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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung für
einen Zugmitteltrieb einer Brennkraftmaschine mit den im Oberbegriff
des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen.
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Allgemein
vorbekannt sind Kettentriebe, beispielsweise zum Antrieb von Nockenwellen
oder Nebenaggregaten für Brennkraftmaschinen mit leertrumseitig
angeordnetem Kettenspanner sowie zugtrumseitigen Führungsschienen.
Als Kettenspanner kommen zum großen Teil hydraulische Spannvorrichtungen
zum Einsatz. Diese hydraulischen Spannvorrichtungen bestehen, wie
beispielsweise in der
DE
103 27 024 A1 beschrieben, aus einem Gehäuse mit
einer Bohrung, in der ein hohl ausgebildeter Spannkolben längsbeweglich
geführt ist. Die Aussparung des Spannkolbens bildet mit
einem Teil der Bohrung des Gehäuses einen Druckraum. Am
Boden der Bohrung ist ein Rückschlagventil für
den Hydraulikölzulauf in den Druckraum angeordnet. Innerhalb des
Druckraums ist ein in Spannrichtung der Spannvorrichtung wirkendes
Federelement angeordnet. Die Entlüftung des Druckraumes
erfolgt über einen Drosselspalt in Verbindung mit einer
im Spannkolben angeordneten Entlüftungsvorrichtung.
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Nachteilig
bei dieser Art von Spannvorrichtungen ist, dass sie nur in Spannrichtung
stehend eingebaut werden können. Bei einer waagerechten oder
in Spannrichtung nach unten wirkender Einbauart läuft die
Hydraulikflüssigkeit beim Stillstand des Verbrennungsmotors
aus dem Druckraum der Spannvorrichtung über den Drosselspalt
aus. Beim Anlaufen des Verbrennungsmotors wird über eine Ölpumpe
der Druckraum mit Öl gefüllt und ein zur Dämpfung
entsprechender Öldruck im Druckraum der Spannvorrichtung
aufgebaut. In der Anlaufphase erfolgt die Kettenspannung nur durch
das im Druckraum angeordnete Federelement. Die dabei fehlende Spannerdämpfung
hat ein Kettenschlagen mit einer unzumutbaren Lärmbelästigung
zur Folge.
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Zur
Verhinderung eines Ölablaufs beim Stillstand der Verbrennungsmaschine
aus dem Druckraum der Spannvorrichtung ist die Entlüftungsvorrichtung
gemäß der
US
4,963,121 entsprechend der Einbauart der Spannvorrichtung
unterschiedlich ange ordnet, so dass sich die Entlüftungsvorrichtung
immer oberhalb des Druckraums befindet.
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Nachteilig
ist, dass für die jeweilige Einbauart entsprechend unterschiedlich
ausgebildete Spannvorrichtungen zum Einsatz kommen. Bei einer Realisierung
von verschiedenen Einbauarten in einem Fahrzeug können
die Spannvorrichtungen leicht verwechselt werden, was wiederum ein Ölauslaufen
zur Folge hätte.
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Gemäß der
DE 199 59 594 C1 ist
ein Kettentrieb für einen V-Motor mit zwei baugleich ausgeführten
Kettenspannern bekannt, bei dem ein Kettenspanner im wesentlichen
horizontal und der andere vertikal angeordnet ist. Die Kettenspanner
sind dabei mit zwei voneinander unabhängig wirkenden Leckage-Einrichtungen
ausgerüstet. Dabei erfolgt die Entlüftung bei
einem vertikalen Einbau über einen im Einschraubteil angeordneten
radialen Kanal und einen angrenzenden Umfangsspalt zwischen dem
Einschraubteil und einer zylinderkopfseitigen Einschraubbohrung
sowie einer anschließenden durchlässig gestalteten
Gewindeverschraubung. Zur besseren Durchlässigkeit kann
die Gewindeverschraubung mit einer Nut versehen sein. Bei einem
horizontalen Einbau erfolgt die Entlüftung über
einen im Spannkolben angeordneten Ablaufkanal.
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Aus
der
DE 196 50 289
A1 ist eine hydraulische Spannvorrichtung mit einem Innenreservoir
zur Vermeidung des Auslaufens der Spannvorrichtung bekannt. Dabei
wird ein auf einer Zylinderbüchse im Gehäuse verschiebbarer
Hohlkolben von einer Feder nach außen gedrückt.
Zwischen der Büchse und dem Hohlkolben ist eine Arbeitskammer
vorgesehen, in welche aus dem Innenreservoir zwischen Gehäuse und
Büchse ein Strömungsmittel über ein Rückschlagventil
derart in die Arbeitskammer eintreten kann, dass diese mit Strömungsmittel
gefüllt wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Spannvorrichtung
für einen Zugmitteltrieb in einer Brennkraftmaschine zu
schaffen, mit der mit geringem technischen Aufwand auch bei unterschiedlicher
Einbauweise ein vollständiges Auslaufen des Druckmediums
aus dem Druckraum vermieden wird.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Dadurch,
dass der Druckraum der hydraulischen Spannvorrichtung mit einer
siphonartig ausgebildeten Entlüftung und Leckage-Ölabführung
versehen ist, wird erreicht, dass ein vollständiges Auslaufen
des Hydraulikmittels aus dem Druckraum bei einer unterbrochenen Ölzufuhr
zu dem Druckraum auch bei einer beliebigen Einbaulage der Spannvorrichtung
vermieden wird. Die siphonartig ausgebildete Entlüftung
und Leckage-Ölabführung wird dadurch erreicht,
dass die Hülse im Bereich der Unterkante des hohl ausgebildeten
Spannkolbens an dessen Innenwandung dichtend anliegt, an dem anderen
Ende der Hülse eine Durchgangsbohrung angeordnet ist und
einen Spalt zwischen der Hülse und der Innenwand des hohl
ausgebildeten Spannkolbens bildet. Die Entlüftung und Ölabführung
erfolgt somit vom Druckraum des Spannkolbens über die Durchgangsbohrung
in der Hülse, den Spalt, eine in der Wandung des Spannkolbens
angeordneten Bohrung und einen Leckspalt, der zwischen der Innenwand
eines Gehäuses und der Außenwand des Spannkolbens
angeordnet ist, nach außen. Durch die mehrmalige Umlenkung
der aus dem Druckraum geführten Entlüftungsluft
bzw. des Leckageöls nach außen wird der Siphoneffekt
genutzt, der ein vollständiges Auslaufen des Hydraulikmediums
aus dem Druckraum verhindert.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht
darin, dass baugleiche Spannvorrichtungen für Kettentriebe
unabhängig von ihrer Einbaulage verwendet werden können.
Dadurch, dass auch bei ungünstigster Einbaulage, bei der
die Spannvorrichtungen senkrecht nach unten wirkend im Fahrzeug eingebaut
sind, bei Motorstillstand nur ein geringer Teil von Öl
aus dem Druckraum ausfließen kann, ist auch bei einem Neustart
des Motors noch eine genügende Härte der Schwingungsdämpfung
der Kette vorhanden. Ein erhöhtes Kettenschlagen und die
damit verbundene Geräuschbildung werden weitestgehend vermieden.
Aufgrund des geringen Ölverlustes wird bei einem Neustart
des Motors dieser schnell ausgeglichen, so dass die Spannvorrichtung
sehr schnell ihre vollständige Wirkung erreicht.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung
besteht darin, dass innerhalb des Druckraums ein Füllkörper
schwimmend angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, dass bei einem
Einbau der Spannvorrichtung senkrecht nach unten wirkend der Füll körper
sich im Bereich des Versorgungsanschlusses befindet. Der beim Stillstand
des Motors im Druckraum durch das Auslaufen entstehende ölfreie Raum,
dessen Größe durch die siphonartig gestaltete
Leckage-Ölabführung bestimmt wird, wird durch den
teilweise in den ölfreien Raum hineinragenden Füllkörper
ausgefüllt. Beim Nachfüllen des Druckraums mit Öl
braucht dieser Anteil nicht zusätzlich aufgefüllt
werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen
beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen
erläutert.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher
beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
hydraulischen Spannvorrichtung im Schnitt,
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2:
eine Variante der hydraulischen Spannvorrichtung,
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3:
die erfindungsgemäße Hülse als Einzelteil
gemäß 2,
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4:
eine Variante der hydraulischen Spannvorrichtung in einer Einbaulage
mit senkrecht nach unten wirkender Spannkraft und
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5:
eine weitere Ausführungsvariante der hydraulischen Spannvorrichtung.
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Die
hydraulische Spannvorrichtung 1 besteht bekannterweise
aus einem Gehäuse 2, in dessen Bohrung längsbeweglich
ein hohl ausgebildeter Spannkolben 3 geführt ist.
Der Hohlraum des Spannkolbens 3 bildet mit einem Teil der
Bohrung des Gehäuses 2, der im Bereich zwischen
einem Versorgungsanschluss 10 und der Unterkante 17 des Spannkolbens 3 angeordnet
ist, einen Druckraum 6. Am Boden der Bohrung des Gehäuses 2 ist
ein Rückschlagventil 12 für den Hydraulikölzulauf
in den Druckraum 6 angeordnet. Innerhalb des Druckraums 6 ist
ein in Spannrichtung der Spannvorrichtung 1 wirkendes,
nicht dargestelltes Federelement angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist
in dem Hohlraum des Spannkolbens 3 eine Hülse 5 verschiebesicher
angeordnet. Die Hülse 5 ist im Bereich der Unterkante 17 der
Zylinderwandung des Spannkolbens 3 derart ausgebildet,
dass die Außenfläche 18 der Hülse 5 dichtend
an der Innenfläche des Spannkolbens 3 anliegt.
Durch den dichtenden Presssitz zwischen der Hülse 5 und
der Innenwand des Spannkolbens 3 wird verhindert, dass
das im Druckraum 6 befindliche Hydraulikmittel, wie beispielsweise Öl,
oder im Druckraum 6 befindliche Luft in diesen Bereich
aus dem Druckraum 6 entweichen kann. Gleichzeitig wird durch
den Presssitz die Nichtverschiebung der Hülse 5 im
Hohlraum des Spannkolbens 3 gewährleistet.
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In
dem anderen Endbereich der Hülse 5, der dem Presssitz
gegenüber liegt, ist die Hülse 5 mit
einer Durchgangsbohrung 13 versehen. Die Hülse 5 ist so
ausgebildet, dass im Bereich zwischen der den Presssitz bildenden
Außenfläche 18 und bis wenigstens der
Durchgangsbohrung 13 ein Spalt 15 zwischen der
Hülse 5 und der Zylinderinnenwand des Spannkolbens 3 entsteht.
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In
der Wandung des Spannkolbens 3 ist eine Bohrung 7 bzw. 14 angeordnet,
die mit dem Spalt 15 in Verbindung steht. Zwischen der
Außenwand des Spannkolbens 3 und der Innenwand
des Gehäuses 2 wird ein Leckspalt 8 gebildet,
der sich über den Bereich zwischen der in der Wandung des
Spannkolbens 3 angeordneten Bohrung 7 oder 14 und
der Außenkante 16 des Gehäuses 2 erstreckt.
Bei dieser Ausführung ist der Leckspalt 8 als
Dämpfungsspalt ausgebildet. Die Berührungsfläche
zwischen der Außenwand des Spannkolbens 3 und
der Innenwand des Gehäuses 2 ist als ein Dichtspalt 9 ausgebildet, der
im Bereich zwischen der in der Wandung des Spannkolbens 3 angeordneten
Bohrung 7 oder 14 und der Unterkante 17 des
Spannkolbens 3 liegt. Der Leckspalt 8 ist gegenüber
dem Dichtspalt 9 so ausgeführt, dass im Dichtspalt 9 eine
höhere Druckdifferenz herrscht. Dadurch wird ein Zurückströmen
von Luft bzw. ein Zurückfließen von Öl über
den Dichtspalt 9 in den Druckraum 6 vermieden.
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Durch
die Anordnung und Gestaltung der Hülse 5 im Hohlraum
des Spannkolbens 3 wird eine siphonartige Entlüftung
und Leckage-Ölabführung aus dem Druckraum 6 der
Spannvorrichtung 1 erreicht. Die Entlüftung des
Druckraums 6 wird bei einem Füllvorgang des Druckraums 6 mit
einer entsprechenden Hydraulikflüssigkeit beschrieben.
Eine Leckage-Ölabführung erfolgt analog dazu.
Bei einer zu geringen Spannung des Zugmittels wird über
den Versorgungsanschluss 10 und das Rückschlagventil 12 dem
Druckraum 6 die Hydraulikflüssigkeit, in der Regel Öl,
zugeführt, so dass der Spannkolben 3 aus dem Gehäuse 2 in
Richtung Zugmittel verschoben wird. Durch den entsprechenden Öldruck
in dem Druckraum 6 erfolgt eine Einstellung der auf das
Zugmittel wirkenden Spannkraft. Um eine voll wirksame Dämpfungseigenschaft
der Spannvorrichtung 1 zu gewährleisten, müssen
eventuelle Luftblasen aus dem Druckraum 6 entfernt werden.
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Die
Entlüftung des Druckraums 6 erfolgt erfindungsgemäß über
die in der Hülse 5 angeordnete Durchgangsbohrung 13.
In dem Spalt 15 werden die Gasbläschen bis zu
der in der Zylinderwandung des Spannkolbens 3 angeordneten
Bohrung 7 bzw. 14 geleitet. Danach erfolgt die
Entlüftung bzw. die Leckage-Ölabführung über
den Leckspalt 8. In der 1 ist der
Entlüftungsweg bzw. die Leckage-Ölabführung
aus dem Druckraum 6 mit entsprechenden Pfeilen gekennzeichnet.
Durch die mehrmalige siphonartige Umlenkung der Leckage-Ölabführung wird
erreicht, dass auch bei einem Stillstand der Verbrennungskraftmaschine,
bei der kein Öl mehr in den Druckraum 6 gefördert
wird, ein vollständiges Auslaufen des Öls aus
dem Druckraum 6 auch bei jeder beliebigen Einbaulage der
Spannvorrichtung 1 vermieden wird.
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Der
Spalt 15 zwischen der Hülse 5 und der Innenwandung
des Spannkolbens 3 wird, wie in 1 dargestellt,
durch den Abstand der Mantelfläche der Hülse 5 gegenüber
der Zylinderinnenfläche des Spannkolbens 3 gebildet.
Innerhalb des Druckraums 6 ist ein Füllkörper 4 schwimmend
angeordnet. In der 1 ist die Spannvorrichtung 1 senkrecht
nach oben wirkend und in 4 senkrecht nach unten wirkend
dargestellt. Bei der in der 4 gezeigten
Einbaulage wird auch bei Stillsand der Verbrennungskraftmaschine
sichergestellt, dass der Ölstand im Druckraum 6 von
der Innenstirnfläche des Spannkolbens 3 bis zur
Bohrung 7 erhalten bleibt. Der ölfreie Raum oberhalb
der Bohrung 7 wird teilweise durch den schwimmend angeordneten
Füllkörper 4 ausgefüllt, so
dass bei einem Neustart der Verbrennungskraftmaschine nur der nicht
durch den Füllkörper 4 ausgefüllte
Raum mit Öl nachgefüllt werden muss. Dadurch wird
erreicht, dass bei einem Neustart sehr schnell die erforderliche
Spannkraft erzeugt werden kann.
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Bei
einem waagerechten Einbau der Spannvorrichtung 1 ist nur
eine Durchgangsbohrung 13 in der Zylinderwand der Hülse 5 angeordnet.
Dabei erfolgt der Einbau der Spannvorrichtung 1 derart,
dass die Durchgangsbohrung 13 über dem Druck raum 6 liegt.
In der 5 ist nur eine Durchgangsbohrung 13 in
der Hülse 5 dargestellt.
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Eine
Variante der erfindungsgemäßen Lösung
sieht vor, dass die Hülse 5 und der Füllkörper 4 als
ein gemeinsames Bauteil gefertigt werden. In diesem, in 2 dargestellten
Fall, ist der Füllkörper 4 nicht schwimmend
angeordnet. Durch die im Druckraum 6 angeordnete, nicht
dargestellte Feder werden der Füllkörper 4 und
die Hülse 5 an die Innenstirnfläche des
Spannkolbens 3 gedrückt. Diese Ausbildung wird
besonders bei einer Einbaulage eingesetzt, bei der die Spannkraft
nahezu senkrecht nach oben wirkt.
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In
der 5 ist eine weitere Variante der erfindungsgemäßen
Spannvorrichtung 1 dargestellt. Der Füllkörper 4 ist
dabei schwimmend angeordnet und die Hülse 5 ist
mit einem Boden versehen, so dass die im Druckraum 6 angeordnete
Feder den Boden der Hülse 5 ebenfalls an die Innenstirnfläche
des Spannkolbens 3 drückt.
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Die
Hülse 5 kann auch, wie in 4 dargestellt,
an beiden Enden mit einer im Durchmesser erweiterten Außenfläche 18 versehen
werden, so dass beide Enden der Hülse 5 an der
Innenfläche des Spannkolbens 3 durch einen Presssitz
anliegen.
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In
den 2 und 3 ist eine Variante der erfindungsgemäßen
Hülse 5 dargestellt. Dabei wird der Spalt 15 zwischen
der Außenfläche der Hülse 5 und
der Innenfläche des Spannkolbens 3 durch ein oder
mehrere in der Mantelfläche der Hülse 5 angeordnete
und siphonartig gestaltete Spalte 15 gebildet. Jeder einzelne
Spalt 15 mündet in eine in der Hülse 5 angeordnete
Durchgangsbohrung 13. Aus der 3 ist ersichtlich,
dass die Spalte 15 auf der Mantelfläche der Hülse 5 jeweils
u-förmig (siphonartig) ausgebildet sind, wobei die Schenkel
der u-förmig ausgebildeten Spalte 15 in axialer
Richtung der Hülse 5 verlaufen. Die siphon- und
kanalartigen ausgeführten Spalte 15 sind dabei
als Dämpfungsspalte ausgebildet. Der von der Durchgangsbohrung 13 gegenläufige
Schenkel des jeweiligen Spalts 15 mündet in eine
Sacklochbohrung 11, das in axialer Richtung von der dazugehörigen
Durchgangsbohrung 13 beabstandet ist. Die Bohrungen 14 in
der Zylinderwand des Spannkolbens 3 sind derart angeordnet,
dass sie jeweils mit einer Sacklochbohrung 11 in der Hülse 5 übereinander
liegen. Diese Gestaltung der Hülse 5 ist für
einen waagerechten Einbau der Spannvorrichtung 1 nicht
geeignet, da mit dieser Anordnung ein Auslaufen des Druckraums 6 nicht
vermieden werden kann (wie auch 4). Diese
Variante ist insbesondere für einen Einbau der Spannvorrichtung 1 in einem
Bereich von ±50° zur Senkrechten, nach unten oder
nach oben wirkend, geeignet.
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- 1
- Spannvorrichtung
- 2
- Gehäuse
- 3
- Spannkolben
- 4
- Füllkörper
- 5
- Hülse
- 6
- Druckraum
- 7
- Bohrung
- 8
- Leckspalt
- 9
- Dichtspalt
- 10
- Versorgungsanschluss
- 11
- Sacklochbohrung
- 12
- Rückschlagventil
- 13
- Durchgangsbohrung
- 14
- Bohrung
- 15
- Spalt
- 16
- Außenkante
- 17
- Unterkante
- 18
- Außenfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10327024
A1 [0002]
- - US 4963121 [0004]
- - DE 19959594 C1 [0006]
- - DE 19650289 A1 [0007]