DE102017122382A1 - Mechanical chain tensioner with overload protection - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kettenspanner (7) für einen Kettentrieb (1) einer Brennkraftmaschine mit einem innerhalb eines Gehäuses (8) verschiebbar geführten Spannkolben (10), der über eine Spannschiene (6) eine Kette (2) als Zugmittel beaufschlagt, wobei zwischen dem als Hohlkörper ausgebildeten Spannkolben (15) und dem Gehäuse (8) ein Federelement (11) eingesetzt ist und eine Nachstelleinrichtung (18), bestehend aus einer keilförmigen, sich entgegen der Spannschiene (6) kontinuierlich verjüngenden Führung (19) und einem Rastelement (15), die ein Verschieben des Spannkolbens (10) in Richtung der Kette (2) zulässt und in entgegengesetzter Richtung sperrt, weiterhin umfasst die Nachstelleinrichtung (18) zur Vermeidung temporärer Überlastungen der Kette (2) eine Überlastsicherung (20), wobei die Führung (19) eine Freigaberampe (27) einschließt, in die das Rastelement (15) in einer Endlage formschlüssig verrastet. The invention relates to a chain tensioner (7) for a chain drive (1) of an internal combustion engine with a tensioning piston (10) displaceably guided within a housing (8) acting as tensioning means via a tensioning rail (6) a clamping element (11) designed as a hollow body and a spring element (11) are inserted into the housing (8) and an adjusting device (18) consisting of a wedge-shaped guide (19) which continuously tapers counter to the clamping rail (6) and a latching element (15) ), which allows a displacement of the tensioning piston (10) in the direction of the chain (2) and locks in the opposite direction, further comprises the adjusting device (18) to avoid temporary overloading of the chain (2) an overload protection (20), wherein the guide ( 19) includes a release ramp (27), in which the latching element (15) positively locked in an end position.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kettenspanner für einen Kettentrieb einer Brennkraftmaschine mit einem innerhalb eines Gehäuses verschiebbar geführten Spannkolben, der über eine Spannschiene eine Kette als Zugmittel beaufschlagt, wobei zwischen dem als Hohlkörper ausgebildeten Spannkolben und dem Gehäuse ein Federelement eingesetzt ist und eine Nachstelleinrichtung, bestehend aus einer keilförmigen, sich entgegen der Spannschiene kontinuierlich verjüngenden Führung und einem Rastelement, die ein Verschieben des Spannkolbens in Richtung der Kette zulässt und in entgegengesetzter Richtung sperrt.The present invention relates to a chain tensioner for a chain drive of an internal combustion engine with a slidably guided within a housing clamping piston which acts on a tensioning rail chain as traction means, wherein between the hollow body formed as a clamping piston and the housing, a spring element is inserted and an adjusting device consisting of a wedge-shaped, against the clamping rail continuously tapered guide and a locking element which allows a displacement of the clamping piston in the direction of the chain and locks in the opposite direction.
Ein derartiger, auch Spannvorrichtung genannter Kettenspanner wird bevorzugt in einem Steuertrieb, dem Nockenwellenantrieb einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Der Kettenspanner umfasst eine schwenkbar an einem Gehäuse der Brennkraftmaschine gelagerte, mit dem Kettenspanner zusammenwirkende Spannschiene. Im Betrieb der Brennkraftmaschine bewirkt die Vorspannkraft des Kettenspanners eine kraftschlüssige Anlage der Spannschiene an der auch Zugmittel genannten Kette, zum Ausgleich von Längungen sowie zur Erzielung einer ausreichenden Vorspannung des Zugmittels. Aufgrund von Verschleiß längt sich die Kette, wodurch sich der Arbeitsbereich des Spannkolbens verschiebt und weiter aus dem Gehäuse ausfährt. Eine Nachstelleinrichtung des Kettenspanners, die beispielsweise einen Ratschenmechanismus einschließt, ermöglicht ein Nachstellen in eine Auswärtsrichtung des Spannkolbens und blockiert eine Stellbewegung in die entgegengesetzte Richtung.Such, also called tensioning device chain tensioner is preferably used in a timing drive, the camshaft drive of an internal combustion engine. The chain tensioner comprises a pivotally mounted on a housing of the internal combustion engine, cooperating with the chain tensioner clamping rail. In operation of the internal combustion engine, the biasing force of the chain tensioner causes a frictional engagement of the tensioning rail on the chain also called traction means, to compensate for elongations and to achieve a sufficient bias of the traction means. Due to wear, the chain lengthens, which shifts the working range of the clamping piston and further extends out of the housing. An adjustment of the chain tensioner, which includes, for example, a ratchet mechanism, allows readjustment in an outward direction of the tensioning piston and blocks an actuating movement in the opposite direction.
Aus der
In der
Die Spannvorrichtung umfasst einen in einem Gehäuse geführten, von einer Druckfeder beaufschlagten Spannkolben, der bei einer Auswärtsbewegung beispielsweise in Verbindung mit einer Spannschiene mittelbar das Zugmittel spannt.The tensioning device comprises a guided in a housing, acted upon by a compression spring tensioning piston, which indirectly clamps the traction means in an outward movement, for example in conjunction with a tensioning rail.
Die
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kettenspanner bereitzustellen, der mittels einer einfachen und kostengünstig durchführbaren Maßnahme vor Überbelastungen wirksam geschützt werden kann.The object of the invention is to provide a chain tensioner which can be effectively protected against overloads by means of a simple and cost-effective measure.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Kettenspanner gelöst, der gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 aufgebaut ist. Weitere bevorzugte Ausführungsformen oder Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den zugehörigen Figuren zu entnehmen.According to the invention this object is achieved by a chain tensioner, which is constructed according to the features of
Der erfindungsgemäß aufgebaute Kettenspanner schließt eine Nachstelleinrichtung ein, deren rampenartig gestaltete Führung zur Vermeidung temporärer Überlastungen des Zugmittels eine Überlastsicherung umfasst. Dazu bildet die Führung endseitig eine Freigaberampe, in die das Rastelement formschlüssig verrastet.The chain tensioner constructed according to the invention includes an adjusting device whose ramp-shaped guide comprises an overload safety device to avoid temporary overloading of the traction device. For this purpose, the guide end forms a Freigaberampe, in which the locking element positively locked.
Bei bekannten Kettenspannern bewirkt eine auftretende Spitzenlast, dass die Nachstelleinrichtung eine Stellbewegung des Spannkolbens blockiert. Im Gegensatz dazu ermöglicht die erfindungsgemäße Überlastsicherung bei Überschreiten einer Grenzlast im Zugmitteltrieb bzw. Kettentrieb ein Ausweichen bzw. ein Verlagern des Rastelementes in die Freigaberampe der keilförmigen Führung. Damit reduziert sich die Anpresskraft zwischen dem Rastelement und dem Spannkolben, die eine weitere Verschiebung des Spannkolbens ermöglicht und eine Blockierung der Spannkolbenbewegung verhindert. Die erfindungsgemäße Freigaberampe führt in mechanischen Kettenspannern zu einer Spitzenlastkompensation, die das Zugmittel, die Kette und den gesamten Kettentrieb bzw. das Kettenantriebssystem vor plötzlich zunehmenden, unzulässig hohen Kettenlasten wirksam schützt.In known chain tensioners, an occurring peak load causes the adjusting device to block an adjusting movement of the tensioning piston. In contrast, the overload protection according to the invention allows for exceeding a limit load in the traction drive or chain drive evasion or displacement of the locking element in the release ramp of the wedge-shaped guide. This reduces the contact pressure between the locking element and the clamping piston, which allows a further displacement of the clamping piston and prevents blocking of the clamping piston movement. The release ramp invention leads in mechanical chain tensioners to a peak load compensation, the traction means, the chain and the entire chain drive or the Chain drive system effectively protects against suddenly increasing, unacceptably high chain loads.
Dabei stellt sich eine sogenannte Slipper-Funktion ein. Ein stetiger Anstieg der Anpresskraft zwischen dem Rastelement und dem Spannkolben aufgrund erhöhter Lastspitzen im Zugmitteltrieb wird bei Erreichen einer Grenzlast durch die Überlastsicherung unterbrochen. Dadurch kann sich der Spannkolben weiter in das Gehäuse verschieben, was zu einer Entspannung bzw. Entlastung des Zugmittels führt. Nach Wegfall der Lastspitzen im Zugmitteltrieb, d.h. im normalen Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit üblichen Belastungen des Zugmitteltriebs, verschiebt sich das Rastelement vorteilhaft selbsttätig bedingt durch die Kraft der den Spannkolben beaufschlagenden Feder von der Freigaberampe zurück an die keilförmige Führung.This creates a so-called slipper function. A steady increase in the contact force between the locking element and the clamping piston due to increased load peaks in the traction drive is interrupted when reaching a limit load by the overload protection. As a result, the clamping piston can move further into the housing, which leads to a relaxation or relief of the traction device. After elimination of the load peaks in the traction drive, i. in the normal operating state of the internal combustion engine with normal loads of the traction mechanism drive, the locking element shifts advantageous automatically due to the force of the spring acting on the clamping piston from the Freigaberampe back to the wedge-shaped guide.
Durch die Erfindung kann vorteilhaft ein reibungsoptimierter Kettenspanner realisiert werden, wobei sich die Spitzenlastkompensation des Kettenspanners gleichzeitig positiv auf die Lebensdauer des gesamten Kettentriebs auswirkt. Weiterhin nimmt das erfindungsgemäße Konzept positiven Einfluss auf die Geräuschentwicklung des Kettentriebs bzw. auf dessen NVH-Niveau. Noise, Vibration, Harshness (NVH), das Geräusch, die Vibration sowie die Rauhigkeit bezeichnen zusammenfassend die hör- oder spürbaren Schwingungen des Kettentriebs, die durch die Überlastsicherung des erfindungsgemäßen Kettenspanners reduziert werden.By means of the invention, a friction-optimized chain tensioner can advantageously be realized, with the peak load compensation of the chain tensioner simultaneously having a positive effect on the life of the entire chain drive. Furthermore, the concept according to the invention has a positive influence on the noise development of the chain drive or on its NVH level. Noise, vibration, harshness (NVH), the noise, the vibration and the roughness together describe the audible or noticeable vibrations of the chain drive, which are reduced by the overload protection of the chain tensioner according to the invention.
Der Kettenspanner gemäß der Erfindung eignet sich vorzugsweise für Steuertriebe von Brennkraftmaschinen, die für Motorräder bestimmt sind. Der Kettenspanner kompensiert bzw. dämpft die durch das Zugmittel, die Kette, erzeugten Vibrationen und Impulsstöße, wobei gleichzeitig die Spannung des Zugmittels an die Längung stufenlos angepasst wird. Zusammenfassend kann mittels der einfach und kostengünstig herstellbaren Freigaberampe in der keilförmigen Führung ein wirksamer Überlastungsschutz bzw. eine Überlastsicherung des mechanischen Kettenspanners geschaffen werden, der gleichzeitig die Lebensdauer des gesamten Kettentriebs verbessert.The chain tensioner according to the invention is preferably suitable for control drives of internal combustion engines intended for motorcycles. The chain tensioner compensates or dampens the vibrations generated by the traction means, the chain, and pulse impulses, while at the same time the tension of the traction means is continuously adapted to the elongation. In summary, an effective overload protection or an overload protection of the mechanical chain tensioner can be created by means of the easy and inexpensive to produce release ramp in the wedge-shaped guide, which also improves the life of the entire chain drive.
Bevorzugt schließt der erfindungsgemäße Kettenspanner als Rastelement eine Kugel ein, die innenseitig an einer Mantelfläche des Spannkolbens und außenseitig an der keilförmigen Führung des Gehäuses geführt ist. Dabei ist das Rastelement vorteilhaft von einer Feder beaufschlagt, die gegenseitig an einem Sicherungsring abgestützt ist, der beispielsweise in einer Ringnut des Gehäuses eingesetzt ist. Durch die Feder kann die Verriegelung positiv beeinflusst werden, da diese im Betriebszustand ein Spiel zwischen dem Rastelement und den zugehörigen Kontaktflächen, dem Spannkolben und dem Gehäuse, unterbindet. Alternativ zu einer Kugel kann ein asymmetrisch geformter Klemmkörper als Rastelement benutzt werden. Bei belastetem Spannkolben neigt sich der Klemmkörper, wodurch aufgrund der Reibung eine Keilwirkung erzeugt wird. Bei Erreichen einer Grenzlast verrasten die bevorzugt federbelasteten Klemmkörper ebenfalls spielfrei oder mit geringem Spiel in der Freigaberampe. Im Vergleich zur Kugel bietet der Klemmkörper eine vergrößerte Kontaktfläche, die vorteilhaft die Flächenpressung gegenüber dem Spannkolben und dem Gehäuse verringert.Preferably, the chain tensioner according to the invention includes a locking element as a ball, which is guided on the inside on a lateral surface of the clamping piston and the outside of the wedge-shaped guide of the housing. In this case, the latching element is advantageously acted upon by a spring which is mutually supported on a securing ring, which is used for example in an annular groove of the housing. By the spring, the lock can be positively influenced, since these in the operating state, a game between the locking element and the associated contact surfaces, the clamping piston and the housing, prevents. As an alternative to a ball, an asymmetrically shaped clamping body can be used as a latching element. When loaded clamping piston, the clamping body tilts, which is generated due to the friction wedge effect. Upon reaching a limit load, the preferably spring-loaded clamping body also lock play or with little play in the release ramp. Compared to the ball of the clamp body provides an enlarged contact surface, which advantageously reduces the surface pressure relative to the clamping piston and the housing.
Der Aufbau des Kettenspanners gemäß der Erfindung schließt vorzugsweise mehrere gleichmäßig umfangsverteilt im Gehäuse eingebrachte keilförmige Führungen ein, die jeweils eine mit dem Rastelement zusammenwirkende Freigaberampe aufweisen. Zur Sicherung des Rastelementes sind einstückig mit dem Gehäuse verbundene, die keilförmige Führung beidseitig begrenzende Wandungen sowie endseitige Halteelemente vorgesehen.The structure of the chain tensioner according to the invention preferably includes a plurality of evenly distributed circumferentially distributed in the housing wedge-shaped guides, each having a cooperating with the locking element Freigaberampe. To secure the locking element are integrally connected to the housing, the wedge-shaped guide on both sides limiting walls and end-side holding elements are provided.
Zur Erzielung eines auch in großen Stückzahlen kostengünstig herstellbaren Kettenspanners ist vorgesehen, sowohl den Spannkolben als auch das Gehäuse als Bauteile zu gestalten, die spanlos mittels eines Umformverfahrens aus einem Blechwerkstoff herstellbar sind. Bevorzugt eignet sich dazu ein spanloses Tiefziehverfahren, mit dem diese Bauteile ohne Nacharbeit kostenoptimiert herstellbar sind. Diese Bauteile zeichnen sich aus durch eine hohe Bauteilsteifigkeit und ein geringes Gewicht. Weiterhin bietet es sich an, den Kettenspanner mit einer aus Kunststoff hergestellten Verschlusskappe zu versehen, die endseitig in das Gehäuse eingesetzt ist oder die in eine Aufnahme einer Umgebungskonstruktion des Kettenspanners verschraubt ist. Im Vergleich zu Kettenspannern, die als Gussteile gestaltete Bauteile einschließen, kann mit dem erfindungsgemäßen Konzept das Gewicht um ≥ 50 % reduziert werden.To achieve a cost-effectively producible in large quantities chain tensioner is provided to make both the clamping piston and the housing as components that are produced without cutting by means of a forming process of a sheet metal material. Preferably, this is a chipless deep drawing process, with which these components can be produced cost-optimized without rework. These components are characterized by a high component rigidity and low weight. Furthermore, it makes sense to provide the chain tensioner with a plastic closure cap, which is inserted into the end of the housing or which is screwed into a receptacle of a surrounding construction of the chain tensioner. Compared to chain tensioners, which include components designed as cast parts, the weight of the inventive concept can be reduced by ≥ 50%.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem in sieben Figuren abgebildeten Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Es zeigt:
-
1 : einen Kettentrieb mit einem erfindungsgemäßen Kettenspanner; -
2 : den Kettenspanner gemäß1 in vergrößerter Darstellung in einer Schnittdarstellung; -
3 : das Gehäuse des Kettenspanners in einer Perspektive; -
4 : einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Kettenspanners, der den Spannkolben nach einer Einwärtsbewegung im Gehäuse zeigt; -
5 : einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Kettenspanners, der den Spannkolben nach einer Auswährtsbewegung im Gehäuse zeigt; -
6 : vergrößert eine Nachstelleinrichtung des erfindungsgemäßen Kettenspanners, mit einem Rastelement zwischen der Führung des Gehäuses und dem Spannkolben; -
7 : eine mit der6 vergleichbare Darstellung, wobei das Rastelement
-
1 a chain drive with a chain tensioner according to the invention; -
2 : the chain tensioner according to1 in an enlarged view in a sectional view; -
3 : the housing of the chain tensioner in a perspective; -
4 a section of the chain tensioner according to the invention, which shows the tensioning piston after an inward movement in the housing; -
5 a section of the chain tensioner according to the invention, which shows the tensioning piston after an outward movement in the housing; -
6 : increases an adjusting device of the chain tensioner according to the invention, with a locking element between the guide of the housing and the clamping piston; -
7 : one with the6 comparable representation, wherein the locking element
Der in
Die
Der Spannkolben
Die
In
Die
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kettentriebchain drive
- 22
- KetteChain
- 33
- KettenradSprocket
- 44
- KettenradSprocket
- 55
- Führungsschieneguide rail
- 66
- Spannschienetensioning rail
- 77
- Kettenspannerchain tensioner
- 88th
- Gehäusecasing
- 99
- Aufnahmeadmission
- 1010
- Spannkolbenclamping piston
- 1111
- Federelementspring element
- 1212
- Verschlusskappecap
- 1313
- Mantelflächelateral surface
- 1414
- Bordshelf
- 1515
- Rastelementlocking element
- 1616
- Führungsansatzleadership approach
- 1717
- Innenwandunginner wall
- 1818
- Nachstelleinrichtungreadjustment
- 1919
- Führungguide
- 2020
- ÜberlastsicherungOverload protection
- 2121
- Wandungwall
- 2222
- Halteelementretaining element
- 2323
- Druckfedercompression spring
- 2424
- Nutgroove
- 2525
- Ansatzapproach
- 2626
- Sicherungsringcirclip
- 2727
- Freigaberampe enable ramp
- A - FA - F
- Bewegungsrichtung (Spannkolben)Direction of movement (tensioning piston)
- αα
- Spreizwinkelsplay
- ββ
- Freigabewinkelrelease angle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102011083517 A1 [0003]DE 102011083517 A1 [0003]
- DE 102006032368 A1 [0004]DE 102006032368 A1 [0004]
- DE 102006026702 A1 [0006]DE 102006026702 A1 [0006]
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DE102017122382.7A DE102017122382A1 (en) | 2017-09-27 | 2017-09-27 | Mechanical chain tensioner with overload protection |
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- 2017-09-27 DE DE102017122382.7A patent/DE102017122382A1/en not_active Withdrawn
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