DE4443095C2 - Kettenspann-/Riemenspannvorrichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kettenspann-/Riemenspannvorrich
tung mit einem in einem Grundkörper vorgesehenen Zylinder mit
einem geschlossenen Ende und einem offenen Ende und einem in
dem Zylinder hin- und herbewegbar gelagerten Kolben, dessen
über das offene Ende des Grundkörpers vorstehendes eine Ende
direkt oder indirekt gegen die zu spannende Kette anliegt und
dessen anderes Ende über eine mechanisch/hydraulische Vor
spann- und Dämpfungseinrichtung gegen das geschlossene Ende
des Zylinders abgestützt ist, wobei zwischen der mecha
nisch/hydraulischen Vorspann- und Dämpfungseinrichtung und
dem geschlossenen Ende des Zylinders eine zweite auf Druck
vorgespannte Dämpfungseinrichtung angeordnet ist.
In Verbrennungskraftmaschinen vorgesehene Kettenspann-/Rie
menspannvorrichtungen sollen neben verschleißbedingten Län
genänderungen der Kette Längs- und Querschwingungen der
Kette, die durch Anregungen von Nockenwelle, Kurbelwelle und
Nebenaggregaten hervorgerufen werden können und die auf dem
Polygoneffekt und Spurungenauigkeiten der Kettenräder beruhen
können, ausgleichen.
Bei einer aus der DE 40 35 823 C1 bekannten Kettenspann-/Rie
menspannvorrichtung der eingangs genannten Art ist hinter ei
ner mechanisch/hydraulischen Vorspann- und Dämpfungseinrich
tung eine zweite hydraulische Dämpfungseinrichtung vorgese
hen, die bei hohen Drücken wirkt und die mit der mecha
nisch/hydraulischen Vorspann- und Dämpfungseinrichtung über
ein Druckbegrenzungsventil verbunden ist. In einem Abströmweg
dieses Ventils ist eine Drosselstelle angeordnet. Das Druck
begrenzungsventil besteht aus einer Kugel, die von einer Fe
der gegen einen Ventilsitz gedrückt wird, der durch eine Öff
nung in der die Dämpfungskammern beider Dämpfungseinrichtun
gen trennenden Wand gebildet wird. Bei dieser bekannten Vor
richtung ist das Dämpfungsverhalten beider Dämpfungseinrich
tungen vom Leckagestrom abhängig. Bei der bekannten Vorrich
tung können hochfrequente Belastungsstöße und daraus
resultierende hochfrequente Kettenschwingungen nur unzurei
chend gedämpft werden. Darüberhinaus ist eine derartige
Dämpfungseinrichtung aufgrund der vielen Bestandteile sowohl
in der Herstellung als auch in der Montage aufwendig.
Bei einer aus der DE 38 28 350 A1 bekannten Spannvorrichtung
ist eine als hydraulischer Stoßdämpfer ausgebildete erste
Dämpfungseinrichtung und eine zweite, Reibungselemente auf
weisende Dämpfungseinrichtung vorgesehen, deren Dämpfungswir
kung auf der Gleit- bzw. Haftreibung aneinander vorbeibeweg
ter Flächen beruht. Derartige Reibungselemente aufweisende
Dämpfungseinrichtungen unterliegen grundsätzlich Ver
schleißerscheinungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ketten
spann-/Riemenspannvorrichtung zu schaffen, bei der auch
hochfrequente Schwingungen weitestgehend gedämpft werden.
Für eine Kettenspann-/Riemenspannvorrichtung der eingangs ge
nannten Art wird dies dadurch erreicht, daß die zweite
Dämpfungseinrichtung ein unter Druckvorspannung einerseits
gegen das geschlossene Ende des Zylinders anliegendes und an
dererseits einem Stirnendbereich eines in dem Zylinder ange
ordneten Basiskolbens zugewandtes elastomeres Dämpfungsele
ment aufweist, und der Kolben über die mecha
nisch/hydraulische Vorspann- und Dämpfungseinrichtung gegen
den anderen Stirnendbereich des Basiskolbens abgestützt ist,
und daß eine Vorspanneinrichtung für das Dämpfungselement
einen in Umfangsrichtung mit der Zylinderinnenwand verbun
denen Vorspannanschlagring aufweist, gegen den in Ruhestel
lung das Dämpfungselement mit seiner dem Basiskolben Zuge
wandten Stirnseite abgestützt ist.
Somit weist die Kettenspann-/Riemenspannvorrichtung eine
mechanisch/hydraulische Vorspanneinrichtung auf, auf die die
von der Kette kommenden "Stöße" zunächst einwirken. Die Stöße
werden von der mechanisch/hydraulischen Vorspanneinrichtung
teilweise kompensiert bzw. gedämpft. Nicht kompensierte
"Stöße", insbesondere hochfrequente Schwingungen, werden auf
den Basiskolben übertragen und dann durch das dem Basiskolben
nachgeschaltete Dämpfungselement kompensiert. Die Hydraulik
flüssigkeit zwischen dem Kolben und dem Basiskolben wirkt für
die hochfrequenten Schwingungen wie ein starrer Körper, so
daß diese auf den Basiskolben übertragen werden, während
niedrigfrequente Schwingungen oder Stöße von der federnden
Abstützeinrichtung des Kolbens auf den Basiskolben auf genom
men werden. Somit handelt es sich letztlich bei der Erfindung
um eine Reihenschaltung von zwei Dämpfungseinrichtungen, wo
bei die der Kette zugewandte erste mechanisch/hydraulische
Dämpfungseinrichtung auf der nachgeschalteten zweiten
Dämpfungseinrichtung abgestützt ist, wobei das Dämpfungsver
halten so gestaltet ist, daß diejenigen Schwingungen, die
nicht durch die auf niederfrequente Schwingungen ansprechende
mechanisch/hydraulische Vorspanneinrichtung gedämpft bzw.
kompensiert werden, also insbesondere hochfrequente Schwin
gungen, über die für solche Schwingungen wie ein starrer Kör
per wirkende Hydraulikflüssigkeit auf die zweite
Dämpfungseinrichtung gegeben und dann dort gedämpft werden.
In zweckmäßiger Ausgestaltung ist der Hubweg der Dämpfungs
einrichtung über eine Hubbegrenzungseinrichtung begrenzt aus
gebildet.
Die Vorspannung des Dämpfungselementes kann durch Zusammen
drücken des elastomeren Materials und Festlegen mittels einer
Vorspanneinrichtung bewirkt werden. Die Vorspanneinrichtung
für das Dämpfungselement weist vorzugsweise einen mit seinem
äußeren Umfangsbereich in eine Nut in der Zylinderinnenwand
eingelassenen und quer zur Zylinderlängsrichtung verlaufend
angeordneten Vorspannanschlagring auf, durch den das elasti
sche Dämpfungselement unter Druckvorspannung gehalten wird.
In weiterer Ausbildung dieses Merkmals kann vorgesehen sein,
daß der Vorspannanschlagring im Bereich einer im Außenumfang
des Basiskolbens vorgesehenen Ringnut angeordnet ist und in
Ruhestellung eine Stirnseite des Vorspannanschlagrings gegen
die dem Dämpfungselement zugewandte Stirnseite der Ringnut
des Basiskolbens anliegt. Es kann aber auch vorgesehen sein,
daß auf der dem geschlossenen Ende des Zylinders abgewandten
Stirnseite des Dämpfungselementes eine Vorspannscheibe ange
ordnet ist, die mit ihrer gegenüberliegenden, dem Dämpfungs
element abgewandten Stirnseite gegen den Vorspannanschlagring
anliegt.
Die Hubbegrenzungseinrichtung des Basiskolbens kann als eine
Flanke einer in Ruhestellung auf Abstand zu dem Vorspannan
schlagring und parallel zu diesem angeordneten, eine Relativ
bewegung des Basiskolbens zu dem Vorspannanschlagring ermög
lichenden Aussparung des Basiskolbens ausgebildet sein. Al
ternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, daß die Hubbe
grenzungseinrichtung einen eine Öffnung des Dämpfungselemen
tes durchgreifenden, sich in Längsrichtung des Hubweges er
streckenden Anschlagzapfen aufweist, dessen dem geschlossenen
Ende des Zylinders zugewandtes Stirnende in Ruhestellung auf
Abstand zu dem geschlossenen Ende angeordnet ist. Der unter
Kompression des elastomeren, unter Druckvorspannung stehenden
Dämpfungselementes mögliche Hubweg des Basiskolbens wird da
bei durch den Abstand der Flanke der Aussparung des Basiskol
bens zu dem Vorspannanschlag und/oder den Abstand des freien
Stirnendes des Anschlagzapfens zu dem geschlossenen Ende des
Zylinders bestimmt.
Zur Erhöhung der Elastizität des Dämpfungselementes kann die
ses entlang seiner Peripherie mit einer Ringnut versehen
sein.
Das elastomere Dämpfungselement kann im Rahmen der Erfindung
beispielsweise als elastischer Formkörper auf der Basis von
Elastomeren ausgebildet sein. Es besteht aber auch die Mög
lichkeit, das Dämpfungselement beispielsweise als fluidge
dämpftes Gummi-Rückstellelement oder z. B. als Federelement
mit hydraulischer Drosselung auszubilden.
Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Kettenspann-/Riemenspann
vorrichtung in einer Verbrennungskraftmaschine wird die hin- und
hergehende Bewegung des Kolbens hydraulisch gedämpft, in
dem der Kolben von dem Druck des Motoröls der Verbrennungs
kraftmaschine beaufschlagt wird und gezielte Leckagen vorge
sehen werden, wodurch sich die an die Kette anzulegende Span
nung besonders einfach und effektiv steuern läßt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teils einer Ver
brennungskraftmaschine mit einer endlos umlaufend
über Zahnräder einer Antriebswelle und einer Nocken
welle geführten Kette;
Fig. 2 und Fig. 3 Längsschnittdarstellungen von zwei unter
schiedlichen Ausführungsbeispielen der erfindungsge
mäßen Kettenspann-/Riemenspannvorrichtung.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Teilausschnitt einer
Verbrennungskraftmaschine. An einer Nockenwelle 1 ist ein
Zahnrad 2 und an einer Antriebswelle 3 ist ein Zahnrad 4 an
gebracht. Über die Zahnräder 2 und 4 ist eine Kette 5 endlos
umlaufend geführt. Die Kette 5 liegt auf einer Seite gegen
eine Kettenführung 6 und auf der anderen Seite gegen eine
Spannschiene 7 an, die bei 8 verschwenkbar gelagert und unter
Wirkung einer insgesamt mit 9 bezeichneten Ketten
spannvorrichtung vorgespannt ist. Die Kettenspannvorrichtung
9 weist einen fest an einem Gehäuseteil 10 des Motors ange
brachten Grundkörper 11 und einen in einem Zylinder des
Grundkörpers hin- und herbewegbar gelagerten Kolben 12 auf.
Der in dem Grundkörper 11 vorgesehene Zylinder trägt die Be
zugsziffer 13. Das geschlossene Ende des Zylinders 13 ist mit
14 bezeichnet, während das offene Ende des Zylinders die Be
zugsziffer 15 trägt. Der über das offene Ende vorstehende
Teil 16 des Kolbens 12 liegt mit seinem Stirnende 17 gegen
die Spannschiene 7 an.
Fig. 2 zeigt einen detaillierten Längsschnitt eines Ausfüh
rungsbeispiels. In dem geschlossenen Endbereich des Zylinders
13 liegt eine insgesamt mit 18 bezeichnete Dämpfungseinrich
tung gegen das geschlossene Ende 14 des Zylinders 13 an. Die
Dämpfungseinrichtung weist ein aus elastischem Werkstoff be
stehendes Dämpfungselement 19 auf, welches an seiner Periphe
rie eine Ringnut 20 sowie eine zentrische Öffnung 21 auf
weist, die in einen sich erweiternden Teil 22 mündet. Die
zentrische Öffnung wird von einem Anschlagzapfen 23 durch
ragt, der bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 einstückig
mit einem Basiskolben 24 ausgebildet ist. Der Basiskolben 24
weist an seinem Umfang eine Aussparung 25 auf, deren entspre
chend der zeichnerischen Darstellung linkes Ende gegen einen
Vorspannanschlagring 26 anliegt, welcher seinerseits in eine
Nut 27 in der Zylinderinnenwand eingelassen ist und quer zur
Zylinderlängsrichtung verläuft. Das Dämpfungselement 19 liegt
an seiner dem geschlossenen Ende 14 des Zylinders 13 ab
gewandten Stirnseite gegen eine umlaufende Schulter 29 des
Basiskolbens 24 an und wird durch Wirkung des Vorspannan
schlagringes 26 unter einer bei der Montage aufgebrachten
Druckvorspannung gehalten.
Der maximal mögliche Hubweg des Basiskolbens 24 wird durch
den Abstand A zwischen dem Vorspannanschlagring 26 und der
Flanke der Ausnehmung in dem Basiskolben oder wahlweise auch
durch den Abstand B zwischen dem freien Stirnende des An
schlagzapfens 23 und dem geschlossenen Ende 14 des Zylin
ders 13 bestimmt.
Zwischen dem Basiskolben 24 und dem Kolben 12 ist eine mecha
nisch/hydraulische Vorspanneinrichtung vorgesehen. Die mecha
nische Vorspanneinrichtung des Kolbens weist eine Feder 30
auf, die mit einem Ende gegen den Boden 31 einer zylindri
schen Innenausnehmung 32 des Kolbens 12 und mit ihrem anderen
Ende gegen den Basiskolben 24 abgestützt ist.
Zur hydraulischen Versorgung ist in dem Basiskolben 24 ein
Ölzuführungskanal 33 vorgesehen, dem über eine Ringnut 34 und
einen Ölanschluß 35 hydraulisches Medium zuführbar ist. Der
Ölzuführungskanal 33 mündet in eine mit 36 bezeichnete und
schematisch dargestellte Ölversorgungskammer, welche über ein
Rückschlagventil mit einer in einem Kugelkäfig 38 gehaltenen
federvorgespannten Kugel 37 mit dem als Druckraum 39 ausge
bildeten Inneren des Zylinders 13 und der Innenausnehmung 32
in Verbindung steht. Bohrungen 40 und 41 sind Zuführungsöff
nungen für eine gezielte Leckage in dem Ringspalt zwischen
dem Zylinder 13 und dem Kolben 12.
Bei Inbetriebnahme der Verbrennungskraftmaschine gelangt
Drucköl über den Zuführungskanal 33 in die Ölversorgungskam
mer 36. Gleichzeitig drückt die Feder 30 den Kolben 12 in
Richtung auf die Spannschiene 7, wodurch sich der Druck in
der Druckkammer 39 verringert. Das Rückschlagventil ist so
eingestellt, daß eine Verbindung zwischen der Ölversorgungs
kammer 36 und der Druckkammer 39 dann freigegeben wird, wenn
die Druckdifferenz zwischen der Ölversorgungskammer und der
Druckkammer einen bestimmten Wert erreicht hat. Bei geöffne
tem Rückschlagventil gelangt Drucköl in die Druckkammer 39.
Dadurch bewegt sich der Kolben 12 in einer der Spannschiene 7
zugewandten Richtung, und die Kette 5 wird gespannt. Infolge
der von der Kette auf die Spannschiene 7 und damit auf den
Kolben 12 ausgeübten Kraft baut sich in der Druckkammer 39
ein Druck auf. Sobald dieser Druck den Druck des Drucköls
übersteigt, schließt das Rückschlagventil. Durch eine vorher
bestimmte Leckagemöglichkeit für das Drucköl in dem Ringspalt
zwischen dem Kolben 12 und dem Zylinder 13 des Grundkörpers
11, tritt aus dem Druckraum 39 Öl am freien Ende 15 aus, was
eine Dämpfungswirkung zur Folge hat. Das verdrängte Ölvolumen
hat seinerseits noch eine geringe Kolbenbewegung zur Folge.
Insbesondere hochfrequente Kettenkräfte und Kettenschwingun
gen, die von der mechanisch/hydraulischen Vorspanneinrichtung
nicht kompensiert werden, werden über das Hydraulikmedium im
Druckraum 39 und/oder die Feder 30 auf den beweglichen Ba
siskolben 24 und dann auf das vorgespannte Dämpfungselement
19 geleitet, und von diesem wirkungsvoll absorbiert. Die
Dämpfungseigenschaft kann insbesondere durch die Wahl der Ma
terialien des Dämpfungselementes und durch die dem Dämpfungs
element aufgegebene Druckvorspannung eingestellt werden.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind gleiche Teile wie in Fig. 2 mit gleichen
Bezugszahlen versehen und werden nicht nochmals gesondert er
läutert. Nachfolgend werden lediglich diejenigen Teile be
schrieben, die unterschiedlich zu der Ausführungsform gemäß
Fig. 2 ausgebildet sind. Gemäß Fig. 3 liegt der hier mit 24′
bezeichnete Vorspannanschlagring gegen eine Vorspannscheibe
43 an, die ihrerseits gegen das dem geschlossenen Ende 14 ab
gewandte Stirnseite des Dämpfungselementes 19 anliegt. Im Un
terschied zu Fig. 2 weist der hier mit 44 bezeichnete Basis
kolben eine Innenausnehmung 45 auf, in die ein an der Vor
spannscheibe angebrachter und diese durchgreifender Anschlag
zapfen 46 hineinragt, der im übrigen das Dämpfungselement 19
durchgreift.
Bei beiden dargestellten Ausführungsformen der erfindungsge
mäßen Kettenspannvorrichtung liegt der Basiskolben 24 bzw.
24′ direkt oder indirekt an dem Dämpfungselement 19 an. Hoch
frequente Schwingungen, die bei einem Auftreffen des entspre
chenden Stirnbereiches des Basiskolbens gegen das geschlos
sene Ende 14 des Zylinders in dem Grundkörper 11 auftreten,
werden durch die innere Reibung des elastomeren Festkörpers
stark gedämpft, so daß an dem Übergang vom Basiskolben 24
bzw. 24′ zu dem geschlossenen Ende 14 des Zylinders in dem
Grundkörper 11 praktisch keine hochfrequenten Schwingungen
auftreten, wodurch die Lebensdauer der Kettenspannvorrichtung
insgesamt erhöht und der mechanische Wirkungsgrad des Ketten
triebes verbessert wird.
Claims (10)
1. Kettenspann-/Riemenspannvorrichtung mit einem in einem
Grundkörper (11) vorgesehenen Zylinder (13) mit einem ge
schlossenen Ende (14) und einem offenen Ende (15) und ei
nem in dem Zylinder hin- und herbewegbar gelagerten Kolben
(12), dessen über das offene Ende des Grundkörpers vorste
hendes eine Ende (17) direkt oder indirekt gegen die zu
spannende Kette anliegt und dessen anderes Ende über eine
mechanisch/hydraulische Vorspann- und Dämpfungseinrichtung
gegen das geschlossene Ende des Zylinders abgestützt ist,
wobei zwischen der mechanisch/hydraulischen Vorspann- und
Dämpfungseinrichtung und dem geschlossenen Ende des Zylin
ders eine zweite auf Druck vorgespannte Dämpfungseinrich
tung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die
zweite Dämpfungseinrichtung (18) ein unter Druckvorspan
nung einerseits gegen das geschlossene Ende (14) des Zy
linders (13) anliegendes und andererseits einem Stirnend
bereich eines in dem Zylinder angeordneten Basiskolbens
(24, 24′) zugewandtes elastomeres Dämpfungselement (19)
aufweist, und der Kolben (12) über die mecha
nisch/hydraulische Vorspann- und Dämpfungseinrichtung (30,
37-39) gegen den anderen Stirnendbereich des Basiskolbens
abgestützt ist, und daß eine Vorspanneinrichtung für das
Dämpfungselement (19) einen in Umfangsrichtung mit der Zy
linderinnenwand verbundenen Vorspannanschlagring (26, 26′)
aufweist, gegen den in Ruhestellung das Dämpfungselement
(19) mit seiner dem Basiskolben (24, 24′) zugewandten
Stirnseite abgestützt ist.
2. Kettenspann-/Riemenspannvorrichtung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß der Hubweg (A, B) der Dämp
fungseinrichtung (18) von einer Hubbegrenzungseinrichtung
begrenzt ist.
3. Kettenspann-/Riemenspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorspannanschlagring
(26, 26′) mit seinem äußeren Umfangsbereich in eine Nut
(27) in der Zylinderinnenwand eingelegt ist.
4. Kettenspann-/Riemenspannvorrichtung nach Anspruch 3, da
durch gekennzeichnet, daß der Vorspannanschlagring (26) im
Bereich einer im Außenumfang des Basiskolbens (24) vorge
sehenen Ringnut (25) angeordnet ist und in Ruhestellung
eine Stirnseite des Vorspannanschlagrings (26) gegen die
dem Dämpfungselement (19) zugewandte Stirnseite der Ring
nut (25) des Basiskolbens (24) anliegt und die andere
Stirnseite der Ringnut (25) einen Abstand zum Vorspannan
schlagring (26) aufweist.
5. Kettenspann-/Riemenspannvorrichtung nach einem der An
sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem
geschlossenen Ende (14) des Zylinders abgewandten Stirn
seite des Dämpfungselementes (19) eine Vorspannscheibe
(43) angeordnet ist, die mit ihrer gegenüberliegenden, dem
Dämpfungselement (19) abgewandten Stirnseite gegen den
Vorspannanschlagring (26′) anliegt.
6. Kettenspann-/Riemenspannvorrichtung nach einem der An
sprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubbe
grenzungseinrichtung eine Flanke einer in Ruhestellung auf
Abstand (A) zu dem Vorspannanschlagring (26, 26′) und par
allel zu diesem angeordneten, eine Relativbewegung des Basiskolbens
(24, 24′) zu dem Vorspannanschlagring (26, 26′)
ermöglichenden Aussparung des Basiskolbens (24, 24′) auf
weist.
7. Kettenspann-/Riemenspannvorrichtung nach einem der An
sprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise die
Hubbegrenzungseinrichtung einen eine Öffnung des
Dämpfungselementes (19) durchgreifenden, sich in Längs
richtung des Hubweges erstreckenden Anschlagzapfen (23,
46) aufweist, dessen dem geschlossenen Ende (14) des Zy
linders zugewandtes Stirnende in Ruhestellung auf Abstand
(B) zu dem geschlossenen Ende (14) angeordnet ist.
8. Kettenspann-/Riemenspannvorrichtung nach Anspruch 7, da
durch gekennzeichnet, daß der Zapfen (23) einstückig mit
dem Basiskolben (24) ausgebildet ist.
9. Kettenspann-/Riemenspannvorrichtung nach Anspruch 7, da
durch gekennzeichnet, daß der Anschlagzapfen (46) an der
Vorspannscheibe (43) angebracht ist.
10. Kettenspann-/Riemenspannvorrichtung nach einem der An
sprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das
Dämpfungselement (19) entlang seiner Peripherie mit einer
Ringnut (20) versehen ist.
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