DE102017127808A1

DE102017127808A1 - Spannvorrichtung mit Transportsicherung

Info

Publication number: DE102017127808A1
Application number: DE102017127808.7A
Authority: DE
Inventors: Petra Doll
Original assignee: Iwis Motorsystem GmbH and Co KG
Current assignee: Iwis Motorsystem GmbH and Co KG
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2019-05-29

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung, insbesondere ein hydraulisch betätigter Kettenspanner für einen Kettentrieb eines Verbrennungsmotors, mit einer Kolbenaufnahme, einem in einer Kolbenbohrung der Kolbenaufnahme verschiebbar geführten, federbelasteten Spannkolben, und einer Transportsicherung zur Festlegung des Spannkolbens in der Kolbenaufnahme. Die Transportsicherung weist ein am Spannende des Spannkolbens ausgebildetes Sicherungsprofil und einen auf dem Sicherungsprofil angeordneten Sicherungsklemmring sowie eine Sicherungsnut am spannseitigen Ende der Kolbenbohrung auf. Dabei weist das Sicherungsprofil eine sich in Richtung des Spannendes aufweitende Aktivierungsrampe auf, um werkzeugfrei den Sicherungsklemmring von einer Montageposition in eine Sperrposition zu überführen. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kettentrieb mit einer solchen Spannvorrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung, insbesondere ein hydraulisch betätigter Kettenspanner für einen Kettentrieb eines Verbrennungsmotors, mit einer Kolbenaufnahme, einem in einer Kolbenbohrung der Kolbenaufnahme verschiebbar geführten, federbelasteten Spannkolben, und einer Transportsicherung zur Festlegung des Spannkolbens in der Kolbenaufnahme, wobei die Transportsicherung ein am Ende des Spannkolbens ausgebildetes Sicherungsprofil und einen auf dem Sicherungsprofil angeordneten Sicherungsklemmring sowie eine Sicherungsnut am spannseitigen Ende der Kolbenbohrung aufweist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Kettentrieb für einen Verbrennungsmotor mit einer solchen Spannvorrichtung.
Derartige Spannvorrichtungen sind weitverbreitet und werden in unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt, insbesondere als Kettenspanner in Verbrennungsmotoren, um Steuerkettentriebe oder andere Aggregatantriebe vorzuspannen. Die Kolbenaufnahme ist direkt oder indirekt am Motorblock des Verbrennungsmotors befestigt, wobei in dessen Kolbenbohrung der Spannkolben längsbeweglich geführt ist. Der üblicherweise hohlzylindrische Spannkolben bildet zusammen mit der Kolbenaufnahme am unteren Ende der Kolbenbohrung einen Druckraum aus, der mit einem Hydraulikmittel gefüllt ist und in dem eine Druckfeder angeordnet ist, um den Spannkolben in Richtung des Kettentriebs vorzuspannen. Die Versorgung mit dem Hydraulikmittel erfolgt üblicherweise über einen Anschluss an den Motorölkreislauf, wobei der Öleinlass in den Druckraum mit einem Rückschlagventil ausgestaltet ist, um eine Rückströmung des Motoröls aus dem Druckraum zu verhindern. Das in dem Druckraum befindliche Motoröl bewirkt bei einer sich ändernden Spannung des Kettentriebs eine Dämpfung der resultierenden Einfahrbewegung des Spannkolbens. Häufig weisen solche Spannvorrichtungen auch Nachstelleinrichtungen auf, wodurch ein zu tiefes Einfahren des Spannkolbens in die Kolbenbohrung verhindert, aber eine Nachstellung des Arbeitsbereichs des Spannkolbens ermöglicht wird.
Bei vielen dieser Spannvorrichtungen ist darüber hinaus eine Transportsicherung vorgesehen, die nach der Montage der Spannvorrichtung den Spannkolben in einer eingefahrenen Montageposition in der Kolbenaufnahme fixiert. Dabei muss die Transportsicherung den Spannkolben während des Transports und der Endmontage der Spannvorrichtung sicher in der Kolbenbohrung halten, um sowohl ein Verletzungsrisiko des Montagepersonals als auch eine schnelle und sichere Montage der Spannvorrichtung im Verbrennungsmotor zu gewährleisten.
Die aus der Druckschrift DE 196 80 418 C1 bekannte Spannvorrichtung weist neben einer Nachstelleinrichtung des Arbeitsbereichs des Spannkolbens auch eine Transportsicherung auf. Die Nachstelleinrichtung weist mehrere axial zueinander beanstandete umlaufende Rastnuten auf, wobei auf dem Spannkolben eine Rastspange aufgeschoben ist, die in die Rastnuten eingreift. Ein Anschlagring am spannseitigen Ende der Kolbenbohrung verschiebt die Rastspange auf dem Spannkolben und bildet gleichzeitig einen Endanschlag aus. Der Anschlag dient auch zur Fixierung eines Transportsicherungsbügels, der in einer Transportstellung in eine am Spannende des Spannkolbens ausgebildete Sicherungsnut eingreift. Zur Aktivierung der Spannvorrichtung muss dieser Transportsicherungsbügel nach der Montage der Spannvorrichtung im Verbrennungsmotor zugänglich sein. Gerade bei kompakten Motoren ist diese Möglichkeit oftmals nicht gegeben oder erfordert lange, komplex geformte Transportsicherungsbügel, die das Risiko einer vorzeitigen, unbeabsichtigten Aktivierung erhöhen. Darüber hinaus lässt sich ein solcher Transportsicherungsbügel weder bei Einschraubspannern noch bei Spannerpatronen nutzen.
Eine gattungsgemäße Spannvorrichtung ist in der Druckschrift DE 36 36 918 A1 offenbart. Vor dem Zusammenbau der Spannvorrichtung wird der Spreizring der Nachstelleinrichtung auf dem Spannkolben positioniert und zusammen mit dem Spannkolben gegen die Vorspannung der Druckfeder bis zu einem Endanschlag in die Kolbenbohrung eingeführt. Zur Fixierung des Spannkolbens in dieser Position wird ein am Spannende des Spannkolbens sitzender Sicherungsring durch einen Spalt zwischen Gehäuse und Spannkolben mittels eines speziellen Werkzeugs in eine Sicherungsnut geschoben, in der der Sicherungsring sich gegen eine Sicherungsnut am spannseitigen Ende der Kolbenbohrung abstützt, um den Spannkolben in einer Transportposition zu halten. Zum Lösen der Transportsicherung wird der Spannkolben erneut in die Kolbenbohrung hineingedrückt, wodurch der Sicherungsring wieder in seine Ausgangsposition am Spannende des Spannkolbens zurückspringt und ein Herausfahren des Spannkolbens in seine Betriebsposition ermöglicht. Bei der Aktivierung der Transportsicherung wird nicht nur ein spezielles Werkzeug benötigt, das von außen in den sehr kleinen Spalt zwischen Spannkolben und Kolbenbohrung eingeführt werden muss, sondern es muss gleichzeitig auch die Position des Spannkolbens gegenüber der Kolbenaufnahme verändert werden, um den Sicherungsring in seine Klemmposition gegenüber der Sicherungsnut am spannseitigen Ende der Kolbenbohrung zu überführen. Dadurch ist diese Transportsicherung nicht nur arbeitsintensiv zu aktivieren, sondern auch fehleranfällig und mit einem Risiko einer unbeabsichtigten Entriegelung behaftet.
Die aus der Druckschrift DE 44 15 960 A1 bekannte Spannvorrichtung verwendet als Transportsicherung den Spreizring der Nachstelleinrichtung am Endanschlag der Nachstelleinrichtung im Inneren der Kolbenbohrung. Jedoch wird zwar ein separater Sicherungsring eingespart, jedoch muss sowohl das Sicherungsprofil am Spannkolben und die Sicherungsnut in der Kolbenbohrung aber auch der Spannkolben und die Kolbenbohrung selbst sehr exakt mit nur geringen Toleranzen hergestellt werden. Entsprechend sind die Produktionskosten relativ hoch. Darüber hinaus ist die Überschneidung des Sicherungsrings mit dem Sicherungsprofil am Spannkolben und der Sicherungsnut in der Kolbenbohrung relativ gering, da der Sicherungsring im Betrieb auch die Nachstellfunktion übernimmt. Deshalb ist das Risiko einer unbeabsichtigten Entriegelung während des Transports und insbesondere gerade während der Montage der Spannvorrichtung am Verbrennungsmotor erhöht, was gleichzeitig auch ein erhöhtes Verletzungsrisiko des Montagepersonals impliziert.
Herkömmliche Spannvorrichtungen mit einer Transportsicherung zur Fixierung der Spannkolben in einer Transport- und Endmontageposition in der Kolbenbohrung sind in unterschiedlichen Konzepten und Ausführungsformen in der Technik weitverbreitet und haben sich im Einsatz gut bewährt. Leider erfordern Transportsicherungen bei herkömmlichen Spannvorrichtungen oftmals Sicherungselemente, die nach der Endmontage im Verbrennungsmotor teilweise aufwendig wieder entfernt werden müssen, oder den Einsatz von speziellen Werkzeugen zur Ver- oder Entriegelung der Transportsicherung oder komplexe toleranzfrei Sicherungsprofile am Spannkolben und der Kolbenbohrung. Trotz der vielen unterschiedlichen Konzepte im Stand der Technik für die Ausgestaltung von Transportsicherungen gibt es unverändert einen Bedarf an einfachen Transportsicherungen, die eine schnelle Verriegelung, eine sichere Transportposition und eine einfache Aktivierung ermöglichen.
Die Vielfalt der im Stand der Technik bekannten Spannvorrichtungen ermöglicht den Einsatz von Vorrichtungen, die auf den jeweiligen Anwendungsfall, Ausführungsform und Nutzungskonzept ausgerichtet sind, wobei die Transportsicherung hier oftmals nur eine untergeordnete Rolle spielt und anders ausgewählte Konzepte der Spannvorrichtung angepasst wird. Die fortschreitende technische Entwicklung bedingt auch bei den in der Technik bereits gut eingeführten Produkten und zugehörigen Lösungskonzepten einen stetigen Innovationsdruck, bestehende Lösungen zu verbessern. Darüber hinaus besteht auch im Hinblick auf den gerade in der Automobilindustrie steigenden Kostendruck in Verbindung mit hohen Stückzahlen generell ein ständiger Optimierungsbedarf oder die Anforderung Kosten zu reduzieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung mit einer Transportsicherung bereitzustellen, deren Konstruktion bei einer sicheren Funktion durch einen möglichst einfachen Aufbau, eine einfache Montage, eine sichere Transportposition und einfache Entriegelung sowie eine kostengünstige Herstellung und Montage ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Spannvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Sicherungsprofil eine sich in Richtung des Spannendes aufweitende Aktivierungsrampe aufweist, um werkzeugfrei den Sicherungsklemmring von einer Montageposition in eine Sperrposition zu überführen. Trotz der Anordnung des Sicherungsklemmrings am Spannende des Spannkolbens, wodurch der Sicherungsklemmring in Betriebszustand sich im Wesentlichen außerhalb der Kolbenbohrung befindet, und damit einen unbeabsichtigten Reibungswiderstand und Verschleiß der Kolbenbohrung oder des Spannkolbens verhindert, ermöglicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Sicherungsprofils eine werkzeugfreie sowie sichere und schnelle Verriegelung des Sicherungsklemmrings in der Sperrposition. Darüber hinaus wird für die Entriegelung der Transportsicherung mittels einer weiteren Einfahrbewegung des Spannkolbens aus dem bereits eingefahrenen Zustand eine relativ große Kraft benötigt, die zwischen dem 1,1- bis 1,6-fachen der eigentlichen Federkraft der Druckfeder liegt, weshalb die Gefahr einer unbeabsichtigten Entriegelung während des Transports oder während der Endmontage der Spannvorrichtung im Verbrennungsmotor bei einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung als sehr niedrig einzustufen ist. Entsprechend problemlos kann die Spannvorrichtung bei der Endmontage positioniert und sicher über den Gegendruck des Kettentriebs entriegelt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Spannvorrichtung kann das Sicherungsprofil der Transportsicherung ausschließlich am Spannende des Spannkolbens ausgebildet sein, wobei sich das Sicherungsprofil maximal über 25 %, bevorzugt maximal über 20 % der Kolbenlänge am spannseitigen Ende des Spannkolbens erstreckt. In der Montageposition befindet sich der Sicherungsklemmring auf dem Sicherungsprofil in einer Lage, die ein Einführen des Spannkolbens mit dem darauf angeordneten Sicherungsklemmring über die Bohrungsöffnung in die Kolbenbohrung ermöglicht.
Erst innerhalb der Kolbenbohrung wird der Sicherungsklemmring durch die sich aufweitende Aktivierungsrampe von einer distalen Montageposition in eine proximale Sperrposition überführt, um den Spannkolben in einer zumindest teilweise eingefahrenen Position in der Kolbenbohrung für den Transport und die Endmontage zu fixieren und eine gezielte Entriegelung am Schluss der Endmontage zu ermöglichen. Dies wird mit dem Begriff „Transportsicherung“ beschrieben. Auch im Rahmen von Nachstelleinrichtungen zum schrittweisen Nachstellen des Arbeitsbereichs des Spannkolbens einer Spannvorrichtung sind spezielle Profilierungen und Nuten am Außenumfang des Spannkolbens und in der Kolbenbohrung sowie mit diesen Konturen interagierende Ringe und Klammern bekannt, die jedoch in keiner Weise mit dem Sicherungsprofil, der Sicherungsnut und dem Sicherungsklemmring der Transportsicherung der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung vergleichbar sind und deren Ausgestaltung nicht nahelegen können, da jene durch das schrittweise Nachstellen des Arbeitsbereichs des Spannkolbens lediglich die Einfahrtiefe des Spannkolbens in die Kolbenbohrung während des Betriebs steuern und nicht vor der Betriebsphase den Spannkolben in einer Transportposition in der Kolbenbohrung fixieren.
Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, dass das Sicherungsprofil eine Montagenut, in der der Sicherungsklemmring in der Montageposition ist, die Aktivierungsrampe, eine Sperrnut, in der der Sicherungsklemmring in der Sperrposition ist, und eine Entriegelungsnut, in der der Sicherungsklemmring in einer Entriegelungsposition ist, aufweist, wobei die Montagenut distal und die Entriegelungsnut proximal dem Spannende des Spannkolbens angeordnet sind. In dieser besonderen Form des Sicherungsprofils mit einer am Entferntesten vom Spannende angeordneten Montagenut, einer sich daran anschließenden in Richtung des Spannende ansteigenden Aktivierungsrampe, einer am Ende der Aktivierungsrampe anschließenden Sperrnut, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Montagenut und kleiner ist als der maximale Durchmesser der Aktivierungsrampe, sowie einer sich daran anschließenden Entriegelungsnut, die dem Spannende des Spannkolbens am Naheliegendsten positioniert ist, ermöglicht in dieser angegebenen Reihenfolge eine sehr einfache und effektive Transportsicherung. Der zu Anfang der Montage der Spannvorrichtung in der Montagenut sitzende Sicherungsklemmring ermöglicht das Einschieben des Spannkolbens gegen die Vorspannung einer Spannfeder in die Kolbenbohrung der Kolbenaufnahme, bis auch der Sicherungsklemmring in das spannseitige Ende der Kolbenbohrung eintritt. Durch das weitere Hineindrücken des Spannkolbens in die Kolbenbohrung wird der in der Montagenut positionierte Sicherungsklemmring an der distalen Seitenwand der Sicherungsnut von dieser auf die in Richtung des Spannendes aufweisende Aktivierungsrampe aufgeschoben, wobei er nach dem Ende der Aktivierungsrampe in die Sperrnut gleitet. Da die Sperrnut einen größeren Durchmesser aufweist als die Montagenut, steht der darauf sitzende Sicherungsklemmring nunmehr weiter radial vor, sodass er bei einem Loslassen des Spannkolbens an der proximalen Seitenwand der Sicherungsnut anschlägt und ein weiteres Ausfahren des Spannkolbens aus dieser Transportsicherungsposition in der Kolbenbohrung verhindert.
Eine weitere Ausbildung sieht vor, dass zwischen der distal angeordneten Aktivierungsrampe und der proximal angeordneten Sperrnut einen Rückenabschnitt vorgesehen ist, wobei der Rückenabschnitt bevorzugt einen Außendurchmesser aufweist, der dem ungestörten Außendurchmesser des Spannkolbens entspricht. Ein solcher Rückenabschnitt zwischen Aktivierungsrampe und Sperrnut vermeidet einen direkten Einschnitt im Anschluss an die Aktivierungsrampe und damit die Ausbildung einer Spitze zwischen Aktivierungsrampe und Sperrnut. Dies vereinfacht die Herstellung des Sicherungsprofils, wobei eine Ausbildung des Rückenabschnitts entsprechend dem ungestörten Außendurchmesser des Spannkolbens einen zusätzlich Abtrag im Bereich des Rückenabschnitts am Spannkolben vermeidet.
Sinnvollerweise kann angrenzend an die Sicherungsnut im spannseitigen Ende der Kolbenbohrung eine Bohrungsöffnung vorgesehen sein, wobei der Innendurchmesser der Bohrungsöffnung größer ist als der Außendurchmesser der Montagenut plus der zweifachen radialen Dicke des Sicherungsklemmrings und auch größer ist als der Außendurchmesser der Entriegelungsnut plus der zweifachen radialen Dicke des Sicherungsklemmrings. Eine solche Bohrungsöffnung erleichtert sowohl das Einführen des auf der Montagenut angeordneten Sicherungsklemmrings in die Kolbenbohrung und gleichzeitig auch das Aufschieben des Sicherungsklemmrings über die Aktivierungsrampe in die Sperrnut. Bevorzugt ist der Innendurchmesser der Bohrungsöffnung kleiner als die Summe des Innendurchmessers der Kolbenbohrung und der einfachen radialen Dicke des Sicherungsklemmrings und insbesondere größer als der Innendurchmesser der Kolbenbohrung plus der halben radialen Dicke des Sicherungsklemmrings, um in der Sperrposition ein unbeabsichtigtes Entriegeln des Sicherungsklemmrings zu verhindern. Für eine problemlose Überführung der Spannvorrichtung aus der Sperrposition in die Entriegelungsposition ist der Innendurchmesser der Bohrungsöffnung gleichzeitig auch größer als der Außendurchmesser der Entriegelungsnut plus der zweifachen radialen Dicke des Sicherungsklemmrings. Weiter kann in der spannseitigen Stirnseite der Kolbenaufnahme die Bohrungsöffnung eine Einführungsschräge aufweisen. Eine solche Einführungsschräge verhindert beim Einführen des Spannkolbens in die Kolbenbohrung ein Verkannten des Sicherungsklemmrings und damit auch eine sichere Positionierung des Sicherungsklemmrings in der Montagenut während der ersten Montagephase der Spannvorrichtung.
Die zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass der Innendurchmesser des Sicherungsklemmrings im entspannten Zustand gleich oder kleiner ist als der Außendurchmesser der Montagenut oder gleich oder kleiner ist als der Außendurchmesser der Entriegelungsnut.
Für eine sichere Aktivierung der Transportsicherung sollte der Sicherungsklemmring zumindest im Bereich der Aktivierungsrampe und in seiner Position auf der Sperrnut eine radial nach innen gerichtete Vorspannung aufweisen. Dem gegenüber ist eine solche radial nach innen gerichtete Vorspannung des Sicherungsklemmrings im Bereich der Montagenut und der Entriegelungsnut nicht zwingend notwendig, jedoch ist auch hier eine zumindest leichte Vorspannung und enger Sitz in der Montagenut bzw. der Entriegelungsnut sinnvoll, um ein sicheres Einführen des Sicherungsklemmrings in die Kolbenbohrung während der Montage und ein entsprechendes sicheres Austreten aus der Kolbenbohrung in der Entriegelungsphase zu gewährleisten. Die Abmessungen verstehen sich zuzüglich der üblichen Toleranzen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Aktivierungsrampe einen in Richtung des Spannendes des Spannkolbens kontinuierlich ansteigenden Außendurchmesser aufweist, wobei die Aktivierungsrampe über den größten Teil der Länge der Aktivierungsrampe bevorzugt konisch ausgebildet ist. Eine derart kontinuierlich ansteigende Aktivierungsrampe begrenzt während der Aktivierung der Transportsicherung den Anstieg der notwendigen Aktivierungskraft und vermeidet so beim Erreichen der Sperrnut ein unbeabsichtigtes Weiterrutschen des Sicherungsklemmrings in die Entriegelungsnut.
Für eine kostengünstige Produktion der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung kann die Kolbenaufnahme als Spannerpatrone ausgebildet sein. Eine Spannerpatrone weist eine zylindrische oder rotationssymmetrisch ausgebildete Kolbenaufnahme auf und kann als Tiefziehteil gefertigt werden. Die Kolbenaufnahme muss daher im Betrieb in ein mit dem Motorblock verbundenes Aufnahmegehäuse fest eingelassen sein, um den im Betrieb auftretenden Kräften und Schwingungen widerstehen zu können. In einer alternativen Ausführungsform kann die Kolbenaufnahme als Spannergehäuse ausgebildet sein. Ein solches Spannergehäuse wird für jeden Einsatzzweck speziell designed und ist daher insbesondere für kleine Chargen nur mit hohen Werkzeugkosten und der genauen Nachbearbeitung der Kolbenbohrung herstellbar. Dem gegenüber können an dem Spannergehäuse direkt ein Montageflansch oder ein Außengewinde vorgesehen sein, um eine solche Spannvorrichtung direkt als Flansch- oder Einschraubkettenspanner zu nutzen.
Des Weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Kettentrieb, insbesondere einen Steuerkettentrieb oder Aggregateantrieb eines Verbrennungsmotors, mit einem Antriebskettenrad, mindestens einem Abtriebskettenrad, einer das Antriebskettenrad und das mindestens eine Abtriebskettenrad miteinander verbindenden Antriebskette und einer die Antriebskette spannende Spannvorrichtung nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Durch die besondere Ausgestaltung ermöglicht diese Spannvorrichtung eine werkzeugfreie sowie schnelle Montage des Spannkolbens in der Kolbenaufnahme, einen sicheren Transport und Endmontage der Spannvorrichtung im Verbrennungsmotor sowie eine einfache Entriegelung der Transportsicherung am Schluss der Endmontage der Spannvorrichtung im Verbrennungsmotor.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Kettentrieb für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 eine Querschnittansicht durch eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung entsprechend 1, ausgebildet als Einschraubspanner,
3 eine Querschnittansicht durch eine weitere erfindungsgemäße Spannvorrichtung, ausgebildet als Spannerpatrone,
4A eine Detailansicht der Transportsicherung der Spannvorrichtungen aus 2 und 3 in einer Montageposition,
4B eine Detailansicht der Transportsicherung der Spannvorrichtungen aus 2 und 3 in einer Aktivierungssituation,
4C eine Detailansicht der Transportsicherung der Spannvorrichtungen aus 2 und 3 in einer Sperrposition,
5A eine Detailansicht der Transportsicherung der Spannvorrichtungen aus den 2 und 3 in einer Verriegelungsposition, und
5B eine Detailansicht der Transportsicherung der Spannvorrichtung aus den 2 und 3 in einer Entriegelungsposition.

Eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie in 1 gezeigt, in einem Kettentrieb 2 eines Verbrennungsmotors eingesetzt. Bei diesem Kettentrieb 2 handelt sich hier um einen Steuerkettentrieb des Verbrennungsmotors mit einem unten liegenden Kurbelwellen-Antriebskettenrad 3 und zwei oben nebeneinander angeordneten Nockenwellen-Abtriebskettenräder 4 sowie einer Antriebskette 5. Die Antriebskette 5 ist endlos um das Antriebskettenrad 3 und die Abtriebskettenräder 4 herum gelegt und verbindet diese miteinander. Im Lasttrum dieses Kettentriebs 2 ist eine Führungsschiene 6 angeordnet, an der die Antriebskette 5 entlang gleitet. Auf dem gegenüberliegenden Leertrums des Kettentriebs 2 befindet sich eine in der Nähe des Antriebskettenrads 3 schwenkbar gelagerte Spannschiene 7, die mittels der Spannvorrichtung 1 an die Antriebskette 5 andrückbar ist, um so den Leertrum des Kettentriebs 2 vorzuspannen. Die Spannvorrichtung 1 ist in der vorliegenden Ausführungsform des Kettenbetriebs 2 in 1 als Einschraubspanner ausgebildet, der in einer entsprechenden Öffnung des Motorblocks 8 eingeschraubt ist, um mit seinem Spannkolben 9 auf einen Andrückbereich 10 der Spannschiene 7 aufzudrücken, die so mit einer vorbestimmten Kraft an die Antriebskette 5 gedrückt wird. Alternativ kann die Spannvorrichtung 1 auch als Flanschspanner ausgebildet sein, der mit geeigneten Befestigungsmitteln an dem Motorblock 8 angeflanscht ist.
Die in 2 dargestellte Querschnittansicht der Spannvorrichtung 1 zeigt deutlich das als Einschraubspanner ausgebildete, freigeschnittene Gehäuse 11 sowie den freigeschnittenen Spannkolben 9. Das Gehäuse 11 ist dabei als Drehfrästeil hergestellt und weist einen sechskantförmigen Schraubkopf 12 mit einem Anlageflansch 13 auf. Unterhalb des Anlageflansches 13 ist eine im Querschnitt rechteckförmige Ringdichtung 14 vorgesehen. Zwischen der Ringdichtung 14 und dem Gewindeabschnitt 15 auf dem Gehäuse 11 ist ein länglicher Gehäuseabschnitt 16 mit einem geringeren Durchmesser vorgesehen, über den eine Versorgung der Spannvorrichtung 1 mit Motoröl erfolgt. Eine radial verlaufende Verbindungsbohrung 17 verbindet den Gehäuseabschnitt 16 mit einer Vorkammer 18 im Inneren des Gehäuses 11. Das Gehäuse 11 ist mit einer am spannseitigen Ende 19 offenen Kolbenbohrung 20 zum längsbeweglichen Aufnehmen des Spannkolbens 9 versehen. Am Boden der Kolbenbohrung 20 befindet sich ein Ventilsitz 21 für ein Rückschlagventil 22, über das Motoröl aus der Vorkammer 18 in den zwischen dem Spannkolben 9 und dem Gehäuse 12 gebildeten Druckraum 23 einströmen kann. Der Spannkolben 9 ist als hohlzylindrisches Bauteil mit einem spannseitig bis auf eine zentrale Entlüftungsöffnung 24 verschlossenen Andrückkopf 25 versehen. Die Entlüftungsöffnung 24 ist als Drosselöffnung ausgebildet oder steht in einer gedrosselten Fluidverbindung mit dem Druckraum 23 in Verbindung.
In der Transportposition ist der Spannkolben 9 nahezu vollständig in der Kolbenbohrung 20 aufgenommen, während im Betrieb der Spannkolben 9 nur über einen Teilbereich der Kolbenbohrung 20 geführt ist. Dabei ist der Spannkolben 9 mit nur einem geringen Spiel in der Kolbenbohrung 20 angeordnet, sodass im Gegensatz zu herkömmlichen Spannvorrichtungen eine Leckage des Motoröls durch den engen Spalt zwischen Kolbenbohrung 20 und Spannkolben 9 reduziert ist und nur eine geringe Wirkung auf das Dämpfungsverhalten der Spannvorrichtung 1 aufweist. In idealer Weise sollte lediglich so viel Motoröl durch diesen Spalt nach außen strömen, um den notwendigen Schmierfilm gegen ein Trockenlaufen des Spannkolbens 9 bereit zu stellen.
Der Spannkolben 9 ist mittels einer im Druckraum 23 angeordneten schraubenförmigen Druckfeder 26 in Spannrichtung vorgespannt. Die Druckfeder 26 drückt den Spannkolben 9 in Richtung der Längsachse A gegen den in 1 gezeigten Andrückbereich 9 der Spannschiene 7 und über die Spannschiene 7 gegen die Antriebskette 5, um den Kettentrieb 2 im Leertrum vorzuspannen. Dabei kann im hohlzylindrischen Spannkolben 9 ein Hohlkörper (nicht gezeigt) angeordnet sein, der das Volumen des Druckraums 23 reduziert und gleichzeitig die Druckfeder 26 führt sowie die stirnseitige Entlüftungsöffnung 24 im Andrückkopf 25 des Spannkolbens 9 gegenüber dem mit Motoröl gefüllten Druckraum 23 gedrosselt abdichtet. Dazu wird oftmals ein pilzförmiger Kopf des Hohlkörpers mit der Druckfeder 26, die sich gegen das Rückschlagventil 22 am Boden der Kolbenbohrung 20 abstützt, von innen gegen das spannseitige Ende des Spannkolbens 9 gedrückt.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist im unteren Bereich des Spannkolbens 9 in Richtung des offenen Endes an der Umfangsfläche des Spannkolbens 9 eine Ringnut 27 vorgesehen, in der ein Spreizring 28 angeordnet ist. Bei einer an die maximal zulässige Längung der Antriebskette 5 angepassten sehr weiten Ausfahrbewegung des Spannkolbens 9 rutscht der Spreizring 28 aus der Ringnut 27 zum Teil in eine Blockiernut 29 in der Kolbenbohrung 20 und blockiert so die weitere Ausrückbewegung des Spannkolbens 9. Bei einer folgenden Einrückbewegung des Spannkolbens 9 wird der Spreizring 28 über die entgegen der Spannrichtung konisch zulaufende Blockiernut 29 in der Kolbenbohrung 20 wieder vollständig in die Ringnut 27 gedrückt und der Spannkolben 9 kann wieder in die Kolbenbohrung 20 einfahren. Darüber hinaus verhindert der Spreizring 28 bei einer Demontage der Spannvorrichtung 1 ein Herausfallen des Spannkolbens 9 aus der Kolbenbohrung 20. Diese Endlagensicherung zur Begrenzung der Ausrückbewegung des Spannkolbens 9 ist nur optional und ist weder für die Konstruktion noch die Funktion der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1 notwendig.
Am spannseitigen Ende 19 des Gehäuses 11 ist eine Transportsicherung 30 vorgesehen. Diese Transportsicherung 30 weist am Spannende des Spannkolbens 9 ein Sicherungsprofil 31 auf, das sich ausgehend vom Andrückkopf 25 über einen spannseitigen Abschnitt von bis zu 20 % der Länge des Spannkolbens 9 entlang des Außenumfangs 32 des Spannkolbens 9 erstreckt. Auf dem Sicherungsprofil 31 ist ein Sicherungsklemmring 33 zwischen verschiedenen Positionen verschiebbar. Der Sicherungsklemmring 33 steht gleichzeitig auch in Eingriff mit einer Sicherungsnut 34 am spannseitigen Ende 19 der Kolbenbohrung 20, wobei die proximale Nutwand 42 der Sicherungsnut 34 als Anschlag für den Sicherungsklemmring 33 in der Verriegelungsposition dient und die distale Wand der Sicherungsnut 34 den Sicherungsklemmring 33 auf dem Sicherungsprofil 31 bewegt. Die Funktion der Transportsicherung 30 wird im Detail anhand der 4A bis 4C sowie 5A und 5B beschrieben.
Die Schnittansicht in 3 zeigt eine als Spannerpatrone ausgebildete Spannvorrichtung 1. Im Gegensatz zu dem Einschraubspanner aus 2 ist bei dieser als Patronenlösung ausgebildeten Spannvorrichtung 1 die Kolbenaufnahme mit der Kolbenbohrung 20 als zylinderförmige Spannerpatrone 11' ausgebildet. Die zylinderförmige Spannerpatrone 11' weist am Boden der Kolbenbohrung 20 ebenfalls einen Ventilsitz 21 zur Aufnahme des Rückschlagventils 22 sowie eine Vorkammer 18 zum Einlass des Motoröls auf. Das Rückschlagventil 22 wird durch die Druckfeder 26 in den Ventilsitz 21 gedrückt und dadurch abgedichtet. Der hohlzylindrische Spannkolben 9 bildet gemeinsam mit der Kolbenbohrung 20 in der Spannerpatrone 11' einen Druckraum 23 aus, in dem die Druckfeder 26 aufgenommen ist. Neben der Ausrücksicherung mit Ringnut 27, Spreizring 28 und Blockiernut 29 ist auch hier wieder am Spannende des Spannkolbens 9 eine Transportsicherung 30 mit Sicherungsprofil 31, Sicherungsklemmring 33 und Sicherungsnut 34 vorgesehen.
Im Folgenden wird anhand der 4A bis 4C sowie 5A und 5B die Funktion der Transportsicherung 30 für die erfindungsgemäße Spannvorrichtungen 1 aus den 2 und 3 näher erläutert. 4A zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Spannvorrichtungen 1 aus den 2 und 3 mit der Transportsicherung 30 in einer Montageposition. In dieser Montageposition liegt der Sicherungsklemmring 33 in einer Montagenut 35, die sich an dem distalen Ende des Sicherungsprofils 31 befindet. In dieser Montageposition kann der Sicherungsklemmring 33 auf dem Spannkolben 9 durch die Bohrungsöffnung 36 am spannseitigen Ende 19 in die Kolbenbohrung 20 eintreten, wobei die Bohrungsöffnung 36 am spannseitigen Ende 19 angefast ist, um ein einfaches, problemloses Einschieben und Zentrieren des auf dem Spannkolben 9 sitzenden Sicherungsklemmrings 33 in die Kolbenbohrung 20 zu ermöglichen. Angrenzend an die Bohrungsöffnung 36 ist in der Kolbenbohrung 20 die Sicherungsnut 34 ausgebildet, sodass der Sicherungsklemmring 33 nach dem Einschieben in die Kolbenbohrung 20 an der gegenüber dem spannseitigen Ende 19 distalen Nutwand 37 anschlägt und von dieser beim weiteren Einschieben des Spannkolbens 9 in die Kolbenbohrung 20 auf die Aktivierungsrampe 38 geschoben wird.
Wie in 4B gut zu erkennen, erstreckt sich die Aktivierungsrampe 38 angrenzend an die distale Montagenut 35 in Richtung des Andrückkopfs 25 des Spannkolbens 9, wobei der Durchmesser der Aktivierungsrampe 38 ausgehend von der Montagenut 35 in Richtung des Andrückkopfs 25 ansteigt, bis zum optionalen Rückenabschnitt 39. Der Rückenabschnitt 39 grenzt in Richtung des Andrückkopfs 25 an die Aktivierungsrampe 38 an und weist einen gleichbleibenden Durchmesser auf, der hier dem Durchmesser des Spannkolbens 9 entspricht. Während der Aktivierungsphase der Transportsicherung 30 wird der Sicherungsklemmring 33 von der distalen Nutwand 37 der Sicherungsnut 34 in Richtung des Andrückkopfs 25 über die Aktivierungsrampe 38 und den Rückenabschnitt 39 hinweg geschoben. Dabei dehnt sich der Sicherungsklemmring 33 auf, sodass er mit einer gewissen radialen Vorspannung sicher auf der Aktivierungsrampe 38 und dem Rückenabschnitt 39 entlang gleitet.
Bei der Aktivierung der Transportsicherung 30 wird der Sicherungsklemmring 33 beim weiteren Einschieben des Spannkolbens 9 in die Kolbenbohrung 20 über den Rückenabschnitt 39 hinweg in die in Richtung des Andrückkopfs 25 angrenzende Sperrnut 40 geschoben. Wie in 4C deutlich zu erkennen, ist der Durchmesser der Sperrnut 40 zwar gegenüber dem Durchmesser des Rückenabschnitts 39 geringer, sodass sich zwischen Sperrnut 40 und dem Rückenabschnitt 39 eine Schulter 41 ausbildet, jedoch ist der Durchmesser der Sperrnut 40 größer als der Durchmesser der Montagenut 35. Der Durchmesser der Sperrnut 40 liegt in etwa in der Mitte zwischen den Durchmessern der Montagenut 35 und des Rückenabschnitts 39, bzw. dem Durchmesser der ungestörten Außenwandung des Spannkolbens 9.
Nachdem der Spannkolben 9 gegen die Vorspannung der Druckfeder 26 soweit in die Kolbenbohrung 20 des Gehäuses 11 eingeschoben ist, dass der Sicherungsklemmring 33 in die Sperrnut 40 gerutscht ist, wird zur Aktivierung der Verriegelungsposition der Spannkolben 9 von der Druckfeder 26 leicht in Spannrichtung gedrückt, bis der Sicherungsklemmring 33 an der Schulter 41 in der Sperrnut 40 anliegt und gegen die proximale Nutwand 42 der Sicherungsnut 34 stößt. Der Anschlag des in der Sperrnut 40 sitzenden Sicherungsklemmrings 33 zwischen der Schulter 41 und der proximalen Nutwand 42 verhindert ein weiteres Ausrücken des Spannkolbens 9. Da der Spannkolben 9 mit der relativ hohen Federkraft der Druckfeder 26 den Sicherungsklemmring 33 gegen die proximale Nutwand 42 drückt, ist der Spannkolben 9 sicher in dieser Transportposition verriegelt, wie in 5A gut zu erkennen.
Zur Entriegelung der Transportsicherung 30 und entsprechend einer Inbetriebnahme der Spannvorrichtung 1 wird der Spannkolben 9 aus der in 5A gezeigten Verriegelungsposition wieder gegen die Vorspannkraft der Druckfeder 26 in die Kolbenbohrung 20 hineingedrückt. Da in der Verriegelungsposition der Spannkolben 9 bereits sehr tief in der Kolbenbohrung 20 positioniert ist, muss zur Entriegelung eine Druckkraft aufgebracht werden, die etwa dem 1,1- bis 1,6-fachen der im Betrieb wirkenden Vorspannkraft der Druckfeder 26 entspricht. Beim weiteren Einfahren des Spannkolbens 9 in die Kolbenbohrung 20 wird wie in 4C gezeigt der Sicherungsklemmring 33 von der distalen Nutwand 37 der Sicherungsnut 34 entlang der Sperrnut 40 in Richtung des Andrückkopf 25 geschoben, bis der Sicherungsklemmring 33 in die Entriegelungsnut 43 hineinrutscht. Da der Sicherungsklemmring 33 gegenüber der Sperrnut 40 eine radial nach innen gerichtete Vorspannung aufweist, verbleibt der Sicherungsklemmring 33 im Betrieb in der Entriegelungsnut 43 und bewegt sich während des Betriebs auf dem Spannkolben 9 im Wesentlichen außerhalb der Kolbenbohrung 20. Die Entriegelungsnut 43 ist der Teil des Sicherungsprofils 31, der sich am nächsten in Richtung des stirnseitigen Andrückkopfs 25 befindet. Nachdem sich der Sicherungsklemmring 33 durch das weitere Einrücken des Spannkolbens 9 in die Kolbenbohrung 20 in der Entriegelungsnut 43 befindet, kann, wie in 5B gezeigt, die Druckkraft auf den Spannkolben 9 gelöst werden, so dass der Spannkolben 9 in seine aktive Betriebsposition ausrücken kann und auf den Andrückbereich 10 der Spannschiene 7 aufdrückt. Da sich der Sicherungsklemmring 33 in der Entriegelungsposition in der Entriegelungsnut 43 befindet, die ebenso wie die Montagenut 35 im Gegensatz zur Sperrnut 40 einen geringeren Durchmesser aufweist, passt der Sicherungsklemmring 33 durch die Bohrungsöffnung 36 hindurch. In dieser Entriegelungsposition wird der Betrieb der Spannvorrichtung 1 durch den Sicherungsklemmring 33 weder gestört noch behindert, da sich der Spannkolben 9 trotz des in der Entriegelungsnut 43 aufsitzenden Sicherungsklemmrings 33 sowohl außerhalb des Gehäuses 11 aber auch noch innerhalb der Kolbenbohrung 20 bis zum Anschlag an der distalen Nutwand 37 der Sicherungsnut 34 frei bewegen kann.
Bezugszeichenliste

1: Spannvorrichtung
2: Kettentrieb
3: Kurbelwellen-Antriebskettenrad
4: Nockenwellen-Antriebskettenrad
5: Antriebskette
6: Führungsschiene
7: Spannschiene
8: Motorblockteil
9: Spannkolben
10: Andrückbereich
11: Gehäuse
11': Spannerpatrone
12: Schraubkopf
13: Anlageflansch
14: Ringdichtung
15: Gewindeabschnitt
16: Gehäuseabschnitt
17: Verbindungsbohrung
18: Vorkammer
19: spannungsseitiges Ende
20: Kolbenbohrung
21: Ventilsitz
22: Rückschlagventil
23: Druckkammer
24: Entlüftungsöffnung
25: Andrückkopf
26: Druckfeder
27: Ringnut
28: Spreizring
29: Blockiernut
30: Transportsicherung
31: Sicherungsprofil
32: Außenumfang
33: Sicherungsklemmring
34: Sicherungsnut
35: Montagenut
36: Bohrungsöffnung
37: distale Nutwand
38: Aktivierungsrampe
39: Rückenabschnitt
40: Sperrnut
41: Schulter
42: proximale Nutwand
43: Entriegelungsnut
A: Kolbenachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19680418 C1 [0004]
DE 3636918 A1 [0005]
DE 4415960 A1 [0006]

Claims

Spannvorrichtung (1), insbesondere ein hydraulisch betätigter Kettenspanner für einen Kettentrieb (2) eines Verbrennungsmotors, mit einer Kolbenaufnahme (11, 11'), einem in einer Kolbenbohrung (20) der Kolbenaufnahme (11, 11') verschiebbar geführten, federbelasteten Spannkolben (9), und einer Transportsicherung (30) zur Festlegung des Spannkolbens (9) in der Kolbenaufnahme (11,11)', wobei die Transportsicherung (30) ein am Spannende des Spannkolbens (9) ausgebildetes Sicherungsprofil (31) und einen auf dem Sicherungsprofil (31) angeordneten Sicherungsklemmring (33) sowie eine Sicherungsnut (34) am spannseitigen Ende (19) der Kolbenbohrung (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungsprofil (31) eine in Richtung des Spannendes aufweitende Aktivierungsrampe (38) aufweist, um werkzeugfrei den Sicherungsklemmring (33) von einer Montageposition in eine Sperrposition zu überführen.
Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungsprofil (31) eine Montagenut (35), in der der Sicherungsklemmring (33) in der Montageposition ist, die Aktivierungsrampe (38), eine Sperrnut (40), in der der Sicherungsklemmring (33) in der Sperrposition ist, und eine Entriegelungsnut (43), in der der Sicherungsklemmring (33) in einer Entriegelungsposition ist, aufweist, wobei die Montagenut (35) distal und die Entriegelungsnut (43) proximal dem Spannende des Spannkolbens (9) angeordnet sind.
Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der distal angeordneten Aktivierungsrampe (38) und der proximal angeordneten Sperrnut (40) ein Rückenabschnitt (39) vorgesehen ist, wobei der Rückenabschnitt (39) bevorzugt einen Außendurchmesser aufweist der dem ungestörten Außendurchmesser des Spannkolbens (9) entspricht.
Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass angrenzend an die Sicherungsnut (34) im spannseitigen Ende (19) der Kolbenbohrung (20) eine Bohrungsöffnung (36) vorgesehen ist, wobei der Innendurchmesser der Bohrungsöffnung (36) größer ist als der Außendurchmesser der Montagenut (35) plus der zweifachen radialen Dicke des Sicherungsklemmrings (33) und auch größer ist als der Außendurchmesser der Entriegelungsnut (43) plus der zweifachen radialen Dicke des Sicherungsklemmrings (33).
Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem spannseitigen Ende (19) der Kolbenaufnahme (11,11') die Bohrungsöffnung (36) eine Einführschräge aufweist.
Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Sicherungsklemmrings (33) im entspannten Zustand gleich oder kleiner ist als der Außendurchmesser der Montagenut (35) oder gleich oder kleiner ist als der Außendurchmesser der Entriegelungsnut (43).
Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungsrampe (38) einen in Richtung des Spannendes des Spannkolbens (9) kontinuierlich ansteigenden Außendurchmesser aufweist, wobei die Aktivierungsrampe (38) über den größten Teil der Länge der Aktivierungsrampe (38) bevorzugt konisch ausgebildet ist.
Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenaufnahme (11,11') als Spannerpatrone ausgebildet ist.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenaufnahme (11,11') als Spannergehäuse ausgebildet ist.
Kettentrieb (1), insbesondere ein Steuerkettentrieb oder Aggregateantrieb eines Verbrennungsmotors, mit einem Antriebskettenrad (3), mindestens einem Abtriebskettenrad (4), einer das Antriebskettenrad (3) und das mindestens eine Abtriebskettenrad (4) miteinander verbindenden Antriebskette (5) und einer die Antriebskette (5) spannenden Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.