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Die Erfindung betrifft einen Zugmittelspanner zum Spannen eines Endloszugmittels eines Zugmitteltriebs für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei der Zugmittelspanner ein Gehäuse und einen innerhalb des Gehäuses in axialer Richtung verschiebbar gelagerten Kolben aufweist, wobei das Gehäuse und der Kolben einen Druckraum definieren, der zur Aufnahme von einem Hydraulikmittel vorbereitet ist, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Kolben ein Leckspalt vorhanden ist, der dafür vorgesehen ist, das Hydraulikmittel aus dem Druckraum abzuführen.
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Auf diesem Gebiet der Technik ist die deutsche Patentschrift
DE 10 2011 084 066 B3 bekannt. Sie offenbart eine Spannvorrichtung mit einem Gehäuse, einem darin längsverschieblich gleitgelagerten Kolben und einer das Gehäuse und den Kolben umschließenden Schraubendruckfeder, die das Gehäuse einerseits und den Kolben andererseits in Richtung einer Verlängerung der Spannvorrichtung kraftbeaufschlagt, wobei das Gleitlager eine Kunststoff-Metall-Lagerpaarung aufweist. Dabei soll das Gehäuse im Bereich des Gleitlagers aus einer freistehenden Metallhülse gebildet sein, in welcher der Kolben mittels einer Kunststoffbuchse gelagert ist.
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Weiterhin beschreibt auch die japanische Offenlegungsschrift
JP 2011-17393 A einen hydraulischen Zugmittelspanner. Sie offenbart eine Vorrichtung, die zwei Fluidkammern aufweist, wodurch eine Dämpfung eines Zugmitteltriebs erreicht wird.
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Auch die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2004 012 394 A1 behandelt einen hydraulischen Spanner für ein Zugmittel. Dieses Zugmittel weist eine sich über den Hub verändernde Dämpfung auf, wobei die Dämpfung mit zunehmendem Hub ansteigt.
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Somit sind aus dem Stand der Technik bereits Zugmittelspanner bekannt, die eine Dämpfung des Endloszugmittels vornehmen. Hierbei ist stets der bereits erwähnte Leckspalt von zentraler Bedeutung, über den ein Hydraulikmittel abgeführt werden kann.
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Die Nachteile des in diesen Druckschriften offenbarten Standes der Technik liegen darin, dass die Spanneinheiten nicht veränderlich einstellbar sind, wodurch sie nur auf einen bestimmten vorherrschenden Betriebszustand optimal eingestellt sind. Um niemals zu wenig zu dämpfen, werden die Spanneinheiten meist so kalibriert, dass sie den höchsten Belastungen Stand halten. Die höchsten Belastungen treten meist bei Motorvolllast auf. Da die Verbrennungskraftmaschine / der Motor nur einen sehr geringen zeitlichen Anteil ihrer / seiner Lebensdauer tatsächlich unter Volllast läuft, folgt daraus, dass die Spanneinheiten die meiste Zeit überdämpft ausgelegt sind.
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Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beheben und insbesondere eine Lösung zu präsentieren, die es ermöglicht, dass die Spanneinheiten nicht mehr einen Großteil ihrer Einsatzzeiten ein nicht optimal auf den Betriebszustand ausgelegtes Dämpfverhalten aufweisen.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Druckraum eine vom Leckspalt separate Fluidöffnung aufweist, durch die in Abhängigkeit der Fahrzustände der Verbrennungskraftmaschine und/oder der Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine das Hydraulikmittel abführbar ist. Diese separate Fluidöffnung ermöglicht es, den Hydraulikmittelabfluss, der zuvor lediglich durch den Leckspalt bestimmt worden ist, nun variieren zu können. Dies bedeutet, dass über den nun variierenden Abfluss an Hydraulikmittel ein variabler Druck im Druckraum resultiert, wodurch die Dämpfeigenschaften des Zugmittelspanners an dem Betriebszustand angepasst werden. Somit wird eine zu hohe Reibung zwischen dem Zugmittelspanner und dem Endlosmittel, die aus einer zu harten Dämpfung resultiert, vermieden. Dies minimiert die Reibungsverluste und optimiert auf der anderen Seite den Wirkungsgrad des Zugmitteltriebs.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So zeichnet sich eine vorteilhafte Ausführungsform dadurch aus, dass ein Regelorgan zum Bewirken der Öffnung / Vergrößerung und/oder Schließung / Verkleinerung der Fluidöffnung eingesetzt ist. Dieses Regelorgan erhält Eingangssignale bzgl. des Betriebszustandes des Motors und kann somit eine dadurch beeinflusste Regelung der Fluidöffnung vornehmen. Je nach dem Bedarf an Spannung des Endloszugmittels kann nun die Dämpfcharakteristik des Zugmittelspanners beeinflusst werden. Dadurch, dass das Regelorgan unmittelbar oder mittelbar sowohl mit der Verbrennungskraftmaschine als auch mit dem Zugmittelspanner kommuniziert, wird eine optimal auf den Betriebszustand abgestimmte Regelung ermöglicht.
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Wenn das Regelorgan nach Art einer Blende, einer Hülse, eines Ventils, eines Aktors und/oder eines Verschlussteils ausgebildet ist, resultieren daraus weitere Vorteile. So ziehen die Ausführungsformen einer Blende und einer Hülse vor allem den Vorteil nach sich, dass sie unkompliziert und kostengünstig hergestellt werden können. Ebenso kann ein Ventil ohne hohen Aufwand bereitgestellt werden. Der Aktor zeichnet sich dadurch aus, dass er seine Aufgabe mit höchster Präzision erledigt. Mit jeder der genannten Ausführungsarten ist es möglich, die Funktion des Regelorgans zielführend zu erfüllen und zeitgleich ein überschaubares Maß an Komplexität der Baueinheit zu verursachen.
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Um ein schnelles und wirkungsvolles Verschließen der Fluidöffnung bewirken zu können, ist es von Vorteil, wenn die Blende verschiebbar und/oder verdrehbar gelagert/angeordnet ist. Beispielsweise kann hierzu ein Bewegungsgewinde eingesetzt werden.
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Ebenso ist es vorteilhaft, wenn der Druckraum mittels einer Hydraulikmittelversorgungsöffnung mit einem Hydraulikmitteltank verbindbar ist oder verbunden ist, wobei es sich bei der Hydraulikmittelversorgungsöffnung um eine vom Leckspalt und der Fluidöffnung separate Öffnung handelt. So wird über die Hydraulikmittelversorgungsöffnung sichergestellt, dass dem Zugmittelspanner stets Hydraulikmittel zugeführt werden kann, wenn dies wegen des Betriebszustandes nötig wird. Diese Verbindung mit dem Hydraulikmitteltank verhindert überproportional große Strömungsverluste des Hydraulikmittels bei seinem Weg in den Druckraum, und stellt zeitgleich eine einfache, effiziente und zuverlässige Hydraulikmittelversorgung sicher.
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Auch dadurch, dass in der Hydraulikmittelversorgungsöffnung ein Rückschlagventil angeordnet ist, ergeben sich Vorteile. Dieses Rückschlagventil bewirkt, dass ein Strom des Hydraulikmittels vom Druckraum über die Hydraulikmittelversorgungsöffnung zurück in den Hydraulikmitteltank verhindert wird. Auf diese Weise kann eine zuverlässige Dämpfung garantiert werden, da das Hydraulikmittel aufgrund des Rückschlagventils nur über den Leckspalt und die separate Fluidöffnung abgeführt wird.
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Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn das Regelorgan seine Eingangssignale elektrisch und/oder mechanisch erhält. Die Möglichkeit, dass es elektrisch und/oder mechanisch vorgenommen werden kann, erhöht die Flexibilität der Anordnung, da man sich mehrere Möglichkeiten offen hält. Die mechanische Ansteuerung zieht eine besonders robuste und zuverlässige Funktionsweise nach sich, während eine elektrische Anordnung einfacher variierbar und besonders fein auslegbar ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die separate Fluidöffnung mehrere Teilöffnungen aufweist. Auf diese Weise wird das Hydraulikmittel neben dem Leckspalt nicht nur durch eine (einzige) Öffnung abgeführt, sondern durch mehrere voneinander getrennte Teilöffnungen. Hierbei ist es vorzugsweise so, dass bei einer Ausführungsform mit mehreren Teilöffnungen eine Teilöffnung einen geringeren Durchmesser aufweist, als die separate Fluidöffnung, die nur aus einer (einzigen / einzelnen) Öffnung besteht. Die Ausführungsform mit mehreren Teilöffnungen eignet sich besonders gut im Zusammenspiel damit, dass das Regelorgan durch eine Blende / eine Hülse ausgebildet ist. So ist es möglich, bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen einen unterschiedlichen Hydraulikmittelabfluss und somit eine unterschiedliche Dämpfung bereit zu stellen, ohne gleichzeitig Öffnungen nur teilweise abzudecken. Diese teilweise Abdeckung zöge nämlich den Nachteil nach sich, dass am Abfluss enorme Strömungsverluste auftreten würden. Dies kann mittels mehrerer (separater) Teilöffnungen aber vermieden werden.
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Wenn alle Teilöffnungen den gleichen Durchmesser aufweisen und in ihrer Längsachse parallel zueinander angeordnet sind, wirkt sich dies ebenfalls positiv aus. Dadurch, dass alle Teilöffnungen den gleichen Durchmesser aufweisen, kann für die Anordnung jener Öffnungen das gleiche Werkzeug verwendet werden. Dies zieht zum einen eine zeitoptimierte und zum anderen eine werkzeugoptimierte Fertigung nach sich. Dies wirkt sich positiv auf die Herstellungskosten aus. Mittels der parallelen Anordnung kann auf eine komplexe, winkelverschiedene Anordnung der Teilöffnungen verzichtet werden, was wiederum die Komplexität in der Fertigung senkt und sich somit positiv auf die Herstellungskosten auswirkt.
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Es ist auch von Vorteil, wenn die separate Fluidöffnung in einer Gehäusewandung angeordnet ist, die sich in Umfangsrichtung und in Axialrichtung und gerade nicht in einer Stirnfläche, sondern in einer Umfangsfläche erstreckt. Auf diese Weise ist die axiale Längsachse der separaten Fluidöffnung nicht parallel zur Hydraulikmittelversorgungsöffnung ausgerichtet. Somit ist eine Änderung der Strömungsrichtung des Hydraulikmittels nötig, wenn es über die separate Fluidöffnung abgeführt werden soll. Ein unerwünschtes, zu schnelles Abführen des Hydraulikmittels kann somit vermieden werden.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn sich der Leckspalt / Leckagespalt über den gesamten Umfang erstreckt, während die separate Fluidöffnung in radialer Richtung verläuft. Dies bewirkt, dass es sich bei der einen Abfuhrmöglichkeit des Hydraulikmittels, nämlich durch den Leckspalt, um eine ringförmige Anordnung handelt, und bei der anderen Abfuhrmöglichkeit, nämlich der separaten Fluidöffnung, um eine kreisrunde Anordnung handelt. Auf diese Art und Weise wird eine klare geometrische Trennung der beiden Abfuhrmöglichkeiten des Leckspalts und der separaten Fluidöffnung sichergestellt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die separate Fluidöffnung bei maximalen Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine komplett geschlossen ist. Da bei maximalen Drehzahlen in der Regel der Betriebszustand der Volllast vorherrscht, ist somit garantiert, dass die Dämpfung bei Volllast so hart wie möglich eingestellt ist. Ein unerwünschtes Lockern des Endloszugmittels bei hohen Belastungen wird somit umgangen.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, dass sich die separate Fluidöffnung aus drei Teilöffnungen zusammensetzt, die mittels der Blende vollständig oder teilweises verschlossen sind / verschließbar sind. Drei Teilöffnungen bewirken weder einen besonders hohen Aufwand in der Fertigung, noch sind sie kritisch hinsichtlich des von ihnen benötigten Bauraums, während sie auf der anderen Seite den Vorteil der auf die jeweiligen Betriebszustände angepassten variablen Dämpfungseigenschaften weiterhin aufbringen. Drei Stufen der Dämpfung reichen in der Regel aus; derart, dass eine für Niedriglasten, eine für Teillasten und eine für Volllasten ausgelegt ist.
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Weiterhin zeichnet sich eine vorteilhafte Ausführungsform auch dadurch aus, dass, über eine gewisse Zeitspanne gemittelt, ein Hydraulikmittelmassenstrom, der der Druckkammer über die Hydraulikmittelversorgungsöffnung zugeführt wird, dem Hydraulikmittelmassenstrom entspricht, der über den Leckspalt und die separate Fluidöffnung abgeführt ist / abführbar ist. Somit kann der Zugmittelspanner hinsichtlich des ihn durchlaufenden Hydraulikmittelmassenstroms als über die Zeit gemittelt stationär angesehen werden. Zu hohe Schwankungen in der Hydraulikmittelversorgung werden auf diese Art und Weise vermieden, was sich positiv auf die Lebensdauer des Zugmittelspanners und seiner Hydraulikmittelversorgung auswirkt.
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In anderen Worten kann gesagt werden, dass sich die Erfindung auf eine Zugmittelspanneinheit in Kraftfahrzeugen zur Einhaltung einer nahezu konstanten Spannkraft unter allen Betriebsbedingungen und über die gesamte (vor-)spezifizierte Lebensdauer bezieht. Dies bewirkt eine einfache, halbautomatische Einstellung der geforderten Spannkraft bei der Erstmontage. Weiterhin wird erfindungsgemäß der Service zum Ausgleich von Durchmesser- und Positionstoleranzen von einzelnen Riemenscheiben, Längentoleranzen des Zugmittels, Zugmittelverschleiß, Temperaturunterschieden, und einem dynamischen Verhalten des Motors ermöglicht.
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Hierzu gilt, dass bisherige Spanneinheiten auf die Worst-Case-Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors bzw. des Steuertriebs ausgelegt werden. In den meisten Fällen tritt diese höchste Belastung bei Motorvolllast auf, welche verglichen mit dem gesamten Drehzahlbereich nur in einem kleinen Drehzahlbereich vorherrscht. Daraus folgt, dass die Triebe die meiste Zeit überdämpft ausgelegt sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es nun, den Zugmitteltrieb besser auf die vorhandenen Fahrzustände des Motors abzustimmen und somit dynamische Effekte bestmöglich zu kompensieren, ohne den Trieb dabei unnötig zu überdämpfen.
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Um hierbei voneinander getrennte Dämpfungscharakteristiken zu erzeugen, wird eine hydraulische Spanneinheit mit mindestens zwei Leckspalt-Öffnungen, von denen mindestens eine durch einen Aktor verschließbar gestaltet ist, in den Trieb integriert, wobei die Spanneinheit mittelbar oder unmittelbar mit einer Spannschiene oder einem anderen Spannelement in Verbindung steht. Dabei gilt, dass für die verschiedenen Dämpfungsniveaus die Leckspalt-Öffnungen nach Bedarf verschlossen oder geöffnet werden.
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Eine zusätzliche Möglichkeit ergibt sich aus dem Einbringen einer sehr großen Öffnung, wodurch die Dämpfung der hydraulischen Spanneinheit nahe Null reduziert wird, da durch die große Öffnung im Hochdruckraum kein Druck mehr aufgebaut werden kann.
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Die Erfindung hat weiterhin zum Ziel, die Reibung zwischen einem Endloszugmittel und einer Spanneinheit zu reduzieren. Dabei bedient sich das erfindungsmäße Konzept einer einstellbaren Dämpfung je nach Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine.
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Verschiedene Dämpfungscharakteristika können auch dadurch erzeugt werden, dass einer der beiden Leckspalt-Öffnungen durch eine Blende verschließbar gestaltet ist. Für die verschiedenen Dämpfungsniveaus werden die Leckspalt-Öffnungen nach Bedarf verschlossen oder geöffnet, wodurch verschiedene Öffnungsquerschnitte und somit Spanner-Charakteristika entstehen. Zum Verschließen bieten sich axiale Gleitbewegungen und/oder Rotationsbewegungen, etwa von rahmenähnlichen Bauteilen an.
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Die Erfindung wird nachfolgend mittels Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen Zugmittelspanner, wobei sowohl ein Leckspalt, als auch eine separate Fluidöffnung dargestellt sind,
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2 eine weitere Ausführungsform eines Zugmittelspanners, wobei ein Regelorgan als Blende ausgestaltet ist und die separate Fluidöffnung mittels mehrerer Teilöffnungen ausgestaltet ist.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden.
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1 zeigt einen Zugmittelspanner 1 mit einem Gehäuse 2 und einem innerhalb des Gehäuses 2 in axialer Richtung verschiebbar gelagerten Kolben 3. Das Gehäuse 2 und der Kolben 3 definieren einen Druckraum 4, der zur Aufnahme eines Hydraulikmittels, etwa ein Fluid, wie Öl, bspw. Motor- oder Hydrauliköl, vorbereitet ist.
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Weiterhin weist der Zugmittelspanner 1 einen Leckspalt 5 auf. Dieser Leckspalt 5 eignet sich, um das Hydraulikmittel aus dem Druckraum 4 abzuführen.
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Neben dem Leckspalt 5 ist eine separate Fluidöffnung 6 am Zugmittelspanner 1 angebracht. Diese separate Fluidöffnung 6 eignet sich dazu, in Abhängigkeit der Fahrzustände der Verbrennungskraftmaschine bzw. der Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine das Hydraulikmittel abzuführen.
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Ein weiterer Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Regelorgan 7. Dieses ist für die Öffnung bzw. Schließung der Fluidöffnung 6 verantwortlich. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das Regelorgan 7 als ein Aktor 8 ausgestaltet. Dieser Aktor 8 eignet sich, um ein elektrisches Eingangssignal dahingehend zu verarbeiten, dass die separate Fluidöffnung dem Eingangssignal und somit den Betriebsbedingungen entsprechend geöffnet bzw. geschlossen wird.
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Die Anordnung weist weiterhin eine Hydraulikmittelversorgungsöffnung 9 auf. Diese Hydraulikmittelversorgungsöffnung 9 steht in Kontakt mit einem Hydraulikmitteltank und versorgt den Druckraum 4 somit mit dem Hydraulikmittel. Bei jener Hydraulikmittelversorgungsöffnung 9 handelt es sich um eine weitere Öffnung neben dem Leckspalt 5 und der separaten Fluidöffnung 6. Für ein funktionsgetreues Funktionieren des Zugmittelspanners 1 ist in Verbindung mit der Hydraulikmittelversorgungsöffnung 9 weiterhin ein Rückschlagventil 10 favorisiert. Das Rückschlagventil 10 verhindert, dass Hydraulikmittel vom Druckraum 4 unerwünscht über die Hydraulikmittelversorgungsöffnung 9 abgeführt wird.
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Das Regelorgan aus dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel setzt sich neben dem Aktor 8 aus einem Regelventil 11 zusammen. Dieses Regelventil 11 erhält von Seiten des Aktors 8 ein Signal, ob es einen Durchfluss eines Hydraulikmittels zulässt oder nicht. Über die Durchflussmenge entscheidet anschließend ein Durchflussventil 12. Dieses Durchflussventil 12 kann den Hydraulikmittelmassenstrom variieren, wodurch sich an den Betriebszustand angepasste Dämpfungscharakteristika des Zugmittelspanners 1 ergeben.
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Der für die Dämpfung des Zugmittelspanners 1 verantwortliche Druckraum 4, wird in seiner Funktion von einem Federelement 13 unterstützt.
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2 stellt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar. So wird in dieser Ausführungsform das Regelorgan 7 durch eine Blende 14, etwa nach Art einer Hülse oder Muffe, realisiert. Diese Blende 14 ist in Axialrichtung verschiebbar und/oder verdrehbar angeordnet, wodurch sie einen Durchfluss durch die Teilöffnungen 15 ermöglicht oder diesen Durchfluss verschließt. In dem Ausführungsbeispiel in 2 sind drei Teilöffnungen 15 im Gehäuse 2 des Zugmittelspanners 1 angeordnet, wodurch sich drei unterschiedliche Dämpfungscharakteristika realisieren lassen.
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Neben der Realisierung der separaten Fluidöffnung 6 und ihrer Anordnung in der Baueinheit mittels des Regelorgans 7 entspricht die Funktionsweise der Ausführungsform in 2 der in 1.
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Für die Einbindung in den Zugmitteltrieb der Verbrennungskraftmaschine ist es üblich, dass ein distales Ende 16 des Kolbens 3 mittelbar oder unmittelbar mit einer (nicht dargestellten) Spannschiene oder einem anderen Spannelement in Verbindung steht. Ein proximales Ende 17 des Gehäuses 2 ist in axialer Richtung unverschieblich an einem Element der Verbrennungskraftmaschine, wie einem Motorblock, angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zugmittelspanner
- 2
- Gehäuse
- 3
- Kolben
- 4
- Druckraum
- 5
- Leckspalt
- 6
- separate Fluidöffnung
- 7
- Regelorgan
- 8
- Aktor
- 9
- Hydraulikmittelversorgungsöffnung
- 10
- Rückschlagventil
- 11
- Regelventil
- 12
- Durchflussventil
- 13
- Federelement
- 14
- Blende
- 15
- Teilöffnung
- 16
- distales Ende des Kolbens
- 17
- proximales Ende des Gehäuses
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011084066 B3 [0002]
- JP 2011-17393 A [0003]
- DE 102004012394 A1 [0004]
