DE102010005405A1 - Clamping and guiding device for timing chain drive of internal combustion engine, has hinge connection for connecting clamping rail with guiding rail in movable manner transverse to joint axis of hinge connection in operating condition - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spann- und Führungsvorrichtung für einen Zugmitteltrieb, insbesondere für einen Kettentrieb in einem Verbrennungsmotor, mit einer Führungsschiene, einer Spannschiene und einer Gelenkverbindung zwischen Spannschiene und Führungsschiene, wobei die Gelenkverbindung die Spannschiene schwenkbar mit der Führungsschiene verbindet.The present invention relates to a tensioning and guiding device for a traction mechanism drive, in particular for a chain drive in an internal combustion engine, with a guide rail, a tensioning rail and a hinge connection between tensioning rail and guide rail, wherein the articulation connects the tensioning rail pivotally connected to the guide rail.
Spannschienen und Führungsschienen werden als Einzelbauteile oder als miteinander verbundene Einheiten, z. B. als vormontierte Triebmitteleinheiten, für verschiedene Anwendungen in einer großen Anzahl in Verbrennungsmotoren eingesetzt, beispielsweise für den Steuertrieb aber auch für Antriebe von Nebenaggregaten. Während in einem entsprechenden Trieb die Führungsschienen an einer bestimmten Position fest angeordnet sind und dort eine sichere Führung des Antriebsmittels bewirken, sind Spannschienen üblicherweise an einer fest am Verbrennungsmotor angeordneten Lagerstelle schwenkbar gegenüber dem Antriebsmittel gelagert. Moderne Verbrennungsmotoren weisen dabei eine steigende Anzahl von anzutreibenden Aggregaten sowie eine erhöhte Komplexität auf, um die gestiegenen Anforderungen hinsichtlich der Emission von Schadstoffen und des Kraftstoffverbrauchs zu erfüllen, während der für den Motor zur Verfügung stehende Bauraum lediglich gleich bleibt oder sich sogar reduziert.Slide rails and guide rails are used as individual components or as interconnected units, for. As a preassembled leavening units, used for various applications in a large number in internal combustion engines, for example, for the timing drive but also for drives of ancillaries. While in a corresponding drive the guide rails are fixedly arranged at a certain position and there cause a secure guidance of the drive means, slide rails are usually mounted on a fixedly arranged on the internal combustion engine bearing point pivotally relative to the drive means. Modern internal combustion engines have an increasing number of driven units and increased complexity to meet the increased requirements in terms of emission of pollutants and fuel consumption, while the available space for the engine remains only the same or even reduced.
Aus der
Eine kombinierte Spann- und Führungsvorrichtung ist aus der
Die Druckschrift
Die vorgenannten Spann- und Führungsvorrichtungen beschreiben unterschiedliche Montageeinheiten für Triebmittel mit einer festen Anordnung der Spann- und Führungsschienen, um in einer vorbestimmten Ausgestaltung in einem Zugmitteltrieb eines Verbrennungsmotors angeordnet zu werden. Im Hinblick auf die gestiegene Komplexität der Verbrennungsmotoren ist jedoch die Anbringung der Spann- und Führungsschienen teilweise nur mit aufwendigen Konstruktionen möglich, da die Befestigungsmöglichkeiten durch die Komplexität abnehmen. Zur Reduzierung des Gewichts des Verbrennungsmotors wird darüber hinaus versucht, möglichst wenige Bauteile oder multifunktionale Bauteile einzusetzen sowie leichtere Materialien, wie beispielsweise Kunststoffe, für die Komponenten zu verwenden. Multifunktionale Bauteile und neuartige Materialien führen jedoch zu Änderungen der Randbedingungen, die bei der Entwicklung und Konstruktion von Bauteilen, wie Spann- und Führungsvorrichtungen berücksichtigt werden müssen.The aforementioned tension and guide devices describe different mounting units for drive means with a fixed arrangement of the clamping and guide rails to be arranged in a predetermined embodiment in a traction drive of an internal combustion engine. In view of the increased complexity of internal combustion engines, however, the attachment of the clamping and guide rails is sometimes possible only with expensive constructions, since the mounting options decrease due to the complexity. To reduce the weight of the internal combustion engine is also trying to use as few components or multifunctional components and lighter materials, such as plastics, to use for the components beyond. Multifunctional components and novel materials, however, lead to changes in the boundary conditions, which must be taken into account in the development and design of components, such as tensioning and guiding devices.
Darüber hinaus besteht insbesondere im Bereich der Automobilindustrie ein starker Innovationsdruck, der sich in kontinuierlichen Bestrebungen zur Verbesserung und Optimierung von Bauteilen sowie ihrer Einbindung in immer kompliziertere Verbrennungsmotoren äußert. Spann- und Führungsvorrichtungen sind neben dem Aspekt, dass sie für spezielle Motoren konzipiert werden, im Hinblick auf die hohen Stückzahlen für einzelne Motoren Massenprodukte bei denen ständig die Notwendigkeit besteht, die Konstruktion und den zugeordneten Montageaufwand zu verbessern.In addition, there is a strong pressure to innovate, particularly in the automotive industry, which manifests itself in continuous efforts to improve and optimize components as well as their integration into increasingly complex internal combustion engines. Clamping and guiding devices are in addition to the aspect that they are designed for specific engines, in view of the high quantities for individual engines mass products where there is a constant need to improve the design and the associated assembly costs.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spann- und Führungsvorrichtung der eingangsgenannten Art mit einer optimierten Konstruktion bereitzustellen, die kostengünstig herstellbar und montierbar ist sowie die gestiegene Komplexität moderner Verbrennungsmotoren berücksichtigt.The present invention is therefore an object of the invention to provide a tensioning and guiding device of the type mentioned above with an optimized design, which is inexpensive to manufacture and assemble and takes into account the increased complexity of modern internal combustion engines.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Gelenkverbindung zwischen Spannschiene und Führungsschiene die Führungsschiene im Betriebszustand quer zur Gelenkachse der Gelenkverbindung verschiebbar mit der Spannungsschiene verbindet.This object is achieved in that the hinge connection between clamping rail and guide rail, the guide rail in the operating state transversely to the hinge axis of the hinge connection slidably connects to the voltage rail.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Gelenkverbindung zwischen der Führungsschiene und Spannschiene ermöglicht während des Betriebs eine spannungsarme bzw. spannungsfreie Wärmeausdehnung der Führungsschiene gegenüber der Spannschiene. Dabei reicht der Verschiebungsweg senkrecht zur Gelenkachse in der Wärmedehnungsrichtung zwischen Spannschiene und Führungsschiene aus, um die maximale Wärmedehnung der Führungsschiene bei maximaler Betriebstemperatur in der Wärmedehnungsrichtung zuzüglich der Herstellungstoleranzen von Spannschiene, Führungsschiene und Gelenkverbindung aufzunehmen. Beispielsweise kann die Gelenkverbindung einen Verschiebungsweg zwischen ±0,5% und ±1,5%, bevorzugt ca. ±1% des Abstands zwischen der Gelenkachse und der Führungsbahn des Zugmitteltriebs auf der Führungsschiene betragen. Trotz der formschlüssigen Verbindung zwischen der Führungsschiene und der Spannschiene mittels der Gelenkverbindung ist ein Ausgleich von Längenunterschieden in horizontaler bzw. vertikaler Richtung zwischen der Spannschiene und der Führungsschiene möglich, wobei neben Längenunterschieden durch unterschiedliche Wärmeausdehnung von Bauteilen auch toleranzbedingte Unterschiede kompensiert werden können.The inventive design of the joint between the guide rail and clamping rail allows during operation a low-stress or stress-free thermal expansion of the guide rail relative to the clamping rail. The displacement path is sufficient perpendicular to the hinge axis in the direction of thermal expansion between the clamping rail and guide rail to accommodate the maximum thermal expansion of the guide rail at maximum operating temperature in the direction of thermal expansion plus the manufacturing tolerances of clamping rail, guide rail and hinge connection. For example, the hinge connection can be a displacement path between ± 0.5% and ± 1.5%, preferably about ± 1% of the distance between the hinge axis and the track of the traction mechanism drive on the guide rail. Despite the positive connection between the guide rail and the clamping rail by means of the joint compensation of differences in length in the horizontal or vertical direction between the clamping rail and the guide rail is possible, in addition to differences in length due to different thermal expansion of components and tolerance-related differences can be compensated.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Gelenkverbindung einen Gelenkzapfen und eine Gelenköffnung aufweist. Diese einfache Konstruktion einer Gelenkverbindung ermöglicht neben der schwenkbaren Anordnung der Spannschiene auch die Querverschiebung zwischen Spannschiene und Führungsschiene. Für eine verliersichere Verbindung kann die Gelenkverbindung dabei als Bajonett-Verbindung ausgebildet sein, d. h. als eine Steck-Dreh-Verbindung, bei der die zu verbindenden Teile ineinander angeordnet werden und durch eine Drehbewegung beider Teile zueinander von einer Montagestellung in eine gesicherte Betriebsstellung überführt werden, wobei die Gelenköffnung mindestens eine Längsnut in der Richtung der Gelenkachse aufweist und der Gelenkzapfen mindestens einen seitlichen Vorsprung senkrecht zur Gelenkachse aufweist.A preferred embodiment provides that the articulated connection has a pivot pin and a joint opening. This simple construction of a hinge joint allows not only the pivotable arrangement of the clamping rail and the transverse displacement between the clamping rail and guide rail. For a captive connection, the hinge connection can be designed as a bayonet connection, d. H. as a plug-in rotary connection in which the parts to be joined are arranged inside each other and are transferred by a rotational movement of both parts to each other from a mounting position to a secure operating position, wherein the hinge opening has at least one longitudinal groove in the direction of the hinge axis and the pivot pin at least has a lateral projection perpendicular to the hinge axis.
Vorteilhafterweise kann die Gelenkverbindung eine Gleitbahn aufweisen, um die Führungsschiene quer verschiebbar mit der Spannschiene zu verbinden. Die Gleitbahn in Richtung des nächsten Abstands oder der Wärmedehnungsrichtung zwischen der Gelenkachse und der Führungsbahn des Zugmittels auf der Führungsschiene ermöglicht in konstruktiv einfacher Weise eine Querverschiebung der Gelenkpartner der Gelenkverbindung, um im Betriebszustand einen Dehnungsausgleich in der Wärmedehnungsrichtung zwischen Spannschiene und Führungsschiene bereitzustellen. Dabei kann für eine gute Abstimmung der Bauteile der Spann- und Führungsvorrichtung, insbesondere bei der Verwendung von Kunststoffgemischen und 1-Komponenten-Kunststoffen, die Länge der Gleitbahn zwischen 1,0% und 3,5%, bevorzugt zwischen 1,5% und 2,5% des nächsten Abstands zwischen der Gelenkachse und der Führungsbahn des Antriebmittels auf der Führungsschiene sein. Bei herkömmlichen Kettentrieben für Verbrennungsmotoren sind die Spannschiene und Führungsschiene einer erfindungsgemäßen Spann- und Führungsvorrichtung jeweils an einem zugehörigen Motorblock oder einer Montageplatte befestigt, wobei der Längendehnungskoeffizient für die üblicherweise aus Stahl oder Aluminium hergestellte Befestigungsbasis in etwa 10·10–6 bis 25·10–6 beträgt. Demgegenüber beträgt der Längendehnungskoeffizient für geeignete Kunststoffmaterialien zur Herstellung geeigneter Führungsschienen und Spannschienen bei etwa 100·10–6 bis 120·10–6. Bei einer minimal auftretenden Temperaturdifferenz von ca. 100 Kelvin zwischen Stillstands- und Betriebszustand ergibt sich ein minimaler Dehnungsunterschied von ca. 1% der wirksamen Länge, d. h. der minimale Abstand zwischen dem Befestigungspunkt der Spannschiene und einer Befestigungslinie zwischen den Befestigungspunkten der Führungsschiene. Die obere Grenze der Länge der Gleitbahn berücksichtigt neben dem maximalen Temperaturunterschied auch entsprechende Herstellungstoleranzen für die Montagebasis und die Spann- und Führungsvorrichtung.Advantageously, the articulated connection can have a sliding track in order to connect the guide rail to be able to be transversely displaced with the tensioning rail. The slideway in the direction of the next distance or the thermal expansion direction between the hinge axis and the guideway of the traction means on the guide rail allows in a structurally simple manner a transverse displacement of the joint partner of the hinge connection to provide an expansion compensation in the thermal expansion direction between the clamping rail and guide rail in the operating state. In this case, for a good coordination of the components of the tensioning and guiding device, in particular when using plastic mixtures and 1-component plastics, the length of the slideway between 1.0% and 3.5%, preferably between 1.5% and 2 , 5% of the next distance between the hinge axis and the guideway of the drive means on the guide rail. In conventional chain drives for internal combustion engines, the tensioning rail and guide rail of a tensioning and guiding device according to the invention are each attached to an associated engine block or mounting plate, wherein the coefficient of elongation for the mounting base usually made of steel or aluminum in about 10 · 10 -6 to 25 · 10 - 6 amounts to. In contrast, the coefficient of elongation of elongation for suitable plastic materials for producing suitable guide rails and slide rails is about 100 × 10 -6 to 120 × 10 -6 . At a minimum occurring temperature difference of about 100 Kelvin between standstill and operating condition results in a minimum elongation difference of about 1% of the effective length, ie the minimum distance between the attachment point of the clamping rail and a fastening line between the attachment points of the guide rail. The upper limit of the length of the slide takes into account not only the maximum temperature difference but also corresponding manufacturing tolerances for the mounting base and the clamping and guiding device.
Für übliche Kettentriebe in Verbrennungsmotoren, beispielsweise Steuerkettentriebe, beträgt bei einer Gelenkverbindung zwischen der Spannschiene und Führungsschiene im Bereich des Antriebsrads die Länge der Gleitbahn ca. 1,5 bis 2,5 mm, um im Betriebszustand die maximale Wärmedehnung der Führungsschiene in der entsprechenden Wärmedehnungsrichtung zwischen Führungsschiene und Spannschiene einschließlich der Herstellungs- und Positionierungstoleranzen aufzunehmen. Für eine besonders einfache und kostengünstige Konstruktion der Gelenkverbindung kann die Gelenköffnung als Langloch ausgebildet sein, um die Gleitbahn bereitzustellen.For conventional chain drives in internal combustion engines, such as timing chain drives, at a joint between the clamping rail and guide rail in the drive wheel, the length of the slide about 1.5 to 2.5 mm to the maximum thermal expansion of the guide rail in the respective thermal expansion direction between Include guide rail and clamping rail including the manufacturing and positioning tolerances. For a particularly simple and inexpensive construction of the joint connection, the joint opening may be formed as a slot to provide the slideway.
Eine zweckmäßige Ausführungsform sieht vor, dass die Führungsschiene mindestens einen seitlich in Richtung der Spannschiene vorstehenden Führungsarm aufweist, wobei an dem Führungsarm ein Gelenkpartner der Gelenkverbindung angeordnet ist. Der Führungsarm ermöglicht die störungsfreie Anordnung eines Gelenkpartners, beispielsweise der Gelenköffnung oder des Gelenkzapfens, sowie die störungsfreie Verbindung mit dem zugehörigen Gelenkpartner an der Spannschiene. Neben der störungsfreien Ausbildung der Gelenkverbindung ermöglicht der seitlich vorstehende Führungsarm einen vorbestimmten Abstand zwischen der Spannschiene und Führungsschiene einzuhalten sowie ein störungsfreies Verschwenken der Spannschiene.An expedient embodiment provides that the guide rail has at least one guide arm projecting laterally in the direction of the clamping rail, wherein a joint partner of the articulated connection is arranged on the guide arm. The guide arm allows the trouble-free arrangement of a joint partner, such as the joint opening or the pivot pin, as well as the trouble-free connection with the associated joint partner on the clamping rail. In addition to the trouble-free design of the joint, the laterally projecting guide arm allows to maintain a predetermined distance between the clamping rail and guide rail and a trouble-free pivoting of the clamping rail.
Bevorzugt kann zur Ausbildung der Gelenkverbindung die Spannschiene den Gelenkzapfen und die Führungsschiene die Gelenköffnung aufweisen. Diese bevorzugte Ausführung der Gelenkverbindung ist kostengünstig herstellbar, montagefreundlich und ermöglicht eine flexible Ausgestaltung des Gelenkzapfens und der Gelenköffnung, um eine Bajonett-Verbindung oder andere Funktionen bereitzustellen.Preferably, for the formation of the joint connection, the tensioning rail have the pivot pin and the guide rail have the joint opening. This preferred embodiment of the joint is inexpensive to manufacture, easy to install and allows a flexible design of the pivot pin and the hinge opening to provide a bayonet connection or other functions.
Für eine gegenseitige Sicherung der Gelenkpartner, d. h. des Gelenkzapfens und der Gelenköffnung, bei einer gleichzeitigen Verschwenkbarkeit der Gelenkpartner zueinander kann die Führungsschiene zwei voneinander beabstandete, seitlich in Richtung der Spannschiene vorstehende Führungsarme mit jeweils einer Gelenköffnung aufweisen, wobei an der Spannschiene mindestens zwei zueinander fluchtende, an gegenüberliegenden Seiten der Spannschiene angeordnete Gelenkzapfen vorgesehen sind, die zur Ausbildung der Gelenkverbindung in die Gelenköffnungen eingreifen.For a mutual assurance of the joint partners, d. H. the hinge pin and the joint opening, with a simultaneous pivoting of the joint partners to each other, the guide rail two spaced, laterally projecting in the direction of the clamping rail guide arms each having a hinge opening, wherein provided on the clamping rail at least two mutually aligned, on opposite sides of the clamping rail pivot pin are, which engage in the formation of the joint in the joint openings.
Zur Fixierung der Spann- und Führungsvorrichtung am Motorblock und zur Bereitstellung eines festen Schwenklagers für die Spannschiene kann sich eine Schwenkachse der Spannschiene durch den Gelenkzapfen erstrecken. Dabei kann zur einfachen Aufnahme und Anordnung der Schwenkachse der Gelenkzapfen als Gelenkhülse ausgebildet sein und die Schwenkachse der Spannschiene sich durch die Gelenkhülse erstrecken. Dadurch kann die Spann- und Führungsvorrichtung über einen entsprechenden sich durch die Hülse erstreckenden Gelenkbolzen zusätzlich separat von anderen Bauteilen am Motorblock befestigt werden.To fix the clamping and guiding device on the engine block and to provide a solid pivot bearing for the clamping rail, a pivot axis of the clamping rail can extend through the pivot pin. In this case, for simple reception and arrangement of the pivot axis of the pivot pin may be formed as a joint sleeve and the pivot axis of the clamping rail extending through the joint sleeve. As a result, the tensioning and guiding device can additionally be fastened separately from other components on the engine block via a corresponding hinge pin extending through the sleeve.
Eine weitere Ausführungsform der Spann- und Führungsvorrichtung sieht vor, dass zur Ausbildung der Gelenkverbindung die Spannschiene die Gelenköffnung und die Führungsschiene den Gelenkbolzen aufweist. Diese Ausgestaltung der Gelenkverbindung ermöglicht eine alternative Anordnung der Spannschiene zur Führungsschiene, die eine Querverschiebung der Spannschiene gegenüber der Führungsschiene zur Kompensation von Wärmeausdehnungen ermöglicht.A further embodiment of the tensioning and guiding device provides that, for the formation of the articulated connection, the tensioning rail has the joint opening and the guide rail has the hinge pin. This embodiment of the hinge connection allows an alternative arrangement of the clamping rail to the guide rail, which allows a transverse displacement of the clamping rail relative to the guide rail to compensate for thermal expansion.
Für eine einfache Herstellung der Spann- und Führungsvorrichtung kann die Führungsschiene und optional auch die Spannschiene aus einem unverstärkten Ein-Komponenten-Kunststoff, bevorzugt einem Polyamid-Kunststoff hergestellt sein. Durch den Verzicht auf eine Verstärkung von Kunststoffmaterialien durch Glas- oder Kohlefasern, wie sie bei 2- oder Mehrkomponenten-Werkstoffen für Spannschienen üblich sind, können die Produktionskosten sowie die Kosten für eine Nachbearbeitung signifikant reduziert werden, da die im Betriebszustand quer verschiebbare Gelenkverbindung zwischen der Spannschiene und der Führungsschiene eine größere Wärmeausdehnung der Führungsschiene zur Spannschiene ermöglicht und so ungewünschte temperaturabhängige Spannungs- und Belastungsprobleme vermeiden werden.For a simple manufacture of the tensioning and guiding device, the guide rail and optionally also the tensioning rail can be produced from an unreinforced one-component plastic, preferably a polyamide plastic. By dispensing with reinforcement of plastic materials by glass or carbon fibers, as is common in 2- or multi-component materials for tensioning rails, the production costs and the costs for a post-processing can be significantly reduced, since the transversely movable in the operating state hinge connection between the Clamping rail and the guide rail allows greater thermal expansion of the guide rail to the clamping rail and thus avoid unwanted temperature-dependent voltage and load problems.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen Zugmitteltrieb für einen Verbrennungsmotor mit einem Antriebsmittel, mindestens zwei Antriebsrädern und einer der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Spann- und Führungsvorrichtung mit einer im Betriebszustand quer verschiebbaren Gelenkverbindung, die eine spannungsarme Wärmeausdehnung der Führungsschiene quer zur Gelenkachse der Gelenkverbindung zur Spannschiene ermöglicht.Furthermore, the present invention relates to a traction mechanism drive for an internal combustion engine with a drive means, at least two drive wheels and one of the above-described tensioning and guiding device according to the invention with a transversely displaceable in operation articulation, which allows a low-stress thermal expansion of the guide rail transversely to the hinge axis of the hinge connection to the clamping rail ,
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand beigefügter Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:In the following, an embodiment of the present invention will be explained in more detail with reference to accompanying drawings. Show it:
Die in
Die Führungsschiene
Die Spannschiene
Der Führungsarm
In der vergrößerten Teilansicht der Spannschiene
Im Folgenden wird die Montage und Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Spann- und Führungsvorrichtung näher erläutert.In the following, the assembly and operation of a tensioning and guiding device according to the invention will be explained in more detail.
Zum Verbinden der separat hergestellten Führungsschiene
In der Betriebsstellung ist die Gelenköffnung
Die Querverschieblichkeit der Führungsschiene
Die spannungsarme oder spannungsfreie Wärmeausdehnung der Führungsschiene
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