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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für Endlostreibelemente,
wie Ketten, Zahnriemen etc., mit einem federvorgespannten Spannkolben,
der einen Ratschenabschnitt umfasst, und einem Ratschenelement,
das in den Ratschenabschnitt am Spannkolben rastend eingreift und
eine Blockier- und eine Durchrutschrichtung für den Spannkolben definiert,
wobei ein Gehäuse
mit Aussparungen vorgesehen ist, in dem der Spannkolben geführt ist
und das Ratschenelement zumindest bereichsweise in die Aussparungen
eingreift.
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Derartige
Spannvorrichtungen werden oftmals als Kettenspanner bei Steuerkettentrieben
eingesetzt. Sie umfassen in aller Regel ein Gehäuse, in dem ein mittels einer
Druckfeder vorgespannter Spannkolben angeordnet ist. Die Druckfeder
ist in einem ölgefüllten Druckraum
angeordnet, der z.B. mit einem Motorölkreislauf über ein Rückschlagventil in Verbindung
steht. Ein vorderer Bereich des Spannkolbens, der nicht dem Druckraum
ausgesetzt ist, ist mit einer seitlichen Verzahnung versehen, die
mit einem Ratschenstein zusammenführt. Der Ratschenstein wird über eine
sich separat abstützende
Druckfeder auf die Verzahnung am Spannkolben gedrückt. In
aller Regel handelt es sich hierbei um eine Sägezahnprofilierung, die ein
Durchrutschen des Spannkolbens in Spannrichtung der Druckfeder im
Druckraum ermöglicht;
jedoch ein Einfahren, zumindest ab einem bestimmten Anschlag, verhindert.
Der Kettenspanner soll sich demnach weiter nachstellen können, z.B.
bei Kettenverschleiß.
Gleichzeitig soll aber bei relativ harten und kräftigen Schwingungsstößen ein
zu weites Einfedern des Spannkolbens durch die Verrastung zwischen
Ratschensteinen und Sägezahnprofilierung
verhindert werden.
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Eine
gattungsgemäße Spannvorrichtung
ist aus der WO 96/41975 A1 bekannt, bei der ein Spannergehäuse mit
einer U-förmigen
Halteklammer versehen ist. Beim Nachstellen der Spannvorrichtung wird
die Halteklammer durch einen in einer inneren Umfangsnut im Aufnahmegehäuse angeordneten Anschlagring
in verschiedene Rastrillen auf dem Spannergehäuse verschoben. Eine aus dem
Aufnahmegehäuse
herausgearbeitete schräge,
umlaufende Anschlagfläche
verhindert ein zu weites Einfedern des Spannergehäuses in
das Aufnahmegehäuse. Der
Abstand zwischen Anschlagring und Anschlagfläche gewährleistet eine begrenzte Einfederbewegung
des Spannergehäuses.
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Eine
weitere Spannvorrichtung ist aus der
GB 696 586 A bekannt. Diese verwendet einen Schieber
mit zwei Verzahnungen, in die zwei Raststifte eingreifen, die auf
einem gemeinsamen Federbügel
angeordnet sind.
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Eine
weitere Spannvorrichtung ist aus der
DE 958 070 B bekannt. Dieser Kettenspanner
weist einen Sperrmechanismus auf, dessen Sperrklinke sich durch
eine Öffnung
im Gehäuse
erstreckt.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannvorrchtung
der eingangs genannten Art hinsichtlich ihrer Ratscheneinrichtung
zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Ein
Gehäuse
ist vorgesehen, in dem der Spannkolben geführt ist. Darüber hinaus
sind Fenster in dem Gehäuse
vorgesehen, die dem Ratschenabschnitt am Spannkolben zugeordnet
sind und in die die Ratschenblöcke
des Ratschenelements von außerhalb
eingreifen. Durch die Größe der Fenster wird
eine vorgegebene Position für
die Ratschenblöcke
bestimmt. Zusätzlich
werden diese durch eine relativ einfache Maßnahme in ihrer Position gehalten. Diese
Ausgestaltung erlaubt es auch, dass das Ratschenelement die üblichen
Einfederbewegungen im Arbeitsbereich des Spannkolbens mitmachen
kann. Hierzu ist weiter vorgesehen, dass die Länge der Fenster größer ist
als die Länge
der Ratschenblöcke, wobei
der obere und untere Rand der Fenster als Anschlagfläche für die Ratschenblöcke ausgestaltet sind.
Der obere und untere Rand der Fenster definiert somit jeweils die
Endstellung der Ratschenblöcke. Der
untere Rand dient als Anschlag, der die Endstellung für das Einfedern
des Spannkolbens definiert. Bei entsprechender Blockierrichtung
wird durch Anschlagen an den unteren Rand weiteres Einfedern blockiert,
so dass auch bei starken Schwingungsstößen eine ausreichende Vorspannung
des Endlostreibelements gegeben ist. Der obere Rand definiert bei entsprechendem
Ausfahren des Spannkolbens einen weiteren Anschlag. Stoßen die
Ratschenblöcke
ausreichend fest an dem oberen Rand an, so erfolgt ein Durchrutschen
in Spannrichtung bzw. Durchrutschrichtung des Spannkolbens, bis
wiederum ein Einfedern in entgegengesetzte Richtung durch mittlerweile
erzielte ausreichende Vorspannung erfolgt. Diese äußerst einfache
Konstruktion gewährt
somit ein automatisches Nachstellen mit extrem einfachen Mitteln.
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Ein
Vorteil dieser Konstruktion liegt in der Anordnung der Ratschenblöcke auf
einem gemeinsamen Federbügel,
bevorzugt Blattfederbügel.
Eine Abstützung
für den
Federbügel
an einem Gehäuse wird
nicht benötigt.
Durch das symmetrische Aufdrücken
durch die Gestalt des Blattfederbügels wird die notwendige Spannkraft
für die
Ratscheneinrichtungen durch die Abstützung der Ratschenblöcke an dem
Ratschenabschnitt selbst bewirkt. Eine zusätzliche Abstützung in
diesem Bereich ist daher nicht erforderlich. Darüber hinaus lässt sich
ein Federbügel sehr
leicht seitlich auf einen Ratschenabschnitt eines Spannkolbens aufklipsen.
Dies kann mit relativ unaufwendigem Werkzeug geschehen. Gleiches
gilt für die
Demontage. Durch eine spezielle Formgebung ließe sich das Ratschenelement
auch aufschieben, wobei die Federschenkel des Federbügels auseinandergedrückt werden
und dann in ihre Endstellung zurückschnappen.
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Bevorzugt
können
die Ratschenblöcke
und der Ratschenabschnitt eine zueinanderpassende Sägezahnprofilierung
aufweisen. Hierbei handelt es sich um eine äußerst stabile Profilierung,
die aufgrund der gewählten
Zahnform zum einen eine ausreichende Sicherung in Blockierrichtung
und eine ausreichende Möglichkeit
zum Durchrutschen in die andere Richtung gewährleistet. Diese Eigenschaften lassen
sich sehr einfach bei einem Sägezahnprofil durch
die gewählten
Winkel erzielen.
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Günstigerweise
erfolgt die Anordnung der einzelnen Elemente gemäß einer Ausführungsform derart,
dass die Blockierrichtung eine Einfederrichtung einer den Spannkolben
vorspannenden Schraubendruckfeder und die Durchrutschrichtung einer Ausfederrichtung
dieser Feder entspricht. Hierdurch ist ein Nachstellen und Weiterrutschen
der Ratschenblöcke
um mindestens einen Zahn für
eine Nachstellung z.B. dem Verschleißfalle gegeben.
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Vorteilhafterweise
kann der Ratschenabschnitt aus einem zylindrischen bzw. hohlzylindrischen
Grundkörper
geformt und die Sägezahnprofilierung
umlaufend angeordnet sein. Durch z.B. eine rotationssymmetrische
Anordnung des Sägezahnprofils
kann die Wirkung der Ratscheneinrichtung in Unabhängigkeit
der Einbaulage des Spannkolbens erfolgen. Das bedeutet, dass es
im wesentlichen unerheblich ist, wie und in welcher Weise der Spannkolben
um seine Hauptachse gedreht in einem Gehäuse bzw. relativ zu dem Ratschenelement
angeordnet wird, da diese immer im Eingriff stehen. Bei einer weiteren
Variante ist vorgesehen, dass die Ratschenblöcke aus einem gehärteten Material,
bevorzugt Stahl, gefertigt sind, wobei das Härten nach dem Verbinden mit
dem Blattfederbügel
erfolgt ist. Das eröffnet
die Möglichkeit,
zahlreiche Verbindungstechniken, z.B. Vernieten etc., anzuwenden,
und anschließend
den Ratschenblöcken
ihre ausreichende Festigkeit gegen Abnutzung zu geben. Durch die
geringere Härte
der Ratschenblöcke
beim Verbinden mit dem Blattfederbügel treten weitaus weniger
fertigungstechnische Probleme auf, im Gegensatz zum Anbringen bereits gehärteter Elemente.
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Günstigerweise
kann die Vorspannkraft des Blattfederbügels und die Vorspannkraft
der Schraubendruckfeder in Ausfederrichtung derart aufeinander abgestimmt
sein, dass die durch die Vorspannkraft zwischen Ratschenblöcken und
dem Ratschenabschnitt wirksame Reibkraft überwindbar ist. Ein Durchratschen
des Spannkolbens erfolgt im Einsatz nur deswegen nicht, weil mit
einer ausreichenden Gegenkraft von Seiten des Endlostreibeiements
gegen diesen gearbeitet wird. Ist jedoch eine Nachstellung aufgrund
von Verschleiß auf
automatischem Wege erforderlich, so kann aufgrund der gewählten Kraftverhältnisse
der Spannkolben in Durchratschrichtung ausfahren. Bei den üblicherweise
vorliegenden Schwingungs- und Nachstellverhältnissen wird dies voraussichtlich
bei Veränderung
eines Sägezahnprofils
schrittweise Zahn um Zahn erfolgen. Ein ungewolltes Durchratschen
wird aufgrund der Balance der Kräfte
nicht erfolgen.
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Bei
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass der Blattfederbügel aus einem Bandfederstahl besteht
und eine U-Form aufweist, wobei die Ratschenblöcke an den Innenseiten der
freien Endbereiche der U-Schenkel angeordnet sind. Hierbei handelt es
sich um eine Konstruktion, die mit einfachen Mitteln die gewünschte Wirkung
erzielen kann.
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Zusätzlich kann
es gewünscht
sein, dass die Sägezahnprofilierung
der Ratschenblöcke
bogenförmig
in Anpassung an die Außenkontur
des im Wesentlichen rotationssymmetrischen Ratschenabschnitts verläuft. Obwohl
auch eine einfache Ausgestaltung mittels geradlinig verlaufenden
Zähnen
an den Ratschenblöcken
denkbar wäre,
ist es jedoch aufgrund der vorliegenden Kraftverhältnisse
in aller Regel günstiger,
die Zähne
formschlüssig
in die Profilierung des Ratschenabschnitts am Spannkolben eingreifen
zu las sen. Hierdurch tragen die Zähne über ihren gesamten Bereich,
so dass minimaler Verschleiß gegeben
ist.
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Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Kettenspanners
im Vollschnitt,
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2 eine
zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Kettenspanners
im Vollschnitt,
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3 eine
vergrößerte Draufsicht
eines Ratschenelementes, wie es bei den Ausführungsformen gemäß 1 und 2 Verwendung
findet und
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4 das
Ratschenelement aus 3 in einer Vorderansicht.
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Die
in 1 dargestellte Ausführungsform eines Kettenspanners 1 umfasst
ein hohlzylindrisches Gehäuse 2,
in dem ein ebenfalls hohlzylindrischer Spannkolben 3 längsbeweglich
geführt
ist. Die rechte Seite des Gehäuses 2 weist
einen mit einer Einlassöffnung 4 versehenen
Boden 5 auf. In der Einlassöffnung 4 befindet
sich üblicherweise
ein nicht dargestelltes Rückschlagventil.
Des Weiteren ist an der Einlassöffnung 4 eine
nicht dargestellte Hydraulikeinrichtung angeschlossen, bevorzugt
ein Verbrennungsmotorölkreislauf.
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Der
Spannkolben 3 umfasst eine einseitig offene Längsbohrung 6,
in der eine nur schematisch dargestellte Schraubendruckfeder 7 angeordnet
ist. Die Schraubendruckfeder 7 stützt sich mit ihrem rechten
Ende am Boden 5 des Gehäuses 2 und
mit ihrem linken Ende am Grund 8 der Längsbohrung 6 ab. Der
hintere Abschnitt 9 des Spannkolbens 3 gleitet
im wesentlichen passgenau in der zylindrischen Bohrung 10 des
Gehäuses 2.
Aus Dämpfungsgründen kann
ein gewisser Spalt vorhanden sein. Die Längsbohrung 6, zusammen
mit dem verbleibenden Raum 11 im Gehäuse 2, bilden zusammen
eine Druckkammer für
die Hydraulikflüssigkeit.
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In
einem mittleren Abschnitt 12 ist der Spannkolben 3 mit
einer rotationssymmetrisch umlaufenden Sägezahnprofilierung versehen,
deren Außendurchmesser
kleiner ist als der Außendurchmesser
des hinteren Abschnitts 9. Die Kontur der Sägezahnprofilierung
ist so gewählt,
dass die Steilflanke 13, die nahezu senkrecht zur Hauptachse
A verläuft, in
Richtung des hinteren Abschnitts 9 weist und die rampenförmige Flanke 14 von
dem hinteren Abschnitt 9 wegweist. Die rampenförmige Flanke 14 nimmt
ca. einen 30°-Winkel
zur Achse A ein.
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Darüber hinaus
umfasst der Spannkolben 3 einen vorderen Abschnitt 15 mit
einer Stirnfläche 16. Die
Stirnfläche
drückt
auf ein weiteres Spannhilfselement, z.B. eine Spannschiene, auf
und spannt die Kette, während
sich das Gehäuse 2,
z.B. am Motorblock, abstützt.
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An
dem linken bzw. vorderen Endbereich 17 des Gehäuses ist
ein Ratschenelement 18 vorgesehen, das in zugeordnete Fenster 19 in
der Gehäusewandung
eingreift und mit dem Sägezahnprofil
des mittleren Abschnitts 10 rastend in Verbindung steht.
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Im
folgenden wird das Ratschenelement 18 unter Zuhilfenahme
der 3 und 4 näher erläutert.
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Das
Ratschenelement 18 umfasst einen U-förmig gebogenen Blattfederbügel 20,
an dessen Federschenkel 21 jeweils ein Ratschenblock 22 angeordnet
ist. Der Blattfederbügel 21 besteht
aus einem im Querschnitt rechteckförmigen Federbandstahl ausreichender
Dicke, um eine geeignete Vorspannkraft aufzubringen. Die Ratschenblöcke 22 weisen
eine vordere Auflauframpe 23 und eine hintere Auflauframpe 24 auf,
die das Montieren und Demontieren am Gehäuse 2 erleichtern.
Die aufeinander zuweisenden Stirnseiten 25 sind mit einer
Sagezähnprofilierung 26 (siehe 4)
versehen. Die Steilflanke 27 des Sägezahnprofils weist in der 4 nach
links und die rampenförmige
Flanke 28 nach rechts. Die Sagezahnprofilierung 26 ist
an die Profilierung des mittleren Abschnitts 12 des Spannkolbens 3 angepasst.
Die Ratschenblöcke 22 sind
bevorzugt durch Nieten mit dem Blattfederbügel 20 verbunden.
Auch einteilige Ausführungen
sind denkbar. Obwohl in den 3 und 4 eine
geradlinige Verzahnung (parallel zur Achse B) dargestellt ist, kann es
bevorzugt sein, wenn diese bogenförmig an die Außenkontur
der Verzahnung im mittleren Abschnitt 12 des Spannkolbens 3 angepasst
ist.
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Die
Länge L
der Ratschenblöcke 22 ist
kleiner als die Länge
H der Fenster 19. Des weiteren definieren die Ratschenblöcke 22 eine
vordere Anschlagfläche 29 und
eine hintere Anschlagfläche 30. Diese
kommen jeweils zugeordnet mit einer oberen Anschlagfläche 31 und
einer unteren Anschlagfläche 32 des
Fensters 19 in Berührung.
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Der
Innenabstand der beiden Federschenkel 21 ist etwas größer als
der Außendurchmesser
des Gehäuses 2,
so dass sich die volle Federwirkung entfalten kann. Die Ratschenblöcke 22 drücken somit symmetrisch
in Richtung der Hauptachse A auf den mittleren Abschnitt 12 des
Spannkolbens 2. Durch die vorgegebene Richtung des Sägezahnprofils
lässt sich
der Spannkolben 3 in Richtung C (Durchratschrichtung) entgegen
der Federwirkung des Federbügels 20 verschieben.
Hierzu sind die Fenster 19 ebenfalls gegenüberliegend
und symmetrisch zur Hauptachse A Im Gehäuse 2 angeordnet.
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Damit
eine ausreichende Spannkraft durch das Ratschenelement 18 aufgebracht
werden Kann, müssen
die Federschenkel 21 in der in 1 dargestellten
Stellung leicht auseinandergedrückt
sein, damit sich diese Wirkung einstellt. Im ungespannten Zustand
ist daher der Abstand der Stirnseiten 25 zueinander kleiner
als der Grunddurchmesser des Sägezahnprofils
des mittleren Abschnitts 12 am Spannkolben 3.
Die Vorspannkraft durch das Ratschenelement 18 ist so auf
die Federkraft der Schraubendruckfeder 7 abgestimmt, dass
die durch das Ratschenelement 18 vorhandene Reibkraft am
Spannkolben 3 überwunden
wird.
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In
der 1 ist der Kettenspanner 1 in seiner Ausgangs-
bzw. Transportstellung dargestellt. Nach dem Einbau und dem Entsichern
des Spannkolbens 3 schiebt dieser sich soweit nach vorne,
aufgrund der Schraubendruckfeder 7, bis eine geeignete
Vorspannung an der Stirnfläche 16 erzeugt
ist. Hierbei federt das Ratschenelement 18 zurück, bis
der Spannkolben 3 seine anfängliche Einbaulage erreicht
hat. Der Federweg des Spannkolbens 3 bestimmt sich unter anderem
durch den Unterschied zwischen der Länge L der Ratschenblöcke 22 und
der Länge
H der Fenster 19. Federt der Spannkolben 3 nunmehr
aufgrund großer
Schwingungsschläge
so stark ein, dass die Anschlagfläche 30 mit der unteren
Anschlagflache 32 des Fensters 19 In Berührung kommt,
so kommt es zu einem Blockieren der Einfederung. Aufgrund der Form
der ineinander verzahnten Profile ist ein weiteres Einfedern des
Spannkolbens 3 nicht mehr möglich.
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Im
Gegensatz hierzu kann jedoch ein Nachstellen des Spannkolbens 3 bei
Spannkraftverlust bzw. Verschleiß der nicht dargestellten Kette
erfolgen. Hierzu schlägt
die Anschlagfläche 29 an
der oberen Anschlagfläche 31 des
Fensters 19 an. Reicht nunmehr die von der Feder 7 aufgebrachte Kraft
aus, den Spannkolben 3 weiter in Richtung C zu drücken, so
spreizt sich der Blattfederbügel 20 auf und
der mittlere Abschnitt 12 rutscht zumindest um einen Zahn
weiter. Hierdurch hat der Kettenspanner 1 seine Arbeitslage
durch automatische Nachstellung etwas verändert.
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Zu
Montage- und Demontagezwecken lässt sich
das Ratschenelement 18 auch sehr einfach vom Gehäuse 2 entfernen.
Hierbei helfen die Auflauframpen 23 und 24 sowie
geeignetes Werkzeug.
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Im
folgenden wird anhand der 2 eine weitere
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Kettenspanners 1 näher erläutert. Es
wird im folgenden nur auf die wesentlichen Unterschiede eingegangen.
Soweit identische oder gleich wirkende Elemente Anwendung finden,
wird auf diese mit den gleichen Bezugsziffern des vorangegangenen
Ausführungsbeispiels
Bezug genommen werden.
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Der
Hauptunterschied besteht darin, dass das Bewegungsprinzip umgekehrt
ist und dass Öl durch
die Bohrung 36 zugeführt
wird, während
die Bohrung 4 nunmehr als Entlüftungsöffnung dient. Des Weiteren
ist der hintere Abschnitt 9 des Spannkolbens 3 sehr
stark verkürzt
ausgestaltet ist, so dass der mittlere Abschnitt 12 mit
der Profilierung weiter im Inneren des Gehäuses 2 angeordnet
ist. Hierdurch sind auch die Fenster 19 näher am Boden 5 des
Gehäuses 2 platziert.
Das Ratschenelement 18 sowie die Ausgestaltung des mittleren
Abschnitts 12 sind identisch zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel.
An einen vorderen Abschnitt 15, mit gleichem Außendurchmesser
wie der hintere Abschnitt 9, schließt sich ein Spannstößel 33 mit
kleinerem Durchmesser an. Der Spannstößel 33 ist koaxial
zur Achse A angeordnet und von kleinerem Durchmesser als die Abschnitte 15 und 9.
Der Spannstößel 33 erstreckt
sich über
einen Bereich in dem Gehäuse 2 und
ist in einem das linke Ende des Gehäuses verschließenden Stopfen
geführt.
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Die
Stirnseite 37 des Spannstößels 33 sorgt für die notwendige
Kraftaufbringung.
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Die
Schraubendruckfeder 7 ist bei diesem Ausführungsbeispiel
wesentlich kürzer
als im vorangegangenen Ausführungsbeispiel.
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Die
Funktionsweise des Ratschenmechanismus ist sonst identisch.