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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung, insbesondere für Ketten, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Aus der
JPH10-061 737 A ist eine automatische Spannvorrichtung bekannt, bei welcher eine Stange mit einem konischen Abschnitt in einem Körper mit einem konischen Abschnitt axial beweglich angeordnet ist. Zwischen dem konischen Abschnitt der Stange und dem konischen Abschnitt des Körpers ist eine Kugel angeordnet, welche durch eine axiale Bewegung der Stange in eine Richtung eine Sperrwirkung zwischen der Stange und dem Körper erzielt.
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In der
JPH08-021 496 A wird eine automatische Spannvorrichtung beschrieben, bei welcher eine Schubstange mittels eines ersten elastischen Körpers in Vorschubrichtung gedrängt wird, wobei die Schubstange in einem Körper axial beweglich angeordnet ist. Bei einer Verschiebung in Rückzugsrichtung wird die Schubstange mit dem Körper verriegelt.
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Aus der
JPH08-093 867 A ist eine automatische Spannvorrichtung bekannt, bei welcher eine Stange in einem Körper mit einem schrägen Abschnitt axial beweglich angeordnet ist. Zwischen der Stange und dem schrägen Abschnitt des Körpers ist ein Stift angeordnet, welcher in Rückzugsrichtung der Stange diese mit dem Körper sperrt.
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Die
DE 1 650 620 A1 zeigt eine Kettenspannvorrichtung, insbesondere für Steuerketten bei Brennkraftmaschinen, die im wesentlichen einen geführten Kolben aufweist, der unter der Wirkung einer Feder steht und mittelbar oder unmittelbar auf die Kette wirkt, und bei welcher der Kolben entgegen der Federkraft unter dem Einfluss einer Sperre steht.
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Die Sperre ist von mindestens einem den Kolben umgebenden Federelement gebildet, welches je nach Stellung des Kolbens in eine entsprechende ringförmige und entgegen der Federkraft sperrende Ausnehmung einfällt, wobei das Federelement mit einem axialen Spiel in die Kolbenführung eingelassen ist. Das Axialspiel ermöglicht eine begrenzte Rücklaufbewegung des Kolbens, wobei das Axialspiel gestuft und somit die Rücklaufbewegung ebenfalls gestuft ist.
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Die Feinstufung des Axialspiels kann bei dieser Kettenspannvorrichtung nicht beliebig verfeinert werden, wenn ein bestimmtes Abstützmoment nicht unterschritten werden soll.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung mit einer stufenlosen Sperre und Rücklaufbewegung des Kolbens zu schaffen.
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Lösung der Aufgabe
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Die Aufgabe wird durch eine Spannvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Vorteile der Erfindung
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Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Rücklaufbewegung des Kolbens stufenlos erfolgen kann. Ferner ist eine definierte Rücklaufbewegung des Kolbens durch die Auswahl der Federkonstante des Dämpfungselements erzielbar. Durch die Kombination des Körpers und des Dämpfungselements ist hierdurch sowohl eine Sperrung (Interaktion der Sperrvorrichtung mit dem Körper) als auch eine Dämpfung der Rücklaufbewegung des Kolbens möglich.
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Vorteilhafterweise ist die Federkonstante des Dämpfungselements größer im Vergleich zu der Feder, so dass durch die Rücklaufbewegung des Kolbens das zulässige Maß für die Spannung des Zugmittels nicht unterschritten wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Sperrelement eine Kugel. Die Kugel bildet mit dem Körper eine geringe Kontaktfläche im Vergleich zu anderen geometrischen Ausführungen des Sperrelements, so dass bei einer Auswärtsbewegung des Kolbens gegenüber dem Gehäuse die durch das Abrollen der Kugel gegenüber dem Körper auftretende Rollreibung gering ist und somit ein schnelles Ausfahren des Kolbens möglich ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Sperrelement ein Keil. Unter anderem durch die Wahl des Winkels der Keilspitze, der idealerweise zwischen 10° und 35° beträgt, und der Größe der Kontaktfläche zwischen dem Keil und dem Körper kann die Haftreibung bei der Einwärts- und Auswärtsbewegung des Kolbens gegenüber dem Gehäuse variiert werden. Die Fläche des Keils, die der Oberfläche des Körpers gegenüberliegt, kann sowohl als Ebene ausgebildet oder an die Oberfläche bzw. Kontur des Körpers angepasst sein. Im Vergleich zu einer Kugel als Sperrelement weist ein Keil eine geringere Flächenpressung auf.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Sperrvorrichtung eine Feder, um ein Verpressen des Sperrelements zu verhindern.
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In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ist der Körper ein Stößel oder eine Hülse. Um eine Sperrwirkung des Sperrelements gegenüber dem Körper zu erzielen, muss zumindest die Kontaktfläche des Körpers nicht verformbar ausgestaltet sein. Bei einer Hülsenform ist es möglich, dass das Dämpfungselement teilweise in das Innere der Hülse hereinragt, wobei eine Abstützung der Hülse gegenüber dem Dämpfungselement zur Kraftübertragung gewährleistet sein muss.
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In anderen vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ist das Dämpfungselement eine Feder, ein Elastomer oder Kombinationen davon. Als Dämpfungselement eignet sich jedes elastische Material.
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Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung ist insbesondere für Ketten zum Antrieb von Steuertrieben bzw. Nebenaggregaten von Brennkraftmaschinen geeignet. Mit der Spannvorrichtung ist es möglich, die durch das Zugmittel erzeugten Vibrationen und Impulsstöße abzudämpfen und gleichzeitig die Spannung des Zugmittels an die Längung stufenlos anzupassen.
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Zeichnungen
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Es zeigen:
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1: eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung im Vollschnitt;
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2a: den Detailausschnitt I aus 1 in vergrößerter Darstellung, der den Kolben vor der Einwärtsbewegung zeigt;
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2b: den Detailausschnitt I aus 1 in vergrößerter Darstellung, der den Kolben nach der Einwärtsbewegung und vor der Auswärtsbewegung zeigt;
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3: die Draufsicht auf die Spannvorrichtung gemäß Schnitt II-II aus 1;
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4: eine perspektivische Ansicht auf einen Teil der in 1 dargestellten Spannvorrichtung;
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5: eine Vorderansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Spannvorrichtung im Vollschnitt;
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6a: den Detailausschnitt III aus 5 in vergrößerter Darstellung, der den Kolben vor der Einwärtsbewegung zeigt;
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6b: den Detailausschnitt III aus 5 in vergrößerter Darstellung, der den Kolben nach der Einwärtsbewegung und vor der Auswärtsbewegung zeigt;
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7: eine Vorderansicht einer anderen erfindungsgemäßen Spannvorrichtung im Schnitt.
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Die in 1 dargestellte Spannvorrichtung 1 ist zum Spannen eines endlosen Zugmittels, beispielsweise einer Antriebskette, einer Brennkraftmaschine und zur Dämpfung gegen Vibrationen geeignet.
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Die Spannvorrichtung 1 umfasst ein zylinderförmiges Gehäuse 2, welches eine Öffnung 3 und einen Boden 4 aufweist. In der Öffnung 3 ist ein Kolben 5 gegenüber dem Gehäuse 2, beispielsweise zum Spannen einer nicht dargestellten Kette, translatorisch bewegbar. Der Kolben 5 ist als Hohlkörper 6 ausgebildet.
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Zwischen dem Boden 4 des Gehäuses 2 und dem Kolben 5 ist eine Feder 7 angeordnet, so dass der Kolben 5 gegenüber dem Gehäuse 2 vorgespannt ist. In dem Gehäuse 2 ist ein nicht verformbarer Körper 8, beispielsweise ein Stößel oder eine Hülse, angeordnet, der gegenüber dem Gehäuse 2 mittels eines Dämpfungselements 9, beispielsweise eine Feder, ein Elastomer oder Metallschaum, welches an dem einen Ende an dem Boden 4 des Gehäuses 3 anliegt oder verbunden ist, translatorisch bewegbar ist. Der Körper 8 ist in dem Hohlkörper 6 angeordnet und gegenüber diesen translatorisch bewegbar. Der Hohlkörper 6 umfasst eine Sperrvorrichtung 10, wobei diese Sperrelemente 11 in Form von Kugeln und keilförmige Ausnehmungen 12 umfasst.
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In 2a ist dargestellt, dass durch Vibrationen oder Impulsstöße des Zugmittels erzeugte Kraft der Kolben 5 in Richtung des Pfeils A gegenüber dem Gehäuse 2 translatorisch bewegt wird, und die Sperrelemente 11, die spielfrei in den Ausnehmungen 12 gelagert sind, in Richtung des Pfeils B an dem Körper 8 abrollen (Gleitreibung) und zwischen den Ausnehmungen 12 und dem Körper 8 gepresst werden (Haftreibung), so dass zwischen dem Kolben 5 und dem Körper 8 eine nahezu abrupte Sperrwirkung auftritt. Da der Körper 8 gegenüber dem Gehäuse 2 mittels des Dämpfungselements 9 verbunden ist oder sich auf diesem abstützt, ist der Kolben 5 nach der Sperrung über die Sperrvorrichtung 10 weiter in Richtung des Pfeils A translatorisch bewegbar und wird über das Dämpfungselement 9 gedämpft, so dass die Kraft über das Dämpfungselement 9 auf das Gehäuse 3 übertragen wird. Das Dämpfungselement 9 ist gegenüber der Feder 7 härter, d.h. das Dämpfungselement 9 hat eine höhere Federkonstante gegenüber der Feder 7, so dass die Rücklaufbewegung des Kolbens 5 begrenzt ist.
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In 2b ist dargestellt, dass die Kraft, die an dem Kolben 5 anliegt und in Richtung des Pfeils A wirkt, geringer im Vergleich zu der Federkraft der Feder 7 ist, der Kolben 5 durch die Federkraft in Richtung des Pfeils C translatorisch bewegt wird und die Haftreibung der Sperrelemente 11 in eine Gleitreibung übergeht, so dass diese in Richtung des Pfeils D an dem Körper 8 abrollen.
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In 3 ist eine Draufsicht auf die in 1 dargestellte Spannvorrichtung 1 im Schnitt gezeigt. Die Sperrvorrichtung 10 umfasst 8 Sperrelemente 11 in 8 Ausnehmungen 12.
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In 4 ist eine perspektivische Ansicht auf einen Ausschnitt der Spannvorrichtung 1 gemäß 1 gezeigt. In jeder der keilförmigen Ausnehmungen 12 der Sperrvorrichtung 10 ist ein Sperrelement 11 in Form einer Kugel angeordnet.
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Da die Sperrvorrichtung 10 gegenüber dem Körper 8 in Richtung des Pfeils A sperrt, ändert sich die relative Lage der Spannvorrichtung 10 und somit auch der Kolben 5 gegenüber dem Körper 8 und somit auch zum Gehäuse 3 mit der zeitlichen Längung des Zugmittels in Richtung des Pfeils C. Hierdurch wird eine stufenlose Sperrung und Spannen realisiert.
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Die in 5 dargestellte Spannvorrichtung 1 unterscheidet sich zu der der Spannvorrichtung 1 in 1 dadurch, dass die Spannelemente 11 Keile anstatt Kugeln sind. Der Winkel α des Keils liegt idealerweise zwischen 10° und 35°. Gegenüber einer Kugel weist ein Keil eine geringere Flächenpressung auf.
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In 6a ist der Kolben 5 vor der Einwärtsbewgung in Richtung des Pfeils A dargestellt. Während der Einwärtsbewegung des Kolbens 5 in Richtung des Pfeils A gleitet das Sperrelement 11 in Richtung des Pfeils E auf dem Körper 8 und der Innenfläche der Ausnehmung 12 zuerst (Gleitreibung) bevor er durch Haftreibung zwischen dem Körper 8 und der Ausnehmung 12 gepresst wird.
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In 6b ist der Kolben 5 nach der Einwärtsbewgung und vor der Auswärtsbewegung dargestellt. Während der Auswärtsbewegung des Kolbens 5 in Richtung des Pfeils C geht die Haftreibung zwischen dem Sperrelement 11 und dem Körper 8 und der Ausnehmung 12 in eine Gleitreibung über, so dass das Sperrelement in Richtung des Pfeils F gleitet.
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Die in 7 gezeigte Spannvorrichtung 1 weist eine Sperrvorrichtung 10 gemäß der in 1 auf, wobei die Sperrvorrichtung 10 zusätzlich noch eine Feder 13 umfasst. Die Feder 13 ist an dem einen Ende an dem Kolben 5 in Anlage und an dem anderen Ende durch Vorspannung an der Oberseite der Ausnehmung 12 in Anlage. Bei der Einwärtsbewegung des Kolbens 5 in Richtung des Pfeils A wird die Feder 13 durch die Bewegung des Sperrelements 11 in Richtung des Pfeils B zusammengedrückt. Bei der Auswärtsbewegung des Kolbens 5 in Richtung des Pfeils C entspannt sich die Feder 13 wieder. Durch die Feder 13 wird durch deren Zusammendrücken und Entspannen verhindert, dass sich das Sperrelement 11 sich zwischen der Ausnehmung 12 und dem Körper 8 verpressen kann.
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Die Spannvorrichtung 1 ist für jede Einbaulage geeignet, da die Spannelemente 11 den Körper 8 gegen ein ungewolltes „Herausrutschen“ in Richtung des Pfeils C aus dem Gehäuse 3 hindern.
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Bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1 treten durch die Sperrwirkung sowohl bei dem Kolben 5, der Sperrvorrichtung 10 als auch beim Körper 8 keine gewollten Verformungen auf. Die Verformung tritt im Dämpfungselement 9 auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannvorrichtung
- 2
- Gehäuse
- 3
- Öffnung
- 4
- Boden
- 5
- Kolben
- 6
- Hohlkörper
- 7
- Feder
- 8
- Körper
- 9
- Dämpfungselement
- 10
- Sperrvorrichtung
- 11
- Sperrelement
- 12
- Ausnehmung
- 13
- Feder
- A
- Pfeil
- B
- Pfeil
- C
- Pfeil
- D
- Pfeil
- E
- Pfeil
- F
- Pfeil
- α
- Winkel