DE4114948B4

DE4114948B4 - Kettenspanner

Info

Publication number: DE4114948B4
Application number: DE4114948A
Authority: DE
Inventors: Kevin M. Cradduck; Nicholas A. Iacchetta
Original assignee: BorgWarner Automotive Transmission and Engine Component Corp; Borg Warner Automotive Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 1990-06-08
Filing date: 1991-05-07
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2011-05-08
Also published as: JPH04231764A; DE4114948A1; US5055088A

Abstract

Spannvorrichtung für eine Kette, bestehend aus mindestens
einer ersten Blattfeder (21) und einer zweiten Blattfeder (22) sowie
einem Schuh (30), der aus einem unter Last kriechenden Material besteht und der mit Haltemitteln zum Halten der beiden Blattfedern (21, 22) im Schuh (30) versehen ist,
wobei der Schuh (30) im eingebauten Zustand an der Kette (60) anliegt und durch eine von den Blattfedern (21, 22) auf den Schuh (30) kontinuierlich ausgeübte Vorspannkraft gekrümmt wird,
und wobei die erste und die zweite Blattfeder (21, 22) mit einem Formradius versehen sind, der beträchtlich geringer ist als der minimale Formradius einer einzelnen Blattfeder gleichen Materials und gleicher Abmessungen wie die erste und die zweite Blattfeder (21, 22) zusammen, wobei der minimale Formradius der Radius ist, bei dem die Blattfeder noch gerade gebogen werden kann, ohne die zulässigen Spannungsgrenzen zu überschreiten.

Description

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

In der GB-PS 986 174 ist eine Spannvorrichtung für Antriebsketten beschrieben, die aus einer bekannten Feder besteht, die innerhalb eines Streifens aus synthetischem Material befestigt ist. Der Streifen besteht aus Nylon oder synthetischem Kautschuk, der kriecht, wenn er einer kontinuierlichen Last ausgesetzt ist. Die Breite der Kette entspricht im wesentlichen der des Streifens. Die Spannvorrichtung umfasst einen Streifen, der ein gleitendes, einen Drehpunkt bildendes Ende, das an einer Führung gelagert ist, und ein festes, einen Drehpunkt bildendes Ende benachbart zum Antriebskettenrad aufweist. Die Spannfeder erstreckt sich zwischen den oberen Enden des Streifens und ist an diesem befestigt.

In der US-PS 4 921 472 ist eine Verbesserung des von Turner/Poyser erfundenen Kettenspanners beschrieben. Dieser Kettenspanner besitzt eine Blattfeder und einen Schuh. Die mechanische 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 befestigt und gehaltert werden, ohne dass ein Splint erforderlich ist.

EP-A-0 055 166 offenbart einen Kettenspanner mit mindestens einem Federblatt, das über einen Schlitten an einem Träger befestigt ist. Über dem Federblatt ist ein verschleißfester Einsatz angeordnet, der an einer Kette angreift.

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 3 490 302 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 kontinuierlich 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 Blattfeder und der Schuh stehen über einen Splint mechanisch miteinander in Eingriff.

Diese Kettenspanner sind jedoch auf einen sehr begrenzten Bereich an Aufnahmefähigkeit beschränkt. Die Kette verlängert 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 Anfangskraft auszuüben, sinkt diese Kraft jedoch mitzunehmendem Verschleiß der Kette beträchtlich ab. Die von den oben genannten Veröffentlichungen vermittelten Lehren werden hiermit als zusätzlicher Hintergrund in die vorliegende Erfindung eingearbeitet.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kettenspanner bereitzustellen, der eine besonders große Flexibilität in bezug auf die gewünschte Spannkraft, eine erhöhte Aufnahmefähigkeit, eine konsistentere Spannkraft über die Lebensdauer der Kette und verbesserte Dämpfungseigenschaften zur Verfügung stellt.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

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

Die Blattfedereinrichtung umfasst eine Vielzahl von Blattfedern. Vorzugsweise finden nur zwei Blattfedern Verwendung, die im wesentlichen identisch sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 eine Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kettenspanners, der zum Spannen einer Kette verwendet wird;
2 eine Seitenansicht der Ausführungsform des in 1 gezeigten Kettenspanners;
3 eine Unteransicht des in 2 dargestellten Kettenspanners;
4A eine Seitenansicht der beiden Blattfedern für den erfindungsgemäß ausgebildeten Kettenspanner;
4B eine Seitenansicht einer einzelnen Blattfeder eines herkömmlich ausgebildeten Kettenspanners; und
5 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines Kettenspanners.
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 werden, wie beispielsweise Steuerketten, Getriebeketten u. ä. Der Kettenspanner ist des weiteren in den 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 Blattfedereinrichtung 20 auf ihn aufgebracht wird, kriecht. Bei dem Kunststoff handelt es sich vorzugsweise um hitzestabilisiertes 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 Vielzahl von Blattfedern 21 und 22. Jede der einzelnen Blattfedern 21 und 22 kann aus unterschiedlichen Materialien bestehen, kann unterschiedliche Dicken besitzen und kann irgendeinem aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Vorbehandlungsvorgängen unterzogen worden sein, um die Eigenschaften 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 aus dem Stand der Technik besitzen auch beliebige andere Konstruktionen zur Montage oder zur anderweitigen Nutzung von einer oder mehreren Blattfedern 21 zur Optimierung der Federkräfte und zum Aufrechterhalten von opti malen Federkräften, die gegen die Kette 60 über die Lebensdauer derselben ausgeübt werden.
Mehrere Federn stellen eine größere Konstruktionsflexibilität der gewünschten Spannkraft, ein erhöhtes Aufnahmevermögen, 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 Standardträgerfedern werden verwendet, um die gewünschte Geometrie zu ermitteln. Die Spannungen sind der Materialdicke und der Durchbiegung direkt proportional. Daher können Blattfedern aus dünnerem Material bei dem gleichen Spannungsniveau stärker 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 montiert 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 Montage in der Brennkraftmaschine zu ermöglichen. Daher müssen die Blattfedern 21 und 22 aus ihrer natürlichen Krümmung heraus für die mechanische Montage mit dem Schuh geradegebogen 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 Geometrie 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 besitzen 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 30000000.
Sämtliche Blattfedern sind dünner als 1,016 mm, um eine Gleitpassung mit der Spannfläche des Schuhs sicherzustellen. Der Innenradius einer jeden Blattfeder bildet einen Bogen von 180° oder weniger. Es muß darauf geachtet werden, daß die Blattfederverformungsspannungen während des Zusammenbaues des Kettenspanners, die normalerweise bei etwa 276000 PSI für SAE 1075 Federstahl liegen, nicht überschritten werden. Wenn höhere Blattfederverformungsspannungen auftreten, kehrt die Feder nicht zu ihrem anfänglichen 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 angelegten Kraft um etwa 66 % bedeutet. Ferner besitzt die einzige Blattfeder (mit der Dicke von 0,635 mm) einen minimalen 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 Formradius 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 Anfangskraft in bezug auf die verschlissene Kette 60 aufrecht, während die herkömmliche einzige Blattfeder nur etwa 60 % aufrechterhält.
4B ist eine vereinfachte Ansicht einer einzelnen Blattfeder 28 einer vorgegebenen Dicke mit einem minimalen Formradius r₁. 4A zeigt eine vereinfachte Ansicht der beiden Blattfedern 21 und 22, wie sie beim erfindungsgemäß ausgebildeten Kettenspanner 10 Verwendung finden. Die kombinierte Dicke der beiden Blattfedern 21 und 22 entspricht der vorgegebenen Dicke der einzelnen Blattfeder 28. Der minimale Formradius r₂ der beidne 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 Blattfeder 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.
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 beschrieben 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 Überspannen 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 Blattfeder nahezu gerade ist und in Kontakt mit einem neuen Kettenantrieb 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 Blattfedern 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

Spannvorrichtung für eine Kette, bestehend aus mindestens einer ersten Blattfeder (21) und einer zweiten Blattfeder (22) sowie einem Schuh (30), der aus einem unter Last kriechenden Material besteht und der mit Haltemitteln zum Halten der beiden Blattfedern (21, 22) im Schuh (30) versehen ist, wobei der Schuh (30) im eingebauten Zustand an der Kette (60) anliegt und durch eine von den Blattfedern (21, 22) auf den Schuh (30) kontinuierlich ausgeübte Vorspannkraft gekrümmt wird, und wobei die erste und die zweite Blattfeder (21, 22) mit einem Formradius versehen sind, der beträchtlich geringer ist als der minimale Formradius einer einzelnen Blattfeder gleichen Materials und gleicher Abmessungen wie die erste und die zweite Blattfeder (21, 22) zusammen, wobei der minimale Formradius der Radius ist, bei dem die Blattfeder noch gerade gebogen werden kann, ohne die zulässigen Spannungsgrenzen zu überschreiten.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannkraft, die die Spannvorrichtung bei Verschleiß der Kette um 1% auf die Kette ausübt, größer ist als die Spannkraft, die eine Spannvorrichtung mit einer einzelnen Blattfeder gleichen Materials und gleicher Abmessungen wie die beiden Blattfedern bei einem Verschleiß der Kette um 1% auf die Kette ausüben würde.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, 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.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (21) und zweite Blattfeder (22) mit einem Formradius versehen sind, der ihrem jeweiligen minimalen Formradius entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Blattfeder (21) und die zweite Blattfeder (22) die gleiche Dicke aufweisen.