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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Spannschienenwippe zum Spannen
einer Antriebskette, insbesondere für einen Steuerkettentrieb
eines Verbrennungsmotors, mit einer Spannschiene und einer Wippenschiene,
wobei die Spannschiene einen Druckbereich aufweist, der mit einem
Aufdrückbereich der Wippenschiene in Kontakt steht und
die Wippenschiene mittels der Spannschiene an die Antriebskette
andrückbar ist. Darüber hinaus bezieht sich die
Erfindung auf einen Steuerkettentrieb mit einer Antriebskette, einem
Kettenspanner und einer Spannschienenwippe.
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Spannvorrichtungen
mit einem Kettenspanner und einer Spannschiene werden ganz allgemein überall
dort eingesetzt, wo Kettentriebe Verwendung finden. Ein bevorzugtes
Einsatzgebiet ist aber der Einsatz in Verbrennungsmotoren, bei denen
ein Steuerkettentrieb die Nockenwelle durch die Kurbelwelle mittels
einer Steuerkette antreibt. Die Kette muss dabei mithilfe der Spannvorrichtung
unter einer definierten Spannung gehalten werden. Außerdem werden
durch die Spannvorrichtung Herstellungstoleranzen und eine bei längerem
Gebrauch auftretende Längung der Kette ausgeglichen. Herkömmliche Spannschienen
bestehen dabei entweder vollständig aus einem geeigneten
Kunststoffmaterial oder aber aus einem Metallträger, beispielsweise
als Strangpress- oder Gussprofile aus einem Leichtmetall oder als
in Form gestanzte Profilbleche, der im Bereich der Auflagefläche
der Kette mit einem Gleitbelag versehen ist.
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So
ist aus der
DE 24 31
425 A1 eine Spannschiene bekannt, auf deren Träger
ein hitzebeständiger Kunststoff, z. B. ein Polyamid, als
Gleitbelag aufgebracht ist. Zur Verbesserung der Standfestigkeit insbesondere
unter anspruchsvollen Belastungsfällen schlägt
die
DE 35 06 010 A1 einen
Träger aus Aluminium vor, der mit einem Kunststoff-Gleitbelagkörper,
wobei zumindest im Anlaufbereich der Kette der Gleitbelagkörper
mit einer Panzerung aus einem verschleißfesten Hartstoff
mit niedrigem Reibungskoeffizienten versehen ist. Aus der
DE 29 602 917 U1 ist
eine Spannschiene mit einem Tragkörper aus einem gefüllten
oder verstärkten Kunststoff bekannt, bei dem ein Gleitbelagkörper
aus Kunststoff mittels daran ausgebildeter Formelemente nachträglich
mechanisch mit dem Tragkörper verbunden wird.
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Zwar
haben sich viele dieser im Stand der Technik bekannten Spannvorrichtungen
mit einer einfachen Spannschiene und einem Kettenspanner im Einsatz
gut bewährt, jedoch gibt es immer wieder Anwendungsfälle,
die eine Anpassung der Konstruktion oder auch ein geändertes
Grundkonzept erfordern.
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Beispielsweise
steht gerade bei modernen, innovativen Verbrennungsmotoren nicht
immer der nötige Bauraum zur Verfügung, um eine
langgestreckte schwenkbare Spannschiene und an deren freiem Ende
den notwendigen Kettenspanner im Motorraum anzuordnen.
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Zur
Verringerung oder Verlagerung des notwendigen Bauraums der Spannvorrichtung
sind sogenannte Spannschienenwippen bekannt, bei denen zwei kurze
sich in entgegen gesetzter Drehrichtung bewegende Spannschienen
durch einen Kettenspanner an die Antriebskette gedrückt
werden. Dabei liegen die freien Enden der Spannschienen übereinander,
während die drehbar gelagerten Enden in entgegen gesetzten
Richtungen am Motor befestigt sind. Im Bereich der Überlagerung
der Spannschienen drückt der Kettenspanner auf die obere
Spannschiene, um diese sowohl gegen die Kette zu drücken
als auch gegen die untere Spannschiene, die diesen Druck wiederum
an die Kette weitergibt. Die Konstruktion einer Spannschienenwippe,
bei der der Kettenspanner im Wesentlichen mittig zwischen den beiden
Spannschienen angeordnet werden kann, ermöglicht sowohl
einen insgesamt geringeren Bauraum, als auch eine Verlagerung des
Bauraums durch die andere Anordnung des Kettespanners. Im Auflagebereich
zwischen der oberen und unteren Spannschiene treten jedoch Verschleißerscheinungen
und eine ungewünschte Erwärmung der Bauteile durch
die kontinuierliche Reibung der oberen und unteren Spannschiene
in ihrem Kontaktbereich auf.
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Obwohl
sich auch die Spannschienenwippe im Einsatz in ihrem Nischenbereich
gut bewährt hat, besteht auch hier die kontinuierliche
Bestrebung, Verbesserungen zu realisieren und bestehende Probleme
zu beseitigen. Auch handelt es sich bei Spannvorrichtungen um Massenprodukte
für die Automobilindustrie, bei denen im Hinblick auf die
hohen Stückzahlen und die fortschreitende Innovation ständig
die Notwendigkeit besteht, eingesetzte Konstruktionen durch optimierte
oder kostengünstigere Konzepte zu ersetzen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spannschienenwippe
der eingangs genannten Art bereitzustellen, die für höchste
Anforderungen im Einsatz in Verbrennungsmotoren geeignet ist und
bestehende Probleme vermeidet.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass der Aufdrückbereich der Wippenschiene eine Verschleißschutzschicht
umfasst. Eine derartige Verschleißschutzschicht verhindert
im Kontaktbereich der Wippenschiene mit der Spannschiene, der durch
die Krafteinleitung der Spannschiene einer erheblichen Verschleißproblematik
unterworfen ist einen problematischen Abrieb. Die Verschleißschutzschicht
vermeidet insbesondere das Einarbeiten des Druckbereichs der Spannschiene
in den Aufdrückbereich der Wippenschiene. Bei herkömmlichen
Spannschienenwippen wird durch die kontinuierliche relative Bewegung
des Druckbereichs gegenüber dem Aufdrückbereich
bei einer gleichzeitig hohen Kraftübertragung von der Spannschiene
auf die Wippenschiene insbesondere Material vom Aufdrückbereich
abgetragen, so dass dort eine Vertiefung entsteht, die den Verschleißprozess
wiederum beschleunigt. Der Verschleiß führt letztlich
zu einer signifikanten Funktionseinschränkung oder einem Ausfall
der Spannschienenwippe. Die erfindungsgemäße Ausbildung
des Aufdrückbereiches der Wippenschiene mit einer Verschleißschutzschicht
verhindert die bei den im Stand der Technik bekannten Spannschienenwippen
bestehende Verschleißproblematik bereits in der Entstehungsphase.
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Zur
Optimierung der Verschleißeigenschaften kann die Verschleißschutzschicht
eine höhere Härte als das Material der Wippenschiene
aufweisen. Darüber hinaus kann die Verschleißschutzschicht
einen geringeren Reibbeiwert als das Material der Wippenschiene
aufweisen, um eine Wärmeentwicklung im Kontaktbereich zwischen
Spannschiene und Wippenschiene zu reduzieren und so eine Überhitzung des
Druckbereichs oder des Aufdrückbereichs zu vermeiden.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass ein Schutzkörper
vorgesehen ist und der Schutzkörper die Verschleißschutzschicht
ausbildet. Der Einsatz eines Schutzkörpers mit einer geeigneten
Verschleißschutzschicht im Aufdrückbereich ist eine
technisch einfache und kostengünstige Lösung, bei
dem tatsächlich nur der Abschnitt mit der Verschleißschutzschicht
aus einem geeigneten, zumeist technisch hochwertigen Material besteht.
Dabei kann die Verschleißschutzschicht durch das besondere Material
selbst ausgebildet sein oder als Beschichtung auf diesem Material
aufgebracht sein. Als geeignete Materialien für einen derartigen
Schutzkörper kommen sowohl hochwertige Kunststoffmaterialien, z.
B. PTFE, als auch Keramikwerkstoffe, in Frage.
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Eine
weitere Ausbildung sieht vor, dass der Schutzkörper und
die Wippenschiene separat hergestellt sind und der Schutzkörper
an der Wippenschiene befestigt ist, bevorzugt aufgeklipst ist. Eine
derartig konstruktive Ausgestaltung ermöglicht eine Materialauswahl
für Schutzkörper und Wippenschiene, die unabhängig
vom jeweils anderen Material ist und ausschließlich die
jeweils technisch notwendigen Eigenschaften berücksichtigen
muss. So ist der Schutzkörper unabhängig vom Material
und der Herstellung der Wippenschiene auf dieser anbringbar, wobei
für eine einfache Montage Schutzkörper und Wippenschiene
mit ineinander eingreifenden Rastelementen versehen sein können,
um den Schutzkörper in einfacher Weise zu befestigen, bzw.
aufzuklipsen.
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Alternativ
dazu kann die Wippenschiene als Spritzgussteil hergestellt sein
und der Schutzkörper in der Wippenschiene eingespritzt
sein. Durch das Einspritzen des Schutzkörpers kann ein
zusätzlich entstehender Montageaufwand vermieden werden. Da
der Schutzkörper in dieser Ausgestaltung weder eine eigene
Tragstruktur noch Befestigungselemente benötigt, reicht
eine materialsparende, auf die eigentliche Funktion der Verschleißschutzschicht
begrenzte Ausbildung des Schutzkörpers.
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Eine
weitere Ausbildung sieht vor, dass die Wippenschiene zumindest teilweise
aus Metall hergestellt ist und die Verschleißschutzschicht
als technische Beschichtung ausgebildet ist. Durch die Ausbildung
der Verschleißschutzschicht als technische Beschichtung
kann bei einer Wippenschiene mit einem Grundkörper aus
Metall eine relativ kostengünstige Lösung der
erfindungsgemäßen Spannschienenwippe mit wenigen
Einzelteilen realisiert werden. Bevorzugt kann dabei die Wippenschiene
aus Aluminium hergestellt sein und die Verschleißschutzschicht
eine Eloxalbeschichtung sein. Die Wippenschiene aus Aluminium ermöglicht
einen leichten und belastbaren Grundkörper, der in einfacher
Weise technisch produzierbar ist und auf den sich als Verschleißschutzschicht
eine kostengünstige Eloxalbeschichtung aufbringen lässt.
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Eine
zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass die
Spannschiene und/oder die Wippenschiene einen Tragkörper
und einen daran befestigten Gleitbelagkörper mit einer
Gleitfläche für den Kontakt mit der Antriebskette
aufweisen. Diese Konstruktion ermöglicht die funktionale
Aufteilung der Spannschiene bzw. der Wippenschiene in einen Tragkörper
und einen Gleitbelagkörper, die es wiederum ermöglicht
die Materialien dieser Bauteile entsprechend ihrer eigentlich notwendigen
Eigenschaften auszuwählen und so zu einer optimierten Funktionalität
zu gelangen. Dabei kann der Gleitbelagkörper der Spannschiene
eine Gleitfläche für den Kontakt mit der Antriebskette
und den Druckbereich ausbilden. Ein sich bis in den Druckbereich
der Spannschiene erstreckender Gleitbelagkörper ermöglicht
auch auf der Seite der Spannschiene einen geringen Reibbei wert im
Druckbereich gegenüber dem Aufdrückbereich der
Wippenschiene, so dass auch auf dieser Seite des Kontaktbereichs
weder ein signifikanter Verschleiß noch eine verstärkte
Erwärmung entsteht.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich weiter auf einen Steuerkettentrieb
mit einer Antriebskette, einem Kettenspanner und einer der oben
beschriebenen Spannschienenwippe. Dabei steht der Kettenspanner über
einen Aufdrückabschnitt der Spannschiene mit der Spannschiene
in Kontakt, die Spannschiene steht zum Einen direkt mit der Antriebskette
und zum Anderen über dessen Druckbereich und den Aufdrückbereich
der Wippenschiene mit der Wippenschiene in Kontakt und die Wippenschiene
steht wiederum direkt mit der Antriebskette in Kontakt, wobei der
Aufdrückbereich der Wippenschiene eine Verschleißschutzschicht
umfasst. Diese Konstruktion eines Steuerkettentriebs ermöglicht
die Verlagerung und Reduzierung des Bauraums der Spannvorrichtung
ohne unerwünschte Verschleißerscheinungen oder
Bauteilüberhitzungen im Aufdrückbereich der Wippenschiene.
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Anhand
der beigefügten Zeichnungen wird eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Spannschienenwippe näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
seitliche Ansicht einer erfindungsgemäßen Spannschienenwippe,
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2 eine
perspektivische Ansicht der Wippenschiene aus 1,
und
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3 eine
perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform
einer Wippenschiene.
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In 1 ist
eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Spannschienenwippe dargestellt, mit einer Spannschiene 1 und
einer Wippenschiene 2. Als weiteres Bauteil der Spannvorrichtung
ist oberhalb der Spannschiene 1 ein Kettenspanner 3 angeordnet.
Die Spannschiene 1 und die Wippenschiene 2 stehen
auf ihren dem Kettenspanner 3 abgewandten Unterseiten mit
einer nur schematisch dargestellten Antriebskette 4 in
Kontakt.
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An
dem dem Kettenspanner 3 abgewandten Ende der Spannschiene 1 ist
eine Lageröffnung 5 vorgesehen, über
die die Spannschiene 1 schwenkbar befestigt werden kann,
bzw. am Motorblock. Die Spannschiene 1 ist hier mit einer
Fachwerksstruktur aus Streben 6 zwischen der Oberseite
und Unterseite ausgebildet, um bei möglichst geringem Gewicht eine
hohe Steifigkeit zu erreichen. Auf der Oberseite der Spannschiene 1 ist
weiter ein Aufdrückabschnitt 7 vorgesehen, der
unterhalb des Kettenspanners 3 ange ordnet ist, um eine
Krafteinleitung durch den Kettenspanner 3 in die Spannschiene 1 zu
ermöglichen. Auf der Unterseite der Spannschiene 1 ist
weiter eine Gleitfläche 8 vorgesehen, die über
einen längeren Abschnitt der Unterseite mit der Antriebskette 4 in
Kontakt steht. Dabei kann die Gleitfläche 8 entweder
als Teil des Tragkörpers der Spannschiene 1 oder
durch die Oberfläche eines separaten Gleitbelagkörpers,
der an dem entsprechenden Tragkörper befestigt ist, ausgebildet
sein. Im Kontaktbereich zwischen der Spannschiene 1 und
der Wippenschiene 2 ist die Spannschiene 1 mit
einem Druckbereich 9 versehen, der den vom Kettenspanner
aufgebrachten Druck an die Wippenschiene 2 überträgt.
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Die
Wippenschiene 2 besitzt im Kontaktbereich zur Spannschiene 1 einen
Schutzkörper 10 mit einem Aufdrückbereich 11,
der mit dem Druckbereich 9 der Spannschiene 1 zur Übertragung
der Druckkraft von dem Kettenspanner 3 zusammenwirkt. Der Aufdrückbereich 11 ist
dabei als Verschleißschutzschicht ausgebildet. Der Schutzkörper 10 ist
durch Rastmittel 12 an dem Tragkörper 13 der
Wippenschiene 2 befestigt. An dem, dem Schutzkörper 10 gegenüberliegenden
Ende der Wippenschiene 2 ist eine Gelenköffnung 15 vorgesehen,
mittels der die Wippenschiene 2 drehbar befestigt sein
kann, z. B. am Motorblock. An der Unterseite der Wippenschiene 2 ist
ein Gleitbelagkörper 16 vorgesehen, mit einer Gleitfläche 17,
die mit der Antriebskette 4 in Kontakt steht. Der Gleitbelagkörper 16 ist
wiederum durch Rastmittel 18 an dem Tragkörper 13 befestigt.
Im Gegensatz zu der Spannschiene 1 ist die Wippenschiene 2 als
Vollkörper ohne Fachwerkstruktur ausgebildet und weist
lediglich eine Vertiefung 14 auf, die das Volumen und damit
auch die Notwendige Materialmenge der Wippenschiene 2 verringert.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht auf die Oberseite der Wippenschiene 2 aus 1.
In dieser Darstellung lässt sich deutlich erkennen, dass
der Schutzkörper 10 mit dem verschleißbeständigen
Aufdrückbereich 11 mithilfe von Rastmitteln 12 an
den Tragkörper 13 der Wippenschiene 2 aufgeklipst
ist. An der Unterseite der Wippenschiene 2 ist ein Teil des
Gleitbelagkörpers 16 zu erkennen, der durch Rastmittel 18 an
dem Tragkörper 13 befestigt ist. Dabei greifen
sowohl die Rastmittel 12 des Schutzkörpers 10 als
auch die Rastmittel 18 des Gleitbelagkörpers 16 im
Bereich der Vertiefung 14 in den Tragkörper 13 ein,
so dass sie nicht seitlich über die Wippenschiene 2 überstehen.
In der Vertiefung 14 ist an dem dem Schutzkörper
entgegen gesetzten Ende der Wippenschiene 2 weiter die
Gelenköffnung 15 vorgesehen, durch die die Wippenschiene 2 schwenkbar befestigt
werden kann.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform einer Wippenschiene 2 für
eine erfindungsgemäße Spannschienenwippe in einer
perspektivischen Seitenansicht. Diese Wippenschiene 2 ist
als ein einziges Spritzgießteil mit einer Fachwerkstruktur
hergestellt, bei der die Ober- und Unterseite der Wippenschiene 2 sich
durch Streben 6 aneinander abstützen. Die Gleitfläche 17 dieser
Wippenschiene 2 wird hier nicht durch einen Gleitbelagkörper 16 sondern direkt
von dem Tragkörper 13 ausgebildet. In Verlängerung
der Oberseite der Wippenschiene 2 ist ein Schutzkörper 10 mit
Aufdrückbereich 11 als Teil der Wippenschiene 2 vorgesehen.
Der Schutzkörper 10 wird bereits bei der Herstellung
der Wippenschiene 2 in den Tragkörper 13 eingespritzt
indem der Schutzkörper 10 vor dem Einspritzen
des Kunststoffmaterials in die Spritzgießform der Wippenschiene 2 eingelegt
ist. Da der Schutzkörper 10 relativ dünn
ist, braucht die Verschleißschutzschicht im Aufdrückbereich 11 nicht
als technische Schicht ausgebildet sein, sondern kann direkt auch
durch das Material des Schutzkörpers selbst gebildet werden.
An dem, dem Schutzkörper 10 entgegen gesetzten
Ende der Wippenschiene 2 ist auch hier wieder eine Gelenköffnung 15 vorgesehen.
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Im
Folgenden wird die Funktions- und Wirkungsweise der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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Der
Kettenspanner 3 drückt über den Aufdrückabschnitt 7 auf
die Spannschiene 1 und schwenkt die Spannschiene 1 um
einen in der Gelenköffnung 5 aufgenommenen Gelenkzapfen
entgegen der Uhrzeigerrichtung und drückt dabei die Spannschiene 1 gegen
die Antriebskette 4 um diese zu spannen. Bei der Schwenkbewegung
der Spannschiene 1 drückt der an der Unterseite
der Spannschiene angeordnete Druckbereich 9 auf den Aufdrückbereich 11 der
Wippenschiene. Durch den Druck auf den Aufdrückbereich 11 schwenkt
die Wippenschiene 2 um einen in der Gelenköffnung 15 aufgenommenen
Gelenkzapfen in Uhrzeigerrichtung und drückt über
die Gleitfläche 17 des Gleitbelagkörpers 16 auf
die Antriebskette 4.
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Durch
die gegenläufigen Bewegungen der Spannschiene 1 und
Wippenschiene 2 einer erfindungsgemäßen
Spannschienenwippe wird die Antriebskette 4 durch die Ausrückbewegung
des Kettenspanners 3 ausreichend gespannt, um eine produktions-
oder betriebsbedingte Längung der Antriebskette 4 zu
kompensieren. Trotz der verhältnismäßig
kurzen Baulängen der Spannschiene 1 und der Wippenschiene 2 wird
durch die entgegen gesetzte Bewegung der Schienen der Spannschienenwippe
eine ausreichende Längenkompensation die Antriebskette 4 erreicht.
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Eine
Spannschienenwippe ist in jedem herkömmlichen Kettentrieb,
insbesondere in einem Steuerkettentrieb eines Verbrennungsmotors,
anstelle einer herkömmlichen Spannschiene einsetzbar und
kann trotz des geringeren notwendigen Bauraums zur Aufnahme und
Funktion der Spannvorrichtung sowie einer versetzten Anordnung des
Kettenspanners 3 eine gleichwertige funktionelle Wirkung erzielen.
Dabei werden durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
der Spannschienenwippe die bislang auftretenden Verschleiß-
und Überhitzungsprobleme an dem Druckbereich 9 der
Spannschiene und dem Aufdrückbereich 11 der Wippenschiene
deutlich verbessert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 2431425
A1 [0003]
- - DE 3506010 A1 [0003]
- - DE 29602917 U1 [0003]