DE102010049901A1

DE102010049901A1 - Hydraulische Spannvorrichtung mit radial nach innen gedrängter konischer Außenhülse und Zugmitteltrieb

Info

Publication number: DE102010049901A1
Application number: DE201010049901
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, das ein Bestandteil eines Zugmitteltriebes einer Verbrennungskraftmaschine ist, mit einem Gehäuse (2) in dem ein in einer Ausfahrrichtung (4) axial ausfahrbarer Kolben (3) befindlich ist, wobei innerhalb des Gehäuses (2) und in Wirkzusammenhang mit dem Kolben (3) eine stufenlos wirkende Rastiervorrichtung zum Verhindern des Wiedereinfahrens des Kolbens (3) vorhanden ist, wobei die Rastiervorrichtung eine Innenhülse (11) aufweist, die zumindest abschnittsweise von einer Außenhülse (12) radial umgeben ist, wobei die Innenhülse (11) eine schräge Außenfläche (13) aufweist, die kraftübertragend in Anlage mit einer schrägen Innenfläche (14) der Außenhülse (12) befindlich ist, wobei ein elastisches Kraftaufbringmittel (16) radial nach innen, die Außenhülse (12) verkleinernd, an der Außenhülse (12) angreift. Die Erfindung betrifft auch einen Zugmitteltrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Zugmittel und einer solchen Spannvorrichtung.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung zum Längenausgleich eines Zugmittels, das ein Bestandteil eines Zugmitteltriebes einer Verbrennungskraftmaschine ist, mit einem Gehäuse, in dem ein in einer Ausfahrrichtung axial ausfahrbarer Kolben befindlich ist, wobei innerhalb des Gehäuses und in Wirkzusammenhang mit dem Kolben eine stufenlos wirkende Rastiervorrichtung zum Verhindern des Wiedereinfahrens des Kolbens vorhanden ist, wobei die Rastiervorrichtung eine Innenhülse aufweist, die zumindest abschnittsweise von einer Außenhülse radial umgeben ist, wobei die Innenhülse eine schräge Außenfläche aufweist, die kraftübertragend in Anlage mit einer schrägen Innenfläche der Außenhülle befindlich ist.
Hydraulische Spannvorrichtungen kommen in Zugmitteltrieben bei Verbrennungskraftmaschinen zum Einsatz. Solche Zugmitteltriebe nutzen Zugmittel, die in der Regel als Kette oder Riemen ausgebildet sind. Um Längenausgleichungen bzgl. des Zugmittels vornehmen zu können, werden Spannvorrichtungen eingesetzt. Es sind mechanische und hydraulische Spannvorrichtungen bekannt. Als besonders komfortable haben sich die hydraulischen Spannvorrichtungen herausgestellt. Allerdings ist es nachteilig, wenn bei dieser Art von Spannvorrichtung ein Kolben der Spannvorrichtung wieder einfährt, bspw. beim Stillstand der Verbrennungskraftmaschine, da dann ein eingesetztes Hydraulikmittel keinen Druck mehr zur Verfügung stellt und nach einiger Zeit nach dem Abschalten der Verbrennungskraftmaschine zwischen dem Kolben und dem Gehäuse nach einiger Zeit nicht mehr ausreichend Druck vorliegt.
Es sind daher zahlreiche Ansätze bekannt, um ein Wiedereinfahren zu verhindern. Dabei werden standardmäßig sog. Rastiervorrichtungen eingesetzt, die bspw. unter zur Verfügungstellung von Rastverzahnungen zwar ein Ausfahren des Kolbens aus dem Gehäuse ermöglichen, nicht jedoch dessen Wiedereinfahren zulassen.
Solche Lösungen sind bspw. aus der DE 20119200 U1 , der DE 3249504 A1 oder der DE 10 2008 061 376 A1 bekannt.
Ein Nachteil ist, dass dabei immer eine gewisse endlich bemessene Rastierung überwunden werden muss, bevor ein Wiedereinfahren des Kolbens gänzlich verhindert ist.
Es sind daher Bestrebungen bekannt, um stufenlose Rastvorrichtungen, d. h. Rastiervorrichtungen, vorzuhalten. Dies hat sich jedoch insbesondere bei der Verwendung von hydraulischen Spannvorrichtungen als schwierig herausgestellt.
So offenbart zwar die DE 20 2007 011 467 U1 eine hydraulische 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 ein hydraulisch betätigbarer Klemmring ist, der koaxial zur Kolbenachse zwischen der Innenwandung der Kolbenbohrung und der Mantelfläche des Spannkolbens angeordnet ist und gegen eine Federkraft axial entlang des Spannkolbens zwischen einer Blockierstellung des Spannkolbens und einer Freigabestellung des Spannkolbens bewegbar ist, doch hat dieser Lösungsansatz einige Nachteile.
So ist der in der DE 20 2007 011 467 U1 aufgezeigte Weg nur bedingt praxistauglich. Auch muss eine zusätzliche Hydraulikleitung vorgehalten werden, um eine Betätigbarkeit des Klemmrings vorzusehen. Dies führt zu einem Mehrgewicht der Spannvorrichtung und somit auch des Zugmitteltriebes. Dies gilt es jedoch verhindert zu werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden und für eine hydraulische Spannvorrichtung eine stufenlose Rastiervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die wirtschaftlicher ist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Spannvorrichtung dadurch gelöst, dass ein elastisches Kraftaufbringmittel radial nach innen, die Außenhülse verkleinernd, an der Außenhülse angreift.
Auf diese Weise ist immer der notwendige Initialdruck vorhanden, ohne dass Öldruck auf die Innenhülse und/oder die Außenhülse wirken muss. Aufwändiges Heranführen von Hydraulikmittel an die Rastiervorrichtung wird verhindert.
Beim axialen Herausgleiten der konisch ausgebildeten Innenhülse in Richtung des Kolbens, also von der Außenhülse weg, kontrahiert das Kraftaufbringmittel die Außenhülse, so dass diese wieder kraftübertragend, insbesondere haftreibungserzeugend, an der Innenhülse anliegt. Die zwei schrägen Flächen der Innen- und Außenhülse liegen dann aneinander an.
Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn die Außenhülse längsgeschlitzt ausgebildet ist. Das elastische Kraftaufbringmittel kann dann einfach ein radiales Kontrahieren der Außenhülse erzeugen. Alternativ ist es möglich, dass die Außenhülse aus einem zumindest teilweise kompressiblen Material hergestellt ist oder zumindest Abschnitte aus kompressiblem Material aufweist.
Wenn das Kraftaufbringmittel als Feder ausgebildet ist, so lassen sich mechanisch einfache und ausfallsichere Bauteile in Einsatz bringen.
Als besonders wirkungsvoll hat sich herausgestellt, wenn die Feder als eine radial nach innen drückende Schraubenfeder oder als eine Schlingfeder ausgebildet ist oder die Feder als ein nach innen drückendes Elastomerteil ausgebildet ist. Gerade wenn ein O-Ring als Elastomerteil eingesetzt ist, ergeben sich auch nicht unerhebliche Kosteneinsparungen.
Damit ein gutes Zusammenspiel der Einzelkomponenten gewährleistet ist, ist es von Vorteil, wenn die Schlingfeder auf der äußeren Mantelfläche der Außenhülse kraftübertragend anliegt und an dem Kolben kraftübertragend angebracht ist. Wenn ein Ende der Schlingfeder durch eine Aussparung der Innenhülse an dem Kolben angreift, ist es durch eine Drehbewegung des Kolbens möglich, die Schlingfeder zu entlasten und gleichzeitig die Innenhülse wieder in ihrer Ausgangsposition, etwa den Anlieferzustand, zurückzustellen. Auf diese Weise sind eine Rückstellhilfe und/oder eine Montagehilfe realisierbar.
Wenn die Schlingfeder kontaktlos an der Innenhülse vorbeigeführt ist, so bleiben vibrationsbedingte Drehbewegungen der Innenhülse auswirkungslos bzgl. des Verhaltens des elastischen Kraftaufbringmittels und damit auch der Außenhülse.
Wenn die schräge Innenfläche der Außenhülse und die schräge Außenfläche der Innenhülse einen Winkel α zur Längsachse des Kolbens einnehmen, der größer dem Arcustangens der Haftreibungszahl zwischen der Innenhülse und der Außenhülse ist, so wird eine Selbsthemmung der Innenhülse relativ zur Außenhülse vermieden. Ein gutes Funktionieren der Spannvorrichtung zu jeglichem Zeitpunkt bleibt gewährleistet.
Es ist von Vorteil, wenn die Innenhülse und die Außenhülse abschnittsweise keilförmige Querschnitte aufweisen.
Auch ist es von Vorteil, wenn der Winkel α > 6°, vorzugsweise zwischen 10° und 15° bemessen ist.
Um noch mehr Einsparpotenziale zu heben, ist es von Vorteil, wenn das Gehäuse und/oder der Kolben aus metallischem Tiefziehmaterial besteht.
Die Kosten einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung lassen sich weiter reduzieren, wenn die Innenhülse und/oder die Außenhülse aus einem thermoplastischen Material besteht. Insbesondere Polyamid, wie PA66 oder PA46, auch solche mit Glasfaserverstärkung, oder Polyoxymethylen haben sich als vorteilhafte Materialien herausgestellt.
Auch ist es von Vorteil, wenn ein Plattenrückschlagventil mit definierter Leckage, etwa durch ein in dem Ventil enthaltenem Loch, an einem hydraulischen Mitteleinlass des Gehäuses eingesetzt ist. Auf diese Weise lässt sich ein Zu- und Rückfluss von Hydraulikmittel in einen Druckraum zwischen dem Kolben und dem Gehäuse optimieren. Es wird dann verhindert, dass durch einen zwischen dem Gehäuse und dem Kolben vorhandenen minimalen Spalt Hydraulikflüssigkeit entweicht. Zu diesem Zweck ist eine entsprechende Abstimmung der Fläche des Lochs im Plattenrückschlagventil mit der Fläche des Spalts vorzunehmen.
Auch ist es von Vorteil wenn eine Druckfeder zwischen der Innenhülse und dem Kolben vorgespannt angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft ferner auch einen Zugmitteltrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Zugmittel mit einer Spannvorrichtung, die verbessert werden soll, was dadurch erreicht ist, dass in einem solchen Zugmitteltrieb eine Spannvorrichtung gemäß der Erfindung eingebaut ist.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert.
So zeigt die einzige Figur, nämlich 1, einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße hydraulische Spannvorrichtung.
Die Figur ist lediglich schematischer Natur und dient nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente werden mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine hydraulische Spannvorrichtung 1 gemäß der Erfindung dargestellt. Diese Spannvorrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in dem ein Kolben 3 ausfahrbar gelagert ist. Der Kolben kann in einer Ausfahrrichtung ausfahren, die mit dem Bezugszeichen 4 und einem Pfeil symbolisiert ist. Diese Ausfahrrichtung ist parallel zu einer Längsachse 5 des Gehäuses 2, wobei diese Längsachse 5 gleichzeitig auch die Längsachse des Kolbens 3 darstellt.
Das Gehäuse 2 umgibt zumindest abschnittsweise den Kolben 3, also bis auf den Bereich, der aus dem Gehäuse 2 hervorsteht. Auf der dem Kolben 3 gegenüberliegenden Seite, nämlich in einen Gehäusegrund 6, ist eine Hydraulikmittelzuflussöffnung 7 vorgesehen. Durch diese Hydraulikmittelzuflussöffnung lässt sich ein Hydraulikmittel, bspw. Öl, in einen Druckraum 8 zwischen dem Gehäuse 2 und dem Kolben 3 einführen.
Ein Plattenrückschlagventil 9 ist zum Verschließen der Hydraulikmittelzuflussöffnung 7 auf der Innenseite des Gehäuses 2 vorgesehen, wobei das Plattenrückschlagventil 9 ein mittiges Loch 10 aufweist. Dieses Durchgangsloch ermöglicht eine Rezirkulation von als Hydraulikmittel genutztem Motoröl. Der Ölverbrauch der Spannvorrichtung 1 wird dadurch reduziert.
Im Druckraum 8, zwischen dem Kolben 3 und dem Gehäusegrund 6 sind zwei Hülsen in Anlage miteinander befindlich vorgehalten. Die radial innere wird als Innenhülse 11 bezeichnet, wohingegen die radial äußere als Außenhülse 12 bezeichnet wird. Diese beiden Hülsen 11 und 12 haben einen zumindest abschnittsweise keilförmigen Querschnitt. Sie sind derart ausgestaltet, dass auf der äußeren Mantelfläche der Innenhülse 12 eine schräge Außenfläche 13 vorhanden ist, wobei auf der innenliegenden Mantelfläche der Außenhülse 12 eine schräge Innenfläche 14 ausgebildet ist.
Eine Druckfeder 15 stützt sich auf dem kolbenseitigen Ende der Innenhülse 11 einerseits und am zum Gehäusegrund 6 entfernten Ende dieses Kolbens 3 andererseits ab.
Die Außenhülse 12 wird von einem elastischen Kraftübertragungsmittel 16 umgeben. Dieses elastische Kraftübertragungsmittel ist als metallische Feder ausgebildet, insbesondere als Schlingfeder. Die Schlingfeder liegt auf ihrer Innenseite an der äußeren Mantelfläche der Außenhülse 12 an und weist einen Fortsatz 17 auf, der durch eine Ausnehmung 18 hindurch in einem Ausbruch 19 des Kolbens 3 formschlüssig eingesetzt ist. Zwischen dem Fortsatz 17 und der Innenhülse 11 ist kein Kontakt vorhanden. Die Druckfeder 15 wirkt auf die Innenhülse 11 zentrierend ein.
In 1 ist auch ein Montagestift 20 dargestellt, der jedoch nach Auslieferung der Spannvorrichtung 1 und Einsetzen in einen Zugmitteltrieb entfernt wird, damit der Kolben 3 ausfahren kann.
Fährt der Kolben 3 in Richtung der Ausfahrrichtung 4 aus, so verringert sich die entgegen der Ausfahrrichtung auf die Innenhülse 11 wirkende Kraft, so dass die Innenhülse 11 in Ausfahrrichtung 4 nachrücken kann.
Die Außenhülse ist geschlitzt ausgestaltet.
Die Schlingfeder führt dann zu einer radialen Verkleinerung der Außenhülse 12, da das an dem Kolben befestigte Ende der Schlingfeder ein radiale Verkleinerung aufgrund der Längung der Feder hervorruft, so dass die schrägen Außen- und Innenflächen 13 und 14 wieder kraftübertragend in Anlage miteinander gelangen. Sobald die beiden schrägen Außen- und Innenflächen 13 und 14 wieder in Anlage miteinander befindlich sind, ist ein Wiedereinfahren des Kolbens 3 entgegen der Ausfahrrichtung 4 verhindert.
Es ist möglich, dass zusätzliche Federn im Druckraum 8 vorgehalten werden, insbesondere solche, die die Innenhülse 11 in Ausfahrrichtung 4 drängen.
In einer solchen erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es realisierbar, dass sowohl das Gehäuse 2, als auch der Kolben 3 aus Tiefziehblechen gefertigt ist, wohingegen die Innenhülse 11 und die Außenhülse 12 aus Kunststoff, insbesondere aus einem thermoplastischen Material gefertigt sind.
Bezugszeichenliste

1: Spannvorrichtung
2: Gehäuse
3: Kolben
4: Ausfahrrichtung
5: Längsachse
6: Gehäusegrund
7: Hydraulikmittelzuflussöffnung
8: Druckraum
9: Plattenrückschlagventil
10: Loch
11: Innenhülse
12: Außenhülse
13: schräge Außenfläche
14: schräge Innenfläche
15: Druckfeder
16: elastisches Kraftübertragungsmittel
17: Fortsatz
18: Ausnehmung
19: Ausbruch
20: Montagestift

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 20119200 U1 [0004]
DE 3249504 A1 [0004]
DE 102008061376 A1 [0004]
DE 202007011467 U1 [0007, 0008]

Claims

Hydraulische Spannvorrichtung (1) zum Längenausgleich eines Zugmittels, das ein Bestandteil eines Zugmitteltriebes einer Verbrennungskraftmaschine ist, mit einem Gehäuse (2) in dem ein in einer Ausfahrrichtung (4) axial ausfahrbarer Kolben (3) befindlich ist, wobei innerhalb des Gehäuses (2) und in Wirkzusammenhang mit dem Kolben (3) eine stufenlos wirkende Rastiervorrichtung zum Verhindern des Wiedereinfahrens des Kolbens (3) vorhanden ist, wobei die Rastiervorrichtung eine Innenhülse (11) aufweist, die zumindest abschnittsweise von einer Außenhülse (12) radial umgeben ist, wobei die Innenhülse (11) eine schräge Außenfläche (13) aufweist, die kraftübertragend in Anlage mit einer schrägen Innenfläche (14) der Außenhülse (12) befindlich ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein elastisches Kraftaufbringmittel (16) radial nach innen, die Außenhülse (12) verkleinernd, an der Außenhülse (12) angreift.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülse (12) längsgeschlitzt ausgebildet ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftaufbringmittel (16) als Feder ausgebildet ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder als eine radial nach innen drückende Schraubenfeder oder als eine Schlingfeder ausgebildet ist oder die Feder als ein nach innen drückendes Elastomerteil ausgebildet ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlingfeder auf der äußeren Mantelfläche der Außenhülse (12) kraftübertragend anliegt und an dem Kolben (3) kraftübertragend angebracht ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlingfeder kontaktlos an der Innenhülse (11) vorbeigeführt ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die schräge Innenfläche (14) und die schräge Außenfläche (13) einen Winkel α zur Längsachse (5) des Kolbens (3) einnehmen, der größer dem Arcustangens der Haftreibungszahl zwischen der Innenhülse (11) und der Außenhülse (12) ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) und/oder der Kolben (3) aus metallischem Tiefziehmaterial besteht.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (11) und/oder die Außenhülse (12) aus einem thermoplastischen Material besteht.
Zugmitteltrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Zugmittel und einer Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.