DE4114948A1

DE4114948A1 - Kettenspanner

Info

Publication number: DE4114948A1
Application number: DE4114948A
Authority: DE
Inventors: Kevin M Cradduck; Nicholas A Iacchetta
Original assignee: Borg Warner Automotive Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 1990-06-08
Filing date: 1991-05-07
Publication date: 1991-12-12
Anticipated expiration: 2011-05-08
Also published as: JPH04231764A; DE4114948B4; US5055088A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Blattfeder für einen Kettenspanner zum zusammenwirkenden Eingriff mit einer Kette an der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges.

Der herkömmliche, mit einer Blattfeder in Kombination mit einem Kunststoffschuh versehene Kettenspanner wurde von E.C. Turner und J. Poyser erfunden und ist in der US-PS 34 90 302 beschrieben. Der Schuh besteht aus einem Material, das unter Belastung und bei erhöhten Temperaturen kriecht, wie beispielsweise starrem, mit Füllmaterial versehenem Nylon. Die Last wird von der Blattfeder aufgebracht, die kontinuerlich gegen den Kunststoffschuh gelagert ist. Der Schuh besitzt eine Ausnehmung an einem Ende zur Aufnahme des ersten Endes der Blattfeder. Er weist einen Vorsprung am gegenüberliegenden Ende auf, der sich durch ein passendes Loch am zweiten Ende der Blattfeder erstreckt. Die Blattfe der und der Schuh stehen über einen Splint mechanisch mit einander in Eingriff.

In der GB-PS 9 81 174 ist eine Spannvorrichtung für Antriebs ketten beschrieben, die aus einer bekannten Feder besteht, die innerhalb eines Streifens aus synthetischem Material be festigt ist. Der Streifen besteht aus Nylon oder synthe tischem Kautschuk, der kriecht, wenn er einer kontinuier lichen Last ausgesetzt ist. Die Breite der Kette entspricht im wesentlichen der des Streifens. Die Spannvorrichtung um faßt einen Streifen, der ein gleitendes, einen Drehpunkt bildendes Ende, das an einer Führung gelagert ist, und ein festes, einen Drehpunkt bildendes Ende benachbart zum An triebskettenrad aufweist. Die Spannfeder erstreckt sich zwischen den oberen Enden des Streifens und ist an diesem befestigt.

In der US-PS 49 21 472 ist eine Verbesserung des von Turner/ Poyser erfundenen Kettenspanners beschrieben. Dieser Ketten spanner besitzt eine Blattfeder und einen Schuh. Die mecha nische Verriegelung umfaßt eine Kammer an einem Ende des Schuhs und eine in einem Kanal im anderen Ende des Schuhs angeordnete Schulter. Durch diese Ausführungsform des Schuhs kann die Blattfeder im Schuh montiert und in diesem be festigt und gehaltert werden, ohne daß ein Splint erforder lich ist.

Diese Kettenspanner sind jedoch auf einen sehr begrenzten Bereich an Aufnahmefähigkeit beschränkt. Die Kette verlän gert sich nach ausgedehntem Gebrauch, was dazu führt, daß der Kettenspanner den Kontakt mit der Kette verliert. Obwohl diese Spannvorrichtungen in der Lage sind, eine hohe An fangskraft auszuüben, sinkt diese Kraft jedoch mit zunehmen dem verschleiß der Kette beträchtlich ab. Die von den oben genannten Veröffentlichungen vermittelten Lehren werden hiermit als zusätzlicher Hintergrund in die vorliegende Er findung eingearbeitet.

Benötigt wird ein Kettenspanner, der eine besonders große Flexibilität in bezug auf die gewünschte Spannkraft, eine erhöhte Aufnahmefähigkeit, eine konsistentere Spannkraft über die Lebensdauer der Kette und verbesserte Dämpfungs eigenschaften zur Verfügung stellt.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Kettenspanner umfaßt eine Blattfedereinrichtung und einen Schuh. Der Schuh besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff, der unter einer konti nuierlichen Belastung, die durch die Blattfedereinrichtung auf ihn aufgebracht wird, kriecht. Der Schuh besitzt ferner einen Mechanismus zum festen Haltern der Blattfederein richtung gegen den Schuh.

Bei Blattfedereinrichtung umfaßt vorzugsweise eine Vielzahl von Blattfedern. Vorzugsweise finden nur zwei Blattfedern Verwendung, die im wesentlichen identisch sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei spielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer bevorzugten Aus führungsform eines erfindungsgemäß aus gebildeten Kettenspanners, der zum Span nen einer Kette verwendet wird;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Ausführungsform des in Fig. 1 gezeigten Kettenspanners;

Fig. 3 eine Unteransicht des in Fig. 2 darge stellten Kettenspanners;

Fig. 4A eine Seitenansicht der beiden Blattfedern für den erfindungsgemäß ausgebildeten Kettenspanner;

Fig. 4B eine Seitenansicht einer einzelnen Blatt feder eines herkömmlich ausgebildeten Kettenspanners; und

Fig. 5 eine Seitenansicht einer zweiten Aus führungsform eines Kettenspanners.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kettenspanners 10, der gegen eine Kette gelagert ist. Der Kettenspanner 10 kann in Verbindung mit verschiedenen Arten von Ketten verwendet wer den, wie beispielsweise Steuerketten, Getriebeketten u. ä. Der Kettenspanner ist des weiteren in den Fig. 2 und 3 gezeigt und umfaßt eine Blattfedereinrichtung 20 sowie einen Schuh 30.

Der Schuh 30 besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff, der unter einer kontinuierlichen Last, die durch die Blattfeder einrichtung 20 auf ihn aufgebracht wird, kriecht. Bei dem Kunststoff handelt es sich vorzugsweise um hitzestabilisier tes Nylon 6/6. Der Schuh 30 umfaßt ferner einen Mechanismus 50 zum festen Haltern der Blattfedereinrichtung 20 gegen den Schuh, beispielsweise einen Splint oder einen festen Stift.

Die Blattfedereinrichtung 20 umfaßt vorzugsweise eine Viel zahl von Blattfedern 21 und 22. Jede der einzelnen Blattfe dern 21 und 22 kann aus unterschiedlichen Materialien be stehen, kann unterschiedliche Dicken besitzen und kann irgendeinem aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Vorbe handlungsvorgängen unterzogen worden sein, um die Eigen schaften der Blattfedereinrichtung 20 an die gewünschte Last anzupassen, die auf den Kettenantrieb 60 aufgebracht werden soll. Vorzugsweise werden jedoch nur zwei Blattfedern 21 und 22 verwendet, die im wesentlichen identisch sind.

Andere Blattfedereinrichtungen 20 besitzen auch beliebige andere Konstruktionen zur Montage oder zur anderweitigen Nutzung von einer oder mehreren Blattfedern 21 zur Opti mierung der Federkräfte und zum Aufrechterhalten von opti malen Federkräften, die gegen die Kette 60 über die Le bensdauer derselben ausgeübt werden.

Mehrere Federn stellen eine größere Konstruktionsflexibili tät der gewünschten Spannkraft, ein erhöhtes Aufnahmevermö gen, eine konsistentere Spannkraft über die Lebensdauer der Steuerkette 60 und verbesserte Dämpfungseigenschaften zur Verfügung. Zwei oder mehr Blattfedern 21 und 22 können in Verbindung miteinander Verwendung finden, um die gewünschten Eigenschaften zu erzeugen. Die Formeln von Standardträger federn werden verwendet, um die gewünschte Geometrie zu er mitteln. Die Spannungen sind der Materialdicke und der Durchbiegung direkt proportional. Daher können Blattfedern aus dünnerem Material bei dem gleichen Spannungsniveau stär ker durchgebogen werden als dickere Blattfedern. Hierdurch kann das dünnere Material mit einem kleineren Anfangsradius versehen werden und innerhalb zulässiger Spannungsgrenzen verbleiben, wenn die Blattfedern 21 und 22 im Schuh 30 mon tiert werden.

Die gewünschte Spannkraft kann erhalten werden, indem man eine Vielzahl der Blattfedern 21 und 22 verwendet. Wenn die Kette 60 verschleißt und der Federradius abnimmt, fällt die Spannkraft ab. Für einen vorgegebenen Verschleißgrad findet jedoch ein viel geringerer Prozentsatz des anfänglichen minimalen Formradius im Vergleich zu einer einzigen Feder größerer Dicke Verwendung. Die von der Blattfedereinrichtung 20 aufgebrachte Kraft bleibt daher über die Lebensdauer der Kette 60 relativ gleichmäßig.

Der Kunststoffschuh 30 wird vorzugsweise gerade oder mit einer sehr geringen Krümmung geformt, um eine leichte Mon tage in der Brennkraftmaschine zu ermöglichen. Daher müssen die Blattfedern 21 und 22 aus ihrer natürlichen Krümmung heraus für die mechanische Montage mit dem Schuh gerade gebogen werden. Wenn die Blattfedern 21 und 22 geradege bogen werden, steigen die inneren Spannungen an. In bezug auf die Konzeption der Blattfedern 21 und 22 muß darauf geachtet werden, daß diese geradegebogen werden können, ohne die zulässigen Spannungsgrenzen zu überschreiten. Dies wird dann zum Grenzfaktor in bezug auf die Spannkraft und das Aufnahmevermögen.

Wie die Tabellen 1 und 2 zeigen, ist es möglich, die Geo metrie der mehreren Blattfedern so festzulegen, daß diese einen beträchtlichen Anstieg im Aufnahmevermögen erfahren und eine relativ konstante Kraft in bezug auf die Kette aufrechterhalten. Die Blattfedern in diesen Tabellen be sitzen jeweils eine Breite von 22,23 mm und eine Länge von 10,31 cm. Die Blattfedern bestehen aus entzundertem Blau- Schwarz-vergütetem SAE 1075-Stahl.

Die nachfolgende Formel wurde verwendet, um die Federkräfte in den Tabellen 1 und 2 zu ermitteln:

wobei bedeuten:
P die Federkraft (Pfund),
E der Modul des Materiales,
F die Durchbiegung der Feder (Zoll),
b die Breite der Feder (Zoll),
t die Dicke der Feder (Zoll),
L die Länge der Feder (Zoll).

Für das wärmestabilisierte Nylon 6/6 beträgt E etwa 30 000 000.

Sämtliche Blattfedern sind dünner als 1,016 mm, um eine Gleitpassung mit der Spannfläche des Schuhs sicherzustel len. Der Innenradius einer jeden Blattfeder bildet einen Bogen von 180° oder weniger. Es muß darauf geachtet werden, daß die Blattfederverformungsspannungen während des Zusam menbaues des Kettenspanners, die normalerweise bei etwa 2 76 000 PSI für SAE 1075 Federstahl liegen, nicht über schritten werden. Wenn höhere Blattfederverformungsspan nungen auftreten, kehrt die Feder nicht zu ihrem anfäng lichen Minimalformradius zurück. Der hier verwendete Begriff "Minimalformradius" ist der Radius der Blattfeder, der durch die maximal zulässige Spannung für das Material nach der folgenden Formel begrenzt wird:

worin bedeuten
S die Federspannung (Pfund/Quadratzoll)
E der Modul des Materiales
F die Durchbiegung der Feder (Zoll)
t die Dicke der Feder (Zoll)
L die Länge der Feder (Zoll).

Tabelle 1

Wie in Tabelle 1 gezeigt, ist der Kettenspanner 10 bei einer Blattfeder mit einer Dicke von 0,040 Zoll (1,016 mm) nicht in der Lage, die Lose der Kette 60 aufzunehmen, wenn die Kette 60 einen Verschleiß von 1% aufweist.

Tabelle 2

Für Vergleichszwecke wurde eine herkömmlich ausgebildete Kettenspannvorrichtung mit einer Blattfeder einer Dicke von 0,635 mm verwendet. Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die einzige Blattfeder durch zwei Blattfedern 21 und 22 ersetzt, die jeweils eine Dicke von 0,457 mm besitzen. Es ergibt sich eine beträchtliche Verbesserung in bezug auf die theoretische Federkraft, die auf die Kette nach einem Verschleiß von 1% einwirkt. Die herkömmliche Blattfeder liefert eine Federkraft von 10 Pfund, während die beiden kombinierten Blattfedern für eine Kraft von 16,6 Pfund sorgen, was eine Erhöhung der an gelegten Kraft um etwa 66% bedeutet. Ferner besitzt die einzige Blattfeder (mit der Dicke von 0,635 mm) einen mi nimalen Formradius von 6,426 cm nach einer Durchwärmung von 1 h in einem heißen Ölbad, während die beiden Blattfedern jede mit einer Dicke von 0,457 mm einen minimalen Formra dius nach der Durchwärmung von 3,759 cm aufweisen, was eine Verbesserung im Aufnahmevermögen, gemessen von der Geraden aus, von etwa 41% darstellt. Darüber hinaus halten die beiden Blattfedern 21 und 22 noch über 80% der Anfangs kraft in bezug auf die verschlissene Kette 60 aufrecht, während die herkömmliche einzige Blattfeder nur etwa 60% aufrechterhält.

Fig. 4B ist eine vereinfachte Ansicht einer einzelnen Blattfeder 28 einer vorgegebenen Dicke mit einem minimalen Formradius r₁. Fig. 4A zeigt eine vereinfachte Ansicht der beiden Blattfedern 21 und 22, wie sie beim erfindungsgemäß ausgebildeten Kettenspanner 10 Verwendung finden. Die kom binierte Dicke der beiden Blattfedern 21 und 22 entspricht der vorgegebenen Dicke der einzelnen Blattfeder 28. Der minimale Formradius r₂ der beiden Blattfedern 21 und 22 ist beträchtlich geringer als der minimale Formradius r₁ der einzelnen Blattfeder 28. Wie die Tabellen 1 und 2 zeigen, beträgt der minimale Formradius r₁ für eine einzelne Blatt feder 28 einer Dicke von 0,762 mm 5,588 cm, während der minimale Formradius r₂ der beiden Blattfedern 21 und 22 mit der gleichen Dicke (jede Blattfeder ist 0,381 mm dick) 2,616 cm beträgt.

Fig. 5 verdeutlicht die Lehren der vorliegenden Erfindung in Anwendung bei einem in der US-PS 49 21 472 beschriebenen Schuh 35. Um mehr als eine Blattfeder in diesen Schuh 35 einzusetzen, wird im wesentlichen die gleiche allgemeine Technik verwendet, wie sie in dieser Veröffentlichung be schrieben ist, mit der Ausnahme, daß die Blattfedern 21 und 22 gleichzeitig in den Schuh 35 eingesetzt werden.

In idealer Weise sollte ein Kettenspanner eine angemessene Kraft zum Steuern der Bewegung der Kette 60 ohne ein Über spannen zur Verfügung stellen. Der Kettenspanner sollte ebenfalls eine konsistente Kraft über die Lebensdauer der Kette 60 aufrechterhalten. Aus Konstruktionsgründen besitzt diese Art Kettenspanner ihre größte Kraft, wenn die Blatt feder nahezu gerade ist und in Kontakt mit einem neuen Ket tenantrieb steht. Wenn das Kettensystem verschleißt, kriecht der Schuh, so daß der Radius der Blattfeder abnehmen kann. Wenn dies auftritt, nimmt die von der Blattfeder ausgeübte Kraft weiterhin ab, bis ein Gleichgewicht zwischen dem Kunststoffmodul und der Blattfederkraft erreicht ist.

Ein zusätzlicher Vorteil der Verwendung von mehreren Blatt federn 21 und 22 ist in einer Verbesserung der natürlichen Dämpfungseigenschaften zu sehen. Die zweite Blattfeder 22 fügt einen weiteren Satz von Paßflächen hinzu. Wenn sich der Kettenspanner 10 durchbiegt, sorgt die Reibung zwischen sämtlichen Paßflächen für eine Dämpfung des Systems.

Claims

1. Vorrichtung zum Aufbringen einer kontinuierlichen Spannkraft auf eine Kette, gekennzeichnet durch:

a) eine erste Blattfeder (21) und eine zweite Blattfeder (22) und
b) einen Schuh (30), der mit der Kette in Kontakt treten kann und aus einem vorgegebenen Material besteht, das unter einer kontinuierlichen Last, die von der ersten und zweiten Blattfeder (21, 22) aufgebracht wird, kriecht, wobei der Schuh Einrichtungen zum Haltern der ersten und zweiten Blattfeder (21, 22) darin aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Blattfeder (21, 22) jeweils aus einem vorgegebenen Material bestehen, jeweils einer vor gegebenen Vorbehandlung unterzogen worden sind und in Kom bination miteinander eine vorgegebene Dicke besitzen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste und zweite Blattfeder (21, 22) miteinander kombiniert einen minimalen Formradius besitzen, der beträchtlich geringer ist als der minimale Formradius einer einzelnen Blattfeder, wobei diese einzelne Blattfeder aus dem vorgegebenen Material besteht, die vorgegebene Dicke besitzt und der vorgegebenen Vorbehandlung unterzogen worden ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Kettenspannvorrichtung (10) eine Spannkraft auf die Kette über deren Lebensdauer aus übt, die wesentlich konsistenter ist als die von einer Ket tenspannvorrichtung mit einer einzigen Blattfeder über die Lebensdauer der Kette ausgeübte Kraft, wobei diese einzige Blattfeder aus dem vorgegebenen Material besteht, die vor gegebene Dicke besitzt und der vorgegebenen Vorbehandlung unterzogen worden ist.

5. Vorrichtung zum Aufbringen einer kontinuierlichen Spannung auf eine Kette während der Lebensdauer der Kette beim Verschleiß derselben, gekennzeichnet durch:

a) Eine Blattfedereinrichtung (20) aus einem vorgegebenen Material, mit einer vorgegebenen Dicke, die einer vorge gebenen Vorbehandlung unterzogen worden ist, wobei die Vor richtung durch die Blattfedereinrichtung eine Spannkraft über die Lebensdauer der Kette auf diese ausüben kann, die wesentlich konsistenter ist als die von einer Kettenspann vorrichtung mit einer einzigen Blattfeder, die aus dem vor gegebenen Material besteht, die vorgegebene Dicke besitzt und der vorgegebenen Vorbehandlung unterzogen worden ist, auf die Kette ausgeübte Spannkraft, und
b) einen Schuh (30), der mit der Kette in Kontakt treten kann und aus einem Material besteht, das unter einer kon tinuierlichen Spannung, die durch die Blattfedereinrichtung ausgeübt wird, kriecht, wobei der Schuh Einrichtungen zum Haltern der Blattfedereinrichtung in demselben aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedereinrichtung (20) eine erste Blattfeder (21) und eine zweite Blattfeder (22) umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Blattfedereinrichtung (20) einen minimalen Formradius besitzt, der beträchtlich kleiner ist als der minimale Formradius der einzelnen Blattfeder.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Blattfeder (21) im wesentlichen mit der zweiten Blattfeder (22) identisch ist.

9. Vorrichtung zur Aufbringung einer kontinuierlichen Spannung auf eine Kette, gekennzeichnet durch:

a) Eine Blattfedereinrichtung (20) aus einem vorgegebenen Material mit einer vorgegebenen Dicke, die einer vorgege benen Vorbehandlung unterzogen worden ist und einen mini malen Formradius aufweist, der beträchtlich kleiner ist als der minimale Formradius einer einzelnen Blattfeder, die aus dem vorgegebenen Material besteht, die vorgegebene Dicke besitzt und der vorgegebenen Vorbehandlung unterzogen worden ist, und
b) einen Schuh (30), der mit der Kette in Kontakt treten kann und aus einem Material besteht, das unter einer konti nuierlichen Spannung, die durch die Blattfedereinrichtungen auf den Schuh ausgeübt wird, kriecht, wobei der Schuh Ein richtungen zum Haltern der Blattfedereinrichtung in demsel ben aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedereinrichtung (20) eine erste Blattfeder (21) in Kombination mit einer zweiten Blattfeder (22) auf weist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Blattfeder (21) eine erste Dicke und die zweite Blattfeder (22) eine zweite Dicke aufweist, wobei die erste Dicke von der zweiten Dicke verschieden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Blattfeder (21) einen ersten mini malen Formradius und die zweite Blattfeder (22) einen zwei ten minimalen Formradius besitzt, wobei der erste minimale Formradius vom zweiten minimalen Formradius verschieden ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Blattfeder (21) mit der zweiten Blattfeder (22) im wesentlichen identisch ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedereinrichtung (20) eine Spannkraft auf die Kette während deren Lebensdauer ausübt, die wesentlich größer ist als die Spannkraft, die von der einzelnen Blattfeder auf die Kette ausgeübt wird.