DE3741860A1 - Spannvorrichtung fuer einen riemen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für den Zahnriemen des Nockenwellenantriebs einer Brennkraftmaschine, mit einer Spannrolle, die auf einem beweglichen Träger gelagert ist, und mit einem auf den Träger in Spannrichtung einwirkenden Krafterzeuger, der eine Feder, sowie eine Einrichtung für die hydraulische Dämpfung der Trägerbewe­ gungen durch Flüssigkeitsverdrängung mit einem Zylinder, einem Kolben und einer Drossel aufweist.

Eine solche Spannvorrichtung muß im Leertrum des Riemens angeordnet werden, wo geringere Spannkräfte auftreten, als im Arbeitstrum, so daß der Krafterzeuger auf diese geringeren Spannkräfte eingestellt ist. Die Spannvorrichtung benötigt im Betrieb zunächst keine zusätzliche externe Sperreinrichtung. Der Krafterzeuger kann beispielsweise ein Druckkrafterzeuger sein, dessen Druckfeder in Spannrichtung auf den Kolben der hydraulischen Dämpfungseinrichtung drückt und diesen ausfährt, wenn die Riemenspannung nachläßt. Beim Ansteigen der Riemenspannung erfolgt das Einfahren des Kolbens nur allmählich, weil die Hydraulikflüssigkeit nur über stark gedrosselte Sickerwege verdrängt werden kann.

Bei Verwendung dieses Druckkrafterzeugers kann in Sonderfällen, in denen sich der Druck der Hydraulikflüssigkeit nicht oder noch nicht aufgebaut hat, die erforderliche Riemenspannung unterschritten werden. Ein solcher Sonderfall liegt beispielsweise bei dem Motor eines Kraft­ fahrzeugs vor, wenn dieses in Fahrtrichtung bergauf mit eingelegtem Vorwärtsgang abgestellt wird, so daß der Motor sich infolge des Fahrzeuggewichts rückwärts drehen will. Das Zugtrum des Riemens wird dadurch an die Spannrolle verlagert. Nach längerem Motorstillstand ist dann der Kolben des hydraulischen Druckkrafterzeugers infolge der größeren Riemenspannung weiter eingefahren.

Wenn nun durch Anlassen des Motors plötzlich das Leertrum wieder an die Spannrolle des Riemens verlegt wird, so fehlt hier infolge des weiter eingefahrenen Kolbens die notwendige Riemenspannung. Dann kann an einer Riemenscheibe ein Riemenschlupf auftreten, so daß bei dem als Zahnriemen ausgebildeten Steuerriemen für den Nocken­ wellenantrieb einer oder mehrere Zähne an dem Antriebszahnrad über­ springen. Dadurch wird eine Ventiltriebverstellung bewirkt, die durch Aufschlagen der Ventilteller auf die Kolbenböden Motorschäden zur Folge haben kann.

Aus der DE-T 32 39 705 (Veröffentlichungsschrift der internationalen Anmeldung) ist ein Druckkrafterzeuger mit einer Druckfeder und einer hydraulischen Dämpfungseinrichtung bekannt, dessen Hydraulikzylinder von dem Kolben auf zwei über eine Flüssigkeitsleitung verbundene Kammern aufgeteilt ist. In der Leitung ist als Drossel ein Regelventil eingebaut, mit welchem der von dem Kolben geförderte Flüssigkeits­ strom und damit das Maß der Dämpfung eingestellt werden kann. Bei Verwendung dieses Druckkrafterzeugers in einer Riemenspannvorrich­ tung wird die Spannkraft von einer mit der Kolbenstange verbundenen Spannrolle auf den Riemen übertragen. Dabei kann, wie erläutert, in Sonderfällen die erforderlich Riemenspannung unterschritten werden.

Eine Spannvorrichtung ist auch aus der DE-PS 9 58 070 bekannt. Dabei sind einem Druckkrafterzeuger eine Sperrklinke und eine Sperrver­ zahnung zugeordnet, um dessen hydraulisch oder von einer Feder beauf­ schlagten verschiebbaren Kolben in einer ausgelenkten Spannstellung zu halten und somit am Zurückgehen zu hindern. Die Sperrklinke befindet sich beim Lauf und im Stillstand des Riemens ständig mit der Sperr­ verzahnung im Eingriff.

Eine Spannvorrichtung mit einer Sperrklinke und einer Sperrverzahnung für einen Antriebsriemen eines Motors ist auch aus der US-PS 36 31 734 bekannt. Hier wirkt die angetriebene Riemenscheibe des dem Motor zugeordneten elektrischen Generators als Spannrolle, wobei der Generator auf einem von einer Zugfeder beaufschlagten schwenkbaren Hebel angeordnet ist, dessen Spannstellung durch die Sperreinrichtung gewährleistet wird. Bei einer Längung des Riemens bewirkt die Zugfeder das weitere Verschwenken des Generators in Spannrichtung, wobei die Sperrklinke in die nächste Zahnlücke der Sperrverzahnung ein­ rasten kann. Auf diese Weise wird ein Zurückschwenken des Generators, und damit der Spannrolle, verhindert. Auch bei dieser Vorrichtung befindet sich die Sperrklinke mit der Sperrverzahnung ständig im Eingriff.

Die DE-OS 26 08 277 zeigt eine Spannvorrichtung, bei der im Bereich der Achse des Spannrollenhebels auf den Umfang eines Bundes eine Exzenterscheibe einwirkt. Dieser Bund ist Teil einer besonderen Einrich­ tung, die ein freies Verschwenken des Spannrollenhebels in Richtung der Federkraft des Druckkrafterzeugers zuläßt. In entgegengesetzter Richtung wird der Bund von der mit einer Zugfeder versehenen Exzenterscheibe festgehalten. Eine Bewegung des Spannrollenhebels entgegen der Richtung der Federkraft wird an der Einrichtung durch eine Halterung mit Reibscheiben ermöglicht. Die Exzenterscheibe befindet sich mit dem Bund sowohl im Betrieb als auch beim Stillstand des Riemens im Eingriff.

Schließlich zeigt die DE-OS 33 04 543 eine Spanneinrichtung, deren Druckkrafterzeuger gleichzeitig eine Schaltfunktion in dem elektrischen Stromkreis einer Kontrollvorrichtung für die Riemenspannung übernimmt. Sobald die Riemenspannung einen Mindestwert unterschreitet, wird der elektrische Stromkreis geöffnet, wodurch bei dieser Schaltung an einem Anzeigegerät zwar ein optisches oder akustisches Warnsignal abgegeben, jedoch ein Absinken der erforder­ lichen Riemenspannung nicht unmittelbar verhindert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Spannvorrichtung so weiter zu bilden, daß die erforderliche Riemenspannung sowohl im Betrieb als auch im Stillstand des Motors zu keinem Zeitpunkt unterschritten wird, um die Gefahr eines Riemenschlupfs und einer damit verbundenen Ventiltriebverstellung zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine den Träger der Spann­ rolle in der momentanen Lage beim Stillsetzen der Brennkraftmaschine automatisch festsetzende Sperreinrichtung gelöst. Auf diese Weise kann sich ein Abbau des Flüssigkeitsdrucks in dem Krafterzeuger während des Stillstands der Brennkraftmaschine nicht mehr nachteilig auf die er­ forderliche Riemenspannung auswirken, da die Spannrolle in diesem Fall von der Sperreinrichtung festgehalten wird.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist die Sperreinrichtung eine Sperrklinke für den Eingriff in einer Sperrverzahnung auf und ist von einem Steuerelement betätigbar. Das Steuerelement kann dann wahlweise die Sperreinrichtung zuschalten, den Spannrollenträger also festsetzen, oder die Sperreinrichtung abschalten, den Spannrollenträger also freigeben. Zweckmäßigerweise wird das Steuerelement den Spann­ rollenträger in dem Augenblick festsetzen, wenn der Betrieb des Riemens beendet wird. Nach dem Stillstand des Riemens kann bei dessen erneutem Anlaufen das Steuerelement den Spannrollenträger so lange in der Sperrstellung halten, bis sich am Krafterzeuger diejenige Kolbenstellung für die erforderliche Spannkraft eingestellt hat, die dem Leertrum des Riemens entspricht.

Der Träger der Spannrolle kann ein um eine feste Achse verschwenkbarer Hebel sein, an welchem die Sperrverzahnung ausgebildet ist. Die Sperr­ klinke kann Teil eines zusätzlichen, um eine feste Achse verschwenkbaren Sperrhebels sein, der von dem Steuerelement beaufschlagt ist.

Bevorzugt ist das Betätigungsorgan des Steuerelements eine Schubstange, die entgegen der Kraftrichtung einer an dem Sperrhebel angreifenden Zugfeder auf den Sperrhebel einwirkt. Die Sperrverzahnung verläuft dabei längs eines Kreisbogens, dessen Mittelpunkt mit der Achse des Spannrollenhebels zusammenfällt, während die an einem Ende des Sperrhebels ausgebildete Sperrklinke um die Achse dieses Hebels verschwenkt wird und sich im Eingriff mit der Sperrverzahnung immer an einem bestimmten Punkt befindet. Die Zugfeder des Sperrhebels bewirkt ein Verschwenken dieses Hebels, wenn das Steuerelement den Hebel freigibt. Die Zugfeder kann so angeordnet sein, daß in diesem Fall die Sperrklinke sich mit der Sperrverzahnung im Eingriff befindet, so daß der Spannrollenhebel festgesetzt ist. Diese für den Stillstand des Riemens vorgesehene Stellung kann dann durch das Steuerelement geändert werden, wenn der Riemen wieder anläuft. Nach dem Heraus­ schwenken der Sperrklinke aus der Sperrverzahnung wird dann der Spannrollenhebel nur noch von dem Krafterzeuger beaufschlagt, der für die erforderliche Riemenspannung sorgt.

Wenn das Steuerelement als Elektromagnet ausgebildet ist, der in den Stromkreis der Zündanlage der Brennkraftmaschine geschaltet ist, so erfolgt automatisch mit dem Einschalten der Zündung und dem Anlassen des Motors der Befehl an das Steuerelement, gegebenenfalls mit einer Zeitverzögerung die Sperrklinke aus der Sperrverzahnung herauszu­ schwenken, um den Spannrollenhebel freizugeben. Beim Abschalten der Zündung des Motors wird die Schubkraft des Steuerelements abgebaut, so daß die Zugfeder des Sperrhebels diesen sofort in die Sperrstellung verschwenkt. Der Spannrollenhebel wird festgehalten, bevor der Kolben des Druckkrafterzeugers beginnt, seine Stellung zu verändern.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Schutzan­ sprüchen enthalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Spannvorrichtung;

Fig. 2 teilweise einen Krafterzeuger im gespannten Zustand im Längsschnitt.

Eine Spannrolle 10 ist an einem Spannrollenhebel 11 drehbar gelagert, der um eine feste Achse 12 verschwenkbar angeordnet ist. Auf die Spannrolle 10 ist ein Riemen 13 des Nockenwellenantriebs einer Brennkraftmaschine gespannt. Durch Verschwenkung des Spannrollen­ hebels 11 um die Achse 12 kann die Spannung des Riemens 13 verändert werden.

An einem unteren Ausleger 14 des Spannrollenhebels 11 ist ein Ende eines Druckkrafterzeugers 15 in einem Gelenk 16 gelagert. Das andere Ende des Druckkrafterzeugers 15 ist in einem ortsfesten Gelenk 17 an dem Motor gelagert. Der Druckkrafterzeuger ist ein Hydraulikzylinder, der beim Herausfahren seines Kolbens eine Verschwenkung des Spann­ rollenhebels 11 und damit eine Erhöhung der Spannung des auf die Spannrolle 10 gespannten Riemens bewirkt.

An einem oberen Ausleger 18 des Spannrollenhebels 11 ist längs eines Kreisbogens, dessen Mittelpunkt mit der Achse 12 zusammenfällt, eine Sperrverzahnung 19 ausgebildet. Diese ist für den Eingriff einer Sperr­ klinke 20 vorgesehen, die in der Nähe der Sperrverzahnung 19 beweglich angeordnet ist.

Die Sperrverzahnung 19 und die Sperrklinke 20 sind Teil einer besonderen Sperreinrichtung zum wahlweisen Festlegen des Spannrollenhebels 11. Sie enthält auf einer gemeinsamen Grundplatte 21 einen Sperrhebel 22, der um eine an der Grundplatte 21 feste Achse 23 verschwenkbar ist. Diese Achse verläuft parallel zu der Achse 12 des Spannrollenhebels 11 sowie zu der Drehachse der Spannrolle 10 und den Achsen der Gelenke 16 und 17. Der Sperrhebel 22 erstreckt sich zu beiden Seiten der Achse 23. An einem seiner Enden ist die Sperrklinke 20 ausgebildet, während an seinem anderen Ende eine Schubstange 24 eines auf der Grundplatte 21 montierten Steuerelements 25 angreifen kann. Beim Ausfahren der Schubstange 24 aus dem Steuerelement 25 drückt die Schubstange 24 rechtwinklig auf den Sperrhebel 22 und bewirkt dabei eine solche Verschwenkung des Sperrhebels 22, daß dessen Sperrklinke 20 aus der Sperrverzahnung 19 herausgeschwenkt wird. Damit der Sperrhebel 22 sich wieder zurückbewegt, wenn die Schubstange 24 in das Steuerelement 25 einfährt, greift an dem Steuer­ hebel 22 eine Zugfeder 26 mit einem Ende an, die mit ihrem anderen Ende an der Grundplatte 21 gehalten ist. Diese Zugfeder 26 ver­ schwenkt daher die Sperrklinke 20 in die Sperrverzahnung 19, wenn das Steuerelement 25 den Sperrhebel 22 freigibt.

Das Steuerelement 25 kann beispielsweise ein Hydraulikzylinder, ein Pneumatikzylinder oder ein Elektromagnet sein. Bei Ausbildung als Elektromagnet kann das Steuerelement 25 in den Zündstromkreis der Brennkraftmaschine eingeschaltet werden, so daß ein Ausfahren der Schubstange 24 und damit ein Herausschwenken der Sperrklinke 20 aus der Sperrverzahnung 19 immer dann erfolgt, wenn die Zündung eingeschaltet wird.

Die Grundplatte 21 weist Montagebohrungen 27 auf, mit deren Hilfe sie an dem Motor befestigt werden kann. Am Motor ist also außer dem Gelenk 17 des Druckkrafterzeugers 15 und der Achse 12 des Spann­ rollenhebels 11 auch die Achse 23 des Sperrhebels 22 ortsfest ange­ ordnet, während die Drehachse der Spannrolle 10 und das Gelenk 16 ihre Lage während des Betriebes verändern.

Der als Druckkrafterzeuger 15 ausgebildete Krafterzeuger enthält einen Kolben 31, der in einem Zylinder 32 geführt ist. Zwischen dem Kolben 31 und dem Zylinder 32 befindet sich ein Leckspalt 33. Dieser wirkt als Drossel für das Hydrauliköl. Hinter dem Kolben 31 ist im Zylinder 32 ein Druckraum 34 ausgebildet. An dessen Bodenteil 35 ist ein Rückschlagventil 36, bestehend aus einer Ventilkappe 37, einer Druck­ feder 38 und einer Ventilkugel 39 angeordnet.

Am Bodenteil 35 des Zylinders 33 ist außen eine Ringscheibe 40 öldicht befestigt. Eine entsprechende Ringscheibe 41 ist am Kolben 31 öldicht befestigt. Der Zylinder 32 ist von einem flexiblen Balg 42 umschlossen, der einerseits an der Ringscheibe 40 und andererseits an der Ringscheibe 41 abgedichtet ist. Der Balg 42 bildet einen Vorratsraum 43 für Hydrauliköl. Dieser ist über Bohrungen 44 des Bodenteils 35 mit dem Rückschlagventil 36 verbunden. Eine Bohrung 45 dient der Ölfüllung des Druckraums 34 und des Vorratsraums 43. Sie ist im Betrieb verschlossen. Im Bereich der Bohrung 45 befindet sich an dem äußeren Ende des Bodenteils 35 das in Fig. 2 nicht dargestellte Gelenk 17, während das Gelenk 16 am äußeren Ende des Kolbens 31 angeordnet wird.

Der Leckspalt 33 mündet an seiner einen Seite 46 offen in den Druckraum 34. An seiner anderen Seite 47 mündet er offen in den Vor­ ratsraum 43. Diese Seite 47 des Leckspaltes 33 ist also von dem Balg 42 gegen die Umgebung abgedeckt. Zwischen dem Zylinder 32 und dem Kolben 31 sind keine Dichtringe vorgesehen. Am Kolben 31 sitzt ein Sprengring 48 zur Hubbegrenzung. Der Sprengring 48 ist in einer entsprechenden Ausnehmung 49 des Zylinders 32 mit dem Kolben 31 verschieblich.

Außen an der Ringscheibe 40 ist eine Außenhülse 50 befestigt. In diese ist eine Schutzhülse 51 eingesetzt. Am Außenumfang der Ringscheibe 41 ist eine Außenhülse 52 befestigt, die die Außenhülse 50 teleskopartig übergreift. Außerdem ist an der Ringscheibe 41 eine Schutzhülse 53 angeordnet, die in die Schutzhülse 51 teleskopartig eingreift. Zwischen der Außenhülse 50 und der Schutzhülse 51 ist eine Druckfeder 54 angeordnet. Die Schutzhülsen 51 und 53 decken den Balg 42 gegen die Druckfeder 54 ab.

Wenn gegen die Kraft der Druckfeder 54 auf den Kolben 31 gedrückt wird, sperrt das Rückschlagventil 36 und Öl sickert durch den Leckspalt 33 aus dem Druckraum 34 in den Vorratsraum 43. Die Eindrückbewe­ gung des Kolbens 31 ist durch die Bemessung des Leckspaltes 33 gedämpft. Entspannt sich die Druckfeder 54, dann schiebt sich der Kolben 31 hoch. Das Rückschlagventil 36 öffnet und über die Bohrungen 44 wird aus dem Vorratsraum 43 Öl in den Druckraum 34 nachgesaugt.

Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung mit einem als Elektromagnet ausgebildeten Steuerelement 25 arbeitet wie folgt:

Im Stillstand des Motors ist der Spannrollenhebel 11 mit Hilfe der Sperreinrichtung arretiert. Durch Einschalten der Zündung und durch Anlassen des Motors erhält das Steuerelement 25 Strom, so daß seine Schubstange 24 ausfährt und den Sperrhebel 22 um die Achse 23 ver­ schwenkt. Dadurch gelangt die Sperrklinke 20 an der Sperrverzahnung 19 des Spannrollenhebels 11 außer Eingriff. Der angetriebene Riemen 13 wird nun nur von dem Druckkrafterzeuger 15 über den Spannrollenhebel 11 und die dort gelagerte Spannrolle 10 vorgespannt. Beim Ausschalten des Motors fällt am Steuerelement 25 die auf die Schubstange 24 wirkende elektromagnetische Kraft ab. Die Zugfeder 26 verschwenkt nun den Sperrhebel 22 in Einfahrrichtung der Schubstange 24. An dem anderen, von der Schubstange 24 abgewandten Ende des Sperrhebels 22 gelangt dabei die Sperrklinke 20 in die Sperrverzahnung 19 des Spann­ rollenhebels 11 und legt somit den Spannrollenhebel 11 fest. Die Spannrolle 10 kann ihre Lage daher nicht mehr verändern, auch wenn die von dem Druckkrafterzeuger 15 auf den Spannrollenhebel 11 über­ tragende Kraft kleiner wird. Die Vorspannung in dem Riemen 13 bleibt somit erhalten.

Claims (10)

1. Spannvorrichtung für den Zahnriemen des Nockenwellenantriebs einer Brennkraftmaschine, mit einer Spannrolle, die auf einem beweglichen Träger gelagert ist, und mit einem auf den Träger in Spannrichtung ein­ wirkenden Krafterzeuger, der eine Feder, sowie eine Einrichtung für die hydraulische Dämpfung der Trägerbewegungen durch Flüssigkeitsver­ drängung mit einem Zylinder, einem Kolben und einer Drossel aufweist, gekennzeichnet durch eine den Träger der Spannrolle (10) in der momentanen Lage beim Stillsetzen der Brennkraftmaschine automatisch festsetzende Sperreinrichtung.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung eine Sperrklinke (20) für den Eingriff in einer Sperr­ verzahnung (19) aufweist und von einem Steuerelement (25) betätigbar ist.

3. Spannvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Träger der Spannrolle (10) ein um eine feste Achse (12) verschwenkbarer Hebel (11) ist, an welchem die Sperrverzahnung (19) ausgebildet ist.

4. Spannvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sperrklinke (20) Teil eines zusätzlichen, um eine feste Achse (23) verschwenkbaren Sperrhebels (22) ist, der von dem Steuer­ element (25) beaufschlagt ist.

5. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan des Steuerelements (25) eine Schubstange (24) ist, die entgegen der Kraftrichtung einer an dem Sperrhebel (22) angreifenden Zugfeder (26) auf den Sperrhebel (22) einwirkt.

6. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (25) ein Elektromagnet ist.

7. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (25) ein Hydraulikzylinder ist.

8. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (25) ein Pneumatikzylinder ist.

9. Spannvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das als Elektromagnet ausgebildete Steuerelement (25) in den Stromkreis der Zündanlage der Brennkraftmaschine geschaltet ist.

10. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrhebel (22), die Zugfeder (26) und das Steuerelement (25) auf einer gemeinsamen, mit Montagebohrungen (27) versehenen Grundplatte (21) angeordnet sind.