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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für ein flexibles Antriebsmittel, insbesondere für eine Steuerkette eines Verbrennungsmotors, mit einem Gehäuse, einem in einer Kolbenbohrung des Gehäuses geführten Spannkolben und einem außen an dem Gehäuse angeordneten Rastelement, wobei der Spannkolben an dem in Spannrichtung vorderen Bereich des Spannkolbens mit einem Rastprofil versehen ist und das Rastelement mindestens einen in Spannrichtung über das Gehäuse vorstehenden Federarm aufweist, der außerhalb des Gehäuses in das Rastprofil des Spannkolbens eingreift.
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Derartige kolbenbetätigte Spannvorrichtungen mit Rückhaltesystem sind weit verbreitet und werden insbesondere bei Verbrennungsmotoren eingesetzt. Das zugehörige Gehäuse bildet zusammen mit einem hohlzylindrischen Spannkolben in der Kolbenbohrung des Gehäuses einen Druckraum aus, der üblicherweise mit einem Hydraulikmittel gefüllt ist und in dem eine Druckfeder angeordnet ist, um den Spannkolben vorzuspannen. Oftmals weisen solche Spannvorrichtungen Rückhaltesysteme in Form von Rastmechanismen auf, die für den Spannkolben eine Blockier- und eine Durchrutschrichtung definieren, wodurch ein Einfahren des Spannkolbens in das Gehäuse ab einem bestimmten Anschlag verhindert, aber eine Nachstellung der Spannfunktion ermöglicht wird. Eine derartige Spannvorrichtung ist aus der
DE 100 14 700 A1 bekannt, wobei der Spannkolben mit einer Sägezahnprofilierung versehen ist, in die durch ein Gehäusefenster ein Ratschenblock eingreift. Der freie Arbeitsweg des Spannkolbens wird bei dieser Spannvorrichtung durch die axiale Bewegung des Ratschenblocks in dem Gehäusefenster definiert.
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Spannvorrichtungen mit Rasteinrichtungen zur Begrenzung der Einfahrbewegung des Kolbens und gleichzeitiger Definierung eines freien Arbeitswegs des Spannkolbens sind weit verbreitet und haben sich im Einsatz gut bewährt. Nachteilig ist bei diesen Spannvorrichtungen jedoch der komplexe Aufbau der sowohl bei der individuellen Herstellung der Komponenten als auch bei der Montage einen erhöhten Aufwand erfordert und damit höhere Kosten impliziert.
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Eine herkömmliche Spannvorrichtung ist aus der
US 5 989 139 A bekannt. Dabei weist der Spannkolben dieses Hydraulikspanners ein Sägezahnprofil auf, in das zwei flexible Rastarme eines von außen auf das Gehäuse aufgeklippsten Rastelements eingreifen. Zwischen den einzelnen Vorsprüngen des Sägezahnprofils sind größere Abstände vorgesehen, die den freien Arbeitsweg des mit dem Rastelement verbundenen Kolbens definieren und so eine axiale Bewegung des Spannkolbens gegenüber dem Rastelement entlang des freien Arbeitswegs erlauben. Die starren Abstufungen durch die einzelnen Vorsprünge des Sägezahnprofils sowie deren Abstand zum Bereitstellen des freien Arbeitswegs bewirken bei einem Einlaufen des Spannkolbens in die nächste Rastierung des Sägezahnprofils eine schlagartige Erhöhung der auf das flexible Antriebsmittel wirkenden Kräfte. Dadurch verbleibt für den Spannkolben nur ein geringerer Einfahrweg in die Kolbenbohrung, weshalb dann auch keine optimale Dämpfung gegen Schläge und Schwingungen durch das Antriebsmittel zur Verfügung steht. Die letzte Nut des Sägezahnprofils ist als Stufennut ausgebildet zur Begrenzung der maximalen axialen Ausfahrbewegung des Spannkolbens. Als nachteilig hat sich bei dieser Spannvorrichtung folglich der durch die Abstände der einzelnen Vorsprünge des Sägezahnprofils begrenzte Arbeitsbereich des Spannkolbens herausgestellt. Weiter kommt es im Kontaktbereich zwischen den Rastarmen und dem Sägezahnprofil des Spannkolbens durch die ständige axiale Bewegung des Kolbens in und entgegen der Spannrichtung zu einem Verschleiß der Komponenten der Rasteinrichtung, die deren Funktion beeinträchtigen können.
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Die
DE 698 10 836 T2 offenbart einen hydraulischen Kettenspanner mit einem Gehäuse und einem in der Kolbenbohrung des Gehäuses geführten Spannkolben, wobei der Spannkolben am Umfang ein Rastprofil aufweist, in das zwei flexible Rastarme eines von außen auf das Gehäuse aufgeclipsten Rastelements eingreifen. Die
DE 699 08 875 T2 beschreibt eine hydraulische Spannvorrichtung mit einem Gehäuse und einem in einer Kolbenbohrung des Gehäuses geführten Spannkolben, auf dessen Umfang ein sägezahnartiges Rastprofil ausgebildet ist, in das ein Rastelement eingreift, wobei die seitlichen Endflächen der aufnehmenden Nut am spannseitigen Ende des Gehäuses eine axiale Bewegung des Rastelements begrenzen. Die
DE 32 38 331 A1 zeigt weitere hydraulische Kettenspanner mit unterschiedlich ausgestalteten Rastmechanismen, die mit unterschiedlich ausgebildeten Federelementen zusammenwirken, um die Einfahrbewegung des Spannkolbens zu begrenzen.
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Angesichts der Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Spannvorrichtungen ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Funktionsweise einer gattungsgemäßen Spannvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu optimieren, insbesondere ein ausreichendes Dämpfungsverhalten bei einer sicheren Nachstellfunktion zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Das auf dem Gehäuse angeordnete Rastelement ist in Richtung der Achse des Spannkolbens, d.h. in und entgegen der Spannrichtung des Kolbens bewegbar, wobei der vordere und hintere Anschlag die axiale Bewegung des Rastelements begrenzen und über dessen Positionierung gegenüber dem Rastprofil des Spannkolbens den freien Arbeitsweg des Spannkolbens definieren. Das Rastelement ist somit direkt an den beiden Hauptfunktionen des Rückhaltesystems, Bereitstellen eines freien Arbeitswegs und Blockieren der Einfahrbewegung des Kolbens, beteiligt. Darüber hinaus wird das Rastelement lediglich von außen auf dem Gehäuse angeordnet. In dem Gehäuse sind zur Aufnahme des Rastelements sowie zur Umsetzung der Funktionen weder zusätzliche Öffnungen noch anderweitige aufwändige Bearbeitungen notwendig. Da auch keine Interaktion mit dem Gehäuse notwendig ist, kann das Rastelement gegebenenfalls erst nach einem Zusammenbau der eigentlichen Spannvorrichtung angeordnet, beispielsweise aufgeklippst, werden. Die einfache Konstruktion des Gehäuses und das Fehlen einer aufwändigen Bearbeitung zur Anordnung des Rastelements ermöglicht es, das Gehäuse unabhängig von der späteren Anwendung herzustellen und sowohl für Spannvorrichtung mit als auch ohne Rückhaltesystem einzusetzen. Die eigentlichen Spannvorrichtungen können so bereits abschließend montiert werden und je nach Bedarf schnell mit einem Rastelement nachgerüstet werden, falls der Kunde einen Spanner mit Rückhaltesystem wünscht.
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In der erfindungsgemäßen Ausbildung der Spannvorrichtung ist eine Verdrehsicherung vorgesehen. Die Verdrehsicherung bewirkt eine radiale Führung des Rastelements auf dem Gehäuse und ermöglicht so die optimale Anordnung der vorderen und hinteren Anschläge zur Übertragung der Kräfte vom Rastelement ans Gehäuse. Für eine sichere Führung des Rastelements weist die Verdrehsicherung einen am Rastelement in Spannrichtung vorstehenden Steg auf. Der achsparallel zur Kolbenachse verlaufende Steg wird dabei mittels einer entsprechenden Führungsöffnung am Gehäuse, die beispielsweise durch den vordem und/oder hinteren Anschlag ausgebildet sein kann, radial geführt.
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Für eine gleichmäßige Verteilung der über das Rastprofil auf den Spannkolben wirkenden Rastkräfte sowie der bei einer zu starken Einfahrbewegung des Spannkolbens über das Rastelement auf das Gehäuse zu übertragenen Spannkräfte des Antriebs kann das Rastelement zwei in Spannrichtung über das Gehäuse vorstehende Federarme aufweisen. Dabei können für einen sicheren Eingriff in das Rastprofil des Spannkolbens die Federarme mit radial einwärts gerichteten Rastnasen ausgebildet sein.
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Bevorzugt kann das Rastelement als bereichsweise offenes, flexibles Klippelement, insbesondere aus Federstahl ausgebildet sein. Neben der einfachen Herstellung dieses als Einzelteil konzipierten Rastelements ermöglicht ein einseitig offenes, flexibles Klippelement, insbesondere in einer ovalen oder omegaförmigen Kontur, eine sehr einfache Montage durch Aufklippsen. Durch die flexible Ausbildung des Rastelements insbesondere aus Federstahl werden mögliche Beschädigungen des Rastelements sowie des Gehäuses beim Aufklippsen des Rastelements vermieden. Die Anordnung des Rastelements um das Gehäuse ermöglicht eine Übertragung der Spann- und Kolbenkräfte im Rückhaltesystem mit nur geringen radialen Anteilen. Diese seitenkräftearme oder -freie Übertragung reduziert die Gefahr des Verkantens des Rastelements bei dessen axialer Bewegung in und entgegen der Spannrichtung auf dem Gehäuse.
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Weiter kann die Verdrehsicherung mindestens ein auf dem Gehäuse in Längsrichtung angeordneten Führungsabschnitt aufweisen, wodurch eine radiale Führung des Rastelements ohne am Rastelement selbst vorgesehene Zusatzelemente oder andere Material verbrauchende Formen ermöglicht wird. Bevorzugt ist dieser Führungsabschnitt als einfacher abgeflachter Abschnitt am Gehäuse ausgebildet, jedoch sind auch nach außen vorstehende Stege oder Vertiefungen im Gehäuse möglich. Zur Verbesserung der Verdrehsicherung sowie der radialen Führung des Rastelements kann der in Längsrichtung angeordnete Führungsabschnitt mit einem entsprechenden komplementären Formabschnitt am Rastelement zusammenwirken.
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Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der vordere Anschlag mindestens einen Anschlagblock aufweist, und der Anschlagblock angrenzend an der Stirnseite des Gehäuses gegenüber dem Gehäuse radial vorspringt. Ein solcher spannseitiger Anschlagblock ermöglicht trotz der einfachen Konstruktion eine sichere Begrenzung der Vorwärtsbewegung des Rastelements auf dem Gehäuse. Damit bildet der Anschlagblock in Verbindung mit dem Rastelement auch die in Spannrichtung vordere Begrenzung des freien Arbeitswegs des Spannkolbens aus. Zur Vermeidung einer übermäßigen oder einseitigen Belastung des Anschlagblocks sowie zur Beschränkung des diesbezüglichen Verschleißes kann der vordere Anschlag zwei Anschlagblöcke, bevorzugt vier Anschlagblöcke aufweisen. Zur Vereinfachung der Konstruktion und der geometrischen Form kann der mindestens eine Anschlagblock auch den hinteren Anschlag ausbilden. Alternativ ist auch eine Ausführung des hinteren Anschlags mittels Vorsprüngen am Gehäusekörper möglich, was jedoch einen erhöhten Materialeinsatz erfordert.
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Eine Modifikation der Spannvorrichtung sieht vor, dass das Gehäuse einen Gehäuseschaft aufweist, auf dem das Rastelement bewegbar angeordnet ist. Ein solcher Gehäuseschaft bietet eine einfache Lösung das Rastelement sicher auf dem Gehäuse anzuordnen und gleichzeitig eine gute Bewegbarkeit und Führung des Rastelements zu realisieren. Der Gehäuseschaft kann dabei rein konstruktiv ohne einen zusätzlichen Herstellungsaufwand gegenüber dem restlichen mit Anschlusselementen versehenen Gehäusekörper ausgebildet sein, wobei der Gehäuseschaft zur Reduzierung der Länge des Federarms an dem in Spannrichtung vorderen Bereich des Gehäuses angeordnet ist. Der Durchmesser des Gehäuseschafts kann gegenüber der Hauptform des Gehäuses gleichbleiben oder sich ändern. Eine Änderung des Durchmessers gegenüber dem restlichen Gehäusekörper kann dabei zur konstruktiven Ausbildung oder Unterstützung der Anschläge verwendet werden.
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Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Spannvorrichtung sieht vor, dass das Rastprofil auf dem Spannkolben als Sägezahnprofil, bevorzugt als umlaufendes Sägezahnprofil ausgebildet ist. Die Ausgestaltung des Rastprofils mit Sägezähnen ermöglicht eine einfache und gleichzeitig sichere Lösung in einer axialen Bewegungsrichtung (in Spannrichtung) ein Durchrutschen des Spannkolbens gegenüber dem auf das Rastprofil wirkenden Rastelement zu ermöglichen, während in der anderen Richtung (entgegen der Spannrichtung) die Rastfunktion voll wirksam ist und ein Einrücken des Kolbens in die Kolbenbohrung des Gehäuses verhindert.
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Um den Spannkolben sicher gegenüber dem Rastelement zu positionieren, kann die an dem mindestens einen Federarm radial einwärts gerichtete Rastnase den Bereich zwischen einer Rampe eines Sägezahns und einer Anschlagsflanke eines vorhergehenden Sägezahns des Sägezahnprofils in axialer Richtung ausfüllen. Die formschlüssige Aufnahme der Rastnase zwischen den Sägezähnen verhindert bzw. verringert eine relative Bewegung zwischen Rastelement und Spannkolben und reduziert damit einen Verschleiß der Rastnase sowie eine damit verbundene Verschlechterung der Rastwirkung. Dabei kann die Rastnase entweder nur den Bereich des Umfangsabschnitts des Sägezahnprofils zwischen einer Rampe und einer vorhergehenden Anschlagsflanke ausfüllen oder mit einem dem Fuß der Rampe entsprechenden zusätzlichen Abschnitt ausgebildet sein.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Stirnseite einer an dem mindestens einen Federarm radial einwärts gerichteten Rastnase einen Radius zur Längsachse des Spannkolbens aufweist, der größer als der Außenradius des Spannkolbens ist. Der größere Radius der Rastnasen-Stirnseite ermöglicht ein leichteres verhakungsfreies Überrutschen über die Zahnspitzen des Sägezahnprofils, die den gleichen Durchmesser bzw. Radius wie der Außenumfang des Spannkolbens aufweisen. Bei einem kleineren Radius würden die seitlichen Spitzen der Rastnase hinter den Zahnspitzen hängen bleiben, bzw. der Federarm muss weiter radial nach Außen aufgebogen werden, damit der Rastring bei einer Ausfahrbewegung des Spannkolbens ungehindert in die nächste Stufe des Rastprofils überspringen kann. Durch den größeren Radius der Rastnasen-Stirnseite kann die Rastnase selbst breiter ausgebildet sein, so dass eine größere Anschlagfläche zur Verfügung steht, um die auftretenden Kräfte beim Abstoppen in der Einfahrbewegung besser zu verteilen.
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Die vorliegende Erfindung erstreckt sich weiter auf die Verwendung eines Gehäuses für eine Spannvorrichtung mit einer Kolbenbohrung und einem Bereich für ein von außen zwischen einem vorderen Anschlag und einem hinteren Anschlag an dem Gehäuse anordbaren Rastelement, in einer der oben beschriebenen Ausführungsformen einer Spannvorrichtung für ein flexibles Antriebsmittel, insbesondere in einem Kettenspanner für eine Steuerkette eines Verbrennungsmotors.
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Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Gehäuses für eine der oben beschriebenen Ausführungsformen einer Spannvorrichtung, umfassend eine Kolbenbohrung und einen Bereich für ein von außen zwischen einem vorderen Anschlag und einem hinteren Anschlag an dem Gehäuse anordbaren Rastelement, in einer Spannvorrichtung ohne ein von außen auf dem Gehäuse angeordnetes Rastelement, wobei ein Spannkolben der Spannvorrichtung mit oder ohne Rastprofil ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines von außen bewegbar auf dem Gehäuse angeordneten Rastelement, das mittels mindestens einem über das Gehäuse vorstehenden Federarm in das Rastprofil des Spannkolbens eingreift und diesen gegenüber dem Rastelement fixiert, ermöglicht die Verwendung des zugehörigen Gehäuses in einer Produktserie von Spannvorrichtungen mit und ohne Rückhaltesystem. Da der Betrieb und die eigentliche Spannfunktion der Spannvorrichtung durch das von außen auf dem Gehäuse angeordnete Rastelement vollständig unbeeinflusst bleiben, wird eine Nutzung der gleichen Bauteile, insbesondere des Gehäuses und eventuell des Spannkolbens, in einer einfachen Spannvorrichtung ohne Rückhaltesystem ermöglicht. Darüber hinaus können Spannvorrichtungen mit einem zur äußeren Anordnung des Rastelements ausgebildeten Gehäuse und einem Spannkolben mit einem Rastprofil ohne ein entsprechendes Rastelement funktions- und transportfähig vorgefertigt werden und lediglich bei einem entsprechenden Bedarf bzw. für bestimmte Chargen mit einem Rastelement nachgerüstet werden. Dadurch können annähernd baugleiche Spannvorrichtungen mit und ohne Rückhaltesystem bereitgestellt werden, wodurch sich Konstruktionskosten in der Motorentwicklung und Umrüstkosten für besondere Motorvarianten reduzieren lassen.
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Im Folgenden wird der Aufbau und die Funktion einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung mit Rückhaltesystem;
- 2 eine Explosionsdarstellung der Spannvorrichtung aus 1;
- 3a eine perspektivische Detailansicht des Rastelements aus 1 und 2;
- 3b eine Draufsicht des Rastelements aus 1 und 2;
- 4a eine Seitensicht auf das Rückhaltesystem der Spannvorrichtung aus 1 in einem vollständig eingefahrenen Zustand;
- 4b eine Seitensicht auf das Rückhaltesystem der Spannvorrichtung aus 1 in einem vollständig ausgefahrenen Zustand; und
- 5a - 5f Seitenansichten der Bauteile des Rückhaltesystems aus 1 während verschiedener Montageschritte.
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In 1 wird eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung mit Rückhaltesystem gezeigt, die als Kettenspanner für den Steuerkettentrieb eines Verbrennungsmotors ausgebildet ist. Der Kettenspanner umfasst ein Gehäuse 1 mit einem hohlzylindrischen Gehäusekörper 2, in dem ein ebenfalls hohlzylindrischer Spannkolben 3 längsbeweglich geführt ist. Der hohlzylindrische Gehäusekörper 2 und der Spannkolben 3 bilden gemeinsam einen Druckraum aus, der über ein Rückschlagventil mit einer Hydraulikeinrichtung verbunden ist. Dabei ist der Spannkolben 3 üblicherweise mit einer schraubenförmigen Druckfeder in axialer Richtung vorgespannt und drückt in Richtung der Achse des Spannkolbens 3 gegen eine nicht dargestellte Steuerkette eines Verbrennungsmotors. Zur Entlüftung des Druckraums und zum Bereitstellen eines Leckagestroms des Hydraulikmittels ist an der Stirnseite des Spannkolbens 3 eine Entlüftungsbohrung 4 vorgesehen. Das Gehäuse 1 ist als Flanschgehäuse ausgeführt mit seitlichen Montageflanschen 5 und Bolzenlöchern 6 zur Befestigung des Kettenspanners am Motorblock. Darüber hinaus ist auch eine Ausgestaltung des Gehäuses 1 als Einschraubgehäuse möglich, wobei dann der zylindrische Gehäusekörper 2 mit einem Außengewinde versehen ist. An dem in Spannrichtung vorderen Ende des Gehäuses 1 ist weiter eine Transportsicherung 7 vorgesehen, bestehend aus zwei Sicherungslaschen 8 mit Sicherungsösen 9 und einem entfernbaren Sicherungsbolzen 10, der zur Fixierung des Spannkolbens 3 in der Transportstellung mit einem Sicherungsvorsprung 11 am Spannkolben zusammenwirkt und den Spannkolben in einer vollständig eingeschobenen Stellung im Gehäuse 1 hält. Dabei ist der in den Sicherungsösen 9 geführte und gehaltene Sicherungsbolzen 10 oberhalb des Sicherungsvorsprungs so gegenüber dem Spannkolben 3 angeordnet, dass der Sicherungsbolzen 10 sich mit dem Sicherungsvorsprung 11 überdeckt.
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An dem in Spannrichtung vorderen Ende des Gehäuses 1 ist ein Gehäuseschaft 12 vorgesehen, auf dem das Rastelement 16 axial beweglich angeordnet ist. Der Gehäuseschaft 12 weist gegenüber dem Rest des sich anschließenden Gehäusekörper 2 im Wesentlichen die gleiche Form und Durchmesser auf. Der Gehäuseschaft 12 kann ebenso wie der restliche Gehäusekörper 2 oval oder exzentrisch ausgebildet sein, um ein entsprechend geformtes Rastelement aufzunehmen. Dabei kann sowohl der Gehäuseschaft 12 als auch der Gehäusekörper 2 versetzt zur Achse des Spannkolbens 3 ausgebildet sein. Angrenzend an die Stirnseite 13 des Gehäuses 1 sind Anschlagblöcke 14 vorgesehen, die gegenüber der Mantelfläche des Gehäuseschafts 12 radial vorstehen.
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Auf dem Gehäuseschaft 12 ist axial beweglich das Rastelement 16 angeordnet. Das Rastelement 16 besteht aus einem einseitig offenen Klippelement 17, einem Führungssteg 18 und zwei Federarmen 19. An dem offenen Ende des Klippelements 17 sind nach außen gebogene Montagespitzen 20 vorgesehen. Der Führungssteg 18 erstreckt sich mittig vom Klippelement 17, d.h. gegenüberliegend der Öffnung des Klippelements 17, achsparallel zur Längsachse und in Spannrichtung des Spannkolbens 3. Dabei wird der Führungssteg 18 durch eine Führungsöffnung 21 zwischen den beiden der Transportsicherung 7 gegenüberliegenden Anschlagblöcken 14 radial geführt. Die um 90° zum Führungssteg 18 versetzt am Klippelement 17 angeordneten Federarme 19 stehen ebenfalls in Spannrichtung des Spannkolbens 3 vom Klippelement 17 ab, wobei sie zur Verbesserung der Federfunktion zunächst konvex nach außen gebogen sind, bevor sie oberhalb der Stirnseite 13 des Gehäuses 1 wieder in Richtung auf den Spannkolben 3 verlaufen. Darüber hinaus ermöglichen die nach außen gebogenen Federarme 19 den Eingriff eines Werkzeuges zwischen dem konvexen Abschnitt des Federarms 19 und dem Gehäuseschaft 12 bzw. dem Spannkolben 3, um der Vorspannung der Federarme 19 entgegen zu wirken und ein Lösen des Rastelements 16 zu ermöglichen. Im Bereich des in den Spannkolben 3 eingreifenden Bereichs des Federarms 19 verbreitert sich der Federarm 19 zu bogenförmigen, radial zum Spannkolben 3 stehenden Rastnasen 22.
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Die bogenförmigen Rastnasen 22 des Rastelements 16 sind durch die konvex gebogenen Federarme 19 gegenüber dem Rastprofil 23 des Spannkolbens 3 vorgespannt. Das Rastprofil 23 ist wie in der Explosionsdarstellung des Kettenspanners in 2 gezeigt, an dem in Spannrichtung vorderen Ende des Spannkolbens 3 ausgebildet, beginnend direkt unterhalb des Sicherungsvorsprungs 11. Das Rastprofil 23 ist als Sägezahnprofil ausgebildet und besteht aus einer Reihe von untereinander angeordneten um den zylindrischen Spannkolben 3 herum laufenden Sägezähnen 24. Die Sägezähne 24 weisen auf der der spannungsseitigen Stirnseite des Spannkolbens 3 zugewandten Seite eine geneigte Rampe 25 auf, die bei einer Ausrückbewegung des Spannkolbens 3 ein Aufspreizen der über die Rastnasen 22 am Rastprofil 23 anliegenden Federarme 19 in radialer Richtung bewirkt und einem Überrutschen der Rastnasen 22 über den Sägezahn 24 in die nächste Zahnlücke 26 ermöglicht. Auf der der Stirnseite des Spannkolbens 3 abgewandten Seite der Sägezähne ist eine im Wesentlichen senkrecht zur Kolbenachse verlaufende Anschlagflanke 27 vorgesehen, die bei einer Einrückbewegung des Spannkolbens 3 in die Gehäusebohrung 28 des Gehäuses 1 ein Durchrutschen des Spannkolbens 3 gegenüber dem Rastelement 16 verhindert.
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In der vergrößerten Darstellung des Rastelements 16 in 3a und 3b ist die einseitige Öffnung des Klippelements 17 deutlich erkennbar. Die Öffnung bildet sich auf der dem Führungssteg 18 gegenüberliegenden Seite zwischen den beiden Montagespitzen 20 aus, wobei die nach außen gebogenen Montagespitzen 20 die Öffnung zum Aufklippsen des Klippelements 17 auf den Gehäuseschaft 12 verbreitern, um eine leichte, beschädigungsfreie Montage zu ermöglichen. Die nach innen gerichteten bogenförmigen Rastnasen 22 weisen auf ihrer Innenseite eine radial verlaufende Stirnseite 29 auf, wobei die Krümmung der Stirnseite 29 mindestens dem Radius des Spannkolbens 3 im Bereich der Zahnspitzen entspricht, d.h. üblicherweise der Außenradius des Spannkolbens 3 im Bereich ohne Rastprofil 23. Die Höhe der Stirnseite 29 entspricht im Wesentlichen der Länge der Zahnlücke 26 zwischen Anschlagflanke 27 und Rampe 25 zweier angrenzender Sägezähne 24. Zur Verbesserung des Durchrutschverhaltens des Spannkolbens 3 gegenüber dem Rastelement 16 kann, wie in 3b gezeigt, der Radius der Stirnseite 29 größer als der Außenradius des Spannkolbens 3 bzw. der Zahnspitzen der Sägezähne 24 sein. Dadurch verschiebt sich der Mittelpunkt der bogenförmigen Rastnasen 22 gegenüber dem Mittelpunkt M des Spannkolbens 3 nach Außen in eine exzentrische Lage, sowohl im eingerasteten Zustand als auch beim Durchrutschen.
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Im Bereich der Federarme 19 weist das Klippelement 17 tangential verlaufende Formabschnitte 30 auf. Diese abgeflachten Formabschnitte 30 unterstützen in Verbindung mit entsprechend abgeflachten axial verlaufenden Führungsabschnitten 31 die radiale Verdrehsicherung des Rastelements 16 durch den Führungssteg 18. Wie in 3b zu sehen, ergibt sich durch die nach außen gebogenen Montagespitzen 20 und die abgeflachten Formabschnitte 30 eine ovale Grundform des Klippelements 17. Je nach Anordnung und Form der am Klippelement 17 vorgesehenen Komponenten des Rastelements 16 sind auch andere Grundformen möglich. Die beiden Federarme 19 und damit auch die daran befestigten Rastnasen 22 sind auf gegenüberliegen Seiten des Spannkolbens 3 angeordnet, um so eine möglichst kippfreie Kraftübertragung auf das Rastelement 16 und eine verkantungsfreie Bewegung des Rastelements 16 auf dem Gehäuse 1 zu realisieren. Bei einer größeren Anzahl von Federarmen 19 bzw. Rastnasen 22 sind diese gleichmäßig um den Umfang des Spannkolbens 3 verteilt.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise der dargestellten erfindungsgemäßen Spannvorrichtung anhand der näher erläutert. Bei der in 4a gezeigten Einfahrbewegung E des Spannkolbens 3 in die Kolbenbohrung 28 des Gehäuses 1 wird die Einfahrbewegung durch ein Aufliegen der Rastnasen 22 an der Stirnseite 13 des Gehäuses 1 begrenzt. Dabei entstehen in den Rastnasen 22 hauptsächlich Scherkräfte, die zwischen der Anschlagflanke 27 des Sägezahns 24 und der Stirnseite 13 des Gehäuses 1 verlaufen. Je enger die Scherflächen in axialer Richtung zueinander angeordnet sind, desto geringer ist der Anteil der Biegekräfte in den Rastnasen 22 und damit die mechanische Belastung des Rastelements 16. Die Stirnseite 13 bildet so den hinteren Anschlag des Rückhaltesystems aus und verhindert die weitere axiale Bewegung des Rastelements 16 entgegen der Spannrichtung und über die mittels ihrer Rastnasen 22 in das Rastprofil 23 des Spannkolbens 3 eingreifenden Federarme 19 auch eine weitere Einrückbewegung des Spannkolbens 3.
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In 4a liegen die an den Federarmen 19 radial einwärts gerichteten Rastnasen 22 in der ersten Zahnlücke 26 des Spannkolbens 3 an, wobei für einen sicheren Eingriff die Kontur der Stirnseite 29 der Rastnasen 22 der Form der Zahnlücke 26 angepasst ist. Die erste Zahnlücke 26 des Rastprofils 23 wird hier zwischen der Anschlagflanke 27 des Sicherungsvorsprungs 11 und der Rampe 25 des ersten Sägezahns 24 des Rastprofils 23 gebildet. Durch die Blockierung der weiteren Einrückbewegung des Spannkolbens 3 wird bei einer nicht ausreichenden Dämpfung des Spannkolbens 3 durch das im Druckraum vorgesehene Hydraulikmittel, beispielsweise bei einem Druckabfall im Hydrauliksystem oder direkt nach dem Start des Verbrennungsmotors, eine minimale Spannung der Steuerkette aufrecht erhalten, so dass ein sogenanntes Startklappern oder ein Überspringen der Steuerkette verhindert wird.
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Neben der radialen Führung durch den Führungssteg 18, der in der Führungsöffnung 21 zwischen den Anschlagblöcken 14 in axialer Richtung geführt ist, wird die radiale Verdrehsicherung des Rastelements 16 durch die flache Ausgestaltung der Führungsabschnitte 31 am Gehäuseschaft 12 und den damit zusammenwirkenden Formabschnitten 30 am Ringelement 17 auf Höhe der Federarme 19 unterstützt.
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In 4b wird das Rückhaltesystem der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung im vorgeschobenen Zustand gezeigt, wobei die in Spannrichtung obere Kante des Klippelements 17 an den der Stirnseite 13 abgewandten Anschlagflächen 15 der Anschlagblöcke 14 anliegt. Dieser vordere Anschlag des Rastelements 16 wird durch ein gleichzeitiges Anliegen der Führungsspitzen 20 an den der Stirnseite 13 abgewandten Flächen der Sicherungslaschen 8, die ebenso wie die Anschlagblöcke 14 angrenzend an die Stirnseite 13 des Gehäuses 1 radial vorspringen, unterstützt. Die durch die Vorspannung der Federarme 19 in der ersten Zahnlücke 26 fixierten Rastnasen 22 halten den Spannkolben 3 bei einer die Vorspannkraft der Federarme 19 nicht überschreitenden Ausrückkraft zur Spannung des Spannkolbens 3, bzw. zur Spannung der Steuerkette, in der durch die Stirnseiten 29 der Rastnasen 22 in den Zahnlücken 26 definierten Position zum Rastelement 16.
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Diese Position markiert die obere Grenze des freien Arbeitswegs A, in dem sich der Spannkolben 3 unter normalen Betriebsbedingungen frei bewegen kann, ohne dass sich der Spannkolben 3 relativ zum Rastelement 16 bewegt. Lediglich kleinere Relativbewegungen im Rahmen üblicher Toleranzen können zwischen dem Rastelement 16 und dem Spannkolben 3 auftreten. Die untere Grenze des freien Arbeitswegs A wird durch das Anliegen des Rastelements 16 an der Stirnseite 13 bzw. einem anderen hinteren Anschlag des Rückhaltesystems definiert.
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Sobald sich bei dem in 4b gezeigten Anliegen des Rastelements 16 am vorderen Anschlag, d.h. an den Anschlagblöcken 14, die auf den Spannkolben 3 wirkende Spannkraft die Federkraft der Federarme 19 überschreitet, beispielsweise durch eine verschleißbedingte Längung der Steuerkette, fährt der Spannkolben 3 weiter aus der Kolbenbohrung 28 aus, wobei sich die Rastnasen 22 aus den Zahnlücken 26 lösen und entlang der Rampe 25 auf dem Spannkolben 3 entgegen der Spannrichtung S rutschen. Durch den steigenden Durchmesser der Rampe 25 erhöht sich entsprechend die von den Federarmen 19 über die Rastnasen 22 auf den Spannkolben 3 wirkende Vorspannung. Ist der Überschuss der Spannkraft des Spannkolbens 3 nicht ausreichend die entlang der Rampe 25 der Sägezähne 24 steigende Vorspannung zu überwinden, wird das Rastelement 16 bei der nächsten Einfahrbewegung des Spannkolbens 3 wieder in seine Ausgangsposition gegenüber dem Spannkolben 3 zurückgeschoben. Diese relative Bewegung zwischen dem Rastelement 16 und dem Spannkolben 3, bzw. eine Bewegung des Rastelements 16 nur im oberen Bereich des freien Arbeitswegs A wiederholt sich so lange, bis der Überschuss zwischen Spannkraft und Vorspannung durch die Federarme 19 ausreicht die Rastnasen 22 über die gesamte Rampe 25 des Sägezahns 24 bis in die nächste Zahnlücke 26 gleiten zu lassen. Anschließend kann sich das Rastelement 16 zusammen mit dem durch die Federarme 19 in der nächsten Zahnlücke 26 fixierten Spannkolben 3 wieder entlang des gesamten freien Arbeitswegs A bewegen.
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Nachfolgend wird anhand der 5a bis 5f der Zusammenbau des Rückhaltesystems einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung sowie einer zusätzlichen Transportsicherung im Detail erläutert. Dabei zeigt die 5a das Gehäuse 1 der Spannvorrichtung, bei der an der Stirnseite 13 die Sicherungslaschen 8 und die Anschlagblöcke 14 angeordnet sind. Unterhalb der Stirnseite 13 bzw. der Sicherungslaschen 8 und der Anschlagblöcke 14 erstreckt sich der Gehäuseschaft 12. Zu Beginn der Montage wird wie in 5b gezeigt, der Spannkolben 3 zumeist gegen die Spannkraft einer in der Gehäusebohrung 28 des Gehäuses 1 angeordneten Druckfeder vollständig in die Kolbenbohrung 28 eingeführt. Dabei verbleibt lediglich der Sicherungsvorsprung 11 am Spannende des Spannkolbens 3 oberhalb der Stirnseite 13 außerhalb des Gehäuses 1. 5c zeigt als nächsten Montageschritt das seitliche Aufschieben des Rastelements 16, wobei die nach au-ßen gebogenen Montagespitzen 20 das Klippelement 17 leicht über den Gehäuseschaft 12 aufschieben lassen. Die Rastnasen 22 kommen dabei oberhalb des vollständig eingefahrenen Spannkolbens 3 zu liegen, während der Führungssteg 18 in der Führungsöffnung 21 zwischen den beiden seitlich vorstehenden Anschlagblöcken 14 positioniert ist. Danach wird die von außen auf den Spannkolben 3 einwirkende Kraft verringert oder vollständig gelöst, so dass sich der Spannkolben 3 durch die Vorspannung der Druckfeder aus der Kolbenbohrung 28 heraus bewegt, bis, wie in 5d gezeigt, die Rastnasen 22 des Rastelements 16 über den Sicherungsvorsprung 11 hinweg in die erste Zahnlücke 26 des Rastprofils 23 eingreifen. Gegebenenfalls kann die Ausfahrbewegung des Spannkolbens 3 durch ein über den Druckraum zwischen Spannkolben 3 und Kolbenbohrung 28 aufgebrachten zusätzlichen Kraft, beispielsweise mittels eines Hydraulikmittels, unterstützt werden. Im nächsten Montageschritt, 5e, wird der Spannkolben 3 wieder durch eine von Außen aufgeprägte Kraft in die Kolbenbohrung 28 hinein bewegt. Bei dieser Bewegung bewegt sich auch das über die Rastnasen 22 mit dem Rastprofil 23 gekoppelte Rastelement 16 auf dem Gehäuseschaft 12 des Gehäuses 1. Die Einfahrbewegung des Spannkolbens 3 wird in diesem Montageschritt durch den Anschlag der Rastnasen 22 auf der Stirnseite 13 des Gehäuses 1 begrenzt. Abschließend wird, wie in 5f dargestellt, die Position des Spannkolbens 3 in der Gehäusebohrung 28 und die zugehörige Position des Rastelements 16 auf dem Gehäuseschaft 12 durch den Sicherungsbolzen 10 fixiert, der durch die Sicherungshülsen 9 der zwei Sicherungslaschen 8 hindurchgeführt wird, um mittels der Überdeckung mit dem Sicherungsvorsprung 11 am Spannkolben 3 den Spannkolben 3 und das daran befindliche Rastelement 16 in ihrer (Transport-)Position zu sichern.
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Durch die bewegbare Anordnung des Rastelements 16 auf dem Gehäuseschaft 12, bzw. dem Gehäuse 1 selbst, in Verbindung mit der Verdrehsicherung durch den Führungssteg 18 und die Führungsabschnitte 31 auf den Gehäuseschaft 12 stehen im freien Arbeitsweg A der Spannbewegung S und der Einfahrbewegung E des Spannkolbens 3 keine Klemm- oder Reibungskräfte des Rückhaltesystems entgegen. Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung mit Rückhaltesystem ermöglicht somit über den freien Arbeitsweg A eine annähernd widerstandsfreie Bewegung des Spannkolbens 3 in der Kolbenbohrung 28 des Gehäuses 1, wodurch ein Spannverhalten entsprechend herkömmlicher Spannvorrichtungen ohne Rückhaltesystem ermöglicht wird. Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Spannvorrichtung über die Vorspannung der Federarme 19 und die relativ schmalen Stirnseiten 29 der Rastnasen 22 eine verhältnismäßig enge Anordnung der Sägezähne 24 auf dem Rastprofil 23 und dadurch eine einfache, auf die Anforderung des Rückhaltesystems gut einstellbare, verschleißarme Rasteinrichtung.