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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Kettentrieb mit einer zwischen einem treibenden
Kettenrad und wenigstens einem angetriebenen Kettenrad angeordneten
Antriebskette, sowie mit einem Kettenspanner, welcher sich mit einem
Ende an einer Maschinenstruktur abstützt und mit seinem anderen
Ende ein Andruckelement an einen freien Kettenabschnitt andrückt.
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Hintergrund der Erfindung
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Kettentriebe
der oben genannten Art werden beispielsweise im Verbrennungsmotorenbau
eingesetzt, um von der Kurbelwelle aus Nockenwellen oder dem Motor
zugeordnete Nebenaggregate anzutreiben. Dabei sind die Antriebsketten
in an sich bekannter Weise als Zahnketten, Rollenketten oder Hülsenketten
ausgebildet.
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Beim
Betrieb derartiger Kettentriebe entstehen erhebliche Laufgeräusche. Dabei
handelt es sich einerseits um Schlaggeräusche, die beim Auftreffen der
Ketten auf die Zähne
der Kettenräder
erzeugt werden. Die Lautstärke
dieser Schlaggeräusche hängt unter
anderem von der Stoßgeschwindigkeit zwischen den
Kettengliedern und dem Kettenrad ab, sowie von der Masse der Kettenglieder,
die auf das Kettenrad auflaufen. Diese Schlaggeräusche sind allgemein periodisch
auftretende Geräusche.
Sie wiederholen sich mit einer Frequenz, welche gleich der "Frequenz" der Kette ist, die
mit dem Kettenrad kämmt.
Diese Frequenz ist abhängig
von der Zähneanzahl
und der Drehzahl der Kettenräder.
Die Schlaggeräusche
erzeugen so genannte reine Töne, die
unerwünscht
sind.
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Eine
andere Geräuschursache
sind die Kettenschwingungen in der Kettenebene, die ebenfalls unerwünschte,
so genannte reine Töne
mit einer Frequenz erzeugen, die der Kettenkämmfrequenz oder einer abgeleiteten
Frequenz entspricht.
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Aus
der
DE 43 16 877 A1 ist
es bereits bekannt, die Laufgeräusche
von Kettentrieben dadurch zu verringern, dass man die Gleichförmigkeit
der Aufschlagfrequenz der Kettenglieder auf die Zähne der Kettenräder und
damit die Tonhaltigkeit des im Kettentrieb erzeugten Geräusches stört bzw.
variiert. Dazu werden beispielsweise die Flankenformen bei den Zähnen der
Antriebskette oder bei den Zähnen der
Antriebsräder
und gegebenenfalls die Massen der aufeinander folgenden Kettenglieder
nach einem stochastischen Muster variiert, so dass sich einerseits
eine gleich bleibende Frequenz der Schlaggeräusche nicht ausbilden kann,
und andererseits die Gefahr, dass sich eine Schwingung der Antriebskette in
der Kettenebene ausbildet, verringert wird. Der dazu erforderliche
technische Aufwand, um beispielsweise die Zahnformen der Antriebskette
oder der Kettenräder
nach einem stochastischen Muster zu variieren, ist erheblich, so
dass die Herstellung derartiger Kettentriebe aufwendig und teuer
ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kettentrieb der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei welchem mit einfachen
techni schen Mitteln unerwünschte
Laufgeräusche
des Kettentriebes verringert oder unterdrückt werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein erheblicher Anteil
der nach außen
hörbaren Laufgeräusche des
Kettentriebes dadurch zustande kommt, dass die im Kettentrieb erzeugten
Laufgeräusche
auf mit dem Kettentrieb mechanisch verbundene Bauteile des Motors übertragen
und im Allgemeinen verstärkt
hörbar
gemacht werden.
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Ein
sehr wirksamer Übertragungspfad
wird durch den an der Antriebskette anliegenden, sich an der Maschinenstruktur
abstützenden
Kettenspanner gebildet, welcher die Laufgeräusche des Kettentriebes in
die Maschinenstruktur überträgt und auf
diesem Weg einzelne, mit der Maschinenstruktur verbundene Bauteile
zum Schwingen anregt.
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Die
Erfindung geht daher aus von einem Kettentrieb mit einer zwischen
einem treibenden Kettenrad und wenigstens einem angetriebenen Kettenrad angeordneten
Antriebskette, sowie mit einem Kettenspanner, welcher sich mit einem
Ende an einer Maschinenstruktur abstützt und mit seinem anderen Ende
ein Andruckelement an einen freien Kettenabschnitt andrückt. Dabei
ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass in der Spannkraftübertragungsstrecke zwischen
Maschinenstruktur und Andruckelement, also in dem Kraftfluss des
Kettenspanners wenigstens ein Schallschwingungs-Entkopplungselement angeordnet
ist.
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Das
Entkopplungselement bzw. die Entkopplungselemente im Kraftfluss
des Kettenspanners verhindern eine Übertragung des Körperschalls
vom Kettentrieb auf die damit mechanisch verbundenen Strukturen,
so dass diese nicht mehr zu Schwingungen angeregt werden und insoweit
keine Weiterleitung und Verstärkung
des im Kettentrieb erzeugten Laufgeräusches erfolgt.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das
Entkopplungselement jeweils als Gummi-Pufferelement oder als Gummi-Metall-Pufferelement
ausgebildet ist. Derartige Pufferelemente sind in zahlreichen unterschiedlichen
Formen und Größen sowie
mit unterschiedlichen Dämpfungseigenschaften
im Handel erhältlich
bzw. in einfacher Weise für
den vorliegenden Zweck herstellbar.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kettenspanner
als mittels einer Spannfeder vorgespannte Spannvorrichtung ausgebildet
ist, die an dem jeweiligen Entkopplungselement zumindest mittelbar
in einer nur eine Druckkraft übertragenden
Weise anliegt. Eine derartige Ausgestaltung lässt sich in konstruktiv besonders
einfacher Weise verwirklichen, wie anhand eines Ausführungsbeispieles
noch genauer dargelegt wird.
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Das
Entkopplungselement kann in diesem Fall jeweils in einer zum Kettenspanner
hin offenen, mit der Maschinenstruktur bzw. dem Andruckelement verbundenen
Kappe angeordnet sein, in die ein jeweils zugeordnetes Ende des
Kettenspanners eingreift, wobei es sich an das Entkopplungselement, beispielsweise
ein Gummi-Pufferelement oder ein Gummi-Metall-Pufferelement, ohne
weitere Verbindungsmittel einfach anlegt.
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Da
herkömmliche
Kettenspanner im Allgemeinen mit dem zugeordneten, an der Antriebskette anliegenden
Andruckelement ein vormontiertes Bauteil bilden, ist gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung nur ein Entkopplungselement
vorgesehen, welches zwischen Kettenspanner und Maschinenstruktur
angeordnet ist.
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Durch
die
DE 40 15 708 C1 ist
bereits ein Kettenspanner bekannt, der als in Ausfahrrichtung federnd
vorgespannte Teleskopanordnung mit einer einseitig offenen Teleskophülse, einer
darin verschiebbar angeordneten Teleskopstange und einer zwischen
einem Hülsenboden
und der Teleskopstange angeordneten Druckfeder ausgebildet ist.
Bei einem derartigen, an sich bekannten Kettenspanner ist dann gemäß der Erfindung
vorgesehen, dass die Teleskophülse
mit ihrem durch den Hülsenboden
verschlossenen Ende in eine mit der Maschinenstruktur verbundene,
zur Teleskophülse
hin offene, ein Entkopplungselement aufnehmende Kappe eingreift
und sich in einer druckübertragenden
Weise an das Entkopplungselement anlegt, und dass an dem freien, aus
der Teleskophülse
herausragenden Ende der Teleskopstange ein an der Antriebskette
anliegendes Andruckelement angeordnet ist. Auf diese Weise kann
der an sich bekannte Kettenspanner weitgehend konstruktiv unverändert übernommen
und mit dem erfindungsgemäßen Entkopplungselement kombiniert
werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die das Entkopplungselement
aufnehmende Kappe in Richtung der Wirklinie des Kettenspanners verstellbar
an der Maschinenstruktur angeordnet. Auf diese Weise kann die Federvorspannung und
damit die Andruckkraft des Kettenspanners variiert werden.
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Dabei
ist gemäß einer
konstruktiv besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass
die Kappe über
ein an ihrer Außenseite
angeordnetes Gewinde in einer an der Maschinenstruktur ausgebildeten
Gewindebohrung axial verstellbar ist.
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Aus
der oben genannten
DE
40 15 708 C1 ist es bereits bekannt, dass die Teleskophülse einerseits und
die Teleskopstange andererseits als Hydraulikzylinderanordnung mit
einem im Hülsenboden
angeordneten, mit einem Hydraulikfluidzulauf in Verbindung stehenden,
bei einer Auswärtsbewegung
der Zylinderanordnung öffnenden
Rückschlagventil
und mit bei einer Einwärtsbewegung
der Zylinderanordnung wirksamen Drosselkanälen ausgebildet ist. Diese
Anordnung dient dazu, die Einwärtsbewegung
der Hydraulikzylinderanordnung zu dämpfen. Bei einem solchen Aufbau
ist gemäß einer
weiteren konstruktiven Ausgestaltung vorgesehen, dass der Hülsenboden über an dessen
Außenseite
angeordnete Abstandhalter an dem zugeordneten Entkopplungselement
anliegt, und dass der Hydraulikfluidzulauf in dem dadurch gebildeten
Zwischenraum zwischen Hülsenboden
und Entkopplungselement verläuft.
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Wie
bereits weiter oben ausgeführt
wurde, ist das Entkopplungselement vorzugsweise als Gummi-Pufferelement
oder als Gummi-Metall-Pufferelement ausgebildet. Eine spezielle
Ausgestaltung des Entkopplungselementes sieht vor, dass dieses im Wesentlichen
als hantelförmiges
Gummi-Pufferelement ausgebildet ist, also aus zwei Scheiben besteht, die über einen
Abschnitt kleineren Durchmessers miteinander verbunden sind. Mit
einer derartigen geometrischen Form des Gummi-Pufferelementes wird eine
bestimmte, erwünschte
Schwingungsdämpfungscharakteristik
erreicht.
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In
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Entkopplungselement
als vollzylindrisches Gummi-Pufferelement ausgebildet, an dessen dem
Kettenspanner zugewandter Stirnseite eine Druckverteilerplatte aus
einem starren Material angeordnet ist. Die Druckverteilerplatte
ist vorzugsweise über
einen daran ausgebildeten zentralen Zapfen in einer zugeordneten
zentralen Bohrung des Entkopplungselementes zentriert.
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Eine
andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Entkopplungselement
aus mehreren aufeinander gestapelten, abwechselnd aus Gummi bzw.
einem starren Material bestehenden, vorzugsweise kreisförmigen Scheiben
gebildet ist, wobei zumindest die dem Entkopplungselement zugewandte
End-Scheibe aus
dem starren Material besteht, so dass sie gleichzeitig als Druckverteilerplatte dient.
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Das
Gummimaterial der Entkopplungselemente ist vorzugsweise ein Polyamidmaterial,
und als starres Material dient ein Faserverbundwerkstoff oder ein
Metall, beispielsweise Stahl oder Aluminium.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an
einigen Ausführungsformen
näher erläutert. Darin
zeigt
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1 in
einer Seitenansicht einen Teil eines Kettentriebes mit einem Kettenspanner,
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2 einen
Kettenspanner gemäß der 1 mit
einem Schallschwingungs-Entkopplungselement
in einem Längsschnitt,
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3 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht einer anderen Ausgestaltung
eines Kettenspanners gemäß der Erfindung,
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4 ein
als Entkopplungselement dienendes Gummi-Pufferelement in einer perspektivischen Ansicht,
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5 ein
als Entkopplungselement dienendes Gummi-Metall-Pufferelement in
einer perspektivischen Ansicht, und
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6 eine
Schraub-Kappe und ein darin angeordnetes Gummi-Pufferelement gemäß 3 in einer
perspektivischen Ansicht.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnungen
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Der
in 1 dargestellte und beispielsweise zum Antrieb
einer Nockenwelle eines Verbrennungs-Kolbenmotors dienender Kettentrieb 2 umfasst
ein mit einer Kurbelwelle verbundenes, treibendes Kettenrad 4,
ein mit einer Nockenwelle verbundenes angetriebenes Kettenrad 6 und
eine Antriebskette 8, die das angetriebene Kettenrad 6 sowie
gegebenenfalls weitere, nicht dargestellte Kettenräder mit
dem treibenden Kettenrad 4 verbindet. Die Antriebskette 8 wird
durch einen an einem lastlosen Trum der Antriebskette, hier dem
freien Kettenabschnitt 10 anliegenden Kettenspanner 12 gespannt gehalten,
welcher seine Spannkraft über
ein Andruckelement 14 in Form einer Spannschiene auf den Kettenabschnitt 10 aufbringt.
Der Kettenspanner 12 stützt
sich an der Maschinenstruktur 16 ab, die beispielsweise
Teil des Motors sein kann.
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Ohne
besondere Maßnahmen
werden die im Kettentrieb 2 erzeugten Laufgeräusche über die
Antriebskette 8, das Andruckelement 14 und den
Kettenspanner 12 auf die Maschinenstruktur 16 übertragen.
Dadurch wird die Maschinenstruktur 16 bzw. werden mit dieser
verbundene Bauteile zum Schwingen angeregt, wobei sie die Laufgeräusche des
Kettentriebes 2 im Allgemeinen verstärkt hörbar machen.
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Um
die Übertragung
der im Kettentrieb 2 erzeugten Laufgeräusche auf die Maschinenstruktur 16 zu
unterbinden, ist in der Spannkraftübertragungsstrecke zwischen
Maschinenstruktur 16 und Andruckelement 14 ein
Schallschwingungs-Entkopplungselement angeordnet, wie insbesondere
die 2 und 3 zeigen.
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2 zeigt
demnach einen Kettenspanner 12 gemäß 1. Er ist
als Teleskopanordnung mit einer einseitig, in 2 auf
der rechten Seite offenen Teleskophülse 18, einer darin
verschiebbar angeordneten Teleskopstange 20 und einer zwischen
einem Hülsenboden 22 und
dem diesem zugewandten Ende der Teleskopstange 20 angeordneten
Spannfeder 24 ausgebildet. Die Spannkraft zum Spannen der in 2 nicht
dargestellten Antriebskette wird durch die Federkraft der Spannfeder 24 bestimmt.
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Die
Teleskophülse 18 und
die Teleskopstange 20 bilden gleichzeitig eine Hydraulikzylinderanordnung,
deren Aufgabe es ist, die Einwärtsbewegung
der Teleskopstange 20 zu dämpfen, wie an sich bekannt
ist. Dazu ist im Hülsenboden 22 ein
mit einem Hydraulikfluidzulauf 26 in Verbindung stehendes,
bei einer Auswärtsbewegung
der Teleskopstange 20 öffnendes
Rückschlagventil 28 vorgesehen, über welches
der die Spannfeder 24 aufnehmende Zylinderraum 30 befüllt wird.
Außerdem
steht der Zylinderraum 30 über in der 2 nicht dargestellte Drosselkanäle, die
beispielsweise durch einen engen Spalt zwischen der Außenwand
der Teleskopstange 20 und der Innenwand der Teleskophülse 18 gebildet sein
kann, mit der Außenseite
in Verbindung. Diese Drosselkanäle
werden bei einer Einwärtsbewegung der
Teleskopstange 20, bei der sich das Rückschlagventil 28 schließt, wirksam,
so dass diese Einwärtsbewegung
gedämpft
wird.
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Wie
die 2 weiter zeigt, ist der Hydraulikfluidzulauf 26 über einen
im Hülsenboden 22 ausgebildeten
Kanal 32 mit dem Rückschlagventil 28 verbunden.
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Der
Hülsenboden 22 des
Kettenspanners 12 liegt in einer eine Druckkraft übertragenden
Weise an einem Schallschwingungs-Entkopplungselement 34 an,
welches innerhalb einer mit der Maschinenstruktur 16 fest
verbundenen Kappe 36 aufgenommen ist. Das Entkopplungselement 34 ist
als Gummi-Pufferelement ausgebildet und hat etwa die Form einer
Hantel, wie anhand der 4 noch genauer erläutert wird.
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Die
Kappe 36 ist als Schraub-Kappe ausgebildet. Sie trägt an ihrer
Außenseite
ein Schraubgewinde 38, mittels dessen sie in einer in der
Maschinenstruktur 16 ausgebildeten Gewindebohrung 40 in Richtung
der Wirkungslinie des Kettenspanners 12 axial verstellbar
ist. Durch eine Verstellung der Kappe 36 in 2 beispielsweise
nach rechts kann die Vorspannung der Spannfeder 24 vergrößert, durch
eine Verstellung nach links entsprechend verringert und auf diese
Weise die auf die Antriebskette 10 wirkende Spannkraft
verändert
werden.
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3 zeigt
einen Kettenspanner 42, der in wesentlichen Teilen gleich
aufgebaut ist wie der Kettenspanner 12 der 2,
so dass er insoweit nicht nochmals im Einzelnen beschrieben werden
muss.
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Im
Gegensatz zu dem Kettenspanner 12 der 2 stützt sich
die Teleskophülse 46 über an deren Hülsenboden 44 angeordnete
Abstandhalter 48 an einem Entkopplungselement 50 ab,
welches wie im Beispiel der 2 in einer
Kappe 52 aufgenommen ist. Die Kappe 52 ist wiederum
als Schraub-Kappe ausgebildet, die in einer in der Maschinenstruktur 16 ausgebildeten
Gewindebohrung 54 in Richtung der Wirkungslinie des Kettenspanners 42 verstellbar
ist, wodurch die Vorspannung einer im Kettenspanner 42 angeordneten
Spannfeder verändert
werden kann.
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Das
Entkopplungselement 50 ist als zylindrisches Gummi-Pufferelement
ausgebildet, an dessen dem Kettenspanner 42 zugewandter
Stirnseite eine Druckverteilerplatte 56 angeordnet ist.
Wie die 3 erkennen lässt, ist die Druckverteilerplatte über einen daran
ausgebildeten zentralen Zapfen 58 in einer zugeordneten
zentralen Öffnung 60 des
Entkopplungselementes 50 zentriert.
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Ein
im Hülsenboden 44 angeordnetes,
nicht dargestelltes Rückschlagventil
ist an einen Hydraulikfluidzulauf 62 angeschlossen, welcher
in dem durch die Abstandhalter 48 geschaffenen Zwischenraum
zwischen dem Hülsenboden 44 und
der Druckverteilerplatte 56 des Entkopplungselementes 50 verläuft.
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4 zeigt
das Entkopplungselement 34 der 2 in einer
perspektivischen Darstellung. Dieses etwa hantelförmige Entkopplungselement 34 ist
als reines Gummi-Pufferelement ausgebildet und besteht aus zwei
kreisförmigen
Scheiben 64 und 66, die über einen Verbindungsabschnitt 68 miteinander
verbunden sind. Durch den Durchmessersprung zwischen den Kreisscheiben 64, 66 einerseits
und dem Verbindungsabschnitt 68 andererseits ergibt sich eine
für die
vorliegende Aufgabe der Schallschwingungsentkopplung besonders günstige Dämpfungscharakteristik.
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5 zeigt
ein Entkopplungselement 70, welches aus mehreren aufeinander
gestapelten, abwechselnd aus Gummi bzw. einem starren Material bestehenden
Ringscheiben gebildet ist. Im vorliegenden Fall sind die Ringscheiben 72, 74, 76 aus
einem starren Material gebildet, während die Ringscheiben 78, 80 aus
Gummi bestehen. Die jeweils dem Kettenspanner zugewandte Ringscheibe 72 bzw. 76 dient gleichzeitig
als Druckverteilerplatte, so dass sie beispielsweise in Verbindung
mit einem Kettenspanner entsprechend der 3 verwendet
werden kann, der sich über
Abstandhalter 78 an dem Entkopplungselement 70 abstützt.
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6 zeigt
in einer perspektivischen Ansicht die als Gewindekappe ausgebildete
Kappe 52 der 3 mit einem in diese eingesetzten
Entkopplungselement 50 sowie eine auf das Entkopplungselement 50 aufsetzbare, über einen
zentralen Zapfen 58 in einer zentralen Öffnung 60 zentrierten
Druckverteilerplatte 56. Wie im Zusammenhang mit der 3 bereits
beschrieben wurde, besteht das Entkopplungselement 50 aus
Gummi, während
die Druckverteilerplatte 56 aus einem starren Material
gebildet ist.
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Als
Gummimaterial kommt vorzugsweise ein synthetischer Gummi wie Polyamid,
als starres Material Stahl zur Anwendung.
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- 2
- Kettentrieb
- 4
- Kettenrad
- 6
- Kettenrad
- 8
- Antriebskette
- 10
- Kettenabschnitt
- 12
- Kettenspanner
- 14
- Andruckelement
- 16
- Maschinenstruktur
- 18
- Teleskophülse
- 20
- Teleskopstange
- 22
- Hülsenboden
- 24
- Spannfeder
- 26
- Hydraulikfluidzulauf
- 28
- Rückschlagventil
- 30
- Zylinderraum
- 32
- Kanal
- 34
- Entkopplungselement
- 36
- Kappe
- 38
- Schraubgewinde
- 40
- Gewindebohrung
- 42
- Kettenspanner
- 44
- Hülsenboden
- 46
- Teleskophülse
- 48
- Abstandhalter
- 50
- Entkopplungselement
- 52
- Kappe
- 54
- Gewindebohrung
- 56
- Druckverteilerplatte
- 58
- zentraler
Zapfen
- 60
- Zentrale Öffnung
- 62
- Hydraulikfluidzulauf
- 64
- Kreisscheibe
- 66
- Kreisscheibe
- 68
- Verbindungsabschnitt
- 70
- Entkopplungselement
- 72
- Ringscheibe
- 74
- Ringscheibe
- 76
- Ringscheibe
- 78
- Ringscheibe
- 80
- Ringscheibe