DE19653968A1 - Hydraulischer Kettenspanner - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Kettenspanner mit einem Kolben, der in einem Gehäuse in Längsrichtung bewegbar ist.

Bei einem vorbekannten hydraulischen Kettenspanner mit einem Rückschlag­ ventil in Form eines Kugelventils strömt Strömungsmittel aus einem Reservoir durch einen Spalt zwischen der Kugel und dem Ventilsitz des Rückschlagventils. Der hydraulische Druck aus einer externen Quelle, wie z. B. einer Ölpumpe oder dergleichen, gelangt in die Kammer durch Kanäle im Gehäuse, wobei der Kolben durch die kombinierte Wirkung des hydraulischen Drucks und einer Federkraft ohne Schwierigkeiten nach außen bewegt wird.

Wenn andererseits der Kolben die Neigung hat, sich in Rückwärtsrichtung zu bewegen, wird die Kugel an den Ventilsitz angedrückt, wodurch die Strömung aus der Kammer unterbunden bzw. gedrosselt wird, wodurch ein Zurückziehen des Kol­ bens verhindert wird. Auf diese Weise erzielt der Kettenspanner eine sogenannte Einwegfunktion, d. h. Bewegungen in einer Richtung (Auswärtsrichtung) sind leicht, Bewegungen in Rückwärtsrichtung (Einwärtsrichtung) sind dagegen schwierig.

Ein Problem bei hydraulischen Kettenspannern dieser Bauart besteht darin, daß sie nicht immer eine vorgegebene Spannung aufrechterhalten, und zwar insbe­ sondere dann, wenn die Brennkraftmaschine - mit keinem oder nur geringem Öl­ druck - angelassen wird oder leerläuft. Wenn kein geeigneter Öldruck in der Kam­ mer herrscht oder die Kammer nicht mit einer ausreichenden Ölmenge gefüllt ist, bewegt sich der Kolben leicht in beiden Richtungen und verliert somit seine Ein­ wegfunktion, was Geräusche und Schwingungen beim Start zur Folge hat.

Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, den Kettenspanner mit einer Zahnstangen- und Sperrklinkenanordnung zu versehen, die als mechanische Ein­ wegvorrichtung arbeitet. Die US 4,874,352 offenbart eine typische Zahnstangen- und Sperrklinkenanordnung, bei der die Zahnstange an der Außenseite des Kolbens gebildet ist und die Sperrklinke im Gehäuse abgestützt und von einer Feder in Ein­ griff mit der Zahnstange gedrückt wird. Auf diese Weise stellt die Sperrklinke si­ cher, daß der Kolben entgegen der Kettenspannung oder bei niedrigem Öldruck ausgefahren bleibt. Ein Nachteil derartiger großer Zahnstangen- und Sperrklinken­ anordnungen, die an der Seite des Kolbens angeordnet sind, besteht darin, daß das System einen großen hydraulischen Leckpfad bildet, der die Wirksamkeit des Ket­ tenspannerbetriebs einschränkt.

In Fig. 7 der vorliegenden Anmeldung ist ein typischer Kettenspanner des Standes der Technik mit einer aufwendigen Zahnstangen- und Sperrklinkenanord­ nung dargestellt, wie sie in der US 4,874,352 offenbart ist. Der Kettenspanner 11 besitzt ein Gehäuse 40 mit einer Bohrung 42, die mit einem hohlen Kolben 46 eine Strömungsmittelkammer 44 bildet. Vorzugsweise ist die Kammer 44 eine zylindri­ sche Bohrung. Die Kammer 44 wird über einen Kanal 48 von einer Druckmittel­ quelle (nicht gezeigt) mit Strömungsmittel gefüllt. Die Druckmittelquelle kann eine Ölpumpe, ein Ölreservoir oder dergleichen sein. Eine Kugel 50 wird in Richtung auf einen Ventilsitz 52 vorgespannt, und zwar von einer Feder 54, die mit einem Ende an einem Halter 56 anliegt, um ein Rückschlagventil zu bilden. Das Rückschlag­ ventil ist zwischen der Kammer 44 und dem Kanal 48 und somit der Druckmittel­ quelle vorgesehen, um eine Strömung in die Kammer 44 zuzulassen, während eine Strömung in der entgegengesetzten Richtung gesperrt wird. Das Strömungsmittel gelangt in die Kammer 44, die - wie oben beschrieben - von der Bohrung 42 und dem hohlen Kolben 46 gebildet wird. Die Kammer 44 nimmt den hohlen Kolben 46, der vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist und ein oberes Ende 48 aufweist, glei­ tend auf. Das obere Ende 58 des Kolbens berührt die Stirnseite bzw. den Backen (nicht gezeigt) des Kettenspanners. Der Backen erzeugt eine Spannung in einer Kette bzw. einem Riemen (nicht gezeigt). Eine Feder 60 berührt die Innenseite des oberen Endes 58 des Kolbens 46, um den Kolben 46 in Auswärtsrichtung vorzu­ spannen. Der Kolben 46 ist mit einer Zahnstange 62 versehen, die an der Außenseite des Kolbens gebildet ist. Die Zahnstange 62 kämmt mit einer Klinke 64, welche im Gehäuse 40 drehbar gelagert ist und von einer Feder 66 entgegengesetzt zu der oben erwähnten Auswärtsrichtung vorgespannt wird.

Die US 5,346,436 offenbart eine Zahnstangen- und Sperrklinkenanordnung, die für eine mechanische Einwegfunktion sorgt. Die in der US 5,346,436 und 4,874,352 offenbarten Zahnstangen- und Klinkenmechanismen betreffen jedoch sogenannte primäre Kettenspanner, welche einen relativ großen Platzbedarf haben, der typischerweise bei sogenannten sekundären Kettenspannern nicht zur Verfügung steht. Die großen Abmessungen der Bauteile derartiger primärer Kettenspanner verbieten ihren Einsatz bei sekundären Kettenspannern, bei denen üblicherweise nur ein geringer Platz vorhanden ist. Es besteht daher ein Bedarf an hydraulischen Ket­ tenspannern mit einem "Einwegmechanismus" relativ geringen Platzbedarfs.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen definiert.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Kettenspanner ist ein konstruktiv ein­ facher und kostengünstiger Sperrmechanismus vorgesehen, der einen Einwegme­ chanismus insbesondere für einen sogenannten sekundären Kettenspanner bildet. Der Sperrmechanismus kann jedoch auch bei herkömmlichen "primären" Ketten­ spannern verwendet werden; in diesem Fall kommt der Vorteil des einfachen kon­ struktiven Aufbaues sowie der Möglichkeit zur kostengünstigen Herstellung beson­ ders zum Tragen. Der Sperrmechanismus umfaßt eine Gruppe von Zähnen, die an der Außenseite des Gehäuses gebildet sind, sowie eine Zahnstange, die über das Ende des Kolbens gleitet und mit den Zähnen am Gehäuse in Eingriff steht. Bei dem Sperrmechanismus des erfindungsgemäß ausgebildeten Kettenspanners ist eine Sperrklinke bzw. ein anderer Einwegmechanismus nicht erforderlich. Der Hauptvor­ teil besteht darin, daß der Sperrmechanismus kleiner und kompakter als im Stand der Technik ist. Dies ermöglicht den Einsatz bei ,,sekundären" Kettenspannern, bei denen der zur Verfügung stehende Raum sehr beschränkt ist.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Kettenspanner umfaßt ein Gehäuse mit einer Bohrung und einem hohlen Kolben, der in der Bohrung gleitend gelagert ist, um eine Strömungsmittelkammer zu bilden. Der Kolben wird in Auswärtsrichtung von einer Feder vorgespannt. Ein Sperr- bzw. Stoppmechanismus, der als Einweg­ mechanismus wirkt, dient dazu, sicherzustellen, daß der Kolben entgegen der Ket­ tenspannung oder bei niedrigem Öldruck ausgefahren bleibt. Der Stoppmechanis­ mus umfaßt vorzugsweise eine Gruppe von Zähnen an der Außenseite des Gehäuses sowie einen Verriegelungsmechanismus bzw. eine Zahnstange, der bzw. die eben­ falls mit Zähnen versehen sind, welche über das Ende des Kolbens rutschen und mit den Zähnen am Gehäuse in Eingriff stehen. Die Zähne sind so ausgelegt, daß sie eine Bewegung des Kolbens in Richtung aus dem Gehäuse heraus zulassen, jedoch für eine Sperre sorgen, wenn sich der Kettenspanner zurückzieht. Die Zahnstange kann aus einem versteiften Kunststoff-Gußteil oder einem Federstahl-Preßling bzw. -Stanzteil bestehen. Zusätzlich können die Enden der Zähne an der Außenseite des Gehäuses mit einem Lösemechanismus versehen werden, der verhindert, daß der Kettenspanner ausfährt, bis der Kettenspanner an der Brennkraftmaschine ange­ bracht ist und die Brennkraftmaschine zum ersten Mal gestartet wird.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Kettenspanner kann insbesondere als se­ kundärer Kettenspanner eingesetzt werden, d. h. der Kettenspanner wird typischer­ weise bei einer von Nockenwelle zu Nockenwelle laufenden Kette einer Brenn­ kraftmaschine mit zwei oben liegenden Nockenwellen verwendet. Ein sekundärer Kettenspanner läßt sich in unterschiedlicher Ausrichtung einbauen, insbesondere auch "upside down", d. h. der Kolben erstreckt sich nach unten, wenn er aus der Bohrung ausgefahren wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Kettenspanners ist die Zahn­ stange ein L-förmiges Teil, das sich von der Oberseite des Kolbens aus entlang des Gehäuses so erstreckt, daß die Zähne der Zahnstange mit den Zähnen an der Außen­ seite des Gehäuses kämmen. Insbesondere läßt sich die L-Form der Zahnstange so variieren, daß die Zahnstange einen spitzen Winkel (also weniger als 90°) zwischen der Oberseite und der Seite der Zahnstange erzeugt. Der an der Zahnstange vorge­ sehene Winkel sorgt für eine Federwirkung entgegen den Zähnen am Gehäuse. Die Zahnstange ist vorzugsweise am Kolben durch eine Platte befestigt, die unmittelbar oberhalb der Zahnstange angeordnet ist, wobei ein kleiner Spalt zwischen der Platte und der Zahnstange verbleibt. Der kleine Spalt zwischen der Platte und der Zahn­ stange ermöglicht eine Bewegung des Kolbens, ohne daß die Zähne der Zahnstange den nächsten Zahn des Gehäuses erfassen. Die Platte drückt auf die Zahnstange so, daß die Zähne an der Zahnstange die Zähne an der Außenseite des Gehäuses erfas­ sen.

Bei einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist nur ein Zahn an der Außenseite des Gehäuses vorgesehen. Der Zahn ist vorzugsweise an der Unterseite des Gehäuses angeordnet. Die Zahnstange wird aus einem Federstahlteil hergestellt und besitzt nur einen einzigen Zahn, der an dem einzigen Zahn an der Außenseite des Gehäuses angreift.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine Nut vorgesehen, indem zwei Schultern am Kolben so erzeugt werden, daß die Platte, die gegen den Kolben ge­ drückt wird, an der ersten Schulter angreift, welche einen kleineren Durchmesser als die zweite Schulter hat. Wenn die Länge der zweiten Schulter, die von dem Ende des Kolbens weiter entfernt als die erste Schulter ist, größer als die Dicke derjenigen der Zahnstange ist, so wird ein "Totband" erzeugt, welches einen Bereich von Kol­ benbewegungen ermöglicht, bei denen der Kolben weder die Zahnstange ausfährt, um den nächsten Zahn am Gehäuse zu erfassen, noch in der Rückwärtsrichtung ge­ sperrt wird.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Kettentriebs für zwei oben liegende Nockenwellen;

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Kettenspanners;

Fig. 3 eine Schnittansicht durch den Kettenspanner der Fig. 2;

Fig. 4 in schematischer Weise ein zweites Ausführungsbeispiel eines hydrauli­ schen Kettenspanners;

Fig. 5 eine Explosionsdarstellung eines hydraulischen Kettenspanners;

Fig. 6 in schematischer Weise eine Nut eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Sperrmechanismus für einen Kettenspanner;

Fig. 7 eine Schnittansicht eines vorbekannten hydraulischen Kettenspanners.

Fig. 1 zeigt zwei hydraulische Kettenspanner 10 und 12, die in einem System mit zwei oben liegenden Nockenwellen 14 und 16 bei einem von einer Kurbelwelle 18 angetriebenen Kettentrieb entgegengesetzt gerichtet angeordnet sind. Ketten 20 und 22 laufen um Kettenräder 24, 26, 28 und 30 der Nockenwellen. Die Ketten­ spanner 10 und 12 dienen dazu, die Kettenspannung in dem Kettentrieb aufrechtzu­ erhalten.

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kettenspanners 10 mit einem Sperr- bzw. Stoppmechanismus. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Gruppe von Zähnen 80 an der Außenseite eines Gehäuses 40 gebildet. Eine Zahnstange 82 rutscht über das Ende des Kolbens 46. Die Zahnstange 82 ist aus einem versteiften Kunststoff-Gußteil oder einem Federstahl-Preßling bzw. -Stanzteil hergestellt. Die Zahnstange 82 ist mit einer Gruppe von Zähnen 84 versehen, die mit den Zähnen 80 an der Außenseite des Gehäuses 40 kämmen, wenn die Zahnstange 82 über das Ende des Kolbens 46 geschoben wird. Vorzugsweise ist eine Platte 86 mit der Ober­ seite des Kolbens 46 verbunden, um die Zahnstange 82 an Ort und Stelle zu halten. Die Platte 86 ist an dem Kolben 46 unmittelbar oberhalb der Zahnstange 82 so be­ festigt, daß ein kleiner Spalt zwischen der Platte 86 und der Zahnstange 82 vorhan­ den ist. Der Spalt zwischen der Platte 86 und der Zahnstange 82 erlaubt es, daß sich der Kolben 46 und die Zahnstange 82 bewegen, ohne den nächsten Zahn des Gehäu­ ses 40 zu erfassen.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht des Kettenspanners 10. Bei diesem Ausführungs­ beispiel ist die Platte 86 mit Preßsitz auf dem Kolben 46 angeordnet. Das obere Ende des Kolbens 46 rührt die Stirnseite des Kettenspanners bzw. einen Backen 90, der die Kette bzw. den Riemen (nicht gezeigt) unter Spannung setzt.

Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kettenspanners 10 mit einem Sperrmechanismus. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt das Gehäuse 40 eine Gruppe von Zähnen 100, die an der Außenseite gebildet sind. Die Zahnstange 82 ist aus einem Federstahlteil hergestellt und besitzt nur einen einzigen Zahn 102, der die Zähne 100 an der Außenseite des Gehäuses 40 erfaßt.

Fig. 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Kettenspan­ ners 10, bei dem der Kolben eine erste Schulter 110 und eine zweite Schulter 112 aufweist. Die erste Schulter 110, die einen größeren Durchmesser als die zweite Schulter 112 hat, ist näher an dem oberen Ende des Kolbens 46 als die zweite Schulter 112 angeordnet. Die Platte 86 ist an dem Kolben 46 so befestigt, daß die Platte 86 an der ersten Schulter 110 angreift. Die Länge der zweiten Schulter 112 ist vorzugsweise größer als die Dicke der Zahnstange 82, was eine Nut bzw. ein "Totband" 114 erzeugt. Das Totband 114 sorgt für einen Bewegungsbereich des Kolbens 46 derart, daß sich der Kolben 46 bewegen kann, ohne die Zahnstange 82 auszufahren, um den nächsten Zahn an der Außenseite des Gehäuses zu erfassen oder ohne in Rückwärtsrichtung zu sperren.

Beim Start der Brennkraftmaschine öffnet das Hochdruckmittel das Rück­ schlagventil und es strömt in die Kammer, die von dem hohlen Inneren des Kolbens und der Bohrung des Gehäuses gebildet wird. Wenn das Druckmittel die Kammer füllt, wird der Kolben von der Kraft des Druckmittels und der Feder nach außen ge­ drückt. Der Kolben setzt seine Bewegung nach außen fort, bis die von der Kette auf den Kolben ausgeübte einwärts gerichtete Kraft die auswärts gerichtete Kraft von Feder und Druckmittel ausgleicht. An diesem Punkt schließt das Rückschlagventil und verhindert eine weitere Strömung. Wenn der Öldruck abnimmt und die Kette den Kolben nach innen drückt, hält die Zahnstange den Kolben in seiner Lage. Die Zahnstange verhindert somit, daß der Kolben eingefahren wird, wenn der Öldruck sinkt. Selbst wenn der Strömungsmitteldruck niedrig oder überhaupt nicht vorhan­ den ist, wie z. B. beim Start der Brennkraftmaschine, wird die Einwegfunktion durch den Sperrmechanismus des Kettenspanners aufrechterhalten.

Claims (7)

1. Hydraulischer Kettenspanner (10) mit:
einem Gehäuse (40) mit einer zylindrischen Bohrung (42);
einem hohlen Kolben (46), der in der Bohrung (42) gleitend gelagert ist, um mit der Bohrung (42) eine Strömungsmittelkammer (44) bildet;
einer Feder (60), die den Kolben (46) in Auswärtsrichtung bezüglich der Bohrung (42) vorspannt;
einem Rückschlagventil, das eine Strömung von einer externen Quelle durch das Rückschlagventil hindurch in die Strömungsmittelkammer (44) zuläßt;
mehreren Zähnen (80), die an der Außenseite des Gehäuses (40) gebildet sind;
einer mit dem Kolben (46) verbundenen Zahnstange (82) mit mehreren Zähnen (84), die sich längs des Gehäuses (40) erstreckt und mit den an der Außen­ seite des Gehäuses (40) angeordneten Zähnen (80) in Eingriff steht; und
einer Platte (86), die mit Preßsitz am Kolben (46) angebracht und an der Oberseite der Zahnstange (82) befestigt ist.

2. Kettenspanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahn­ stange (82) aus einem L-förmigen Teil besteht, das sich von der Oberseite des Kol­ bens (46) aus entlang des Gehäuses (40) erstreckt und mit den Zähnen (80) an der Außenseite des Gehäuses (40) in Eingriff steht.

3. Kettenspanner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein spitzer Winkel zwischen der Oberseite und der Seite der Zahnstange (82) gebildet ist.

4. Kettenspanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Oberseite des Kolbens (46) einen Backen (90) berührt.

5. Kettenspanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zahnstange (82) aus einem versteiften Kunststoff-Gußteil be­ steht.

6. Kettenspanner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zahnstange (82) aus einem Federstahl-Preßteil besteht.

7. Kettenspanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zahnstange (82) nur einen einzigen Zahn (102) aufweist.