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Die
Erfindung betrifft das Gebiet der Kettenspanner. Genauer gesagt
bezieht sich die Erfindung auf einen Dualarmspanner zum Spannen
von Strängen,
die ein Hilfsantriebskettenrad flankieren.
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Beim
Verschleiß einer
Kette nimmt die Distanz zwischen den Kettengliedern zu, was mit
der Zeit zu einem Gesamtzuwachs der Länge der Kette führt. In
vielen Situationen ist es wünschenswert, gleichzeitig
mehr als einen Strang einer mehrere Stränge aufweisenden Kette zu spannen.
Bei einem Motorsteuersystem mit obenliegenden Nockenwellen ist oft
ein Hilfsantrieb am durchhängenden
Kettenstrang so positioniert, dass ein Spannarm nicht in der Lage
ist, die Zunahme der Kettenlänge
aufgrund von Verschleiß sowohl über als
auch unter dem Hilfsantrieb zu absorbieren.
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Eine
erste offensichtliche Überlegung
besteht darin, zwei getrennte Spannsysteme zu verwenden. Es ist
jedoch oft wünschenswert,
zwei Stränge
entweder proportional oder in gleicher Weise zu spannen. Die Wahrscheinlichkeit
des Span nens von getrennten Systemen auf gleiche Weise ist jedoch
gering, so dass der bevorzugte Versuch zum Erzielen einer gleichzeitigen
Reaktion darin besteht, die beiden Arme mit Bolzen und Verbindungsgliedern zu
verbinden.
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Dualarmspanner
sind bekannt.
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Bei
der
US-PS 6 322 469 wirken
die beiden Arme auf einen straffen und einen durchhängenden Strang
ein und werden über
eine gemeinsame Kraft seitlich in der gleichen Richtung bewegt.
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Bei
der
US-PS 6 322 470 wirken
die beiden Arme auf einen straffen und einen durchhängenden Strang
ein und werden während
des Spannens über einen
gemeinsamen Schwenkhebel aufeinander zu bewegt.
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Bei
der
US-PS 6 358 169 wirken
die beiden Arme auf einen straffen und einen durchhängenden Strang
ein, indem sie sich gleichzeitig um einen gemeinsamen Drehpunkt
drehen.
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Gemäß der japanischen
Veröffentlichung 62-024062 übt eine
Druckstange einen Druck auf einen Vorsprung aus, so dass dieser
einen Armkörper dreht.
Durch das Drehen des Armkörpers
werden zwei am Armkörper
befestigte Arme gegen die distalen Enden von zwei getrennten Spannerbändern gedrückt, wodurch
die beiden Spannerbänder
gegen zwei Ketten eines V-Motors
vorgespannt werden.
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Es
besteht ein Bedarf nach einem Dualarmkettenspanner zum gleichzeitigen
Spannen von zwei durchhängenden
Strängen
un ter Verwendung einer auf die beiden Stränge einwirkenden proportionalen Spannkraft.
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Bei
der Kettenspannvorrichtung werden mehrere Spannarme mit einem gemeinsamen
Verbindungsglied verbunden, wodurch bewirkt wird, dass sich die
Spannarme in Kettenstränge
mit einer einzigen aufgebrachten Kraft und Bewegung drehen und verschieben.
Die beiden Spannarme drehen sich und spannen proportional, und wenn
die Schwenkradien gleich sind, drehen sich die beiden Spannarme und
spannen sie im gleichen Umfang. Der Kettenspanner findet vorzugsweise
Verwendung, um zwei durchhängende
Ketten zu spannen, die eine Hilfsantriebswelle flankieren: Der Kettenspanner
wird über eine
hydraulische Spanneinheit bei einer Ausführungsform und über eine
Federspanneinheit bei einer anderen Ausführungsform gegen die Kette
vorgespannt.
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Die
Spannvorrichtung übt
eine Spannung auf eine Kette oder einen Riemen mit einem ersten durchhängenden
Strang und einem zweiten durchhängenden
Strang aus. Die Spannvorrichtung umfasst eine Verbindungsstange
mit einem Verbindungskörper
mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende gegenüber dem
ersten Ende und einer Vorspannfläche,
die am Verbindungskörper
befestigt ist. Die Spannvorrichtung umfasst des weiteren eine Antriebsvorrichtung,
die fest montiert ist und ein Gehäuse sowie einen sich vom Gehäuse aus
erstreckenden Antriebskolben aufweist. Der Antriebskolben wird vom
Gehäuse
weg vorgespannt und kontaktiert die Vorspannfläche der Verbindungsstange.
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Die
Spannvorrichtung umfasst des weiteren einen ersten Spanner und einen
zweiten Spanner. Jeder Spanner besitzt einen Spannerkörper, der drehbar
mit einem Verbindungsende der Verbindungsstange über einen Spannerkörperschwenkbolzen
verbunden ist. Jeder Spanner hat ferner einen Spannerarm, der sich
vom Spannerkörper
aus erstreckt und ein proximales Ende mit einer gekrümmten Eingriffsfläche, die
auf einer unteren Fläche
desselben ausgebildet ist, sowie ein distales Ende gegenüber dem
proximalen Ende aufweist. Eine erste bogenförmig gekrümmte Stranggleitfläche des
Armes kontaktiert einen Strang und erstreckt sich zwischen dem proximalen
Ende und dem distalen Ende. Jeder Spanner ist über einen Armschwenkbolzen
am proximalen Ende drehbar montiert.
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Der
Antriebskolben drückt
auf die Vorspannfläche
und bewegt die Verbindungsstange, wobei gleichzeitig jeder Spanner
um seinen entsprechenden Armschwenkbolzen gedreht wird, um die auf
seinen entsprechenden Strang über
seine entsprechende Stranggleitfläche ausgeübte Spannung zu erhöhen und
dadurch die auf den zweiten Strang von der zweiten Stranggleitfläche ausgeübte Spannung
zu erhöhen.
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Ein
Verfahren zum proportionalen Spannen eines ersten durchhängenden
Stranges und eines zweiten durchhängenden Stranges einer Kette
oder eines Riemens umfasst das drehbare Montieren eines ersten Spannerarmes
zum Kontaktieren und Spannen des ersten durchhängenden Stranges. Das Verfahren
umfasst ferner das drehbare Montieren eines zweiten Spannerarmes
zum Kontaktieren und Spannen des zweiten durchhängenden Stranges. Das Verfahren
umfasst ferner das drehbare Verbinden einer Verbindungsstange mit
dem ersten Spannerarm mit einem ersten Abstand, von dem aus der erste
Spannerarm drehbar montiert wird. Das Verfahren umfasst des weiteren
das drehbare Verbinden der Verbindungsstange mit dem zweiten Spannerarm mit
einem zweiten Abstand, von dem aus der zweite Spannerarm drehbar
montiert wird. Das Verfahren umfasst darüber hinaus das Antreiben der
Verbindungsstange zum gleichzeitigen proportionalen Drehen des ersten
Spannerarmes und des zweiten Spannerarmes, um den ersten durchhängenden Strang
proportional zum zweiten durchhängenden Strand
so zu spannen, dass das Verhältnis
des Drehgrades des ersten Armes zum zweiten Arm in umgekehrter Beziehung
zum Verhältnis
des ersten Abstandes zum zweiten Abstand steht.
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Es
folgt nunmehr eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen. Hiervon zeigen:
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1 eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beim Spannen einer Kette;
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2 die
Spannarme und Verbindungsstange des Spanners der 1;
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3 den
Spanner der 1 in einer Position mit neuer
Kette;
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4 den
Spanner der 1 in einer Position mit verschlissener
Kette;
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5A die
Relativbewegungen des Spanners der Figur 1 von der Position der
neuen Kette in die Position der verschlissenen Kette;
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5B die
Relativbewegungen eines Kettenspanners der vorliegenden Erfindung
mit unterschiedlichen Bolzenlängendistanzen;
und
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6 einen
Kettenspanner mit einer Vorspannfeder einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Bei
der vorliegenden Erfindung werden gleichzeitig zwei Stränge eines
Kettensystems mit mehreren Strängen
gespannt. Die Erfindung findet vorzugsweise Verwendung zum Spannen
eines Paares von durchhängenden
Strängen,
die ein Kettenrad flankieren. Die Nützlichkeit der vorliegenden
Erfindung ist in einem Motorsteuersystem mit obenliegenden Nockenwellen
und einem Hilfsantrieb am durchhängenden
Kettenstrang dargestellt, wobei ein Spannarm nicht in der Lage ist,
den Zuwachs der Kettenlänge
aufgrund eines Verschleißes
sowohl oberhalb als auch unterhalb des Hilfsantriebes zu absorbieren. Die
vorliegende Erfindung ist auch bei Spannriemen anwendbar.
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Wenn
die beiden Arme miteinander verbunden sind, stehen sie miteinander
in fester Beziehung. Falls die Kette an einem Arm individuell agieren
will, wirkt diesem die Kraft entgegen, die für die Steuerung beider Arme
zur Verfügung
steht. Somit sorgt der Kettenspanner für eine bessere Kettensteuerung und
für bessere
Dämpfungsmöglichkeiten
als einzelne Spannvorrichtungen, denen jeweils die Hälfte der Kraft
von beiden Armen zur Verfügung
steht.
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Ein
Kettenspanner der vorliegenden Erfindung ist an verschiedene Längen und
verschiedene Positionen von zu spannenden Strängen anpassbar. Die Kettenstränge müssen keine
gleiche Länge
besitzen. Die vom Spanner aufgebrachte Kraft wird zwischen die beiden
Spannarme aufgeteilt.
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Die
beiden Spannarme sind so angeordnet, dass ihre Drehung um ihre Schwenkbolzen
zum Zweck des Spannens der durchhängenden Kette über und
unter einem Hilfsantriebskettenrad in der gleichen Richtung erfolgt.
In diesem speziellen Fall befindet sich das Hilfsantriebskettenrad
vorzugsweise außerhalb
des Normalprofils der Kettenbahn, so dass innerhalb des Kettenumfanges
für Raum
gesorgt wird, der über
dem liegt, der für
eine normale Steuerung über
die Lebensdauer der Kette erforderlich ist.
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In 1 ist
ein Kettenspanner 10 der vorliegenden Erfindung dargestellt,
der eine Kette 12 spannt. Die Kette 12 wird von
einem Antriebskettenrad 14 zu einem Hilfsantriebskettenrad 16,
einem ersten angetriebenen Kettenrad 18 und einem zweiten
angetriebenen Kettenrad 20 angetrieben. Der Spanner 10 umfasst
eine Spanneinheit 22, eine Verbindungsstange 24,
einen ersten Spannarm 26, bei dem es sich um eine Verlängerung
eines ersten Spannkörpers 28 handelt,
und einen zweiten Spannarm 30, bei dem es sich um eine
Verlängerung
eines zweiten Spannkörpers 32 handelt.
Die Spannarme 26, 30 besitzen entsprechende Kettenkontaktflächen 34, 36.
Der erste Spannarm 26 schwenkt um einen ersten Armschwenk bolzen 38,
um einen Kettenstrang 40 auf einer Seite des Hilfsantriebskettenrades 16 zu
spannen, während
der zweite Spannarm 30 um einen zweiten Armschwenkbolzen 42 schwenkt,
um einen Kettenstrang 44 auf der anderen Seite des Hilfsantriebskettenrades 16 zu
spannen.
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Die
Spanneinheit 22 hat vorzugsweise Montagelöcher 46, 48 zur
Montage am Motorgehäuse. Die
Spanneinheit besitzt ferner vorzugsweise einen Ratschenmechanismus 54 zum
Vorsehen einer begrenzten Spielgröße der Kette und zum Aufrechterhalten
der Spannung beim Verlust an Hydraulikdruck. Die Ratschenzähne ermöglichen
nur eine schrittweise Bewegung der Verbindungsstange 24 in
einer Richtung, wenn die Kette über
die Zeit verschleißt. Die
Schwenkbolzen 38, 42 sind ebenfalls vorzugsweise
am Motorgehäuse
(nicht gezeigt) befestigt. Die Spannkörper 28, 32 sind über Körperschwenkbolzen 50, 52 drehbar
mit den Enden der Verbindungsstange 24 verbunden. Die Spannarme 26, 30 sind
an ihren entsprechenden Spannkörpern 28, 32 befestigt und
drehen sich mit diesen um ihre entsprechenden Armschwenkbolzen 38, 42.
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Wie
in 2 gezeigt, werden zum Konstruieren eines Spanners
der vorliegenden Erfindung für einen
speziellen Anwendungsfall zuerst die Formen der Grenzflächen 60, 62 zwischen
dem Spannerarm und der Kette und die Lagen der Armschwenkbolzen 38, 42 ermittelt.
Aus Klarheitsgründen
ist die Spanneinheit in 2 entfernt worden. Dann werden
die Bögen 64, 66,
deren Mittelpunkt sich an den Armschwenkbolzen 38, 42 befindet
und die sich durch die Körperschwenkbolzen 50, 52 erstrecken, über eine Tangentenlinie 68 an
jeden Bogen und an eine gemeinsame Seite der Bogen mittelpunkte verbunden. Radiallinien 70, 72 von
den Mittelpunkten der Bögen bis
zu den Tangentenpunkten kennzeichnen den Mittelpunkt der Hubbewegung
der Verbindungsstange 24, wenn sie sich parallel zueinander
und senkrecht zur Tangente erstrecken. Wenn die Radiallinien 70, 72 die
gleiche Länge
aufweisen, führen
die Arme eine Schwenkbewegung über
gleiche Winkel aus.
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Die
Tangente 68 gibt die Bewegungslinie der Verbindungsstange 24 wieder.
Bei fester Länge
bewegen sich beide Tangentenendpunkte über den gleichen Hub. Bei festen
Stellen der Armschwenkbolzen 38, 42 geben die
Bögen 64, 66 die
Bahnlängen der
Enden der Verbindungsstange 24 vom Zustand einer neuen
Kette bis zu einem Zustand einer verschlissenen Kette wieder. Wenn
die Radiallinien 70, 72 gleiche Länge besitzen,
verlaufen die verschiedenen Tangenten 68 parallel zueinander
und sind die Radiallinien 70, 72 bei jeder Tangentenposition
parallel zueinander, so dass die Bewegung von einem Ende des Hubes
bis zum anderen bei einem vorgegebenen Punkt senkrecht zur mittleren
Tangente an allen Punkten des Hubes verläuft.
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Die
Arme sind vorzugsweise massiv und können infolge eines an einer
Bolzenverbindung mit der gemeinsamen Verbindungsstange aufgebrachten
Momentes eine Kontaktfläche
in eine Kette verschwenken. Die Verbindungsstange kann irgendeine von
vielen Konfigurationen besitzen, bewegt sich jedoch als Tangente
an die Armbögen
und hat vorzugsweise ein Aufnahmekissen zur Aufnahme einer senkrechten
Spannkraft. Diese Kraft kann aus einer belasteten Feder, einer Hydraulikkol ben-Spanneinheit mit
einem rückkehrblockierten
Gesperre oder einer anderen Vorspannvorrichtung resultieren.
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Die
Spanneinheit ist mit ihrer Kolbenmittellinie parallel zur mittleren
Tangente im zur Verfügung stehenden
Raum vorzugsweise an einer Hydraulikquelle angeordnet. Die im zur
Verfügung
stehenden Raum ausgebildete Verbindungsstange enthält ein Aufnahmekissen
zur Aufnahme einer Spannkraft. Die Verbindungsstange besitzt ferner
ausreichend Spiel in Bezug auf sämtliche
Objekte, einschließlich
der Positionen der neuen und verschlissenen Kette. Die Verbindungsstange
ermöglicht
vorzugsweise einen Zugang zur Entfernung des Verriegelungsbolzens der
Spanneinheit und zum Wiedereinsetzen desselben.
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Wie
in 3 gezeigt, ist an der Position der neuen Kette
die Spanneinheit 22 des Kettenspanners 10 zurückgezogen,
da sich die Verbindungsstange 24 und die Spannarme 26, 30 in
einer ersten Position befinden. Wenn die Kette verschleißt und ausgelängt wird,
setzt die Spanneinheit 22 die Verbindungsstange 24 unter
Druck, wodurch die Körperschwenkbolzen 50, 52 um
ihre entsprechenden Armschwenkbolzen 38, 42 gedreht
werden, wie bei 80, 82 gezeigt, und beide Arme
in der gleichen Richtung 84, 86 verschwenkt werden,
was zum Spannen der Kette führt.
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Wie
in 4 gezeigt, ist im Zustand einer verschlissenen
Kette die Spanneinheit 22' des
Kettenspanners 10' so
ausgefahren, dass sich die Verbindungsstange 24' in einer zweiten
Position befindet. Durch die Bewegung der Verbindungsstange 24' sind die Körperschwenkbolzen 50', 52' um ihre entsprechenden
Armschwenkbolzen 38, 42 gedreht worden, wie bei 80, 82 gezeigt,
und die beiden Spannarme 26', 30' um ihre entsprechenden
Schwenkbolzen 38, 42 im Uhrzeigersinn 84, 86 gedreht
worden, um Spannung in beiden Strängen der verschlissenen Kette
aufrechtzuerhalten. Der Ratschenmechanismus 54 der Spanneinheit 22' ist deutlicher
in 4 gezeigt.
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Wie
in 5A gezeigt, ist bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
die Distanz 90 zwischen dem ersten Armschwenkbolzen 38 und
dem ersten Körperschwenkbolzen 50 gleich
groß wie
die Distanz 92 zwischen dem zweiten Armschwenkbolzen 42 und
dem zweiten Körperschwenkbolzen 52. Wenn
daher die Spanneinheit 22 auf die Verbindungsstange 24 einwirkt,
um die Positionen der Körperschwenkbolzen 50', 52' entlang ihren
Bögen 80, 82 zu
verändern,
drehen sich der erste und zweite Spannarm 84, 86 um
das gleiche Ausmaß um
ihre entsprechenden Armschwenkbolzen 38, 42.
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Es
kann bei bestimmten Spannsystemen von Vorteil sein, wenn die beiden
Spannarme für
eine ungleiche, jedoch proportionale Spannung von zwei Strängen einer
Kette sorgen und keine gleiche Spannung bewirken. Die vorliegende
Erfindung kann für ein
geeignetes proportionales Spannen eingesetzt werden, indem das Verhältnis der
Abstände
zwischen den Armschwenkbolzen und ihren entsprechenden Körperschwenkbolzen
verändert
wird.
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Wenn
die Arme um unterschiedliche Winkel verschwenkt werden müssen, um
für eine
gleiche oder geeignete Kettenaufnahme zu sorgen, kann die Länge des
parallelen und senkrechten Verbindungsgliedes eingestellt werden,
wobei ein kürzeres
Verbindungsglied für
einen größeren Winkel
der Armbewegung sorgt. wenn die Verbindungsglieder eine ungleiche
Länge besitzen,
sind die verschiedenen Positionen der Tangenten winklig angeordnet
und verläuft die
Bewegung von einem Ende des Hubes zum anderen an einem vorgegebenen
Punkt winklig zu deren Tangente. Dieser Umstand macht es erforderlich, dass
die Hubkraft über
eine Grenzfläche
einer ebenen Fläche
mit einer gekrümmten
Fläche
aufgebracht werden muss, um einen linearen Hub aufrechtzuerhalten.
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5B zeigt
den Effekt von zwei unterschiedlichen Bolzenabständen auf die Drehung der Spannarme.
Der Abstand 100 zwischen dem ersten Armschwenkbolzen 102 und
dem ersten Körperschwenkbolzen 104 ist
wesentlich größer als
der Abstand 106 zwischen dem zweiten Armschwenkbolzen 108 und
dem zweiten Körperschwenkbolzen 110.
Wenn die Spanneinheit auf die Verbindungsstange einwirkt, um die
Positionen der Körperschwenkbolzen 104', 110' entlang ihren
Bögen 112, 114 zu
verändern,
dreht sich der erste Spannarm 116 in einem geringeren Ausmaß als der
zweite Spannarm 118 um die entsprechenden Armschwenkbolzen 102, 108.
Durch die Erhöhung
des Abstandes zwischen den Arm- und Körperschwenkbolzen wird daher
die Relativdrehung des entsprechenden Schwenkarmes verringert.
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Die
vorliegende Erfindung funktioniert so, dass eine von der Spanneinheit
auf die Verbindungsstange aufgebrachte Kraft über die Körperschwenkbolzen an jedem
Ende als Moment auf jeden Spannarm übertragen wird. Dieses Moment
dreht den Arm in die Kette hinein, bis der gesamte Kettendurchhang sowohl über als
auch unter dem Hilfsantrieb entfernt und die Kette gespannt ist.
Der Kettenspanner sieht daher eine Kontrolle über die gesamte Lebensdauer der
Kette vor.
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Wenn
ausreichend Raum und eine Hydraulikquelle außerhalb des Kettenumfanges
vorhanden sind, kann ein entsprechender Mechanismus auch dort Anwendung
finden, wobei die Bewegung der Verbindungsstange umgekehrt ist oder
die Spannarme an den gegenüberliegenden
Enden verschwenken.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung in Verbindung mit der von einer hydraulischen
Ratschenspanneinheit erzeugten Vorspannung beschrieben wurde, können auch
andere Vorspanneinrichtungen Verwendung finden. 6 zeigt
einen Kettenspanner der vorliegenden Erfindung, der von einer Druckfeder 130 vorgespannt
wird. Diverse elastische Einrichtungen zum Vorspannen sind möglich, wobei
auch andere Federtypen, wie Zugfedern oder Torsionsfedern, und/oder
andere Arten von elastischen Materialien, wie Gummi, Verwendung
finden können.
Die Spanneinheit umfasst vorzugsweise eine Ratschenkomponente 132,
um das vom Spanner zugelassene Spiel zu begrenzen.
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Der
Kettenspanner der vorliegenden Erfindung besteht vorzugsweise in
erster Linie aus Aluminium oder Stahl, mit Ausnahme der Verschleißflächen an
den Kettenkontaktflächen
der Spannarme, die vorzugsweise aus Kunststoff bestehen. Bei einer Ausführungsform
bestehen die Kettenspannarme vorzugsweise aus glasgefülltem Kunststoff.
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Es
versteht sich daher, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung lediglich beispielhaft sind für die erfindungsgemäßen Prinzipien.
Die Bezugnahme auf Details der dargestellten Ausführungsformen
beschränkt
in keiner Weise den Umfang der Patentansprüche, die selbst diejenigen Merkmale
aufführen,
die für
die Erfindung als wesentlich angesehen werden.