Kurze Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf Spanner, insbesondere
Kettenspanner, um kraftübertragende Ketten unter Spannung zu setzen,
beispielsweise Ketten, die in Kraftfahrzeugmotoren verwendet
werden, um Antriebskraft von der Kurbelwelle zu einer
Nockenweile zu übertragen.
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Bei herkömmlichen Spannern wird hydraulischer Druck,
Federkraft oder eine Kombination davon verwendet, um die Kette
unter Spannung setzen. Im allgemeinen setzen herkömmliche
Spanner die Kette zu jeder Zeit unter Spannung. Als Ergebnis
werden, wenn die Geschwindigkeit der Kette steigt, in einem
Abschnitt der Kette zwischen einem Ritzel und dem in Kontakt mit
der Kette gehaltenen Spannschuh Schwingungen erzeugt. Diese
Schwingungen erzeugen häufig ein unangenehmes, heulendes
Geräusch.
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Erfindungsgemäß wird ein Kettenspanner geschaffen, umfassend:
ein Gehäuse; einen Stößel, der in dem Gehäuse verschieblich
ist; ein Federmittel, das den Stößel in einer
Vorsprungsrichtung relativ zu dem Gehäuse vorspannt, um eine Kette unter
Spannung zu setzen, ein Mittel innerhalb des Gehäuses, das
eine erweiterbare Kammer für Hydraulikfluid bereitstellt, und
ein auf den Druck des Hydraulikfluids in der erweiterbaren
Kammer ansprechendes Mittel, um eine Kraft auf den Stößel
auszuüben, die den Stößel in einer Rückzugsrichtung
entgegengesetzt zu der Vorsprungsrichtung drückt, wobei dieses Mittel
auf die Betriebsdrehzahl der Maschine anspricht, um die durch
den Stößel auf die Kette aufgebrachte Spannung zu vermindern,
weiter umfassend eine Sperreinrichtung, die mit dem Gehäuse
und dem Stößel verbunden ist, um die Bewegung des Stößels in
der Rückzugsrichtung zu begrenzen, wobei die Sperreinrichtung
den Stößel an einem aus dem Gehäuse heraus erstreckbaren
Abschnitt des Stößels erfaßt.
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Die durch die Feder ausgeübte Vorspannkraft, die den Stößel in
Vorsprungsrichtung drückt, und die durch das Hydraulikfluid
ausgeübte Kraft, die den Stößel in Rückzugsrichtung drückt,
werden gleichzeitig ausgeübt.
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Beispielsweise bei einem Kraftfahrzeugmotor kann der Spanner
dazu verwendet werden, eine Kette unter Spannung zu setzen,
die von der Kurbelwelle des Motors angetrieben wird und dazu
dient, Antriebskraft zu einer Nockenwelle zu übertragen. Ein
mit dem Stößel des Spanners verbundener Spannschuh wird durch
den Stößel in Kontakt mit der Kette gehalten. Die Pumpe für
das Schmieröl des Motors wird ebenfalls durch die Kurbelwelle
angetrieben, und es besteht eine Verbindung zwischen der Pumpe
und der erweiterbaren Kammer des Spanners, um eine
Strömungsverbundung dazwischen herzustellen. Wenn sich der Motor im
Leerlauf oder im Ruhezustand mit geringem oder ohne Öldruck
befindet, drückt die Feder den Stößel in Vorsprungsrichtung
und veranlaßt den Stößel und den Spannschuh darauf dazu, die
Kette unter Spannung zu setzen. Wenn die Drehzahl des Motors
zunimmt, nimmt auch die Antriebsgeschwindigkeit der Kette zu,
und die Kette kommt in einen Geschwindigkeitsbereich, in dem
normalerweise das heulende Geräusch erzeugt würde. Der Öldruck
steigt allerdings mit steigender Drehzahl. Folglich wird die
erweiterbare Kammer des Spanners unter erhöhten Druck gesetzt.
Dieser erhöhte Druck vermindert die Kraft, die der Spanner auf
die Kette ausübt, wenn sich die Geschwindigkeit der Kette
erhöht, und elimiert dadurch das heulende Geräusch oder
reduziert wenigstens dessen Intensität.
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Vorzugsweise ermöglicht die Sperreinrichtung ein Spiel
vorbestimmter
Größe in der Bewegung des Stößels, wodurch sich der
Stößel nach einer Bewegung des Stößels in der
Vorsprungsrichtung in einem begrenzten Ausmaß zurückziehen kann. Aufgrund
des durch die Sperreinrichtung ermöglichten Spiels kann der
Anstieg des Öldrucks die erforderliche Größe des Spiels in der
Kette bewirken, um das heulende Geräusch zu eliminieren,
welches normalerweise mit der Vergrößerung der Motordrehzahl
einhergeht. Die Sperreinrichtung verhindert aber auch ein
übermäßiges Spiel der Kette, das nach einem plötzlichen Anstieg
der Kettenspannung oder bei Betrieb des Motors bei hoher
Drehzahl auftreten kann.
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Bei einer anderen Version des Spanners besteht das Gehäuse aus
einem feststehenden Teil und einem schwimmend gelagerten Teil.
Das Federmittel ist so eingerichtet, daß es entgegengerichtete
Kräfte auf den Stößel und auf das schwimmend gelagerte Teil
ausübt, um den Stößel in Vorsprungsrichtung zu drücken. Die
erweiterbare Kammer ist so eingerichtet, daß sie
entgegengerichtete Kräfte auf den Stößel und das feststehende Teil des
Gehäuses ausübt, um den Stößel in Rückzugsrichtung zu drücken.
Eine Sperreinrichtung begrenzt die Rückzugsbewegung des
Stößels relativ zum schwimmend gelagerten Teil des Gehäuses. Ein
zweites Federmittel ist so eingerichtet, um entgegengerichtete
Kräfte auf das feststehende Teil und das schwimmend gelagerte
Teil des Gehäuses auszuüben, um das schwimmend gelagerte Teil
in Vorsprungsrichtung zu drücken. Folglich veranlaßt ein
Anstieg des Drucks des Hydraulikfluids in der erweiterbaren
Kammer den Stößel und das schwimmend gelagerte Teil des Gehäuses
dazu, sich relativ zum feststehenden Teil des Gehäuses in
Rückzugsrichtung zu bewegen, selbst wenn die Sperreinrichtung
eine Rückzugsbewegung des Stößels relativ zum schwimmend
gelagerten Teil des Gehäuses verhindert.
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Während die zweite Feder das schwimmend gelagerte Teil des
Gehäuses in Vorsprungsrichtung drückt, bringt sie keine
Spannung auf die Kette, da das Ausmaß der Bewegung des
schwimmenden Teils begrenzt ist. Die zweite Feder wird allerdings
zusammengedrückt, wenn eine übermäßige Spannung in der Kette
auftritt, oder wenn ein genügend hoher hydraulischer Druck auf
das Öl in der erweiterbaren Kammer wirkt, wenn die
Motordrehzahl steigt.
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Im Falle übermäßiger Kettenspannung wird, obwohl der Stößel
durch die Sperreinrichtung am Zurückziehen gehindert wird, die
auf den Stößel wirkende Kraft als Ergebnis der übermäßigen
Kettenspannung vom Stößel über die Sperreinrichtung, die erste
Feder und den schwimmend gelagerten Teil des Gehäuses zur
zweiten Feder übertragen. Daher ist eine Rückzugsbewegung des
Stößels durch die zweite Feder möglich, und die übermäßige
Spannung der Kette wird abgebaut.
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Im Fall erhöhter Motordrehzahl kann der auf den Stößel
wirkende hydraulische Druck den Stößel dazu veranlassen, sich in
einem bestimmten Maße zurückzuziehen, wenn dies die
Sperreinrlchtung ermöglicht. Dann wird die zweite Feder
zusammengedrückt. Die durch den Druck des Öls in der erweiterbaren
Kammer auf den Stößel ausgeübte Kraft wird über die erste Feder,
die Sperreinrichtung und das schwimmend gelagerte Gehäuse auf
die zweite Feder übertragen. Da die Spannereinrichtung durch
die zweite Feder und den hydraulischen Druck in der
erweiterbaren Kammer in entgegengesetzten Richtungen gedrückt wird,
kann ein geeignetes Maß an Spiel in der Kette durch Einstellen
der Federkraft der zweiten Feder und des hydraulischen Drucks
eingestellt werden.
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Das hauptsächliche Ziel dieser Erfindung besteht daher darin,
einen Kettenspanner zu schaffen, bei dem ein heulendes
Geräusch aufgrund steigender Kettengeschwindigkeit reduziert
oder eliminiert wird, indem die Kettenspannung mit steigender
Kettengeschwindigkeit reduziert wird.
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Es ist ebenfalls ein Ziel dieser Erfindung, einen
Kettenspanner zu schaffen, um das heulende Geräusch zu eliminieren oder
zu vermindern, der einfach und kostengünstig herzustellen ist
und zuverlässig ist.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen
Kettenspanner zu schaffen, der heulende Geräusche eliminiert oder
vermindert und gleichzeitig ein übermäßiges Spiel der Kette
verhindert.
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Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der
folgenden, detaillierten Beschreibung zusammen mit den
Zeichnungen ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt eines Spanners gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung;
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Fig. 2 zeigt einen Axialschnitt des Spanners gemäß einer
zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
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Fig. 3 zeigt einen Axialschnitt eines Spanners der Bauart
mit schwimmend gelagertem Gehäuse gemäß einer
dritten Ausführungsform der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
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Ein gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1
aufgebauter Kettenspanner 10 weist ein Gehäuse 12 mit einem im
allgemeinen zylindrischen Stößel 13 auf, eine Spiralfeder 15,
die so eingerichtet ist, daß sie den Stößel in eine
Vorsprungsrichtung drückt sowie eine erweiterbare Kammer 17, die
so eingerichtet ist, daß sie den Stößel in Rückzugsrichtung
drückt.
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Das Gehäuse ist mit inneren, zylindrischen Bohrungen 20 und 22
ausgestattet, die hintereinander auf einer gemeinsamen Achse
angeordnet sind, wobei die Bohrung 22 einen größeren
Durchmesser als die Bohrung 20 aufweist. Die Außenfläche 30 des
Stößels 13 paßt genau in die Bohrung 20, so daß die Bohrung 20
dazu dient, den Stößel zu führen und die erweiterbare Kammer
17 abzudichten. Ein Flansch 31 an einem Ende des Stößels paßt
in die Bohrung 22 und wird durch diese geführt. Die Wand der
Bohrung 22, die Außenfläche 30 des Stößels 13 und der Flansch
31 bilden die erweiterbare Kammer 17. Öl oder ein anderes
Hydraulikfluid wird durch den Auslaß 24 der Kammer 17 zugeführt
und daraus abgezogen. In einem typischen Motor ist der
Durchlaß 24 an das Schmiersystem angeschlossen, welches eine vom
Motor angetriebene Ölpumpe umfaßt. Wenn der Motor nicht läuft,
befindet sich das Öl in der Kammer 17 unter Umgebungsdruck.
Wenn der Motor gestartet wird, entspricht das Druck des Öls in
der Kammer 17 dem Motoröldruck und steigt mit steigender
Drehzahl des Motors.
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Ein Verschlußstopfen 18 ist in die Bohrung 22 eingepreßt,
wobei ein Ende der Spiralfeder 15 gegen den Verschlußstopfen 18
anliegt und sich das andere Ende in eine zylindrische Bohrung
32 im Stößel 13 erstreckt und gegen das Ende 33 der Bohrung 32
anliegt, wodurch der Stößel in Vorsprungsrichtung gedrückt
wird.
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Eine Sperreinrichtung 19 ermöglicht eine Vorsprungsbewegung
des Stößels, aber begrenzt die Rückzugsbewegung.
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Wenn der Motor steht oder soeben gestartet wurde, ist der
hydraulische Druck innerhalb der erweiterbaren Kammer 17 gering.
Der Stößel 13, der durch die Feder 15 gegen die Kette gedrückt
wird, verhindert, daß die Kette unmittelbar nach den Start des
Motors rasselt.
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Wenn die Motordrehzahl steigt und die Spannung der Kette
zunimmt, wird ein vergrößerter hydraulischer Druck auf die
erweiterbare Kammer 17 ausgeübt, wodurch eine Rückzugskraft auf
den Stößel wirkt, die gegen die durch die Feder 15
aufgebrachte Vorsprungskraft wirkt. Es wirken drei Kräfte auf den
Stößel: Die Federkraft, die in Vorsprungsrichtung wirkt; die
Kettenspannung, die in Rückzugsrichtung wird; und die Kraft
aufgrund des hydraulischen Drucks in der Kammer 17, die ebenfalls
in Rückzugsrichtung wirkt. Innerhalb des Drehzahlbereichs, in
dem mit einiger Wahrscheinlichkeit ein heulendes Geräusch
entsteht, wird das Auftreten dieses Geräuschs durch das Spiel
unterdrückt, das die Kette durch den hydraulischen Druck in
der Kammer 17 erhält, der so wirkt daß der Stößel 13 in
Rückzugsrichtung gedrückt wird.
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Der hydraulische Druck innerhalb der Kammer 17 verändert sich
mit der Motordrehzahl und hängt von den Eigenschaften des
speziellen Motors ab, an dem der Kettenspanner verwendet wird.
Die als Ergebnis des hydraulischen Drucks innerhalb der Kammer
17 auf den Stößel wirkende Rückzugskraft hängt nicht nur von
der Größe des Drucks, sondern auch von der Fläche des Flanschs
31 ab, auf den der Druck wirkt. Daher hängt die Rückzugskraft
vom Außendurchmesser der Stößelaußenfläche 30 sowie vom
Durchmesser des Flanschs 31 ab.
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Die Sperreinrichtung 19 weist eine Zahnstange 34 auf, die in
einer Längsnut auf der Fläche des Stößels 13 ausgebildet ist,
sowie eine Klinke 38, die drehbar auf einem Zapfen im Gehäuse
12 gehalten ist und im Gegenuhrzeigersinn zum Zusammenwirken
mit der Zahnstange durch die Feder 39 vorgespannt ist. Der
Hauptzweck der Sperreinrichtung besteht darin, den Stößel 13
an einer übermäßigen Rückzugsbewegung zu hindern, wenn durch
Zufall eine starke Spannung in der Kette auftritt. Die
Sperreinrichtung ist vorzugsweise gemäß dem US-Patent
4,822,320, erteilt am 18. April 1989, aufgebaut, bei der
unmittelbar nach einem Vorrücken der Zahnstange in
Vorsprungsrichtung ein zwangsläufiges Spiel vorgesehen ist.
Auf die gesamte Offenbarung des Patentes 4,822,320 wird
hierdurch Bezug genommen.
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Die Sperreinrichtung 19 ermöglicht es dem Stößel 13 auch, sich
um ein bestimmtes Maß zurückzuziehen, wenn aufgrund eines
Anstiegs des hydraulischen Drucks in der erweiterbaren Kammer 17
eine Rückzugskraft auf den Stößel ausgeübt wird. Die
Sperreinrichtung begrenzt die Rückzugsbewegung des Stößels, indem der
Stößel daran gehindert wird, sich über dieses vorbestimmte Maß
hinaus zurückzuziehen.
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Wie aus der vorangehenden Beschreibung ersichtlich ist,
schwächt der eine Sperreinrichtung 19 aufweisende Spanner 10
eine übermäßige Spannung in einer Kette ab, gibt der Kette
eine geeignete Spannung, gibt der Kette ein Spiel, wenn die
Geschwindigkeit der Kette steigt, und begrenzt die
Rückzugsbewegung des Stößels aufgrund des hydraulischen Drucks.
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Nunmehr Bezug nehmend auf Fig. 2, weist ein Spanner 10a ein
Gehäuse 12a auf, einen Stößel 13a, eine Feder 15a, die den
Stößel in Vorsprungsrichtung drückt sowie eine erweiterbare
Kammer 17a die so eingerichtet ist, daß der Stößel in
Rückzugsrichtung gedrückt wird.
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Das Gehäuse 12a hat eine erste Bohrung 20a an einem Ende und
eine zweite, ähnliche Bohrung 22a am gegenüberliegenden Ende.
Diese beiden Bohrungen sind koaxial und durch einen Durchlaß
mit geringerem Durchmesser miteinander verbunden, in dem sich
engsitzend eine Verbindungsstange 36a befindet, die sich von
der Bohrung 20a durch den Durchlaß mit kleinerem Durchmesser
zur Bohrung 22a erstreckt.
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Ein Stößel 13a, der an einem Ende der Verbindungsstange 36a
befestigt ist, ist verschieblich in der Bohrung 20a geführt.
Ein Flanschabschnitt 31a, der am gegenüberliegenden Ende der
Verbindungsstange 36a ausgebildet ist, ist in der Bohrung 22a
verschieblich geführt. Die erweiterbare Kammer 17a wird durch
die zylindrische Innenfläche der Bohrung 22a gebildet, die
Außenfläche 37a der Verbindungsstange 36a sowie den
Flanschabschnitt 31a.
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Die Feder 15a befindet sich in einer Bohrung 32a im Stößel 13a
und wird zwischen der Fläche 33a im Stößel und der die
Bohrungen 20a und 22a trennenden Wand innerhalb des Gehäuses
gehalten.
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Die Arbeitsweise des Spanners nach Fig. 2 ist ähnlich der des
Spanners nach Fig. 1. Der Spanner nach Fig. 2 hat indessen den
Vorteil, daß seine Gesamtlänge kürzer sein kann als die des
Spanners nach Fig. 1.
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Fig. 3 zeigt einen Spanner 10b, der eine schwimmend gelagerte
Spanneranordnung 11b aufweist, die in einem feststehenden
Gehäuse 14b zur axialen Bewegung, d.h. nach links bzw. nach
rechts in Fig. 3, gehalten ist. Eine Spiralfeder 16b drückt
die Spanneranordnung 11b nach links, d.h. in
Vorsprungsrichtung.
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Die Spanneranordnung 11b weist ein schwimmend gelagertes
Gehäuse 12b mit einem zylindrischen Stößel 13b auf, der in einer
axialen Bohrung des schwimmend gelagerten Gehäuses aufgenommen
und darin verschieblich ist. Eine Spiralfeder 15b ist so
angeordnet, daß sie den Stößel 13b in Vorsprungsrichtung drückt,
und eine Sperreinrichtung 19b hindert den Stößel daran, sich
relativ zum schwimmend gelagerten Gehäuse 12b zurückzuziehen.
Eine Stange 36b ist in einen Endabschnitt des Stößels 13b
eingepreßt.
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Das feststehende Gehäuse 14b weist eine Halterung 40b und
einen Arm 45b auf. Die Halterung 40b hat die Form eines
Hohlzylinders mit einem Boden 41b. Die Innenfläche 42b der Halterung
40b entspricht der äußeren Zylinderfläche 30b des Abschnitts
des Stößels 13b, der sich aus dem schwimmend gelagerten
Gehäuse 12b erstreckt. Die Stange 36b verläuft verschieblich durch
eine axiale Öffnung 43b im Boden 41b der Halterung, wobei ihre
äußere Zyiinderflache 37b in verschieblichem, abdichtendem
Kontakt mit der Innenfläche der Öffnung 43 steht. Die
Spanneranordnung 11b wird daher durch das verschiebiiche
Zusammenwirken der Stange 36b und der Öffnung 43b geführt. Die Stange 36b
erstreckt sich von der Halterung 40b bis zu einem nicht
dargestellten Spannschuh.
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Eine erweiterbare Kammer 17b wird durch die Vorderfläche 35b
des Stößels, die äußere Zylinderfläche 37b der Stange 36b und
den Boden 41b der Halterung 40b gebildet. Ein hydraulischer
Druck innerhalb der Kammer 17b wirkt gegen die Vorderfläche
35b des Stößels, um die Spanneranordnung 11b in
Rückzugsrichtung zu drücken. Der Arm 45b ist L-förmig und an der Halterung
40b befestigt. Die Spanneranordnung 11b ist zwischen der
Halterung 40b und dem nach oben verlaufenden Abschnitt 46b des
Arms gehalten, ist aber axial schwimmend gelagert.
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Die Feder 16b liegt gegen den Abschnitt 46b des Arms an und
drückt die Spanneranordnung 11b in Vorsprungsrichtung. Eine
vorspringende Bewegung der Spanneranordnung wird allerdings
durch Zusammenwirken der Spanneranordnung mit der Halterung
40b begrenzt. Die Federkonstante der Feder 15b ist geringer
eingestellt als die der Feder 16b, so daß die Feder 15b über
den ßtößel und die Stange 36b die Kette unter Spannung setzt,
während die Spanneranordnung durch die Feder 16b an ihrem
vorderen
Anschlag gegen die Halterung 40b angedrückt gehalten
wird.
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Beim Betrieb wird die Spanneranordnung 11b anfangs durch die
Feder 16b in ihrer vorderen Grenzstellung gegen die Halterung
40b gehalten.
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Während der Motor steht und unmittelbar nach dem Start des
Motors ist der hydraulische Druck in der Kammer 17b niedrig,
und Stößel 13b und die Stange 36b setzen die Kette unter der
Federkraft der Feder 15b unter Spannung, um ein Rasseln der
Kette zu vermeiden.
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Wenn die Drehzahl des Motors steigt, neigt die Spannung der
Kette ebenfalls dazu, anzusteigen. Der hydraulische Druck in
der Kammer 17b steigt indessen an, und der Stößel 13b wird in
Rückzugsrichtung gedrückt. Die Sperreinrichtung 19b hindert
den Stößel 13b daran, sich relativ zum schwimmend gelagerten
Gehäuse 12b zurückzuziehen, aber die Rückzugskraft aufgrund
der Kettenspannung oder aufgrund des hydraulischen Drucks
innerhalb der Kammer 17b wirkt über den Stößel 13b, die
Sperreinrichtung 19b und das schwimmend gelagerte Gehäuse 12b auf
die Feder 16b. Folglich wird die Feder 16b zusammengedrückt,
und die Spänneranordnung 11b zieht sich zurück. Als Ergebnis
des Spiels der Kette bei zunehmender Geschwindigkeit wird ein
Heulen unterdrückt.
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Das Ausmaß der Rückzugsbewegung aufgrund des hydraulischen
Drucks wird durch die Sperreinrichtung nicht begrenzt.
Demzufolge kann sich die schwimmend gelagerte Spanneranordnung 11b
mehr und mehr zurückziehen, wenn der hydraulische Druck
steigt. Das Ausmaß der Rückzugsbewegung der Spanneranordnung
hängt von der Größe des Drucks innerhalb der Kammer 17b, der
Druck aufnehmenden Fläche und der Federkonstänte der Feder
16b, d.h. dem Unterschied zwischen der freien Länge der Feder
und ihrer Länge in voll zusammengedrücktem Zustand, ab. Daher
kann in der Ausführungsform nach Fig. 3 das Ausmaß bis zu dem
sich die Spanneranordnung 11b zurückzieht, durch Modifizieren
von einer aus der Anzahl der Variablen eingestellt werden.