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Die
Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung mit einem Gehäuse mit
einer Kolbenaufnahmeausnehmung, wobei die Kolbenaufnahmeausnehmung ein
vorderes Ende, eine Öffnung
an dem vorderen Ende, einen Kolbenaufnahmeteil mit einem ersten Durchmesser
und einen an das vordere Ende angrenzenden erweiterten Teil aufweist
und wobei der erweiterte Teil einen Durchmesser, der größer ist
als der erste Durchmesser, und eine Schulter aufweist, die von dem
vorderen Ende zurückgesetzt
ausgebildet und zu dem vorderen Ende gerichtet ist, einem Kolben,
der verschiebbar in die Kolbenaufnahmeausnehmung eingepasst ist
und aus der Öffnung
der Kolbenaufnahmeausnehmung in eine Ausrückrichtung axial herausragt,
wobei der Kolben eine äußere Oberfläche mit
darauf ausgebildeten und sich längs erstreckenden
Zahnstangen aufweist, einer Ausrückvorspannfeder,
die den Kolben in die Ausrückrichtung
vorspannt, einem Schulteraufnahmering, durch den sich der Kolben
erstreckt, wobei der Schulteraufnahmering in dem erweiterten Teil
der Kolbenaufnahmeausnehmung angeordnet ist und eine schräge Schulterstück-Führungsfläche aufweist,
wobei die Führungsfläche zur
Ausrückrichtung
des Kolbens und von der Achse des Kolbens weg nach außen geneigt
ist, einer Ring-Vorspannfeder, die den Schulteraufnahmering in die
Ausrückrichtung
des Kolbens vorspannt, zwei keilförmigen Schulterstücken, die
auf der schrägen
Schulterstück-Führungsfläche des Schulteraufnahmerings
gleiten und mit den Zahnstangen auf dem Kolben in Eingriff bringbar
sind, einer Schulterstück-Vorspannfeder,
die die keilförmigen
Schulterstücke
in die zur Ausrückrichtung
des Kolbens entgegengesetzte Richtung vorspannt, und einer Abschlusskappe
auf dem Gehäuse,
wobei die Abschlusskappe eine Kappenöffnung aufweist, durch die
sich der Kolben axial erstreckt, und mit dem erweiterten Teil der
Kolbenaufnahmeausnehmung derart zusammenwirkt, dass eine Einfassung
bereitgestellt ist, die die Ring-Vorspannfeder, den Schulteraufnahmering,
die keilförmigen
Schulterstücke
und die Schulterstück-Vorspannfeder enthält, und
wobei die Abschlusskappe eine innere Endfläche aufweist, die die Kappenöffnung umgibt,
wobei der Schulteraufnahmering zwischen der inneren Endfläche der Abschlusskappe
und der Schulter des erweiterten Teils angeordnet und dazwischen
axial bewegbar ist und wobei der Schulteraufnahmering stoppbar ist durch
die Schulter des erweiterten Teils, wenn er sich in die zur Ausrückrichtung
entgegengesetzte Richtung bewegt, und durch die innere Endfläche der
Abschlusskappe, wenn er sich in die Ausrückrichtung bewegt.
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Diese
Spannvorrichtung dient zum Aufrechterhalten einer geeigneten Spannung
in einem endlosen und flexiblen Kraftübertragungsmedium wie beispielsweise
in einer Antriebskette oder in einem Antriebsriemen. Die Spannvorrichtung
ist beispielsweise beim Aufrechterhalten einer Spannung in der Steuerkette
einer Verbrennungsmaschine nützlich, bei
der die Kette Kraft von einem Kurbelwellenkettenrad auf ein oder
mehrere Nockenwellenkettenräder überträgt.
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Bei
einer herkömmlichen
Spannvorrichtung übt
ein aus einem Gehäuse
herausstehender Kolben eine Kraft auf die Rückseite eines schwenkbar gelagerten
Spannhebels aus, der einen in Gleitkontakt mit der Schlaffseite
einer Kette befindlichen Schuh aufweist, um die Spannung in der
Kette aufrechtzuerhalten. Der Kolben der Spannvorrichtung greift
mit dem Hebel an einer Position ein, die von der Schwenkachse des
Hebels entfernt ist.
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Wie
in
10 gezeigt, weist eine Ausführungsform einer herkömmlichen
in der
JP 2003-287 094
A beschriebenen Kettenspannvorrichtung
500 einen
Kolben
520 auf, der einrückbar aus einer Kolbenaufnahmeausnehmung
511 in
einem Gehäuse
510 hervorsteht.
Eine Vorspannfeder
530 spannt den Kolben
520 in
die Ausrückrichtung
vor. Keilförmige Schulterstücke
540 in
der Form von Nockenstücken gleiten
auf schrägen
Führungsflächen
512,
die in Nuten an dem offenen vorderen Ende der Kolbenaufnahmeausnehmung
511 ausgebildet
sind. Diese Schulterstücke
540 weisen
Zähne auf,
die mit Zahnstangen
521 eingreifen, die an entgegengesetzten Seiten
des Kolbens
520 ausgebildet sind. Mindestens zwei solcher
Schulterstücke
540 sind
bereitgestellt. Eine Schulterstück-Vorspannfeder
550,
die lose auf dem Kolben
520 angeordnet ist, spannt die keilförmigen Schulterstücke
540 vor,
wobei sie axial gegen die Führungsflächen
512 geschoben
werden, so dass sie zur Kolbenachse hin in die Kolbenaufnahmeausnehmung
511 gedrückt werden.
Das äußere Ende
der Schulterstück-Vorspannfeder
550 ist
gegen einen nach innen abragenden Flansch eines Zwischenstücks
560 gelagert,
das an dem vorderen Ende des Gehäuses
510 befestigt
ist.
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Wenn
eine Kette während
des Gebrauchs länger
wird, steuert die Kettenspannvorrichtung 500 das Spiel,
in dem sie dem Kolben 520 ermöglicht, sequentiell um jeweils
einen Zahn in die Ausrückrichtung
auszurücken.
Auf diese Weise hält
die Spannvorrichtung 500 eine geeignete Kettenspannung
aufrecht und verhindert Fremdgeräusche
nach dem Starten des Motors und Pfeifgeräusche, die als Ergebnis einer übermäßigen Kettenspannung
auftreten.
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Bei
einer früheren
Kettenspannvorrichtung 500 wurde die Spielstrecke beim
Herstellungsprozess durch die Auswahl eines geeigneten Neigungswinkels
für die
Schulterstück-Führungsflächen 512 gesteuert,
die die Bewegungsrichtung der keilförmigen Schulterstücke 540 bestimmen.
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Jedoch
gab die Festlegung der Spielstrecke durch die Auswahl des Neigungswinkels
der Schulterstück-Führungsflächen Anlass
für mehrere
Probleme. Das heißt,
wenn der Neigungswinkel der Schulterstück-Führungsflächen 512, der zwischen
den Führungsflächen 512 und
der Kolbenachse gemessen wird, übermäßig verkleinert
wird, um die Spielstrecke zu vergrößern, wird die Keilwirkung
der Schulterstücke 540 übermäßig und
neigen die Schulterstücke 540 und
der Kolben 520 zu einem Verklemmen, so dass ein Lösen der
Schulterstücke 540 von dem
Kolben 520 nicht mehr auftritt. Auch tritt ein Splittern
von Zähnen
aufgrund des Verschleißes
und der ungenügenden
Festigkeit der Zähne
sowohl der Schulterstücke 540 als
auch der Zahnstangen 521 auf.
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Wenn
andererseits der Neigungswinkel der Schulterstück-Führungsflächen 512 übermäßig vergrößert wird,
um die Spielstrecke zu verkleinern, wird die Keilwirkung der keilförmigen Schulterstücke 540 beeinträchtigt.
Eine Bewegung der Schulterstücke 540 auf
den Schulterstück-Führungsflächen 512 in die
Kolbenaufnahmeausnehmung 511 wird unzuverlässig und
ein Lösen
der Schulterstücke 540 aufgrund
der Unzuverlässigkeit
der Bewegung der Schulterstücke 540 tritt
wahrscheinlich auf.
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Wenn
die Spielstrecke nur durch den Neigungswinkel der Schulterstück-Führungsflächen 512 vorgegeben
wird, sind daher die Spielstrecken aufgrund von Beschränkungen
wie beispielsweise die Zahnfestigkeit und dergleichen auf einen
sehr schmalen Bereich limitiert, welche bei der Gestaltung der Kolbenzahnstangen
und Schulterstücke
berücksichtigt
werden müssen.
Folglich sind Spannvorrichtungen dieser Art nicht für alle Typen
von Motoren geeignet.
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Aus
der
JP 08-152 051
A ist eine Spannvorrichtung mit einem Gehäuse mit
einer Kolbenaufnahmeausnehmung, einem in dieser Kolbenaufnahmeausnehmung
angeordnetem Kolben, einer Ausrückvorspannfeder
für den
Kolben, einem Schulteraufnahmering, einer Ring-Vorspannfeder, einer
Vielzahl von Schulterstücken,
einer Schulterstück-Vorspannfeder
und einer Abschlusskappe bekannt. Dabei ist der Schulteraufnahmering
34 in
Ausrückrichtung
hinsichtlich seiner Bewegung durch die innere Endfläche der
Abschlusskappe
5 begrenzt. Je nach Betriebszustand gelangt
der Schulteraufnahmering in Anlage mit der inneren Endfläche der
Abschlusskappe. Der Schulteraufnahmering
34 ist von einer Ring-Vorspannfeder
11 vorgespannt,
die zwischen einer Schulter eines erweiterten Teils der Kolbenaufnahmeausnehmung
und dem Schulteraufnahmering angeordnet ist. Mit anderen Worten
stützt
sich die Ring-Vorspannfeder an dieser Schulter direkt ab, um den
Schulteraufnahmering in Ausrückrichtung
vorzuspannen.
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Des
Weiteren ist aus der
JP
2002-139 110 A ebenfalls eine Spannvorrichtung mit einem
Schulteraufnahmering bekannt, wobei der Schulteraufnahmering in
Ausrückrichtung
mittels einer Ring-Vorspannfeder vorgespannt ist, die sich zum einen
am Schulteraufnahmering und zum anderen an einer Schulter eines
erweiterten Teils einer Kolbenaufnahmeausnehmung abstützt. Die
Bewegung des Schulteraufnahmerings ist in Ausrückrichtung durch eine innere
Endfläche
einer Abschlusskappe und in Einrückrichtung
durch die Ring-Vorspannfeder begrenzt. Eine Stoppbarkeit des Schulteraufnahmerings
an der Schulter ist dem Dokument nicht entnehmbar.
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Bei
Kettenspannvorrichtungen der beschriebenen Art muss eine Vielzahl
von Gehäusen
mit Schulterstück-Führungsflächen zur
Verfügung
stehen, die mit verschiedenen Winkeln geneigt sind, die den gewünschten
Spielstrecken entsprechen. Da die Führungsflächenneigungen variieren, müssen darüber hinaus
unterschiedliche keilförmige
Schulterstücke
für jedes
Gehäuse
bereitgestellt werden. Die Kontrolle der Teile ist hierbei schwierig,
insbesondere da die keilförmigen
Schulterstücke
klein sind und Schulterstücke
mit verschiedenen Neigungswinkeln schwierig voneinander zu unterscheiden
sind. Im Ergebnis werden beim Zusammenbau dieser Kettenspannvorrichtungen
manchmal Kettenspannvorrichtungen mit falschen keilförmigen Schulterstücken zusammengebaut.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung
bereitzustellen, bei der ein verschleißarmer und sicherer Betrieb
mit konstruktiv einfachen Mitteln ermöglicht ist.
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Erfindungsgemäß ist die
voranstehende Aufgabe durch eine Spannvorrichtung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Der
Ausdruck „maximale
Spielstrecke N” bezieht
sich auf die gesamte Strecke, die der Kolben in der Ausrückrichtung
zurücklegt,
und zwar von einer Position, die unmittelbar der Position vorangeht,
bei der – nachdem
die Schulterstücke
die Schrägen
der schrägen
Schulterstück-Führungsflächen angestiegen
sind – der
Eingriff zwischen den Schulterstücken und
den Zahnstangen des Kolbens gelöst
ist, zu der Position, in der der Kolben zu der am weitesten eingerückten Position
zurückgekehrt
ist, die durch die Schulterstücke
zugelassen wird. Der Ausdruck „minimale
Spielstrecke M” bezieht
sich auf die gesamte Strecke, die der Kolben zurücklegt, wenn er von der Position,
die unmittelbar derjenigen Position folgt, bei der sich die Schulterstücke von
den Zahnstangenzähnen
lösen und
um einen Zahn voranschreiten, zu der am weitesten eingerückten Position
zurückkehrt, die
durch die Schulterstücke
zugelassen wird.
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Die
Dimensionierungen der Zahnstangen des Kolbens, der keilförmigen Schulterstücke und des
Schulteraufnahmerings sind vorzugsweise derart ausgewählt, dass
sie die Gleichungen M = m + S und N = n + S erfüllen, wenn die minimale Spielstrecke des
Kolbens als M definiert ist, die maximale Spielstrecke des Kolbens
als N definiert ist, die maximale Verschiebung des Schulteraufnahmerings
als S definiert ist, die Rückkehrstrecke
des Kolbens aufgrund der Verschiebung der Schulterstücke aus
einer Position, die unmittelbar derjenigen Position vorangeht, bei
der die Schulterstücke über einen
Zahn der Zahnstangen schreiten, als n definiert ist und die Rückkehrstrecke
des Kolbens aufgrund einer Verschiebung der Schulterstücke aus
einer Position, die derjenigen Position unmittelbar folgt, bei der
die Schulterstücke über einen
Zahn der Zahnstangen schreiten, als m definiert ist.
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Die
schrägen
Schulterstück-Führungsflächen der
erfindungsgemäßen Kettenspannvorrichtung
können
jede beliebige Form annehmen, vorausgesetzt, dass die keilförmigen Schulterstücke gemäß der Ausrück- und
Einrückbewegung
des Kol bens gleichmäßig auf
den Schulterstück-Führungsflächen auf-
und absteigen können.
Wenn ein Neigungswinkel der Schulterstück-Führungsflächen, der bezüglich der
Ausrückrichtung
des Kolbens gemessen wird, als θ definiert
wird, ist es jedoch bevorzugt, dass die Neigung der Schulterstück-Führungsflächen derart
gewählt
ist, dass 15° < θ < 70° gilt. Wenn
der Winkel der Schulterstück-Führungsflächen kleiner als
15° ist,
können
die Zahnköpfe
der Schulterstücke leicht
mit den Zahnköpfen
der Zahnstangen eingreifen und tritt wahrscheinlich ein Splittern
der Zähne oder
ein übermäßiges Wackeln
auf. Wenn der Winkel der Schulterstück-Führungsflächen größer als 70° ist, wird die Bewegung der
Schulterstücke
schwerfällig
und wird die Keilwirkung der Schulterstücke bezüglich des Kolbens unzuverlässig.
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Die
Erfindung ist sowohl bei Spannvorrichtungen vom „inneren Befestigungstyp” in einer
abgedichteten Situation innerhalb eines Motors als auch bei Spannvorrichtungen
vom „äußeren Befestigungstyp”, die außerhalb
eines Motors befestigt sind, anwendbar.
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Die
Ausrückvorspannfeder
kann an einer Vielzahl von Positionen angeordnet werden, beispielsweise
zwischen dem vorderen Ende des Kolbens und der Abschlusskappe oder
zwischen dem hinteren Ende des Kolbens und dem Boden der Kolbenaufnahmeausnehmung.
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Die
Ausrückvorspannfeder
kann eine größere Vorspannkraft
ausüben
als die Vorspannfedern für die
Schulterstücke
oder den Schulteraufnahmering. Die Vorspannfeder für den Schulteraufnahmering kann
eine größere Vorspannkraft
ausüben
als die Schulterstück-Vorspannfeder,
die die keilförmigen Schulterstücke in eine
zu der Ausrückrichtung
des Kolbens entgegengesetzte Richtung vorspannt.
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Darüber hinaus
ist die erfindungsgemäße Spannvorrichtung
nicht nur bei einer Steuerkette anwendbar, die Kraft von einem Kurbelwellenkettenrad auf
ein oder mehrere Nockenwellenkettenräder überträgt, sondern auch bei anderen
Ketten wie beispielsweise eine Kette in einem Ausgleichssystem oder eine
Antriebskette in einem Ölpumpensystem.
Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Spannvorrichtung auch bei
einem Antriebsriemen angewendet werden.
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Wenn
eine Kette während
des Motorbetriebs länger
wird, wird eine geeignete Spielstrecke aufrechterhalten, da der
Kolben relativ zu den Schulterstückzähnen jeweils
um einen Zahn in die Ausrückrichtung
voranschreitet. Folglich wird eine geeignete Kettenspannung aufrechterhalten
und werden Fremdgeräusche
beim Motorstart und Pfeifgeräusche
verhindert, die während
eines übermäßigen Spannens
der Kette erzeugt werden.
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Beim
Betrieb der Spannvorrichtung wird der Kolben aufgrund der Ausrückvorspannfeder
schnell in die Ausrückrichtung
bewegt, wenn die Kette, in der die Spannung aufrechtzuerhalten ist,
locker wird. Wenn sich der Kolben nach vorne bewegt, wird auch der
Schulteraufnahmering, der anfänglich
in Kontakt mit der Schulter in dem erweiterten Teil der Kolbenaufnahmeausnehmung
ist, aufgrund der Vorspannkraft, die durch die Ring-Vorspannfeder
ausgeübt wird,
in die Ausrückrichtung
verschoben. Da der Schulteraufnahmering nach vorne verschoben wird, werden
auch die keilförmigen
Schulterstücke,
die mittels der Schulterstück-Vorspannfeder
vorgespannt sind, in die Ausrückrichtung
verschoben.
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Wenn
sich der Schulteraufnahmering nach vorne bewegt und an die innere
Endfläche
der Abschlusskappe anstößt, hält er dort
an und können dann
die Schulterstücke
auf den schrägen
Schulterstück-Führungsflächen des
Schulteraufnahmerings nach vorne und nach außen gleiten. Wenn sich der Kolben
eine ausreichende Strecke lang in die Ausrückrichtung bewegt, lösen sich
die Schulterstückzähne von
den Zahnstangenzähnen
des Kolbens. Da die Schulterstück-Vorspannfeder
mit der inneren Endfläche
der Abschlusskappe in dem Moment in Kontakt ist, in dem sich der
Eingriff zwischen den Schulterstücken
und den Zahnstangen des Kolbens löst, gleiten die Schulterstücke auf
den Schulterstück-Führungsflächen des
Schulteraufnahmerings nach innen und zurück, bis sie wieder mit den
Zahnstangen des Kolbens an Positionen eingreifen, die um einen Zahn
versetzt sind.
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Wenn
der Kolben aufgrund einer externen Kraft, die über die Kette ausgeübt wird,
zurückgeschoben
wird, wird der Schulteraufnahmering zusammen mit den Schulterstücken in
die Einrückrichtung
verschoben, und zwar bis er gegen die Schulter in dem erweiterten
Teil der Kolbenaufnahmeausnehmung des Gehäuses stößt. Gleichzeitig blockiert
die Keilwirkung der Schulterstücke
ein weiteres Einrücken
des Kolbens.
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Die
externe Einrückkraft,
die auf den Kolben ausgeübt
wird, wird über
die keilförmigen
Schulterstücke
gleichmäßig in Komponenten
aufgeteilt, die in schräge
Richtungen an entgegengesetzten Seiten des Kolbens zeigen.
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Es
gibt nun verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu ist auf die nachfolgende Erläuterung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit
der Erläuterung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In
der Zeichnung zeigen
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1 in
einer Draufsicht die Steuereinrichtung eines Verbrennungsmotors,
wobei gezeigt ist, wie eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung die Spannung
einer Steuerkette aufrechterhält,
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2 in
einer perspektivischen Darstellung, teilweise geschnitten, das in 1 gezeigte
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung,
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3 in
einer perspektivischen Explosionsdarstellung die Zusammensetzung
der in 1 gezeigten Spannvorrichtung,
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4 in
einer geschnittenen Darstellung Details der Beziehung zwischen den
Schulterstücken, den
Kolbenzahnstangen und dem Schulteraufnahmering,
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5 in
einer geschnittenen Darstellung der Spannvorrichtung den Kolben
in seiner vollständig eingerückten Position,
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6 in
einer geschnittenen Darstellung den Kolben und den Schulteraufnahmering,
der zu dem Punkt nach vorne bewegt ist, an dem die Schulterstücke beginnen,
sich nach außen
zu bewegen, um sich von den Zahnstangen des Kolbens zu lösen,
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7 in
einer geschnittenen Darstellung den Kolben, der weiter nach vorne
zu der Position bewegt ist, in der die Schulterstücke gerade
um einen Zahn über
die Zahnstangenzähne
des Kolbens schreiten,
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8 in
einer geschnittenen Darstellung die Schulterstücke, die wieder mit den Zahnstangen
des Kolbens in Eingriff sind, und zwar unmittelbar nachdem sie um
einen Zahn über
die Zahnstangenzähne geschritten
sind,
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9 in
einer geschnittenen Darstellung den in eine Position eingerückten Kolben,
in der ein weiteres Einrücken
durch die Schulterstücke
und den Schulteraufnahmering verhindert ist, und
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10 in
einer perspektivischen Darstellung, teilweise geschnitten, eine
herkömmliche Spannvorrichtung.
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Die
in 1 gezeigte Spannvorrichtung 100 wird
als Kettenspannvorrichtung vom äußeren Befestigungstyp
verwendet, um eine Spannung einer Steuerkette TC aufrechtzuerhalten
und um die Vibrationen zu unterdrücken, die während des Umlaufens einer Steuerkette
TC erzeugt werden, die zwischen einem Kurbelwellenkettenrad S1 und
Nockenwellenkettenrädern
S2 eines Fahrzeugmotors gespannt ist. Bei der Kettenspannvorrichtung 100 ragt
ein federvorgespannter Kolben 120 in Richtung der Steuerkette
TC hervor. Die Kette TC läuft
vor dem Spannvorrichtungsgehäuse 110 um,
das an einer Motorblockwand E befestigt ist. Der Kolben 120 drückt gegen
die Rückseite
eines Spannhebels TL, der an dem Motorblock schwenkbar gelagert
ist, wodurch eine Schuhoberfläche
des Spannhebels TL in Gleitkontakt mit der Schlaffseite der Steuerkette
TC gedrückt
wird, um die Kette TC mit einer Spannung zu beaufschlagen.
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Eine
an dem Motorblock befestigte Spannführung TG führt die Steuerkette TC, um
ein Flattern der Kette TC zu verhindern.
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Wie
in den 2 bis 4 gezeigt, umfasst die Kettenspannvorrichtung 100 ein
Gehäuse 110, das
eine Kolbenaufnahmeausnehmung 111 aufweist, in die ein
Kolben 120 eingesetzt ist. Eine Ausrückvorspannfeder 130 spannt
den Kolben 120 relativ zu dem Gehäuse 110 in die Ausrückrichtung
vor.
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Der
Kolben 120 erstreckt sich durch einen Schulteraufnahmering 140,
der in einem erweiterten Teil 111a der Kolbenaufnahmeausnehmung 111 an dem
vorderen Ende der Kolbenaufnahmeausnehmung 111 angeordnet
ist. Eine Ring-Vorspannfeder 150 ist bereitgestellt, um
den Schulteraufnahmering 140 in die Ausrückrichtung
vorzuspannen, das heißt, in
die Richtung, in die der Kolben 120 aus dem Gehäuse 110 ragt.
Ein Paar von keilförmigen
Schulterstücken 160 gleitet
auf schrägen
Schulterstück-Führungsflächen 141 in
Nuten, die in dem Schulteraufnahmering 140 ausgebildet
sind. Die Schulterstücke 160 weisen
Zähne auf,
die mit sich längs
erstreckenden Zahnstangen 121 in Eingriff bringbar sind,
die auf entgegengesetzten Seiten des Kolbens 120 ausgebildet
sind. Eine Schulterstück-Vorspannfeder 170 spannt
das Paar von keilförmigen
Schulterstücken 160 in
die Einrückrichtung
vor, das heißt
in die Richtung, die der Ausrückrichtung
des Kolbens 120 entgegengesetzt ist. Eine Abschlusskappe 180,
die einen Durchgang aufweist, durch welchen sich der Kolben 120 erstreckt,
ist an dem vorderen Ende des Gehäuses 110 befestigt
und dichtet die Ring-Vorspannfeder 150, den Schulteraufnahmering 140,
die keilförmigen
Schulterstücke 160 und
die Schulterstück-Vorspannfeder 170 innerhalb
des erweiterten Teils 111a an dem vorderen Ende der Kolbenaufnahmeausnehmung 111 ab.
Der Schulteraufnahmering 140 ist zwischen der inneren Endfläche der
Abschlusskappe 180 und einer Schulter in dem erweiterten
Teil 111a der Kolbenaufnahmeausnehmung 111 axial
verschiebbar und wird durch die Schulter gestoppt, wenn er sich
in die Einrückrichtung
bewegt, und durch die innere Endfläche der Abschlusskappe 180, wenn
er sich in die Ausrückrichtung
bewegt.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die Ausrückvorspannfeder 130 zwischen
dem hinteren Ende des Kolbens 120 und dem Boden der Kolbenaufnahmeausnehmung 111 angeordnet.
Jedoch kann die Ausrückvorspannfeder 130 alternativ
an beliebiger Stelle angeordnet werden. Beispielsweise kann sie
zwischen einem nicht gezeigten Flansch, der an dem vorderen Ende
des Kolbens vorgesehen sein kann, und der Abschlusskappe angeordnet
sein. Die Ausrückvorspannfeder 130 kann
eine größere Vorspannkraft
als sowohl die Ring-Vorspannfeder 150 als auch die Schulterstück-Vorspannfeder 170 ausüben. Des
Weiteren kann die Ring-Vor spannfeder 150 eine größere Vorspannkraft
als die Schulterstück-Vorspannfeder 170 ausüben.
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Unter
Bezugnahme auf 4 beträgt θ, der Neigungswinkel der schrägen Schulterstück-Führungsfläche 141 des
Schulteraufnahmerings 140, 45°. Dies ermöglicht den Schulterstücken 160,
gemäß der Ausrück- oder
Einrückbewegung
des Kolbens 120 gleichmäßig auf
den Schulterstück-Führungsflächen 141 in
der ansteigenden oder in der absteigenden Richtung zu gleiten. Der
Winkel θ kann auf
jeden Winkel innerhalb des Bereichs 15° < θ < 70° frei vorgegeben
werden, und die Vorgabe oder Einstellung bestimmt die Rückkehrstrecke
n des Kolbens 120 – aufgrund
der Verschiebung der Schulterstücke – aus der
Position, die derjenigen Position unmittelbar vorangeht, bei der
die keilförmigen
Schulterstücke
um einen Zahn der Zahnstangen 121 voranschreiten. Der Winkel θ bestimmt
auch die Rückkehrstrecke
m des Kolbens 120 – aufgrund
der Verschiebung der Schulterstücke 160 – aus seiner
Position, unmittelbar nachdem die Schulterstücke 160 über einen
Zahn der Zahnstangen 121 geschritten sind. In jedem Fall
kann der Kolben 120 zu einer Position zurückkehren,
in der die Schulterstücke 160 mit den
Zahnstangen 121 vollständig
eingreifen und der Schulteraufnahmering 140 mit der Schulter
eingreift, die in dem erweiterten Teil 111a der Kolbenaufnahmeausnehmung 111 ausgebildet
ist. Diese Position des Kolbens 120 wird als die „rückgestoppte
Position” bezeichnet.
Selbstverständlich
hängt die
Anzahl an möglichen
rückgestoppten
Positionen von der Anzahl an Zähnen
einer Zahnstange 121 und der Anzahl an Zähnen eines
Schulterstücks 160 ab.
Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die Anzahl an möglichen
rückgestoppten
Positionen (10) die Anzahl an Zähnen
der Zahnstange (11) + 2, weniger die Anzahl an Zähnen des Schulterstücks (3).
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Das
hintere Ende des Gehäuses 110 weist einen
hydraulischen Ventilmechanismus 190 auf, damit ein von
einer nicht gezeigten externen Ölquelle erzeugter Öldruck auf
das hintere Ende des Kolbens 120 wirkt, um die Ausrückvorspannkraft
des Kolbens 120 genau einzustellen. Dieser hydraulische
Ventilmechanismus 190 umfasst einen Kugelsitz 191,
der in einen Rückhalter 193 eingepresst
ist, eine Absperrkugel 192, die frei gegen den Kugelsitz 191 stoßen kann,
und einen Rückhalter 193,
der die Absperrkugel 192 hält. Öl strömt frei durch den hydraulischen
Ventilmechanismus 190 in eine Hochdruckölkammer 195, die durch
die Kolbenaufnahmeausnehmung 111 und das hintere Ende des
Kolbens 120 gebildet ist. Jedoch blockiert der Ventilmechanismus 190 den
umgekehrten Ölfluss
aus der Hochdruckölkammer 195,
so dass die Kettenspannung mittels des Kolbens 120 genau
aufrechterhalten wird.
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Wie
oben erwähnt,
ist M als die minimale Spielstrecke des Kolbens definiert, ist N
als die maximale Spielstrecke definiert, ist S als die maximale Verschiebung
des Schulteraufnahmerings definiert, ist n als die Rückkehrstrecke
des Kolbens aufgrund der Verschiebung der Schulterstücke aus
einer Position definiert, die einer Position unmittelbar vorhergeht,
bei der sie über
einen Zahn der Zahnstangen schreiten, und ist m als die Rückkehrstrecke
des Kolbens aufgrund der Verschiebung der Schulterstücke aus
einer Position definiert, die der Position unmittelbar folgt, bei
der sie über
einen Zahn der Zahnstangen schreiten. Erfindungsgemäß werden
die Dimensionierungen der Zahnstangen des Kolbens, der keilförmigen Schulterstücke und
des Schulteraufnahmerings vorzugsweise derart ausgewählt, dass
sie die Gleichungen M = m + S und N = n + S erfüllen.
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Folglich
können
die maximale Spielstrecke N und die minimale Spielstrecke M, die
die Fremdgeräusche
beeinflussen, die beim Starten eines Motors auftreten, durch die
Veränderung
der Tiefe W – siehe 4 – des erweiterten
Teils 111a der Kolbenaufnahmeausnehmung 111 oder
der Höhe
des Schulteraufnahmerings 140 gesteuert werden, wobei beide
in Zusammenhang mit der maximalen Verschiebung S des Schulteraufnahmerings 140 stehen.
Die Tiefe W des Teils 111a und die Höhe des Schulteraufnahmerings 140 können ohne
Veränderung
der Neigung der Schulterstück-Führungsflächen 141 einfach
vorgegeben werden und ermöglichen
eine Anpassung der Spannvorrichtung 100 an eine große Vielfalt
von Motoren, die verschiedene Eigenschaften aufweisen.
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Die
Linie Lb in 5 zeigt die Position des vorderen
Endes des Kolbens 120 in vollständig eingerücktem Zustand an. Wenn die
Steuerkette TC locker wird, wird der Kolben 120, der anfänglich in
der in 5 gezeigten vollständig eingerückten Position ist, mittels
der Ausrückvorspannfeder 130 – wie in 6 gezeigt – sofort
in die Ausrückrichtung
bewegt.
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Wenn
der Kolben 120 aus einer rückgestoppten Position in die
Richtung bewegt wird, in der er die Spannung in einer umlaufenden
Steuerkette TC erhöht,
wird der Schulteraufnahmering 140 mittels der Vorspannkraft,
die – wie
in 6 gezeigt – durch
die Ring-Vorspannfeder 150 ausgeübt wird, in die Ausrückrichtung
des Kolbens 120 bewegt. Gleichzeitig werden die keilförmigen Schulterstücke 160,
die mittels der Schulterstück-Vorspannfeder 170 rückwärts vorgespannt
und dadurch in vollständigem Eingriff
mit den Zahnstangenzähnen
gehalten werden, zusammen mit dem Ring 140 in die Ausrückrichtung
verschoben.
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Die
Bezugslinie Lb in 6 zeigt eine Position des vorderen
Endes des Kolbens 120, wenn er sich in einer rückgestoppten
Position befindet, die Bezugslinie LS zeigt eine Position des vorderen
Endes des Kolbens 120, wenn der Schulteraufnahmering 140 um
die maximale Verschiebestrecke S in die Ausrückrichtung verschoben ist,
und die Bezugslinie LN zeigt eine Position des vorderen Endes des
Kolbens 120, kurz bevor die Schulterstücke 160 um einen Zahn über die
Zahnstangenzähne 121 des
Kolbens 120 schreiten.
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Wenn
der Schulteraufnahmering 140 gegen die Abschlusskappe 180 stößt, gleiten
die Schulterstücke 160 auf
den geneigten Schulterstück-Führungsflächen 141 – siehe 3 und 4 – nach außen, bis
der Eingriff der Schulterstücke 160 mit
den Zahnstangen 121 des Kolbens 120 – wie in 7 gezeigt – gelöst ist.
Wenn der Eingriff der Schulterstücke 160 mit
den Zahnstangen 121 gelöst
ist, befindet sich die Position des vorderen Endes des Kolbens 120 an
einer Stelle IN. Die Bezugslinie LM zeigt die Position des vorderen
Endes des Kolbens 120, wenn der Kolben 120 in
seiner neuen rückgestoppten
Position ist, nachdem er sich relativ zu den Schulterstücken 160 um
einen Zahn nach vorne bewegt hat.
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Da
die Schulterstück-Vorspannfeder 170 in dem
Moment mit der Abschlusskappe 180 in Kontakt ist, in dem
der Eingriff zwischen den Schulterstücken 160 und den Zahnstangen 121 des
Kolbens 120 gelöst
ist, gleiten die Schulterstücke 160 – wie in 8 gezeigt – auf den
geneigten Schulterstück-Führungsflächen 141 nach
innen, bis sie mit den Zahnstangen 121 des Kolbens 120 vollständig eingreifen,
jedoch an Positionen, die um einen Zahn jeder Zahnstange 121 nach
hinten verschoben sind.
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Wenn
der Kolben 120 mittels einer externen Kraft – wie in 8 gezeigt – zurückgeschoben
wird, werden die Schulterstücke 160 zusammen
mit dem Kolben 120 in die Einrückrichtung bewegt und bleiben
aufgrund einer Keilwirkung mit den Kolbenzahnstangen 121 in
Eingriff und schieben den Schulteraufnahmering 140 in die
Einrückrichtung.
Der Schulteraufnahmering 140 kann in die Einrückrichtung
geschoben werden, bis er gegen die Schulterfläche des erweiterten Teils 111a der
Kolbenaufnahmeausnehmung 111 stößt, worauf der Kolben 120 an
einer seiner rückgestoppten
Positionen angehalten ist.
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Die
Linie LN in 8 zeigt die Position des vorderen
Endes des Kolbens 120, gerade wenn das Paar der keilförmigen Schulterstücke 160 über die Zahnstangenzähne des
Kolbens 120 um einen Zahn schreitet, und die Linie LM zeigt
die Position des vorderen Endes des Kolbens 120 in seiner
rückgestoppten
Position, wie dies in 9 gezeigt ist, wenn der Schulteraufnahmering 140 in
Eingriff mit der Schulterfläche
des erweiterten Teils 111a der Kolbenaufnahmeausnehmung 111 zurückgeschoben
ist.
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Da
die Spannvorrichtung ein Paar von keilförmigen Schulterstücken aufweist,
die mit zwei Zahnstangen auf entgegengesetzten Seiten des Kolbens
eingreifen, wenn der Kolben in einer seiner rückgestoppten Positionen ist,
wird die axiale Kraft F, die in die Einrückrichtung des Kolbens wirkt,
in zwei gleiche schräge
Komponenten f1 auf entgegengesetzten Seiten des Kolbens aufgeteilt,
wobei die Größe jeder
Komponente kleiner ist als die Größe der axialen Kraft F.
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Wie
aus den 5 bis 9 ersichtlich
ist, vergrößert die
Verschiebung des Schulteraufnahmerings sowohl die minimale als auch
die maximale Spielstrecke des Kolbens um die maximale Verschiebung
S des Schulteraufnahmerings 140. Wenn die maximale Verschiebung
des Kolbens relativ zu den Schulterstücken, das heißt die maximale
relative Bewegung des Kolbens und der Schulterstücke ohne ein Schreiten über einen
Zahnstangenzahn n ist und die minimale Verschiebung des Kolbens
relativ zu den Schulterstücken,
das heißt
die minimale relative Bewegung des Kolbens und der Schulterstücke, nachdem
die Schulterstückzähne über die
Zahnstangenzähne
geschritten sind, m ist, ist daher die maximale Spielstrecke N =
n + S und ist die minimale Spielstrecke M = m + S.
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Die
Kettenspannvorrichtung gemäß der Erfindung
stellt eine geeignete Rückstopp-Funktion bereit und
kann Flattergeräusche,
Kettengeräusche und
Pfeifgeräusche aufgrund
eines übermäßigen Spannens
der Kette, das von einem übermäßigen Ausrücken eines
Kolbens herrührt,
verhindern. Darüber
hinaus können
die maximale Spielstrecke N und die minimale Spielstrecke M zum
Aufrechterhalten einer geeigneten Kettenspannung einfach vorgegeben werden,
indem nicht nur der Winkel θ der
Neigung der Schulterstück-Führungsflächen sondern
auch die maximale Verschiebestrecke S des Schulteraufnahmerings
verändert
wird. Folglich kann die Kettenspannvorrichtung derart hergestellt
werden, dass sie bei einer großen
Vielfalt von Motoren anwendbar ist.