DE102016112165A1

DE102016112165A1 - Spannvorrichtung mit temperaturabhängiger Vorspannung

Info

Publication number: DE102016112165A1
Application number: DE102016112165.7A
Authority: DE
Inventors: Simon Lenz; Andreas Görmer
Original assignee: Iwis Motorsystem GmbH and Co KG
Current assignee: Iwis Motorsystem GmbH and Co KG
Priority date: 2016-07-04
Filing date: 2016-07-04
Publication date: 2018-01-04

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für einen Endlostrieb, insbesondere Steuertrieb eines Verbrennungsmotors, mit einem Spannkolben und einer im Betrieb auf den Spannkolben in Spannrichtung wirkenden Vorspannfeder. Eine derartige Spannvorrichtung soll sowohl für den Kaltstart als auch für den Normalbetrieb eines Verbrennungsmotors optimiert werden. Hierzu ist eine im Betrieb auf den Spannkolben entgegen der Spannrichtung wirkende, die resultierende Vorspannung des Spannkolbens betriebstemperaturabhängig beeinflussende Gegenfeder vorgesehen. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auch auf einen entsprechenden Endlostrieb für einen Verbrennungsmotor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für einen Endlostrieb, insbesondere Steuertrieb eines Verbrennungsmotors, mit einem Spannkolben und einer im Betrieb auf den Spannkolben in Spannrichtung wirkenden Vorspannfeder.
Derartige Spannvorrichtungen sind insbesondere an Verbrennungsmotoren weit verbreitet im Einsatz, um eine ausreichende Spannung einer Kette oder eines Riemens sicherzustellen. Häufig handelt es sich bei Kettenspannern um an die Motorölhydraulik angeschlossene Spannvorrichtungen, die ein Spannergehäuse und einen im Spannergehäuse verschiebbar geführten Spannkolben umfassen. Zwischen dem Spannergehäuse und dem Spannkolben ist eine Druckkammer für das Hydraulikfluid ausgeformt. In dieser Druckkammer befindet sich auch eine Vorspannfeder (Kolbenfeder), die bereits eine Vorspannung auf den Spannkolben und somit die Kette übertragen kann, wenn sich noch kein ausreichender Druck im Inneren der Druckkammer aufgebaut hat. Dies ist insbesondere bei der Startphase eines Motors der Fall. Üblicherweise befindet sich zwischen dem Spannkolben und dem Spannergehäuse ein ringförmiger Leckagespalt, durch den Hydraulikfluid gedrosselt austreten kann, so dass sich im Zusammenspiel mit der Druckkammer eine Dämpfungswirkung ergibt. Andere Dämpfungskonzepte sind jedoch im Stand der Technik ebenfalls bekannt. Kettenspanner beaufschlagen mit ihrem Spannkolben in aller Regel eine schwenkbar angeordnete Spannschiene, die gegen die Kette gedrückt wird. In vielen Fällen handelt es sich dabei um die Steuerkette eines Verbrennungsmotors, der jedoch auch andere Kettentriebe aufweisen kann. Die Spannschiene ist bevorzugt dem Lostrum des Kettentriebes zugeordnet, der sich zwischen Kurbelwellenkettenrad und einem Nockenwellenkettenrad befindet. Derartige Triebe sind hohen dynamischen Belastungen ausgesetzt und insbesondere beim (Kalt)Motorstart soll ein Startklappern und Überspringen der Kette verhindert werden, obwohl sich in dieser Phase eventuell noch kein ausreichender Öldruck in der Druckkammer aufbaut. Dieses Problem wird in aller Regel dadurch gelöst, dass häufig starke Vorspannfedern eingesetzt werden. Das führt zwar zu einer Verbesserung der (Kalt)Motorstartsituation; jedoch ist die Vorspannkraft der Spannvorrichtung auf die Kette in den anderen Betriebspunkten in aller Regel zu hoch, wodurch größere Kräfte und höhere Reibung beherrscht werden müssen. Als Vorspannfedern werden in den meisten Fällen Schraubendruckfedern aus Federstahl eingesetzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Spannvorrichtung bereitzustellen, die eine verbesserte Vorspanncharakteristik aufweist.
Hierzu ist bei einer gattungsgemäßen Spannvorrichtung vorgesehen, dass eine im Betrieb auf den Spannkolben entgegen der Spannrichtung wirkende, die resultierende Vorspannung des Spannkolbens betriebstemperaturabhängig beeinflussende Gegenfeder vorgesehen ist. D.h., dass die von der Vorspannfeder beim Andrücken an die Kette aufgebrachte Vorspannung von Anfang an von einer Gegenfeder wieder zu einer resultierenden Vorspannung reduziert wird. Die von der Gegenfeder aufgebrachte Gegenkraft ist betriebstemperaturabhängig, weshalb der Motorzustand bei der sich daraus ergebenden resultierenden Vorspannung Berücksichtigung finden kann.
Bevorzugt kann dabei die Gegenfeder eine Federkennlinie aufweisen, die bei steigender Betriebstemperatur eine Erhöhung der Federkraft der Gegenfeder derart beinhaltet, dass die resultierende Vorspannung des Spannkolbens betriebstemperaturabhängig bei steigender Betriebstemperatur reduzierbar ist. Hier sollen sämtliche Verläufe von Federkennlinien Berücksichtigung finden, unabhängig davon, ob sie eine kontinuierliche Erhöhung der Federkraft bei steigender Temperatur aufweisen oder eine stufen- oder sprunghafte Veränderung (die sich auch über einen bestimmten Bereich vollziehen kann) umfassen. Eine im warmen Zustand des Verbrennungsmotors herabgesenkte Vorspannkraft ist von enormem Vorteil, weil hierdurch die Belastung auf die Kette und auch der Verschleiß herabgesetzt werden. Beim (Kalt)Motorstart ist noch eine ausreichende Vorspannkraft durch die Vorspannfeder vorhanden, um die gewollten positiven Wirkungen zu erzielen, während dann im warmen Zustand des Verbrennungsmotors eine entsprechende Reduktion der resultierenden Vorspannkraft stattgefunden hat bzw. stattfindet.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Gegenfeder eine Formgedächtnisfeder ist. Hierunter ist ein Feder aus einem Formgedächtnismaterial, meist eine Legierung, z. B. eine Titan-Nickel-Legierung, zu verstehen, die unter Umständen einen sogenannten „Memory-Effekt“ bereitstellen kann. Solche Formgedächtnisfedern weisen in aller Regel einen bestimmten eingegrenzten Temperaturbereich auf, indem sie ihre Federkraft anheben von einem anfänglichen Niveau auf ein höheres Niveau. Wenn in diesem Zusammenhang von gleicher oder unterschiedlicher Federkraft gesprochen wird, ändern sich außer der Temperatur keine weiteren Randbedingungen.
Formgedächtnisfedern sind im Bereich der Spannvorrichtungen für Endlostriebe z.B. bereits aus der DE 10 2012 025 330 A1 bekannt. Dort werden sie jedoch dazu eingesetzt, die Längenänderung des Umschlingungselements aufgrund der durch den Betrieb der Brennkraftmaschine resultierenden Umgebungstemperatur auszugleichen. Hierauf zielt die vorliegende Erfindung nicht ab, sondern es soll eine temperaturabhängige resultierende Vorspannung erzeugt werden. Aus diesem Grunde ist in der bekannten Druckschrift auch nur die Verwendung im Zusammenhang mit einem Riementrieb als Ausführungsbeispiel erläutert.
Bei einer besonders einfachen Ausgestaltung ist oder sind die Vorspannfeder und/oder die Gegenfeder eine Schraubendruckfeder. Hierbei handelt es sich um eine gängige Federkonstruktion, die in ihrer Herstellungsweise und Eigenschaft bestens bekannt und berechenbar ist. Bevorzugt sind dann die Vorspannfeder und die Gegenfeder koaxial zur Spannkolbenachse angeordnet, so dass sich deren Kräfte auch unmittelbar beeinflussen und auch keine Querkräfte aufgefangen werden müssen, wodurch unnötige Reibung vermieden wird.
Der Spannkolben kann einen in einem Spannergehäuse geführten Abschnitt, in dem eine Aufnahmebohrung angeordnet ist, aufweisen, wobei in der Aufnahmebohrung der eine Endbereich der Spannfeder angeordnet ist, und Abschnitte aufweist, um den die Gegenfeder angeordnet ist. Diese Abschnitte können auch identisch sein oder sich überschneiden. Die Anordnung der Spannfeder und der Gegenfeder in bzw. am Spannkolben stellt eine einfache Ausgestaltung zur guten Führung der Federn dar. Bevorzugt kann der im Spannergehäuse geführte Abschnitt im Durchmesser größer als und in Achsrichtung der Spannkolbenachse versetzt sein zum Abschnitt, um den die Gegenfeder angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, die Gegenfeder im Durchmesser so auszugestalten, dass sie sehr gut von dem Spannergehäuse aufgenommen werden kann, insbesondere könnte diese in der Gehäusebohrung Aufnahme finden, in der der geführte Abschnitt des Spannkolbens angeordnet ist. Gleichzeitig wird die Gegenfeder optimal vom Spannkolben geführt.
Bevorzugt kann das Spannergehäuse jeweils eine Abstützfläche sowohl für die Spannfeder als auch für die Gegenfeder bereitstellen. Bei einer Konstruktion, wo sich die andere Seite der jeweiligen Feder am Spannkolben abstützt, sind dann beide Federn im Spannergehäuse untergebracht, so dass in diesem selbst die jeweiligen Gegenkräfte kompensiert sind. Hier kann dann eine entsprechende Anpassung an die aufzunehmenden Kräfte erfolgen.
Eine Ausgestaltung ist von besonderem Vorteil. Bei dieser weist das Spannergehäuse eine frontseitig, mit dem restlichen Spannergehäuse verbundene Kappe auf, die vom vorderen Abschnitt des Spannkolbens durchdrungen ist und in deren Inneren die Abstützfläche der Gegenfeder angeordnet ist, wobei zwischen der Kappe und dem Spannkolben und gegebenenfalls dem restlichen Spannergehäuse ein Aufnahmeraum für die Gegenfeder geformt ist. Die Kappe kann auf unterschiedlichste Weise mit dem restlichen Spannergehäuse verbunden werden. Besonders einfach ist eine Schraubverbindung, die sehr leicht in der Lage ist, die entsprechenden Kräfte aufzunehmen und evtl. eine Abstimmung bzw. Einstellung der resultierenden Vorspannung ermöglicht. Aufgrund der Tatsache, dass beide Federn im Spannergehäuse integriert sind, erfolgt auch sehr schnell eine Wärmeübertragung auf die Gegenfeder, die dann entsprechend temperaturabhängig die resultierende Vorspannkraft verändern kann. Sämtliche Maßnahmen, die zu einer schnellen Temperaturführung vom Verbrennungsmotor auf die Gegenfeder führen, sind in diesem Zusammenhang zu bevorzugen.
Von besonderem Vorteil ist eine hydraulische Spannvorrichtungsvariante, bei der zwischen dem Spannergehäuse und dem Spannkolben ein Druckraum für Hydraulikflüssigkeit gebildet ist, wobei die Spannfeder in dem Druckraum angeordnet ist und die Hydraulikflüssigkeit im Spannergehäuse derart geführt ist, dass die Gegenfeder mit der Hydraulikflüssigkeit in Kontakt kommt. Solche hydraulischen Spannvorrichtungen sind in aller Regel an die Motorölhydraulik angeschlossen, wobei das Motoröl sehr schnell erwärmt wird und diese Wärme bei einer derartigen Konstruktion sehr schnell auf die Gegenfeder übertragen wird.
Günstigerweise können der Druckraum und der Aufnahmeraum für die Gegenfeder in Strömungsverbindung stehen, so dass im Betrieb die Hydraulikflüssigkeit in den Aufnahmeraum strömt und die Gegenfeder zumindest bereichsweise umgibt. Bei einer besonders vorteilhaften Variante ist der Aufnahmeraum Bestandteil des Strömungskanals für die Hydraulikflüssigkeit, so dass ein besonders guter Kontakt zwischen Hydraulikflüssigkeit und Gegenfeder vorhanden ist.
Bevorzugt kann die Strömungsverbindung im Spannkolben als eine die Druckkammer mit der Aufnahmekammer verbindende Bohrung ausgestaltet sein. Bevorzugt wird diese Bohrung als Drosselbohrung ausgeführt werden, so dass sich in der Druckkammer der gewünschte Druck aufbauen kann. In vielen hydraulischen Spannvorrichtungsausgestaltungen ist im Druckraum neben der Vorspannfeder auch ein zumeist aus Kunststoff ausgebildeter Füllkörper vorhanden. Dieser Füllkörper weist oftmals eine Pilzform auf und ist zwischen dem Spannkolben und der Vorspannfeder angeordnet. Eine Zusatzfunktion dieses Füllkörpers ist auch eine Drosselung. Ein solcher Füllkörper kann der die Druckkammer mit der Aufnahmekammer verbindenden Bohrung im Strömungsweg vorgeordnet sein und für eine zusätzliche Drosselung sorgen.
Günstigerweise kann die resultierende Vorspannung aufgrund der Federkennlinie der Gegenfeder im Betrieb temperaturabhängig um mindestens 10 %, bevorzugt um mindestens 20 %, bis maximal 50 %, bevorzugt bis maximal 70 % reduzierbar sein. Wichtig ist eine erkennbare und technisch sinnvolle Reduktion der resultierenden Vorspannung, die zu einem nennenswerten technischen Effekt führt. Aufgrund der Vielfalt unterschiedlicher Antriebskonzepte, kann auch die gewünschte Reduktion der resultierenden Vorspannung sehr vielfältig sein. Ein Aufheben der Vorspannung wird aber bei diese Einsatzzwecken wohl nie Ziel sein und der betriebene Aufwand muss für eine nennenswerte minimale Reduktion sorgen.
Gemäß einer günstigen Weiterbildung kann die Gegenfeder eine Federkennlinie aufweisen, die zu einer Reduzierung der resultierenden Vorspannung oberhalb von 30°C, bevorzugt oberhalb von 40°C führt, wobei die minimale Reduzierung der resultierenden Vorspannung bei 50°C, bevorzugt bei 70°C und weiter bevorzugt bei 90°C erreicht ist. Üblicherweise soll bei den gängigen Umgebungstemperaturen, die bei einem Kaltstart eines Verbrennungsmotors vorkommen können, noch die volle resultierende Vorspannung vorhanden sein. Bei warmen oder sehr heißen Sommertagen ist zwar das Motoröl bereits dünnflüssiger, jedoch ist beim Kaltstart immer noch kein ausreichender Druck im Druckraum vorhanden, so dass ein Startklappern zu vermeiden ist. Ab einer bestimmten Temperatur soll jedoch die minimale Herabsetzung der resultierenden Vorspannung um mindestens 10 %, bevorzugt mindestens 20 %, erreicht sein. Bei Befolgung dieser Regel werden die meisten Betriebsbedingungen abgedeckt sein, ohne dass ein allzu großer technischer Aufwand betrieben werden muss.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf einen Endlostrieb für einen Verbrennungsmotor mit einem antreibenden Rad, mindestens einem abtreibenden Rad, einem flexiblen Umschlingungsmittel wie Kette oder Riemen und einer Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–14.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1: eine schematische Vorderansicht eines Steuerkettentriebs
2: eine Variante eines Einschraubkettenspanners aus 1 im Vollschnitt und
3: eine Variante eines Kettenspanners im schematischen Vollschnitt.
Der in 1 dargestellte Steuerkettentrieb 1 eines Verbrennungsmotors umfasst zwei oben liegende Noppenwellenkettenräder 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 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 7 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 lediglich exemplarisch auf ein Spannergehäuse 12 in Form eines Einschraubgehäuses verwiesen. Die in der 2 dargestellte Spannvorrichtung (Einschraubkettenspanner) 8 umfasst ein hohlzylindrisches Spannergehäuse 12 und den ebenfalls teilweise als Hohlzylinder ausgestalteten Kolben 10. In dem hohlzylindrischen Teil des Spannergehäuses 12 ist eine Kolbenbohrung 13 vorgesehen, in der der Spannkolben 10 längsbeweglich entlang der Achse A geführt wird. Am Boden der Kolbenbohrung 13 sind ein Sitz 14 zur Aufnahme eines Rückschlagventils 15 und eine Versorgungskammer 16 vorgesehen. Die Versorgungskammer 16 ist durch eine Versorgungsbohrung 17 mit dem Ölkreislauf eines Verbrennungsmotors verbunden. Das Gehäuse 12 weist weiter auf seinem Außenumfang einen Gewindeabschnitt 18 auf. Im Kopfbereich 19, der zum Einschrauben mit einem Sechskant versehen ist, ist ein Flansch 20 angeordnet, so dass unter Zwischenschaltung eines axialen, nicht dargestellten Dichtrings und eines radial wirkenden, ebenfalls nicht dargestellten O-Rings das Spannergehäuse 12 mittels des Gewindeabschnitts 18 im Motorblock 9 eines Verbrennungsmotors montiert waren kann, wobei der Flansch 20 das Einschrauben der Spannvorrichtung 8 begrenzt. Alternativ kann das Spannergehäuse 2 bzw. die Spannvorrichtung 8 auch als Flanschgehäuse bzw. Flanschspannvorrichtung ausgeführt sein.
Im Inneren der Spannvorrichtung 8 ist zwischen der mit einer Aufnahmebohrung 20 versehenen Rückseite des Spannkolbens 10 und dem Gehäuse 11 eine Druckkammer 22 angeordnet. Die Aufnahmebohrung 21 weist an ihren offenen Enden einen Einführkonus auf, an ihrem anderen Ende befindet sich eine konische Abstützfläche 23. Zwischen dem Spannkolben 10 und dem Gehäuse 11 ist eine Vorspannfeder (Schraubendruckfeder) 24 aus Federstahl angeordnet. Die Vorspannfeder 24 stützt sich zum einen am Konus der Kolbenbohrung 13 bzw. an dem Rückschlagventil 15 und zum anderen an der Kopfunterseite eines pilzförmigen Füllkörpers 25 ab. Der Füllkörper 25 dient vorrangig der Volumenreduktion der Druckkammer 22, sodass diese mit weniger Hydraulikfluid zur Befüllung auskommt. Zusätzlich wird der Spannkolben 10 noch geschützt, weil der aus Kunststoff bestehende Füllkörper 25 als Abstützschutz für das vordere Ende der Vorspannfeder 24 dient.
Der Spannkolben 10 weist einen hinteren, im Durchmesser größeren Abschnitt 25 auf, der in der Kolbenbohrung 13 geführt ist und einen im Durchmesser kleineren vorderen Abschnitt 26 auf, dessen Stirnfläche mit dem Andrückbereich 7 der Spannschiene 6 zur Anlage kommt.
Zum Spannergehäuse 12 gehört eine frontseitig angeordnete Kappe 27, die auf das vordere Ende des restlichen Gehäuses aufgeschraubt ist. Die Kappe 27 weist eine Durchgangsöffnung 28 auf, durch die sich der vordere Abschnitt 26 des Spannkolbens 10 nach außen erstreckt. Aufgrund der Kappe 27 ist zwischen dem Spannergehäuse 12 einschließlich der Kappe 27 und dem Spannkolben 10 ein Aufnahmeraum 29 ausgebildet, in dem eine auf den Spannkolben 10 wirkende Gegenfeder 30 angeordnet ist. Die Gegenfeder 30 ist ebenfalls als Schraubendruckfeder ausgestaltet und stützt sich an einer ringförmigen Abstützfläche 31 am Spannkolben 10 und an einer ringförmigen Abstützfläche im Inneren der Kappe 27 ab. Die Abstützfläche 31 am Spannkolben 10 ist zwischen dem im Durchmesser größeren, hinteren Abschnitt 25 und dem im Durchmesser kleineren, vorderen Abschnitt 26 ausgebildet. Die Abstützfläche 32 umgibt die Durchgangsöffnung 28. Die Vorspannfeder 24 und die Gegenfeder 30 sind koaxial zur Achse A des Spannkolbens 10 angeordnet.
Der Spannkolben 10 weist eine vom Zentrum der kegelförmigen Abstützfläche 23 ausgehende schräge Bohrung 33 mit einem kleinen Durchmesser auf, an die sich eine Bohrungserweiterung 34 anschließt. Im Zusammenspiel mit dem Füllkörper 35, der Abstützfläche 23 sowie der Bohrung 33 und der Bohrungserweiterung 34 ergibt sich eine gedrosselte Strömungsverbindung zwischen der Druckkammer 22 und dem Aufnahmeraum 29. Die Durchgangsöffnung 28 ist so bemessen, dass sich in den Aufnahmeraum 29 nur ein vorbestimmter, bevorzug möglichst niedriger Hydraulikdruck aufbauen kann.
Die Gegenfeder 30 besteht aus einer Formgedächtnislegierung mit Memory-Effekt. Im vorliegenden Fall wird eine Nickel-Titan-Legierung verwendet, aber auch andere Formgedächtnislegierungen sind einsetzbar. Solche Werkstoffe weisen meist eine sogenannte Umwandlungstemperatur auf, wobei eher von einem Umwandlungsbereich zu sprechen ist. Das bedeutet, dass bei ansonsten gleichen Ausgangsbedingungen eine andere Eigenschaft erreicht wird, wenn die Temperatur sich verändert und die Umwandlungstemperatur (Umwandlungstemperaturbereich) über- bzw. unterschritten wird. Im vorliegenden Fall ändert sich die Federkraft bei Über- bzw. Unterschreiten dieses Umwandlungstemperaturbereichs. Die resultierende Vorspannkraft der Spannvorrichtung 8 ergibt sich nämlich aus der Differenz der von der Vorspannfeder 24 auf den Spannkolben 10 ausgeübten Federkraft und der entsprechend in Gegenrichtung auf den Spannkolben 10 aufgebrachten Federkraft der Gegenfeder 30. Im Arbeitsbereich unter Betriebsbedingungen ist die Federkraft der Vorspannfeder 24 größer als die Federkraft der Gegenfeder 30. Allerdings ist die Kraft der Gegenfeder 30 betriebstemperaturabhängig veränderbar. Erreicht eine Betriebstemperatur eine Größenordnung, die den Umschalttemperaturbereich der Gegenfeder 30 überstreicht, dann erhöht sich im vorliegenden Fall die Federkraft der Gegenfeder 30. Das bedeutet im Umkehrschluss, dass sich die resultierende Vorspannung der Spannvorrichtung 8 verringert und die Steuerkette 4 unter den warmen Betriebsbedingungen mit einer geringeren Vorspannung beaufschlagt wird.
Die Gegenfeder 30 weist einen Außendurchmesser auf, der kleiner ist als der Durchmesser der Kolbenbohrung 13, sodass sie in die Kolbenbohrung 13 eintauchen kann.
Die Federkennlinie der Gegenfeder 30 ist aufgrund der Materialeigenschaften und der Ausgestaltung so gewählt, dass die Umschalttemperatur bzw. der Umschalttemperaturbereich möglichst hoch liegt; jedoch unterhalb der in aller Regel zu erreichenden späteren Betriebstemperatur im warmen Motorzustand. Die Erhöhung der Federkraft der Gegenfeder 30 soll sich unter normalen Betriebsbedingungen (im Wesentlichen abhängig von der Außentemperatur) nicht bereits im „kalten“ Motorzustand einstellen. Deshalb liegt im vorliegenden Beispiel diese Umschalttemperatur (Umschalttemperaturbereich) oberhalb von 70°C (und somit oberhalb von 30°C). Andere Temperaturabstimmungen, auch höhere, sind möglich.
Im Folgenden wird die Wirkungs- und Funktionsweise des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Wird ein Verbrennungsmotor erst nach längerer Zeit (z. B. bei einem Stillstand über Nacht oder sogar mehrere Tage), also im „kalten“ Motorzustand wieder in Betrieb genommen, dann ist zumeist aufgrund von Leckageverlusten kein ausreichender Hydraulikfluiddruck mehr in der Druckkammer 22 vorhanden. Demnach wirkt auf die Spannschiene 6 im Wesentlichen ausschließlich die resultierende Vorspannkraft, die sich aus der Vorspannfeder 24 und der Gegenfeder 30 ergibt. Im „kalten“ Zustand ist diese resultierende Vorspannkraft höher, weil die Federkraft der Gegenfeder 30 aufgrund ihrer Federkennlinie dann geringer ist. Dies hat Vorteile, weil beim Motorstart 2 höhere Schwingungen auftreten (z. B. Motorklappern etc.), die sich sehr negativ auf den Steuertrieb 1 auswirken können. Bei einem Steuertrieb 1 ist es zwingend erforderlich, dass ein Überspringen der Steuerkette 4 vermieden wird, weil es ansonsten zu einem Motorschaden kommen kann. Die nunmehr erhöhte resultierende Vorspannkraft schafft hier Abhilfe und reduziert diese Wahrscheinlichkeit beträchtlich. Sobald sich ein ausreichender Versorgungsdruck in der Motorölhydraulik eingestellt hat, fließt über die Versorgungsbohrung 17, die Versorgungskammer 16 und das Rückschlagventil 15 wieder Hydraulikfluid in die Druckkammer 22 und baut einen ausreichenden Hydraulikfluiddruck in dieser auf. Der Füllkörper 35 verkürzt diese Zeit, weil durch diesen das Füllvolumen der Druckkammer 22 reduziert ist. Zwischen dem hinteren Abschnitt 25 des Spannkolbens 10 und der Kolbenbohrung 13 ist ein Leckspalt vorhanden, der für eine gedämpfte Einwärtsbewegung des Spannkolbens 10 sorgt. Ein Teil des Hydraulikfluids fließt durch diesen Leckspalt in den Aufnahmeraum 29. In der Aufnahmebohrung 21 kann sich im Stillstand auch immer Luft ansammeln. Damit es zu einer Entlüftung kommt, ist ein Abführen der Luft mittels der Bohrung 33 und der Bohrungserweiterung 34 möglich. Des Weiteren dienen die Bohrung 33 und Bohrungserweiterung 34 auch im Betrieb ebenfalls für einen Leckagestrom des Hydraulikfluids, so dass der Aufnahmeraum 29 auch hierdurch weiter befüllt wird. Die Gesamtdämpfung des Spannkolbens 10 wird also aufgrund einer Kombination dieser gedämpften Hydraulikfluidströmungen erzielt.
Das Hydraulikfluid durchströmt den Motor und wird dort relativ schnell erwärmt, bzw. erhitzt. Das führt auch dazu, dass das in der Druckkammer 22 enthaltene Hydraulikfluid sehr schnell diese Temperatur annimmt und die gesamte Spannvorrichtung 8 erwärmt. Damit auch diese Temperaturerhöhung relativ schnell bei der Gegenfeder 30 ankommt, ist diese im Strömungsweg des Hydraulikfluids angeordnet. Der Aufnahmeraum 29 füllt sich ebenfalls zum beträchtlichen Teil mit Hydraulikfluid und umgibt die Gegenfeder 30, so dass diese ebenfalls relativ schnell die jeweilige Betriebstemperatur annimmt. Sobald die Umschalttemperatur bzw. der Umschalttemperaturbereich erreicht ist, erhöht sich die Federkraft der Gegenfeder 30 aufgrund des Memory-Effekts. Die resultierende Vorspannkraft wird dadurch reduziert. Trotz einer relativ kraftvollen Vorspannfeder 24 wird bei Erreichen der Betriebstemperatur nunmehr mit einer moderat resultierenden Vorspannkraft gearbeitet. Eine solche Vorspannkraft wäre ansonsten nur mittels einer weicheren Vorspannfeder möglich, die jedoch beim Kaltstart erhebliche Nachteile mit sich bringt. Die verringerte resultierende Vorspannkraft bietet aber nunmehr über die wesentliche Arbeitszeit des Verbrennungsmotors Vorteile, weil nicht mehr mit einer zu großen Vorspannkraft auf die Steuerkette 4 eingewirkt wird. Hierdurch werden Leistungsverluste reduziert, weil eine höhere Vorspannung auch für eine höhere Reibung sorgt und somit höhere Antriebskraft erforderlich sind. Der Umschaltvorgang der Gegenfeder 30 ist reversibel, so dass beim Abkühlen des Motors unterhalb der Umschalttemperatur bzw. des Umschalttemperaturbereichs sich wieder eine Reduktion der Federkraft der Gegenfeder 30 ergibt.
Im Folgenden wird anhand der 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung gezeigt. Es soll im Folgenden nur auf die wesentlichen Unterschiede zum vorangegangene Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden. Ergänzend wird deshalb unter Verwendung der gleichen Bezugsziffern auf die vorherige Beschreibung verwiesen.
Die in 3 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich lediglich dadurch, dass anstelle einer Kappe 27 lediglich ein Deckel 36 verwendet wird und die Gegenfeder 30 vollständig innerhalb der Kolbenbohrung 30 angeordnet ist. Auch bei dieser Ausführungsform kann ein Füllkörper 35 sowie eine Bohrung 33 und Bohrungserweiterung 34 zum Einsatz kommen. Eine Ausgestaltung als Einschraubkettenspanner ist ebenfalls möglich. Aufgrund der Tatsache, dass der Deckel 36 den gleichen Außendurchmesser aufweist wie das Spannergehäuse 12, vereinfacht sich die Montage, weil ein nachträgliches Aufschrauben einer Kappe entfällt. Eine derartig ausgestaltete Spannvorrichtung 8 kann als Einschraubkettenspanner im vollständig vormontierten Zustand an entsprechender Stelle am Motor eingefügt werden. Die Verbindung zwischen dem Deckel 36 und dem Spannergehäuse 12 ist beliebig, solange die entsprechenden Kräfte aufgenommen werden können.
Bezugszeichenliste

1: Steuertrieb
2: Kurbelwellenkettenrad
3.1., 3.2: Nockenwellenkettenrad
4: Steuerkette
5: Führungsschiene
6: Spannschiene
7: Andrückbereich
8: Spannvorrichtung
9: Motorblock
10: Spannkolben
11: Gehäuse
12: Spannergehäuse
13: Kolbenbohrung
14: Sitz
15: Rückschlagventil
16: Versorgungskammer
17: Versorgungsbohrung
18: Gewindeabschnitt
19: Kopfbereich
20: Flansch
21: Aufnahmebohrung
22: Druckkammer
23: Abstützfläche
24: Vorspannfeder
25: hinterer Abschnitt
26: vorderer Abschnitt
27: Kappe
28: Durchgangsöffnung
29: Aufnahmeraum
30: Gegenfeder
31: Abstützfläche
32: Abstützfläche
33: Bohrung
34: Bohrungserweiterung
35: Füllkörper
36: Deckel
A: Spannkolbenachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012025330 A1 [0007]

Claims

Spannvorrichtung (8) für einen Endlostrieb, insbesondere Steuertrieb (1) eines Verbrennungsmotors, mit einem Spannkolben (10) und einer im Betrieb auf den Spannkolben (10) in Spannrichtung wirkenden Vorspannfeder (24), dadurch gekennzeichnet, dass eine im Betrieb auf den Spannkolben (10) und entgegen der Spannrichtung wirkende, die resultierende Vorspannung des Vorspannkolbens (10) betriebstemperaturabhängig beeinflussende Gegenfeder (30) vorgesehen ist.
Spannvorrichtung (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfeder (30) eine Federkennlinie aufweist, die bei steigender Betriebstemperatur eine Erhöhung der Federkraft der Gegenfeder (30) derart beinhaltet, dass die resultierende Vorspannung des Spannkolbens (10) betriebstemperaturabhängig bei steigender Betriebstemperatur reduzierbar ist.
Spannvorrichtung (8) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfeder (30) eine Formgedächtnisfeder ist.
Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannfeder (24) und/oder die Gegenfeder (30) eine Schraubendruckfeder ist oder sind.
Spannvorrichtung (8) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannfeder (24) und die Gegenfeder (30) koaxial zur Spannkolbenachse (A) angeordnet sind.
Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannkolben (10) einen in einem Spannergehäuse (12) geführten Abschnitt, in dem eine Aufnahmebohrung (21) angeordnet ist, aufweist, wobei in der Aufnahmebohrung (21) der eine Endbereich der Vorspannfeder (24) angeordnet ist, und einen Abschnitt aufweist, um den die Gegenfeder (30) angeordnet ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der im Spannergehäuse (12) geführte Abschnitt (25) im Durchmesser größer als der und in Achsrichtung der Spannkolbenachse (A) versetzt ist zum Abschnitt (26), um den die Gegenfeder (30) angeordnet ist.
Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannergehäuse (12) jeweils eine Abstützfläche (23, 31) sowohl für die Vorspannfeder (24) als auch für die Gegenfeder (30) bereitstellt.
Spannvorrichtung (8) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannergehäuse (12) eine frontseitige, mit dem restlichen Spannergehäuse (12) verbundene Kappe (27) aufweist, die vom vorderen Abschnitt (26) des Spannkolbens (10) durchdrungen ist und in deren Inneren die Abstützfläche (31) der Gegenfeder (30) angeordnet ist, wobei zwischen der Kappe (27) und dem Spannkolben (10) und gegebenenfalls dem restlichen Spannergehäuse (12) ein Aufnahmeraum (29) für die Gegenfeder (30) geformt ist.
Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Spannergehäuse (12) und dem Spannkolben (10) ein Druckraum (22) für Hydraulikflüssigkeit gebildet ist, wobei die Vorspannfeder (24) in dem Druckraum (22) angeordnet ist, und die Hydraulikflüssigkeit im Spannergehäuse (12) derart geführt ist, dass die Gegenfeder (30) mit der Hydraulikflüssigkeit in Kontakt kommt.
Spannvorrichtung (8) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (22) und der Aufnahmeraum (29) für die Gegenfeder (30) in Strömungsverbindung stehen, sodass im Betrieb die Hydraulikflüssigkeit in den Aufnahmeraum (29) strömt und die Gegenfeder zumindest bereichsweist umgibt.
Spannvorrichtung (8) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Strömungsverbindung im Spannkolben (10) eine die Druckkammer (22) mit dem Aufnahmeraum (29) verbindende Bohrung (33) angeordnet ist.
Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die resultierende Vorspannung aufgrund der Federkennlinie der Gegenfeder (30) im Betrieb temperaturabhängig um mindestens 10 %, bevorzugt um mindestens 20 %, bis maximal 50 %, bevorzugt maximal 70 %, reduzierbar ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfeder (30) eine Federkennlinie aufweist, die zu einer Reduzierung der resultierenden Vorspannung oberhalb von 30°C, bevorzug oberhalb von 40°C führt, wobei die mindeste Reduzierung der resultierenden Vorspannung bei 50°C, bevorzugt bei 70°C und weiter bevorzugt bei 90°C erreicht ist.
Endlostrieb für einen Verbrennungsmotor mit einem antreibenden Rad (2), mindestens einem abtreibenden Rad (3.1, 3.2), einem flexiblen Umschlingungsmittel wie Kette (4) oder Riemen und einer Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.