geräusch­ entwicklung arbeitet oder gar einer Bruchgefahr ausgesetzt ist, dient eine Riemenspanneinrichtung, die üblicherweise aus einer elastisch an dem Riemen angreifenden Spannrolle besteht.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 25 24 744 ist eine derartige Spannrolle bekannt, bei der die die Riemen­ spannung bestimmende elastische Kraft durch eine Schrauben­ feder erzeugt wird, die die Spannrolle gegenüber ihrer exzentrischen Lagerung vorspannt. Im Normalfall ist diese bekannte Spannrolle so eingestellt, daß die Riemen­ spannung der maximalen, von der Schraubenfeder erzeugten Vorspannung entspricht. Wird nun etwa infolge von in den Riementrieb gelangenden Fremdkörpern der Riemen gelängt, so bewirkt die Schraubenfeder, daß die Spannrolle den Riemen weiter auslenkt, so daß in ihm eine Mindestzug­ spannung erhalten bleibt. Da sich allerdings die Schrauben­ feder mit der Auslenkung der Spannrolle entspannt, ist auch die dann in dem Riemen bestehende Zugspannung geringer als die im Normalbetrieb vorhandene, der maximalen Federvorspannung entsprechende Riemenspannung.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 25 35 676 ist eine Riemenspannvorrichtung bekannt, bei der in ähnlicher Weise eine Spannrolle mit der von elastischen Blöcken erzeugten Federkraft in den Riemen eingreift und dessen Spannung bestimmt. Hier ist erkannt worden, daß eine exakte Anpassung der Riemenspannung an die verschiedenen Temperaturabhängigen Betriebsbereiche der Brennkraft­ maschine, in denen infolge von Wärmeausdehnungen unter­ schiedliche Achsstände zwischen den vom Riemen umschlungenen Wellen vorhanden sind, mit elastischen Mitteln allein nicht möglich ist. Daher ist eine zusätzliche Regelung der Riemenspannung durch einen temperaturgesteuerten Hebel vorgesehen, der auf die elastischen Blöcke einwirkt. Bei dieser Regelung besteht aber die Möglichkeit, daß die Riemenspannung auf Temperaturänderungen anders anspricht als das den Hebel steuernde, etwa von einem Thermostat oder Thermorelais gebildete Steuerelement, so daß eine exakte Konstanthaltung der Riemenspannung nicht gewähr­ leistet ist. Außerdem bewirkt die bekannte Anordnung keinerlei Ausgleich bei sonstigen die Riemenspannung ändernden Einflußgrößen, etwa bei Auftreten der oben beschriebenen, durch äußere Einflüsse hervorgerufenen Riemenlängung.

Auch die deutsche Patentschrift 26 17 368 befaßt sich mit dem Problem, daß die Riemenspannung in Folge Temperaturerhöhung des Motorblocks und der dadurch ver­ ursachten Erhöhung des Achsstandes zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle zunimmt, so daß dann, wenn in Betrieb die optimale Riemenspannung vorliegt, beim Anlassen des kalten Motors die Gefahr besteht, daß der Riemen zu locker ist und springt. Auch hier wird jedoch die Riemenspannung ausschließlich durch eine federbelastete Spannrolle erzeugt, die lediglich bei kaltem Motor durch eine öldruckabhängige Hydraulikeinrichtung nachgestellt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Riemenspannvorrichtung anzugeben, die die Riemenspannung unabhängig von jedweden Temperatur- und sonstigen Einflüssen mit hoher Genauigkeit konstant hält.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Danach sind die bei bekannten Vor­ richtungen von einer einzigen Spannrolle ausgeführten Funktionen auf zwei Rollen verteilt, von denen die eine an dem Riemen mit einer dessen Spannung bestimmenden Feder­ kraft angreift und daher die eigentliche Spannrolle darstellt, jedoch in ihrer Stellung relativ zum Riemen festgehalten wird, während die andere eine im wesentlichen unelastisch an dem Riemen angreifende Auslenkrolle ist, die zur Änderung der Länge der Riemen-Bewegungsbahn ver­ stellbar ist. Da die Stellung der Auslenkrolle so ge­ steuert wird, daß die Spannrolle in ihrer Stellung konstant gehalten wird, erfährt auch die die Spannrolle beauf­ schlagende elastische Einrichtung keine Änderungen, so daß deren die Riemenspannung bestimmende Kraft konstant gehalten wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet, wobei sich die Ansprüche 3 und 4 auf eine rein mechanische und die Ansprüche 5 und 6 auf eine elektrische Version einer Regelung beziehen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei

Fig. 1 eine Riemenspannvorrichtung mit mechanischer Regelung und

Fig. 2 eine solche mit elektrischer Regelung zeigt.

In Fig. 1 sind ein Kurbelwellen-Zahnrad 1 und ein Nockenwellen-Zahnrad 2 einer Brennkraftmaschine gezeigt, wobei das Zahnrad 2 über einen Zahnriemen 3 von dem Zahnrad 1 getrieben wird. Am einen Schenkel eines um eine Achse 4 schwenkbar gelagerten Winkelhebels 5 ist eine Spannrolle 6 drehbar gelagert, die durch eine zwischen dem anderen Schenkel des Winkelhebels 5 und einem am Motorblock vorgesehenen Widerlager 7 vorge­ sehene Schraubenfeder 8 elastisch gegen den Zahnriemen 3 gedrückt wird. Die Kraft der Schraubenfeder 8 bestimmt die Zugspannung im Zahnriemen 3.

Am einen Arm eines um eine Achse 9 schwenkbar ge­ lagerten Hebels 10 ist eine Auslenkrolle 11 drehbar gelagert, die ebenfalls am Zahnriemen 3 anliegt und die Länge von dessen Bewegungsbahn bestimmt.

In der Nähe der Spannrolle 6 ist ein Paar von Mitnehmerrollen 12, 13 um jeweils bezüglich des Motor­ blocks feste Achsen drehbar gelagert, die den beiden Seiten des Zahnriemens 3 mit geringem Abstand gegenüber­ stehen. Die beiden Mitnehmerrollen 12, 13 sind jeweils über ein Kegelradgetriebe 14 mit einer gemeinsamen Welle 15 gekoppelt, die über ein Schneckengetriebe 16 auf eine Spindel 17 arbeitet. Die Spindel 17 ist an ihrem von dem Schneckengetriebe 16 abgewandten Ende mit einem Gewinde versehen, das in eine am anderen Ende des Hebels 10 gelagerte Mutter 18 eingreift.

Ändert sich beim Betrieb der Brennkraftmaschine infolge einer Temperaturerhöhung der Achsstand zwischen Kurbel­ welle und Nockenwelle, so sucht der Zahnriemen 3 von der in Fig. 1 mit einer ausgezogenen Linie gezeigten Bewegungs­ bahn sich in Richtung der gestrichelt angedeuteten Bahn zu verlagern und dabei die Spannrolle 6 entgegen der Kraft der Schraubenfeder 8 zu verlagern. Dabei nimmt die Kraft der Schraubenfeder 8 proportional zu, und im gleichen Maß steigt auch die Riemenspannung. Bei der be­ schriebenen Verlagerung der Bewegungsbahn tritt der Zahnriemen in Eingriff mit der Mitnehmerrolle 13, die über ihr Kegelradgetriebe 14, die Welle 15, das Schnecken­ getriebe 16, die Spindel 17 und die Mutter 18 den Hebel 10 gegen den Uhrzeigersinn verschwenkt, so daß die Aus­ lenkrolle 11 vom Nockenwellenzahnrad 2 wegbewegt wird und damit eine Verkürzung der von dem Zahnriemen 3 be­ schriebenen Bewegungsbahn bewirkt, bis der Zahnriemen 3 außer Eingriff mit der Mitnehmerrolle 13 gelangt und die Spannrolle 6 weder in ihre in Fig. 1 gezeigte Stellung zurückkehrt, in der die Schraubenfeder 8 wieder die ursprüngliche Riemenspannung erzeugt.

Wird im umgekehrten Fall der Zahnriemen 3 locker, so drückt ihn die Spannrolle 6 in Eingriff mit der anderen Mitnehmerrolle 12, die nun über die Bauteile 14, 16, 17, 18 und 10 die Auslenkrolle 11 in der entgegen­ gesetzten Richtung verstellt, so daß die von dem Zahn­ riemen 3 beschriebene Bewegungsbahn länger und der Zahnriemen 3 wieder von der Mitnehmerrolle 12 abgehoben wird.

Die beschriebene Regelung sorgt also im Ergebnis dafür, daß der Zahnriemen 3 stets zwischen den beiden Mitnehmerrollen 12 und 13 und in Abstand von diesen verläuft, wobei die Spannrolle 6 in einer konstanten Stellung und somit auch die Riemenspannung unabhängig davon konstant gehalten wird, welche Einflüsse zu einer Straffung oder Lockerung des Zahnriemens 3 führen.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Auslenkrolle 11 derart verstellbar, daß sich die Richtung der Bewegungsbahn des Zahnriemens 3 zwischen der Spannrolle 6 und den Mitnehmerrollen 12, 13 nicht ändert. Dies ist wichtig, damit die Spannrolle 6 tatsächlich in einer vor­ gegebenen konstanten Stellung gehalten wird. Das gleiche läßt sich auch dadurch gewährleisten, daß etwa die Mitnehmer­ rollen 12, 13 zwischen der Spannrolle 6 und dem Kurbel­ wellenzahnrad 1 oder auch die Auslenkrolle 11 an dem bezüglich der Spannrolle entgegengesetzten Trumm des Zahnriemens 3 angeordnet werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 dadurch, daß eine Änderung in der Bewegungsbahn des Zahnriemens 3 nicht unmittelbar sondern über die entsprechende Verschwenkung des Winkel­ hebels 5 abgegriffen wird. In Fig. 2 ist an dem von der Schraubenfeder 8 beaufschlagten Schenkel des Winkel­ hebels 5 ein Anschlag 21 angebracht, der sich zwischen zwei Mikroschaltern 22, 23 befindet. Die Mikroschalter 22, 23 sind mit den entgegengesetzten Steuerklemmen eines umsteuerbaren Elektromotors 24 verbunden, der ausgangs­ seitig die Spindel 17 treibt.

Sucht im Betrieb, etwa infolge Temperaturerhöhung, der Zahnriemen 3 über die Spannrolle 6 den Winkelhebel 5 gegen die Vorspannung der Schraubenfeder 8 im Uhrzeiger­ sinn zu verschwenken, so betätigt der Anschlag 21 den Mikroschalter 23, wodurch der Elektromotor 24 in dem Sinn beaufschlagt wird, daß der Hebel 10 gegen den Uhrzeiger­ sinn verschwenkt wird und die Auslenkrolle 11 eine Ver­ kürzung der Bewegungsbahn des Zahnriemens 3 gestattet, bis der Anschlag 21 den Mikroschalter 23 wieder freigibt. Im entgegengesetzten Fall wird bei einer Längung des Zahn­ riemens 3 der Mikroschalter 22 beaufschlagt, und der umsteuerbare Elektromotor 24 bewirkt nun über die Spindel 17 eine Verschwenkung des Hebels 10 im Uhrzeigersinn so lange, bis wiederum der Winkelhebel 5 und damit die Spannrolle 6 in ihre Ausgangsstellung zurückkehren und die Schraubenfeder 8 die ursprüngliche Riemenspannung erzeugt.

Bei der oben erläuterten Riemenspannvorrichtung gemäß beiden Ausführungsbeispielen liegt jeweils nur die Spannrolle 6 unter Federspannung am Zahnriemen 3 an, wobei die beschriebene Regelung bewirkt, daß die Stellung der Spannrolle 6 und damit die von der Schrauben­ feder 8 aufgebrachte Riemenspannung konstant gehalten werden. Demgegenüber ist die Auslenkrolle 11 zur Änderung der Länge der von dem Zahnriemen 3 beschriebenen Bewegungs­ bahn verstellbar, greift aber unelastisch am Zahnriemen 3 an.

Um eine Rückwirkung der Riemenspannung über die Auslenkrolle 11 zu vermeiden, umfaßt die beschriebene Regelschleife ein selbstsperrendes Getriebe, das in beiden Ausführungsbeispielen von der Spindel 17 und der Mutter 18, bei Fig. 1 zusätzlich von dem Schneckengetriebe 16 gebildet wird. Ähnliche selbstsperrende Einrichtungen können auch durch andere Mittel als die gezeigten erreicht werden.

Ebenso handelt es sich auch bei den übrigen gezeigten Steuer- und Getriebeelementen nur um Ausführungsbeispiele. So könnten etwa die Mikroschalter 22, 23 der Fig. 2 durch optische Abtasteinrichtungen ersetzt sein. Ähnlich könnte auch die Lage des Zahnriemens 3 selbst an Stelle der in Fig. 1 gezeigten Mitnehmerrollen 12, 13 durch Lichtschranken abgetastet werden.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird die Kraft zur Verstellung der Auslenkrolle 11 über die Mitnehmerrollen 14 vom Zahnriemen 3 abgenommen. Die Regelung arbeitet daher nur, wenn der Zahnriemen 3 umläuft. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 arbeitet die Regelung nur dann, wenn sie mit Strom versorgt wird. Wird nun etwa in einem Kraftfahrzeug die Brennkraftmaschine im heißen Zustand abgestellt und kühlt danach ab, so wird sich der Zahnriemen 3 lockern. Um sicherzustellen, daß bei erneuter Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine der Zahnriemen 3 seine vorgegebene Spannung aufweist, kann in die Anlasser-Schaltung eine Verzögerung eingebaut sein. Innerhalb dieser Verzögerungs-Zeitspanne wäre bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ein kurzzeitiger elektrischer Antrieb der Welle 15 erforderlich. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 könnte dagegen der Anlassermotor so geschaltet sein, daß er nur dann betätig­ bar ist, wenn keiner der beiden Mikroschalter 22, 23 von dem Mikroschalter 21 betätigt ist.

Claims (7)

1. Riemenspannvorrichtung mit einer Spannrolle (6), die an dem Riemen (3) mit einer dessen Spannung bestimmenden Federkraft angreift, gekennzeichnet durch
eine von der Spannrolle (6) getrennte, die Länge der Bewegungsbahn des Riemens (3) bestimmende, im wesentlichen unelastisch am Riemen (3) angreifende Auslenkrolle (11) und
eine Stelleinrichtung (12...18; 17...24), die die Stellung der Auslenkrolle (11) derart steuert, daß die Stellung der Spannrolle (6) im wesentlichen konstant bleibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stelleinrichtung eine den Verlauf des Riemens (3) in der Nähe der Spannrolle (6) oder die Stellung der Spannrolle (6) erfassende Fühl­ einrichtung (12, 13; 21...23) aufweist, die eine Antriebs­ einrichtung (16...18; 17, 18, 24) zur Verstellung der Auslenkrolle (11) beaufschlagt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fühleinrichtung ein Paar von auf entgegengesetzten Seiten des Riemens (3) und in Abstand von diesem angeordneten Mitnehmerrollen (12, 13) aufweist, die mit einer gemeinsamen, die Antriebseinrichtung (16...18) treibenden Welle (15) gekoppelt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auslenkrolle (11) derart angeordnet oder verstellbar ist, daß die Lage des Riemens (3) relativ zu den Mitnehmerrollen (12, 13) bei Verstellung der Auslenkrolle (11) im wesentlichen unverändert bleibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fühleinrichtung ein Paar von Fühlelementen (22, 23) aufweist, die entgegengesetzte Auslenkungen eines die Spannrolle (6) tragenden Hebels (11) erfassen und deren Ausgangssignale einen die Auslenkrolle (11) verstellenden umsteuerbaren Motor (24) ansteuern.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fühlelemente Mikroschalter (22, 23) sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung ein selbstsperrendes Getriebe (16; 17, 18) enthält.