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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung für einen Kettentrieb eines Verbrennungsmotors. Kettentriebe umfassen im Allgemeinen ein mit der Kurbelwelle verbundenes Antriebskettenrad, ein mit einer Nockenwelle verbundenes Abtriebskettenrad sowie eine Steuerkette, die das Antriebskettenrad mit dem Abtriebskettenrad verbindet. Über das Zugtrum der Antriebssteuerkette wird das Antriebsmoment der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen. Die Steuerkette wird an ihrem Leertrum gespannt, um ihre Funktionalität über die Betriebsdauer gewährleisten zu können. Zu diesem Zweck wird die Steuerkette mittels einer Spannvorrichtung mit einer Kraft beaufschlagt.
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Die
DE 10 2011 079 184 A1 zeigt eine hydraulische Spannvorrichtung für einen Verbrennungsmotor. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse und einen in dem Gehäuse bewegbaren Hohlkolben, der gemeinsam mit dem Gehäuse einen Druckraum begrenzt. Innerhalb des Hohlkolbens ist eine Überdruckventil angeordnet, mittels dessen der Druck innerhalb des Druckraums auf einen vorbestimmten Wert begrenzt werden kann. Das Überdruckventil ist eine vormontierbare Baueinheit, die aus einem Ventilgehäuse, einem Ventildeckel, einem Ventilkörper und einer Ventilfeder besteht, wobei das Ventilgehäuse und der Ventildeckel aus Kunststoff hergestellt sind. Das Überdruckventil ist in den Hohlkolben eingepresst.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Spannvorrichtung zur Verfügung zu stellen, deren vormontierbare Überdruckventileinheit einen geringen Einbauraum beansprucht und die zugleich kostengünstig hergestellt und montiert werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden. Demnach wird die Aufgabe gelöst durch eine hydraulische Spannvorrichtung für einen Kettentrieb eines Verbrennungsmotors mit einem Gehäuse und mit einem in einer Gehäusebohrung des Gehäuses verschiebbar geführten Spannkolben, der einen Kolbenhohlraum aufweist, wobei der Kolbenhohlraum gemeinsam mit der Gehäusebohrung des Gehäuses einen Druckraum bildet, sowie mit einer im Kolbenhohlraum angeordneten Überdruckventileinheit, wobei die Überdruckventileinheit eine vormontierbare Baueinheit ist und eine Schließeinheit, eine einen Ventilsitz mit Ablauföffnung aufweisende Ventilsitzeinheit und eine Ventilfeder umfasst. Die Schließeinheit weist einen Schließkörper und einen Schaft auf, der durch die Ablauföffnung hindurch in den Druckraum ragt, wobei an dem dem Schließkörper abgewandten Ende des Schafts eine erste Abstützfläche für die Ventilfeder angeordnet ist und wobei an dem dem Druckraum zugewandten Ende der Ventilsitzeinheit eine zweite Abstützfläche für die Ventilfeder gebildet ist, so dass die Ventilfeder zwischen der ersten Abtstützfläche und der zweiten Abstützfläche eingespannt ist und den Schließkörper mit einer Vorspannkraft beaufschlagt.
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Nach Erkenntnis der Erfindung kann eine hydraulische Spannvorrichtung mit besonders geringem Bauraumbedarf bereitgestellt werden, indem Funktionselemente der Überdruckventileinheit – die Ventilfeder – in den Bereich des Druckraums verlagert werden. Zugleich ist die Spannvorrichtung besonders kostengünstig herstellbar, weil die Überdruckventileinheit als vormontierbare Baueinheit für eine vorgelagerten Funktionsprüfung geeignet ist. Aufgrund der Gestaltung als vormontierbare Baueinheit kann die Überdruckventileinheit zudem kostengünstig montiert werden.
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Die Anforderungen an die Eigenschaften der Überdruckventileinheit sind von den Umständen abhängig, die sich aus der konkreten Anwendung ergeben. In Abhängigkeit vom geforderten Abregeldruck ändern sich die Anforderungen an die Eigenschaften der verwendeten Ventilfeder; mit der Erfindung wird ermöglicht, die Abhängigkeit der Gestaltung des Spannkolbens von den Anforderungen an die Überdruckventileinheit zu entkoppeln, da eine Änderung der Ventilfedereigenschaften keine Änderungen der Einbauumgebung erfordert: insbesondere der Länge der Feder werden keine Bauteilgrenzen entgegengesetzt, da innerhalb des Druckraums genügend Bauraum zur Verfügung steht. Somit kann ein Standardkolben für sämtliche Anwendungen eingesetzt werden. Darüber hinaus kann die Ventilfeder grundsätzlich eine flachere Federkennlinien aufweisen, wodurch Toleranzeinflüsse auf die Öffnungskraft vermindert werden.
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Die Ventilsitzeinheit kann einteilig, aber auch mehrteilig gestaltet sein (im Sinne der Anzahl zusammengesetzter Einzelteile). So ist denkbar, dass die Ventilsitzeinheit eine Hülse umfasst, die zwischen einem den Ventilsitz ausbildenden Ventilsitzelement und dem Spannkolben angeordnet ist. Auch die Schließeinheit kann einteilig, aber auch mehrteilig gestaltet sein. Die Schließeinheit ist jedoch vorzugsweise als einteilige Einheit gestaltet, die einen Schaft und einen Schließkörper beinhaltet. Der Schließkörper kann beliebige Konturen annehmen, wobei der Ventilsitz eine entsprechende Gegenkontur aufweist, wodurch eine Dichtfläche gebildet wird. Der Schließkörper kann beispielsweise als Kugel oder Platte gestaltet sein. Der Schaft der Schließeinheit ist mit dem Schließkörper verbunden und ragt durch die Ablauföffnung in den Druckraum. Denkbar ist auch die Gestaltung der Ablauföffnung als radiale Führung des Schafts; in diesem Fall entspricht der Durchmesser der Ablauföffnung weitestgehend dem Durchmesser des Schafts, wobei die Ablauföffnung darüber hinaus radiale Erweiterungen – beispielsweise Schlitze – zeigt, die dem Durchtritt des Hydraulikmittels dienen und bei an der Dichtfläche anliegendem Schließkörper verschlossen sind.
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in einer vorteilhaften Ausführungsform sind der Schließkörper und der Ventilsitz kegelförmig gestaltet. Die Ausführung als Kegelventil zeigt besondere Vorteile in der Bereitstellung einer Führung und Zentrierung des Schließkörpers. Zugleich kann eine große wirksame Dichtfläche zur Verfügung gestellt werden.
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In einer Konkretisierung ist die erste Abstützfläche ein als Sicherungselement dienender Sprengring, der in einer Nut des Schafts angeordnet ist. Die Konkretisierung ermöglicht die Bereitstellung einer besonders kostengünstig herstellbaren Ausführungsform. Zugleich lässt sich die Überdruckventileinheit kostengünstig als eigenständige Baugruppe montieren.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform bilden die Überdruckventileinheit und der Spannkolben einen Pressverband. Auf diese Weise lässt sich eine besonders kostengünstige Verbindung zwischen den Bauteilen herstellen. In einer vorteilhaften Konkretisierung ist der Pressverband derart ausgeführt, dass eine hydraulikmitteldichte Verbindung zwischen der Überdruckventileinheit und dem Spannkolben verwirklicht wird. Somit lässt sich eine Spannvorrichtung mit besonders beständigen Dämpfungseigenschaften verwirklichen. Der Pressverband kann vorzugsweise zwischen der Außenmantelfläche der Ventilsitzeinheit und der Innenmantelfläche des Spannkolbens hergestellt werden. Darüber hinaus ist denkbar, das die Ventilsitzeinheit eine Hülse aufweist, die zwischen Ventilsitz und Spannkolben angeordnet ist und die zu der Verwirklichung des Pressverbandes verwendet wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Schließeinheit und die Ventilsitzeinheit aus einem Kunststoff gefertigt. Die Verwendung von Kunststoff ermöglicht niedrige Herstellungskosten.
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In einer Ausführungsform mit besonders beständiger Dämpfungscharakteristik ist die Ventilsitzeinheit aus einem metallischen Werkstoff gefertigt und am Ventilsitz gehärtet ausgeführt. Infolge des Härtens zeigt das Überdruckventil eine geringe Neigung zum Verschleiß. Somit wird eine Ausführungsform der hydraulischen Spannvorrichtung bereitgestellt, deren Eigenschaften von Betriebseinflüssen weitestgehend unabhängig sind.
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Eine Ausführungsform mit besonders geringem Gewicht kann verwirklicht werden, indem der Spannkolben ein Fließpressteil ist und gehärtet ausgeführt ist. Die Gestaltung als Umformbauteil ermöglicht es, weitestgehend auf spangebende Bearbeitung zu verzichten. Lediglich vereinzelte gestalterische Merkmale des Spannkolbens müssen nachbearbeitet werden, zum Beispiel Nuten. In einer Konkretisierung ist die Ventilsitzeinheit ausschließlich am Ventilsitz gehärtet ausgeführt. Auf diese Weise lässt sich ein Pressverband zwischen Ventilsitzeinheit und Spannkolben verwirklichen, der trotz gehärteter Bestandteile kostengünstig hergestellt werden kann. Die im Bereich der Flächen, die den Pressverband bilden, ist die Ventilsitzeinheit nicht-gehärtet ausgeführt. Es wird die Verwendung lockerer Toleranzen ermöglicht; somit kann auf eine Nachbearbeitung der Innenmantelfläche des Spannkolbens weitestgehend verzichtet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform findet die Spannvorrichtung Verwendung in einem Kettentrieb für einen Verbrennungsmotor mit einem Antriebskettenrad und mit einem Abtriebskettenrad sowie mit einer Steuerkette, wobei die Steuerkette das Antriebskettenrad und das (mindestens eine) Abtriebskettenrad koppelt und wobei die Steuerkette mittels eines Spannarms und einer Spannvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche gespannt wird. Plötzlich auftretendes Straffen des Leertrums kann zu einer übermäßigen Belastung der Steuerkette führen. Besondere Vorteile der Ausführungsform äußern sich darin, dass die Spannvorrichtung negative Auswirkungen eines plötzlichen Straffens vermindert und in ihren Eigenschaften ein über die Lebensdauer beständiges Verhalten zeigt.
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Bezug auf die Zeichnungen genommen wird.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer hydraulischen Spannvorrichtung im Längsschnitt.
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In 1 ist eine hydraulische Spannvorrichtung 1 für einen Kettentrieb eines Verbrennungsmotors in einem Längsschnitt gezeigt. Ein Kettentrieb umfasst ein mit der Kurbelwelle verbundenes Antriebskettenrad, ein mit einer Nockenwelle verbundenes Abtriebskettenrad sowie eine Steuerkette, die das Antriebskettenrad mit dem Abtriebskettenrad verbindet (nicht gezeigt). Über das Zugtrum der Antriebssteuerkette wird das Antriebsmoment der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen. Die Steuerkette wird an ihrem Leertrum gespannt, um ihre Funktionalität über die Betriebsdauer gewährleisten zu können. Zu diesem Zweck wird die Steuerkette mittels der Spannvorrichtung mit einer Spannkraft beaufschlagt.
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Die hydraulische Spannvorrichtung 1 besteht aus einem Gehäuse 2 und einem Spannkolben 3, der in einer Gehäusebohrung 4 des Gehäuses 2 axial verschiebbar geführt ist. Der Spannkolben 3 ist mit einem Kolbenhohlraum 5 gestaltet, der zusammen mit der Gehäusebohrung des Gehäuses einen Druckraum 6 bildet. An dem Ende des Gehäuses 2, das der Öffnung zu der Aufnahme des Spannkolbens 3 gegenüberliegt, ist eine Ausnehmung 7 angeordnet. Über die Ausnehmung 7 erfolgt der Zulauf von Hydraulikmittel in den Druckraum. An dem Ende des Spannkolbens 3, das von dem Gehäuse 2 entfernt liegt, ist eine weitere Ausnehmung 8 angeordnet, über die ein Teil des Hydraulikmittels ablaufen kann. Die Enden bilden das zulaufseitige und das ablaufseitige Ende 9, 10 der Spannvorrichtung.
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Am zulaufseitigen Ende 9 der Spannvorrichtung 1 ist innerhalb des Druckraumes 6 ein Rückschlagventil 11 angeordnet, das den Hydraulikmittelstrom in Zulaufrichtung freigibt und den Ablauf aus dem Druckraum 6 verhindert. Am ablaufseitigen Ende 10 der Spannvorrichtung ist innerhalb des Kolbenhohlraumes 5 eine Überdruckventileinheit 12 angeordnet. Die Überdruckventileinheit bildet mit der gehärteten Innenmantelfläche des Spannkolbens 3 einen Pressverband, wobei der Spannkolben als Fließpressteil gestaltet ist. Die Überdruckventileinheit umfasst ferner einen Sitz 13 für eine Hauptfeder 14, deren Vorspannkraft einerseits auf das Gehäuse 2 wirkt, das fest mit einem Bauteil des Verbrennungsmotors (nicht gezeigt) verbunden ist, und deren Vorspannkraft andererseits auf den Spannkolben 3 wirkt, dessen ablaufseitiges Ende an einer Spannschiene eines Kettentriebes anliegt (nicht gezeigt). Spannkolben und Gehäuse sind mittels eines Rings 15 gegen Zerfall gesichert.
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Derartige Spannvorrichtungen 1 für den Kettentrieb eines Verbrennungsmotors finden zu dem Zweck Einsatz, die Steuerkette (nicht gezeigt) zu spannen und auftretende Schwingungen im Kettentrieb zu dämpfen. Aus diesem Grund bilden die Gehäusebohrung 4 des Gehäuses 2 und der Kolbenhohlraum 5 des Spannkolbens 3 den Druckraum 6 aus, der im Betrieb des Kettentriebs mit Hydraulikmittel gefüllt ist. Das Hydraulikmittel wird in der Regel als Motoröl von dem allgemeinen Hydraulikmittelkreislauf zur Verfügung gestellt. Ein träges Ansprechverhalten bei dynamischer Belastung bildet die Kehrseite der hydraulischen Dämpfung. Plötzlich auftretendes Straffen des Leertrums kann daher zu einer übermäßigen Belastung der Steuerkette führen. Die Überdruckventileinheit 12 schwächt den beschriebenen Effekt ab und dient zugleich der Entlüftung.
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Die Überdruckventileinheit 12 umfasst eine Schließeinheit 16, eine Ventilsitzeinheit 17 und eine Ventilfeder 18. Die Ventilsitzeinheit 17 weist einen kegelförmigen Ventilsitz 19 auf, der eine Ablauföffnung 20 umschließt. Die Schließeinheit 16 weist einen kegelförmigen Schließkörper 21 und einen Schaft 22 auf. Der Schaft 22 ragt durch die Ablauföffnung 20 hindurch in den Druckraum 6. An dem Ende des Schafts 22, das dem Schließkörper 21 abgewandt ist, ist eine erste Abstützfläche 23 für die Ventilfeder 18 angeordnet, die mittels eines in einer Nut 24 des Schafts 22 angeordneten Sprengrings 25 gebildet wird. An dem Ende der Ventilsitzeinheit 17, das dem Druckraum 6 zugewandt ist, ist eine zweite, als Nut ausgebildete Abstützfläche 26 für die Ventilfeder 18 angeordnet: Die Ventilfeder 18 ist zwischen der ersten Abstützfläche 23 und der zweiten Abstützfläche 26 eingespannt und beaufschlagt den Schließkörper 21 mit einer Vorspannkraft, so dass dieser gegen die Dichtfläche des Ventilsitzes 19 gedrückt wird. An dem dem Druckraum zugewandten Ende der Ventilsitzeinheit 17 stützt sich darüber hinaus die Hauptfeder 14 ab, womit die Vorteile der Überdruckventileinheit 12 hinsichtlich des beanspruchten Bauraums veranschaulicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannvorrichtung
- 2
- Gehäuse
- 3
- Spannkolben
- 4
- Gehäusebohrung
- 5
- Kolbenhohlraum
- 6
- Druckraum
- 7
- Ausnehmung
- 8
- Ausnehmung
- 9
- zulaufseitiges Ende der Spannvorrichtung
- 10
- ablaufseitiges Ende der Spannvorrichtung
- 11
- Rückschlagventil
- 12
- Überdruckventileinheit
- 13
- Sitz für eine Hauptfeder
- 14
- Hauptfeder
- 15
- Ring, Zerfallsicherung
- 16
- Schließeinheit
- 17
- Ventilsitzeinheit
- 18
- Ventilfeder
- 19
- Ventilsitz
- 20
- Ablauföffnung
- 21
- Schließkörper
- 22
- Schaft
- 23
- erste Abstützfläche
- 24
- Nut
- 25
- Sprengring
- 26
- zweite Abstützfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011079184 A1 [0002]
