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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine selbsttätige Riemenspannvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Eine
Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine weist eine Riemenübertragungseinrichtung
auf. Wenn die Brennkraftmaschine läuft, neigt die Spannung des
Treibriemens der Riemenübertragungseinrichtung
infolge der Änderung
des Abstands zwischen den Riemenscheiben aufgrund der Wärmeausdehnung
des Brennkraftmasch inenkörpers
oder durch Veränderungen
des Drehmoments zu starken Schwankungen. Um derartige Schwankungen
der Treibriemenspannung zu verhindern, d. h., um die Spannung des
Treibriemens auf einem gleichbleibenden Niveau zu erhalten, wird
eine hydraulische, selbsttätige
Riemenspannvorrichtung verwendet.
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4 zeigt
eine dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entsprechende, aus der
DE 42 42 292 A1 bekannte,
herkömmliche
selbsttätige
Riemenspannvorrichtung. Die gezeigte selbsttätige Riemenspannvorrichtung
weist einen Zylinder
40 auf, welcher mit Hydrauliköl gefüllt ist
und dessen Öffnung
im Oberteil mit einem Dichtungselement
41 verschlossen
ist, eine Stange
42, welche sich durch das Dichtungselement
41 verschiebbar
erstreckt, eine Stangenfeder
43, welche die Stange
42 nach
außerhalb des
Zylinders
40 gerichtet vorspannt, und eine hydraulische
Dämpfungseinrichtung
44,
welche am Unterende der Stange
42 angeordnet ist.
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Die
hydraulische Dämpfungseinrichtung 44 weist
einen in dem Zylinder 40 angeordneten Tauchkolben 45 auf,
so daß dieser
entlang dessen Innenumfangsfläche
verschiebbar ist. Der Tauchkolben 45 definiert in dem Zylinder 40 eine
Druckkammer 46 und eine Speicherkammer 47. Die
Kammern 46 und 47 stehen über einen in dem Tauchkolben 45 ausgebildeten
Durchgang 48 miteinander in Verbindung. Die Dämpfungseinrichtung 44 weist
ferner ein Rückschlagventil 49 zum Öffnen und
Schließen
des Durchgangs 48 auf.
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Unter
der Vorspannung der Stangenfeder 43 wird die Stange 42 gegen
einen um einen Stift 32 verschwenkbaren Spannrollenarm 33 gedrückt, so
daß eine
Spannrolle 34 des Spannrollenarms 33 gegen einen
Riemen A angedrückt
und somit der Riemen gespannt wird.
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Während des
Laufs der Brennkraftmaschine vibriert der Riemen A infolge des schwankenden Drehmoments.
Die Stange 42 wird somit diskontinuierlich durch den Riemen
A zurückgedrückt. Wird
die Stange 42 zurückgedrückt, übersteigt
der Druck in der Druckkammer 46 den Druck in der Speicherkammer 47,
und der Durchlaß 48 wird
durch das Rückschlagventil 49 verschlossen.
Die auf die Stange 42 wirkende Drückkraft wird somit durch das
in der Druckkammer 46 eingeschlossene Hydrauliköl gedämpft.
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Wird
die auf die Stange 42 wirkende Drückkraft größer als die Kraft der Stangenfeder 43,
wird dem Hydrauliköl
in der Druckkammer 46 gestattet, durch einen Spalt, welcher
zwischen der Außenoberfläche des
Tauchkolbens 45 und der Innenoberfläche des Zylinders 40 vorliegt,
in die Speicherkammer 47 auszutreten, so daß sich die
Stange 42 und der Tauchkolben 45 langsam abwärts bewegen,
bis die Drückkraft
auf die Stange 42 mit der Kraft der Stangenfeder 43 im
Gleichgewicht ist. Dies verhindert das übermäßige Spannen des Riemens.
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Wenn
der Riemen A in der Spannkraft nachläßt, wird die Stange 42 durch
die Stangenfeder 43 herausgedrückt. Sobald sich die Stange 42 auswärts gerichtet
zu bewegen beginnt, fällt
der Druck in der Druckkammer 46 unter den Druck in der
Speicherkammer 47, so daß das Rückschlagventil 49 den Durchgang 48 öffnet und
zuläßt, daß sich die
Stange 42 infolge des Rückgangs
der Spannung des Riemens A schnell nach außen gerichtet bewegt. Der gelockerte
Riemen wird somit schnell wieder gespannt.
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Selbst
nachdem die Brennkraftmaschine abgeschaltet worden ist, kann der
Riemen gemäß den Stellungen
der Nocken auf den Nockenwellen gespannt bleiben.
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Wenn
die Riemenspannung nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine auf
hohem Niveau verbleibt, wird die Stange 42 durch den Riemen
in den Zylinder 40 gedrängt,
so daß das
Hydrauliköl
in der Druckkammer 46 durch den Spalt zwischen dem Tauchkolben 45 und
der Innenumfangsfläche
des Zylinders 40 in die Speicherkammer 47 austritt,
bis der Tauchkolben 45 ziemlich tief in den Zylinder absinkt.
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Wird
die Brennkraftmaschine in diesem Zustand erneut gestartet, bewegen
sich die Nocken und der Riemen wird rasch locker. Somit hat die
Stange 42, welche tief in den Zylinder gedrückt worden
ist, eine lange Wegstrecke zurückzulegen,
bis sie wieder gegen den Riemen angedrückt wird. Während die vorstehende Stange
gegen den Riemen zum Andruck übergeht,
kann der Riemen frei schwingen. Es vergeht daher eine lange Zeitdauer,
um den Riemen unmittelbar nach dem Starten der Brennkraftmaschine
zu stabilisieren.
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Das
Dokument
US 4,863,417 offenbart
eine rein mechanisch wirkende, selbsttätige Riemenspannvorrichtung
mit einer Zylinder und einer darin angeordneten Stange, die an ihrem
Außenumfang mit
einem sägezahnförmigen Außengewinde
versehen ist, das in ein sägezahnförmiges Innengewinde des
Zylinders eingreift. Die Stange wird von einer Feder in Richtung
eines zu spannenden Riemens vorbelastet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Riemenspannvorrichtung
so zu verbessern, dass in allen Betriebszuständen einer Brennkraftmaschine,
der die Riemenspannvorrichtung zugeordnet ist, eine optimale Riemenspannung erzielt
wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale
gelöst.
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Erfindungsgemäß weist
eine selbsttätige Riemenspannvorrichtung
einen Zylinder auf, mit einem verschlossenen Bodenteil und einem
offenen Oberteil, welcher durch ein Dichtungselement verschlossen
und mit Hydrauliköl
gefüllt
ist, eine Stange, die sich durch das Dichtungselement verschiebbar erstreckt,
eine Stangenfeder, welche die Stange nach außerhalb des Zylinders gerichtet
vorspannt, eine unter der Stange angeordnete hydraulische Dämpfungseinrichtung
zum Dämpfen
der auf die Stange einwirkenden Drückkraft, wobei die Stange auf
der Außenumfangsfläche mit
einem schraubenförmigen
Außengewinde
ausgebildet ist, und ein Gewindemutterelement, welches axial unbewegbar
in dem Zylinder angeordnet und an dessen Innenumfangsfläche mit
einem schraubenförmigen
Innengewinde ausgebildet ist, um mit dem Außengewinde auf der Stange in
Gewindeeingriff zu stehen.
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Die
Gewindestange kann mit der Stange einstückig ausgebildet sein oder
kann ein separates Element sein, welches an der Stange fest angeordnet oder
auf einem Abschnitt der Stange mit kleinerem Durchmesser verschiebbar
angeordnet ist. Wenn die Gewindestange auf der Stange verschiebbar
angeordnet ist, sollte sie durch eine Druckfeder gegen eine Schulter
gedrückt
werden, welche an dem oberen Ende des Abschnitts mit kleinerem Durchmesser der
Stange ausgebildet ist.
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Mit
einer so ausgebildeten Riemenspannvorrichtung wird selbst in dem
Fall, wenn die Brennkraftmaschine ausgeschaltet wird und erneut
gestartet wird, der Riemen stabil gespannt gehalten.
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Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
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1 eine
Vorderansicht im Senkrechtschnitt einer Ausführungsform einer selbsttätigen Riemenspannvorrichtung
gemäß dieser
Erfindung,
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2 eine
Schnittansicht entlang der Linie II-II in 1,
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3 zeigt
eine vergrößerte Schnittansicht eines
Gewindeeingriffabschnitts einer Gewindestange und eines Gewindemutterelements
in 1, und
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4 zeigt
eine Vorderansicht im Senkrechtschnitt einer herkömmlichen
selbsttätigen
Riemenspannvorrichtung.
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Unter
Bezugnahme auf 1–3 wird die
erfindungsgemäße Ausführungsform
beschrieben.
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1 zeigt
einen Zylinder 1, welcher einen verschlossenen Unterteil
und ein zylinderförmiges Gehäuse 2,
hergestellt aus einer Aluminiumlegierung, sowie eine Laufbuchse 3 aus
Stahl aufweist, welche in das Gehäuse 2 eingefügt ist.
Der Zylinder 1 weist eine obere Öffnung auf, welche durch ein Dichtungselement
oder eine Öldichtung 4 verschlossen
ist. Ein Sprengring 5 verhindert das Austreten der Öldichtung 4.
Eine Stange 7 erstreckt sich verschiebbar durch ein in
der Öldichtung 4 ausgebildetes
Loch 6.
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Die
Stange 7 weist einen unteren Abschnitt 8 mit einem
kleineren Durchmesser auf. Im unteren Bereich des Abschnitts 8 mit
kleinerem Durchmesser ist eine hydraulische Dämpfungseinrichtung 9 zum Dämpfen der
vom Riemen A übertragenen
Schwingungen der Stange 7 angeordnet.
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Die
hydraulische Dämpfungseinrichtung 9 weist
einen Tauchkolben 10 auf, welcher im unteren Bereich des
Abschnitts 8 mit kleinerem Durchmesser der Stange 7 angeordnet
ist. Der Tauchkolben 10 definiert in dem Zylinder 1 eine
Druckkammer 11 und eine Speicherkammer 12. Die
Kammern 11 und 12 stehen durch einen in dem Tauchkolben 10 erzeugten
Durchgang 13 miteinander in Verbindung, welcher durch ein
Rückschlagventil 14 geöffnet und
geschlossen wird.
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Das
Rückschlagventil 14 weist
eine Absperrkugel 15 zum Öffnen und Schließen der
unteren Öffnung
des Durchgangs 13 so wie eine Rückhalteeinrichtung 16 zum
Begrenzen des Öffnungsgrads
des Durchgangs 13 zum Begrenzen der Bewegung der Absperrkugel 15 auf.
Die Rückhalteeinrichtung 16 wird
durch eine Tauchkolbenfeder 17 gegen den Boden des Tauchkolbens 10 gedrückt.
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Die
hydraulische Dämpfungseinrichtung 9 dämpft die
vom Riemen A auf die Stange 7 einwirkende Drückkraft
mit dem Hydrauliköl,
welches in der Druckkammer 11 eingeschlossen ist. Wenn
die Drückkraft
durch die Dämpfungseinrichtung 9 gedämpft wird,
bleibt der Druck in der Druckkammer 11 höher als
der Druck in der Speicherkammer 12, so daß der Durchgang 13 durch
das Rückschlagventil 14 verschlossen
wird.
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In
der gezeigten Ausführungsform
sind die Stange 7 und der Tauchkolben 10 durch
Preßpassung
oder einfaches Einfügen
des unteren Endes der Stange 7 in ein Loch 18,
welches im Oberteil des Tauchkolbens 10 ausgebildet ist,
miteinander verbunden.
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In
der Speicherkammer 12 ist ein Schleißring 20 auf der Stange 7 angeordnet.
Eine Stangenfeder 21 ist zwischen dem Schleißring 20 und
dem oberen Ende der Laufbuchse 3 angeordnet, um den Schleißring 20 gegen
eine auf der Stange 7 ausgebildete erste Schulter 22 zu
drücken
und so die Stange 7 nach außerhalb des Zylinders 1 zu
drängen.
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Der
Schleißring 20 wird
entlang der Innenumfangsfläche
des Zylinders 1 auf- und abwärts bewegt und ist mit Löchern 23 ausgebildet,
durch welche Hydrauliköl
in den Zylinder 1 strömen
kann.
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Der
Zylinder 1 ist nicht vollständig mit Hydrauliköl gefüllt, sondern
zwischen der Oberfläche des
Hydrauliköls
und der Öldichtung
liegt eine Luftschicht vor. In der Ausführungsform ist das Hydrauliköl Polyalphaolefin
oder Silikonöl,
weil deren Viskosität
weniger zur Veränderung
neigt. Ein Maschinenöl oder
jedes andere Öl
kann stattdessen verwendet werden.
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Eine
rohrförmige
Gewindestange 24 ist auf dem Abschnitt 8 mit kleinerem
Durchmesser der Stange 7 verschiebbar angeordnet. Die rohrförmige Gewindestange 24 wird
durch eine darunter angeordnete Rückstellfeder 25 aufwärts gerichtet
vorgespannt und gegen eine zweite Schulter 26 am oberen Ende
des Abschnitts 8 mit kleinerem Durchmesser gedrückt.
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Ein
Gewindemutterelement 28 ist im Gewindeeingriff mit dem
Außengewinde 27,
welches auf der Außenumfangsfläche der
rohrförmigen
Gewindestange 24 erzeugt ist. Das Gewindemutterelement 28 ist
zwischen dem unteren Ende der Stangenfeder 21 und dem oberen
Ende der Laufbuchse 3 angeordnet, um axial unbewegbar zu
sein.
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Wie 2 zeigt,
ist das Gewindemutterelement 28 ein Sinterelement und ist
auf den Innenumfangsflächen
der diametral entgegengesetzten Teile mit Innengewinde 29 ausgebildet.
Das Innengewinde 29 ist mit dem Außengewinde 27 auf
der rohrförmigen
Gewindestange 24 im Eingriff.
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Wie
in 3 gezeigt, ist das Außengewinde 27 auf
der rohrförmigen
Gewindestange 24 und das Innengewinde 29 auf dem
Gewindemutterelement 28 sägezahnförmig, und Druckflanken 30,
welche die von der Stange 7 ausgeübte Eindrückkraft aufnehmen, weisen einen
größeren Flankenwinkel
als Freiflanken 31 auf. Die Beziehung zwischen den Flankenwinkeln
und den Steigungswinkeln der Flanken 30, 31 ist
derart, daß die
rohrförmige
Gewindestange 24 in der Stangenvorstehrichtung „gelockert” und in der
Stangeneindrückrichtung „angespannt” wird.
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Der
an dieser Stelle verwendete Ausdruck „gelockert” bedeutet, daß die rohrförmige Gewindestange 24 beim
Drehen unter der Vorspannung der Rückstellfeder 25 gleichmäßig nach
außen
gerichtet vorstehen kann. Der an dieser Stelle verwendete Ausdruck „angespannt” bedeutet,
daß in
dem Fall, wenn die rohrförmige
Gewindestange 24 durch die auf die Stange 7 einwirkende
axiale Drückkraft
kräftig „angespannt” wird,
die rohrförmige
Gewindestange 24 sich nicht in die Stangenein drückrichtung
bewegen wird, wobei in dem Fall, wenn die Schwingungen des Riemens
A über
die Stange 7 auf die rohrförmige Gewindestange 24 einwirken,
die rohrförmige
Gewindestange 24 sich diskontinuierlich und nach und nach drehen
wird, ohne vorübergehend
die relative Schraubenbewegung zwischen den zwei Flanken der Gewinde
zu verriegeln, welche durch Bewegen um eine Wegstrecke gleich den
zwischen dem Gewinde des im Gewindeeingriff befindlichen Abschnitt ausgebildeten
axialen Spalten wiederholt miteinander in den Kontakt und aus dem
Kontakt gelangen, so daß sich
die rohrförmige
Gewindestange 24 langsam in die Stangeneindrückrichtung
bewegt, bis die Stangendrückkraft
mit der Kraft der Rückstellfeder 25 im Gleichgewicht
ist.
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Die
selbsttätige
Riemenspannvorrichtung dieser Erfindung mit ihrem senkrecht positionierten Zylinder 1 ist
angeordnet, um den Spannrollenarm 33, welcher um den Stift 32 verschwenkbar
ist, mit der durch die Stangenfeder 21 nach auswärts gerichtet
vorgespannten Stange 7 zu drücken. Der Riemen A wird somit
durch die am Spannrollenarm 33 gehaltene Spannrolle 34 gedrängt.
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Wenn
der Riemen infolge des schwankenden Drehmoments schwingt und die
Drückkraft
vom Riemen auf die Stange 7 einwirkt, wird der Durchgang 13 durch
das Rückschlagventil 14 geschlossen, so
daß die
Stangendrückkraft
durch das in der Druckkammer 11 eingeschlossene Hydrauliköl gedämpft wird.
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Ist
die Stangendrückkraft
größer als
die Summe der Kräfte
der Stangenfeder 21, der Rückstellfeder 25 und
der Tauchkolbenfeder 17, so strömt das Hydrauliköl in der
Druckkammer 11 allmählich durch
den Öldurchtrittspalt,
welcher zwischen den Gleitoberflächen
des Tauchkolbens 10 und der Laufbuchse 3 ausgebildet
ist, in die Speicherkammer 12, so daß die Stange 7 und
der Tauchkolben 10 absinken und anhalten, wenn die Stangendrückkraft
mit der Summe der Federkräfte
im Gleichgewicht ist.
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Wenn
die Stange 7 absinkt, bewegt sich die rohrförmige Ge windestange 24 beim
Drehen zusammen mit der Stange 7 nach unten.
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Sobald
die Spannung des Riemens A nachläßt, wird
die Stange 7 unter der Kraft der Stangenfeder 21 zusammen
mit dem Tauchkolben 10 in eine vorstehende Stellung bewegt,
so daß der
Druck in der Druckkammer 11 unter den Druck in der Speicherkammer 12 absinkt.
Der Durchgang 13 wird somit durch das Rückschlagventil 14 geöffnet, so
daß das
Hydrauliköl
in der Speicherkammer 12 durch den Durchgang 13 in
die Druckkammer 11 strömt.
Gleichzeitig strömt
Hydrauliköl über dem
Gewindemutterelement 28 durch einen Spalt, welcher zwischen
den Gewindeeingriffsflächen
der rohrförmigen
Gewindestange 24 und dem Gewindemutterelement 28 ausgebildet
ist, nach unten in einen Raum unter dem Gewindemutterelement 28 oder
durch einen Spalt zwischen dem Abschnitt 8 mit kleinerem
Durchmesser und der rohrförmigen
Gewindestange 24 und gestattet der Stange 7, sich
schnell nach auswärts
gerichtet zu bewegen und den Riemen A schnell wieder zu spannen.
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Wenn
sich die Stange 7 nach auswärts gerichtet bewegt, „lockert” sich die
rohrförmige
Gewindestange 24 in der Stangenvorstehrichtung und bewegt
sich somit zusammen mit der Stange 7 nach auswärts gerichtet.
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Wird
die Brennkraftmaschine ausgeschaltet, kann der Riemen A gemäß den Stellungen
der Nocken auf den Nockenwellen gespannt bleiben. Wenn dieser Fall
eintritt, wird die Stange 7 plötzlich einwärts gerichtet gedrückt. Obgleich
in diesem Zustand die Gewindestange 24 durch die zweite
Schulter 26 der Stange 7 gedrückt wird, erfolgt das Aufnehmen
der auf die rohrförmige
Gewindestange 24 einwirkenden Stangendrückkraft durch die Druckflanken 30,
weil das Verhältnis
zwischen den Gewindeflanken und den Gewindesteigungen der Gewinde
in den Gewindeeingriffabschnitten des Außengewindes 27 und des
Innengewindes 29 so festgelegt ist, daß die rohrförmige Gewindestange 24 in
der Stangeneindrückrichtung
verriegelt wird. Die rohrförmige
Gewindestange 24 wird dadurch von der Bewe gung in die Stangeneindrückrichtung
abgehalten, und der Riemen bleibt im Spannzustand.
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Wird
die Brennkraftmaschine erneut gestartet, läßt die Riemenspannung nicht
nach. D. h., der Riemens ist beim Starten der Brennkraftmaschine
in einem stabilen Zustand.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die rohrförmige
Gewindestange 24 auf der Stange 7 verschiebbar
angeordnet. Doch die rohrförmige
Gewindestange 24 kann mit der Stange 7 einstückig ausgebildet
oder an der Stange 7 fest angeordnet sein. Durch Ausbilden
der rohrförmigen
Gewindestange 24 als ein integrierter Teil der Stange 7 bewegt
sich die rohrförmige
Gewindestange beim Drehen in Axialrichtung, während sich die Stange 7 durch
die Stangenfeder 21 vorgespannt oder durch den Spannrollenarm 33 axial
bewegt. Dies ermöglicht
es, auf die Verwendung der Rückstellfeder 25 zu verzichten.
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Wie
erfindungsgemäß beschrieben,
wird selbst in dem Fall, wenn der Riemen gespannt ist und die Brennkraftmaschine
ausgeschaltet ist, gemäß den Stellungen
der Nocken auf den Nockenwellen, die Stange davon abgehalten, axial
hineingedrückt zu
werden, und der Riemen bleibt gespannt. Wird dann die Brennkraftmaschine
erneut gestartet, erfolgt kein Lockern des Riemens, d. h., er bleibt
beim Starten der Brennkraftmaschine in einem stabilen Zustand.
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Da
das Gewindemutterelement aus einem Sintermaterial hergestellt wird,
kann es kostengünstig
gefertigt werden. Die einander diametral entgegengesetzt erzeugten
Innengewinde an der Innenumfangsfläche des Gewindemutterelements
definieren einen dazwischenliegenden Spalt, durch welchen Hydrauliköl strömen kann.
Wenn sich der Tauchkolben gleitend verschiebt, kann Hydrauliköl über oder unter
dem Gewindemutterelement gleichmäßig durch
diesen Spalt in den Raum unter oder über dem Gewindemutterelement
strömen,
wodurch die gleichmäßige Gleitbewegung
des Tauchkolbens ermöglicht wird.
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- 1
- Zylinder
- 2
- Gehäuse
- 3
- Laufbuchse
- 4
- Dichtungselement, Öldichtung
- 5
- Sprengring
- 6
- Loch
- 7
- Stange
- 8
- Abschnitt
- 9
- Dämpfungseinrichtung
- 10
- Tauchkolben
- 11
- Druckkammer
- 12
- Speicherkammer
- 13
- Durchgang
- 14
- Rückschlagventil
- 15
- Absperrkugel
- 16
- Rückhalteeinrichtung
- 17
- Tauchkolbenfeder
- 18
- Loch
- 20
- Schleißring
- 21
- Stangenfeder
- 22
- Schulter
- 23
- Loch
- 24
- Gewindestange
- 25
- Rückstellfeder
- 26
- Schulter
- 27
- Außengewinde
- 28
- Schraubenmutterelement
- 29
- Innengewinde
- 30
- Druckflanke
- 31
- Freiflanke
- 32
- Stift
- 33
- Spannrollenarm
- 34
- Spannrolle
- 40
- Zylinder
- 41
- Dichtungselement
- 42
- Stange
- 43
- Stangenfeder
- 44
- Dämpfungseinrichtung
- 45
- Tauchkolben
- 46
- Druckkammer
- 47
- Speicherkammer
- 48
- Durchgang
- 49
- Rückschlagventil
- A
- Riemen