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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für
ein flexibles Antriebsmittel, insbesondere für eine Steuerkette
eines Verbrennungsmotors, mit einem Gehäuse, einem in einer
Kolbenbohrung des Gehäuses geführten Spannkolben
und einem außen an dem Gehäuse angeordneten Rastelement,
wobei der Spannkolben an dem in Spannrichtung vorderen Bereich des
Spannkolbens mit einem Rastprofil versehen ist und das Rastelement mindestens
einen in Spannrichtung über das Gehäuse vorstehenden
Federarm aufweist, der außerhalb des Gehäuses
in das Rastprofil des Spannkolbens eingreift.
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Derartige
kolbenbetätigte Spannvorrichtungen mit Rückhaltesystem
sind weit verbreitet und werden insbesondere bei Verbrennungsmotoren
eingesetzt. Das zugehörige Gehäuse bildet zusammen mit
einem hohlzylindrischen Spannkolben in der Kolbenbohrung des Gehäuses
einen Druckraum aus, der üblicherweise mit einem Hydraulikmittel
gefüllt ist und in dem eine Druckfeder angeordnet ist,
um den Spannkolben vorzuspannen. Oftmals weisen solche Spannvorrichtungen
Rückhaltesysteme in Form von Rastmechanismen auf, die für
den Spannkolben eine Blockier- und eine Durchrutschrichtung definieren, wodurch
ein Einfahren des Spannkolbens in das Gehäuse ab einem
bestimmten Anschlag verhindert, aber eine Nachstellung der Spannfunktion
ermöglicht wird. Eine derartige Spannvorrichtung ist aus
der
DE 100 14 700
A1 bekannt, wobei der Spannkolben mit einer Sägezahnprofilierung
versehen ist, in die durch ein Gehäusefenster ein Ratschenblock
eingreift. Der freie Arbeitsweg des Spannkolbens wird bei dieser Spannvorrichtung
durch die axiale Bewegung des Ratschenblocks in dem Gehäusefenster
definiert.
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Spannvorrichtungen
mit Rasteinrichtungen zur Begrenzung der Einfahrbewegung des Kolbens und
gleichzeitiger Definierung eines freien Arbeitswegs des Spannkolbens
sind weit verbreitet und haben sich im Einsatz gut bewährt.
Nachteilig ist bei diesen Spannvorrichtungen jedoch der komplexe Aufbau
der sowohl bei der individuellen Herstellung der Komponenten als
auch bei der Montage einen erhöhten Aufwand erfordert und
damit höhere Kosten impliziert.
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Eine
gattungsgemäße Spannvorrichtung ist aus der
US 5,989,129 bekannt. Dabei
weist der Spannkolben dieses Hydraulikspanners ein Sägezahnprofil
auf, in das zwei flexible Rastarme eines von außen auf
das Gehäuse aufgeklippsten Rastelements eingreifen.
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Zwischen
den einzelnen Vorsprüngen des Sägezahnprofils
sind größere Abstände vorgesehen, die
den freien Arbeitsweg des mit dem Rastelement verbundenen Kolbens
definieren und so eine axiale Bewegung des Spannkolbens gegenüber
dem Rastelement entlang des freien Arbeitswegs erlauben. Die starren
Abstufungen durch die einzelnen Vorsprünge des Sägezahnprofils
sowie deren Abstand zum Bereitstellen des freien Arbeitswegs bewirken bei
einem Einlaufen des Spannkolbens in die nächste Rastierung
des Sägezahnprofils eine schlagartige Erhöhung
der auf das flexible Antriebsmittel wirkenden Kräfte. Dadurch
verbleibt für den Spannkolben nur ein geringerer Einfahrweg
in die Kolbenbohrung, weshalb dann auch keine optimale Dämpfung
gegen Schläge und Schwingungen durch das Antriebsmittel zur
Verfügung steht. Die letzte Nut des Sägezahnprofils
ist als Stufennut ausgebildet zur Begrenzung der maximalen axialen
Ausfahrbewegung des Spannkolbens. Als nachteilig hat sich bei dieser
Spannvorrichtung folglich der durch die Abstände der einzelnen Vorsprünge
des Sägezahnprofils begrenzte Arbeitsbereich des Spannkolbens
herausgestellt. Weiter kommt es im Kontaktbereich zwischen den Rastarmen
und dem Sägezahnprofil des Spannkolbens durch die ständige
axiale Bewegung des Kolbens in und entgegen der Spannrichtung zu
einem Verschleiß der Komponenten der Rasteinrichtung, die deren
Funktion beeinträchtigen können.
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Angesichts
der Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Spannvorrichtungen
ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Funktionsweise
einer gattungsgemäßen Spannvorrichtung zu optimieren,
insbesondere ein ausreichendes Dämpfungsverhalten bei einer
sicheren Nachstellfunktion zu erreichen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass das Rastelement zum Begrenzen des freien Arbeitswegs zwischen
einem vorderen Anschlag und einem hinteren Anschlag in und entgegen der
Spannrichtung bewegbar außen auf dem Gehäuse angeordnet
ist.
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Das
auf dem Gehäuse angeordnete Rastelement ist in Richtung
der Achse des Spannkolbens, d. h. in und entgegen der Spannrichtung
des Kolbens bewegbar, wobei der vordere und hintere Anschlag die
axiale Bewegung des Rastelements begrenzen und über dessen
Positionierung gegenüber dem Rastprofil des Spannkolbens
den freien Arbeitsweg des Spannkolbens definieren. Das Rastelement
ist somit direkt an den beiden Hauptfunktionen des Rückhaltesystems,
Bereitstellen eines freien Arbeitswegs und Blockieren der Einfahrbewegung
des Kolbens, beteiligt. Darüber hinaus wird das Rastelement lediglich
von außen auf dem Gehäuse angeordnet. In dem Gehäuse
sind zur Aufnahme des Rastelements sowie zur Umsetzung der Funktionen
weder zusätzliche Öffnungen noch anderweitige
aufwändige Bearbeitungen notwendig. Da auch keine Interaktion
mit dem Gehäuse notwendig ist, kann das Rastelement gegebenenfalls
erst nach einem Zusammenbau der eigentlichen Spannvorrichtung angeordnet,
beispielsweise aufgeklippst, werden. Die einfache Konstruktion des
Gehäuses und das Fehlen einer aufwändigen Bearbeitung
zur Anordnung des Rastelements ermöglicht es, das Gehäuse
unabhängig von der späteren Anwendung herzustellen
und sowohl für Spannvorrichtung mit als auch ohne Rückhaltesystem
einzusetzen. Die eigentlichen Spannvorrichtungen können
so bereits abschließend montiert werden und je nach Bedarf
schnell mit einem Rastelement nachgerüstet werden, falls
der Kunde einen Spanner mit Rückhaltesystem wünscht.
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Für
eine gleichmäßige Verteilung der über das
Rastprofil auf den Spannkolben wirkenden Rastkräfte sowie
der bei einer zu starken Einfahrbewegung des Spannkolbens über
das Rastelement auf das Gehäuse zu übertragenen
Spannkräfte des Antriebs kann das Rastelement zwei in Spannrichtung über
das Gehäuse vorstehende Federarme aufweisen. Dabei können
für einen sicheren Eingriff in das Rastprofil des Spannkolbens
die Federarme mit radial einwärts gerichteten Rastnasen
ausgebildet sein.
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Bevorzugt
kann das Rastelement als bereichsweise offenes, flexibles Klippelement,
insbesondere aus Federstahl ausgebildet sein. Neben der einfachen
Herstellung dieses als Einzelteil konzipierten Rastelements ermöglicht
ein einseitig offenes, flexibles Klippelement, insbesondere in einer
ovalen oder omegaförmigen Kontur, eine sehr einfache Montage
durch Aufklippsen. Durch die flexible Ausbildung des Rastelements
insbesondere aus Federstahl werden mögliche Beschädigungen
des Rastelements sowie des Gehäuses beim Aufklippsen des Rastelements
vermieden. Die Anordnung des Rastelements um das Gehäuse
ermöglicht eine Übertragung der Spann- und Kolbenkräfte
im Rückhaltesystem mit nur geringen radialen Anteilen.
Diese seitenkräftearme oder -freie Übertragung
reduziert die Gefahr des Verkantens des Rastelements bei dessen axialer
Bewegung in und entgegen der Spannrichtung auf dem Gehäuse.
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In
einer weiteren Ausbildung der Spannvorrichtung ist eine Verdrehsicherung
vorgesehen. Die Verdrehsicherung bewirkt eine radiale Führung
des Rastelements auf dem Gehäuse und ermöglicht
so die optimale Anordnung der vorderen und hinteren Anschläge
zur Übertragung der Kräfte vom Rastelement ans
Gehäuse. Dabei kann für eine sichere Führung
des Rastelements die Verdrehsicherung ein am Rastelement in Spannrichtung vorstehenden
Steg aufweisen. Der achsparallel zur Kolbenachse verlaufende Steg
kann dabei mittels einer entsprechenden Führung am Gehäuse,
die beispielsweise durch den vordern und/oder hinteren Anschlag
ausgebildet sein können, radial geführt werden.
Weiter kann die Verdrehsicherung mindestens ein auf dem Gehäuse
in Längsrichtung angeordneten Führungsabschnitt
aufweisen, wodurch eine radiale Führung des Rastelements
ohne am Rastelement selbst vorgesehene Zusatzelemente oder andere
Material verbrauchende Formen ermöglicht wird. Bevorzugt
ist dieser Führungsabschnitt als einfacher abgeflachter
Abschnitt am Gehäuse ausgebildet, jedoch sind auch nach
außen vorstehende Stege oder Vertiefungen im Gehäuse
möglich. Zur Verbesserung der Verdrehsicherung sowie der
radialen Führung des Rastelements kann der in Längsrichtung
angeordnete Führungsabschnitt mit einem entsprechenden
komplementären Formabschnitt am Rastelement zusammenwirken.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der vordere
Anschlag mindestens einen Anschlagblock aufweist, und der Anschlagblock
angrenzend an der Stirnseite des Gehäuses gegenüber
dem Gehäuse radial vorspringt. Ein solcher spannseitiger Anschlagblock
ermöglicht trotz der einfachen Konstruktion eine sichere
Begrenzung der Vorwärtsbewegung des Rastelements auf dem
Gehäuse. Damit bildet der Anschlagblock in Verbindung mit
dem Rastelement auch die in Spannrichtung vordere Begrenzung des
freien Arbeitswegs des Spannkolbens aus. Zur Vermeidung einer übermäßigen
oder einseitigen Belastung des Anschlagblocks sowie zur Beschränkung
des diesbezüglichen Verschleißes kann der vordere
Anschlag zwei Anschlagblöcke, bevorzugt vier Anschlagblöcke
aufweisen. Zur Vereinfachung der Konstruktion und der geometrischen
Form kann der mindestens eine Anschlagblock auch den hinteren Anschlag
ausbilden. Alternativ ist auch eine Ausführung des hinteren
Anschlags mittels Vorsprüngen am Gehäusekörper
möglich, was jedoch einen erhöhten Materialeinsatz
erfordert.
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Eine
Modifikation der Spannvorrichtung sieht vor, dass das Gehäuse
einen Gehäuseschaft aufweist, auf dem das Rastelement bewegbar
angeordnet ist. Ein solcher Gehäuseschaft bietet eine einfache
Lösung das Rastelement sicher auf dem Gehäuse
anzuordnen und gleichzeitig eine gute Bewegbarkeit und Führung
des Rastelements zu realisieren. Der Gehäuseschaft kann
dabei rein konstruktiv ohne einen zusätzlichen Herstellungsaufwand
gegenüber dem restlichen mit Anschlusselementen versehenen Gehäusekörper
ausgebildet sein, wobei der Gehäuseschaft zur Reduzierung
der Länge des Federarms an dem in Spannrichtung vorderen
Bereich des Gehäuses angeordnet ist. Der Durchmesser des
Gehäuseschafts kann gegenüber der Hauptform des Gehäuses gleichbleiben
oder sich ändern. Eine Änderung des Durchmessers
gegenüber dem restlichen Gehäusekörper
kann dabei zur konstruktiven Ausbildung oder Unterstützung
der Anschläge verwendet werden.
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Eine
zweckmäßige Ausgestaltung der Spannvorrichtung
sieht vor, dass das Rastprofil auf dem Spannkolben als Sägezahnprofil,
bevorzugt als umlaufendes Sägezahnprofil ausgebildet ist.
Die Ausgestaltung des Rastprofils mit Sägezähnen
ermöglicht eine einfache und gleichzeitig sichere Lösung
in einer axialen Bewegungsrichtung (in Spannrichtung) ein Durchrutschen
des Spannkolbens gegenüber dem auf das Rastprofil wirkenden
Rastelement zu ermöglichen, während in der anderen
Richtung (entgegen der Spannrichtung) die Rastfunktion voll wirksam
ist und ein Einrücken des Kolbens in die Kolbenbohrung
des Gehäuses verhindert.
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Um
den Spannkolben sicher gegenüber dem Rastelement zu positionieren,
kann die an dem mindestens einen Federarm radial einwärts
gerichtete Rastnase den Bereich zwischen einer Rampe eines Sägezahns
und einer Anschlagsflanke eines vorhergehenden Sägezahns
des Sägezahnprofils in axialer Richtung ausfüllen.
Die formschlüssige Aufnahme der Rastnase zwischen den Sägezähnen
verhindert bzw. verringert eine relative Bewegung zwischen Rastelement
und Spannkolben und reduziert damit einen Verschleiß der
Rastnase sowie eine damit verbundene Verschlechterung der Rastwirkung.
Dabei kann die Rastnase entweder nur den Bereich des Umfangsabschnitts
des Sägezahnprofils zwischen einer Rampe und einer vorhergehenden
Anschlagsflanke ausfüllen oder mit einem dem Fuß der
Rampe entsprechenden zusätzlichen Abschnitt ausgebildet sein.
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Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Stirnseite einer an dem
mindestens einen Federarm radial einwärts gerichteten Rastnase
einen Radius zur Längsachse des Spannkolbens aufweist,
der größer als der Außenradius des Spannkolbens
ist. Der größere Radius der Rastnasen-Stirnseite
ermöglicht ein leichteres verhakungsfreies Überrutschen über
die Zahnspitzen des Sägezahnprofils, die den gleichen Durchmesser
bzw. Radius wie der Außenumfang des Spannkolbens aufweisen.
Bei einem kleineren Radius würden die seitlichen Spitzen
der Rastnase hinter den Zahnspitzen hängen bleiben, bzw.
der Federarm muss weiter radial nach Außen aufgebogen werden,
damit der Rastring bei einer Ausfahrbewegung des Spannkolbens ungehindert
in die nächste Stufe des Rastprofils überspringen
kann. Durch den größeren Radius der Rastnasen-Stirnseite
kann die Rastnase selbst breiter ausgebildet sein, so dass eine
größere Anschlagfläche zur Verfügung steht,
um die auftretenden Kräfte beim Abstoppen in der Einfahrbewegung
besser zu verteilen.
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Die
vorliegende Erfindung erstreckt sich weiter auf die Verwendung eines
Gehäuses für eine Spannvorrichtung mit einer Kolbenbohrung
und einem Bereich für ein von außen zwischen einem
vorderen Anschlag und einem hinteren Anschlag an dem Gehäuse
anordbaren Rastelement, in einer der oben beschriebenen Ausführungsformen
einer Spannvorrichtung für ein flexibles Antriebsmittel,
insbesondere in einem Kettenspanner für eine Steuerkette
eines Verbrennungsmotors.
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Des
Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines
Gehäuses für eine der oben beschriebenen Ausführungsformen
einer Spannvorrichtung, umfassend eine Kolbenbohrung und einen Bereich
für ein von außen zwischen einem vorderen Anschlag
und einem hinteren Anschlag an dem Gehäuse anordbaren Rastelement,
in einer Spannvorrichtung ohne ein von außen auf dem Gehäuse
angeordnetes Rastelement, wobei ein Spannkolben der Spannvorrichtung
mit oder ohne Rastprofil ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße
Ausgestaltung eines von außen bewegbar auf dem Gehäuse angeordneten
Rastelement, das mittels mindestens einem über das Gehäuse
vorstehenden Federarm in das Rastprofil des Spannkolbens eingreift
und diesen gegenüber dem Rastelement fixiert, ermöglicht
die Verwendung des zugehörigen Gehäuses in einer Produktserie
von Spannvorrichtungen mit und ohne Rückhaltesystem. Da
der Betrieb und die eigentliche Spannfunktion der Spannvorrichtung
durch das von außen auf dem Gehäuse angeordnete
Rastelement vollständig unbeeinflusst bleiben, wird eine
Nutzung der gleichen Bauteile, insbesondere des Gehäuses und
eventuell des Spannkolbens, in einer einfachen Spannvorrichtung
ohne Rückhaltesystem ermöglicht. Darüber
hinaus können Spannvorrichtungen mit einem zur äußeren
Anordnung des Rastelements ausgebildeten Gehäuse und einem
Spannkolben mit einem Rastprofil ohne ein entsprechendes Rastelement
funktions- und transportfähig vorgefertigt werden und lediglich
bei einem entsprechenden Bedarf bzw. für bestimmte Chargen
mit einem Rastelement nachgerüstet werden. Dadurch können
annähernd baugleiche Spannvorrichtungen mit und ohne Rückhaltesystem
bereitgestellt werden, wodurch sich Konstruktionskosten in der Motorentwicklung
und Umrüstkosten für besondere Motorvarianten
reduzieren lassen.
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Im
Folgenden wird der Aufbau und die Funktion einer erfindungsgemäßen
Spannvorrichtung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Spannvorrichtung mit Rückhaltesystem;
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2 eine
Explosionsdarstellung der Spannvorrichtung aus 1;
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3a eine
perspektivische Detailansicht des Rastelements aus 1 und 2;
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3b eine
Draufsicht des Rastelements aus 1 und 2;
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4a eine
Seitensicht auf das Rückhaltesystem der Spannvorrichtung
aus 1 in einem vollständig eingefahrenen
Zustand;
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4b eine
Seitensicht auf das Rückhaltesystem der Spannvorrichtung
aus 1 in einem vollständig ausgefahrenen
Zustand; und
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5a–5f Seitenansichten
der Bauteile des Rückhaltesystems aus 1 während
verschiedener Montageschritte.
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In 1 wird
eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung mit Rückhaltesystem
gezeigt, die als Kettenspanner für den Steuerkettentrieb
eines Verbrennungsmotors ausgebildet ist. Der Kettenspanner umfasst
ein Gehäuse 1 mit einem hohlzylindrischen Gehäusekörper 2,
in dem ein ebenfalls hohlzylindrischer Spannkolben 3 längsbeweglich
geführt ist. Der hohlzylindrische Gehäusekörper 2 und
der Spannkolben 3 bilden gemeinsam einen Druckraum aus,
der über ein Rückschlagventil mit einer Hydraulikeinrichtung
verbunden ist. Dabei ist der Spannkolben 3 üblicherweise
mit einer schraubenförmigen Druckfeder in axialer Richtung
vorgespannt und drückt in Richtung der Achse des Spannkolbens 3 gegen
eine nicht dargestellte Steuerkette eines Verbrennungsmotors. Zur
Entlüftung des Druckraums und zum Bereitstellen eines Leckagestroms
des Hydraulikmittels ist an der Stirnseite des Spannkolbens 3 eine
Entlüftungsbohrung 4 vorgesehen. Das Gehäuse 1 ist
als Flanschgehäuse ausgeführt mit seitlichen Montageflanschen 5 und
Bolzenlöchern 6 zur Befestigung des Kettenspanners
am Motorblock. Darüber hinaus ist auch eine Ausgestaltung
des Gehäuses 1 als Einschraubgehäuse
möglich, wobei dann der zylindrische Gehäusekörper 2 mit
einem Außengewinde versehen ist. An dem in Spannrichtung
vorderen Ende des Gehäuses 1 ist weiter eine Transportsicherung 7 vorgesehen,
bestehend aus zwei Sicherungslaschen 8 mit Sicherungsösen 9 und einem
entfernbaren Sicherungsbolzen 10, der zur Fixierung des
Spannkolbens 3 in der Transportstellung mit einem Sicherungsvorsprung 11 am
Spannkolben zusammenwirkt und den Spannkolben in einer vollständig
eingeschobenen Stellung im Gehäuse 1 hält. Dabei
ist der in den Sicherungsösen 9 geführte
und gehaltene Sicherungsbolzen 10 oberhalb des Sicherungsvorsprungs
so gegenüber dem Spannkolben 3 angeordnet, dass
der Sicherungsbolzen 10 sich mit dem Sicherungsvorsprung 11 überdeckt.
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An
dem in Spannrichtung vorderen Ende des Gehäuses 1 ist
ein Gehäuseschaft 12 vorgesehen, auf dem das Rastelement 16 axial
beweglich angeordnet ist. Der Gehäuseschaft 12 weist
gegenüber dem Rest des sich anschließenden Gehäusekörper 2 im
Wesentlichen die gleiche Form und Durchmesser auf. Der Gehäuseschaft 12 kann
ebenso wie der restliche Gehäusekörper 2 oval
oder exzentrisch ausgebildet sein, um ein entsprechend geformtes
Rastelement aufzunehmen. Dabei kann sowohl der Gehäuseschaft 12 als
auch der Gehäusekörper 2 versetzt zur
Achse des Spannkolbens 3 ausgebildet sein. Angrenzend an
die Stirnseite 13 des Gehäuses 1 sind Anschlagblöcke 14 vorgesehen,
die gegenüber der Mantelfläche des Gehäuseschafts 12 radial
vorstehen.
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Auf
dem Gehäuseschaft 12 ist axial beweglich das Rastelement 16 angeordnet.
Das Rastelement 16 besteht aus einem einseitig offenen
Klippelement 17, einem Führungssteg 18 und
zwei Federarmen 19. An dem offenen Ende des Klippelements 17 sind
nach außen gebogene Montagespitzen 20 vorgesehen.
Der Führungssteg 18 erstreckt sich mittig vom
Klippelement 17, d. h. gegenüberliegend der Öffnung
des Klippelements 17, achsparallel zur Längsachse
und in Spannrichtung des Spannkolbens 3. Dabei wird der
Führungssteg 18 durch eine Führungsöffnung 21 zwischen
den beiden der Transportsicherung 7 gegenüberliegenden
Anschlagblöcken 14 radial geführt. Die
um 90° zum Führungssteg 18 versetzt am
Klippelement 17 angeordneten Federarme 19 stehen
ebenfalls in Spannrichtung des Spannkolbens 3 vom Klippelement 17 ab,
wobei sie zur Verbesserung der Federfunktion zunächst konvex
nach außen gebogen sind, bevor sie oberhalb der Stirnseite 13 des
Gehäuses 1 wieder in Richtung auf den Spannkolben 3 verlaufen.
Darüber hinaus ermöglichen die nach außen
gebogenen Federarme 19 den Eingriff eines Werkzeuges zwischen
dem konvexen Abschnitt des Federarms 19 und dem Gehäuseschaft 12 bzw.
dem Spannkolben 3, um der Vorspannung der Federarme 19 entgegen
zu wirken und ein Lösen des Rastelements 16 zu
ermöglichen. Im Bereich des in den Spannkolben 3 eingreifenden
Bereichs des Federarms 19 verbreitert sich der Federarm 19 zu
bogenförmigen, radial zum Spannkolben 3 stehenden
Rastnasen 22.
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Die
bogenförmigen Rastnasen 22 des Rastelements 16 sind
durch die konvex gebogenen Federarme 19 gegenüber
dem Rastprofil 23 des Spannkolbens 3 vorgespannt.
Das Rastprofil 23 ist wie in der Explosionsdarstellung
des Kettenspanners in 2 gezeigt, an dem in Spannrichtung
vorderen Ende des Spannkolbens 3 ausgebildet, beginnend direkt
unterhalb des Sicherungsvorsprungs 11. Das Rastprofil 23 ist
als Sägezahnprofil ausgebildet und besteht aus einer Reihe
von untereinander angeordneten um den zylindrischen Spannkolben 3 herum laufenden
Sägezähnen 24. Die Sägezähne 24 weisen
auf der der spannungsseitigen Stirnseite des Spannkolbens 3 zugewandten
Seite eine geneigte Rampe 25 auf, die bei einer Ausrückbewegung
des Spannkolbens 3 ein Aufspreizen der über die
Rastnasen 22 am Rastprofil 23 anliegenden Federarme 19 in
radialer Richtung bewirkt und einem Überrutschen der Rastnasen 22 über
den Sägezahn 24 in die nächste Zahnlücke 26 ermöglicht.
Auf der der Stirnseite des Spannkolbens 3 abgewandten Seite
der Sägezähne ist eine im Wesentlichen senkrecht
zur Kolbenachse verlaufende Anschlagflanke 27 vorgesehen,
die bei einer Einrückbewegung des Spannkolbens 3 in
die Gehäusebohrung 28 des Gehäuses 1 ein
Durchrutschen des Spannkolbens 3 gegenüber dem
Rastelement 16 verhindert.
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In
der vergrößerten Darstellung des Rastelements 16 in 3a und 3b ist
die einseitige Öffnung des Klippelements 17 deutlich
erkennbar. Die Öffnung bildet sich auf der dem Führungssteg 18 gegenüberliegenden
Seite zwischen den beiden Montagespitzen 20 aus, wobei
die nach außen gebogenen Montagespitzen 20 die Öffnung
zum Aufklippsen des Klippelements 17 auf den Gehäuseschaft 12 verbreitern,
um eine leichte, beschädigungsfreie Montage zu ermöglichen.
Die nach innen gerichteten bogenförmigen Rastnasen 22 weisen
auf ihrer Innenseite eine radial verlaufende Stirnseite 29 auf,
wobei die Krümmung der Stirnseite 29 mindestens
dem Radius des Spannkolbens 3 im Bereich der Zahnspitzen
entspricht, d. h. üblicherweise der Außenradius
des Spannkolbens 3 im Bereich ohne Rastprofil 23.
Die Höhe der Stirnseite 29 entspricht im Wesentlichen der
Länge der Zahnlücke 26 zwischen Anschlagflanke 27 und
Rampe 25 zweier angrenzender Sägezähne 24.
Zur Verbesserung des Durchrutschverhaltens des Spannkolbens 3 gegenüber
dem Rastelement 16 kann, wie in 3b gezeigt,
der Radius der Stirnseite 29 größer als
der Außenradius des Spannkolbens 3 bzw. der Zahnspitzen
der Sägezähne 24 sein. Dadurch verschiebt
sich der Mittelpunkt der bogenförmigen Rastnasen 22 gegenüber
dem Mittelpunkt M des Spannkolbens 3 nach Außen
in eine exzentrische Lage, sowohl im eingerasteten Zustand als auch
beim Durchrutschen.
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Im
Bereich der Federarme 19 weist das Klippelement 17 tangential
verlaufende Formabschnitte 30 auf. Diese abgeflachten Formabschnitte 30 unterstützen
in Verbindung mit entsprechend abgeflachten axial verlaufenden Führungsabschnitten 31 die
radiale Verdrehsicherung des Rastelements 16 durch den
Führungssteg 18. Wie in 3b zu
sehen, ergibt sich durch die nach außen gebogenen Montagespitzen 20 und
die abgeflachten Formabschnitte 30 eine ovale Grundform
des Klippelements 17. Je nach Anordnung und Form der am
Klippelement 17 vorgesehenen Komponenten des Rastelements 16 sind
auch andere Grundformen möglich. Die beiden Federarme 19 und
damit auch die daran befestigten Rastnasen 22 sind auf
gegenüberliegen Seiten des Spannkolbens 3 angeordnet,
um so eine möglichst kippfreie Kraftübertragung
auf das Rastelement 16 und eine verkantungsfreie Bewegung
des Rastelements 16 auf dem Gehäuse 1 zu
realisieren. Bei einer größeren Anzahl von Federarmen 19 bzw.
Rastnasen 22 sind diese gleichmäßig um
den Umfang des Spannkolbens 3 verteilt.
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Im
Folgenden wird die Funktionsweise der dargestellten erfindungsgemäßen
Spannvorrichtung anhand der
näher
erläutert. Bei der in 4a gezeigten
Einfahrbewegung E des Spannkolbens 3 in die Kolbenbohrung 28 des
Gehäuses 1 wird die Einfahrbewegung durch ein
Aufliegen der Rastnasen 22 an der Stirnseite 13 des
Gehäuses 1 begrenzt. Dabei entstehen in den Rastnasen 22 hauptsächlich Scherkräfte,
die zwischen der Anschlagflanke 27 des Sägezahns 24 und
der Stirnseite 13 des Gehäuses 1 verlaufen.
Je enger die Scherflächen in axialer Richtung zueinander
angeordnet sind, desto geringer ist der Anteil der Biegekräfte
in den Rastnasen 22 und damit die mechanische Belastung
des Rastelements 16. Die Stirnseite 13 bildet
so den hinteren Anschlag des Rückhaltesystems aus und verhindert
die weitere axiale Bewegung des Rastelements 16 entgegen der
Spannrichtung und über die mittels ihrer Rastnasen 22 in
das Rastprofil 23 des Spannkolbens 3 eingreifenden
Federarme 19 auch eine weitere Einrückbewegung
des Spannkolbens 3.
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In 4a liegen
die an den Federarmen 19 radial einwärts gerichteten
Rastnasen 22 in der ersten Zahnlücke 26 des
Spannkolbens 3 an, wobei für einen sicheren Eingriff
die Kontur der Stirnseite 29 der Rastnasen 22 der
Form der Zahnlücke 26 angepasst ist. Die erste
Zahnlücke 26 des Rastprofils 23 wird
hier zwischen der Anschlagflanke 27 des Sicherungsvorsprungs 11 und
der Rampe 25 des ersten Sägezahns 24 des
Rastprofils 23 gebildet. Durch die Blockierung der weiteren
Einrückbewegung des Spannkolbens 3 wird bei einer
nicht ausreichenden Dämpfung des Spannkolbens 3 durch
das im Druckraum vorgesehene Hydraulikmittel, beispielsweise bei
einem Druckabfall im Hydrauliksystem oder direkt nach dem Start
des Verbrennungsmotors, eine minimale Spannung der Steuerkette aufrecht
erhalten, so dass ein sogenanntes Startklappern oder ein Überspringen
der Steuerkette verhindert wird.
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Neben
der radialen Führung durch den Führungssteg 18,
der in der Führungsöffnung 21 zwischen
den Anschlagblöcken 14 in axialer Richtung geführt
ist, wird die radiale Verdrehsicherung des Rastelements 16 durch
die flache Ausgestaltung der Führungsabschnitte 31 am
Gehäuseschaft 12 und den damit zusammenwirkenden
Formabschnitten 30 am Ringelement 17 auf Höhe
der Federarme 19 unterstützt.
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In 4b wird
das Rückhaltesystem der erfindungsgemäßen
Spannvorrichtung im vorgeschobenen Zustand gezeigt, wobei die in
Spannrichtung obere Kante des Klippelements 17 an den der
Stirnseite 13 abgewandten Anschlagflächen 15 der
Anschlagblöcke 14 anliegt. Dieser vordere Anschlag des
Rastelements 16 wird durch ein gleichzeitiges Anliegen
der Führungsspitzen 20 an den der Stirnseite 13 abgewandten
Flächen der Sicherungslaschen 8, die ebenso wie
die Anschlagblöcke 14 angrenzend an die Stirnseite 13 des
Gehäuses 1 radial vorspringen, unterstützt.
Die durch die Vorspannung der Federarme 19 in der ersten
Zahnlücke 26 fixierten Rastnasen 22 halten
den Spannkolben 3 bei einer die Vorspannkraft der Federarme 19 nicht überschreitenden Ausrückkraft
zur Spannung des Spannkolbens 3, bzw. zur Spannung der
Steuerkette, in der durch die Stirnseiten 29 der Rastnasen 22 in
den Zahnlücken 26 definierten Position zum Rastelement 16.
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Diese
Position markiert die obere Grenze des freien Arbeitswegs A, in
dem sich der Spannkolben 3 unter normalen Betriebsbedingungen
frei bewegen kann, ohne dass sich der Spannkolben 3 relativ
zum Rastelement 16 bewegt. Lediglich kleinere Relativbewegungen
im Rahmen üblicher Toleranzen können zwischen
dem Rastelement 16 und dem Spannkolben 3 auftreten.
Die untere Grenze des freien Arbeitswegs A wird durch das Anliegen
des Rastelements 16 an der Stirnseite 13 bzw.
einem anderen hinteren Anschlag des Rückhaltesystems definiert.
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Sobald
sich bei dem in 4b gezeigten Anliegen des Rastelements 16 am
vorderen Anschlag, d. h. an den Anschlagblöcken 14,
die auf den Spannkolben 3 wirkende Spannkraft die Federkraft
der Federarme 19 überschreitet, beispielsweise
durch eine verschleißbedingte Längung der Steuerkette,
fährt der Spannkolben 3 weiter aus der Kolbenbohrung 28 aus,
wobei sich die Rastnasen 22 aus den Zahnlücken 26 lösen
und entlang der Rampe 25 auf dem Spannkolben 3 entgegen
der Spannrichtung S rutschen. Durch den steigenden Durchmesser der Rampe 25 erhöht
sich entsprechend die von den Federarmen 19 über
die Rastnasen 22 auf den Spannkolben 3 wirkende
Vorspannung. Ist der Überschuss der Spannkraft des Spannkolbens 3 nicht
ausreichend die entlang der Rampe 25 der Sägezähne 24 steigende
Vorspannung zu überwinden, wird das Rastelement 16 bei
der nächsten Einfahrbewegung des Spannkolbens 3 wieder
in seine Ausgangsposition gegenüber dem Spannkolben 3 zurückgeschoben.
Diese relative Bewegung zwischen dem Rastelement 16 und
dem Spannkolben 3, bzw. eine Bewegung des Rastelements 16 nur
im oberen Bereich des freien Arbeitswegs A wiederholt sich so lange, bis
der Überschuss zwischen Spannkraft und Vorspannung durch
die Federarme 19 ausreicht die Rastnasen 22 über
die gesamte Rampe 25 des Sägezahns 24 bis
in die nächste Zahnlücke 26 gleiten zu
lassen. Anschließend kann sich das Rastelement 16 zusammen
mit dem durch die Federarme 19 in der nächsten
Zahnlücke 26 fixierten Spannkolben 3 wieder
entlang des gesamten freien Arbeitswegs A bewegen.
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Nachfolgend
wird anhand der 5a bis 5f der
Zusammenbau des Rückhaltesystems einer erfindungsgemäßen
Spannvorrichtung sowie einer zusätzlichen Transportsicherung
im Detail erläutert. Dabei zeigt die 5a das
Gehäuse 1 der Spannvorrichtung, bei der an der
Stirnseite 13 die Sicherungslaschen 8 und die
Anschlagblöcke 14 angeordnet sind. Unterhalb der
Stirnseite 13 bzw. der Sicherungslaschen 8 und
der Anschlagblöcke 14 erstreckt sich der Gehäuseschaft 12.
Zu Beginn der Montage wird wie in 5b gezeigt,
der Spannkolben 3 zumeist gegen die Spannkraft einer in
der Gehäusebohrung 28 des Gehäuses 1 angeordneten Druckfeder
vollständig in die Kolbenbohrung 28 eingeführt.
Dabei verbleibt lediglich der Sicherungsvorsprung 11 am
Spannende des Spannkolbens 3 oberhalb der Stirnseite 13 außerhalb
des Gehäuses 1. 5c zeigt
als nächsten Montageschritt das seitliche Aufschieben des
Rastelements 16, wobei die nach außen gebogenen
Montagespitzen 20 das Klippelement 17 leicht über
den Gehäuseschaft 12 aufschieben lassen. Die Rastnasen 22 kommen
dabei oberhalb des vollständig eingefahrenen Spannkolbens 3 zu
liegen, während der Führungssteg 18 in der
Führungsöffnung 21 zwischen den beiden
seitlich vorstehenden Anschlagblöcken 14 positioniert
ist. Danach wird die von außen auf den Spannkolben 3 einwirkende
Kraft verringert oder vollständig gelöst, so dass
sich der Spannkolben 3 durch die Vorspannung der Druckfeder
aus der Kolbenbohrung 28 heraus bewegt, bis, wie in 5d gezeigt,
die Rastnasen 22 des Rastelements 16 über
den Sicherungsvorsprung 11 hinweg in die erste Zahnlücke 26 des Rastprofils 23 eingreifen.
Gegebenenfalls kann die Ausfahrbewegung des Spannkolbens 3 durch
ein über den Druckraum zwischen Spannkolben 3 und Kolbenbohrung 28 aufgebrachten
zusätzlichen Kraft, beispielsweise mittels eines Hydraulikmittels,
unterstützt werden. Im nächsten Montageschritt, 5e, wird
der Spannkolben 3 wieder durch eine von Außen aufgeprägte
Kraft in die Kolbenbohrung 28 hinein bewegt. Bei dieser
Bewegung bewegt sich auch das über die Rastnasen 22 mit
dem Rastprofil 23 gekoppelte Rastelement 16 auf
dem Gehäuseschaft 12 des Gehäuses 1.
Die Einfahrbewegung des Spannkolbens 3 wird in diesem Montageschritt
durch den Anschlag der Rastnasen 22 auf der Stirnseite 13 des Gehäuses 1 begrenzt.
Abschließend wird, wie in 5f dargestellt,
die Position des Spannkolbens 3 in der Gehäusebohrung 28 und
die zugehörige Position des Rastelements 16 auf
dem Gehäuseschaft 12 durch den Sicherungsbolzen 10 fixiert,
der durch die Sicherungshülsen 9 der zwei Sicherungslaschen 8 hindurchgeführt
wird, um mittels der Überdeckung mit dem Sicherungsvorsprung 11 am
Spannkolben 3 den Spannkolben 3 und das daran
befindliche Rastelement 16 in ihrer (Transport-)Position
zu sichern.
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Durch
die bewegbare Anordnung des Rastelements 16 auf dem Gehäuseschaft 12,
bzw. dem Gehäuse 1 selbst, in Verbindung mit der
Verdrehsicherung durch den Führungssteg 18 und
die Führungsabschnitte 31 auf den Gehäuseschaft 12 stehen
im freien Arbeitsweg A der Spannbewegung S und der Einfahrbewegung
E des Spannkolbens 3 keine Klemm- oder Reibungskräfte
des Rückhaltesystems entgegen. Die erfindungsgemäße
Spannvorrichtung mit Rückhaltesystem ermöglicht
somit über den freien Arbeitsweg A eine annähernd
widerstandsfreie Bewegung des Spannkolbens 3 in der Kolbenbohrung 28 des
Gehäuses 1, wodurch ein Spannverhalten entsprechend
herkömmlicher Spannvorrichtungen ohne Rückhaltesystem
ermöglicht wird. Darüber hinaus ermöglicht
die erfindungsgemäße Spannvorrichtung über
die Vorspannung der Federarme 19 und die relativ schmalen
Stirnseiten 29 der Rastnasen 22 eine verhältnismäßig
enge Anordnung der Sägezähne 24 auf dem
Rastprofit 23 und dadurch eine einfache, auf die Anforderung
des Rückhaltesystems gut einstellbare, verschleißarme Rasteinrichtung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10014700
A1 [0002]
- - US 5989129 [0004]
