DE102016001222A1

DE102016001222A1 - Spannvorrichtung mit eingepresstem Rückschlagventil

Info

Publication number: DE102016001222A1
Application number: DE102016001222.6A
Authority: DE
Inventors: Petra Doll; Wolfgang Krause; Bernd Watzinger; Malte Heller
Original assignee: Iwis Motorsystem GmbH and Co KG
Current assignee: Iwis Motorsystem GmbH and Co KG
Priority date: 2016-02-04
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2017-01-19

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannvorrichtung zum Spannen eines endlosen, biegsamen Übertragungsgliedes, mit einem Gehäuse, einem in einer Gehäusebohrung verschiebbar geführten Spannkolben, einer zwischen dem Gehäuse und dem Spannkolben gebildeten Druckkammer und einem dem Druckkammereinlass zugeordneten Rückschlagventil, das eine den Ventilsitz formende Ventilplatte, einen Ventilkörper und ein den Ventilkörper käfigartig umschließendes Deckelelement aufweist. Am Boden der Gehäusebohrung ist eine Aufnahmebohrung eingelassen ist, in der das Rückschlagventil zumindest über einen Abschnitt seiner Höhe eingesetzt ist. Eine solche Spannvorrichtung soll kostengünstiger hergestellt werden. Hierzu sind die Ventilplatte und das Deckelelement miteinander verschweißt, die Außenkontur des Deckelelements steht radial nicht über die Ventilplatte über, die Ventilplatte ist in die Aufnahmebohrung eingepresst und die Aufnahmetiefe der Aufnahmebohrung ist größer als die Dicke der Ventilplatte. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein entsprechendes Rückschlagventil sowie auf ein Verfahren zum Herstellen einer Spannvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Spannen eines endlosen, biegsamen Übertragungsgliedes, mit einem Gehäuse, einem in einer Gehäusebohrung verschiebbar geführten Spannkolben, einer zwischen dem Gehäuse und dem Spannkolben gebildeten Druckkammer und einem dem Druckkammereinlass zugeordneten Rückschlagventil, das eine den Ventilsitz formende Ventilplatte, einen Ventilkörper und ein den Ventilkörper käfigartig umschließendes Deckelelement aufweist, wobei am Grund der Gehäusebohrung eine Aufnahmebohrung eingelassen ist, in der das Rückschlagventil zumindest über einen Abschnitt seiner Höhe eingesetzt ist.
Eine solche Spannvorrichtung ist z. B. aus der GB 2496267 B bekannt. Bei der dort beschriebenen Spannvorrichtung handelt es sich um einen hydraulischen Kettenspanner zum Spannen der Steuerkette eines Kettentriebs in einem Kraftfahrzeug. Bei dem Kettentrieb handelt es sich um den Steuerkettentrieb, der die Kurbelwelle mit den Nockenwellen verbindet. Ein solcher Trieb muss fehlerfrei funktionieren, weil ansonsten ein größerer Schaden am Verbrennungsmotor auftreten kann. Hierzu wird das Lostrum des Steuertriebes mittels des Kettenspanners und einer schwenkbar angeordneten Spannschiene, auf die der Kettenspanner drückt, gespannt. Ein solcher Kettentrieb ist sehr hohen dynamischen Belastungen ausgesetzt, weil der zugehörige Verbrennungsmotor mit nennenswerten Drehzahlen angetrieben wird. Schwingungen in einem solchen Kettentrieb werden von der Spannvorrichtung gedämpft. Die Spannvorrichtung ist normalerweise an die Motorölhydraulik angeschlossen und über das Rückschlagventil im Druckkammereinlass kann Hydraulikfluid in die Druckkammer fließen. In der Druckkammer befindet sich zwischen dem Spannkolben und dem Gehäuse noch eine Schraubendruckfeder, die unabhängig vom Hydraulikdruck in der Druckkammer eine Spannkraft aufbringt. Die Dämpfung wird in der einfachsten Form dadurch erreicht, dass zwischen dem Spannkolben und der Gehäusebohrung ein vordefinierter Leckagespalt für das Hydraulikfluid vorhanden ist. Beim Einfahren des Spannkolbens schließt das Rückschlagventil und Hydraulikfluid kann hauptsächlich nur noch durch diesen Leckagespalt nach außen entweichen. Auch dieser gesamte Vorgang ist hohen dynamischen Wirkungen ausgesetzt und es kommt zu einem hochfrequenten Öffnen und Schließen des Rückschlagventils. Es sind daher hohe Anforderungen an eine solche Spannvorrichtung und insbesondere das verwendete Rückschlagventil zu stellen. In der GB 2496267 B umgreift der Ventilkäfig die Ventilplatte und ist mit dieser verrastet. Gleichzeitig sind nach außen vorstehende Rastarme vorgesehen, die ein Verrasten des Rückschlagventils an einer Hinterschneidung am Grund der Gehäusebohrung bewirken.
Aus der JP 2006-17214 ist eine Variante bekannt, bei der die Ventilplatte in eine Aufnahmebohrung eingesetzt wird. Der Ventilkäfig ist auf einen Fortsatz der Ventilplatte aufgeschoben und wird zusätzlich von der Druckfeder im Inneren der Druckkammer gehalten.
Das Rückschlagventil ist nicht nur hohen Verschluss- und Öffnungsfrequenzen ausgesetzt, sondern muss auch Drücken bis 200 bar und Temperaturen bis etwa 150°C standhalten. Zudem gibt es Bauraumristrektionen. Die Anforderungen an ein solches Rückschlagventil sind dann üblicherweise die Erzielung eines robusten Bauteils bei geringem Bauraum sowie das Bereitstellen einer montagefertigen Baugruppe. Im Bereich des Automobilbaus besteht naturgemäß immer ein hoher Kostendruck, so dass beständig Kosteneinsparungen angestrebt werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die kostengünstiger zu fertigen ist.
Hierzu ist erfindungsgemäß bei einer Spannvorrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Ventilplatte und das Deckelelement miteinander verschweißt sind, die Außenkontur des Deckelelements radial nicht über die Ventilplatte übersteht, die Ventilplatte in die Aufnahmebohrung eingepresst ist und die Aufnahmetiefe der Aufnahmebohrung größer ist als die Dicke der Ventilplatte. Diese Konstruktion bedingt, dass das Deckelelement zumindest teilweise ebenfalls in der Aufnahmebohrung versenkt angeordnet ist. Allerdings bewirkt die Tatsache, dass das Deckelelement radial nicht über die Ventilplatte übersteht, dass die Schweißverbindung zwischen Ventilplatte und Deckelelement nicht nachteilig durch den Einpressvorgang des Rückschlagventils beeinflusst wird. Die Presspassung liegt demnach nur zwischen der Aufnahmebohrung und der Ventilplatte vor. Dies führt in der Folge auch zu einer Materialeinsparung für das Deckelelement, obwohl dieses fest mit der Ventilplatte eine montagefreundliche Einbaueinheit bildet. Aufgrund der Schweißverbindung müssen auch keine zusätzlichen Konturen an der Ventilplatte oder dem Deckelelement zum Erzeugen einer press- oder formschlüssigen Verbindung vorhanden sein. Die zumindest teilweise Versenkung des Deckelelements in der Aufnahmebohrung stellt darüber hinaus mehr Bauraum innerhalb der Druckkammer bereit, der für andere Maßnahmen zur Verfügung steht.
Insbesondere kann bei einer Variante am Grund der Aufnahmebohrung ein axial ausgeführter Freistich vorhanden sein, in dem eventuell beim Einpressvorgang ein aufgeschobenes Material aufgenommen ist. Das Gehäuse der Spannvorrichtung muss ohnehin einem Zerspanungsvorgang unterzogen werden, so dass die Einbringung eines Freistichs am Boden der Aufnahme bei diesem Vorgang gleich mit ausgeführt werden kann, ohne einen nennenswerten Anstieg der Kosten. Es kann auch ein entsprechend ausgeformtes Werkzeug bereitgestellt werden, das die Aufnahmebohrung und den Freistich gleichzeitig erzeugt. Im Gegensatz dazu muss an der Ventilplatte keine Maßnahme vorgesehen sein, die einem solchen Materialaufschub, der beim Einpressvorgang auftreten kann, Rechnung trägt. Das Anbringen entsprechender Fasen etc. kann unterbleiben, weshalb sehr einfache Herstellungstechniken, wie Stanzen, Scherschneiden, Feinschneiden etc. Anwendung finden können, die mit geringen Kosten durchgeführt werden können.
Vorteilhafterweise kann daher die Ventilplatte mittels eines Scherschneidevorgangs und anschließenden entgratenden Gleitschleifvorgangs im Wesentlichen ohne an den Kanten des Außenumfangs umlaufender Fase hergestellt sein. Dies gilt selbstverständlich maßgeblich für die nach unten weisende Kante, weil durch diese ein eventueller Materialaufschub erfolgt. Außer Betracht bleiben sollen hierbei durch die Bearbeitungsverfahren automatisch sich einstellende Kantenbrechungen, die keinen zusätzlichen Arbeitsschritt erfordern. Es geht maßgeblich um Kosteneinsparungen durch konstruktive und verfahrenstechnische Vereinfachungen.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ventilplatte als plane, bevorzugt zylindrische, Scheibe ausgeführt ist, auf deren Vorderseite das Deckelelement aufsitzt und im Bereich der Kontaktstellen verschweißt ist. Dies führt insgesamt zu einem flachbauenden Fußaufbau des Rückschlagventils und zu einer sehr starken Vereinfachung der geometrischen Abmessung der Ventilplatte, die kostengünstig durch z. B. Scherschneiden hergestellt werden kann.
Bevorzugterweise kann das Deckelelement einen zentralen, napfförmigen, einen Auftreffbereich für den Ventilkörper formenden Bereich, einen von diesem radial abstehenden, auf der Ventilplatte aufliegenden Flansch und seitliche Deckelöffnungen aufweisen. Der napfförmige Bereich kann im gewünschten, meist geringem Abstand den Ventilkörper umgeben und diesen beim Öffnungsvorgang auf seiner Bahn führen. Der angeformte Flansch kann flach auf der Ventilplatte aufliegen, so dass sich eine im Wesentlichen spaltfreie Schweißfuge ergibt.
Gemäß einer Variante kann zusätzlich vorgesehen werden, dass die Deckelöffnungen zum Außenumfang des Deckelelements hin offen sind, so dass der Flansch geschlitzt ist und mehrere radial abstehende Flanschflügel formt, die jeweils auf der Ventilplatte aufliegen und mit dieser verschweißt sind, wodurch die Schweißnaht in mehrere Teilschweißnähte unterteilt ist. Die Deckelöffnungen sind somit bis auf die Ventilplatte heruntergezogen und ein Ausströmen aus dem Rückschlagventil kann bereits entlang der Oberseite der Ventilplatte erfolgen. Das Material des Deckelelements steht also im Bereich der Deckelöffnungen diesem Ausströmvorgang nicht hindernd entgegen. Darüber hinaus lassen sich hierdurch recht große Deckelöffnungen erzeugen, die einen geringeren Strömungswiderstand mit sich bringen.
Bevorzugt kann die gemeinsame Dicke der Ventilplatte und des aufliegenden Flansches kleiner sein als die Tiefe der Aufnahmebohrung. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass der Fuß des Deckelelements vollständig in der Aufnahmebohrung verschwindet. Radial entlang der Oberseite ausströmendes Hydraulikfluid wird dann noch von der Aufnahmebohrung in das Innere der Druckkammer umgelenkt. Bevorzugt ist jedoch die gemeinsame Dicke nur geringfügig kleiner als die Tiefe der Aufnahmebohrung, z. B. 0,2 bis 1 mm, bevorzugt ca. 0,4 bis 0,6 mm.
Darüber hinaus kann zwischen dem Spannkolben und dem Gehäuse in der Druckkammer eine Schraubendruckfeder angeordnet sein, deren Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser der Aufnahmebohrung. Hierdurch kann die Aufnahmebohrung bei entsprechend versenktem Rückschlagventil auch als Führung des unteren Endes der Schraubendruckfeder dienen. Hier reicht bereits ein geringfügiger Durchmesserunterschied von z. B. mindestens 0,02 mm bis maximal 0,2 mm aus.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Rückschlagventil für eine Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Ventilplatte und das Deckelelement miteinander verschweißt sind, die Außenkontur des Deckelelements radial nicht über die Ventilplatte übersteht, die Ventilplatte in einer Aufnahmebohrung am Boden der Gehäusebohrung des Gehäuses einpressbar ist und die Aufnahmetiefe der Aufnahmebohrung größer ist als die Dicke der Ventilplatte. Die Kombination dieser beiden Verbindungstechniken führt insgesamt zu Materialeinsparungen und somit zu einem preiswerteren Rückschlagventil.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen einer Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Gehäuses mit einer Gehäusebohrung, an deren Boden eine Aufnahmebohrung eingelassen ist,
Erzeugen einer Ventilplatte mittels eines Scherschneidevorgangs und anschließenden entgratenden Gleitschleifvorgangs,
Erzeugen eines Deckelelements mit einer Außenkontur,
zentriertes Festhalten der Ventilplatte und des Deckelelements, so dass das Deckelelement die Ventilplatte kontaktiert und radial mit seiner Umfangskontur nicht über die Ventilplatte übersteht,
Verschweißen des Deckelelements und der Ventilplatte zum Erzeugen eines Rückschlagventils,
Einpressen des Rückschlagventils in die Aufnahmebohrung, wobei die Presspassung zwischen der Ventilplatte und der Aufnahmebohrung vorliegt und die Einpresstiefe größer ist als die Dicke der Ventilplatte.
Vorteilhafterweise kann eine Laserverschweißung erfolgen, weil diese mit sehr großer Präzision ausgeführt werden kann. Dieses Verfahren führt zu einer festen Verbindung zwischen dem Rückschlagventil und dem Gehäuse der Spannvorrichtung. Durch die weiteren Maßnahmen wird ein Abreißen oder Hochbiegen des Deckelelementes vermieden, so dass die Verbindung zwischen diesen Elementen nicht geschwächt wird. Aufgrund des zentrierten Festhaltens der Ventilplatte und des Deckelelements besteht auch keine Veranlassung, an diesen beiden Elementen irgendwelche Zentriervorkehrungen, in Form von Absätzen, Bünden, Bohrungen oder Vorsprüngen vorzusehen, wodurch deren Konstruktion vereinfacht ist.
Bevorzugt kann am Grund der Aufnahmebohrung ein axialer Freistich eingebracht werden, indem eventuell beim Einpressen des Rückschlagventils aufgeschobenes Material aufgenommen wird. Hierdurch reduzieren sich die Anforderungen an die Ausgestaltung des Rückschlagventils, insbesondere der Ventilplatte, wodurch entsprechende Maßnahmen am Rückschlagventil entfallen und dieses kostengünstiger herstellbar ist.
Gemäß einer Verfahrensvariante können beim Scherschneidevorgang und anschließendem entgratenden Gleitschleifvorgang im Wesentlichen scharfe Kanten am Außenumfang der Ventilplatte erzeugt werden. Dies gilt insbesondere für die untere Kante, weil durch diese ein eventueller Materialaufschub beim Einpressvorgang stattfinden kann. Außer einer Entgratung mit einfachen üblichen Maßnahmen braucht eine weitere Kantenüberarbeitung nicht vorgesehen sein.
Von Vorteil ist es gemäß einer weiteren Variante, wenn das Erzeugen des Deckelelements einen Stanz-/Biegevorgang zum Erzeugen der Außenkontur des Deckelelements umfasst, wobei der Stanzeinzug zumindest am Außenumfang des Deckelelements nach dem Verschweißen auf der der Ventilplatte abgewandten Seite vorsteht. Durch diese Maßnahme ist es trotz des kostengünstigen Herstellungsvorgangs des Deckelelements möglich, dass das Deckelelement, im Wesentlichen ohne Nachbearbeitung, flach auf die Ventilplatte aufgesetzt werden kann. Die vorstehende Seite des Stanzeinzugs weist entsprechend von der Ventilplatte weg. Eine weitere Verfahrensmaßnahme zur Behebung dieses Nachteils des Stanzeinzugs ist nicht erforderlich. Darüber hinaus führt eine im Wesentlichen spaltfreie Verschweißung zu besseren Schweißergebnissen, weil Schweißspritzer nicht in das Innere des Rückschlagventils gelangen können.
Darüber hinaus können beim Stanz-/Biegevorgang ein zentraler napfförmiger, einen Auftreffbereich für einen Ventilkörper formender Bereich, ein von diesem radial abstehender Flansch und seitliche Deckelöffnungen geformt werden. Sämtliche dieser Stanz-/Biegevorgänge können mit Stempeln von einer einzigen Bearbeitungsseite durchgeführt werden, damit sich ein vorteilhafter Effekt einstellt. Auch dies verringert wieder die Herstellungskosten.
Zusätzlich können beim Stanz-/Biegevorgang die Deckelöffnungen zum Außenumfang des Deckelelements hin offen geformt werden, so dass der Flansch geschlitzt ist und mehrere abstehende Flanschflügel formt, die zum Verschweißen jeweils auf der Ventilplatte aufliegen, und dass beim Verschweißen jeweils durch eine Teilschweißnaht ein Flanschflügel mit der Ventilplatte verschweißt wird. Da sämtliche Stanz-/Biegevorgänge von einer Seite vorgenommen werden können, ist auch ein eventuell vorhandener Stanzeinzug, der an den Rändern der Deckelöffnungen einseitig vorsteht, auf der der Ventilplatte abgewandten Seite vorhanden und beeinträchtigt nicht die Kontaktierung des Deckelelements und der Ventilplatte. Die Deckelöffnungen können aber auch mit entgegengesetzter Stanzrichtung gestanzt werden. Mittels eines Gleitschleifvorgangs erfolgt dann ein Entgraten. Ein Herstellen des Deckelelements durch ein Folgeverbundverfahren ist von Vorteil.
Spannvorrichtungen können die unterschiedlichsten Bauformen aufweisen und darüber hinaus weitere oder alternative Elemente umfassen (z. B. Füllkörper, Überdruckventil, Rastierung, Abströmbohrung, Bypass etc.).
Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Spannen eines endlosen, biegsamen Übertragungsgliedes, mit einem Gehäuse, einem im Gehäuse geführten Spannkolben, einer zwischen dem Gehäuse und dem Spannkolben gebildeten Druckkammer und einem dem Druckkammereinlass zugeordneten Rückschlagventil, das eine den Ventilsitz formende Ventilplatte, einen Ventilkörper und ein den Ventilkörper käfigartig umschließendes Deckelelement aufweist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische, teilweise geschnittene Vorderansicht eines Steuerkettentriebs,
2 eine Variante eines Gehäuses einer Spannvorrichtung im Vollschnitt,
3 das Gehäuse aus 2 mit eingesetztem Rückschlagventil im Vollschnitt,
4 das Detail IV aus 2 in vergrößerter Darstellung,
5 das Rückschlagventil aus 3 in einer vergrößerten perspektivischen Darstellung,
6 das Rückschlagventil aus 5 in einem vergrößerten Vollschnitt,
7 das Deckelelement im Vollschnitt,
8 das Deckelelement in einer Draufsicht und
9 die Ventilplatte im vergrößerten Vollschnitt.
Der in 1 dargestellte Steuerkettentrieb 1 eines Verbrennungsmotors umfasst zwei oben liegende Nockenwellenkettenräder 3.1, 3.2, ein unten liegendes Kurbelwellenkettenrad 2, eine um diese herumgeschlungene Steuerkette 4, eine Führungsschiene 5 zur Führung der Steuerkette 4 im Lasttrum des Steuerkettentriebs 1 und eine schwenkbar angeordnete Spannschiene 6, die im Leertrum des Steuerkettentriebs 1 auf die Steuerkette 4 drückt. Dabei wird die Spannschiene 6 mittels einer am Motorblock 9 befestigten, hydraulisch betätigten Spannvorrichtung 8 an die Steuerkette 4 gedrückt. Die als Einschraubkettenspanner ausgebildete Spannvorrichtung 8 ist dabei an die Motorhydraulik angeschlossen, so dass der Spannkolben 10 der Spannvorrichtung 8 auf den Andrückbereich 11 der schwenkbar angeordneten Spannschiene 6 drückt. Die Erfindung ist unabhängig von der konkreten Form der Spannvorrichtung 8 (z. B. Einschraubkettenspanner, Flanschspanner, integrierte Lösung etc.). Im Folgenden wird anhand der 2 bis 4 daher lediglich exemplarisch auf eine neutrale Form eines Gehäuses 12 verwiesen.
Das in der 2 dargestellte Gehäuse 12 ist hohlzylindrisch ausgeführt und weist eine zylindrische Kolbenbohrung 13 auf, in der der Spannkolben 10 längsbeweglich zur Achse A geführt wird. Am Boden 14 der Kolbenbohrung 13 ist eine zylindrische Aufnahmebohrung 15 mit einem Boden 16 eingeformt. In die Aufnahmebohrung 15 mündet zentral die Versorgungsbohrung 17.
Wie insbesondere anhand der 4 zu sehen ist, befindet sich am Boden 16 der Aufnahmebohrung 15 ein ringförmiger, axialer Einstich 18, dessen Außendurchmesser mindestens dem Außendurchmesser der Aufnahmebohrung 15 entspricht und dessen Breite so bemessen ist, dass er im Abstand zur Versorgungsbohrung 17 endet, so dass eine flache Auflagefläche gebildet ist. Die Tiefe des Einstichs beträgt ca. 0,1 bis 0,4 mm und die Breite ca. 1,5 mm. Die Versorgungsbohrung 17 ist mit dem Ölkreislauf eines Verbrennungsmotors verbunden. Der Durchmesser D_V der Aufnahmebohrung 15 ist so bemessen, dass eine in der Kolbenbohrung 13 zwischen dem Gehäuse 14 und dem Spannkolben 10 angeordnete Schraubendruckfeder (nicht dargestellt) mit ihrem unteren Ende in die Aufnahmebohrung 15 hineinpasst.
Wie anhand der 3 zu erkennen ist, wird in die Aufnahmebohrung 15 ein Rückschlagventil 19 eingesetzt. Zur näheren Erläuterung des Rückschlagventils 19 wird ergänzend auf die 5 bis 9 Bezug genommen.
Das Rückschlagventil 19 umfasst im Wesentlichen drei Bauelemente. Dies sind eine zylindrische Ventilscheibe 20, ein Ventilkörper 21 in Form einer Ventilkugel und ein, einen Ventilkäfig ausbildendes Deckelelement 22. Der Ventilkörper 21 ist zwischen der Ventilplatte 20 und dem Deckelelement 22 bewegbar angeordnet.
Die Ventilplatte 20 (siehe 9) besteht aus einem 42CrMo4 (einem Vergütungsstahl mit > 0,2% und < 0,6% Kohlenstoff). Die Ventilplatte 20 weist eine zentrale zylindrische Ventilöffnung 23 auf. Sowohl an der Oberseite 24 als auch an der Unterseite 25 ist jeweils ein Ventilsitz 26.1 und 26.2 im Bereich der Ventilöffnung 23 eingeformt. Die Ventilplatte 20 hat einen Durchmesser D_P, der so bemessen ist, dass die Ventilplatte 20 in die Aufnahmebohrung 15 eingepresst werden kann. Der Durchmesser D_V der Aufnahmebohrung 15 und der Durchmesser D_P der Ventilplatte 20 sind mit entsprechenden Toleranzen versehen, um eine geeignete Presspassung bereitzustellen (z. B. maximales Übermaß 0,06 mm und minimales Übermaß 0,03 mm). Der Ventilsitz 26.1 bzw. 26.2 ist jeweils mit hoher Oberflächengüte hergestellt und kann eine konvexe oder gerade Oberfläche aufweisen. Im Wesentlichen handelt es sich jeweils um eine speziell ausgeformte Fase im Übergangsbereich der Ventilöffnung 23 zur Oberseite 24 oder Unterseite 25 der Ventilplatte 20. Im folgenden Fall ist auf beiden Seiten ein Ventilsitz 26.1 und 26.2 ausgeformt, weil dann in der Folge keine Montagerichtung für die Ventilplatte 20 vorgegeben ist. Alternativ kann aber auch nur einseitig ein Ventilsitz eingeformt sein. Die Ventilplatte 20 weist eine Höhe bzw. Dicke von H_V auf.
Die obere Kante 27 und untere Kante 28 am Außenumfang 29 der Ventilplatte 20 sind relativ scharfkantig um im Wesentlichen ohne umlaufende Fase hergestellt. Selbstverständlich soll eine gratfreie Oberkante 27 und Unterkante 28 erzeugt werden, so dass verfahrensbedingte, minimale Anfasungen (bis 0,2 mm) hier außer Betracht bleiben.
Die Herstellung der Ventilplatte 20 erfordert ein Bandmaterial in der Dicke bzw. Höhe H_V der Ventilplatte 20 aus einem 42CrMo4. Das Ausgangsmaterial wird weichgeglüht, um die Kaltverformbarkeit zu verbessern. Das Weichglühen erfolgt zwischen 650°C und 750°C über eine gewisse Zeit und bewirkt eine Gefügeumwandlung. Hierdurch werden nachfolgende Verarbeitungsschritte wie Scherschneiden und Gleitschleifen erleichtert, insbesondere weil vermieden wird, dass sich dabei Risse bilden.
Aus dem Bandmaterial wird ein Ventilplattenrohling mittels Scherschneiden ausgestanzt und anschließend durch Gleitschleifen entgratet. Hierdurch verbleiben die erwähnte relativ scharfe Oberkante 27 und Unterkante 28. Die Ventilöffnung 23 wird ebenfalls durch Scherschneiden eingebracht. Die Ventilsitze 26.1 und 26.2 werden mittels eines Stempels erzeugt. Die entstandenen Kanten können ebenfalls einem Gleitschleifvorgang unterzogen werden.
Der so erzeugte durch form- und maßhaltiges Bearbeiten gewonnene Ventilplattenrohling wird anschließend vergütet (kombinierte Wärmebehandlung bestehend aus Härten und anschließendem Anlassen). Am Ende soll eine Härte von ca. 45 bis 60 HRC, insbesondere 50 + 4 HRC, erreicht werden. Das Anlassen erfolgt bei einer Temperatur von 200°C bis 450°C, bevorzugt 220°C bis 250°C.
Die so gewonnene Ventilplatte 20 ist ein geometrisch sehr einfaches Gebilde, das mit wenigen form- und maßgebenden Bearbeitungsschritten erzeugt werden kann. Hierdurch halten sich die Kosten in Grenzen. Darüber hinaus ist die so hergestellte Ventilplatte 20 aus 42CrMo4 sehr gut schweißbar.
Der Ventilkörper 21 ist im vorliegenden Fall eine gehärtete Stahlkugel aus 100Cr6 (nach DIN 5401 G10).
Das Deckelelement 22 (siehe insbesondere 5 bis 8) hat einen zentralen, napfförmigen Bereich 30 und einen von diesem radial abstehenden Flansch 31 sowie seitliche Deckelöffnungen 32. Der napfförmige Bereich 30 weist einen geschlossenen Boden 33 auf, dessen Innenseite den Auftreffbereich 34 für den Ventilkörper 21 formt. Des Weiteren umfasst der napfförmige Bereich 30 einen hohlzylindrischen Abschnitt 35, der mittels eines Übergangsradius 36 in den Boden 33 übergeht. Der Übergangsradius 36 an der Innenseite entspricht ca. 0,8 mm. Mittels eines weiteren Übergangsradius 37 geht der hohlzylindrische Abschnitt 35 außen in den Flansch 31 über. Die Deckelöffnungen 32 beginnen etwas oberhalb der Mitte des hohlzylindrischen Abschnitts 35 und erstrecken sich bis zum Außenumfang 38 des Deckelelements 22. Hierdurch wird ein Teil des hohlzylindrischen Abschnitts 35 und insbesondere der Flansch 31 in voneinander getrennte Flanschflügel 39 unterteilt. Die Deckelöffnungen 32 verbreitern sich im Wesentlichen stetig zum Außenumfang 38 hin. Die von dem Flansch 31 geformte Unterseite 40 des Deckelelements 22 ist eben ausgestaltet und kommt zur flachen Anlage mit der Oberseite 24 der Ventilplatte 20. Der Außendurchmesser D_D des Deckelelements 22 ist so bemessen, dass dieser geringfügig kleiner ist als der Durchmesser D_P der Ventilplatte 20. Die innere Höhe von der Unterseite 40 bis zum Auftreffbereich 34 ist so bemessen, dass sich für den Ventilkörper 21 ein Öffnungshub von weniger als 0,5 mm (z. B. ca. 0,35 mm) ergibt. Die Deckelöffnungen 32 sind gleichmäßig am Umfang verteilt und demnach um jeweils 120° zueinander versetzt. Hierdurch ergeben sich auch drei gleich große Flanschflügel 39. Der Durchmesserunterschied zwischen der Ventilplatte 20 und dem Deckelelement 22 beträgt mindestens 0,1 mm und maximal 0,3 mm. Die Ventilplatte 20 und das Deckelelement 22 werden koaxial zueinander angeordnet.
Das Deckelelement 22 weist eine Materialdicke M_D auf, die dünner ist als die Dicke bzw. Höhe H_V der Ventilplatte 20. Das Verhältnis liegt ca. bei 2 bis 3, insbesondere 2,5. Das Material für das Deckelelement 22 ist ebenfalls ein 42CrMo4 (demnach ein Vergütungsstahl mit > 0,2% und < 0,6% Kohlenstoff).
Im Folgenden wird die Herstellung des Deckelelements 22 näher erläutert. Das Deckelelement 22 wird ebenfalls aus einem bandförmigen Material mittels eines Folgeverbundverfahrens hergestellt. Vor dem form- und maßhaltigen Bearbeiten erfolgt ein Weichglühen. Anschließend wird ein Deckelelementrohling ausgestanzt. Vorausgehend, gleichzeitig oder nachfolgend werden die Deckelöffnungen 32 in das noch flache Material durch Stanzen eingebracht. Die Stanzung erfolgt so, dass die Unterseite 40 des späteren Deckelelementes 22 beim Stanzvorgang auf der Stempelseite angeordnet ist. In 7 ist die Stanzrichtung S eingezeichnet. Für die Deckelöffnungen 32 kann die Stanzrichtung aber auch genau umgekehrt sein. Die Deckelöffnungen 32 werden dann durch Gleitschleifen entgratet. Nach dem Stanzen wird mittels Tiefziehen der napfförmige, hohlzylindrische Abschnitt 35 geformt. Eine weitere form- und maßhaltige Bearbeitung erfolgt nicht.
Anschließend wird der Deckelelementrohling vergütet, so dass eine Härte von 38 bis 50 HRC, insbesondere 43 + 4 HRC, entsteht. Durch die Verwendung eines Vergütungsstahls ist das Deckelelement 22 in der Folge sehr gut schweißbar.
Im Folgenden wird der Fügevorgang des Rückschlagventils 19 näher erläutert.
Die Ventilplatte 20 und das Deckelelement 22 werden unter Zwischenfügung des Ventilkörpers 21 flach aufeinander gelegt, so dass die Unterseite 40 des Deckelelements 22 mit der Oberseite 24 der Ventilplatte 20 zur Anlage kommt. Die Positionierung erfolgt insbesondere in einem gemeinsamen Futter, in das Ventilplatte 20 und das Deckelelement 22 eingespannt werden. Das Futter weist Stufen in den Backen auf, so dass die Ventilplatte 20 und das Deckelelement 22 zueinander zentriert werden und der Außenumfang 38 des Deckelelements 22 nicht über den Außenumfang 29 der Ventilplatte 20 übersteht. Gleichzeitig werden die beiden Elemente gegeneinander gedrückt, so dass eine im Wesentlichen spaltfreie Schweißfuge zwischen den Flanschflügeln 39 und der Oberseite 24 der Ventilplatte 20 gebildet ist. Aufgrund der Unterbrechungen durch die Deckelöffnungen 32 ist die Schweißfuge in drei Teilschweißfugen unterteilt. Ein Grund für das flache Aufeinanderliegen dieser beiden Elemente ist auch in der Stanzrichtung S zu sehen, da ein eventuell vorhandener Stanzeinzug sich nur auf der von der Stoßfuge abgewandten Seite ergibt und ein flaches Aufeinanderdrücken der beiden Elemente somit nicht behindert wird. Gleiches könnte auch bei der Ventilplatte 20 Berücksichtigung finden.
Das Verschweißen des Deckelelements 22 mit der Ventilplatte 20 erfolgt mittels Laser. Als Laser wird ein Faserlaser verwendet. Der Laserstrahl trifft die Oberseite 41 der Flanschflügel 39. Die Schweißstellen sind als Schweißnähte SN (s. 5) ausgeführt. Der Laserstrahl wird dabei auf einer Bahnkurve konzentrisch zur Achse des Deckelelements 22 und der Ventilplatte 20 bewegt. Außerdem führt der Strahl senkrecht zur Bahnkurve oszillierende Bewegungen aus (Wobbeln). Auf diese Weise wird die Schweißnaht tief und breit. Im Querschnitt ist die Schweißverbindung trapezförmig. Die Festigkeit der Verbindung wird im Wesentlichen durch den Querschnitt am Stoß der beiden Bauteile bestimmt. Die Prozesszeit ist relativ kurz. Hierdurch wird wenig Wärme in die übrigen Bereiche der Elemente eingebracht. Auch der Ventilkörper 21 wird nur wenig mit Wärme beaufschlagt. Ein Schutzgas kann verwendet werden (z. B. Stickstoff oder Argon). Aufgrund des flachen Aufeinanderliegens der Elemente gelangen keine Schweißspritzer in das Innere des Rückschlagventils 19. Die Breite B_S (an der Oberseite) der Schweißnaht SN entspricht ca. dem 0,5-fachen der Breite B_K der Kontaktfläche (zwischen Oberseite 24 und Unterseite 40) (und liegt somit im Bereich vom 0,33 bis 0,625-fachen der Kontaktbreite B_K). Die Tiefe der Schweißnaht SN (ausgehend von der Oberseite 41 der Flanschflügel 39) entspricht mindestens dem 0,5-fachen der Höhe H_V der Ventilplatte 20.
Die Schweißnaht wird so ausgeführt, dass um diese herum ein im Wesentlichen rahmenförmiger Kontaktbereich zwischen der Unterseite 40 der Flanschflügel 39 und der Oberseite 24 der Ventilplatte 20 verbleibt, der nicht verschweißt ist. Weil beim Schweißvorgang diese Flächen aufeinander gedrückt sind, kann ein seitliches Entweichen von Schweißspritzern, insbesondere in das Innere des Rückschlagventils 10 verhindert werden. Zusätzlich können während des Schweißvorgangs zur Erhöhung der Prozesssicherheit die Deckelöffnungen 32 mit Hilfe einer Schutzhülse verschlossen werden.
Nach dem Schweißen kann durch eine Wärmebehandlung die Festigkeit der Schweißverbindung verbessert werden. Die Wärmebehandlung erfolgt bevorzugt bei 150°C bis 200°C, insbesondere 180°C und über 1,5 bis 3 Stunden, insbesondere ca. 2 Stunden. Aus Vereinfachungsgründen kann hierbei das gesamte Rückschlagventil 19 dieser Wärmebehandlung ausgesetzt werden. Die vorgeschlagene Wärmebehandlung hat keinen nennenswerten Einfluss auf die Härte der übrigen Elemente bzw. Bereiche, verbessert jedoch die Schweißnaht.
Nachdem das Rückschlagventil 19 fertiggestellt ist, wird es mit der Ventilplatte 20 voran in die Aufnahmebohrung 15 eingepresst. Die Tiefe T_V der Aufnahmebohrung 15, ist dabei größer als die Fußhöhe H_F des Rückschlagventils 19. Für diesen Einpressvorgang macht sich nunmehr positiv bemerkbar, dass das Deckelelement 22 einen etwas kleineren Durchmesser D_D als der Durchmesser D_V der Ventilplatte 20 hat. Hierdurch wird ein Abreißen oder ein Hochbiegen des Deckelelements 22 vermieden.
Aufgrund der Tatsache, dass die Ventilplatte 20 durch Scherschneiden hergestellt und anschließend durch Gleitschleifen entgratet wird, ist das Anbringen einer Fase zumindest beidseitig nicht oder sehr scher möglich. Aufgrund der relativ scharfkantigen Unterkante 28, kann es beim Einpressen zu Materialaufschub kommen. Aus diesem Grunde weist das Gehäuse 12 daher einen zumindest teilweise axial ausgeführten Freistich 18 auf. Das eventuell aufgeschobene Material wird durch diesen aufgenommen. Die Ventilplatte 20 kann somit eben und dicht eingepresst werden. Restschmutz (lose Späne) sind nicht zu erwarten, da der Freistich 18 nach dem Einpressvorgang abgeschlossen ist.
Das Zusammenspiel der hier getroffenen Maßnahmen führt zu einem einfach und daher kostengünstig aufgebauten Rückschlagventil 19, das in optimierter Weise in ein Gehäuse 12 eingepresst werden kann. Zusätzlich zu der Pressverbindung drückt von oben auf das Deckelelement 22 noch die nicht dargestellte Schraubendruckfeder. Aufgrund der getroffenen Materialwahl kann auf eine Ventilfeder verzichtet werden, so dass der Ventilkörper 21 ungefedert auf den Auftreffbereich 34 auftrifft. Das entsprechend gehärtete Deckelelement 22 aus Vergütungsstahl ist jedoch dieser Belastung gewachsen. Auch insbesondere wegen des gewählten Übergangsradius 36 werden mindestens 6 × 10⁴ Lastwechsel bei einer Frequenz von 200 Hz und einer Belastung von 30 N am Boden 33 ausgehalten. Das Rückschlagventil 19 arbeitet einwandfrei bei hohen Frequenzen und hohen Drücken bis 200 bar und Temperaturen bis etwa 150°C. Die Verwendung einer Schweißverbindung führt zu einer relativ flach bauenden Variante, die weniger Material benötigt, als bekannte Konstruktionen.
Bezugszeichenliste

1: Steuerkettentrieb
2: Kurbelwellenkettenrad
3.1,3.2: Nockenwellenkettenräder
4: Steuerkette
5: Führungsschiene
6: Spannschiene
8: Spannvorrichtung
9: Motorblock
10: Spannkolben
11: Andrückbereich
12: Gehäuse
13: Gehäusebohrung
14: Boden
15: Aufnahmebohrung
16: Boden
17: Versorgungsbohrung
18: Einstich
19: Rückschlagventil
20: Ventilscheibe
21: Ventilkörper
22: Deckelelement
23: Ventilöffnung
24: Oberseite
25: Unterseite
26.1,26.2: Ventilsitz
27: Oberkante
28: Unterkante
29: Außenumfang
30: napfförmiger Bereich
31: Flansch
32: Deckelöffnung
33: Boden
34: Auftreffbereich
35: hohlzylindrischer Abschnitt
36: Übergangsradius
37: Übergangsradius
38: Außenumfang
39: Flanschflügel
40: Unterseite
41: Oberseite
A: Achse
D_V: Durchmesser Aufnahmebohrung
D_P: Durchmesser Ventilplatte
D_D: Durchmesser Deckelelement
S: Stanzrichtung
SN: Schweißnaht
T_V: Tiefe Aufnahmebohrung
H_F: Fußhöhe Rückschlagventil
H_V: Höhe Ventilplatte
M_D: Materialdicke Deckelelement
B_S: Breite an der Oberseite der Schweißnaht
B_K: Breite der Kontaktfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

GB 2496267 B [0002, 0002]
JP 2006-17214 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 5401 G10 [0045]

Claims

Spannvorrichtung (8) zum Spannen eines endlosen, biegsamen Übertragungsgliedes, mit einem Gehäuse (12), einem in einer Gehäusebohrung (13) verschiebbar geführten Spannkolben (10), einer zwischen dem Gehäuse (12) und dem Spannkolben (10) gebildeten Druckkammer und einem dem Druckkammereinlass zugeordneten Rückschlagventil (19), das eine den Ventilsitz (26.1) formende Ventilplatte (20), einen Ventilkörper (21) und ein den Ventilkörper (21) käfigartig umschließendes Deckelelement (22) aufweist, wobei am Boden (14) der Gehäusebohrung (13) eine Aufnahmebohrung (15) eingelassen ist, in der das Rückschlagventil (19) zumindest über einen Abschnitt seiner Höhe eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte (20) und das Deckelelement (22) miteinander verschweißt sind, die Außenkontur des Deckelelements (22) radial nicht über die Ventilplatte (20) übersteht, die Ventilplatte (20) in die Aufnahmebohrung (15) eingepresst ist und die Aufnahmetiefe (T_V) der Aufnahmebohrung (15) größer ist als die Dicke der Ventilplatte (20).
Spannvorrichtung (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Boden (16) der Aufnahmebohrung (15) ein axial ausgeführter Freistich (18) vorhanden ist, in dem eventuell beim Einpressvorgang aufgeschobenes Material aufgenommen ist.
Spannvorrichtung (8) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte (20) mittels eines Scherschneidevorgangs und anschließenden entgratenden Gleitschleifvorgangs im Wesentlichen ohne an den Kanten (27, 28) des Außenumfangs (29) umlaufender Fase hergestellt ist.
Spannvorrichtung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte (20) als plane, bevorzugt zylindrische Scheibe ausgeführt ist, auf deren Vorderseite das Deckelelement (22) aufsitzt und im Bereich der Kontaktstellen verschweißt ist.
Spannvorrichtung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (22) einen zentralen, napfförmigen, einen Auftreffbereich (32) für den Ventilkörper (21) formenden Bereich (30), einen von diesem radial abstehenden, auf der Ventilplatte (20) aufliegenden Flansch (31) und seitliche Deckelöffnungen (32) aufweist.
Spannvorrichtung (8) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckelöffnungen (32) zum Außenumfang (29) des Deckelelements (22) hin offen sind, so dass der Flansch (31) geschlitzt ist und mehrere radial abstehende Flanschflügel (39) formt, die jeweils auf der Ventilplatte (20) aufliegen und mit dieser verschweißt sind, wodurch die Schweißnaht (SN) in mehrere Teilschweißnähte unterteilt ist.
Spannvorrichtung (8) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Dicke (H_F) der Ventilplate (20) und des aufliegenden Flansches (31) kleiner ist als die Tiefe (T_V) der Aufnahmebohrung (15).
Spannvorrichtung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Spannkolben (10) und dem Gehäuse (12) in der Druckkammer eine Schraubendruckfeder angeordnet ist, deren Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser (D_V) der Aufnahmebohrung (15).
Rückschlagventil (19) für eine Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte (20) und das Deckelelement (22) miteinander verschweißt sind, die Außenkontur des Deckelelements (22) radial nicht über die Ventilplatte (20) übersteht, wobei die Ventilplatte (20) in einer Aufnahmebohrung (15) am Boden (14) der Gehäusebohrung (13) einpressbar ist und die Aufnahmetiefe (T_V) der Aufnahmebohrung (15) größer ist als die Dicke der Ventilplatte (20).
Verfahren zum Herstellen einer Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Gehäuses (12) mit einer Gehäusebohrung (13), in deren Boden (14) eine Aufnahmebohrung (15) eingelassen ist, Erzeugen einer Ventilplatte (20) mittels eines Scherschneidevorgangs und anschließenden entgratenden Gleitschleifvorgangs, Erzeugen eines Deckelelements (22) mit einer Außenkontur, zentriertes Festhalten der Ventilplatte (20) und des Deckelelements (22), so dass das Deckelelement (22) die Ventilplatte (20) kontaktiert und mit seiner Umfangskontur radial nicht über die Ventilplatte (20) übersteht, Verschweißen des Deckelelements (22) und der Ventilplatte (20) zum Erzeugen eines Rückschlagventils (19), und Einpressen des Rückschlagventils (19) in die Aufnahmebohrung (15), wobei die Presspassung zwischen der Ventilplatte (20) und der Aufnahmebohrung (15) vorliegt und die Einpresstiefe größer ist als die Dicke (H_V) der Ventilplatte (20).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass am Boden (16) der Aufnahmebohrung (15) ein axialer Freistich (18) eingebracht wird, in dem eventuell beim Einpressen des Rückschlagventils (19) aufgeschobenes Material aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass beim Scherschneidevorgang und anschließendem entgratenden Gleitschleifvorgang im Wesentlichen scharfe Kanten (27, 28) am Außenumfang (29) der Ventilplate (20) erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen des Deckelelements (22) einen Stanz-/Biegevorgang zum Erzeugen der Außenkontur des Deckelelements (22) umfasst, wobei der Stanzeinzug zumindest am Außenumfang (38) des Deckelelements (22) nach dem Verschweißen auf der der Ventilplatte (20) abgewandten Seite (41) vorsteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass beim Stanz-/Biegevorgang ein zentraler, napfförmiger, einen Auftreffbereich (34) für einen Ventilkörper (21) formender Bereich (30), ein von diesem radial abstehender Flansch (31) und seitliche Deckelöffnungen (32) geformt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass beim Stanz-/Biegevorgang die Deckelöffnungen (32) zum Außenumfang (38) des Deckelelements (22) hin offen geformt werden, so dass der Flansch (31) geschlitzt ist und mehrere abstehende Flanschflügel (39) formt, die zum Verschweißen jeweils auf der Ventilplatte (20) aufliegen und dass beim Verschweißen jeweils durch eine Teilschweißnaht ein Flanschflügel (39) mit der Ventilplatte (20) verschweißt wird.