DE102016001223A1

DE102016001223A1 - Spannvorrichtung mit laserverschweißtem Rückschlagventil

Info

Publication number: DE102016001223A1
Application number: DE102016001223.4A
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 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. Derartige Spannvorrichtungen sollen kostengünstiger hergestellt werden. Aus diesem Grund sind die Ventilplatte und das Deckelelement miteinander mittels Laserschweißen verschweißt, der Ventilkörper besteht aus einem harten bzw. gehärteten Werkstoff und die Ventilplatte und das Deckelelement bestehen aus einem Vergütungsstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von > 0,2% und < 0,6%. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein entsprechendes Rückschlagventil sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Rückschlagventils für eine solche Spannvorrichtung.

Description

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.
Eine solche Spannvorrichtung ist z. B. aus der GB 2496267 B bekannt. Es handelt sich um eine hydraulische Spannvorrichtung zum Spannen eines Trums, insbesondere des Lostrums, eines endlosen, biegsamen Übertragungsgliedes, wie Kette oder Riemen. Eine gängige Anwendung ist die Betätigung einer schwenkbar angeordneten Spannschiene, die gegen das Lostrum einer Steuerkette eines Verbrennungsmotors gedrückt wird. Der Steuertrieb verbindet die Kurbelwelle mit der oder den Nockenwelle(n). Bevorzugt ist hierbei die hydraulische Spannvorrichtung an der Motorölhydraulik angeschlossen und wird von dieser mit dem notwendigen Hydraulikfluid versorgt. Neben der Spannfunktion übernimmt die Spannvorrichtung auch die Dämpfung der Steuerkette. Hierzu ist dem Druckkammereinlass ein Rückschlagventil zugeordnet, durch welches Hydraulikfluid in die Druckkammer einströmen kann. Dies geschieht z. B. beim Ausfahren des Spannkolbens. Das Rückschlagventil verhindert allerdings bei den meisten Bauformen auch ein Zurückströmen des Hydraulikfluids, wenn der Spannkolben einfährt. Das Hydraulikfluid muss dann über einen anderen Weg, insbesondere einen Drosselkanal ausströmen. Bei den einfachsten Bauformen erfolgt dies über den schmalen Ringspalt zwischen der Gehäusebohrung und dem Spannkolben. Üblicherweise ist zusätzlich noch zwischen dem Gehäuse und dem Spannkolben eine Schraubendruckfeder angeordnet, die bereits für eine gewisse Vorspannung sorgt, wenn sich der Hydraulikdruck noch nicht in ausreichender Höhe aufgebaut hat. Das Rückschlagventil umfasst eine Ventilplatte mit einer in aller Regel zentral angeordneten Bohrung und einem Ventilsitz. Für diese Anwendungszwecke hat sich als Ventilkörper eine Ventilkugel bewährt. Aber auch andere Ventilkörperformen (z. B. plattenförmiger Ventilkörper) sind denkbar. Mit der Ventilplatte verbunden ist ein den Ventilkörper käfigartig umschließendes Deckelelement. In der GB 2496267 B ist das Deckelelement ein Stanzbiegeteil, das einen die Ventilplatte teilweise umgreifenden Kragen aufweist, der sowohl Verrastungselemente zum Verrasten mit der Ventilplatte als auch Verrastungselemente zum Verrasten mit dem Gehäuse aufweist. Des Weiteren stützt sich die Druckfeder auf dem Deckelelement ab.
Eine derartige Spannvorrichtung ist hohen dynamischen Belastungen ausgesetzt und das Rückschlagventil öffnet und schließt mit sehr hoher Frequenz. Dabei schlägt der Ventilkörper immer wieder auf den Ventilsitz und an dem Deckelelement an. Dabei ist das Rückschlagventil hohen Drücken bis 200 bar und Temperaturen bis etwa 150°C ausgesetzt. Zudem gibt es Bauraumristrektionen. Insbesondere bei dem Rückschlagventil muss es sich daher um ein robustes Bauteil handeln, das nur einen geringen Bauraum einnimmt und als montagefertige Baugruppe in das Gehäuse der Spannvorrichtung eingesetzt werden kann. Bei dem üblicherweise im Automobilbereich vorliegenden hohen Kostendruck sollen diese Anforderungen selbstverständlich auch kostengünstig erfüllt sein. Ein Ziel ist daher, ein Rückschlagventil aus wenigen Bauteilen und unter Verzicht von kostenintensiven Bearbeitungsschritten herzustellen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die Kostenvorteile aufweist.
Hierzu ist bei einer gattungsgemäßen Spannvorrichtung vorgesehen, dass die Ventilplatte und das Deckelelement miteinander mittels Laserschweißen verschweißt sind, der Ventilkörper aus einem harten, bzw. gehärtetem Werkstoff besteht und die Ventilplatte und das Deckelelement aus einem Vergütungsstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von > 0,2% und < 0,6% hergestellt sind (Gew.-%). Das Verschweißen stellt auf diesem Gebiet zuerst einmal eine ungewöhnliche Verbindungstechnik dar, zumal die Abmessungen der Rückschlagventile in diesem Bereich in aller Regel sehr klein sind. Allerdings bietet diese Verbindungstechnik die Möglichkeit, sowohl das Deckelelement als auch die Ventilplatte sehr einfach auszuführen. Insbesondere sind keine zusätzlichen Elemente bzw. Anformungen notwendig, um eine betriebssichere Verbindung zwischen Ventilplatte und Deckelelement sicherzustellen. Eine Schweißverbindung kann in jedem Fall montage- und betriebsfest ausgeführt werden, wenn die Schweißverbindung richtig ausgeführt wird. Die zumeist bislang in diesem Bereich eingesetzten einsatzgehärteten Bauelemente sind hierfür nicht geeignet, weshalb die Erfindung sowohl für die Ventilplatte als auch des Deckelelement einen Vergütungsstahl verwendet. Die Schweißeignung ist demnach nicht durch einen hohen Kohlenstoff- oder Stickstoffgehalt, wie er bei Einsatzstählen in die Randbereiche eingebracht wird, herabgesetzt. Vor dem Verschweißen kann sowohl die Ventilplatte als auch das Deckelelement vergütet (Härten und anschließendes Anlassen) werden, um eine geeignete Härte einzustellen. Dies alles wirkt sich nicht negativ auf die Schweißbarkeit aus. Vergütungsstähle bieten darüber hinaus die Möglichkeit, eine Bearbeitung, d. h. Formgebung im weichgeglühten Zustand vorzunehmen und erst anschließend die Härte einzustellen. Die von der Erfindung verwendete Verbindungstechnik zusammen mit der getroffenen Materialwahl führt zu vereinfachten Gestaltungsmöglichkeiten, ohne die Betriebssicherheit herabzusetzen. Wichtig ist hierbei auch das Laserschweißen, weil dieses sehr präzise und in aller Regel ohne Schweißspritzer ausgeführt werden kann, die in das Innere des Rückschlagventils gelangen könnten. Hierbei ist zu beachten, dass während des Verschweißens der Ventilkörper sich bereits im Inneren des Rückschlagventils zwischen der Ventilplatte und dem Deckelelement befindet und selbstverständlich durch die Verbindungstechnik nicht in Mitleidenschaft gezogen werden darf. Der Ventilkörper ist nämlich aus einem harten bzw. gehärteten Werkstoff (z. B. ein gehärteter Werkzeugstahl wie 100Cr6 oder ein Keramikwerkstoff) hergestellt, der durch die Herstellung der Schweißverbindung nicht nachteilig in seiner Härte und Funktionsweise beeinträchtigt werden darf. Es wird beim Laserschweißen auch kein zusätzliches Schweißmaterial, z. B. in Form einer Schweißelektrode etc., benötigt, so dass ausschließlich eine stoffschlüssige Verbindung des Materials des Deckelelements und der Ventilplatte erfolgt.
Sofern es für bestimmte Bauformen von Rückschlagventilen notwendig ist, kann noch eine Ventilfeder, bevorzugt zwischen Deckelelement und Ventilkörper, eingesetzt werden.
Die Spannvorrichtung kann darüber hinaus weitere oder alternative Elemente aufweisen (Füllkörper, Überdruckventil, Rastierung, Abströmbohrung, Bypass etc.).
Bevorzugterweise kann zumindest die Schweißstelle bzw. können die Schweißstellen einer festigkeitssteigernden Wärmebehandlung unterzogen worden sein. Die vorab vergütete Ventilplatte und das Deckelelement erfahren in aller Regel durch das Laserverschweißen an der Schweißstelle bzw. den Schweißstellen eine Gefügeänderung, die zu einer Herabsetzung der Festigkeit führt. Aus diesem Grunde ist es von Vorteil, wenn zumindest die Schweißstelle bzw. die Schweißstellen einer die Festigkeit der Schweißverbindung verbessernden Wärmebehandlung unterzogen wird bzw. werden. Die Wärmebehandlung kann z. B. bei ca. 180°C für ca. zwei Stunden erfolgen. Andererseits hat diese Wärmebehandlung, die hauptsächlich dem Abbau von Spannungen dient, keine nennenswerte Herabsetzung der Härte der anderen Bereiche und Elemente des Rückschlagventils zur Folge.
Um eine ausreichend große Festigkeit sicherzustellen und einen Betriebsausfall zu verhindern, ist gemäß einer Variante vorgesehen, dass die Schweißstelle bzw. die Schweißstellen als Schweißnähte ausgeführt ist bzw. sind, die eine Breite aufweist bzw. aufweisen, die mindestens im Bereich des 0,33 bis 0,625-fachen, bevorzugt 0,4 bis 0,47-fachen der Kontaktbreite des Deckelelements mit der Ventilplatte entspricht. Insbesondere bei den auf diesem Gebiet vorliegenden Bauraumrestriktionen bewegt sich die Technik in einem Grenzbereich, da die Schweißnaht in aller Regel bis sehr nahe an den Ventilkörper herangeführt werden muss und insgesamt die Wärmeeinflusszone begrenzt werden soll. Dennoch kann durch die Präzision des Laserschweißens sichergestellt werden, dass eine negative Wärmebeeinträchtigung nicht stattfindet. Wichtig ist daher auch der Abstand zum Rand der Kontaktfläche (Außenumfang des Deckelelements und kontaktierender Innenumfang des Deckelelements). Das Verhältnis von diesem Abstand zur Breite der Schweißstelle bzw. der Schweißstellen sollte bevorzugt außen im Bereich vom 1,0 bis 1,68 und innen im Bereich von 0,5 bis 0,92 liegen. Die Schweißstelle ist somit bevorzugt nach innen versetzt an der Kontaktfläche angebracht.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Deckelelement mittels eines Stanzverfahrens hergestellt ist und der Außenumfang des mit der Ventilplatte in Kontakt stehenden Abschnitts des Deckelelements einen Stanzeinzug aufweist, der auf der der Schweißfuge abgewandten Seite vorstehend ist. Beim Stanzen entsteht in der Regel ein Stanzeinzug, der auf der einen Seite zu einem leichten Einbiegen des Werkstücks und auf der gegenüberliegenden Seite zu einem Vorstehen des Werkstücks führt. Das Deckelelement wir so gestanzt, dass die vorstehende Seite von der Ventilplatte wegweist. Hierdurch lässt sich das Deckelelement flach, d. h. möglichst ohne Spalt auflegen, so dass eine kontaktierende Schweißfuge ausgebildet ist. Durch diese Maßnahme ist es nicht erforderliche, eine Nachbearbeitung des Stanzeinzuges vorzunehmen, wodurch sich Einsparungen bei der Herstellung ergeben. Dennoch kann eine sehr gute Schweißverbindung ausgeführt werden.
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. Hierdurch ist es möglich, dass der Ventilkörper zumindest zum Teil, bevorzugt im Wesentlichen vollständig, vom Deckelelement aufgenommen wird, so dass die Ventilplatte möglichst flach ausgeformt werden kann. Der napfförmige Bereich lässt sich durch einen Tiefziehvorgang sehr einfach in hoher Präzision erzeugen und bildet einen geeigneten Ventilkäfig aus, in dem der Ventilkörper gut geführt ist. Während der Flansch auf der Ventilplatte aufliegt und mit dieser verschweißt ist, kann das Hydraulikfluid durch die Deckelöffnungen ausströmen, sobald der Ventilkörper sich vom Ventilsitz abhebt. Auf eine zentrale Öffnung im napfförmigen Bereich kann verzichtet werden, so dass der Boden des napfförmigen Bereichs gleichzeitig den Auftreffbereich für den Ventilkörper bildet. Bei entsprechender Ausgestaltung der seitlichen Deckelöffnungen kann der Ventilhub relativ klein ausfallen (z. B. 0,25 bis 0,45 mm). Hierdurch wird die Auftreffgeschwindigkeit des Ventilkörpers auf den Auftreffbereich in Grenzen gehalten, weil nur ein geringer Beschleunigungsweg zur Verfügung steht.
Bevorzugt können die Deckelöffnungen zum Außenumfang des Deckelelements hin offen sein, 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. Aufgrund dieser Ausgestaltung steht unmittelbar angrenzend zur Oberseite der Ventilplatte ein Ausströmquerschnitt zur Verfügung, der ansonsten von dem an dieser Stelle aufliegenden Flansch blockiert wäre. Sobald der Ventilkörper vom Ventilsitz abhebt, steht auch ein entsprechender radialer Abströmquerschnitt zum Ausströmen aus dem Rückschlagventil bereit. Die Deckelöffnungen können sich auch zum Umfang des Flansches in ihrer Breite erweitern, so dass der austretende Hydraulikfluidstrom verzögert wird, wodurch ein Einströmen in die Druckkammer verbessert ist.
Des Weiteren kann die Schweißnaht im Querschnitt trapezförmig ausgebildet sein, und eine Tiefe aufweisen, die mindestens dem 0,3-fachen, bevorzugt mindestens 0,5-fachen, der Höhe der Ventilplatte entspricht. Die Schweißnaht soll möglichst tief in die Ventilplatte eindringen. Bevorzugt erfolgt die Verschweißung von vorne, so dass die gesamte Materialdicke des Deckelelements sowie eine bestimmte Tiefe in der Ventilplatte zur Verfügung stehen. Im günstigsten Fall wird die Festigkeit der Schweißverbindung im Wesentlichen durch den Querschnitt am Stoß der beiden Bauteile bestimmt. Angestrebt wird bevorzugt eine tiefe und breite Schweißnaht.
Bei einer weiteren Variante kann vorgesehen werden, dass der Außenumfang des Deckelelements nicht über den Außenumfang der Ventilplatte übersteht und die Ventilplatte in eine Aufnahmebohrung im Gehäuse eingepresst ist. Das Deckelelement muss demnach die Ventilplatte nicht wie bei bekannten Ausführungsformen (z. B. GB 2496267 B ) umgreifen, sondern ist lediglich frontseitig aufgesetzt und ragt nicht über den Außenumfang radial über. Bei entsprechender Verschweißung kann nunmehr das Rückschlagventil ohne weiteres in eine Aufnahmebohrung im Gehäuse eingepresst werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass durch diesen Einpressvorgang das Deckelelement von der Ventilplatte gelöst wird. Die Schweißnaht muss nicht für diesen Einpressvorgang hin optimiert sein.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Rückschlagventil für eine Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8. Das Rückschlagventil umfasst demnach eine Ventilplatte und ein Deckelelement, die mittels Laserschweißen miteinander verschweißt sind, wobei der Ventilkörper aus einem harten bzw. gehärteten Werkstoff besteht und die Ventilplatte und das Deckelelement aus einem Vergütungsstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von > 0,2% und < 0,6% hergestellt sind.
Ein entsprechendes Rückschlagventil stellt eine montagefreundliche und kostengünstig herzustellende Einheit dar, die insbesondere in relativ kleiner Ausführung in hochbelasteten Spannvorrichtungen zum Spannen von endlosen, biegsamen Übertragungsgliedern zum Einsatz kommt. Bevorzugt finden diese Rückschlagventile Anwendung im Automobilbereich bei Spannvorrichtungen eines Steuerkettentriebs. Ein solches Rückschlagventil sollte in der Lage sein, bei einer Frequenz von 200 Hz und einer Belastung von 30 N, eine Dauerhaltbarkeit von 6 × 10⁴ Lastwechsel mindestens auszuhalten. Hierzu kann auch ein entsprechender Innenübergangsradius zwischen dem Umfangsabschnitt des napfförmigen Bereichs und dem den Boden bildenden Auftreffbereich vorhanden sein, der z. B. 0,8 mm beträgt.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines Rückschlagventils für eine Spannvorrichtung zum Spannen eines endlosen, biegsamen Übertragungsgliedes. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
Herstellen eines Ventilkörpers aus einem harten bzw. gehärteten Werkstoff,
Bereitstellen eines weichgeglühten Ventilplattenrohlings aus einem Vergütungsstahl mit > 0,2% und < 0,6% Kohlenstoff, form- und maßhaltiges Bearbeiten des Ventilplattenrohlings im weichgeglühten Zustand und anschließendes Fertigstellen der Ventilplatte durch Vergüten,
Bereitstellen eines weichgeglühten Deckelelementrohlings aus einem Vergütungsstahl mit > 0,2% und < 0,6% Kohlenstoff, form- und maßhaltiges Bearbeiten des Deckelelementrohlings im weichgeglühten Zustand und anschließendes Fertigstellen des Deckelelements durch anschließendes Vergüten,
Laserverschweißen der vergüteten Ventilplatte und des vergüteten Deckelelements.
Das form- und maßhaltige Bearbeiten sowohl der Ventilplatte als auch des Deckelelements im weichgeglühten Zustand führt zu hohen Standzeiten der entsprechenden Werkzeuge. Darüber hinaus vereinfacht sich auch die Formgebung, ohne dass zu hohe Materialbelastungen zu erwarten sind. Die Herstellung mittels eines Folgeverbundverfahrens ist von Vorteil. Bevorzugt nach Beenden des form- und maßhaltigen Bearbeitens erfolgt das Vergüten (Härten und Anlassen), so dass sowohl die Ventilplatte als auch das Deckelelement die notwendige Festigkeit bzw. Härte aufweisen, um den Belastungen, die der Ventilkörper auf diese ausübt, standzuhalten. Aufgrund der Tatsache, dass das Vergüten der Elemente keine Veränderung in der Zusammensetzung des Materials bewirkt (anders als beim Einsatzhärten), ist es auch sehr gut schweißbar. Mit anschließendem Laserverschweißen lässt sich eine hochpräzise Verbindung von der Ventilplatte und des Deckelementes durchführen, wobei die hochbeanspruchten Bereiche, die mit dem Ventilkörper in Kontakt kommen, von der Verschweißung maßgeblich nicht beeinflusst werden und ihre Härte behalten. Die Ventilplatte kann z. B. auf eine Härte von ca. 50 + 4 HRC und das Deckelement auf eine Härte von ca. 43 + 4 HRC vergütet werden. Das Verschweißen kann auch unter Schutzgasatmosphäre (wie z. B. Stickstoff oder Argon) erfolgen. Die getroffene Materialwahl und die Verbindungstechnik eröffnen neue Möglichkeiten zur Ausgestaltung eines solchen hochbelastbaren Rückschlagventils für Spannvorrichtungen, wobei eine ausreichende Festigkeit der Verbindung erzielt werden kann, ohne dass die Verbindungstechnik durch die vorgenommene Materialwahl und Wärmebehandlung nachteilig beeinflusst wird.
Bevorzugt kann die Schweißstelle bzw. können die Schweißstellen einer fertigungssteigernden Wärmebehandlung unterzogen werden. Hier eignet sich z. B. eine Wärmebehandlung bei ca. 180°C über ca. zwei Stunden. Hauptsächlich werden Spannungen abgebaut, die durch das Verschweißen eingebracht worden sind. Sofern das gesamte Rückschlagventil dieser Wärmebehandlung unterzogen wird, hat die relativ niedrige Temperatur und Behandlungsdauer nur einen geringfügigen Einfluss auf die Festigkeit und Härte der übrigen Bereiche und Elemente des Rückschlagventils.
Günstigerweise kann des Laserverschweißen mittels eines Faserlasers erfolgen, der senkrecht zur Hauptbewegungsbahn des Lasers auf dem Werkstück oszillierende Bewegungen ausführt. Die Hauptbewegungsbahn ist bevorzugt die Mittellinie der Schweißnaht, um die der Faserlaser oszilliert. Diese Bewegung des Laserstrahls wird auch Wobbeln genannt. Auf diese Weise wird die Schweißnaht tief und breit. Im Querschnitt ist die Schweißverbindung bevorzugt trapezförmig. Bevorzugt verläuft die Hauptbewegungsbahn konzentrisch um die Mittelachse des Rückschlagventils.
Günstigerweise umfasst gemäß einer Verfahrensvariante das form- und maßhaltige Bearbeiten des Deckelementrohlings ein Stanzverfahren, wobei der Außenumfang des mit der Ventilplatte in Kontakt zu bringenden Abschnitts des Deckelelements einen Stanzeinzug aufweist, der auf der der Schweißfuge abgewandten Seite vorsteht. Bestandteil des form- und maßhaltigen Bearbeitens ist auch das Ausstanzen des Deckelementrohlings aus einem Bandmaterial. Hierdurch werden bereits die äußersten Umfangsbereiche des Deckelelements erzeugt und bedürfen keiner weiteren Nachbearbeitung. Eventuell seitliche Deckelöffnungen können gleichzeitig bei diesem Vorgang migeformt oder anschließend gestanzt werden, wobei die Stanzrichtung bevorzugt in die gleiche Richtung weist. Ein eventuell vorhandener napfförmiger, einen Auftreffbereich für den Ventilkörper formender Bereich, kann zuerst oder nach dem Stanzen eingeformt werden. Auf jeden Fall kann das so hergestellte Deckelelement im Verbindungsbereich zwischen Deckelelement und Ventilplatte flach aufgedrückt werden, so dass die Schweißfuge im Wesentlichen keinen Spalt aufweist. Hierdurch kann auch verhindert werden, dass keine Schweißspritzer in das Innere des Rückschlagventils gelangen. Der Laserstrahl trifft bevorzugt auf die Vorderseite des Deckelelementes und dringt mit seiner Wirkung durch dieses hindurch und schmilzt zumindest bereichsweise die Ventilplatte im entsprechenden Bereich auf. Diese Vorgehensweise ermöglicht ein einfaches form- und maßhaltiges Bearbeiten des Deckelelementrohlings und trotzdem eine gute Ausführung der Schweißnaht. Insgesamt führt dies zu einer Reduktion der Herstellkosten.
Eine weitere Verfahrensvariante sieht vor, dass die Ventilplatte eine Ventilöffnung aufweist und auf beiden Seiten der Ventilplatte um die Ventilöffnung ein Ventilsitz geformt wird. Hierdurch ist die Ventilplatte richtungsungebunden verbaubar, wodurch sich eine weitere Vereinfachung ergibt, weil ein vorheriges Ausrichten der Ventilplatte hinsichtlich Vorder- und Rückseite entfallen kann. Der Ventilsitz lässt sich sehr einfach durch entsprechende Prägewerkzeuge einformen. Das Deckelelement lässt sich demnach alternativ entweder mit der Vorder- oder mit der Rückseite der Ventilplatte verschweißen.
Besonders günstig ist eine Verfahrensvariante, bei der das Deckelelement mittels des form- und maßhaltigen Bearbeitens einen zentralen napfförmigen, einen Auftreffbereich für den Ventilkörper formenden Bereich und ein von diesem radial abstehenden, mit der Ventilplatte in aufliegenden Kontakt bringbaren Flansch aufweist und das Deckelelement und die Ventilplatte während des Laserschweißens derart gegeneinander gedrückt werden, dass keine Schweißspritzer aus der Schweißfuge in das Innere zwischen Deckelelement und Ventilplatte gelangen. Ein nachträglicher Reinigungsschritt zum Beseitigen von Schweißspritzern, die sich nachteilig auf die Funktionsfähigkeit des Rückschlagventils auswirken können, kann daher entfallen, weil mit großer Prozesssicherheit solche Schweißspritzer vermeidbar sind. Die Verschweißung erfolgt möglichst im Zentrum des Kontaktbereichs zwischen Deckelelement und Ventilplatte und endet jeweils im Abstand zum Rand des Kontaktbereichs, so dass die Schweißnaht im Wesentlichen rahmenförmig von einem nicht verschweißten Kontaktbereich umgeben ist. Da beim Verschweißen die Ventilplatte und das Deckelelement aufeinander gedrückt werden, wird hierdurch auch verhindert, dass Schweißspritzer seitlich aus der Schweißfuge austreten. Bevorzugt erfolgt die Zentrierung des Deckelelements und der Ventilplatte zueinander nicht durch Formschluss am Umfang, sondern durch geeignete Positionierwerkzeuge, in denen diese während des Schweißvorgangs eingelegt bzw. eingespannt sind. Dies vereinfacht nochmals die Formgestaltung des Deckelelements und der Ventilplatte. Weder muss die Ventilplatte einen Innenumfangsbereich aufweisen, in den das Deckelelement zentrierend eingreift, noch muss das Deckelelement einen solchen Innenumfangsbereich aufweisen, in den zumindest ein Abschnitt der Ventilplatte zentrierend eingreift. Zusätzliche oder angeformte Befestigungselemente sind ebenfalls nicht erforderlich, weil die Schweißverbindung entsprechend stabil ausführbar ist. Dies alles führt in der Gesamtheit zu Kosteneinsparungen, die bei der Massenproduktion derartiger Spannvorrichtungen von entscheidendem Vorteil sind. Zusätzlich wird auch die Prozesssicherheit sehr stark erhöht, weil sich das form- und maßhaltige Bearbeiten des Deckelelements und der Ventilplatte vereinfacht und ein Laserschweißen mit hoher Präzision durchzuführen ist. Entscheidend ist bei der vorliegenden Erfindung das Zusammenspiel von gewählter Verbindungstechnik und geeigneter Materialwahl, wodurch sich diese Vorteile ergeben.
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_P 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 MD 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. 35) 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, 0014]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 5401 G10 [0045]

Claims

Spannvorrichtung (8) zum Spannen eines endlosen, biegsamen Übertragungsgliedes, mit einem Gehäuse (12), einen im Gehäuse (12) 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 eine den Ventilkörper (21) käfigartig umschließendes Deckelelement (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte (20) und das Deckelelement (22) miteinander mittels Laserschweißen verschweißt sind, der Ventilkörper (21) aus einem harten bzw. gehärteten Werkstoff besteht und die Ventilplatte (20) und das Deckelelement (22) aus einem Vergütungsstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von > 0,2% und < 0,6% hergestellt sind.
Spannvorrichtung (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Schweißstelle bzw. die Schweißstellen einer festigkeitssteigernden Wärmebehandlung unterzogen worden sind.
Spannvorrichtung (8) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißstelle bzw. die Schweißstellen als Schweißnähte (SN) ausgeführt sind, die eine Breite aufweist bzw. aufweisen, die im Bereich des 0,33 bis 0,625-fachen, bevorzugt 0,4 bis 0,47-fachen der Kontaktbreite (B_K) des Deckelelements (22) und der Ventilplatte (20) entspricht.
Spannvorrichtung (8) nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (22) mittels eine Stanzverfahrens hergestellt ist und der Außenumfang (38) des mit der Ventilplatte (20) in Kontakt stehenden Abschnitts des Deckelelements (22) einen Stanzeinzug aufweist, der auf der der Schweißfuge abgewandten Seite vorstehend ist.
Spannvorrichtung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (22) einen zentralen, napfförmigen, einen Auftreffbereich (34) 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 (38) 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 einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnaht (SN) im Querschnitt trapezförmig ausgebildet ist und eine Tiefe aufweist, die mindestens das 0,2-fache, bevorzugt mindestens das 0,5-fache, der Höhe (H_V) der Ventilplatte (20) entspricht.
Spannvorrichtung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenumfang (38) des Deckelelements (22) nicht über den Außenumfang (29) der Ventilplatte (20) übersteht und die Ventilplatte (20) in einer Aufnahmebohrung (15) im Gehäuse (12) eingepresst ist.
Rückschlagventil (19) für eine Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte (20) und das Deckelelement (22) miteinander mittels Laserschweißen verschweißt sind, der Ventilkörper (21) aus einem harten bzw. gehärteten Werkstoff besteht und die Ventilplatte (20) und das Deckelelement (22) aus einem Vergütungsstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von > 0,2% und < 0,6% hergestellt sind.
Verfahren zum Herstellen eines Rückschlagventils (19) für eine Spannvorrichtung (8) zum Spannen eines endlosen, biegsamen Übertragungsgliedes: Herstellen eines Ventilkörpers aus einem harten bzw. gehärteten Werkstoff, Bereitstellen eines weichgeglühten Ventilplattenrohlings aus einem Vergütungsstahl mit > 0,2% und < 0,6% Kohlenstoff, form- und maßhaltiges Bearbeiten des Ventilplattenrohlings im weichgeglühten Zustand und anschließendes Fertigstellen der Ventilplatte (20) durch Vergüten, Bereitstellen eines weichgeglühten Deckelelementrohlings aus einem Vergütungsstahl mit > 0,2% und < 0,6% Kohlenstoff, form- und maßhaltiges Bearbeiten des Deckelelementrohlings im weichgeglühten Zustand und anschließendes Fertigstellen des Deckelelements (22) durch Vergüten, Laserverschweißen der vergüteten Ventilplatte (20) und des Deckelelements (22).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißstelle bzw. die Schweißstellen einer fertigkeitssteigernden Wärmebehandlung unterzogen werden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserverschweißen mittels eines Faserlasers erfolgt, der senkrecht zur Hauptbewegungsbahn des Lasers auf dem Werkstück oszillierende Bewegungen ausführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das form- und maßhaltige Bearbeiten des Deckelelementrohlings ein Stanzverfahren umfasst und der Außenumfang (38) des mit der Ventilplatte (20) in Kontakt zu bringenden Abschnitts des Deckelements (22) einen Stanzeinzug aufweist, der auf der der Schweißfuge abgewandten Seite vorsteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte (20) eine Ventilöffnung (23) aufweist und auf beiden Seiten der Ventilplatte (20) um die Ventilöffnung (23) eine Ventilsitz (26.1, 26.2) geformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (22) mittels des form- und maßhaltigen Bearbeitens einen zentralen napfförmigen, einen Auftreffbereich (34) für den Ventilkörper (21) formenden Bereich (30) und einen von diesem radial abstehenden, mit der Ventilplatte (20) in aufliegenden Kontakt bringbaren Flansch (31) geformt bekommt und das Deckelelement (22) und die Ventilplatte (20) während des Laserschweißens derart gegeneinander gedrückt werden, dass keine Schweißspritzer aus der Schweißfuge in das Innere zwischen Deckelelement (22) und der Ventilplatte (20) gelangen.