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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Spanner mit Sperrklinke, der
beispielsweise zur Beaufschlagung einer Taktsteuerkette eines Kraftfahrzeugmotors
oder einer Antriebskette eines Ausgleichers mit einer geeigneten
Spannung verwendet wird, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Bei
einem herkömmlichen
Taktsteuergetriebe eines Fahrzeugmotors überträgt eine endlose, flexible,
umlaufende Kette eine Drehbewegung von einem Kurbelwellen-Kettenrad an ein
oder mehrere Nockenwellen-Kettenräder. Ein Spanner mit Sperrklinke
wird üblicherweise
dazu verwendet, eine geeignete Spannung in der nacheilenden Seite
der Taktsteuerkette, d.h. auf der Seite, die sich weg vom Kurbelwellen-Kettenrad
bewegt, beizubehalten, um Schwingungen zu unterdrücken. Der
Spanner mit Sperrklinke weist einen überstehenden Plungerkolben
auf, und ist an dem Motorkörper
derart angebracht, dass ein vorderes Ende seines Plungerkolbens
gegen die Rückseite
eines schwenkbaren Spannhebels drückt, so dass ein Gleitschuh
am Spannhebel in einen Gleitkontakt mit der Kette gezwängt wird.
Ein typisches Taktsteuergetriebe, das einen derartigen Spanner verwendet,
ist in dem U.S. Patent Nr. 6,478,703 beschrieben.
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Im
Falle eines Ausgleichers sind zwei Ausgleichswellen mit Getrieben
vorgesehen, die miteinander kämmen,
und eine Ausgleichskette ist in Eingriff mit einem Kettenrad, das
an einer Ausgleichswelle angebracht ist, und mit einem Kurbelwellen-Kettenrad. Der Ausgleicher
umfasst auch einen Spanner mit Sperrklinke, um eine geeignete Spannung
in der Ausgleichskette beizubehalten, wie in der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift
Nr. 2004-308624 beschrieben.
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Ein
Beispiel eines herkömmlichen
Spanners mit Sperrklinke ist in 7 dargestellt.
In dem Spanner 21 ist ein Plungerkolben 24 verschiebbar
in einer Plungerkolben-Aufnahmeöffnung 23 eines
Spannerkörpers 22 aufgenommen,
und steht in Ausfahrrichtung über
die Vorderfläche
des Spannerkörpers über. Eine
Druckfeder 26 liegt an dem Boden der Plungerkolben-Aufnahmeöffnung im
Spannerkörper
an und erstreckt sich durch eine Öffnung am hinteren Ende des
Plungerkolbens in eine Sacklochöffnung 25 im Inneren
des Plungerkolbens 24. Ihr gegenüberliegendes Ende liegt dabei
an dem geschlossenen Ende der Sacklochöffnung 25 an. Die
Feder 26 spannt den Plungerkolben 24 beständig in
Ausfahrrichtung vor.
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Eine
sich in Längsrichtung
erstreckende Zahnstange 27 ist an dem Außenumfang
des Plungerkolbens 24 ausgebildet. Die Zahnstange 27 weist eine
Reihe von Zahnstangenzähnen
auf, die in gleichmäßigem Abstand über die
gesamte Länge
der Zahnstange 27 verteilt angeordnet sind. Die Länge der
Zahnstange ist entsprechend der erwarteten Verlängerung der Taktsteuerkette
ausgelegt.
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Eine
Sperrklinke 29 ist an einer Stelle benachbart der Zahnstange 27 schwenkbar
an dem Spannerkörper 22 mittels
einer Achse 28 angebracht. Die Sperrklinke 29 wird
beständig
im Uhrzeigersinn mittels einer Feder 30 vorgespannt, die
in zusammengepresstem Zustand zwischen der Sperrklinke und dem Boden
der federaufnehmenden Öffnung
in dem Spannerkörper
gehalten ist. Ein erster Sperrklinkenzahn 29a und ein zweiter
Sperrklinkenzahn 29b, nach hinten beabstandet von dem ersten Sperrklinkenzahn 29a,
sind mit den Zahnstangenzähnen 27a in
Eingriff bringbar. Die Sperrklinke 29 und die Zahnstangenzähne 27a bilden
einen Einfahrstoppmechanismus 31, der eine Verschiebung
des Plungerkolbens 24 nach hinten, d.h. in Einfahrrichtung,
blockiert.
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Der
erste Sperrklinkenzahn 29a, der an der Vorderseite der äußeren Kante
der Sperrklinke 29 ausgebildet ist, hat eine dreieckige
Form, entsprechend der Gestalt der Zahnstangenzähne 27a, und steht
mit einem Raum zwischen den Zahnstangenzähnen im Wesentlichen ohne einen
Spalt in Eingriff. Der zweite Sperrklinkenzahn 29b ist
schmaler als der erste Sperrklinkenzahn 29a. Das heißt, seine
Höhe, gemessen
entlang einer Richtung etwa senkrecht zur Plungerkolbenachse, ist
geringer als die Höhe
des ersten Sperrklinkenzahnes 29a. Der Sperrklinkenzahn 29b ist
an einer Stelle nach hinten beabstandet vom Sperrklinkenzahn 29a um
wenigstens dreimal die Zahnstangen-Zahnteilung versetzt ausgebildet. Wenn
der erste Sperrklinkenzahn 29a im Wesentlichen ohne einen
Spalt in Eingriff zwischen zwei Zahnstangenzähnen 27a ist, ist
der zweite Sperrklinkenzahn 29b außer Eingriff mit den Zahnstangenzähnen 27a und
beschränkt
nicht die Bewegung des Plungerkolbens 24. Wenn sich die
Kette derart lockert, dass es dem Plungerkolben ermöglicht wird, eine
Strecke entsprechend der halben Breite eines Zahnstangenzahns 27a auszufahren,
beginnt der Plungerkolben 24 sich nach vorne zu bewegen,
und der erste Sperrklinkenzahn 29a gleitet über die
Spitze eines Zahnstangenzahns 27a. Der zweite Sperrklinkenzahn 29b kommt
dann in Eingriff mit einem anderen Zahnstangenzahn 27a,
was bewirkt, dass die Sperrklinke sich im Uhrzeigersinn dreht, und
bewirkt, dass der erste Sperrklinkenzahn 29a in Eingriff mit
einem anderen Zahnstangenzahn 27a gelangt. Während der
zweite Sperrklinkenzahn 29a zwischen zwei Zahnstangenzähnen angeordnet
ist, kann sich der Plungerkolben 24 leicht nach vorne oder
hinten bewegen, entsprechend der Lockerheit oder Spannung der Kette,
und der Plungerkolben 24 übt eine geeignete Spannung
auf die Kette aus.
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Sowohl
im Falle einer Taktsteuerkette als auch im Falle einer Kette zum
Antrieb einer zusätzlichen
Einheit, wie einem Ausgleicher oder dergleichen, gibt es Motoren,
bei denen es wünschenswert ist,
einen Einfahrstoppmechanismus bei einem Spanner mit Sperrklinke
zu haben, der nur dann wirkt, wenn sich die Kette nach einer langen
Betriebsdauer verlängert
hat. Jedoch ist bei einem herkömmlichen
Spanner mit Sperrklinke die Länge
der Zahnstange derart, dass sie der Sperrklinke über den gesamten Bewegungsbereich
des Plungerkolbens gegenüberliegt.
Ein derartiger Spanner kann anfangs, d.h. bei Betriebsbeginn und
vor einer Verlängerung der
Kette, ein unzureichendes Spiel aufweisen, wenn der Einfahrstoppmechanismus
aktiv ist, um ein Abspringen der Kette von den Kettenrädern im
Falle einer Kettenverlängerung
zu verhindern. Ein derartiger Spanner kann nicht verlässlich bei
einem Motor arbeiten, der nur einen Einfahrstoppmechanismus für einen
Bereich der Plungerkolbenbewegung und keinen Einfahrstoppmechanismus
für einen
anderen Bereich der Plungerkolbenbewegung benötigt.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten
Spanner zur Verfügung
zu stellen, der die oben genannten Probleme löst.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch einen Spanner mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der
verbesserte Spanner mit Sperrklinke weist, wie im Falle eines herkömmlichen
Spanners mit Sperrklinke, einen Spannerkörper mit einer Plungerkolben-Aufnahmeöffnung,
einen in einer Längsrichtung
in der Plungerkolben- Aufnahmeöffnung und darüber hinaus
vorstehenden Plungerkolben, wobei der Plungerkolben ein vorderes, über die
Plungerkolben-Aufnahmeöffnung
vorstehendes Ende und ein hinteres Ende in der Plungerkolben-Aufnahmeöffnung hat,
eine Plungerkolbenfeder, die den Plungerkolben in Ausfahrrichtung
zwängt,
und einen Sperrklinkenmechanismus auf. Der Sperrklinkenmechanismus
weist eine Zahnstange mit einer Gruppe von Zahnstangenzähnen, die
am Plungerkolben ausgebildet und in einer Längsreihe angeordnet ist, und eine
Sperrklinke auf, die schwenkbar an dem Spannerkörper für einen Eingriff in die Zahnstangenzähne zur
Beschränkung
der Bewegung des Plungerkolbens in Einfahrrichtung angebracht ist.
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Erfindungsgemäß ist eine
im Plungerkolben ausgebildete Vertiefung an einer Stelle zwischen
der Zahnstange und dem vorderen Ende des Plungerkolbens ausgebildet.
Die Vertiefung ist tiefer als die Zahngründe der Zahnstange. Somit kann
die Sperrklinke in die Vertiefung eindringen, ohne in Eingriff mit der
Bodenwand der Vertiefung zu gelangen, und es wird dem Plungerkolben
ermöglicht,
sich frei sowohl in Aus- als auch in Einfahrrichtung in einem begrenzten
Bereich zu bewegen. Besonders bevorzugt ist der Boden der Vertiefung
ebenen ausgebildet, wodurch er sich relativ einfach herstellen lässt.
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Wenn
der Plungerkolben in eine Stellung eingefahren ist, in der die Sperrklinke
in die Vertiefung des Plungerkolbens vor der Zahnstange eintritt,
wirkt der Sperrklinkenmechanismus nicht als ein Einfahrstoppmechanismus.
Somit kann sich der Plungerkolben innerhalb eines begrenzten Bereichs
frei nach vorne und hinten bewegen. Eine übermäßige Ausfahrbewegung des Plungerkolbens
wird verhindert, und eine geeignete Spannung kann in der Kette aufrecht
erhalten werden. Wenn sich jedoch der Plungerkolben allmählich in
Folge einer Verlängerung
der Kette nach außen
bewegt, kann die Sperrklinke in Eingriff mit den Zahnstangenzähnen gelangen
und der Sperrklinkenmechanismus wird aktiviert, um die verlängerte Kette
am Abspringen von den Kettenrädern
zu hindern. Somit kann der erfindungsgemäße Spanner mit Sperrklinke
an einen Motor angepasst werden, der einen Einfahrstoppmechanismus
mit einem nicht aktiven Bereich und einem aktiven Bereich benötigt, und
bei dem der Einfahrstoppmechanismus aktiv wird, wenn sich die Kette
im Laufe der Zeit verlängert
hat.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
der Plungerkolben mit einem zusätzlichen
Zahn an einer Stelle zwischen der Vertiefung und dem vorderen Ende
des Plungerkolbens ausgebildet. Die Sperrklinke ist mit dem zusätzlichen
Zahn in Eingriff bringbar, um den Plungerkolben in einer vollständig eingefahrenen
Stellung zu halten, so dass verhindert wird, dass der Plungerkolben
aus der Plungerkolben-Aufnahmeöffnung vor
der Anbringung des Spanners an einem Motor herausspringt, d.h. er
dient als Transport- oder Montagesicherung.
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Vorzugsweise
ist ein Vorsprung an dem Spannerkörper ausgebildet, mit dem die
Sperrklinke in Eingriff stehen kann, um die Schwenkbewegung der
Sperrklinke zu begrenzen, wodurch verhindert wird, dass die Sperrklinke
die Bodenwand der Vertiefung im Plungerkolben berührt, wenn
die Sperrklinke in die Vertiefung eintritt. Ferner verhindert der
Vorsprung, dass die Feder, welche die Sperrklinke vorspannt, bei
einer übermäßigen Schwenkbewegung der
Sperrklinke aus ihrer Öffnung
springt.
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Im
Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Schnittdarstellung eines Spanners mit Sperrklinke gemäß dem Ausführungsbeispiel,
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2 eine
Schnittdarstellung des Spannerkörpers
vom Spanner von 1,
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3 eine
Schnittdarstellung des Plungerkolbens vom Spanner von 1,
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4 eine
Schnittdarstellung, die den Spanner von 1 in seinem
Ausgangszustand zeigt,
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5 eine
beispielhafte Schnittdarstellung, die den Spanner von 1 in
einer Stellung zeigt, in der die Sperrklinke keine Einfahrstopp-Funktion ausübt,
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6 eine
beispielhafte Schnittdarstellung, die den Spanner von 1 in
einer Stellung zeigt, in der die Sperrklinke eine Einfahrstopp-Funktion ausübt, und
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7 eine
Schnittdarstellung eines herkömmlichen
Spanners mit Sperrklinke.
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Wie
in 1 dargestellt, weist der Spanner 1 einen
Plungerkolben 4 auf, der verschiebbar in eine Plungerkolben-Aufnahmeöffnung 3 (2)
eines Spannerkörpers 2 eingepasst
ist, so dass der Plungerkolben 4 in Ausfahrrichtung mittels
einer Druckfeder 6 gezwängt
werden kann. Eine Zahnstange 7 mit Zahnstangenzähnen 7c ist
an der Außenumfangsfläche des
Plungerkolbens 4 ausgebildet. Eine Sperrklinke 9 ist
schwenkbar an einer Schwenkachse 8 angebracht, die in einer Öffnung 8a (2)
im Spannerkörper 2 vorgesehen
ist, und wird durch eine Feder 10 vorgespannt, die in einer
federaufnehmenden Öffnung 10a (2)
im Spannerkörper 2 vorgesehen ist.
Die Sperrklinke 9 hat einen ersten Sperrklinkenzahn 9a (4, 5 und 6),
der in Eingriff bringbar mit den Zahnstangenzähnen 7c der Zahnstange 7 bringbar
ist, wie in 6 dargestellt, um ein Einfahren
des Plungerkolbens 4 zu blockieren. Somit dienen die Sperrklinke 9 und
die Zahnstangenzähne 7c als
Einfahrstoppmechanismus 11. Ein zweiter Sperrklinkenzahn 9b ist
an einer nach hinten bezüglich
des ersten Sperrklinkenzahnes 9a versetzten Stelle angeordnet.
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Wie
in 3 dargestellt, ist ein Zahn 7a benachbart
des vorderen Endes der Zahnstange 7 vorgesehen, um ein
Herausspringen des Plungerkolbens 4 aus der Plungerkolben-Aufnahmeöffnung 3 zu verhindern,
und eine Vertiefung 7b ist direkt nach hinten benachbart
vom Zahn 7a vorgesehen. Die Vertiefung 7b im Plungerkolben 4 hat
vorzugsweise einen ebenen Boden. Ein ebener Boden kann einfach mittels
Fräsens
oder dergleichen hergestellt werden, und stellt einen Spalt für die Sperrklinke
zur Verfügung,
ohne die Festigkeit des Plungerkolbens 4 zu beeinträchtigen.
Die Zahnstangenzähne 7c,
die mit der Sperrklinke 9 zusammenwirken, um die Einfahrstopp-Funktion
zu erfüllen,
sind hinter der Vertiefung 7b vorgesehen. Der Boden der
Vertiefung 7b (der eine ebene, vertikale Fläche in 3 ist)
ist tiefer als die Zahngründe
des Zahnes 7a und der Zahnstangenzähne 7c, so dass der
erste Sperrklinkenzahn 9a nicht in Kontakt mit dem Boden
der Vertiefung 7b gelangt.
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Wie
in den 2 und 4 dargestellt, ist – im Unterschied
zu dem herkömmlichen
Spanner 21 von 7 – ein Vorsprung 2a am
Spannerkörper 2 benachbart
der Sperrklinke 9 für
eine Begrenzung der Schwenkbewegung der Sperrklinke 9 unter
der vorspannenden Kraft der Feder 10 vorgesehen, so dass,
wenn die Sperrklinke 9 durch die vorspannende Kraft der
Feder 10 geschwenkt wird, ihr Zahn 9a nicht in
Kontakt mit dem Boden der Vertiefung 7b gelangt. Durch
das Verhindern einer übermäßigen Schwenkbewegung
der Sperrklinke 9 verhindert der Vorsprung 2a auch,
dass die Feder 10, welche die Sperrklinke 9 vorspannt,
aus ihrer Öffnung 10a springt
(2).
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Wie
in 4 dargestellt gelangt, wenn der Spanner 1 transportiert
wird, und wenn er an einen Motor während der Montage oder im Rahmen
einer Reparatur des Motors angebracht wird, der erste Sperrklinkenzahn 9a der
Sperrklinke 9 in Eingriff mit dem Zahn 7a vor
den Zähnen
der Zahnstange 7, so dass der Plungerkolben 4 in
einem eingefahrenen Zustand in der Plungerkolben-Aufnahmeöffnung 3 gehalten
wird, und nicht aus der Aufnahmeöffnung herausspringt.
Verriegelungsstifte (nicht dargestellt) können lösbar in Öffnungen eingeführt sein,
die in der Sperrklinke und dem Spannerkörper ausgebildet sind, um die
Sperrklinke am Schwenken zu hindern, bis der Spanner eingebaut ist
und in einem sauberen Eingriff mit einem Spannhebel oder dergleichen
ist. Geeignete Verriegelungsmittel für die Sperrklinke sind bekannt
und beispielsweise in dem US Patent 6,612,951 offenbart, dessen
Offenbarungsgehalt ausdrücklich
mit einbezogen wird.
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Wenn
der Spanner 1 während
er in einem Zustand, wie in 4 dargestellt,
ist, an einem Motor angebracht wird, kann die Sperrklinke 9 leicht
entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt werden, um den ersten Sperrklinkenzahn 9a außer Eingriff
mit dem Zahn 7a zu bringen. Die Sperrklinke 9 wird
dann in Uhrzeigersinn durch die Feder 10 vorgespannt, bis sie
an dem Vorsprung 2a am Spannerkörper 2 anliegt, wie
in 1 dargestellt. Dann ist der erste Sperrklinkenzahn 9a gegenüberliegend
dem ebenen Bereich der Vertiefung 7b nicht in Eingriff
mit einem der Zahnstangenzähne 7c an
dem Plungerkolben 4, und der Plungerkolben 4 kann
sich frei in Ausfahrrichtung und Einfahrrichtung in einem Bereich 12 bewegen,
wie in 5 dargestellt. Wie zuvor erwähnt, wird eine übermäßige Schwenkbewegung
der Sperrklinke 9 blockiert, da die Sperrklinke 9 an
dem Vorsprung 2a anliegt, so dass die Feder 10 nicht
aus ihrer Öffnung 10a springen
kann (2).
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Wenn
der erste Sperrklinkenzahn 9a in der Vertiefung 7b angeordnet
ist, aber nicht in Kontakt mit dem ebenen Boden der Vertiefung ist,
ist der Plungerkolben 4 vorgespannt, um über den
Spannerkörper 2 vorzustehen,
und erlegt der lockeren Seite einer Kette (bspw. einer Taktsteuerkette,
nicht dargestellt) eine geeignete Spannung auf, so dass die Kette
sich nicht übermäßig lockert,
schwingt oder außer Eingriff
mit ihren Kettenrädern
gelangt. Selbst wenn ein erhebliche Gleichlaufschwankungen in der
Kette erzeugt werden, kommt der erste Sperrklinkenzahn 9a nicht
in Kontakt mit den Zahnstangenzähnen 7c. Somit
greift der Einfahrstoppmechanismus 11 nicht, während der
Plungerkolben 4 im Bereich 12 betrieben wird,
und es wird keine übermäßige Spannung der
Kette auferlegt.
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Wenn
sich die Kette nach einer gewissen Zeitspanne, während der der Plungerkolben 4 im
Bereich 12 frei aus- und einfahren kann, lockert, fährt der
Plungerkolben 4 allmählich über den
Bereich 12 hinaus und der erste Sperrklinkenzahn 9a kommt
in Eingriff mit einem Zahnstangenzahn 7c, wie in 6 dargestellt.
Wenn der Plungerkolben sich als Reaktion auf die Verlängerung
der Kette weiter nach außen über den
Bereich 12 hinaus bewegt, gelangt der erste Sperrklinkenzahn 9a über einen
Zahnstangenzahn 7c, um mit dem nächsten Zahnstangenzahn usw.
in Eingriff zu gelangen. Eine Einfahrbewegung des Plungerkolbens
wird durch den Einfahrstoppmechanismus 11 blockiert, wenn
sich der Plungerkolben 4 im in 6 dargestellten
Bereich 13 befindet. Im Ergebnis erlegt der Plungerkolben 4 der
Kette eine geeignete Spannung auf, wenn sich die Kette allmählich verlängert, und
verhindert dadurch ein Abspringen der Kette von den Kettenrädern.
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Bei
dem zuvor beschriebenen und in den 1 bis 6 dargestellten
Betrieb des Spanners kann sich der Spanner 4, da die Vertiefung 7b nicht in
Kontakt mit der Sperrklinke ist und die Zahnstangenzähne 7c in
Eingriff mit der Sperrklinke 9 stehen können, frei im Bereich 12 während des
Anfangsbetriebs einer Getriebekette hin- und herbewegen, jedoch wird der Einfahrstoppmechanismus 11 aktiv, wenn
sich die Kette ausreichend verlängert
hat, so dass der Plungerkolben 4 sich bis in den Bereich 13 erstreckt.
Somit wird ein übermäßiges Spannen
der Kette verhindert, aber, wenn sich die Kette verlängert, kann
ein Abspringen der Kette von den Kettenrädern verhindert werden. Der
Spanner kann daher auf einen Motor, der einen Einfahrstoppmechanismus 11 benötigt, angepasst
werden, wobei er einen nicht aktiven Bereich und einen aktiven Bereich
hat, in dem er aktiviert wird, wenn sich die Kette entsprechend
verlängert.
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Der
erfindungsgemäße Spanner
mit Sperrklinke kann mit einem schwenkbaren Spannhebel verwendet
werden, der so angeordnet ist, dass der Plungerkolben gegen die
Rückseite
des Spannhebels drückt,
so dass ein Gleitschuh am Spannhebel in Gleitkontakt mit einer umlaufenden
Kette gezwängt wird.
Alternativ kann ein Element, das für einen Gleitkontakt mit einer
umlaufenden Kette geeignet ist, direkt am vorderen Ende des Plungerkolbens
angebracht sein.
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- 1
- Spanner
- 2
- Spannerkörper
- 2a
- Vorsprung
- 3
- Plungerkolben-Aufnahmeöffnung
- 4
- Plungerkolben
- 6
- Druckfeder
- 7
- Zahnstange
- 7a
- Zahn
- 7b
- Vertiefung
- 7c
- Zahnstangenzahn
- 8
- Schwenkachse
- 8a
- Öffnung
- 9
- Sperrklinke
- 9a
- erster
Sperrklinkenzahn
- 9b
- Sperrklinkenzahn
- 10
- Feder
- 10a
- federaufnehmende Öffnung
- 11
- Einfahrstoppmechanismus
- 12
- Bereich
(Einfahrstoppmechanismus nicht aktiv)
- 13
- Bereich
(Einfahrstoppmechanismus aktiv)