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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 der
US 6 478 703 B2 beschrieben.
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Aus der
US 5 908 363 A ist ein Spanner mit Sperrklinke bekannt, aufweisend einen Spannerkörper mit einer Plungerkolben-Aufnahmeöffnung, einen in einer Längsrichtung in der Plungerkolben-Aufnahmeöffnung verschiebbaren 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, aufweisend eine Zahnstange mit einer Gruppe von Zahnstangenzähnen, die am Plungerkolben ausgebildet und in einer Längsreihe angeordnet ist, eine Sperrklinke, die schwenkbar an dem Spannerkörper für einen Eingriff in die Zahnstangenzähne zur Beschränkung der Bewegung des Plungerkolbens in Einfahrrichtung angebracht ist, wobei eine im Plungerkolben ausgebildete Vertiefung an einer Stelle zwischen der Zahnstange und dem vorderen Ende des Plungerkolbens ausgebildet ist und die Vertiefung eine Bodenwand hat.
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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, 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 29b 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 der
US 6 612 951 B2 offenbart.
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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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Bezugszeichenliste
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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)
