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Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung eines Zugmitteltriebs, die als ein autark wirkender Hydraulikspanner ausgeführt ist. In einem topfartig ausgeführten Gehäuse der Spanneinrichtung ist ein Kolben verschiebbar geführt, dessen Kolbenstange mittelbar gegen ein Zugmittel angefedert ist. Über eine Dämpfungseinrichtung der Spanneinrichtung werden Kolbenbewegungen gedämpft, indem innerhalb des Gehäuses in einem geschlossenen Kreislauf ein Fluid zwischen einem Druckraum und einem Reservoir über zumindest einen Leckspalt verdrängt wird.
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Autark aufgebaute hydraulische Spanneinrichtungen für Zugmitteltriebe von Brennkraftmaschinen besitzen einen geschlossenen Kreislauf des Hydraulikfluidvolumens, das von dem Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine unabhängig ist. Bevorzugt wird als Hydraulikfluid für derartige Spannvorrichtungen Öl vorgesehen. Aus den Dokumenten
DE 37 37 629 A1 und
DE 10 2008 016 654 A1 sind autarke Spannvorrichtungen mit einem hermetisch geschlossenen Hydrauliksystem bekannt, die ein Leerlaufen des Druckraums sowie ein unerwünschtes zu tiefes Eintauchen des Kolbens in das Gehäuse verhindern. Diese Spannvorrichtungen umfassen ein topfartiges gestaltetes Gehäuse mit einem darin geführten, auch als Spannkolben bezeichneten Kolben, der einstückig mit einer Kolbenstange verbunden ist. Bei einer Ein- oder Ausfahrbewegung des Kolbens verändert sich ein Volumen der Druckkammer, so dass Hydraulikfluid zur Kompensation zwischen dem Druckraum und einem Reservoir über eine beide Kammern verbindende Öffnung bzw. zumindest einen Leckspalt verdrängt wird. Durch die Größe der gleichzeitig eine Dämpfungseinrichtung bildenden Öffnung kann die Kolbenbewegung der Spanneinrichtung unmittelbar beeinflusst werden.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine hydraulische, autark aufgebaute Spannvorrichtung vorzuschlagen, deren Dämpfungswert variabel an unterschiedliche Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine angepasst werden kann.
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Die Lösung dieser Problemstellung ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Die abhängigen und auf den Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Gemäß der Erfindung ist eine Spannvorrichtung vorgesehen, bei der als Fluid eine elektrorheologische Flüssigkeit bzw. ein Fluid (ERF) eingesetzt ist, dessen Viskosität durch ein Anlegen einer elektrischen Spannung beeinflusst wird. Vorteilhaft kann durch die variable Viskosität der elektrorheologischen Flüssigkeit die Dämpfungscharakteristik bzw. die Dämpfungsintensität der Spannvorrichtung unterschiedlichen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine unmittelbar angepasst werden. Als elektrorheologische Flüssigkeit kann eine Dispersion aus einer Trägerflüssigkeit und polarisierbaren Partikeln aus Polyurethan eingesetzt werden, die sich sowohl durch gute Schmiereigenschaften als auch durch gute Materialverträglichkeit auszeichnet. Unmittelbar nach Anlegen eines elektrischen Feldes bilden sich Polymerketten, die eine Strömung des Fluids unterbrechen bzw. den Strömungswiderstand erhöhen. Vorteilhaft kann abhängig von der Intensität des elektrischen Feldes die Fluideigenschaft und damit die Dämpfungscharakteristik der Spannvorrichtung beeinflusst werden. Mittels der durch Anlegen der elektrischen Spannung sich einstellenden variablen Viskosität kann die Spannvorrichtung über das elektrorheologische Fluid das Zugmittel mit einer hohen Kraft beaufschlagen oder bei Unterbrechung der Spannung freigeben. Vorteilhaft kann innerhalb kürzester Zeit, im Bereich von Millisekunden, durch das sich einstellende elektrische Feld die Viskosität des Fluids auf Basis der ERF-Technologie verändert werden. Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung gewährleistet somit eine optimale Dämpfung, die alle gestellten Anforderungen exakt erfüllt. Damit kann auf einfache Art eine präzise Abstimmung der Vorspannung des Zugmittels, des insbesondere als Kettentrieb ausgeführten Zugmitteltriebs auf die jeweiligen Betriebszustände der zugehörigen Brennkraftmaschine erreicht werden.
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Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäße, die Dämpfkraft beeinflussende Einstellung der Fluidviskosität die maximale Kraft im Zugmitteltrieb beispielsweise bei kalter Brennkraftmaschine zu begrenzen. Zusätzlich können Resonanzen, die ein Ansteigen der Zugmittel- bzw. Kettenkraft in bestimmten Drehzahlbereichen der Brennkraftmaschine bewirken, aktiv verschoben oder sogar eliminiert werden. Dies wirkt sich positiv auf den Zugmittel-, insbesondere den Kettenverschleiß sowie auf weitere Bauteile des Zugmitteltriebs, wie z.B. die Führungsschienen aus. Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung in Verbindung mit der variablen Viskosität der elektrorheologischen Flüssigkeit sowie der möglichen Verstell- bzw. Einstellmöglichkeit kann vorteilhaft eine Reibungsreduzierung im gesamten, insbesondere als Kettentrieb ausgeführten Zugmitteltrieb erreicht werden, die zu einer gewünschten CO2-Einsparung führt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch reduzierte niedrigere Vorspannkräfte die erforderliche Vorspannkraft im Unterschied zu bisherigen Spannvorrichtungen von dem Resonanzpunkt abweicht. Außerdem können Nulldurchgänge aufgrund einer nicht vorhandenen Vorspannkraft vorteilhaft aktiv vermieden werden. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung mit der optimierten Dämpfungsabstimmung bewirkt außerdem einen Kostenvorteil. Bedingt durch die autark arbeitende Spannvorrichtung wird der Schmierstoffkreislauf der Brennkraftmaschine nicht beansprucht, wodurch deren Ölpumpe kleiner dimensionierbar ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels einer leitfähigen, mit dem elektrorheologischen Fluid in Verbindung stehenden Spule ein magnetisches Feld zur Beaufschlagung der elektrorheologischen Flüssigkeit erzeugt wird. Die Spule umfasst bevorzugt eine Mehrzahl von in der Spannvorrichtung eingebrachten Elektroden. Die Spule ist dabei vorzugsweise mit einer extern von der Spanneinrichtung angeordneten Steuerungseinheit verbunden. Eine Aktivierung der Spule und/oder der Steuereinrichtung kann beispielsweise über ein Motormanagement der Brennkraftmaschine erfolgen.. Zur elektrischen Beaufschlagung des elektrorheologischen Fluids kann erfindungsgemäß in dem Gehäuse der Spannvorrichtung als Spule eine Anode eingebracht werden, die mit einer der Kolbenstange zugeordneten Kathode zusammenwirkt. Die kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung unterstreichend ist sowohl das mit dem Kolben zusammenwirkende Federelement sowie die Spule bzw. die Einrichtung zur elektrischen Beaufschlagung des elektrorheologischen Fluids innerhalb des Gehäuses integriert. Erfindunsgemäß kann jedoch auch auf die Spule verzichtet werden, wenn geeignete Anlageflächen an der Spanneinrichtung bereitstehen, wie z.B. das Gehäuse und den Kolben, an welchen die gegenpoligen Elektroden angreifen können Als Maßnahme zur Abdichtung des Druckraums ist in dem topfartigen Gehäuse endseitig ein Verschlussstück eingesetzt, das ein Führungselement mit zentraler Bohrung zur Aufnahme und Führung der Kolbenstange bildet sowie eine elastische Dichtlippe einschließt, die kraftschlüssig dichtend an der Kolbenstange anliegt.
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Eine erfindungsgemäße Weiterbildung sieht vor, das die Steuereinheit die Daten aus einem Motor-Kennfeld erhält, in welchem die aktuellen Drehzahlen und Lasten ausgegeben werden, damit die Steuereinheit die entsprechende Spannung zur Regulierung der Dämpfung der Spanneinrichtung anlegen kann. Als Alternative oder zusätzlich können auch mittels Sensoren Daten aus einem Motor-Bussystem in Echtzeit abgerufen und an die Steuereinheit übertragen werden. Diese Variante ermöglicht es sehr schnell auf die Dämpfungsanforderungen in Kettentriebe zu reagieren.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der einzigen Figur, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, wobei die Erfindung nicht auf das abgebildete Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Dabei zeigt:
Die einzige Figur in einem Längsschnitt eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung.
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Die einzige 1 zeigt eine beispielhaft aufgebaute Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1 in einer Schnittdarstellung für einen nicht abgebildeten Zugmitteltrieb. Die Spannvorrichtung 1 umfasst ein topfartig gestaltetes Gehäuse 2, in dem ein Kolben 4 längsbeweglich geführt ist. Um ein geschlossenes Fluidsystem auszubilden, ist ein Verschlussstück 6 mit zentraler Bohrung zur Aufnahme der Kolben 4 sowie eine Dichtung 7, deren Dichtlippe kraftschlüssig dichtend an der Kolben 4 anliegt an dem offenen Ende des Gehäuses 2 angeordnet. Der Kolben 4 trennt einen von einem Boden 10 des Gehäuses 2 begrenzten Druckraum 9 von einem gegenseitigen Reservoir 8, das von dem Verschlussstück 6 begrenzt ist. Im Einbauzustand wird der Kolben 4 von einem zwischen dem Boden 10 und dem Kolben 4 abgestützten Federelement 11 in Pfeilrichtung beaufschlagt. Über den Kolben 4 wird die Kolbenbewegung mittelbar zur Einstellung einer ausreichenden Vorspannung auf das Zugmittel übertragen. Bei dieser Stellbewegung des Kolbens 4 wird eine Teilmenge des in dem Reservoir 8 eingeschlossenen Fluids über zumindest einen sich zwischen dem Kolben 4 und dem Gehäuse 2 einstellenden Leckspalt 12 und/oder über eine Öffnung im Kolben 4 in den Druckraum 9 verdrängt. Die Spannvorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Dämpfungseinrichtung 13, mit der die Stellbewegung des Kolbens 4 gezielt beeinflussbar ist. Dazu ist zumindest der Druckraum 9 vollständig und das Reservoir 8 wenigstens teilweise mit einer elektrorheologischen Flüssigkeit als Fluid befüllt. Mittels einer Steuereinheit und mit der Steuereinheit verbundenen gegenpolige Elektroden, kann die Viskosität des elektrorheologischen Fluids variabel verändert werden. Dabei können die Elektroden z.B. die Anode 14 an der Innenwandung 16 des Gehäuses 2 angeordneten sein sowie die Kathode 15 mit dem Kolben 4 verbunden sein. Andere geeignete Anbindungspunkte sind ebenfalls mögliche. Die Elektroden werden über eine elektrische Verbindung 17 mit einer bevorzugt extern zur Spannvorrichtung 1 angeordneten Steuerungseinheit 18 mit Strom beaufschlagt. Dadurch wird in dem Fluid ein elektromagnetisches Feld erzeugt, wodurch ein Anwachsen der Viskosität bis zu einem Punkt erreichbar ist, an dem ein Verdrängen des Fluids über den Leckspalt 12 unterbleibt und der Kolben 4 fixiert und folglich die Spannvorrichtung blockiert ist. Andererseits besteht die Möglichkeit, die Viskosität des elektrorheologischen Fluids auf ein Niveau zu bringen, bei dem sich ein eingeschränkter, die Kolbenbewegung dämpfender Fluidaustausch einstellt. Die entsprechende Parameter zur Einstellungen können als Daten aus einem entsprechendem Motorkennfeld (3) oder mittel Sensoren aus einem Motor-Bussystem (5) abgegriffen werden und an die Steuereinheit (18) weitergeleitet werden. Die Steuereinheit (18) kann den entsprechenden Dämpfungsgrad über die angelegte Spannung nach Bedarfsfall einstellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannvorrichtung
- 2
- Gehäuse
- 3
- Motor-Kennfeld
- 4
- Kolben
- 5
- Motor-Bussystem
- 6
- Verschlussstück
- 7
- Dichtung
- 8
- Reservoir
- 9
- Druckraum
- 10
- Boden
- 11
- Federelement
- 12
- Leckspalt
- 13
- Dämpfungseinrichtung
- 14
- Anode
- 15
- Kathode
- 16
- Innenwandung
- 17
- Verbindung
- 18
- Steuerungseinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3737629 A1 [0002]
- DE 102008016654 A1 [0002]
