DE102010032631A1

DE102010032631A1 - Mechanischer Zugmitteltrieb mit mehreren Rastbahnen, die zueinander einen Rastversatz aufweisen sowie mechanischer Rastklinkenspanner

Info

Publication number: DE102010032631A1
Application number: DE201010032631
Authority: DE
Inventors: Christopher Krawietz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2012-02-02
Also published as: WO2012013381A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zugmitteltrieb mit einer Spannvorrichtung (1) mit einem Gehäuse (2), in dem ein ausfahrbarer Spannkolben (4) beweglich angeordnet ist und in Anlage mit einer Spanschiene, über die ein Zugmittel geführt ist, gelangbar ist, wobei eine Rastklinke (16) schwenkbar an dem Gehäuse (2) angeordnet ist und zumindest einen Klinkenzahn (17) aufweist, der in Formschluss mit Rastzähnen (13) einer auf der Oberfläche des Spannkolbens (4) ausgebildeten Rastbahn (12) bringbar ist, wobei zumindest zwei Rastbahnen (12) mit zueinander versetzten Rastzähnen (13) parallel zueinander auf der Oberfläche des Spannkolbens (4) vorhanden sind und mehrere Rastklinken (16) so angeordnet sind, dass bei entsprechender Stellung des Spannkolbens (4) relativ zum Gehäuse (2) in jede Rastbahn (12) ein Klinkenzahn (17) einer Rastklinke (16) in Formschluss bringbar ist.

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Zugmitteltrieb mit einer Spannvorrichtung mit einem Gehäuse, in dem ein ausfahrbarer Spannkolben beweglich angeordnet ist und in Anlage mit einer Spannschiene, über die ein Zugmittel geführt ist, gelangbar ist, wobei eine Rastklinke schwenkbar an dem Gehäuse angeordnet ist und zumindest einen Klinkenzahn aufweist, der in Formschluss mit Rastzähnen einer auf der Oberfläche des Spannkolbens ausgebildeten Rastbahn bringbar ist.
Solche Zugmitteltriebe werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Diese Kraftfahrzeuge weisen dabei Verbrennungskraftmaschinen auf, an denen der Zugmitteltrieb, etwa als Steuertrieb, eingesetzt ist. Solche Steuertriebe werden dann bei Pkws oder Lkws verwendet, aber auch in anderen Wasser-, luft- oder schienengebundenen Fahrzeugen. Auch ist ein Einsatz in Motorkrafträdern häufig.
Der Zugmitteltrieb weist in der Regel ein Zugmittel auf, das als Kette oder Riemen ausgebildet ist. Das Zugmittel gleitet dabei über die Spannschiene, welche das Zugmittel spannend auslenkt. Die Kraft zum Auslenken der Spannschiene wird dabei entweder durch ein hydraulisches Element, oder ein mechanisches Element, wie eine Feder, erzeugt.
Nach dem hydraulischen Prinzip arbeitende Spanner, also Zugmitteltriebe mit hydraulisch ausfahrbaren Spannkolben, weisen in der Regel den Nachteil auf, dass sie eine Fremdölversorgung benötigen, um den entsprechenden Druck im hydraulischen Spannkolben zur Verfügung zu stellen. Dazu muss eine Ölpumpe verwendet werden, die in einen Ölkreislauf eingebunden ist. Dabei wird häufig das im Motor enthaltene Motoröl verwendet. Durch das Vorhalten einer Pumpleistung für solch hydraulisch wirkende Zugmitteltriebe, wird jedoch die Gesamtleistung der Verbrennungskraftmaschine verringert. Dies ist nicht wünschenswert.
Spannvorrichtungen sind aber in Zugmitteltrieben zu verzichten, da diese notwendig, um einen Ausgleich einer verschleißbedingten Längung des Zugmittels zu ermöglichen. Wird diese Längung nicht ausgeglichen, so kann es sein, dass sich die durch das Zugmittel miteinander in Wirkkontakt stehenden Wellen, etwa Nockenwellen, Ausgleichswellen und Wellen von Nebenaggregaten, relativ zueinander verstellen. Dies wiederum hat dann gravierende Folgen, die bis zu einem Totalausfall der Verbrennungskraftmaschine führen können.
Aus diesem Grund werden häufig mechanische Spannvorrichtungen eingesetzt, also solche Spannvorrichtungen, bei denen mit mechanischen Mitteln das Ausfahren des Spannkolbens zum Spannen des Zugmittels durch Auslenkung der Spannschiene erreicht wird.
Bekannte Zugmitteltriebe mit mechanischen Spannvorrichtungen sind etwa aus der EP 0869298 B1 bekannt. Dort wird ein Schraubtriebspanner verwendet, der einen Spannkolben aufweist, der mittels einer Drehfeder und einem auf der Außenseite des Spannkolbens vorhandenen Gewinde, das in Eingriff mit einem Innengewinde des Gehäuses steht, ausgefahren wird. Über die Selbsthemmkräfte des Außengewindes des Spannkolbens beim Zusammenwirken mit dem Innengewinde eines Gehäuses, wird ein Wiedereinfahren des Spannkolbens verhindert. Allerdings hat diese Lösung den Nachteil, dass sie einen hohen Bauteilaufwand hervorruft und sich die Montage schwierig gestaltet.
Eine Lösung, die mit weniger Präzisionsteilen auskommt ist aus der EP 0409460 B1 bekannt. Dort ist wiederum eine mechanische Spannvorrichtung bekannt, die nach dem Prinzip eines mechanischen Sperrklinkenspanners arbeitet. Bei dieser Lösung, ist auf der Außenseite des Spannkolbens eine Rastbahn vorgehalten, in die eine Rastklinke formschlüssig eingreifen kann. Die Rastklinke selber ist durch eine Feder vorgespannt. Wird der Spannkolben durch eine zwischen ihm und einer mit dem Gehäuse verbundenen Abschlussplatte befindlichen Feder herausgedrückt, so wird dadurch auch der Formschluss zwischen Klinkenzähnen der Rastklinke mit Rastzähnen der Rastbahn unterbrochen, bis der Spannkolben weit genug ausgefahren ist, und eine entsprechende Längung des Zugmittels, bspw. beim Kaltstart, ausgeglichen hat. Ab dem Augenblick drückt eine weitere Feder wiederum die Rastklinke um einen Drehpunkt, so dass die Klinkenzähne der Rastklinke in Formschluss mit den Rastzähnen auf der Oberfläche des Spannkolbens, also der Rastbahn, gelangen. Ein Wiedereinfahren des Spannkolbens in Richtung der Abstützplatte wird dadurch verhindert.
Diese mechanische Sperrklinkenspannvorrichtungslösung hat jedoch den Nachteil, dass nur eine relativ grobe stufenweise Nachstellung möglich ist. Um eine feinere Abstimmung der Rastierrampen zu erreichen, ist es zwar möglich, die Klinkenhöhe und Breite, und entsprechend auch die Höhe der Rastzähne und deren Breite, zu verkleinern, wobei dies jedoch Nachteile bei der dann möglichen maximal ertragbaren Spannerabstützkraft hervorruft. Je kleiner die Rastzähne gewählt werden, desto weniger Kraft lässt sich nämlich vom Spannkolben auf die Rastklinke übertragen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung mit einfachen Mitteln einen kostengünstigen Zugmitteltrieb zu erreichen, der wirkungsvoll ein Wiedereinfahren des Spannkolbens verhindert und die Leistung der Verbrennungskraftmaschine nicht mindert.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest zwei Rastbahnen mit zueinander versetzten Rastzähnen parallel zueinander auf der Oberfläche des Spannkolbens vorhanden sind und mehrere Rastklinken so angeordnet sind, dass bei entsprechender Stellung des Spannkolbens relativ zum Gehäuse in jede Rastbahn ein Klinkenzahn einer Rastklinke in Formschluss bringbar ist.
Auf diese Weise wird eine nahezu stufenlose Spannvorrichtung im Rahmendes Zugmitteltriebes realisiert, was zu Funktions- und Kostenvorteilen führt.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher. erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn zwei Rastbahnen und zwei Rastklinken oder drei Rastbahnen und drei Rastklinken vorhanden sind. Werden genauso viele Rastklinken wie Rastbahnen verwendet, so kann jeweils eine Rastklinke mit einer jeweiligen Rastbahn zusammenwirken und durch das jeweilige Versetzen einer Rastbahn zur anderen eine besonders feine Abstufung erreicht werden, die dann nahezu stufenlos wirkt.
Wenn die Rastklinken um eine gemeinsame Achse schwenkbar und längsunverschieblich am Gehäuse gelagert sind, so wird die Montage auch vereinfacht, da nur ein gemeinsamer Bolzen die Lagerung der Rastklinken relativ zum Gehäuse präzise sicherstellen kann.
Auch ist es von Vorteil, wenn eine zwischen zwei äußeren Rastbahnen befindliche mittlere Rastbahn vorhanden ist, deren Breite a doppelt so groß ist wie die Breite b der jeweiligen äußeren Rastbahn. Auf diese Weise wird über die zwei äußeren Rastbahnen in Summe dieselbe Kraft übertragbar, wie über die dazwischen befindliche Rastbahn.
Wenn eine Rastbahn zu der ihr benachbarten Rastbahn um einen halben Zahn versetzt ist, so ist nur ein kleiner Betrag beim Wiedereinfahren des Spannkolbens zu verzeichnen. Je mehr Rastbahnen verwendet werden, desto kleiner kann der jeweilige Versatz zwischen den Rastbahnen gewählt werden. Werden bspw. fünf Rastbahnen nebeneinander angeordnet, so kann jede Rastbahn zur nächsten um eine fünftel Zahnbreite versetzt sein. Die Anzahl der Rastbahnen ist durch die zur Verfügung stehende Oberfläche und durch die minimale Zahnbreite festgelegt.
Wenn zwischen den Rastklinken und dem Gehäuse ein die Rastklinken in Richtung der Rastbahnen vorspannendes Federelement angeordnet ist, so wird es möglich, die Rastklinken in Vorspannung und in Anlage mit den Rastbahnen zu halten. Der dabei entstehende Formschluss wird lediglich beim Ausfahren des Spannkolbens aus dem Gehäuse kurzzeitig aufgelöst.
Um jede Rastklinke einzeln vorspannen zu können, ist es von Vorteil, wenn das als Federblech gefertigte Federelement voneinander getrennte Segmente aufweist, die unabhängig voneinander die einzelnen Rastklinken vorspannen. Gerade ein Ausfertigen des Federelementes aus Federblech, etwa als Blechbiegeteil, vermindert die Kosten eines erfindungsgemäßen Zugmitteltriebes und einer erfindungsgemäßen mechanischen Spannvorrichtung erheblich.
Eine Montage wird auch erleichtert, wenn sich eine Druckfeder einerseits auf der der Spannschiene abgewandten Seite des Spannkolbens abstützt und andererseits direkt oder indirekt am Gehäuse abstützt. Auf diese Weise wird auch die Ausfahrbarkeit des Spannkolbens zum Ausgleich von verschleißbedingten Längungen des Zugmittels sichergestellt.
Wenn sich die Druckfeder andererseits an einer in eine Öffnung des Gehäuses, in der der Spannkolben angeordnet ist, eingebrachte Verschlussschraube abstützt, so wird die Montage weiter erleichtert. Erst wenn das Gehäuse und der Spannkolben in Position im Inneren der Verbrennungskraftmaschine gebracht wurde, kann zu diesem späten Zeitpunkt die Druckfeder eingebracht werden und der Spannkolben über die Druckfeder durch das Einschrauben der Verschlussschraube vorgespannt werden.
Ein „resetten” des Zugmitteltriebes und der darin integrierten mechanischen Spannvorrichtung, wird dann möglich, wenn die Verschlussschraube einen größeren Außengewindedurchmesser aufweist, als der Außendurchmesser der Druckfeder. Dadurch wird auch eine Entnahme der Druckfeder aus der Öffnung, in der die Verschlussschraube sitzt, aus dem Inneren des Gehäuses möglich. Wird die Federkraft, welche über das Federelement auf die Rastklinken wirkt, bspw. mittels eines Werkzeugeingriffs unterbrochen, so fährt der Spannkolben, welcher auch als Rastierkolben bezeichnet werden kann, bei entsprechender Kraftbeaufschlagung wieder in das Innere des Gehäuses ein. Bei einem Zugmittelwechsel, kann somit wieder in die Ausgangsposition des Spannkolbens zurückgekehrt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert. So zeigt:
1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung in perspektivischer Ansicht,
2 einen Ausschnitt von der Oberfläche des in der Spannvorrichtung aus 1 verwendeten Spannkolbens,
3 ein Detail des Zusammenwirkens zweier Rastklinken aus 1 mit zwei Rastbahnen,
4 eine perspektivische Ansicht eines in der Ausführungsform gemäß 1 verwendeten Federelementes und
5 eine weitere perspektivische Ansicht des Federelementes aus 4.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung.
In der 1 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1 dargestellt. Die Spannvorrichtung 1 ist Teil eines erfindungsgemäßen Zugmitteltriebes.
Die Spannvorrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 auf. Das Gehäuse 2 formt einen Hohlraum 3 aus. In dem Hohlraum 3 ist ein Spannkolben 4 angeordnet. Der Spannkolben 4 kann auch als Rastierkolben bezeichnet werden.
Der Spannkolben drückt mit einem ersten Ende 5 auf eine nicht dargestellte Spannschiene, über die ein Zugmittel geführt ist. Als Zugmittel wird ein Riemen oder eine Kette verwendet.
Eine Druckfeder 6 ist im Inneren des Hohlraums 3 angeordnet und stützt sich. einerseits an einem Absatz 7 des im Wesentlichen hohl ausgebildeten Spannkolbens 4 oder an seinem zweiten Ende 8 ab. Die Druckfeder 6 stützt sich andererseits direkt am Gehäuse 2 oder an einem Verschlusselement 9 ab. Im zweiten Fall ist somit eine indirekte Anlage am Gehäuse 2 realisiert, da das Verschlusselement 9 lösbar mit dem Gehäuse 2 derart verbindbar ist, dass der Hohlraum 3 auf der dem ersten Ende 5 gegenüberliegenden Seite verschlossen ist. Das Verschlusselement 9 ist als Verschlussschraube ausbildbar. Eine solche Verschlussschraube hat in 1 das Bezugszeichen 10 zugewiesen bekommen.
Das Gehäuse 2 ist über bspw. einen Flansch 11 verbrennungskraftmaschinenfest anbringbar.
Der Spannkolben 4 weist über die Hälfte seiner Länge, vorzugsweise auf der dem ersten Ende 5 zugewandten Hälfte mehrere Rastbahnen 12 auf. Die Rastbahnen 12 weisen Vertiefungen und Erhöhungen auf. Die Erhöhungen sind als Rastzähne 13 ausgebildet. Eine Vielzahl von Rastzähnen 13 ist somit pro Rastbahn 12 entlang der Länge l, die kleiner als die Gesamtlänge L des Spannkolbens 4 ist, auf der Oberfläche des Spannkolbens vorhanden. Es ist möglich, dass die Rastbahnen 12 nicht bis zum ersten Ende durchgehend ausgestaltet sind, sondern durch einen Vorsprung 14 von diesem ersten Ende 5 beabstandet sind.
Mit dem Gehäuse 2 ist ein Bolzen 15, der auch als Pin bezeichnet werden kann, verbunden. Um diesen Bolzen 15 drehen sich drei außenformidentische Rastklinken 16 in Abhängigkeit von einer auf sie wirkenden Federkraft und der Relativlage der Rastbahnen 12 zu ihnen. Die Rastklinken 16 weisen zumindest jeweils einen Klinkenzahn 17 auf der den Rastbahnen 12 zugewandten Seite an einem ihrer Ecken auf. Auf der gegenüberliegenden Seite des Klinkenzahns 17 greift ein Federelement 18 an, das die Federkraft zur Verfügung stellt, um den jeweiligen Klinkenzahn 17 der jeweiligen Rastklinke 16 in Anlage mit dem jeweiligen Rastzahn 13 der jeweiligen Rastbahn 12 zu bringen. Dadurch wird ein Formschluss hervorgerufen. Liegt ein Formschluss vor, so ist ein Wiedereinfahren des Spannkolbens 4 in Richtung des Verschlusselementes 9 verhindert.
Während das Gehäuse nicht nur aus Metall, sondern auch aus Kunststoff fertigbar ist, also neben Aluminium oder Stahl auch kostengünstige Werkstoffe zum Einsatz kommen können, sind zumindest die Rastbahnen und sinnvollerweise auch der gesamte Spannkolben 4 aus Stahl gefertigt, wie auch die Rastklinken 16 und der Bolzen 15. Das Verschlusselement 9 ist aber nicht nur aus Metall, sondern auch aus Kunststoff fertigbar.
Das Federelement 18 ist aus Federblech gefertigt, insbesondere ein Blechbiegeteil.
In 2 sind drei Rastbahnen 12 auf der Oberfläche des Spannkolbens 4 parallel zueinander angeordnet, wobei jedoch die beiden äußeren Rastbahnen 12 um einen halben Zahn zu den Rastzähnen 13 der mittleren Rastbahn 12 versetzt sind. Die mittlere Rastbahn 12 weist eine Zahnbreite a der Rastzähne 13 auf, die doppelt so groß ist, wie eine Zahnbreite b der Rastzähne 13 der außen liegenden Rastbahnen 12.
In 3 sind zwei Rastklinken 16 zu erkennen, wobei eine ebenfalls vorhandene dritte Rastklinke 16 aufgrund der Querschnittsdarstellung nicht zu erkennen ist. Alle Rastklinken 15 sind um denselben Bolzen 15 herum schwenkbar am Gehäuse 2 angebracht. Das blechbeigeteilartige Federelement 18 weist unterschiedliche Segmentabschnitte 19 auf. Dies ist besonders gut in 4 zu erkennen. Jeder Segmentabschnitt 19 liegt nur in Anlage mit einer einzigen Rastklinke 16. Werden also drei Rastklinken 16 verwendet, so weist das Federelement 18 drei Segmentabschnitte 19 auf. Die gebogene Ausführungsform des Federelementes 18 ist auch aus 5 gut zu entnehmen.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Bolzen 15 mit einer Übermaßpassung im Gehäuse 2 verankert ist. Die jeweilige Passung der Rastklinken 16 zum Bolzen 15 ist lose, um eine Drehbarkeit der Rastklinken 16 zu gewährleisten. Unter allen Bedingungen stellt das Federelement 18 sicher, dass die Rastklinken 16 am Spannkolben 4 anliegen.
Bezugszeichenliste

1: Spannvorrichtung
2: Gehäuse
3: Hohlraum
4: Spannkolben
5: Erstes Ende
6: Druckfeder
7: Absatz
8: Zweites Ende
9: Verschlusselement
10: Verschlussschraube
11: Flansch
12: Rastbahn
13: Rastzahn
14: Vorsprung
15: Bolzen
16: Rastklinke
17: Klinkenzahn
18: Federelement
19: Segmentabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0869298 B1 [0007]
EP 0409460 B1 [0008]

Claims

Zugmitteltrieb mit einer Spannvorrichtung (1) mit einem Gehäuse (2), in dem ein ausfahrbarer Spannkolben (4) beweglich angeordnet ist und in Anlage mit einer Spanschiene, über die ein Zugmittel geführt ist, gelang bar ist, wobei eine Rastklinke (16) schwenkbar an dem Gehäuse (2) angeordnet ist und zumindest einen Klinkenzahn (17) aufweist, der in Formschluss mit Rastzähnen (13) einer auf der Oberfläche des Spannkolbens (4) ausgebildeten Rastbahn (12) bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Rastbahnen (12) mit zueinander versetzten Rastzähnen (13) parallel zueinander auf der Oberfläche des Spannkolbens (4) vorhanden sind und mehrere Rastklinken (16) so angeordnet sind, dass bei entsprechender Stellung des Spannkolbens (4) relativ zum Gehäuse (2) in jede Rastbahn (12) ein Klinkenzahn (17) einer Rastklinke (16) in Formschluss bringbar ist.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Rastbahnen (12) und zwei Rastklinken (16) vorhanden sind oder drei Rastbahnen (12) und drei Rastklinken (16) vorhanden sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastklinken (16) um eine gemeinsame Achse schwenkbar und längsverschieblich am Gehäuse (2) gelagert sind.
Zugmitteltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zwischen zwei äußeren Rastbahnen (12) befindliche mittlere Rastbahn (12) vorhanden ist, deren Breite a doppelt so groß ist wie die Breite b der jeweiligen äußeren Rastbahn (12).
Zugmitteltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rastbahn (12) zu der ihr benachbarten Rastbahn (12) um einen halben Zahn versetzt ist.
Zugmitteltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Rastklinken und dem Gehäuse (2) ein die Rastklinken (16) in Richtung der Rastbahnen (12) vorspannendes Federelement (18) angeordnet ist.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das aus Federblech gefertigte Federelement (18) voneinander getrennte Segmente (19) aufweist, die unabhängig voneinander die einzelnen Rastklinken (16) vorspannen.
Zugmitteltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Druckfeder (6) einerseits auf der der Spannschiene abgewandten Seite des Spannkolbens (4) abstützt und andererseits direkt oder indirekt am Gehäuse (2) abstützt.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Druckfeder (6) andererseits an einer in eine Öffnung des Gehäuses (2), in der der Spannkolben (4) angeordnet ist, eingebrachte Verschlussschraube (10) abstützt.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussschraube (10) einen größeren Außengewindedurchmesser aufweist, als der Außendurchmesser der Druckfeder (6), um eine Entnahme der Druckfeder (6) aus der Öffnung zu ermöglichen.