DE102011003113A1

DE102011003113A1 - Zugmittelspannvorrichtung mit einem Gehäuse, das einen Kühlkörper aufweist

Info

Publication number: DE102011003113A1
Application number: DE201110003113
Authority: DE
Inventors: Thorsten Liebel; Niels Flämig; Hans Bauer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2012-07-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zugmittelspannvorrichtung (1) mit einer Führungseinrichtung (2) zum Führen eines Zugmittels und mit einem Spanner (7) zum Auslenken und Dämpfen einer Bewegung der Führungseinrichtung (2), wobei der Spanner (7) ein Gehäuse (8) aufweist, in dem ein Auslenkmittel vorhanden ist, das eine für das Auslenken der Führungseinrichtung (2) genutzte Kraft zur Verfügung stellt, wobei am Gehäuse (8) ein Kühlkörper (10) vorhanden ist. Die Erfindung betrifft auch einen Zugmitteltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Zugmittel und einer solchen Zugmittelspannvorrichtung.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Zugmittelspannvorrichtung mit einer Führungseinrichtung zum Führen eines Zugmittels und einem Spanner zum Auslenken und Dämpfen einer Bewegung der Führungseinrichtung, wobei der Spanner ein Gehäuse aufweist, in dem ein Auslenkmittel vorhanden ist, das eine für das Auslenken der Führungseinrichtung genutzte Kraft zur Verfügung stellt.
Solche Zugmittelspannvorrichtungen sind aus der DE 10 2008 016 303 A1 und der DE 10333876 A1 bekannt.
Diese Zugmittelspannvorrichtungen werden bei Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt, um Drehmomente von einem antreibenden Element auf ein angetriebenes Element zu übertragen. Ein solch antreibendes Element kann eine Kurbelwelle sein, die von einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben ist, wobei ein über ein Zugmittel angetriebenes Element eine Nockenwelle oder ein Nebenaggregat, wie ein Generator, eine Lichtmaschine, eine Wasserpumpe oder ein ähnliches Bauteil sein kann. Als Zugmittel kommen häufig Riemen, wie Zahnriemen, oder Ketten, wie Steuerketten, zum Einsatz.
Solche Zugmittel müssen einerseits gespannt und andererseits gedämpft werden, weswegen zu diesem Zwecke Spanner eingesetzt werden. Solche Spanner sorgen dann für ein Auslenken des Zugmittels und für ein Dämpfen des Zugmittels, bei Zwischenschaltung einer Führungseinrichtung wie einer Rolle oder einer Schiene.
Die Schwingungen im Zugmitteltrieb werden üblicherweise mit Hilfe mechanischer Reibung oder Scherung von hydraulischen Flüssigkeiten gedämpft. Bei Zugmitteltrieben mit sehr hohen Ungleichförmigkeiten bzw. Schwingungen, wird dabei viel Wärme erzeugt, die von dem Spanner, der entsprechende Dämpfungselemente umfasst, abgeführt werden muss. Häufig reicht der Abtransport der Wärme über eine Anschraubfläche zur Anbringung an der Verbrennungskraftmaschine oder über die Luft mit normalen, gängigen Mitteln nicht mehr aus, weswegen auf Hilfsmittel zum Wärmetransport zurückgegriffen werden muss.
Mittel zur Wärmeableitung an mechanischen Spanner, die jedoch auch an hydraulischen Spanner angewendet werden können, sind insbesondere Gegenstand dieser Erfindung.
Es ist bekannt Kühlelemente an rollenartigen Führungseinrichtungen zu verwenden. Diese, bspw. aus den Druckschriften DE 10333876 A1 und DE 10 2008 016 303 A1 bekannten Lösungen, sorgen jedoch nur für Abhilfe in puncto Wärmeableitung im Lagerungsbereich der Führungseinrichtung. Es wird also nur die Lagerbereich einer Spannrolle auftretende Wärme abgeführt.
Es ist jedoch die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die durch Reibung bzw. Scherung entstehende Wärme im Spanner an die Umgebung, bspw. die Luft, die Verbrennungskraftmaschine und/oder den Kühlkreislauf, abzugeben und die Funktionalität der Spannmittel aufrecht zu erhalten, um die Lebensdauer und Funktion des Zugmitteltriebes nicht zu beeinträchtigen. Es soll eine übermäßige Wärmeeinbringung in das System, insbesondere bei hinzukommender ungünstiger Position der Reibelemente, bspw. wenn ein Reibring auf einer Unterseite eines Bauteils positioniert ist, vermieden werden, um den Zugmitteltrieb nicht thermisch zu überlasten. Dadurch soll eine Leistungsreduktion bzw. im schlimmsten Fall ein Totalausfall verhindert werden.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird einer gattungsgemäßen Zugmittelspannvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass am Gehäuse des Spanners ein Kühlkörper vorhanden ist.
Bei einer solchen erfindungsgemäßen Lösung wird die beim Auslenken und insbesondere beim Dämpfen erzeugte Wärme direkt am Ort des Entstehens durch den Kühlkörper entfernt. Eine thermische Überlastung der Zugmittelspannvorrichtung, insbesondere im Bereich des Spanners, wird wirkungsvoll verhindert.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn der Kühlkörper als eine mit dem Gehäuse verbundene separate Einheit ausgeführt ist oder als integraler Bestandteil des Gehäuses ausgeführt ist. Im ersten der beiden Fälle kann eine zweiteilige Bauform genutzt werden, um einerseits das Gehäuse auf mechanische Belastungen abzustimmen und den separaten Kühlkörper bzgl. seiner Kühlfunktion optimal einzustellen. Im zweiten der beiden Fälle können Kosten eingespart werden, da schon bei der Fertigung des Gehäuses der Kühlkörper darin integriert ist.
Als besonders vorteilhaft hat es sich auch herausgestellt, wenn bei der integralen Bauweise der Kühlkörper in das Gehäuse eingegossen ist. Die Bauteilfertigung wird dadurch kostengünstiger und die Montage vereinfacht.
Es hat sich ferner als sehr wirkungsvoll herausgestellt, wenn der Kühlkörper einen Hohlraum ausbildet, der mit einem Kühlungsmedium durchströmbar ist. Die entstehende Wärme kann dann besonders schnell abgeführt werden.
Um bereits im Umfeld der Zugmittelspannvorrichtung benutzte Fluide zur Kühlung heranziehen zu können, ist es von Vorteil, wenn das durchströmende Kühlungsmedium ein Fluid ist oder sogar eine Flüssigkeit ist, das auch in einen Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine strömt.
Alternativ kann das Kühlungsmedium Natrium umfassen, wobei der Hohlraum zu 50% bis 70% und vorteilhafterweise zu 60% mit Natrium gefüllt ist. Wird in dieser Alternative also Natrium eingesetzt, was einen Schmelzpunkt von ca. 98°C hat, so kann ein Oszillieren des dann flüssigen Natriums erreicht werden, um die Wärme aus dem kritischen Bereich, nämlich dem Reibbereich, abzutransportieren. Dieses Prinzip ist insbesondere auch bei hydraulischen Spannern einsetzbar.
Wenn der Hohlraum des Kühlkörpers mittels eines flexiblen Schlauches an den Kühlkreislauf angeschlossen ist, so kann eine einfache Montage realisiert werden.
Auch ist es von Vorteil, wenn der Kühlkörper mehrere Kühlrippen aufweist. Bei der Ausführung von Kühlrippen, können diese direkt in das Gehäuse des Spanners integriert werden, was zu einer kostengünstigen Lösung führt. Die Kühlrippen dienen dann einer besseren Wärmeabgabe an die Umgebung, da eine größere Fläche zur Verfügung steht, als bei einer glatten Oberfläche.
Eine besonders gute Wärmeableitung wird erreicht, wenn die Kühlrippen als längliche Stege mit abgerundeter oder eckiger Oberfläche ausgebildet sind, die eine Anfasung und/oder eine oder mehrere Unterbrechungen in ihrer Längserstreckung aufweisen. Besonders eckige, lange Kühlrippen, sind bzgl. der Kraftverteilung und Herstellung von Vorteil. Allerdings sind auch kurze Elemente, insbesondere quaderförmige Elemente denkbar.
Die Anordnung der langgezogenen Elemente kann in symmetrischer Reihenfolge und einer gleichmäßigen und einheitlichen Winkelverteilung erfolgen. Zu bevorzugen ist allerdings eine Ausführung, die keine Symmetrie und Gleichmäßigkeit erkennen lässt, um mögliche Resonanzschwingungen zu vermeiden. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Kühlrippen nicht-äquidistant zueinander am Umfang des Gehäuses verteilt sind. Auch ist es von Vorteil, wenn die Rippen unterschiedlich breit ausgestaltet sind und/oder zwischen Ihnen angeordnete Vertiefungen unterschiedlich lang und/oder breit ausgeführt sind.
Bei Verwendung eines zusätzlichen Bauteils an dem Spanner, zum Verfügung stellen eines Kühlkörpers, kann auf Fügemöglichkeiten, wie Kleben, Schrauben, Nieten oder Klemmen zurückgegriffen werden. Eine besonders gute Wärmeleitung wird jedoch erreicht, wenn zwischen dem Gehäuse und dem Kühlkörper ein Wärmeleitmedium vorhanden ist. Wenn also zwischen dem Kühlkörper und dem Gehäuse ein Wärmeleitmedium, wie eine Paste oder ein Band, angeordnet ist, so wird ein Wärmeschluss nicht unterbrochen.
Von Vorteil ist es, wenn das Band ähnlich eines Massekabels aus Kupfer oder einem ähnlich gut wärmeleitenden Material gefertigt ist. Während das eine Ende des Bandes mit dem Gehäuse und/oder dem Kühlkörper in Verbindung steht, kann das andere Ende auch mit einem anderen Bauteil, wie einem Motorblock oder einem gekühlten Element verbunden werden.
Wenn der Kühlkörper aus Aluminium oder ähnlich gut wärmeleitendem Nichteisenmetall, Kunststoff, Metall oder einem ähnlichen Gleitlagermaterial gefertigt ist, wird die Wärmeabfuhr weiter verbessert.
Um den Abtransport der Wärme vom Kühlkörper zu gewährleisten, bietet sich an, dass die Umgebungsluft permanent bewegt wird. Dies kann über Lüfter realisiert werden. Eine relativ einfache Methode ist es, die Führungseinrichtung in ihrem Design so zu verändern, dass an ihrer Unterseite, welche in Richtung einer Anschraubfläche zeigt, ein Lüfterrad in den Kunststoff mit integriert ist. Dies hat den Vorteil, dass beim Laufen der Verbrennungskraftmaschine immer eine Luftbewegung realisiert wird. Es ist dabei von Vorteil, wenn der Kühlkörper in einem Wirkungsbereich eines Lüfterrades positioniert ist.
Auch ist es von Vorteil, wenn das Lüfterrad mit einer Spannrolle verbunden ist.
Eine Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung als eine Spannrolle oder eine Führungs- oder Spannschiene ausgebildet ist.
Um übliche Zugmittel einsetzen zu können, ist es von Vorteil, wenn das Zugmittel ein Riemen oder eine Kette ist.
Ferner ist es von Vorteil, wenn der Spanner als mechanischer Exzenter-Spanner ausgebildet ist.
Die Gestaltungsmöglichkeit eines Zugmitteltriebes wird verbessert, wenn der Kühlkörper als Zusatzlüfter ausgebildet ist, der elektromotorisch angetrieben ist. Ein solcher Zusatzlüfter kann an den Spanner adaptiert werden oder zusätzlich auf einem Motorträger platziert werden, um die gewünschte Luftbewegung zu realisieren. Dies macht allerdings eine externe Stromversorgung notwendig.
Eine weitere Möglichkeit, einen Temperaturfluss zwischen einem Hebel und einer Grundplatte herzustellen, ist die Verwendung eines wärme- und/oder stromleitenden Kunststoffes, bzw. eines anderen Gleitlagermaterials.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass ein Zugmitteltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Zugmittel eingesetzt ist, der eine Zugmittelspannvorrichtung gemäß der Erfindung zum Einsatz bringt.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert, in der unterschiedliche Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform einer Zugmittelspannvorrichtung in perspektivischer Darstellung,
2 eine weitere perspektivische Darstellung der Ausführungsform gemäß 1,
3 eine Draufsicht auf die Zugmittelspannvorrichtung der 1 und 2,
4 eine Ansicht von unten auf die Zugmittelspannvorrichtung der 1 bis 3,
5 ein zweites Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Darstellung,
6 eine weitere perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß 5,
7 eine erste Variante eines in den beiden vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschriebenen Kühlkörpers in perspektivischer Ansicht,
8 eine Ansicht von oben auf den Kühlkörper gemäß 7,
9 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Variante eines Kühlkörpers,
10 eine Draufsicht auf den Kühlkörper gemäß der 9, und
11 eine perspektivische Ansicht auf eine dritte Variante eines Kühlkörpers.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine erste Ausführungsform einer Zugmittelspannvorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt.
Die Zugmittelspannvorrichtung 1 weist eine Führungseinrichtung 2 auf. Die Führungseinrichtung 2 ist als Rolle 3, nämlich als Spannrolle ausgebildet. Die Rolle 3 weist eine konvexe, vorzugsweise runde Oberfläche 4 auf. Die Oberfläche 4 erstreckt sich über den Umfang der Rolle 3 und stellt eine Anlagefläche für ein Zugmittel, wie einen Zahnriemen, zur Verfügung.
Die Rolle 3 ist über ein Befestigungsmittel 5, nämlich eine Schraube 6 an einem Spanner 7, und zwar an einem Gehäuse 8 des Spanners drehbar in der Zwischenschaltung von Lagern, wie Wälzlagern angeordnet.
Die Schraube 6 legt die Relativposition der Rolle 3 zum Spanner 7 fest. Dazu bildet das Gehäuse 8 einen Hebel 9 aus, an dem die Schraube 6 angreift.
Im Inneren des Gehäuses 8 ist ein Auslenkmittel vorhanden, was nicht dargestellt ist. Das Auslenkmittel kann eine Feder, aber auch ein Hydraulikmittel, wie etwa Hydrauliköl sein. Zusätzlich kann im Inneren des Gehäuses auch ein Dämpfungsmittel vorhanden sein und/oder das Auslenkmittel selber hat auch gewisse dämpfende Eigenschaften.
Am Gehäuse 8 ist ein Kühlkörper 10 ausgebildet. Der Kühlkörper 10 kann ein separates Bauteil sein oder ein integraler Bestandteil des Gehäuses 8 sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind auf der vom Gehäuse 8 wegweisenden Umfangsfläche 11 einige Vorsprünge 12 ausgebildet. Die Vorsprünge 12 sind durch Vertiefungen 13 voneinander getrennt. Dadurch werden Kühlrippen 14 geschaffen. Die Kühlrippen 14 weisen jeweils eine Anfasung 15 auf der der Führungseinrichtung 2 zugewandten Seite auf. Die Kühlrippen 14 sind parallel zu einer Längsachse 16 des Spanners 7 ausgerichtet. Im Bereich des Hebels 9 weist der Kühlkörper 10 eine Aussparung auf. Die Aussparung ist mit dem Bezugszeichen 17 versehen.
Wie besonders gut in 3 zu erkennen, sind die Kühlrippen 14 länglich ausgebildet und weisen abgerundete, konkave Vertiefungen 13 zwischen ihnen auf.
Im Gegensatz dazu können in den in den 9 und 10 abgebildeten Varianten die Vertiefungen 14 auch eckig ausgebildet sein, insbesondere Hinterschnitte 18 ausbilden.
Wie der Variante aus 10 entnommen werden kann, können mehrere Unterbrechungen 19 quer, insbesondere orthogonal zur Längsachse 16 die Kühlrippen 14 unterbrechen.
Die Vertiefungen 13 sind unterschiedlich breit zueinander. Die Breite wird dabei orthogonal zu einer Längsachse 16 definiert.
In 5 und 6 ist das Vorhandensein eines Lüfterrades 20, mit Flügeln 21 an der Rolle 3 dargestellt. Der Kühlkörper 15 des Gehäuses 8 des Spanners 7 ist dabei in der durch die Flügel 21 angeregten Luftströmung positioniert.
Bezugszeichenliste

1: Zugmittelspannvorrichtung
2: Führungseinrichtung
3: Rolle
4: Oberfläche
5: Befestigungsmittel
6: Schraube
7: Spanner
8: Gehäuse
9: Hebel
10: Kühlkörper
11: Umfangsfläche
12: Vorsprung
13: Vertiefung
14: Kühlrippe
15: Anfasung
16: Längsachse
17: Aussparung
18: Hinterschnitt
19: Unterbrechung
20: Lüfterrad
21: Flügel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008016303 A1 [0002, 0007]
DE 10333876 A1 [0002, 0007]

Claims

Zugmittelspannvorrichtung (1) mit einer Führungseinrichtung (2) zum Führen eines Zugmittels und mit einem Spanner (7) zum Auslenken und Dämpfen einer Bewegung der Führungseinrichtung (2), wobei der Spanner (7) ein Gehäuse (8) aufweist, in dem ein Auslenkmittel vorhanden ist, das eine für das Auslenken der Führungseinrichtung (2) genutzte Kraft zur Verfügung stellt, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (8) ein Kühlkörper (10) vorhanden ist.
Zugmittelspannvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (10) als eine mit dem Gehäuse (8) verbundene separate Einheit ausgeführt oder als integraler Bestandteil des Gehäuses (8) ausgeführt ist.
Zugmittelspannvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (10) in das Gehäuse (8) eingegossen ist.
Zugmittelspannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (10) einen Hohlraum ausbildet, der mit einem Kühlungsmedium beströmbar ist.
Zugmittelspannvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das durchströmende Kühlungsmedium ein Fluid ist, das auch in einem Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine strömt oder das Kühlungsmedium Natrium umfasst, wobei der Hohlraum zu 50% bis 70%, insbesondere 60%, mit Natrium gefüllt ist.
Zugmittelspannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (10) mehrere Kühlrippen (14) aufweist.
Zugmittelspannvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (14) als längliche Stege mit abgerundeter oder eckiger Oberfläche ausgebildet sind, die eine Anfasung (15) und/oder eine oder mehrere Unterbrechungen (19) in ihrer Längserstreckung aufweisen.
Zugmittelspannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kühlkörper (10) und dem Gehäuse (8) ein Wärmeleitmedium, wie eine Paste oder ein Band, angeordnet ist.
Zugmittelspannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (10) in einem Wirkungsbereich eines Lüfterrades (20) positioniert ist.
Zugmitteltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Zugmittel und einer Zugmittelspannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.