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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein mechanisches Rastspannsystem zum Spannen einer Kette über eine dazwischen angeordneten Spannschiene, umfassend ein Gehäuse mit einer zylindrischen Aussparung, in der ein Hohlkolben von einer innerhalb des Hohlkolbens angeordneten Druckfeder gespannt ist, wobei der Hohlkolben an einer Außenumfangsfläche eine Profilierung aufweist, die mit einer korrespondierend dazu ausgebildeten Profilierung an einem in einer zweiten Aussparung am Gehäuse angeordneten Rastelement zusammenwirkt.
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Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf mechanische Kettenspannsysteme für Fahrzeuge, insbesondere für verbrennungsmotorgetriebene Kraftfahrzeuge.
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Stand der Technik
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Es ist allgemein bekannt, dass Kettenspannsysteme hauptsächlich zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen, Kettenlängung und Verschleiß dienen. Die Spannwirkung wird in der Regel durch eine mechanische Druck- bzw. Drehfeder realisiert, wobei ein Rückhub beim Rastspannsystem durch eine Rastierung und beim Gewindespannsystem über Selbsthemmung verhindert wird.
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Während des Betriebes kann es zu erhöhten Vorspannkräften im Kettentrieb kommen. Erhöhte Vorspannkräfte, resultieren insbesondere aus einer Längenausdehnung der Komponenten des Kettentriebes aufgrund einer Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors. Die Rastierung beziehungsweise Selbsthemmung verhindert den Rückhub, so dass die Vorspannkraft der Kette erheblich ansteigt. Dies führt zu höherer Reibung, höherem Kraftstoffverbrauch und somit zu einer höheren CO2-Belastung der Umwelt.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2006 026 211 A1 geht ein Spanner zum Spannen einer Kette mit einem blattförmigen Schuh und einer bogenförmig gekrümmten Kettengleitfläche, einem proximalen Ende, das drehbar an einem Arm befestigt ist, und einem distalen Ende mit einem erhabenen Abschnitt und einem vertieften Abschnitt hervor. Ein Rand des erhabenen Abschnittes wird von einem Radiallager zwischen einer inneren Schulter und einer äußeren Schulter gebildet. Ein Sperrrad ist drehbar am vertieften Abschnitt des distalen Endes des blattförmigen Schuhs befestigt und weist eine Vielzahl von Sperrzähnen, eine innere Schulter, eine äußere Schulter und einen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser auf. Dieser Abschnitt bildet eine Lagerfläche mit dem Radiallager des erhabenen Abschnittes des distalen Endes. Ferner umfasst der Spanner eine Rampenfläche mit einer Vielzahl von Rampenzähnen zum gleitenden Aufnehmen des Sperrrades des distalen Endes des blattförmigen Schuhs.
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Bei einer Zunahme des Durchhanges der Kette dreht sich das distale Ende des blattförmigen Schuhs von der Kette weg. Das Sperrrad dreht sich bis die äußere Schulter des Sperrrades mit der äußeren Schulter des erhabenen Abschnittes des distalen Endes in Kontakt tritt. Dadurch können die Sperrzähne des Sperrrades in Richtung auf das proximale Ende des blattförmigen Schuhs auf der Vielzahl der Rampenzähne gleiten. Somit wird eine Bewegung des distalen Endes des blattförmigen Schuhs in Richtung auf das proximale Ende des Schuhs ermöglicht und eine Bewegung in der entgegengesetzten Richtung verhindert.
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Die
EP 0 837 264 A2 offenbart, insbesondere in
6, eine Spannvorrichtung mit einer zwischen einem Spannkolben und einem axial beweglichen Kolben in einem Gehäuse angeordneten Spiralfeder. Die Spiralfeder drückt den Spannkolben gegen eine außerhalb des Gehäuses angeordnete Kette. Ferner weist die Spannvorrichtung eine Sperrvorrichtung auf, die einen Rückhub des axial beweglichen Kolbens im Gehäuse verhindert. Die Sperrvorrichtung weist eine Tellerfeder auf, die den axial beweglichen Kolben, der an einer Außenumfangsfläche Rastzähne aufweist, vorgespannt, und eine Rundscheibe, die den axial beweglichen Kolben und das Gehäuse über die Rastzähne miteinander verbindet. Aufgrund der Rastzähne und einem Kräftegleichgewicht zwischen Kette und Tellerfeder kann die Rundscheibe den axial beweglichen Kolben in einer bestimmten Position halten. Der Spannkolben ist über die Spiralfeder am axial beweglichen Kolben gelagert, so dass geringe Längenschwankungen der Kette, über ein Ein- und Ausfahren des Spannkolbens kompensiert werden können. Bei einer größeren Kettenlängung und einer damit verbundenen Abnahme der Kettenspannung fährt der axial bewegliche Kolben aufgrund der auf ihn einwirkenden Tellerfeder aus dem Gehäuse heraus, um die Kettenspannung wieder zu erhöhen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mechanisches Rastspannsystem zu schaffen, welches eine durch Wärmeeinfluss und Fertigungstoleranzen hervorgerufene erhöhte Vorspannkraft der Kette kompensiert und dadurch die Vorspannkraft der Kette konstant hält.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird ausgehend von einem mechanischen Rastspannsystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den nachfolgenden abhängigen Ansprüchen hervor.
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Erfindungsgemäß ist das Rastelement von einer stirnseitig daran angeordneten Druckfeder gegen eine Anschlagfläche in der zweiten Aussparung gespannt und orthogonal dazu zumindest teilweise von einer auf einem Blechelement wirkenden Blattfeder gegen die Außenumfangsfläche des Hohlkolbens gespannt. Das bedeute, dass das Rastelement von der Druckfeder in Richtung der Anschlagfläche gedrückt wird, der Hohlkolben das Rastelement über die Verzahnung mitnimmt und sich beim Einfahren in das Gehäuse über das Rastelement an der Anschlagfläche abstützt. Mit anderen Worten erfährt das Rastelement eine axiale Kraft in Richtung Anschlagfläche und eine radiale Kraft in Richtung Umfangsfläche des Hohlkolbens. Das Rastelement liegt in einem komplett gestauchten Zustand der daran anliegenden Druckfeder an dem Blechelement vollständig an. Sofern sich die Druckfeder in einem vorgespannten Zustand befindet und das Rastelement stirnseitig an der Anschlagsfläche in der zweiten Aussparung anliegt, kommt es nur teilweise an dem Blechelement zur Anlage. Der in diesem Fall nicht an dem Blechelement anliegende Teil des Rastelements kommt an einer Gleitfläche, die sich auf einer Ebene mit dem Blechelement befindet, zur Anlage. Demnach ist das Rastelement auf dem Blechelement und der Gleitfläche axial bewegbar. Somit wird durch das Rastelement ein Rückhub des über die beiden Profilierungen damit formschlüssig verbundenen Hohlkolbens ermöglicht, so dass eine Erhöhung der Vorspannkraft der Kette kompensiert wird.
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Bei einem Ausfahren des Hohlkolbens aus der zylindrischen Aussparung aufgrund einer Spannungsabnahme der Kette, die beispielsweise durch Kettenlängung und/oder Verschleiß hervorgerufen wird, erfährt das Rastelement, aufgrund der formschlüssigen Verbindung mit dem Hohlkolben eine axiale Verschiebung gegen die Kraft der Druckfeder und staucht dabei die Druckfeder. Mit anderen Worten wird das Rastelement zusammen mit dem Hohlkolben axial bewegt. Das Rastelement gleitet über die im Gehäuse ausgebildete Gleitfläche immer weiter auf das Blechelement. Sobald das Rastelement nicht mehr an der Gleitfläche anliegt und nur noch an dem Blechelement zur Anlage kommt, gibt die das Blechelement spannende Blattfeder nach und erlaubt ein Lösen der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Rastelement und dem Hohlkolben durch eine radiale Verschiebung des Rastelements gegen die Blattfeder.
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Vorzugsweise ist ein minimaler Rückhub des Rastelements über eine Länge einer orthogonal zur Anschlagfläche ausgebildeten Gleitfläche einstellbar. Je kürzer die Länge der Gleitfläche ausgebildet ist, umso kürzer ist auch der minimale Rückhub. Sobald das Rastelement nämlich nicht mehr an der Gleitfläche zur Anlage kommt, befindet es sich ausschließlich auf dem Blechelement, das von der Blattfeder gespannt wird.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die an dem Rastelement angeordnete Druckfeder an einem stirnseitig am Gehäuse angeordneten Verschlussblech zur Anlage kommt. Das Verschlussblech erlaubt somit einen einfachen Wechsel des Rastelements und der darauf wirkenden Druckfeder, sowie des Blechelements und der darauf wirkenden Blattfeder.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verschlussblech über eine am Gehäuse ausgebildete Nut am Gehäuse einklipsbar. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Verschlussblech am Gehäuse einpressbar. Ein einklipsbares Verschlussblech bietet den Vorteil eines einfachen Lösevorgangs, wobei das einpressbare Verschlussblech den Vorteil einer stabileren Verbindung aufweist.
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Vorzugsweise sind die Profilierung am Rastelement und die Profilierung am Hohlkolben sägezahnartig ausgebildet. Besonders bevorzugt erstreckt sich ein erster Abschnitt der Sägezähne radial im rechten Winkel von der Außenumfangsfläche des Kolbens bzw. von der Seitenfläche des Rastelements. Ein zweiter Abschnitt erstreckt sich schräg in einem spitzen Winkel von der Außenumfangsfläche des Kolbens bzw. von der Seitenfläche des Rastelements und bildet so den Sägezahn. Die Sägezähne des Hohlkolbens können eine von den Sägezähnen des Rastelements abweichende Form aufweisen. Entscheidend ist, dass die Profilierungen komplementär ausgebildet sind, so dass die Sägezähne des Rastelements in die dafür vorgesehenen Aussparungen am Hohlkolben zur Anlage kommen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse gusstechnisch aus einer Aluminiumlegierung herstellbar. Dies bietet den Vorteil einer schnellen und endformnahen Herstellung und erlaubt ferner bezüglich einer Ausbildung des Gehäuses aus Stahl eine Gewichtsreduktion.
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Des Weiteren bevorzugt ist das Rastelement quaderförmig ausgebildet und eine an der Gleitfläche und am Verschlussblech anliegende Seitenfläche des Rastelements weist eine reibungsminimierende Oberflächenbeschaffenheit auf. Vorzugsweise ist diese Seitenfläche geschliffen und poliert werden. Denkbar ist jedoch auch eine Beschichtung der Seitenfläche mit einer reibungsminimierenden Schicht.
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Vorzugsweise ist die an dem Rastelement angeordnete Druckfeder innerhalb einer zylindrischen Aussparung am Rastelement angeordnet. Mit anderen Worten ist die Druckfeder zumindest teilweise von dem Rastelement umgeben, so dass die Druckfeder dadurch automatisch zentriert wird und eine sichere, stabile Position am Rastelement aufweist.
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Besonders bevorzugt weist das Verschlussblech eine Bohrung im Bereich des Rastelements zum Zurücksetzten des Rastelements auf. Diese erlaubt mit einem speziell dafür vorgesehenen Werkzeug das Rastelement entgegen einer Einfahrrichtung des Hohlkolbens einzudrücken, wodurch die Rastierung gelöst wird und der Hohlkolben somit auf Block zurück gedrückt werden kann, Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Rastspannsystems,
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2 eine vergrößerte Schnittdarstellung von dem Rastelement aus 1, und
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3 eine perspektivische Darstellung des Rastspannsystems aus 1.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Gemäß 1 weist das mechanische Rastspannsystem ein aus einer Aluminiumlegierung hergestelltes Gehäuse 4 mit einer zylindrischen Aussparung auf. in der zylindrischen Aussparung ist ein Hohlkolben 5 angeordnet, der von einer Druckfeder 6 gespannt ist. Das mechanische Rastspannsystem spannt über den Hohlkolben 5 und einer daran anliegenden Spannschiene 3 eine Kette 2 eines Kettentriebes. Die Druckfeder 6 ist innerhalb des Hohlkolbens 5 zwischen einer Stirnfläche am Gehäuse 4 und einer Stirnfläche im Inneren des Hohlkolbens 5 angeordnet. Dabei übt die Druckfeder 6 eine axiale Kraft auf den Hohlkolben 5 aus, die dazu führt, dass der Hohlkolben 5 aus der zylindrischen Aussparung im Gehäuse 4 ausfahrbar ist, sobald die Vorspannkraft der Kette 2 nachlässt.
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In einer zweiten Aussparung am Gehäuse 4 ist ein Rastelement 9 angeordnet, das mit einer Seitenfläche an der Umfangsfläche des Hohlkolbens 5 anliegt. Das Rastelement 9 wird durch eine Druckfeder 10 gegen eine Anschlagfläche 11 am Gehäuse 4 gespannt. Ferner wirkt senkrecht dazu ein durch eine Blattfeder 13 gespanntes Blechelement 12 auf das Rastelement 9 und drückt das Rastelement 9 gegen die Außenumfangsfläche des Hohlkolbens 5. Der Hohlkolben 5 weist an einer Außenumfangsfläche eine Profilierung 7 auf, die mit einer korrespondierend dazu ausgebildeten Profilierung 8 an dem Rastelement 9 zusammenwirkt. Das Rastelement 9 gleitet auf dem Blechelement 12 und einer orthogonal zur Anschlagfläche 11 ausgebildeten Gleitfläche 14 axial hin und her, um die Vorspannkraft der Kette 2 konstant zu halten.
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Beim Einfahren des Hohlkolbens 5 wird die Profilierung 8 des Rastelements 9 in die Profilierung 7 des Hohlkolbens 5 hineingedrückt, wodurch eine formschlüssige Verbindung zwischen Hohlkolben 5 und Rastelement 9 hergestellt wird. Beim Ausfahren des Hohlkolbens 5 wird das Rastelement 9, aufgrund der formschlüssigen Verbindung mit in eine Ausfahrrichtung bewegt, bis es an einem Verschlussblech 15 anstößt. Beim weiteren Ausfahren des Hohlkolbens 5 wird das Rastelement 9 aus der Profilierung 7 des Hohlkolbens 5 herausgedrückt und kann somit in eine nächste axial versetzte Verzahnungsstufe springen. Dabei bewegt sich das Rastelement 9 über das Blechelement 12 in Richtung der Blattfeder 13 und staucht diese soweit, bis die Profilierung 7 des Hohlkolbens 5 überspringen kann. Danach wird das Rastelement 9 von der Blattfeder 13 wieder in die Profilierung 7 des Hohlkolbens 5 gedrückt.
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Ein minimaler Rückhub des Rastelements 9 und somit des Rastspannsystems 1 wird über eine Länge der orthogonal zur Anschlagfläche 11 ausgebildeten Gleitfläche 14 eingestellt. Somit kann auf einfacher Art und Weise der minimale Rückhub für jeden Motor individuell angepasst werden. Alle anderen Bauteile können dabei unverändert bleiben und bieten somit die Vorteile eines Baukastensystems. Das Rastspannsystem 1 kann über eine an dem Verschlussblech 15 angeordnete Bohrung 17 im Bereich des Rastelements 9 zurückgesetzt werden. Diese erlaubt mit einem speziell dafür vorgesehenen Werkzeug das Rastelement 9 entgegen einer Einfahrrichtung des Hohlkolbens 5 einzudrücken, wodurch die Rastierung gelöst wird und der Hohlkolben 5 somit auf Block zurück gedrückt werden kann.
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Gemäß 2 ist die Profilierung 8 am Rastelement 9 und die Profilierung 7 am Hohlkolben 5 sägezahnartig ausgebildet. Ferner weist das Rastelement 9 eine zylindrische Aussparung auf, in der die Druckfeder 10 angeordnet ist. Durch die zylindrische Aussparung am Rastelement 9 wird die Druckfeder 10 automatisch zentriert und in Position gehalten. Die Länge des Blechelements 12 entspricht mindestens der Länge des Rastelements 9.
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In 3 ist eine perspektivische Ansicht des Rastspannsystems 1 dargestellt. Diese Ansicht offenbart das Gehäuse 4 mit dem aus dem Gehäuse 4 ragenden Hohlkolben 5, der mit einer Stirnfläche auf die – hier nicht dargestellte – Spannschiene 3 einwirkt. Ferner weist das Gehäuse 4 das Verschlussblech 15 mit der Bohrung 17 zum Zurücksetzten des Rastelements 9 auf, an dessen inneren Stirnfläche die Druckfeder 10 zur Anlage kommt. Das Verschlussblech 15 ist über eine am Gehäuse 4 ausgebildete Nut 16 einklipsbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- mechanisches Rastspannsystem
- 2
- Kette
- 3
- Spannschiene
- 4
- Gehäuse
- 5
- Hohlkolben
- 6
- Druckfeder
- 7
- Profilierung
- 8
- Profilierung
- 9
- Rastelement
- 10
- Druckfeder
- 11
- Anschlagfläche
- 12
- Blechelement
- 13
- Blattfeder
- 14
- Gleitfläche
- 15
- Verschlussblech
- 16
- Nut
- 17
- Bohrung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006026211 A1 [0005]
- EP 0837264 A2 [0007]
