DE102010049899A1

DE102010049899A1 - Hydraulische Spannvorrichtung mit Linearfreilauf

Info

Publication number: DE102010049899A1
Application number: DE201010049899
Authority: DE
Inventors: Roman Kern; Christian Hartmann; Rainer Pflug
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2012-05-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung (1) zum Längenausgleich eines Zugmittels eines Zugmitteltriebes einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Gehäuse (2) und einem in einer Ausfahrrichtung axial ausfahrbar darin angeordneten Kolben (6), wobei zwischen dem Gehäuse (2) und dem Kolben (6) zumindest eine stufenlos wirkende Rastiervorrichtung (13) in einer auf der Innenseite des Gehäuses (2) befindlichen Ausnehmung (14) vorhanden ist, wobei in der Ausnehmung (14) ein federelastisches Element (16) angeordnet ist, das Druck auf ein mit der Außenseite des Kolbens (6) in Anlage befindliches Blockierelement (17) ausübt, wobei die Ausnehmung (14) so ausgebildet ist und die Kombination aus dem federelastischen Element (16) und dem Blockierelement (17) so darin angeordnet ist, dass das in der Ausnehmung (14) des Gehäuses (2) geführte Blockierelement (17) durch das federelastische Element (16) schräg entgegen der Ausfahrrichtung des Kolbens (6) auf den besagten Kolben (6) gedrängt ist. Die Erfindung betrifft auch einen Zugmitteltrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit einer solchen Spannvorrichtung

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung zum Längenausgleich eines Zugmittels eines Zugmitteltriebes einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Gehäuse und einem in einer Ausfahrrichtung axial ausfahrbar darin angeordneten Kolben, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Kolben zumindest eine stufenlos wirkende Rastiervorrichtung in einer auf der Innenseite des Gehäuses befindlichen Ausnehmung vorhanden ist, wobei in der Ausnehmung ein federelastisches Element angeordnet ist, das Druck auf ein mit der Außenseite des Kolbens in Anlage befindliches Blockierelement ausübt.
Solche Spannvorrichtungen werden in Zugmitteltrieben von Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt. Dabei wirkt die Spannvorrichtung, die auch als Spanner bezeichnet wird, auf eine Spannschiene oder ein Spannelement mit einer Rolle. Dadurch wird ein Zugmittel, wie eine Kette oder ein Riemen gespannt. Dieses Zugmittel verbindet in Verbrennungskraftmaschinen in der Regel eine Eingangswelle und zumindest eine Ausgangswelle.
Häufig sind auch Zwischenwellen durch das Zugmittel zusätzlich dazu mit den angesprochenen Wellen verbunden.
Solche Zugmitteltriebe sind unter anderem an Kurbelwellen und Nockenwellen verbindend angeordnet. Auch können Zusatzaggregate dadurch angetrieben werden.
Bei solchen Zugmitteln ist es zu beachten, dass Längungen des Zugmittels ausgeglichen werden, um die Synchronität der angetriebenen und abgetriebenen Wellen zu gewährleisten. Ein Überspringen des Zugmittels ist zu verhindern. Aus diesem Grund sind Spannvorrichtungen im Einsatz und können bei entsprechenden Anforderungen auch mechanischer. Natur sein.
Bei hydraulischen Spannvorrichtungen hingegen wird ein Kolben aus einem Gehäuse durch ein Hydraulikmittel ausgetrieben und stellt den zum Längenausgleich benötigten Druck zur Verfügung. Diese hydraulischen Spannvorrichtungen werden bei besonders hochwertigen Fahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt.
Häufig hat es sich jedoch bei bestehenden hydraulischen Spannvorrichtungen als problematisch gezeigt, wenn auf die Ölversorgung der Verbrennungskraftmaschine zugegriffen wird und die Verbrennungskraftmaschine erst gestartet wird oder gestoppt wird. Gerade bei Startproblemen der Verbrennungskraftmaschine baut sich der von dem Hydraulikmittel, wie etwa Öl, zur Verfügung gestellte Druck erst zeitverzögert in das Hydraulikmittel der Spannvorrichtung zuführenden Galerien auf. Daraus folgt dann, dass die hydraulische Spannvorrichtung nicht sofort mit einer ausreichenden Menge Hydraulikmittel, und somit noch nicht ausreichend hohem Druck, versorgt wird. Dadurch kann die Spannvorrichtung den Zugmitteltrieb nicht vollständig kontrollieren und es besteht insbesondere bei der Verwendung von Ketten, wie Zahnketten, die Gefahr von einem Überspringen, das als sog. „Zahnspringen” dann bezeichnet wird. Dies hat zur Folge, dass eine Synchronisation zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle nicht eingehalten wird. Dies soll aber vermieden zu werden.
Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, dass man Rastiervorrichtungen einsetzen kann, die ein Wiedereinfahren des Kolbens verhindern.
Linear wirkende Rastiervorrichtungen, die Rastzähne aufweisen, sind bspw. aus der DE 20119200 U1 , der DE 3249504 A1 und der DE 10 2008 061 376 A1 bekannt. Bei solchen Lösungen hat es sich jedoch als nachteilig herausgestellt, dass die Rastzähne eine endliche Ausdehnung haben, so dass immer auch ein endlich kleines Einfahren des Kolbens vorhanden bleibt.
Um diesen Nachteil zu beheben, sind bereits Ansätze aus dem Stand der Technik bekannt, wie etwa der DE 20 2007 011 467 U1 , die stufenlos agierende Rastiervorrichtungen zum Einsatz bringen.
Die DE 20 2007 011 467 U1 offenbart eine Spannvorrichtung, insbesondere für eine Steuerkette eines Verbrennungsmotors, mit einem Gehäuse, einem in einer Kolbenbohrung des Gehäuses geführten Spannkolben und einer Blockiereinrichtung, mittels der die Einfahrbewegung des Spannkolbens blockierbar ist, wobei die Blockiereinrichtung einen hydraulisch betätigbaren Klemmring aufweist, der koaxial zur Kolbenachse zwischen der Innenwandung der Kolbenbohrung und der Mantelfläche es Spannkolbens angeordnet ist und gegen eine Federkraft axial entlang des Spannkolbens zwischen einer Blockierstellung des Spannkolbens und einer Freigabestellung des Spannkolbens bewegbar ist. Bei diesem Ansatz wird allerdings eine weitere Hydraulikzufuhr in Richtung der Rastiervorrichtung notwendig, damit der Klemmring nach einem Klemmen wieder gelöst werden kann. Dies ist besonders aufwändig, da zusätzliche Ölleitungen und Anschlüsse vorgesehen werden müssen, die nicht nur bauraumintensiv sind, sondern auch das Gewicht des Systems erhöhen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mit einfachen kostengünstigen, mechanischen Mitteln eine Verhinderung des Wiedereinfahrens mit einer stufenlosen Rastiervorrichtung vorzuhalten und trotzdem die Vorteile von hydraulischen Spannern zu nutzen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einer gattungsgemäßen hydraulischen Spannvorrichtung die Ausnehmung so ausgebildet ist und die Kombination aus dem federelastischen Element und dem Blockierelement so darin angeordnet ist, dass das in der Ausnehmung des Gehäuses geführte Blockierelement durch das federelastische Element schräg entgegen der Ausfahrrichtung auf den Kolben gedrängt ist.
Beim Einfahren des Kolbens wird das Blockierelement gegen die schräge Ausnehmungswandung gedrückt und dadurch an den Kolben. Dieser wird dadurch beim Einfahren geklemmt. Wird bspw. die Verbrennungskraftmaschine abgeschalten, so verbleibt der Kolben in genau dieser Position. Aufgrund von einem Mikroeinfedern während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine sind Stöße und Schläge des Zugmittels kompensierbar, da der Kolben in diesem Betriebszustand einfahren kann. Dies liegt daran, dass beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine Schwingungen auftreten, die einen dynamischen Rückhub des Kolbens in das Gehäuse hinein ermöglichen. Die Rastiervorrichtung wird durch die Vibrationen damit außer Kraft gesetzt.
Da beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine immer auch Öldruck zwischen dem Kolben und dem Gehäuse vorliegt, wird ein ungewolltes Einfahren des Kolbens in das Gehäuse hinein dann verhindert. Diesbezüglich wirkt auch eine Druckfeder, die zwischen dem Kolben und dem Gehäuse in einem Druckraum, in den das Hydraulikmittel geleitet wird, angeordnet ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn die Ausnehmung als zylindrisches Loch ausgebildet ist. In einem solchen Fall lässt sich radial außen in dem Loch das federelastische Element positionieren und radial innen das Blockierelement positionieren, wobei die Kraft von dem federelastischen Element entlang einer Symmetrieachse durch die Ausnehmung auf das Blockierelement so wirkt, dass dieses schräg in Richtung des Druckraumes, also schräg zur Einfahrrichtung gedrängt wird.
Eine besonders einfache Art der Fertigung lässt sich dann realisieren, wenn die Ausnehmung als Bohrung ausgebildet ist.
Gerade wenn die Bohrung als Durchgangsbohrung ausgebildet ist, die auf der Außenseite des Gehäuses verschlossen ist, lässt sich die Fertigung vereinfachen, da dann nur von der Außenseite des Gehäuses schräg in das Innere des Gehäuses in Richtung eines Gehäusegrundes hinein gebohrt werden muss. Nach oder vor Einsetzens des federelastischen Elements und des Blockierelementes in die Durchgangsbohrung lässt sich mit einfachen Mitteln die Durchgangsbohrung auf der Außenseite des Gehäuses verschließen, um der Feder einen Abstützpunkt auf der anderen Seite des Blockierelementes zur Verfügung zu stellen.
Besonders effizient hat sich auch das Ausformen des Blockierelementes als eine Kugel oder eine Rolle gezeigt. Solche rotationssymmetrischen Elemente rollen auf der Mantelfläche des Kolbens beim Ausfahren reibungsarm ab und blockieren doch aufgrund der Schrägstellung der Ausnehmung beim Wiedereinfahren des Kolbens und Fehlens von Vibrationen. Die Rollen stehen mit ihrer Symmetrieachse senkrecht zu einer Symmetrieachse der Ausnehmung. Da Kugeln auch in großen Stückzahlen besonders kostengünstig herstellbar sind, zeigen sich hier besondere Kostenpotenziale.
Wenn das federelastische Element als eine Druckfeder ausgebildet ist, so lässt sich die notwendige Federkraft mit einfachen Mitteln zur Verfügung stellen, wobei diese einfachen Mittel auch eine lange Lebensdauer haben.
Um ein reibungsloses Funktionieren der Spannvorrichtung über einen langen Zeitraum zu gewährleisten; ist es von Vorteil, wenn die eine Wandung aufweisende Bohrung und die Kugeln so bemessen sind, dass die Kugel in jeder Betriebsstellung des Kolbens einen kreisringförmigen Berührbereich mit der Wandung einnimmt.
Auch ist es von Vorteil, wenn die Bohrung relativ zu einer Längsachse des Kolbens nur in einer einzigen Richtung geneigt ist. Auf diese Weise lässt sich die Fertigung vereinfachen.
Um einen günstigen Kraftverlauf zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn mehrere Rastiervorrichtungen vorhanden sind.
Auch ist es von Vorteil, wenn die Rastiervorrichtungen gleichwinklig um die Längsachse des Gehäuses auf deren Innenseite verteilt sind. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von drei Rastiervorrichtungen dabei herausgestellt.
Die Erfindung betrifft auch einen Zugmitteltrieb einer Verbrennungskraftmaschine, der kostengünstiger und präziser als die bekannten Varianten sein soll. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Zugmitteltrieb einer Verbrennungskraftmaschine eine Spannvorrichtung gemäß der Erfindung verwendet.
Die Erfindung wird nachfolgend auch mit Hilfe eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die dabei zur Hilfe genommene Zeichnung zeigt in deren Figuren:
1 eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung in einem Längsschnitt und
2 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Spannvorrichtung aus 1 entlang der Linie II.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Für die gleichen Elemente werden dieselben Bezugszeichen verwendet.
In 1 ist eine erste Ausführungsform einer hydraulischen Spannvorrichtung 1 dargestellt. Diese Spannvorrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 aus Aluminium auf. Auch andere Leichtmetalle, insbesondere Legierungen mit Aluminium oder Magnesium, sind einsetzbar.
Das Gehäuse 2 umgibt mit einer Gehäusewandung 3 und einem Gehäusegrund 4 an drei Seiten einen Druckraum 5. Der Druckraum 5 wird durch einen Kolben 6 verschlossen, der vom Gehäusegrund 4 weg ausfahren kann. Der Kolben 6 ist im Gehäuse 2 axial beweglich entlang einer Längsachse 7 des Gehäuses beweglich. Die Längsachse 7 ist gleichzeitig auch die Längsachse des Kolbens 6. Die Ausfahrrichtung des Kolbens 6 ist mit einem Pfeil 8 symbolisiert.
Am gehäusegrundfernen Ende des Druckraumes 5 ist eine ringförmige Dichtung 9 angeordnet.
Im Gehäusegrund 4 ist ein Hydraulikmitteleinlass 10 vorgesehen, der durch ein Rückschlagventil 11 verschlossen wird. Zwischen dem Kolben 6 und dem Gehäusegrund 4 ist auch eine Druckfeder 12 im Druckraum 5 angeordnet.
Zwischen dem Kolben 6 und dem Gehäuse 2 ist eine Rastiervorrichtung 13 vorhanden. Zwei weitere Rastiervorrichtungen 13 sind in dem in 1 dargestellten Längsschnitt nicht visualisiert, aber im Querschnitt von 2 erkennbar.
Die Rastiervorrichtung 13 umfasst eine Ausnehmung 14, die als Bohrung ausgebildet ist. Die Ausnehmung 14 weist eine Symmetrieachse 15 auf, die um den Winkel α zur Längsachse 7 des Kolbens 5 bzw. des Gehäuses 2 hin in eine Richtung geneigt ist. Der Winkel α liegt zwischen 45 und 80°. Insbesondere im Bereich zwischen 55 und 65°.
Die Ausnehmung 14 ist in Richtung des Gehäusegrundes 4, also entgegen der Ausfahrrichtung geneigt. Auf diese Weise kann ein zwischen dem Kolben 6 und einem federelastischen Element 16 vorhandenes Blockierelement 17 schräg entgegen der Ausfahrrichtung auf den Kolben gedrängt werden. Das federelastische Element 16 ist als Druckfeder, insbesondere als Schraubenfeder ausgebildet. Die Ausnehmung 14 ist auf der Außenseite des Gehäuses 2 verschlossen und stellt einen Abstützbereich für die Feder zur Verfügung.
Das Blockierelement 17 ist als Kugel ausgebildet. Die Kugel ist aus Stahl gefertigt. Auch die Feder ist aus einem Metall, insbesondere aus Federstahl gefertigt. Es lassen sich jedoch für das federelastische Element auch andere Materialien, etwa gummielastische Materialien verwenden.
In 2 ist eine Querschnittsdarstellung aus 1, entlang der Linie II dargestellt, wobei die drei äquidistant zueinander um die Längsachse 7 verteilten Rastiervorrichtungen 13 dargestellt sind.
Bezugszeichenliste

1: Spannvorrichtung
2: Gehäuse
3: Gehäusewandung
4: Gehäusegrund
5: Druckraum
6: Kolben
7: Längsachse
8: Pfeil
9: Dichtung
10: Hydraulikmitteleinlass
11: Ventil
12: Druckfeder
13: Rastiervorrichtung
14: Ausnehmung
15: Symmetrieachse
16: federelastisches Element
17: Blockierelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 20119200 U1 [0009]
DE 3249504 A1 [0009]
DE 102008061376 A1 [0009]
DE 202007011467 U1 [0010, 0011]

Claims

Hydraulische Spannvorrichtung (1) zum Längenausgleich eines Zugmittels eines Zugmitteltriebes einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Gehäuse (2) und einem in einer Ausfahrrichtung axial ausfahrbar darin angeordneten Kolben (6), wobei zwischen dem Gehäuse (2) und dem Kolben (6) zumindest eine stufenlos wirkende Rastiervorrichtung (13) in einer auf der Innenseite des Gehäuses (2) befindlichen Ausnehmung (14) vorhanden ist, wobei in der Ausnehmung (14) ein federelastisches Element (16) angeordnet ist, das Druck auf ein mit der Außenseite des Kolbens (6) in Anlage befindliches Blockierelement (17) ausübt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (14) so ausgebildet ist und die Kombination aus dem federelastischen Element (16) und dem Blockierelement (17) so darin angeordnet ist, dass das in der Ausnehmung (14) des Gehäuses (2) geführte Blockierelement (17) durch das federelastische Element (16) schräg entgegen der Ausfahrrichtung des Kolbens (6) auf den besagten Kolben (6) gedrängt ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (14) als zylindrisches Loch ausgebildet ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (14) als Bohrung ausgebildet ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung als Durchgangsbohrung ausgebildet ist, die auf der Außenseite des Gehäuses (2) verschlossen ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockierelement (17) als eine Kugel oder eine Rolle ausgeformt ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das federelastische Element (16) als eine Druckfeder ausgebildet ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Wandung aufweisende Bohrung und die Kugel so bemessen sind, dass die Kugel in jeder Betriebsstellung des Kolbens (6) einen kreisringförmigen Berührbereich mit der Wandung einnimmt.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung relativ zu einer Längsachse (7) des Kolbens (6) nur in einer einzigen Richtung geneigt ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rastiervorrichtungen (13) vorhanden sind.
Zugmitteltrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.