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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Spannen eines Endlostreibmittels, wie z. B. einer Kette oder eines Riemens, mit einem Spannmittel, das mit dem Endlostreibmittel in Wirkverbindung bringbar ist, einer Spannmittelaufnahme, in der das Spannmittel bewegbar aufgenommen ist, einer Druckkammer, die zwischen dem Spannmittel und der Spannmittelaufnahme ausgebildet ist, einem Fluidzulauf, der in die Druckkammer mündet, einem aus der Druckkammer austretenden Fluidablauf und einem in dem Fluidablauf angeordneten Ventil.
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Solche Spannvorrichtungen werden auch hydraulische Kettenspanner genannt und beispielsweise in Verbrennungskraftmaschinen verwendet, wo sie zum Spannen der Steuerkette des Nockenwellentriebs eingesetzt werden. Der Kettenspanner ist an den Schmierölkreislauf angeschlossen und das Schmieröl dient als Druckfluid, das dem Kettenspanner über Fluidzulauf und Fluidablauf der Druckkammer zur Verfügung gestellt wird. Der Spanndruck des Kettenspanners wird dann über den Druck im Schmierölkreislauf aufgebaut. Beim Einfahren des Kettenspannerkolbens, also des Spannmittels, in die Aufnahme erhöht sich der Öldruck und ein Teil des in der Druckkammer vorhandenen Öls fließt über einen Spalt zwischen Aufnahme und Kolben in den Kettentriebskasten.
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Hier spielt die Viskosität des Öls eine wesentliche Rolle. Der Druck, die Viskosität und die Temperatur des Schmieröls können sich im Laufe des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine stark ändern. Beispielsweise ist bei kalter Verbrennungskraftmaschine das Schmieröl sehr viskos oder der Druck im Schmierölkreislauf ändert sich in Abhängigkeit von Öltemperatur oder Drehzahl der Maschine. Durch die sich stark ändernde Öltemperatur ändern sich auch die Dämpfungseigenschaften des Kettenspanners. Verbrennungskraftmaschinen werden in der Regel in Bereichen zwischen –40°C und 120°C betrieben. Die untere Temperaturgrenze wird durch die Umgebungsbedingungen bei Motorstart vorgegeben und ist damit von der Einsatzregion abhängig. Eine gängige Betriebstemperatur von Verbrennungsaggregaten ist 120°C. Daher ist das Spektrum der Änderung der Öleigenschaften, besonders die Viskosität, sehr groß und die Dämpfungseigenschaften des Kettenspanners unterliegen starken Veränderungen vom Start bis zum Erreichen der Betriebstemperatur.
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Aus der
DE 10 2011 016 664 A1 ist bereits ein Kettenspanner bekannt, der solche Viskositäts- und damit Dämpfungsänderungen berücksichtigt. Der Kettenspanner umfasst einen Kettenspannerkörper und einen Spannkolben, der in einer Aufnahme im Kettenspannerkörper bewegbar aufgenommen ist. Zwischen dem Spannkolben und der Aufnahme im Kettenspannerkörper ist eine Druckkammer ausgebildet. In die Druckkammer mündet ein Öleinstromkanal. Ferner ist ein Ölausstromkanal vorgesehen, durch den Öl aus der Druckkammer abfließen kann. Im Ölausströmkanal ist ein Ventil angeordnet, das mit einem Regler verbunden ist, um die Dämpfungseigenschaften des Kettenspanners gemäß den aktuellen Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine einzustellen.
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Eine ähnliche Spannvorrichtung ist aus der
DE 202 02 663 U1 bekannt. Auch diese Spannvorrichtung umfasst einen Kettenspannerkörper, in dem eine Aufnahme für einen Spannkolben ausgebildet ist. Der Spannkolben ist bewegbar in der Aufnahme angeordnet. Zwischen dem Spannkolben und der Aufnahme ist eine Druckkammer ausgebildet, die mit einem Fluidablauf verbunden ist. In dem Fluidablauf ist ein Ventil angeordnet, das den Fluidablauf öffnet oder schließt. Das Ventil wird in Abhängigkeit von Betriebsparametern wie Viskosität des Schmieröls, Temperatur, Versorgungsdruck des Schmieröls, Spannung des Endlostreibmittels und/oder Beschleunigung oder Weg des Spannmittels oder einer Spannschiene gesteuert.
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In den bisher bekannten Spannvorrichtungen werden aktiv gesteuerte Ventile eingesetzt, die beispielsweise elektromechanisch, hydraulisch oder elektronisch betätigt werden und in Abhängigkeit von erfassten Betriebsparametern geregelt werden. Es ist daher eine aktive Erfassung der Betriebsparameter, eine Verbindung zur Steuereinheit des Motors und in den meisten Fällen auch eine Verbindung zu einer Energieversorgung notwendig.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bisher bekannten Spannvorrichtungen weiterzuentwickeln und die bekannten Nachteile, beispielsweise den Bedarf einer externen Energieversorgung, zu umgehen.
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Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass das im Fluidablauf angeordnete Ventil selbsttätig temperaturabhängig geregelt ist.
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Das Ventil arbeitet unabhängig von einer Steuereinheit und wird im Voraus auf die gewünschten Temperaturbereiche abgestimmt. Eine separate Messung von Temperatur und eine elektronische Regelung sind nicht erforderlich. Dadurch ist die erfindungsgemäße Spannvorrichtung absolut autark.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Fluidablauf in den Fluidzulauf mündet. Dadurch wird das Hydraulikfluid, im Regelfall also das Motoröl, aus dem Hochdruckraum in den Niederdruckraum zurückgeführt. Dies führt zu einer Mengeneinsparung des Volumenstroms. Dadurch wird der Motorölbedarf geringer, es können kleinere Aggregate mit allen damit verbundenen Vorteilen wie geringerer Platzbedarf und geringerer Verbrauch realisiert werden. Bei hohen Kolbenausfahrgeschwindigkeiten wird der Fluidablauf automatisch zu einem zweiten Zulauf für den Hochdruckraum des Kettenspanners.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass im Fluidzulauf ein Rückstromverhinderer angeordnet ist. Beispielsweise kann es sich dabei um ein Rückschlagventil handeln. Dadurch wird es möglich, die Dämpfungseigenschaften der Spannvorrichtung durch Öffnen und Schließen des Ventils im Fluidablauf genauer einzustellen.
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In einer besonders einfachen Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass das Ventil ein Dehnstoffelement umfasst. Das Dehnstoffelement ändert in Abhängigkeit der Temperatur sein Volumen. Das heißt, das Dehnstoffelement dehnt sich bei einer vorgegebenen Temperatur aus und wirkt dabei so auf das Ventil, dass sich der Schaltzustand des Ventils ändert, z. B. von einer Offenstellung in eine Schließstellung oder von einer Schließstellung in eine Offenstellung. Dadurch kann mittels des Dehnstoffelements ein Öffnen bzw. Schließen des Ventils erreicht werden, wenn sich die Temperatur des Dehnstoffelements ändert. Das Ventil benötigt somit keine externe Steuerung, sondern ändert seinen Schließzustand selbsttätig in Abhängigkeit der Temperatur.
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Bevorzugt kann das Ventil eine Ventilnadel umfassen, auf die das Dehnstoffelement wirkt. Dehnt sich das Dehnstoffelement aus, so schiebt es dabei die Ventilnadel aus einer ersten Schaltposition in eine zweite Schaltposition. Das Ventil wird dabei von einer Offenstellung in eine Schließstellung überführt oder von einer Schließstellung in eine Offenstellung.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Ventil derart ausgebildet ist, dass der Fluidablauf bei niedrigen Temperaturen geöffnet und bei höheren Temperaturen abgesperrt ist. Die Ventilnadel des Ventils ist daher bei niedrigen Temperaturen außerhalb des Fluidablaufs angeordnet. Wenn sich die Temperaturen erhöhen und einen bestimmten Wert überschreiten, dehnt sich das Dehnstoffelement aus und schiebt die Ventilnadel in den Fluidablauf. Der Fluidablauf wird dadurch abgesperrt. Dadurch wird bei kaltem Motor eine weiche Dämpfung und bei warmem Motor eine harte Dämpfung ermöglicht.
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Es kann auch vorgesehen werden, dass das Ventil derart ausgebildet ist, dass der Fluidablauf bei niedrigen Temperaturen abgesperrt und bei höheren Temperaturen geöffnet ist. In diesem Fall kann beispielsweise der Durchmesser der Ventilnadel in einem bestimmten Abschnitt reduziert sein. Ab einem bestimmten Temperaturwert dehnt sich dann das Dehnstoffelement aus, der Bereich mit reduziertem Durchmesser der Ventilnadel wird in den Fluidablauf eingebracht und der Fluidablauf dadurch geöffnet. Bei kaltem Motor wird somit eine harte Dämpfung erzielt, bei warmem Motor eine weiche Dämpfung.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Spannmittel und der Spannmittelaufnahme ein Spalt ausgebildet ist. Durch diesen Spalt zwischen dem Spannmittel und der Spannmittelaufnahme kann Öl abfließen. Auch hierdurch kann die Dämpfung der Spannvorrichtung eingestellt werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 schematische Darstellungen der Spannvorrichtung,
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2 perspektivische Darstellung der Spannvorrichtung,
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3 Schrägschnitt durch den hinteren Teil der Spannvorrichtung mit dem Ventil,
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4 ein erstes Ausführungsbeispiel für das Ventil der Spannvorrichtung bei niedrigen Temperaturen,
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5 Ventil aus 4 nach Erreichen der Auslösetemperatur,
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6 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Ventil der Spannvorrichtung bei einer niedrigen Temperatur und
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7 Ventil aus 6 nach Erreichen der Auslösetemperatur.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Spannvorrichtung 1 zum Spannen eines Endlostreibmittels, wie beispielsweise einer Kette oder eines Riemens. Die Spannvorrichtung 1 umfasst ein Spannmittel 2, das in einer Spannmittelaufnahme 3 angeordnet ist. Das Spannmittel 2 ist in der Spannmittelaufnahme 3 in Bewegungsrichtung 4 hin und her bewegbar. Zwischen dem Spannmittel 2 und der Spannmittelaufnahme 3 ist ein Spalt 17 ausgebildet. Durch die Spannmittelaufnahme 3 und das Spannmittel 2 ist eine Druckkammer 5 ausgebildet. In die Druckkammer 5 mündet ein Fluidzulauf 6. In dem Fluidzulauf 6 ist ein Rückschlagventil 7 angeordnet, das verhindert, dass das in der Druckkammer 5 befindliche Fluid in den Fluidzulauf 6 zurückströmen kann.
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Die Druckkammer 5 ist ferner mit einem Fluidablauf 8 verbunden. Der Fluidablauf 8 mündet in den Fluidzulauf 6, so dass eine Bypassströmung ausgebildet wird. Der Fluidablauf wird bei hohen Kolbenausfahrgeschwindigkeiten automatisch zu einem zweiten Zulauf für den Hochdruckraum des Kettenspanners. In dem Fluidablauf 8 ist ein Ventil 9 angeordnet. Das Ventil 9 ist selbsttätig temperaturabhängig geregelt und nicht mit einer externen Energieversorgung oder einer Steuereinheit verbunden.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der Spannvorrichtung 1 um einen hydraulischen Kettenspanner für einen Verbrennungsmotor. Das Spannmittel 2 ist ein Spannkolben, der auf eine Kette, beispielsweise eine Steuerkette des Verbrennungsmotors wirkt. Vorzugsweise ist dazu eine Spannschiene vorgesehen, die mit der Kette in Kontakt gebracht wird und auf die der Spannkolben 2 wirkt. Der Fluidzulauf 6 ist mit dem Motorgehäuse verbunden und führt Motoröl zur Druckkammer 5 zu. Beim Einfahren des Kettenspannerkolbens, d. h. des Spannmittels 2, durch eine Bewegung der Kette erhöht sich der Öldruck in der Druckkammer 5 und ein Teil des in der Druckkammer 5 angeordneten Öls fließt aus der Druckkammer 5. Das Öl kann durch den Spalt 17 oder den Fluidablauf 8 abfließen. Je nach Stellung des Ventils 9 kann eine harte oder weiche Dämpfung eingestellt werden.
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2 zeigt die Spannvorrichtung 1, d. h. den hydraulischen Kettenspanner, in einer perspektivischen Ansicht. Die Spannvorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 10, in dem die Spannmittelaufnahme 3 ausgebildet ist. In der Spannmittelaufnahme 3 ist das Spannmittel 2 angeordnet. Ferner sind auch der Fluidzulauf 6 und der Fluidablauf 8 in dem Gehäuse ausgebildet. Das Gehäuse 10 umfasst zudem eine Aufnahme 11 für das Ventil 9.
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3 zeigt einen Schrägschnitt durch das Gehäuse 10 im hinteren Bereich des Spannmittels 2. In dem Gehäuse 10 ist die Spannmittelaufnahme 3 ausgebildet, in der das Spannmittel 2 bewegbar aufgenommen ist. Das Spannmittel 2 ist mittels einer Feder 12 vorgespannt. Zwischen der Aufnahme 3 und dem Spannmittel 2 ist die Druckkammer 5 ausgebildet. In dem Gehäuse 10 ist auch der Fluidzulauf 6 ausgebildet. Der Fluidzulauf 6 mündet im hinteren Bereich der Spannmittelaufnahme 3 in die Druckkammer 5. Dort ist ein Rückschlagventil 7 vorgesehen, das verhindert, dass das in der Druckkammer 5 angeordnete Fluid in den Fluidzulauf 6 zurückströmen kann. In dem Gehäuse 10 ist ferner der Fluidablauf 8 ausgebildet. Der Fluidablauf ist ebenfalls mit der Druckkammer 5 in Fluidverbindung. Das Gehäuse 10 weist ferner eine Aufnahme 11 auf, in der das Ventil 9 angeordnet ist. Das Ventil 9 umfasst eine Ventilnadel 13, die mit dem Fluidablauf 8 in Verbindung steht und den Fluidablauf öffnen oder absperren kann. Ferner umfasst das Ventil 9 ein Dehnstoffelement 14, das auf die Ventilnadel 13 wirkt. Bei dem Dehnstoffelement 14 kann es sich beispielsweise um eine Wachspatrone handeln. Bei einer festgelegten Ausgangstemperatur, die je nach Einsatzbereich ausgewählt wird, ist das Wachs der Wachspatrone fest und die Ventilnadel 13 daher in einer ersten Position. Überschreitet die Temperatur eine Auslösetemperatur, so verflüssigt sich das Wachs und dehnt sich dabei aus, wodurch die Ventilnadel 13 aus dem Ventil 9 gedrückt und in eine zweite Position gebracht wird, in der sie den Fluidablauf 8 verschließt.
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4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Ventils 9 und das Gehäuse 10 im Schnitt. Wie bereits beschrieben, umfasst das Ventil 9 eine Ventilnadel 13 und ein Dehnstoffelement 14. In 4 ist das Ventil 9 bei einer ersten, niedrigen Temperatur dargestellt, die unter der Auslösetemperatur liegt. Das Dehnstoffelement 14 befindet sich daher in einem ersten, komprimierten Zustand. Die Ventilnadel 13 ist das Ventil 9 zurückgezogen und gibt den Fluidablauf 8 frei. Der Fluidablauf 8 befindet sich somit in einer Durchflussposition. Wird nun ein Druck auf das Spannmittel 2 ausgeübt, so kann sich das Spannmittel 2 in die Spannmittelaufnahme 3 zurückbewegen, das Volumen der Druckkammer 5 wird verkleinert und das in der Druckkammer 5 befindliche Motoröl kann durch den Fluidablauf 8 abfließen, vorzugsweise zurück in den Fluidzulauf 6. In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel wird also bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise bei Motorstart, eine weiche Dämpfung der Spannvorrichtung 1 ermöglicht.
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5 zeigt das Ventil 9 aus 4 nach Erreichen der Auslösetemperatur. Bei Erreichen der Auslösetemperatur dehnt sich das Dehnstoffelement 14 aus und schiebt dadurch die Ventilnadel 13 aus dem Ventil 9 in Richtung des Fluidablaufs 8. Der Fluidablauf 8 wird dann durch die Ventilnadel 13 verschlossen. Nach Erreichen der Auslösetemperatur kann also das in der Druckkammer 5 befindliche Motoröl nicht mehr durch den Fluidablauf 8 abfließen. Wird nun ein Druck auf das Spannmittel 2 ausgeübt, so kann das in der Druckkammer 5 befindliche Fluid nur noch durch den Spalt zwischen der Spannmittelaufnahme 3 und dem Spannmittel 2 aus der Druckkammer 5 austreten. Dadurch wird eine härtere Dämpfung des Spannmittels realisiert.
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6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Ventils 9. Im Folgenden werden nur die Unterschiede beschrieben, für gleiche Bauteile werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Das Ventil 9 ist wieder in einer Aufnahme 11 im Gehäuse der Spannvorrichtung 1 angeordnet. Das Ventil 9 umfasst ebenfalls eine Ventilnadel 13' und ein Dehnstoffelement 14. In 6 liegt die Temperatur der Spannvorrichtung unter der Auslösetemperatur des Dehnstoffelements 14. Das Dehnstoffelement 14 übt daher keinen Druck auf die Ventilnadel 13' aus, die Ventilnadel 13' befindet sich in einer zurückgezogenen Position. Allerdings ist das Ventil 9 derart ausgebildet, dass die Ventilnadel 13 in der zurückgezogenen Position in den Fluidablauf 8 der Spannvorrichtung hineinragt und den Fluidablauf 8 verschließt.
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7 zeigt das Ventil 9 aus 6 nach Erreichen der Auslösetemperatur. Das Dehnstoffelement 14 hat sich ausgedehnt und die Ventilnadel 13' aus dem Ventilkörper 15 herausgeschoben. Die Ventilnadel 13' ist derart ausgebildet, dass sie einen verjüngten Bereich 16 aufweist. In dem Bereich 16 ist der Querschnitt der Ventilnadel 13' verringert. Im ausgeschobenen Zustand der Ventilnadel 13' kommt der verjüngte Bereich 16 im Fluidablauf 8 zu liegen. Dadurch wird der Fluidablauf 8 freigegeben. Das Ausführungsbeispiel in den 6 und 7 ist daher so ausgebildet, dass bei niedrigen Temperaturen, wenn der Fluidablauf 8 geschlossen ist, eine harte Dämpfung realisiert wird und bei hohen Temperaturen eine weiche Dämpfung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannvorrichtung
- 2
- Spannmittel
- 3
- Spannmittelaufnahme
- 4
- Bewegungsrichtung
- 5
- Druckkammer
- 6
- Fluidzulauf
- 7
- Rückschlagventil
- 8
- Fluidablauf
- 9
- Ventil
- 10
- Gehäuse
- 11
- Aufnahme für Ventil
- 12
- Feder
- 13, 13'
- Ventilnadel
- 14
- Dehnstoffelement
- 15
- Ventilkörper
- 16
- Verjüngter Bereich
- 17
- Spalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011016664 A1 [0004]
- DE 20202663 U1 [0005]
