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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spann- oder Führungsschiene für einen Kettentrieb, insbesondere Kettentrieb eines Verbrennungsmotors, mit zwei voneinander beabstandeten Kontaktbereichen und einem dazwischen angeordneten Nichtkontaktbereich, wobei die Kontaktbereiche jeweils eine mit einer Kette in Kontakt bringbare Gleitfläche aufweisen und der Nichtkontaktbereich als Tragstruktur die beiden Kontaktbereiche miteinander verbindet.
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Eine Führungsschiene der eingangs genannten Art ist zum Beispiel aus der
DE 19719732 C1 bekannt. Die dort beschriebene Gleitschiene liegt am Zugtrum eines Steuertriebs eines Verbrennungsmotors an und weist zwei beabstandete Gleitabschnitte auf, die mit einem gemeinsamen, dazwischen angeordneten Träger verbunden sind. Die Gleitabschnitte sind jeweils mit einem Gleitbelag aus Polyamid ohne Faserzusätze versehen. Der Träger weist einen Doppel-T-förmigen Querschnitt auf, um eine entsprechende Festigkeit in Richtung der Anlagekraft zu haben. Bevorzugt kann der Träger aus einem hoch belastbaren Polyamid mit Faserzusätzen bestehen. Hintergrund dieser Ausgestaltung ist die Verringerung des Gewichts und des Werkstoffeinsatzes für eine Gleitschiene.
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Eine weitere Gleitschiene mit voneinander beabstandeten Gleitabschnitten ist aus der
DE 10 2007 026 939 A1 bekannt. Hierbei handelt es sich um eine einstückig ausgestaltete Gleitschiene, die mit geringem Aufwand hergestellt werden kann. Aufgrund der zwischen den Gleitabschnitten liegenden vertieften Abschnitte wird eine Reibungsreduktion herbeigeführt.
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Diese Konstruktionen verringern auf der einen Seite die Reibung und führen auf der anderen Seite zu einer Werkstoffreduktion. Aufgrund des Downsizings bei Verbrennungsmotoren treten doch verhäuft Bauraumverhältnisse auf, die eine Unterbringung derartiger Spann- und Führungsschienen schwierig machen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine reibungsarme Spann- oder Führungsschiene mit geringem Materialeinsatz herzustellen, die bauraumgünstig platziert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer gattungsgemäßen Spann- oder Führungsschiene dadurch gelöst, dass die Tragstruktur des Nichtkontaktbereichs einen, von einer Vorderseite zu einer Rückseite der Spann- oder Führungsschiene durchgehenden, die Kontaktbereiche mit den Gleitflächen voneinander trennenden Durchbruch aufweist. Hierdurch lässt sich die Tragstruktur des Nichtkontaktbereichs entweder sehr schmal aufbauen oder weist einen Ausschnitt (Durchbruch) auf, in dessen Bereich sich angrenzende Bauelemente oder Fremdkonturen, wie z. B. Motorblockgehäuse etc. in den Bereich der Tragstruktur des Nichtkontaktbereichs erstrecken können und somit relativ nahe an eine Kette heranführbar sind. Aus diesem Grund ist eine derartig aufgebaute Spann- oder Führungsschiene auch im Abschnitt ihres Nichtkontaktbereichs sehr nahe an diesen Fremdkonturen oder zusätzlichen Bauelementen zu platzieren. Im Grunde genommen muss lediglich ein minimaler Abstand zur Kette in diesem Bereich eingehalten werden, der den unter Belastung auftretenden Schwingungen der Kette gerecht wird. Des Weiteren kann die Kettenführung so ausgelegt werden, dass die von der Kette auf die Schiene übertragene Kraft in eingeschränkte Bereiche konzentriert wird. Diese können besonders verstärkt ausgestaltet werden. Auf der anderen Seite kann dadurch gezielt ein Bereich der Schiene entlastet werden, wodurch die Kette sehr nahe an die Motorkontur gebracht werden kann.
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Bevorzugt kann die Tragstruktur des Nichtkontaktbereichs als zumindest teilweise mindestens eine mit den Kontaktbereichen verbundene, seitlich an den Gleitflächen entlanggeführte Seitenwange ausgestaltet sein. Je nach Bauraumverhältnissen, kann es sich um eine einzige seitliche Seitenwange handeln oder es können gemäß einer weiteren Ausführungsform zwei in Abstand zueinander angeordnete Seitenwangen vorgesehen sein, zwischen denen teilweise die Gleitflächen der Kontaktbereiche angeordnet sind, so dass der Durchbruch ein Fester ausbildet. Die Seitenwangen weisen in Belastungsrichtung einen sehr großen Querschnitt auf, können jedoch in Breitenrichtung der Spann- oder Führungsschiene verhältnismäßig dünn ausgestaltet werden. Hierdurch lassen sich relativ große Durchbrüche erzeugen, die besonders günstige Einbauverhältnisse schaffen. Die Seitenwangen können darüber hinaus auch noch zur seitlichen Führung der Kette herangezogen werden. Ausreichend hohe Seitenwangen führen zu einer guten Biegesteifigkeit der Schiene.
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Für eine optimale Kraftaufnahme sind die Gleitflächen bevorzugt jeweils in Laufrichtung der Kette konvex gekrümmt. Aufgrund der auseinanderliegenden Kontaktbereiche lässt sich die auf die Schiene wirkende, resultierende Normalkraft auf zwei Bereiche zerlegen. Die Krümmung kann dafür sorgen, dass die Kraft dann optimal in die Kontaktbereiche eingeleitet und gegebenenfalls auf Befestigungsstellen gerichtet wird. Darüber hinaus sorgt die Krümmung für einen optimalen Ein- und Auslauf der Kette. Der Durchbruch ist in aller Regel im Abstand unterhalb einer an die beiden Kontaktbereiche angelegten Tangente vorgesehen. D. h. die Kontaktbereiche krümmen sich abschnittsweise in Richtung des Durchbruchs.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein Tragkörper vorgesehen sein, der sowohl Tragstrukturen der Kontaktbereiche als auch die Tragstruktur des Nichtkontaktbereichs umfasst, und können zwei mit dem Tragkörper verbundene, die jeweilige Gleitfläche bereitstellende Gleitbelagkörper vorgesehen sein. Sowohl Tragkörper als auch Gleitbelagkörper können dann an ihre jeweilige funktionale Bestimmung optimal angepasst werden. Die für den Tragkörper gewählten Werkstoffe werden hauptsächlich hinsichtlich ihrer Festigkeit, z. B. Metalle wie Stahl oder Kunststoffe mit Faserverstärkung und die Gleitbelagkörper hinsichtlich ihrer Gleiteigenschaften, z. B. Polyamid ohne Faserverstärkung oder PTFE ausgewählt werden.
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Entsprechend kann wie erwähnt der Tragkörper aus einem verstärkten Kunststoff bestehen und die Gleitbeläge aus einem einen niedrigen Reibwert aufweisenden Kunststoff hergestellt sein.
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Gemäß einer Variante kann oder können die Seitenwange(n) bogenförmig mit gleicher Krümmungsrichtung wie die Gleitfläche ausgestaltet sein. Diese Bogenform der Seitenwange(n) führt zu einer biegesteifen Konstruktion und bietet darüber hinaus den Vorteil, dass im Mittenbereich der Schiene diese auch aufgrund der auf der Innenseite bevorzugt konvexen Form der Seitenwange(n) sich nah an eine z. B. Motorkontur anschließen kann. Diese Ausgestaltung gewährt zusätzliche Vorteile zum ebenfalls vorhandenen Durchbruch.
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Damit sich die Bauraumvorteile besonders gut bemerkbar machen, kann die Länge des Durchbruchs im Bereich von 0,2 bis 0,5 mal, bevorzugt 0,3 bis 0,35 mal der Länge der Spann- oder Führungsschiene entsprechen. Bevorzugt wird daher die Schiene in drei in etwa gleich lange Bereiche, nämlich die zwei Kontaktbereiche und den dazwischenliegenden Nichtkontaktbereich, unterteilt. Hierdurch ergibt sich ein sehr guter Kompromiss zwischen Festigkeit und geringem Gewicht sowie gute Anpassbarkeit an den Bauraum.
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Des Weiteren kann diese Schiene eine Einlaufseite und eine Auslaufseite aufweisen, wobei eine Höhe der Seitenwange(n) zumindest im Abschnitt zwischen den Kontaktbereichen von der Einlaufseite zur Auslaufseite stetig zunimmt. Die Begriffe Einlaufseite und Auslaufseite beziehen sich auf die Gleitrichtung der Kette entlang der jeweiligen Schiene. Die Kette bewegt sich nämlich von der Einlauf- zur Auslaufseite. Diese Konstruktion wird den ansteigenden Kettenkräften an der Schiene gerecht und stellt eine entsprechende Optimierung und Anpassung an die Kraftverhältnisse dar.
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Günstigerweise können zwei im Abstand zueinander angeordnete Befestigungspunkte bzw. ein Befestigungs- und ein Auflagepunkt vorgesehen sein, wobei jeweils eine der beiden Punkte im Wesentlichen in Längsrichtung zentral am jeweils zugeordneten Kontaktbereich angeordnet ist. Unter Befestigungspunkte sind hier die Mittelpunkte bzw. die zentralen Achsen der jeweiligen Befestigungsmöglichkeit (Öffnung, Befestigungsbolzen etc.) gemeint. Die im Wesentlichen zentrale Anordnung am Kontaktbereich führt zu einer optimalen Einleitung der Kraft in den Befestigungspunkt. In aller Regel befindet sich der Befestigungspunkt in etwa auf einem Krümmungsradius der zugehörigen Krümmung der Gleitfläche.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Endlostrieb, insbesondere Kettentrieb eines Verbrennungsmotors, mit mindestens zwei Kettenrädern, einer um die Kettenräder herumgelegten Kette und mindestens einer Spann- oder Führungsschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 11. Ein solcher Endlostrieb kann beengte Bauraumverhältnisse aufweisen und dennoch in eleganter Weise eine erfindungsgemäße Spann- oder Führungsschiene aufnehmen.
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Bevorzugt kann die Spann- oder Führungsschiene an eine Engstelle angeordnet sein, so dass im Bereich des Durchbruchs ein stationäres Bauteil (oder eine Fremdkontur) im Bereich von 5 bis 15 mm an die Kette heranreicht. Maßgebend für die Abstandseinhaltung ist eine gegebenenfalls auftretende Schwingung der Kette in diesem Abschnitt, so dass dieser an das stationäre Bauteil nicht anschlägt. Je nach Abstand der beiden Kontaktbereiche könnte sogar noch eine nähere Platzierung erfolgen.
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Günstigerweise können an der Spann- oder Führungsschiene zwei Befestigungs- bzw. ein Befestigungs- und ein Auflagepunkt vorgesehen sein, wobei eine gedachte Verbindungslinie dieser Punkte das stationäre Bauteil schneidet. Hierdurch ergibt sich, dass das stationäre Bauteil in den Bereich der Schiene hineinragen kann. Bei entsprechender Formgebung kann die Schiene auch in etwa bogenförmig um eine vorstehende Kontur des Bauelementes herumgeführt werden.
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1: eine schematische Vorderansicht eines Steuerkettentriebs,
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2: eine erfindungsgemäße Führungsschiene in einer Seitenansicht,
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3: die Führungsschiene aus 2 in einer perspektivischen Draufsicht,
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4: eine schematische Schnittdarstellung einer Einbausituation der Spannschiene aus 2 und
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5: eine schematische Schnittdarstellung der Spannschiene aus 2 mit eingezeichneter schematischer Lastverteilung.
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Der in 1 dargestellte Steuerkettentrieb 1 für einen Verbrennungsmotor umfasst im Wesentlichen ein Kurbelwellenkettenrad 2, zwei nebeneinander liegende Nockenwellenkettenräder 3.1 und 3.2, eine um diese herumgeführte Steuerkette 4, eine am Motorgehäuse befestigte Führungsschiene 5, eine schwenkbar am Motorgehäuse angeordnete Spannschiene 6 und einen Kettenspanner 7, der mit seinem Spannkolben 8 auf die Spannschiene 6 aufdrückt. Im vorliegenden Fall ist der Kettenspanner 7 als sogenannter Einschub-Kettenspanner ausgestaltet, der in eine Wandung 9 am Motorgehäuse eingeschraubt ist. Der Kettenspanner 7 könnte aber auch als Flansch- oder Anbaukettenspanner ausgeführt werden. Das Kurbelwellenkettenrad 2 treibt mittels der Steuerkette 4 die beiden Nockenwellenkettenräder 3.1 und 3.2 an. Dabei gleitet das Zugtrum der Kette 4 entlang der Führungsschiene 5 und das Lostrum entlang der Spannschiene 6. Der Kettenspanner 7 muss ausreichend große Kraft auf die Spannschiene 6 ausüben, so dass ein sicheres Spannen der Steuerkette 4 über den gesamten Betriebsbereich des Verbrennungsmotors gewährleistet ist. Hierbei laufen hochdynamische Prozesse innerhalb des Kettenspanners 7 ab, der auch eine Dämpfungsfunktion bereitstellt. Im Folgenden wird unter Zuhilfenahme der 2 bis 5 ein detaillierter Aufbau einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Führungsschiene 5 näher erläutert, wie sie bei dem Kettentrieb gemäß 1 eingesetzt ist.
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Die Führungsschiene 5 ist im Wesentlichen in drei Bereiche unterteilt, nämlich den ersten Kontaktbereich 10 am Einlaufende der Führungsschiene 5, den zweiten Kontaktbereich 11 am Auslaufende der Führungsschiene 5 sowie den diese beide miteinander verbindenden Nichtkontaktbereich 12. Die Führungsschiene 5 umfasst drei Bauelemente. Diese sind ein Tragkörper 13, ein erster Gleitbelagkörper 14 am ersten Kontaktbereich 10 und ein zweiter Gleitbelagkörper 15 am zweiten Kontaktbereich 11. Der Tragkörper 13 ist einstückig ausgeformt und besteht aus einem faserverstärktem Kunststoff. Der Tragkörper 13 ist strukturell unterteilt in eine etwa dreiecksförmige Tragstruktur 16 des ersten Kontaktbereichs 10, eine in etwa dreiecksförmige zweite Tragstruktur 17 des zweiten Kontaktbereichs 11 und zwei bogenförmigen, die beiden Tragstrukturen 16 und 17 miteinander verbindenden Seitenwangen 18.1, 18.2 des Nichtkontaktbereichs 12. Die Seitenwangen 18.1 und 18.2 bilden die Tragstruktur des Nichtkontaktbereichs 12.
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Die erste Tragstruktur 16 ist fachwerkähnlich aufgebaut und umfasst eine gerade Stirnwand 19, eine konkav gekrümmte Rückwand 20 und eine konvex gekrümmte Vorderwand 21, auf der der erste Gleitbelagkörper 14 mit Gleitfläche 14.1 angeordnet ist. Im Treffpunkt der Stirnwand 29 und der Rückwand 20 ist eine Befestigungsöse 22 mit einem Langlochquerschnitt angeordnet. Eine Querstrebe 23 verbindet die Vorderwand 21 mit der Befestigungsöse 22. In etwa der Mitte der Breite der Führungsschiene 5 befindet sich eine in Längsrichtung sich erstreckende und die Fachwerkstruktur der ersten Tragstruktur 16 bis auf die Befestigungsöse 22 verschließende Stützwand 24.
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Die zweite Tragstruktur 17 umfasst eine gerade Stirnwand 25, eine konkav gebogene Rückwand 26 und eine konvex gekrümmte, den zweiten Gleitbelagkörper 15 tragende Vorderwand 27. In etwa der Mitte der zweiten Tragstruktur 17 befindet sich eine im Querschnitt kreisförmige Befestigungsöse 28. Eine Querstrebe 29 verbindet die Vorderwand 27 mit der Befestigungsöse 28 sowie die Befestigungsöse 28 mit dem Eckpunkt der Stirnwand 25 und der Rückwand 26. Die Fachwerkstruktur der zweiten Tragstruktur 17 ist in etwa mittig von einer Stützwand 30 bis auf die Befestigungsöse 28 verschlossen.
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Die beiden Seitenwangen 18.1 und 18.2 weisen jeweils eine konvexe Oberseite 31.1 und 31.2 sowie eine konkav Unterseite 32.1 und 32.2 auf. Insgesamt sind die Seitenwangen 18.1, 18.2 bogenförmig ausgestaltet, wobei sich die Höhe H der Seitenwangen 18.1 und 18.2 von der Einlaufseite zur Auslaufseite der Führungsschiene 5 zumindest zwischen den beiden Kontaktbereichen 10 und 11 stetig vergrößert. Die Seitenwangen 18.1 und 18.2 sind als Biegeträger ausgestaltet und relativ schmal, aber hoch gehalten. Die beiden Seitenwangen 18.1 und 18.2 sind im Bereich zwischen den beiden Kontaktbereichen 10 und 11 nicht miteinander verbunden, so dass das ein fensterartiger Durchbruch 33 gebildet ist. Die Breite BD des Durchbruchs 33 entspricht im Wesentlichen der Breite der die Gleitflächen 14.1 und 15.1 bereitstellenden Gleitbelagkörper 14 und 15 (liegt also im Bereich von 0,9 bis 1,2 mal der Breite der Gleitfläche 14.1 oder 15.1). Die Länge LD des Durchbruchs 33 entspricht ca. 0,33 mal der Länge L der Führungsschiene 5 (liegt also im Bereich von 0,2 bis 0,5 mal der Länge L der Führungsschiene 5).
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Der Tragkörper 13 und die beiden Gleitbelagkörper 14 und 15 können durch Zweikomponentenspritzguss miteinander verbunden werden. Alternativ wäre auch ein Aufklipsen der Gleitbelagkörper 14 und 15 denkbar.
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Anhand der 4 werden nunmehr die erfindungsgemäßen Wirkungen der Führungsschiene 5 näher erläutert. Die bogenförmige Ausgestaltung der Führungsschiene 5 mit den beiden Kontaktbereichen 10 und 11 in Verbindung mit dem dazwischen liegenden Durchbruch 33 eröffnet die Möglichkeit, die Führungsschiene 5 quasi um Gehäusekonturen, Gehäuseelemente und andere Strukturen herumzuführen sowie diese Elemente und Konturen relativ nahe an die Außenseite 35 der Stuerkette 4 heranzuführen. Hierdurch kann die Steuerkette 4 sehr nah an der Gehäusekontur 34 vorbeigeführt werden. Im günstigsten Fall beträgt der Abstand A im Bereich des Durchbruchs 33 ca. 10 mm (entspricht dem Bereich von 5 bis 15 mm). Eine die Mittelpunkte bzw. Mittelachsen der Befestigungsösen 22 und 28 verbindende gedachte Verbindungslinie VL schneidet aufgrund dieser Konstruktion der Führungsschiene 5 eine dazwischenliegende Kontur des Motorblocks (also ein stationäres Bauteil). Hierdurch können auch sehr beengte Bauraumverhältnisse optimal ausgenutzt werden.
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Anhand der 5 ist auch zu erkennen, wie die Lastverteilung im Abschnitt der Kontaktbereiche 10 und 11 erfolgt der Abschnitt der größten Last ist insbesondere aufgrund der konvexen Form der Gleitflächen 14.1 und 15.1 im Wesentlichen oberhalb der Befestigungsösen 22 und 28 gelegen. Aufgrund dieser Lastaufteilung reduzieren sich die Spitzenkräfte und aufgrund der verringerten Länge der Gleitflächen 14.1 und 15.1 ist auch die Reibung reduziert.
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Auch wenn es hier nicht explizit dargestellt wurde, so kann das hier anhand der 2 bis 5 dargestellte Konstruktionsprinzip für eine Führungsschiene 5 auch auf eine Spannschiene 6 in gleicher Weise übertragen werden. Anstelle der Befestigungsöse im Auslaufbereich befindet sich dann an der Spannschiene 6 ein Aufdrückbereich zur Anlage des Spannkolbens 8. Die Spannschiene 6 weist dann ebenfalls zwei voneinander beabstandete Kontaktbereiche 10, 11 auf, die mittels des Nichtkontaktbereichs 12 (im konkreten Fall die beiden Seitenwangen 18.1, 18.2) miteinander verbunden sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steuerkettentrieb
- 2
- Kurbelwellenkettenrad
- 3.1
- Nockenwellenkettenrad
- 3.2
- Nockenwellenkettenrad
- 4
- Steuerkette
- 5
- Führungsschiene
- 6
- Spannschiene
- 7
- Kettenspanner
- 8
- Sannkolben
- 9
- Wandung
- 10
- erster Kontaktbereich
- 11
- zweiter Kontaktbereich
- 12
- Nichtkontaktbereich
- 13
- Tragkörper
- 14
- erster Gleitbelagkörper
- 14.1
- erste Gleitfläche
- 15
- zweiter Gleitbelagkörper
- 15.1
- zweite Gleitfläche
- 16
- erste Tragstruktur
- 17
- zweite Tragstruktur
- 18.1
- Seitenwange
- 18.2
- Seitenwange
- 19
- Stirnwand
- 20
- Rückwand
- 21
- Vorderwand
- 22
- Befestigungsöse
- 23
- Querstrebe
- 24
- Stützwand
- 25
- Stirnwand
- 26
- Rückwand
- 27
- Vorderwand
- 28
- Befestigungsöse
- 29
- Querstrebe
- 30
- Stützwand
- 31
- Oberseite
- 32
- Unterseite
- 33
- Durchbruch
- 34
- Kontur
- 35
- Außenseite
- A
- Abstand
- BD
- Breite (Durchbruch)
- H
- Höhe
- L
- Länge
- LD
- Länge (Durchbruch)
- VL
- Verbindungslinie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19719732 C1 [0002]
- DE 102007026939 A1 [0003]