DE102008013260A1

DE102008013260A1 - Führungs- oder Spannschiene in einem Zugmitteltrieb

Info

Publication number: DE102008013260A1
Application number: DE102008013260A
Authority: DE
Inventors: Lucian Novi Botez; Jeffrey Windsor Hewitt
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-04-02
Filing date: 2008-03-08
Publication date: 2008-10-09
Also published as: US20080242460A1; WO2008119615A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Führungs- oder Spannschiene (1) in einem Zugmitteltrieb, wobei die Führungs- oder Spannschiene (1) ein Lagerauge (4) mit einer Hülse (5) aufweist. Um das Zusammensetzen der Schiene (1) bei der Montage des Zugmitteltriebs zu vereinfachen ist die Hülse (5) in dem Lagerauge (4) verrastbar.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Führungs- oder Spannschiene in einem Zugmitteltrieb, wobei die Schiene ein Lagerauge mit einer Hülse aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Zugmitteltriebe werden unter anderem zur Übertragung von Drehbewegungen in Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt. Beispielsweise kann die Drehung einer Kurbelwelle mit Hilfe des Zugmittels auf Nockenwellen oder Nebenaggregate eines Fahrzeugs übertragen werden. Als Zugmittel werden Gurte, Bänder, Keilriemen, Zahnriemen oder Ketten eingesetzt. Zur Führung sowie um das Zugmittel unter einer ausreichenden Vorspannung zu halten ist es bekannt, dass das Zugmittel mit Hilfe von zumindest einer Führungsschienen geführt und mit zumindest einer Spannschiene eine Kraft auf das Zugmittel ausgeübt wird, die im Wesentlichen senkrecht zu dessen Bewegungsrichtung sowie ins Zentrum des Zugmitteltriebs wirkt. Dazu sind die Führungsschienen üblicherweise fest an einem weiteren Bauteil befestigt, beispielsweise einem Motorblock. Die Spannschienen sind mit einer Federkraft oder durch eine Hydraulik kraftbeaufschlagt und halten das Zugmittel unter ausreichender Vorspannung, gegebenenfalls auch in Abhängigkeit von der Drehzahl des Zugmittels, um unter anderem ein Herabspringen des Zugmittels von einem Antriebsrad zu vermeiden.
Eine Spannschiene für einen Kettentrieb ist beispielsweise aus der DE 199 13 288 A1 bekannt. Sie ist aus einem länglichen und hohlen Grundkörper gebildet, der mit einem Metallschaum ausgefüllt ist. Dabei kann die Spannschiene mittels eines Bolzens, der eine Aufnahmebohrung durchgreift, an einem Motorblock befestigt werden. Die Herstellung einer solchen Spannschiene erfordert durch das Ausschäumen jedoch einen erheblichen fertigungs-technischen Aufwand.
Weiterhin offenbart die DE 199 23 923 A1 eine Spannschiene, die über ein Lagerauge verfügt, in dem eine Metallhülse angeordnet ist. Ist der Grundkörper der Spannschiene beispielsweise aus Kunststoff angefertigt, so wird mit der Metallhülse im Lagerauge eine Beschädigung der Spannschiene bei der Befestigung an einem Motorblock oder dergleichen vermieden, da die Metallhülse wesentlich stabiler ist als das Kunststoffmaterial der Spannschiene selbst. Hierzu kann die Metallhülse in das Lagerauge eingepresst oder eingesenkt beziehungsweise mit Kunststoff umspritzt werden.
Als nachteilig hierbei ist es jedoch anzusehen, dass zum Einsetzen der Hülse in das Lagerauge zusätzliche Werkzeuge, beispielsweise für einen Ultraschallschweißvorgang benötigt werden, so dass die Spannschiene ebenfalls nur mit erheblichem Aufwand hergestellt werden kann.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Führungs- oder Spannschiene für einen Zugmitteltrieb zu schaffen, die bei ausreichender Dauerfestigkeit dennoch in einfacher Weise herstellbar ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch das einfache Einrasten oder Verrasten einer metallischen Hülse in einem Lagerauge der Führungs- oder Spannschiene der Herstellungsprozess derselben erheblich vereinfacht werden kann. Entsprechende Rastvorrichtungen können in beliebiger Weise ausgebildet sein, bevorzugt jedoch wie es im Folgenden beschrieben ist. Prinzipiell ist es sogar möglich, dass die Einzelteile, also die Schiene bzw. der Schienengrundkörper und die Hülse, separat zu bevorraten werden und diese erst beim Zusammenbau des Zugmitteltriebs, beispielsweise in einer Kraftfahrzeugproduktion, zusammengesetzt werden.
Im Rahmen der Erfindung kann die Führungs- oder Spannschiene entweder im Wesentlichen einstückig oder beispielsweise zweiteilig ausgeführt sein. Im letzteren Fall kann die eigentliche Berührungs- oder Gleitfläche, die mit dem sich bewegenden Zugmittel in Kontakt gelangt, aus einem ersten Material bestehen, das in Abhängigkeit der Materialwahl des Zugmittels eine geringe Reibung bietet. Der eigentliche Schienengrundkörper kann aus einem anderen Material aufgebaut sein, um der Führungs- oder Spannschiene bei vergleichsweise geringem Gewicht eine ausreichende Festigkeit zu verleihen.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Führungs- oder Spannschiene aus einem Kunststoffmaterial und die Hülse aus einem Metall bzw. einer metallischen Legierung bestehen. Dabei ist die Hülse in einer ausreichenden Dimensionierung ausgeführt, um eine Zerstörung der Hülse bei der Montage der Führungs- oder Spannschiene beispielsweise an einem Motorblock oder während des bestimmungsgemäßen Betriebs zu vermeiden. Hierzu kann ein Gewindebolzen oder dergleichen durch die Hülse hindurchreichen und in einer entsprechend dimensionierten Gewindebohrung im Motorblock eingeschraubt werden. Dementsprechend werden die wesentlichen Haltekräfte, die von dem Gewindebolzen auf die Führungs- oder Spannschiene bzw. die Hülse übertragen werden, von der Hülse aufgenommen.
Um die Hülse zuverlässig in dem Lagerauge zu haltern bzw. mit dem Grundkörper der Führungs- oder Spannschiene zu verrasten sind an den beiden Stirnseiten des Lagerauges bzw. an beiden Seitenwangen der Führungs- oder Spannschiene jeweils Rastvorrichtungen ausgebildet. Prinzipiell kann auch eine Einsenkung zur Aufnahme des Kopfes eines Gewindebolzens in einer Seitenwange der Spannschiene vorgesehen sein. Zur Montage der Hülse im Lagerauge bzw. in der Führungs- oder Spannschiene muss die Hülse lediglich in das Lagerauge eingeführt und dort gegen eine Axialbewegung gesichert verrastet werden. Dies kann auch erst bei der Endmontage der Führungs- oder Spannschiene erfolgen.
Vorzugsweise sind die Rastvorrichtungen jeweils in Form eines unterbrochenen, ringförmigen oder ringsegmentförmigen Vorsprungs des Grundkörpers der Führungs- oder Spannschiene ausgebildet, der um die Öffnung des Lagerauges umläuft und radial nach innen in die Lageraugenöffnung weist. Dabei sind diese beispielsweise unterbrochenen ringförmigen Vorsprünge in axialer Durchsicht durch das Lagerauge gesehen insbesondere derart angeordnet, dass die Rastvorsprünge an den gegenüberliegenden Stirnseiten einander umfangsbezogen nicht überlappen. Somit kann die Hülse von einer Seite her in das Lagerauge eingeschoben und in beiden stirnseitigen Rasteinrichtungen verrastet werden.
Zur Ausgestaltung der Hülse ist gemäß einer weiteren Variante vorgesehen, dass diese einen im Wesentlichen zylindrischen Aufbau aufweist, mit zylindrischen sowie glatten Innen- und Außenflächen. Um eine optimale Zusammenwirkung mit den genannten Rastvorrichtungen zu gewährleisten verfügt die Hülse zudem über Abschrägungen an den in radialer Richtung gesehen Außenkanten beider Stirnseiten, wobei die Abschrägungen vorzugsweise im Winkel von 45° zur Längsachse der Hülse ausgerichtet sind. Eine derart abgeschrägte Hülse kann in einfacher Weise in das Lagerauge eingesetzt und mit Hilfe der vorstehend beschriebenen ringförmigen, vorzugsweise unterbrochenen Rastvorsprüngen zusammenwirken, so dass die Hülse praktisch unverlierbar in der Führungs- oder Spannschiene gehalten wird.
Um die Führungs- oder Spannschiene in an sich beliebigen Positionen ortsfest und verschwenkbar einbauen zu können, verfügt diese über zwei Lageraugen, wobei ein Lagerauge von einem Gewindebolzen zur Befestigung an einem ortsfesten Bauteil durchdrungen wird, während in das andere Lagerauge ein Koppelglied eines Aktuators zur Kraftbeaufschlagung der Führungs- oder Spannschiene eingreifen kann.
Zum Ausgleich von Toleranzfehlern sowie zur korrekten Justierung beispielsweise der Führungs- oder Spannschiene an einem Motorblock ist zumindest eines der Lageraugen als Langloch ausgeführt, um die Hülse innerhalb dieses Langlochs zumindest in geringem Maße hin- und herbewegen zu können. Wird nachfolgend die Führungs- oder Spannschiene z. B. mit Hilfe von einem Gewindebolzen an dem Motorblock montiert, so können durch ein geringfügiges Hin- und Herschieben der Hülse im Langloch und dem nachfolgenden Festziehen des Gewindebolzens Maßtoleranzen ausgeglichen werden. Prinzipiell können auch beide oder mehrere Lageraugen als Langlöcher ausgebildet sein, wobei bei zwei Lageraugen sich eine senkrecht zueinander ausgerichtete Anordnung der Langlöcher anbietet.
In gleicher Weise kann zur Feinjustierung sowie zum Ausgleich von Maßfehlern der Außendurchmesser der Hülse geringfügig kleiner gewählt sein als der Innendurchmesser des Lagerauges, um hier ebenfalls über einen gewissen Spielraum bei der Montage zu verfügen. Dieser Unterschied darf jedoch nicht zu groß sein, um ein Verkanten der Hülse innerhalb des Lagerauges zu vermeiden.
In weiterhin gleicher Weise kann die Länge der Hülse in axialer Richtung gesehen geringfügig kleiner gewählt sein als die Tiefe des Lagerauges bzw. die Breite der Führungs- oder Spannschiene. Vorzugsweise wird dabei vorzusehen sein, dass diese Längendifferenz mindestens 0,5% der maximalen Länge der Hülse bzw. der minimalen Tiefe des Lagerauges, unter Berücksichtigung der Herstellungstoleranzen, beträgt. Höchstens sollte diese Längendifferenz 5% der minimalen Höhe der Hülse bzw. der maximalen Tiefe des Lagerauges, unter Berücksichtigung der Herstellungstoleranzen, gewählt werden. Bei einer solchen Dimensionierung ist sichergestellt, dass das Kunststoffmaterial unter der axialen Last eines Gewindebolzens nicht zerstört wird.
Wird bei einer solchen Ausgestaltung beispielsweise ein Gewindebolzen durch die Hülse hindurch gesteckt, um die Führungs- oder Spannschiene in einer Gewindebohrung ortsfest anzuschrauben, so kommt der Kopf des Gewindebolzens beim Anziehen zuerst mit dem Plastik- oder Kunststoffmaterial der Führungs- oder Spannschiene in Berührung, da diese axial geringfügig über die metallische Hülse übersteht. Beim weiteren Anziehen wird dieses Kunststoffmaterial geringfügig zusammengepresst, bis der Gewindebolzen an der Stirnseite der vorzugsweise metallischen Hülse ansteht, die selbstverständlich eine wesentlich größere Festigkeit aufweist als der Kunststoff der Führungs- oder Spannschiene.
Wird nunmehr der Gewindebolzen mit einem ausreichenden Drehmoment angezogen, so wird das Kunststoffmaterial der Führungs- oder Spannschiene geringfügig unter Druck gesetzt, wobei entsprechend den vorstehend beschriebenen Höhendifferenzen der einzelnen Bauteile ein nicht zu großer Druck auf dieses Kunststoffmaterial ausgeübt wird, so dass eine Zerstörung des Kunststoffmaterials vermieden wird. Außerdem wird durch diesen Aufbau erreicht, dass in der Führungs- oder Spannschiene während des Betriebs keine störenden Vibrationen entstehen, da durch den Gewindekopf das Kunststoff-material in ausreichendem Maße beispielsweise an den Motorblock gepresst wird.
Aufgrund des einfachen geometrischen Aufbaus der Hülse, die im Wesentlichen durch einen zylindrischen Körper gebildet ist, kann diese auch kosten-günstig hergestellt werden. Insbesondere kann ein pulvermetallurgisches Verfahren genutzt werden, um derartige Hülsen in Großserie kostengünstig und mit ausreichenden Toleranzen herzustellen. Hierzu können Metalle oder Metalllegierungen mit Korngrößen von beispielsweise unter 0,6 mm verwendet werden, die in entsprechenden Formen oder Presswerkzeugen in die gewünschte Form gebracht werden können. Nachfolgend erfolgt durch Wärmebe handlung ein Sintervorgang. Prinzipiell kann eine solche Hülse auch durch ein Pulverspritzgussverfahren hergestellt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Darin zeigt:
1 eine Führungsschiene in einer perspektivischen Darstellung,
2 eine Hülse in Querschnittsdarstellung,
3 eine Führungsschiene in Seitenansicht,
4a ein Lagerauge der Führungsschiene im Querschnitt,
4b das Lagerauge gemäß 4a in einer Draufsicht,
5a eine in die Führungsschiene eingesetzte Hülse in einer Querschnittsdarstellung, und
5b einen Schnitt X-X durch die Abbildung der Führungsschiene gemäß 5a.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die in 1 dargestellte Führungsschiene 1 besteht aus einem fachwerkförmig aufgebauten Grundkörper 2 aus einem Kunststoff sowie einer Berührungsfläche 3, an der ein Zugmittel, beispielsweise eine Kette für einen Nockenwellenantrieb, entlang gleitet. Mit einer solchen Führungsschiene 1 kann ein Zugmittel eines Zugmitteltriebs geführt werden. Prinzipiell kann eine solche Führungsschiene 1 auch zur Ausübung einer Vorspannung auf das Zugmittel eingesetzt werden, wobei diese dann als Spannschiene um einen Lagerpunkt herum verschwenkbar gelagert ist und von einem druckmittelbetätigbaren Aktuator oder einer Druckfeder mit einer Kraft in Richtung zum Zugmittel beaufschlagt wird.
Weiterhin verfügt die Führungsschiene 1 über zwei Lageraugen 4a, 4b, in die jeweils eine metallische Hülse 5 eingesetzt ist. Zur Befestigung der Spannschiene 1 beispielsweise an einem Motorblock eines Kraftfahrzeugs werden unter anderem Gewindebolzen durch die Hülsen 5 hindurchgeführt und z. B. in Gewindebohrungen im Motorblock eingeschraubt.
In 2 ist eine solche Hülse 5 im Querschnitt dargestellt. Die metallische Hülse 5 weist eine im Wesentlichen zylindrische Geometrie auf, mit einer inneren zylindrischen Oberfläche 6 und einer äußeren zylindrischen Oberfläche 7. Es versteht sich, dass die Hülse 5 mit einer entsprechenden Materialstärke ausgeführt ist, um den auftretenden Betriebsbelastungen standhalten zu können. Weiterhin weist die Hülse 5 gegenüber liegende Stirnseiten 8 auf, wobei an den in radialer Richtung der Hülse 5 gesehen äußeren Kanten jeweils Abschrägungen 9 ausgebildet sind.
Der Darstellung in 3 ist entnehmbar, dass die Führungsschiene 1 über zwei geometrisch unterschiedliche Lageraugen 4a, 4b verfügt, wobei das Lagerauge 4a als ein weitgehend kreisförmiges Lagerauge ausgebildet ist, während das Lagerauge 4b die Form eines von der Kreisgeometrie abweichenden Langlochs aufweist. Die Funktion dieser geometrisch unterschiedlichen Lageraugen ist bereits bei der Kurzdarstellung der Erfindung beschrieben worden.
In den 4a und 4b ist das Lagerauge 4a der Spannschiene 1 im Querschnitt bzw. in einer Draufsicht dargestellt. Das Lagerauge 4a verfügt über eine zylindrische Innenwand 10. An den beiden Stirnseiten 11a, 11b des Lagerauges 4a sind jeweils unterbrochen ausgeführte ringsegmentartige Rastvorsprünge 12, 13 ausgebildet, die derart unterbrochen ausgebildet und angeordnet sind, dass sich in Draufsicht, wie in 4b dargestellt, die Rastvorsprünge 12 an der einen Stirnseite 11a umfangsbezogen nicht mit den Rastvorsprüngen 13 an der Stirnseite 11b überlappen. Somit ist es möglich, eine vorstehend beschriebene Hülse 5 in das Lagerauge 4a einzuführen und mit Hilfe der Abschrägungen 9 an den Rastvorsprüngen 12, 13 zu verrasten. Daher werden keine weiteren Werkzeuge oder Hilfsmittel benötigt, um ein Lagerauge 4a der Kunststoff-Führungsschiene 1 mit einer metallischen Hülse 5 zu verstärken und somit die gesamte Führungsschiene 1 vor Beschädigungen zu schützen. In 4a ist weiterhin ersichtlich, dass in der Führungsschiene 1 eine Einsenkung 14 ausgebildet ist, um beispielsweise den Kopf eines Gewindebolzens, der durch die Hülse 5 hindurchgeführt wird, flächenbündig aufzunehmen.
In 5a ist die Hülse 5 mit der Führungsschiene 1 im Querschnitt dargestellt, während 5b einen Schnitt entlang der Linie X-X der 5a zeigt. Abgebildet ist eine in die Führungsschiene 1 eingesetzte metallische Hülse 5, wobei diese Hülse 5 in einer geringeren axialen Länge ausgeführt ist als die Tiefe des Lagerauges 4 in der Führungsschiene 1. Somit wird ein axialer Versatz 15 erhalten.
Wird ein zur Vereinfachung der Darstellung hier nicht abgebildeter Gewindebolzen durch die Hülse 5 hindurchgeführt und z. B. in einer Gewindebohrung eines Motorblocks eingeschraubt, so kommt der Kopf bzw. eine Anschlagschulter des Gewindebolzens zuerst mit dem Kunststoffmaterial der Führungsschiene 1 bzw. der Stirnseite 11a in der Einsenkung 14 in Berührung und drückt das Kunststoffmaterial beim weiteren Anziehen des Gewindebolzens zumindest geringfügig zusammen. Dies erfolgt solange, bis der vorzugsweise ebenfalls metallische Gewindebolzen an der Stirnseite 8 der Hülse 5 in Anschlag kommt und somit die Führungsschiene 1 insgesamt festgelegt wird.
Dabei wird durch den Gewindebolzen eine nicht zu große Pressung auf das Kunststoffmaterial der Spannschiene 1 ausgeübt, so dass insbesondere keine strukturelle Beschädigung der Führungsschiene 1 stattfindet. Jedoch ist dieser axiale Versatz 15 vorzugsweise in einer derartigen Größe oder Länge gewählt, dass die Führungsschiene 1 mit einer ausreichenden Haltekraft angepresst wird, um Vibrationen der Spannschiene 1 am Haltepunkt zu vermeiden.
Weiterhin ist der Außendurchmesser der Hülse 5 geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Lagerauges 4, so dass auch ein radialer Versatz 16 vorhanden ist, weshalb die Hülse 5 mit einem gewissen Spiel innerhalb des Lagerauges 4 bewegbar ist. Dies kann dazu dienen, um gewisse Fertigungstoleranzen auszugleichen und den Zugmitteltrieb bzw. die Führungsschiene 1 zur Führung des Zugmittels genau zu justieren.
Die Hülse 5 kann aufgrund ihres einfachen Aufbaus vorzugsweise in einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt werden.

1: Führungsschiene, Spannschiene
2: Grundkörper
3: Berührungsfläche
4a: Lagerauge, kreisförmig
4b: Lagerauge, langlochförmig
5: Hülse
6: Innere zylindrische Oberfläche der Hülse
7: Äußere zylindrische Oberfläche der Hülse
8: Stirnseite der Hülse
9: Abschrägung an der Hülse
10: Innenwand des Lagerauges
11a: Stirnseite des Lagerauges
11b: Stirnseite des Lagerauges
12: Rastvorsprung
13: Rastvorsprung
14: Einsenkung
15: Axialer Versatz
16: Radialer Versatz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19913288 A1 [0003]
- DE 19923923 A1 [0004]

Claims

Führungs- oder Spannschiene (1) in einem Zugmitteltrieb, wobei die Führungs- oder Spannschiene (1) ein Lagerauge (4) mit einer Hülse (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (5) in dem Lagerauge (4) verrastbar ist.
Führungs- oder Spannschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungs- oder Spannschiene (1) aus Kunststoff und die Hülse (5) aus einem Metall bestehen.
Führungs- oder Spannschiene nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Stirnseiten (11a, 11b) des Lagerauges (4) eine Rastvorrichtung ausgebildet ist.
Führungs- oder Spannschiene nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastvorrichtung jeweils in Form eines unterbrochenen, ringförmigen oder ringsegmentförmigen sowie radial nach innen weisenden Rastvorsprungs (12, 13) ausgebildet ist.
Führungs- oder Spannschiene nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (5) im Wesentlichen zylindrisch ist und an einer in radialer Richtung gesehen äußeren Kante der Stirnseiten (8) jeweils mit Abschrägungen (9) versehen ist.
Führungs- oder Spannschiene nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungs- oder Spannschiene (1) über zwei Lageraugen (4a, 4b) verfügt, wovon ein Lagerauge (4b) langlochförmig ausgebildet ist.
Führungs- oder Spannschiene nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser der Hülse (5) geringfügig kleiner ist als ein Innendurchmesser des Lagerauges (4).
Führungs- oder Spannschiene nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Länge der Hülse (5) geringfügig kleiner ist als eine Tiefe des Lagerauges (4).
Führungs- oder Spannschiene nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (5) in einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt ist.
Führungs- oder Spannschiene nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungs- oder Spannschiene (1) zweiteilig ausgebildet ist, mit einem die Lageraugen (4a, 4b) aufweisenden Grundkörper (2) und einem eine Berührfläche (3) zur Anlage an das Zugmittel aufweisenden zweiten Bauteil, die fest miteinander verbindbar sind.