DE102014211252A1

DE102014211252A1 - Mechanische Spannvorrichtung mit optimiertem Keilprinzip

Info

Publication number: DE102014211252A1
Application number: DE102014211252.4A
Authority: DE
Inventors: Johanna Mayer; Christopher Krawietz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-06-12
Filing date: 2014-06-12
Publication date: 2015-12-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung (8) zum Längenausgleich eines Zugmittels (4) von einem Zugmitteltrieb (1) einer Brennkraftmaschine (18). Die mechanische Spannvorrichtung (8) umfasst ein endloses Zugmittel (4), das ein Antriebsrad (2) und mindestens ein Abtriebsrad (3) verbindet. Eine stellbewegliche Spannschiene (9) der Spannvorrichtung (8) schließt einen Tragkörper (10) ein, der über einen Gleitbelag (22) an dem Zugmittel (4) abgestützt ist. Eine Verstellung der Spannschiene (9) erfolgt über eine Keilspanneinheit (11), bei der ein kraftbeaufschlagter Keil (13) an einer Keillaufbahn (14) des Tragkörpers (10) geführt sowie an einer ortsfesten Stützfläche (15) abgestützt ist, wobei die Keillaufbahn (14) und die Stützfläche (15) einen Keilwinkel α einschließen. Zur Verstellung der Spannschiene (9) in eine das Zugmittel (4) nachstellende Position wird der Keil (13) der Keilspanneinheit (11) entgegen einer Drehachse (16), einem Anlenkpunkt der Spannschiene (9), verstellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Derartige Zugmitteltriebe werden bei Brennkraftmaschinen beispielsweise für den Steuertrieb eingesetzt, wobei jeweils mindestens eine Nockenwelle über das Zugmittel von der Kurbelwelle angetrieben wird und dadurch werden die zugeordneten Gaswechselventile, die Einlass- und Auslassventile, abhängig vom Drehwinkel der Kurbelwelle geöffnet und geschlossen. Bei einem größeren Abstand zwischen dem als Antriebsrad wirksamen Kurbelwellenrad und dem als Abtriebsrad wirksamen Nockenwellenrad sind bevorzugt an dem Lasttrum des Zugmittels eine Führungsschiene und an dem Leertrum des Zugmittels eine Spannvorrichtung angeordnet. Die Spannvorrichtung dient im Wesentlichen zum Ausgleich von dynamischen und statischen Längenänderungen und folglich zur Unterdrückung von radialen Schlag- und Schwingungsbewegungen des Zugmittels und somit zur Vermeidung einer Lärmentwicklung des Zugmitteltriebs.
Aus der EP 0 055 166 B1 ist eine mechanische Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb bekannt, die eine Rampe umfasst, welche durch wenigstens ein gekrümmtes Federblatt gebildet ist, das eine Gleitfläche aufweist und elastisch an dem Zugmittel abgestützt ist, sowie eine Sicherung gegen eine Rückbewegung einschließt, um ein Zurückspringen der Rampe zu verhindern. Das aus Federstahl bestehende Federblatt ist an seinen Enden an einem metallischen Träger befestigt, welcher starr an einem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine befestigt ist.
Die DE 10 2008 051 143 A1 offenbart eine gattungsgemäße Spannvorrichtung zum Ausgleich von Längungen eines Zugmittels. Der Aufbau umfasst ein zwischen einer Laufbahn eines Tragkörpers und einer Stützfläche der Brennkraftmaschine verschiebbar geführtes Klemmstück, wobei die Laufbahn gegenüber der Stützfläche einen Winkel einschließt. Bedingt durch das kraftbeaufschlagte Klemmstück ist im Betriebszustand der Spannvorrichtung der Tragkörper über einen zugehörigen Gleitbelag kraftschlüssig an dem Zugmittel abgestützt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optimiertes Kraft-Weg-Konzept für eine Spannvorrichtung mit einer Keilspanneinheit zu schaffen, welches durch eine einfache und kostengünstige Maßnahme realisierbar ist.
Diese Aufgabenstellung wird durch eine Spannvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird zur Lösung der Aufgabe vor geschlagen, dass zur Verstellung der Spannschiene in eine das Zugmittel vorspannende Position der Keil der Keilspanneinheit in eine von der Drehachse, dem Anlenkpunkt der Spannschiene abgewandte Richtung verstellbar ist. Die vorliegende Erfindung zeigt eine mechanische Spannvorrichtung mit einer Keilspanneinheit, die ein optimiertes Keilprinzip einschließt. Gemäß dem erfindungsgemäßen konstruktiven Prinzip wird der Keil der Keilspanneinheit in Spannrichtung des Zugmittels in eine entgegengesetzte Richtung zum Anlenkpunkt bzw. zur Drehachse der Spannschiene bewegt. Damit verbunden stellt sich vorteilhaft synchron zu einer die Zugmittelvorspannung erhöhenden Verstellung ein vergrößerter Abstand zwischen dem Anlenkpunkt der Spannschiene und dem Keil der Keilspanneinheit ein, die jeweils Kontaktpunkte bzw. Kontaktzonen zur Kraftaufnahme der Spannschiene bilden. Vorteilhaft kann durch diese Anordnung ein reduziertes Abstützkraftniveau realisiert werden, das sich insbesondere in einer Endlage von dem Keil der Keilspanneinheit einstellt. Gleichzeitig ergibt sich eine reduzierte Federkraft für die den Keil der Keilspanneinheit beaufschlagende Druckfeder.
Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau, mit einer von der Drehachse der Spannschiene abgewandten Stellbewegung des Keils der Keilspanneinheit, stellt sich gegenüber bisherigen, eine Keilspanneinheit einschließenden Spannvorrichtungen eine Gegenläufigkeit bzw. eine Umkehrung der Keilbewegung ein. Gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept vergrößert sich der Abstand der Anlenkpunkte bei einer Keilverschiebung in Richtung einer erhöhten Zugmittelvorspannung. Der sich in Spannstellung oder bei einem Längenausgleich des Zugmittels stets vergrößernde, einem Hebelarm vergleichbare Abstand bewirkt, dass vorteilhaft keine erhöhte Federkraft der Druckfeder erforderlich ist, um ein Kräftegleichgewicht des Keils zu gewährleisten. Eine mit dem Ausfahrweg abnehmende Federkraft wird somit durch den sich vergrößernden Abstand kompensiert. Das gegenläufige erfindungsgemäße Prinzip ermöglicht in vorteilhafter Weise eine schwächer ausgelegte Feder einzusetzen. In einer bevorzugten Einbaulage der einem Leertrum des Zugmitteltriebs zugeordneten erfindungsgemäßen Spannvorrichtung ist deren Spannschiene so ausgerichtet, dass die Drehachse an dem vom Antriebsrad des Zugmitteltriebs abgewandten Ende positioniert ist.
Ferner bietet sich eine konstruktive Auslegung der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung an, bei der sich das Abstandsmaß zwischen den Kontaktpunkten zur Kraftaufnahme in einem möglichst konstanten Verhältnis zu einer Schwenkbewegung der Spannschiene verändert. Ergänzend dazu kann die Längenänderung des Abstandsmaßes über den gesamten Verstellweg in einem gleichen Verhältnis zu einer Längenänderung der Druckfeder der Keilspanneinheit erfolgen.
Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung ist bevorzugt einsetzbar für einen als Kettentrieb ausgeführten Zugmitteltrieb einer Brennkraftmaschine, die insbesondere für motorisierte Zweiräder, wie Motorräder oder Motorroller, bestimmt ist. Das gegenüber bisherigen Lösungen gegenläufige Konzept der Keilspanneinheit bietet die Möglichkeit, die Drehachse bzw. den Anlenkpunkt der Spannschiene innerhalb vom Zylinderkopf der Brennkraftmaschine anzuordnen. Damit kann eine einfach aufgebaute, kostengünstig herstellbare, problemlos zu montierende und wirksame Spannvorrichtung vorteilhaft in kleinere, insbesondere luftgekühlte Brennkraftmaschinen integriert werden, die beispielsweise für Motorräder der Hubraumklasse im Bereich von 200 ccm bestimmt sind.
Für die Einzelteile der Spannvorrichtung ist Kunststoff als geeigneter Werkstoff vorgesehen, wozu sich insbesondere Polyamid 66 oder ein glasfaserverstärktes Polyamid 66 eignet. Alternativ dazu bietet es sich an, für die als Kunststoffspritzgussteile ausgefegten Bauteile, den Tragkörper und den Gleitbelag, unterschiedliche Kunststoffe auszuwählen, die den Festigkeitsansprüchen und/oder der Abriebfestigkeit des jeweiligen Bauteils genügen. Für alle die Keilspanneinheit bildenden Bauteile kann ein hochbelastbarer, insbesondere druck- und verschleißfester Kunststoff eingesetzt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung in bevorzugten Ausführungsbeispielen in drei Zeichnungen dargestellt. Dabei zeigt:
1 schematisch einen Zugmitteltrieb mit einer erfindungsgemäß aufgebauten Spannvorrichtung in einer ersten Endlage;
2 den Zugmitteltrieb gemäß 2, wobei die Spannvorrichtung in einer zweiten Endlage abgebildet ist; und
3 eine Schnittansicht einer Brennkraftmaschine, die einen Zugmitteltrieb mit einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung zeigt.
Die schematischen Darstellungen der 1 und 2 zeigen einen Zugmitteltrieb 1, bei dem ein Antriebsrad 2 sowie ein Abtriebsrad 3 über ein endloses Zugmittel 4 miteinander verbunden sind. Bei dem im Gegenuhrzeigersinn umlaufenden Zugmitteltrieb 1 ist einem Last- oder Zugtrum 5 eine Führungsschiene 6 und einem Leertrum 7 zum Längenausgleich des Zugmittels 2 eine Spannvorrichtung 8 zugeordnet. Die mechanische Spannvorrichtung 8 umfasst eine stellbewegliche Spannschiene 9, deren Tragkörper 10 über einen Gleitbelag 22 an dem Zugmittel 4 abgestützt ist. Eine Verstellung der Spannschiene 9 von der in 1 gezeigten Position in die Position gemäß 2 erfolgt über eine Keilspanneinheit 11, bei der ein von einer Druckfeder 12 beaufschlagter Keil 13 an einer Keillaufbahn 14 des Tragkörpers 10 sowie an einer ortsfesten Stützfläche 15 abgestützt ist. Dabei ist die Spannschiene 9 um eine Drehachse 16 bzw. einen Anlenkpunkt verschwenkbar. Aufgrund der zueinander schräg ausgerichteten, einen Keilwinkel α einschließenden Keillaufbahn 14 zu der Stützfläche 15 führt eine Verschiebung des Keils 13 in Pfeilrichtung zu einer Schwenkbewegung der Spannschiene im Uhrzeigersinn. Bei der Verstellung der Spannschiene 9 in eine das Zugmittel 4 vorspannende Position bzw. zum Nachspannen des Zugmittels 4 wird der Keil 13 der Keilspanneinheit 11 von der Drehachse 16 sich entfernend in Richtung des Antriebsrades 2 des Zugmitteltriebs 1 verstellt. Die Drehachse 16 bzw. der Anlenkpunkt der Spannschiene 9 ist an dem vom Antriebsrad 2 abgewandten Ende der Spannschiene 9, dem Abtriebsrad 3 benachbart, positioniert. Im Einbauzustand stellt sich zwischen zwei Kontaktpunkten zur Kraftaufnahme der Spannvorrichtung 8, der Drehachse 16 sowie einem Anlagepunkt 17 des Keils 13 an der ortsfesten Stützfläche 15 ein in 1 gezeigtes Maß S1 ein. Dieses vergrößert sich zu einem in 2 gezeigten Maß S2, das sich in einer Endlage bei einer maximalen Verstellung der Spannvorrichtung 8 ergibt.
Die 3 zeigt den in einer insbesondere für ein Motorrad bestimmten Brennkraftmaschine 18 eingebauten Zugmitteltrieb 1. Das Antriebsrad 2 ist dabei einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) und das Abtriebsrad 3 einer Nockenwelle (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine 18 zugeordnet, wobei als Zugmittel 4 eine Kette die als Zahnräder ausgebildeten Räder 2 und 3 formschlüssig verbindet. Die von einem Kurbelgehäuse 19 sich bis zu einem Zylinder 20 erstreckende Führungsschiene 6 ist dem Zugtrum 5 und die Spannvorrichtung 8 dem Leertrum 7 zugewiesen. Der Anlenkpunkt, die Drehachse 16, der Spannschiene 9 ist innerhalb eines Zylinderkopfes 21 der Brennkraftmaschine 18 angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Zugmitteltrieb
2: Antriebsrad
3: Abtriebsrad
4: Zugmittel
5: Zugtrum
5: Führungsschiene
7: Leertrum
8: Spannvorrichtung
9: Spannschiene
10: Tragkörper
11: Keilspanneinheit
12: Druckfeder
13: Keil
14: Keillaufbahn
15: Stützfläche
15: Drehachse
17: Anlagepunkt
18: Brennkraftmaschine
19: Kurbelgehäuse
20: Zylinder
21: Zylinderkopf
22: Gleitbelag

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0055166 B1 [0003]
DE 102008051143 A1 [0004]

Claims

Spannvorrichtung zum Längenausgleich eines Zugmittels (4) von einem Zugmitteltrieb (1) einer Brennkraftmaschine (18) mit einem ein Antriebsrad (2) und mindestens ein Abtriebsrad (3) verbindenden, endlosen Zugmittel (4), wobei die mechanische Spannvorrichtung (8) eine stellbewegliche Spannschiene (9) umfasst, deren Tragkörper (10) über einen Gleitbelag (22) an dem Zugmittel (4) abgestützt ist und eine Verstellung der Spannschiene (9) über eine Keilspanneinheit (11) erfolgt, bei der ein kraftbeaufschlagter Keil (13) an einer Keillaufbahn (14) des Tragkörpers (10) geführt sowie an einer ortsfesten Stützfläche (15) abgestützt ist, wobei die Keillaufbahn (14) und die Stützfläche (15) einen Keilwinkel α einschließen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstellung der Spannschiene (9) in eine das Zugmittel (4) vorspannende oder nachspannende Position der Keil (13) der Keilspanneinheit (11) in eine sich von einer Drehachse (16), einem Anlenkpunkt der Spannschiene (9), sich entfernenden Richtung verstellbar ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilspanneinheit (11) so ausgerichtet ist, dass sich der Keil (13) bei einer Verstellung in Spannrichtung des Zugmittels (4) von der Drehachse (16) entfernt.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Einbauzustand der Spannvorrichtung (8) die Drehachse (16) der Spannschiene (9) an einem vom Antriebsrad (2) entfernten Ende der Spannschiene (9) positioniert ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstandsmaß (51, 52) von Kontaktpunkten zur Kraftaufnahme zwischen der Drehachse (16) der Spannschiene (9) und einem Anlagepunkt (17) vom Keil (13) der Keilspanneinheit (11) sich bei einem Ausgleich einer Längung des Zugmittels (4) erhöhenden Verstellung der Spannschiene (9) vergrößert.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich synchron zu einer Längenänderung des Abstandsmaßes (S1, S2) eine Längenänderung einer Druckfeder (12) der Keilspanneinheit (11) ändert.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (8) für die Brennkraftmaschine (18) eines Motorrades bestimmt ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (16) für die schwenkbare Spannschiene (9) der Spannvorrichtung (8) in einem Zylinderkopf (21) der Brennkraftmaschine (18) platziert ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff für die Einzelteile der Spannvorrichtung (8) bevorzugt Kunststoff eingesetzt ist.