DE4212126A1 - Spannvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spannvorrich­ tung nach dem Oberbegriff des einzigen Patentanspruches, insbe­ sondere auf eine Spannvorrichtung zum Spannen von kontinuierli­ chen Kraftübertragungselementen, beispielsweise zum Spannen von Ketten und Riemen.

Solche Spannvorrichtungen, auf die sich die Erfindung bezieht, finden vielfältige Anwendung. Ein typisches Anwendungsbeispiel ist der Erhalt der Spannung am Synchronriemen einer Verbren­ nungsmaschine, d. h. an jenem Riemen, der die ventil-steuernde Nockenwelle mit der Kurbelwelle verbindet.

Es ist üblich, eine kraftübertragende Kette oder einen Riemen mit einer bestimmten Spannung zu belegen, um das Auslassen ei­ nes Zahnes der Kette oder des Riemens zu verhindern oder um ein Durchrutschen eines glatten Riemens zu vermeiden. Eine typische Spannvorrichtung umfaßt einen Hebel, der an einem Bolzen, wel­ cher von einem festsitzenden Element vorspringt, angelenkt ist. Ferner umfaßt solch eine Spannvorrichtung einen Kolben, der eine Kraft auf den Hebel ausübt, wodurch dieser gegen die Kette oder den Riemen gedrückt wird.

Der Kolben kann Teil einer hydraulisch arbeitenden Spannvor­ richtung sein oder kann mit Hilfe einer Feder bewegt werden. Als Alternative bietet sich eine aus beiden Elementen zusammen­ gesetzte Spannvorrichtung an, bei der sowohl eine Feder als auch ein Hydraulikmedium zum Einsatz kommen. In einer typischen hydraulischen Spannvorrichtung ist der Kolben so gestaltet, daß er schnell nach vorne bewegt werden kann, um eine Spannkraft auf eine Kette oder einen Riemen ausüben zu können, falls diese sich lockern und daß der Kolben langsam zurückgezogen wird, wenn die Spannung zu groß ist. In einer typischen durch eine Feder angetriebenen Spannvorrichtung wird der Kolben von einer gespannten Schraubfeder nach vorne gedrückt. Diese Vorrichtung hat auch eine vorzugsweise als Zahngesperre ausgebildete Sperr­ einrichtung, welche dem Kolben eine Vorwärtsbewegung erlaubt, eine Rückwärtsbewegung jedoch verhindert. Die Feder und ein Teil des Kolben sind in einem Rahmen untergebracht. Die Zähne des Zahngesperres bzw. Sperrklinkenmechanismus sind auf dem Kolben vorgesehen und erstrecken sich darauf in Längsrichtung. Die dazugehörige Sperrklinke ist auf dem Rahmen montiert und an einer von den Zähnen des Zahngesperres entfernten Stelle ange­ lenkt. Der Sperrklinkenmechanismus läßt also eine gewisses Spiel in axialer Richtung des Kolbens zu.

Eine dünne, flache Scheibe ist auf das Ende des Kolbens aufge­ preßt. Auf dieser flachen Scheibe ist ein Kontaktelement aus Kunstharz befestigt, das dazu dient, die Kräfte zwischen dem Kolben und dem Hebel der Spannvorrichtung zu übertragen.

In der oben beschriebenen herkömmlichen Spannvorrichtung übt der Kolben auf den Hebel eine Kraft aus, aber auch der Hebel übt eine Kraft auf den Kolben aus. Die Kräfte, welchen der Kol­ ben aufgrund des Hebels ausgesetzt ist, werden unter anderem von den Vibrationen der Kette oder des Riemens verursacht, da diese sich bewegen, während sie mit dem Hebel in Kontakt ste­ hen. Da der Hebel aber an einem von der Bewegungsachse des Kol­ bens entfernten Stelle angelenkt ist, verlaufen die von den Vi­ brationen verursachten Kräfte jedoch nicht unbedingt direkt parallel zur Bewegungsachse des Kolbens. Diese Vibrationskräfte können in Kraftkomponenten aufgeteilt werden, wovon eine Kraft­ komponente eine axiale Kraftkomponente ist, die parallel zur Kolbenachse verläuft und die andere eine seitlich wirkende Kraftkomponente ist, die senkrecht zur Kolbenachse steht.

Aufgrund der Bewegung von Kette oder Riemen wird der Kolben stets einer seitlichen wirkenden Kraftkomponenten ausgesetzt sein. Die axiale Kraftkomponente bewirkt, daß sich der Kolben im Rahmen axial hin- und her bewegt und zwar in dem Maße, wie das Spiel im Zahngesperre dies zuläßt. Gleichzeitig drückt die seitliche wirkende Kraftkomponente den Kolben gegen eine Füh­ rung am Rahmen wo der Kolben gehalten wird. Durch diese ständi­ gen Bewegungen werden Kolben und Rahmen an der Stelle ihres Kontaktes abgenutzt. Diese Abnutzung führt wiederum zu größerem Spiel und, wenn dieses zu groß wird, läßt die Spannung auf Kette oder Riemen nach.

Bei zu großem durch Abnutzung von Kolben und Rahmen verursach­ tem Spiel kann sich die Spitze eine Zahnes des Gesperres so mit der Sperrklinke verzahnen, daß der Kolben radial mit solcher Kraft gegen den Rahmen gedrückt wird, daß die Feder den Kolben nicht mehr nach vorne drücken kann, wenn eine nachlassende Spannung in Kette oder Riemen dies erfordert.

Ein weiteres Problem, das durch Vibrationen des Spannmechanis­ mus verursacht wird, hat zur Folge, daß die auf den Kolben auf­ gepreßte Scheibe sich von diesem löst.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Lebensdauer und Zuverlässigkeit einer Spannvorrichtung der in Rede stehenden Art zu verbessern, wobei die nachteiligen Wir­ kungen der Vibrationen vermieden oder reduziert sein sollen. Die Abnutzung der Spannvorrichtung soll verringert oder völlig beseitigt sein. Übermäßiges Spiel zwischen Kolben und Rahmen, eine Beeinträchtigung der Funktion des Zahngesperres und jene Probleme, die sich in Zusammenhang mit der aufgepreßten flachen Scheibe ergeben, sollen beseitigt sein.

Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des einzigen Patentanspruches. Da­ nach wird die Spannvorrichtung mit einem Kolben ausgerüstet, der in einer zur Bewegungsrichtung des Kolbens weitgehend senk­ rechten Richtung eine ebene Fläche besitzt. Das Ende des Kol­ bens ist weder mit einer dünnen Scheibe noch mit einem Kontakt­ element versehen. Stattdessen ist ein Kontaktelement auf dem Spannarm montiert. Das Kontaktelement hat eine konvexe, vor­ zugsweise kreiszylindrische Fläche und ist so angebracht, daß es mit der weitgehend ebenen Fläche des Kolbens in Kontakt ge­ langt. Über die Kontaktlinie der ebenen Fläche des Kolbens und der konvexen Fläche des Kontaktelements des Spannarms werden auf und durch den Kolben Kräfte ausgeübt. Die Vibrationskräfte, die aufgrund der Ketten- oder Riemenbewegungen vom Spannarm auf den Kolben ausgeübt werden, werden dabei auf eine Richtung beschränkt, die weitgehend parallel zur Bewegungsachse des Kol­ bens verläuft. Seitlich wirkende Teilkräfte werden dabei durch das Zusammenspiel der beiden sich berührenden Flächen aufgeho­ ben. Abnutzungserscheinungen von Kolben und Rahmen werden folg­ lich verringert und ein zu großes Spiel des Kolbens ist verhin­ dert. Aufgrund des Aufbaus der erfindungsgemäßen Spannvorrich­ tung erübrigt sich die flache Scheibe zur Montage des Kontake­ lementes, wodurch komplizierte Herstellvorgänge und zufälliges, in Verbindung mit dieser Scheibe auftretendes Ausrücken vermie­ den werden.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorlie­ genden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und wei­ terzubilden. Dazu ist einerseits auf den einzigen Pa­ tentanspruch, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbil­ dungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in einer Vorderansicht, teilweise geschnitten, eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung, die auf ein konti­ nuierlich arbeitendes Kraftübertragungselement Span­ nung ausübt,

Fig. 2 in einer Vorderansicht, teilweise, Details der Kon­ taktstelle zwischen einem Kontaktelement auf einem Spannarm und der ebenen Fläche eines Kolbens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei auch die Rich­ tungen der vom Spannarm auf den Kolben ausgeübten Vi­ brationskräfte dargestellt sind,

Fig. 3 in einer Sprengdarstellung, perspektivisch, die Mon­ tage des Dämpfungselements auf dem Spannarm,

Fig. 4 in einer Vorderansicht, teilweise geschnitten, die Montage des Dämpfungselements auf dem Spannarm,

Fig. 5 in einer Sprengdarstellung eine alternative Möglich­ keit zur Montage des Kontaktelements auf dem Spann­ arm,

Fig. 6 die erfindungsgemäße Spannvorrichtung in einer ge­ schnittenen Darstellung entlang der Linie 6-6,

Fig. 7 in einer Vorderansicht, teilweise geschnitten, einen Spannarm nach dem Stand der Technik, der auf ein kon­ tinuierlich arbeitendes Kraftübertragungselement Spannung ausübt und

Fig. 8 in einer Sprengdarstellung die Einheit von Kolben, flacher Scheibe und Kontaktelement nach dem Stand der Technik.

Eine in Fig. 7 dargestellte typische Spannvorrichtung nach dem Stand der Technik umfaßt eine Einheit 24 bestehend aus Rahmen und Kolben sowie einen Hebel 26. Spannvorrichtung 20 übt auf eine kontinuierliche Kette 23 eine Spannkraft aus. Dies Kette 23 dient als Kraftübertragungselement zwischen einer Kurbel­ welle 21 und einer Nockenwelle 22. Durch das Spannen der Kette 23 werden die Kettenvibrationen reduziert und das Auslassen eine Zahnes, wenn die Drehzahl sich plötzlich erhöht, wird ver­ hindert.

Einheit 24 umfaßt einen Rahmen 32 in dem sich ein Kolben 25 hin und herbewegen kann. Eine innerhalb des Rahmens 32 vorgesehene Feder 27 drückt den Kolben 25 nach vorne. Auf dem Kolben 25 ist ein sich in Längsrichtung erstreckendes Zahngesperre 28 vorge­ sehen. Das Zahngesperre 28 wirkt mit einer auf dem Rahmen 32 vorgesehenen Sperrklinke 29 zusammen. Diese beiden Teile bilden einen Sperrklinkenmechanismus durch den der Kolben 25 unter dem Druck der Feder 27 eine Vorwärtsbewegung ausübt. Eine Rück­ wärtsbewegung des Kolbens 25 ist dabei ausgeschlossen. Da­ durch, daß die Sperrklinke 29 an einer vom Zahngesperre 28 ent­ fernten Stelle angelenkt ist, wird stets ein gewisses Maß an Spiel in axialer Richtung vorhanden sein.

Ein Kontaktelement 30, das mit dem Hebel 26 in Eingriff ge­ langt, ist am vorderen Ende des Kolbens 25 montiert. Die Feder 27 drückt den Kolben 25 gegen den Hebel 26, der seinerseits ge­ gen die Kette 23 drückt, wodurch diese gespannt wird.

Wie in Fig. 8 dargestellt, wird das Kontaktelement 30 auf die dünne, flache Scheibe 31 montiert, die wiederum auf den Kolben 25 aufgepreßt ist. Der Zusammenbau von Kolben, Scheibe und Kon­ taktelement ist zeitaufwendig und durch die ständigen Vibratio­ nen löst sich überdies die Scheibe nach einer gewissen Zeit leicht vom Kolben.

Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß das Kontaktelement 30 während des Umlaufens der Kette über Hebel 26 Vibrationen ausgesetzt ist. Aufgrund der Vibrationen der Kette 23 übt der Hebel 26 eine Kraft "F" auf die Spannvorrichtung 24 aus. Durch das Zu­ sammenwirken von Kraft "F" und jener Kraft, die von Feder 27 ausgeübt wird, bewegt sich der Kolben 25 soweit wie Zahnge­ sperre 28 und Sperrklinke 29 dies zulassen. Die Kraft "F" wird in eine die Bewegungsachse des Kolbens 25 kreuzende Richtung ausgeübt. Kraft "F" kann unterteilt werden in die axial wir­ kende Teilkraft "F1", die parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens 25 verläuft, und in eine quer wirkende Teilkraft "F2", die senkrecht zur Bewegungsachse des Kolbens 25 verläuft.

Die Einheit 24 bzw. die Spannvorrichtung 24 ist mit folgenden Problemen behaftet: aufgrund der Wirkung von Teilkraft "F2" ge­ langt der Kolben 25 an einer Stelle "A" in Kontakt mit Rahmen 32. Dies verursacht dann eine Abnutzung des Kolbens 25 und des Rahmens 32 an besagter Stelle "A". Durch die Abnutzung von Kol­ ben 25 und Rahmen 32 wird der Bewegungsspielraum des Kolbens 25 noch größer und die Vorrichtung kann die für den einwandfreien Umlauf der Kette 23 erforderliche Spannung nicht mehr gewähr­ leisten. Bei vergrößertem, durch Abnutzung an Kolben 25 und Rahmen 32 verursachtem Spiel, kann außerdem die Spitze eines Zahnes des Gesperres 28 so mit der Sperrklinke 29 verzahnen, daß der Kolben 25 mit solcher Kraft gegen den Rahmen 32 ge­ drückt wird, daß die Feder 27 den Kolben 25 nicht mehr nach vorne drücken kann.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung 40, die einen Rahmen 43, eine Kolbeneinheit 41 und einen Hebel 47 um­ faßt. Spannvorrichtung 40 Spannt eine kontinuierliche Kette 23, die die Drehungen von einer Kurbelwelle 21 auf eine Nockenwelle 22 überträgt.

Spannvorrichtung 41 umfaßt einen Rahmen 43, einen darin axial verschiebbaren Kolben 44, eine Feder 42, die den Kolben 44 nach vorne drückt, ein auf dem Kolben 44 vorgesehenes Zahngesperre 45 und eine Sperrklinke 46, die mit dem Zahngesperre 45 in Wirkverbindung steht und so den Kolben 44 nach vorne bewegt, während eine Rückwärtsbewegung verhindert wird. Ebenso wie bei dem herkömmlichen Mechanismus aus Fig. 7 hat auch hier der Kol­ ben 44 aufgrund der Sperrklinkeneineit ein gewisses Spiel.

Feder 42 drückt den Kolben 44 gegen Hebel 47, der wiederum ge­ gen Kette 23 drückt. Kolben 44 hat eine weitgehend ebene Fläche 48, die in einer zur Bewegungsrichtung des Kolbens 44 weitge­ hend senkrechten Ebene angeordnet ist.

Hebel 47 umfaßt einen Arm 58, auf seiner einen Seite einen Schuh 59, der mit der Kette in Kontakt steht, und auf der ge­ genüberliegenden Seite ein Kontaktelement 49. Kontaktelement 49 hat eine konvexe Fläche 50, vorzugsweise in der Form eines Kreiszylinders. Ober diese konvexe Fläche steht das Kontaktele­ ment mit der ebenen Fläche 48 des Kolbens 44 in Verbindung.

Wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, ist das Kontaktelement 49 auf beiden Seiten der konvexen Fläche 50 mit zwei richtungs-halten­ den Seitenwänden versehen und hat einen Vorsprung 57 versehen. Dieser wiederum hat auf jenem Teil des Kontaktelementes 49, das mit dem Arm 58 von Hebel 47 in Kontakt gelangt, zwei Einraste­ lemente 52. Die richtungshaltenden Seitenwände 51 stehen mit dem Kolben 44 so in Eingriff, daß die ebene Fläche 48 von Kol­ ben 44 den Kontakt zur konvexen Fläche 50 des Kontaktelementes 49 stets hält. Kontaktelement 49 wird auf dem Arm 58 montiert, indem man beide Elemente 52 in die Öffnung 53 an Arm 58 einra­ sten läßt. Zwei parallele Vorsprünge 56 an Arm 58 verhindern, daß sich das Kontaktelement 49 gegenüber Arm 58 dreht.

Fig. 5 und 6 zeigen eine alternative Möglichkeit zur Montage des Kontaktelementes 69, das hier auf einem Hebel 67 mit einem Schuh 79 montiert wird. Das Kontaktelement 69 hat eine konvexe Fläche 70 und zwei richtungshaltende Wände 71, über die die Verbindung mit der Spannvorrichtung hergestellt wird. Kontakt­ element 69 ist mit zwei elastischen Haken 80 versehen. Diese treten aus der Rückseite des Kontaktelements 69 hervor und ge­ langen mit dem Flansch 81 des Armes 78 in Eingriff. Diese al­ ternative Montagemöglichkeit erweist sich als besonders gün­ stig, wenn der Arm 78 über eine nur geringe Dicke "T" verfügt.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die ebene Fläche 48 des Kolbens mit der konvexen Fläche des Kontaktelementes 49 so in Verbin­ dung steht, daß eine vom Kolben 44 ausgeübte Kraft "F3" weitge­ hend parallel zur Bewegungsachse des Kolbens 44 verläuft. Da­ durch, daß die Fläche des Kolbens 44 weitgehend senkrecht zur Bewegungsachse des Kolbens 44 verläuft und der Kolben 44 mit der konvexen Fläche des Kontaktelementes 49 in Verbindung steht, werden auf den Kolben 44 einwirkende Transversalkräfte weitgehend eliminiert. Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung reduziert so erheblich die durch Vibrationen verursachten Ab­ nutzungserscheinungen am Kolben und dem dazugehörigen Rahmen. Die Spannvorrichtung arbeitet dadurch zuverlässiger und ihre Lebensdauer ist verlängert.

Die bevorzugte Form der konvexen Fläche des Kontaktelementes ist die eines Kreiszylinders, wogegen die Fläche des Kontakt­ elementes auch die Form einer Kugel oder einer anderen geome­ trischen Form haben kann, so daß die vom Kontaktelement auf den Kolben ausgeübte Kraft "F3" weitgehend parallel zur Bewe­ gungsachse des Kolbens verläuft.

Verschiedene andere Modifikationen, die der Durchschnitts-fach­ mann realisieren kann, sind möglich ohne von der durch den nachfolgenden Patentanspruch gegebenen Lehre abzuweichen.

Claims (2)

1. Spannvorrichtung zum Spannen eines kontinuierlichen Kraft­ übertragungselements (23) in der Form einer Kette, eines Rie­ mens oder dergleichen, gekennzeichnet durch:

   • a) eine Spannvorrichtung (40) mit einem auf einer Achse verschiebbaren Kolben (44) zur Ausübung einer Spannkraft auf das kontinuierliche Kraftübertragungselement (23), wo­ bei dieser Kolben (44) eine weitgehend ebene Fläche (48) aufweist, die weitgehend senkrecht zur Bewegungsachse des Kolbens (44) steht und
   • b) einen Hebel (47), der geeignet ist, mit diesem konti­ nuierlichen Kraftübertragungselement (23) in Eingriff zu gelangen, wobei auf dem Hebel (47) eine Kontaktelement (49) mit einer konvexen Fläche (50) vorgesehen ist, das so beschaffen ist, daß es mit der weitgehend ebenen Fläche (48) des Kolbens (44) in Berührung gelangt, wobei die vom Kolben (44) ausgeübte Spannkraft über den Kontakt von des­ sen weitgehend ebener Fläche (48) mit der konvexen Fläche (50) des Kontaktelementes (49) auf den Hebel (47) übertra­ gen wird,
2. wobei durch den Hebel (47) verursachte und auf die Spannvor­ richtung (40) ausgeübte Vibrationskräfte weitgehend parallel zu der Achse verlaufen.