DE102016120887A1

DE102016120887A1 - Autarker Kettenspanner mit Dämpfungsventil

Info

Publication number: DE102016120887A1
Application number: DE102016120887.6A
Authority: DE
Inventors: Florian Zimmermann; Andreas Görmer; Franz Wach
Original assignee: Iwis Motorsystem GmbH and Co KG
Current assignee: Iwis Motorsystem GmbH and Co KG
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2016-11-02
Publication date: 2017-01-19

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine autarke Spannvorrichtung insbesondere für eine Antriebskette an einem Verbrennungsmotors, mit einem Gehäuse, einem in einer Kolbenbohrung des Gehäuses verschiebbar geführten Spannkolben, einem in der Kolbenbohrung angeordneten, Spannkolben einseitig begrenzten Hochdruckraum für ein Hydraulikmittel, und einem Reservoir für das Hydraulikmittel, das über ein Fluidventil mit dem Hochdruckraum in Verbindung steht, wobei das Fluidventil einen Ventilkörper aufweist, der bei einem Überdruck des Hydraulikmittels im Hochdruckraum gegenüber dem Reservoir an einem Ventilsitz anliegt und beim Unterdruck des Hydraulikmittels im Hochdruckraum gegenüber dem Reservoir von dem Ventilsitz abhebt. Das Fluidventil ist ein Dämpfungsventil und der Ventilkörper bildet eine Dämpfungseinrichtung für die Dämpfung der Einfahrbewegung des Spannkolbens in die Kolbenbohrung aus. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Kettentrieb für einen Verbrennungsmotor mit einer solchen autarken Spannvorrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine autarke Spannvorrichtung insbesondere für eine Antriebskette in einem Verbrennungsmotors, mit einem Gehäuse, einem in einer Kolbenbohrung des Gehäuses verschiebbar geführten Spannkolben, einem in der Kolbenbohrung angeordneten, vom Spannkolben einseitig begrenzten Hochdruckraum für ein Hydraulikmittel, und einem Reservoir für das Hydraulikmittel, das über ein Fluidventil mit dem Hochdruckraum in Verbindung steht, wobei das Fluidventil einen Ventilkörper aufweist, der bei einem Überdruck des Hydraulikmittels im Hochdruckraum gegenüber dem Reservoir an einem Ventilsitz anliegt und beim Unterdruck des Hydraulikmittels im Hochdruckraum gegenüber dem Reservoir von dem Ventilsitz abhebt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Kettentrieb für einen Verbrennungsmotor mit einer solchen autarken Spannvorrichtung.
Einfache Spannvorrichtungen, die als Ketten- oder Riemenspanner im Verbrennungsmotor eingesetzt werden, stehen über ein Rückschlagventil mit einer kontinuierlichen Hydraulikmittelversorgung in Verbindung, um das beim Betrieb der Spannvorrichtung austretende Hydraulikmittel zu ersetzen. Derartige Spannvorrichtungen weisen zwischen dem Spannkolben und dem Spannergehäuse einen Hochdruckraum auf, der mit Hydraulikmittel gefüllt ist und die Einfahrbewegung des Spannkolbens in das Spannergehäuse dämpft. In diesem Hochdruckraum ist üblicherweise auch eine Druckfeder angeordnet, um den Spannkolben in Spannrichtung vorzuspannen. Zur Dämpfung der Einfahrbewegung des Spannkolbens in die Kolbenbohrung des Gehäuses ist zwischen dem Spannkolben und der Kolbenbohrung ein Drosselspalt und/oder an der Stirnseite des Spannkolben eine Drosselöffnung vorgesehen, um beim Druckanstieg des Hydraulikmittels im Hochdruckraum ein Entweichen des Hydraulikmittels aus dem Druckraum zu ermöglichen. Beim Einsatz einer solchen einfachen Spannvorrichtung in einem Verbrennungsmotor ist diese zur Hydraulikmittelversorgung mit dem Motorölkreislauf verbunden, um das ausgetretene Hydraulikmittel zu ersetzen.
Das im Hochdruckraum unter Druck stehende Hydraulikmittel verhindert auch bei relativ harten und kräftigen Schwingungsstößen auf den Spannkolben ein zu weites Einfahren des Spannkolbens in die Kolbenbohrung des Gehäuses. Je nach Einbaulage der Spannvorrichtung und der Hydraulikmittelversorgung kann es zu einer teilweisen oder vollständigen Entleerung des Hochdruckraums kommen. Dadurch kann es, insbesondere beim Starten des Verbrennungsmotors, zu einer nahezu ungedämpften Einfahrbewegung des Spannkolbens kommen, wodurch nicht nur ein unerwünschtes Klappern des Verbrennungsmotors, sondern auch ein Überspringen der Antriebskette oder eines Zahnriemens verursacht werden kann.
Zur Verhinderung einer unerwünschten Einfahrbewegung des Spannkolbens in das Gehäuse gibt es neben Spannvorrichtungen mit rein mechanischen Arretiereinrichtungen, die mit Hilfe federbelasteter Rastelemente die Einfahrbewegung des Spannkolbens blockieren, auch Spannvorrichtungen mit hydraulisch betätigten Nachstelleinrichtungen, die eine kontinuierliche Verlagerung des Arbeitsbereichs des Spannkolbens ermöglichen. Die Konzepte mit einer kontinuierlichen Verlagerung des Arbeitsbereichs des Spannkolbens benötigen dabei immer auch eine externe Versorgung des Hochdruckraums mit einem Hydraulikmittel.
Darüber hinaus gibt es autarke Spannvorrichtung mit einem geschlossenen Hydraulikmittelsystem, bei denen ein starker Abfall des Hydraulikmitteldrucks und ein Leerlaufen des Hochdruckraums im Inneren der autarken Spannvorrichtung verhindert wird. Eine derartige autarke Spannvorrichtung ist bereits aus der DE 10 2008 016 654 A1 bekannt. Diese in sich geschlossene selbstspannende Spannvorrichtung umfasst ein zylindrisches Gehäuse mit einem in einer Kolbenbohrung des Gehäuses geführten Spannkolben, an dem einstückig eine sich durch einen Freikolben erstreckende Kolbenstange ausgebildet ist. Die Kolbenbohrung des Gehäuses wird durch den Spannkolben in ein Hochdruckraum und ein Reservoir geteilt, wobei der freie Kolben das Hydraulikmittelreservoir gegenüber der Umgebung abgrenzt. Da sich bei einer Einfahr- oder Ausfahrbewegung des Spannkolbens das Volumen des Hochdruckraums ändert, muss zur Kompensation das Hydraulikmittel aus dem Hochdruckraum entweichen und vom Reservoir aufgenommen werden, wobei sich der freie Kolben relativ zum Gehäuse bewegt, um eine Volumenänderung des Reservoirs zu ermöglichen. Neben dem zur Drosselung notwendigen Leckagespalt zwischen Spannkolben und Kolbenbohrung führt der bodenorientierte Aufbau zusätzlich auch zu einem relativ großen Spiel des Spannkolbens und der daran befestigten Kolbenstange gegenüber der Kolbenbohrung, weshalb neben einer aufwändigen Abdichtung des freien Kolbens auch nur geringe Herstellungstoleranzen zulässig sind, um die Funktion der Spannvorrichtung sicherzustellen. Entsprechend ergibt sich insgesamt ein hoher Aufwand für die Herstellung eines solchen autarken Hydraulikspanners.
Die in der DE 195 10 681 A1 beschriebene autarke Spannvorrichtung weist ein seitlich des Spannkolbens am Spannende der Vorrichtung angeordnetes Hydraulikmittelreservoir auf. Als Volumenausgleichseinrichtung ist eine elastische Membran vorgesehen, die von einem becherförmigen Verschlussteil gehalten und von einem federvorgespannten Kolben gegenüber dem Reservoir vorgespannt ist. Das Hydraulikmittel kann über eine Öffnung in der Kolbenstange sowie einen Versorgungskanal und ein Rückschlagventil im Spannkolben aus dem Ölreservoir in den Hochdruckraum der Spannvorrichtung strömen. Um bei dieser Spannvorrichtung eine möglichst gute Dämpfungswirkung zu erreichen, ist die Breite des Leckspalts zwischen Spannkolben und Kolbenbohrung begrenzt, was bei einer entsprechend geringen Dämpfungswirkung zu einem sehr harten Ansprechverhalten der Spannvorrichtung führt.
Eine weitere autarke Spannvorrichtung mit einem in einer Kolbenbohrung verschiebbar geführten Spannkolben und einem seitlich des Spannkolbens angeordneten Reservoir für das Hydraulikmittel zeigt die DE 10 2011 079 188 A1 , wobei der Spannkolben gegenüber der Kolbenbohrung abgedichtet ist, um eine Leckageströmung zwischen Spannkolben und Kolbenbohrung zu vermeiden. Das Hydraulikmittelreservoir ist über mehrere Kanäle mit einem Rückschlagventil am Boden der Kolbenbohrung verbunden, um dem Hochdruckraum Hydraulikmittel zu zuführen. Anstelle des Leckspalts sind als Dämpfungseinrichtung in dem Spannkolben oder dem Gehäuse mehrere Drosselöffnungen vorgesehen, aus denen das Hydraulikmittel bei einer Einfahrbewegung des Spannkolbens aus dem Hochdruckraum in das Reservoir entweichen kann. Als Volumenausgleichseinrichtung ist im Reservoir ein federvorgespannter Kolben vorgesehen der eine bewegliche Reservoirwand ausbildet. Die Drosselbohrungen im Spannkolben oder der Gehäusewandung neigen durch das hohe Längen-Durchmesser-Verhältnis und die feste Lage der Drosselbohrungen zu einem Verstopfen, wodurch sich die Gefahr eines Versagens der Spaltdichtung zwischen Kolbenbohrung und Spannkolben und damit die Gefahr eines Totalausfalls der autarken Spannvorrichtung erhöht.
Autarke Spannvorrichtungen mit einem Leckspalt zwischen Spannkolben und Kolbenbohrung zur Dämpfung der Einfahrbewegung des Spannkolbens weisen eine sehr stark viskositätsabhängige Dämpfung auf. Entsprechend lässt die Dämpfungswirkung der autarken Spannvorrichtung bei einer Viskositätsabnahme des Hydraulikmittels infolge steigender Temperaturen ab. In Verbrennungsmotoren korrelieren Motortemperaturen und damit auch steigende Umgebungstemperaturen für Spannvorrichtungen mit hohen Leistungsanforderungen an den Verbrennungsmotor und damit auch mit steigenden Anforderungen an die Dämpfungswirkung der Spannvorrichtung. Kleine Leckagespalte zwischen Spannkolben und Kolbenbohrung von unter 20 µm (bei herkömmlichen autarken Spannvorrichtungen für Verbrennungsmotoren) sind im Hinblick auf die geringen Herstellungstoleranzen sehr aufwändig zu fertigen und darüber hinaus schwierig zu montieren. Zusätzlich weisen solche Spannvorrichtungen eine geringe Dämpfungswirkung und ein hartes Ansprechverhalten auf. Bei großen Leckagespalten zwischen Spannkolben und Kolbenbohrung von über 50 µm wird der Spannkolben nur noch sehr schlecht in der Kolbenbohrung geführt, was sowohl zu Problemen mit der Abdichtung als auch zu einem erhöhten Verschleiß führt. Darüber hinaus nimmt die Dämpfung bei derart großen Leckagespalten stark ab, insbesondere bei steigenden Umgebungstemperaturen.
Demgegenüber ermöglicht der Einsatz von Drosselbohrungen im Spannkolben oder in der Gehäusewandung eine relativ viskositätsunabhängige Dämpfung der Einfahrbewegung des Spannkolbens in die Kolbenbohrung. Leider neigen Drosselbohrungen mit kleinem Durchmesser zu Verstopfungen. Gerade bei autarken Spannvorrichtungen, bei denen das Hydraulikmittel, und damit auch Verunreinigungen und Verschleißpartikel, über die gesamte Lebensdauer in dem System verbleiben, führt dies zu einem vorzeitigen Ausfall der Spannvorrichtung. Darüber hinaus sind Drosselöffnungen mit kleinem Durchmesser, insbesondere einem Durchmesser von kleiner 0,6 mm, aufwändig zu fertigen und schwer zu prüfen. Auf der anderen Seite weisen Drosselöffnungen mit einem größeren Durchmesser bereits ab 1 mm eine nur noch geringe Dämpfung auf, ohne die Verstopfungsgefahr entsprechend signifikant zu verringern. Unabhängig von dem Durchmesser der Drosselöffnung erfordern die hohen Druckdifferenzen zwischen dem Hochdruckraum und dem unter einem deutlich geringeren Druck stehenden Reservoir aus Gründen der Festigkeit eine minimale Länge von 0,5 mm, wodurch das viskositätsunabhängige Verhalten der Drosselöffnung negativ beeinflusst wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine autarke Spannvorrichtung mit einer sicheren Drosselfunktion bereit zu stellen, die die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Spannvorrichtungen verringert oder vermeidet.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen autarken Spannvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Fluidventil zwischen dem Reservoir und dem Hochdruckraum ein Dämpfungsventil ist und der Ventilkörper eine Dämpfungseinrichtung für die Dämpfung der Einfuhrbewegung des Spannkolbens in die Kolbenbohrung ausbildet. Bei einem Unterdruck des Hydraulikmittels im Hochdruckraum hebt der Ventilkörper vom Ventil ab und das bei einer Ausrückbewegung des Spannkolbens aus dem Reservoir in den Hochdruckraum nachströmende Hydraulikmittel fließt durch oder an der im Ventilkörper ausgebildeten Dämpfungseinrichtung vorbei und verhindert so ein Ablagern von Partikeln aus dem Hydraulikmittel und letztlich ein Verstopfen der Dämpfungseinrichtung. Beim Überdruck des Hydraulikmittels im Hochdruckraum und entsprechend einem Anliegen des Ventilkörpers am Ventil selbst kann zur Dämpfung der Einfuhrbewegung des Spannkolbens in die Kolbenbohrung Hydraulikmittel durch die Dämpfungseinrichtung im Fluidventil aus dem Hochdruckraum in das Reservoir strömen. Dieser erfindungsgemäße Aufbau einer autarken Spannvorrichtung reduziert nicht nur die Anzahl der notwendigen Bauteile sondern ermöglicht zusätzlich auch eine einfache und kostengünstige Herstellung.
Die durch den Ventilkörper des Dämpfungsventils ausgebildete Dämpfungseinrichtung ermöglicht eine nahezu viskositätsunabhängige Dämpfung und bietet gleichzeitig eine gute Kolbenführung und Dichtwirkung zwischen Spannkolben und Kolbenbohrung. Weiter können für eine solche erfindungsgemäße autarke Spannvorrichtung Standardteile für den Spannkolben und das Gehäuse verwendet und gleichzeitig eine gute Einstellbarkeit des Dämpfungsverhaltens über die Variation des Ventilkörpers erreicht werden.
Eine zweckmäßige Ausführungsform sieht vor, dass die Dämpfungseinrichtung als mindestens eine Dämpfungsbohrung im Ventilkörper ausgebildet ist. Dämpfungsbohrungen im Ventilkörper ermöglichen bei unveränderten Komponenten der Spannvorrichtung eine Veränderung und gezielte Einstellung der Dämpfungswirkung. Der Spannkolben und das Gehäuse können als Standardbauteile ausgeführt werden, die auch bei einem veränderten Dämpfungsverhalten nicht nachgearbeitet werden müssen.
Alternativ kann die Dämpfungseinrichtung mindestens ein Dämpfungskanal zwischen Ventilkörper und Ventilsitz aufweisen. Der mindestens eine Dämpfungskanal zwischen Ventilkörper und Ventilsitz wird bei einem Abheben des Ventilkörpers vom Ventilsitz als Folge des Unterdrucks im Hochdruckraum beim Ausfahren des Spannkolbens aus der Kolbenbohrung, und dem Nachströmen des Hydraulikmittels aus dem Reservoir in den Hochdruckraum vergrößert bzw. geöffnet, so dass alle in diesem Bereich vorhandenen Partikel ausgespült werden. Sinnvollerweise kann der mindestens eine Dämpfungskanal eine Vertiefung in einer Ventilfläche des Ventilkörpers umfassen, wobei die Vertiefung bevorzugt eine Breite zwischen 0,1 mm und 5,0 mm aufweist. Eine Vertiefung in der Ventilfläche des Ventilkörpers, kann sowohl direkt bei der Herstellung des Ventilkörpers als auch der einfach später in die Oberfläche, insbesondere in dem Bereich der am Ventilsitz anliegenden Ventilfläche, eingebracht werden. Entsprechend müssen in dem Bereich des Ventilsitzes im Gehäuse oder dem Spannkolben keine Bearbeitungsschritte zur Ausbildung der Dämpfungseinrichtung vorgenommen werden. Je nach gewünschtem Dämpfungsverhalten der autarken Spannvorrichtung kann ein entsprechender Ventilkörper ausgewählt und dadurch das Dämpfungsverhalten auf die jeweilige Anwendung der Spannvorrichtung abgestimmt werden. Dabei kann die Breite der Vertiefung zwischen 0,1 mm und 5,0 mm gewählt werden, um in Abhängigkeit der Anzahl und der Tiefe der Vertiefung das Dämpfungsverhalten einzustellen. Alternativ kann die mindestens eine Vertiefung in der Oberfläche des Ventilsitzes vorgesehen sein. Dies erfordert zwar eine individuelle Bearbeitung des jeweiligen Ventilsitzes des Fluidventils, jedoch können dann gleiche Ventilkörper verwendet werden und eine freie Drehung des Ventilkörpers zugelassen werden.
Eine besondere Ausgestaltung der autarken Spannvorrichtung sieht vor, dass der Ventilkörper eine sphärische Fläche zur Anlage am Ventilsitz aufweist. Ein Ventilkörper mit einer sphärischen Ventilfläche ermöglicht in Verbindung mit einem unterschiedlich gebogenen oder einem geraden Ventilsitz einen Linienkontakt zwischen Ventilkörper und Ventilsitz, um bei einem Überdruck des Hydraulikmittels im Hochdruckraum eine gute Dichtwirkung zu erreichen. Bei ähnlichen Biegungsradien kann der Linienkontakt auch als sehr schmaler Flächenkontakt entlang der Kontaktlinie ausgebildet sein, mit dem weiterhin eine ausreichende Dichtungswirkung erzielt wird. Der Linienkontakt oder schmale Flächenkontakt wird gegebenenfalls nur von einem als Dämpfungseinrichtung vorgesehenen Dämpfungskanal unterbrochen, wobei die geringe Breite des Linien- oder Flächenkontakts eine nahezu viskositätsunabhängige Dämpfung ermöglicht.
Für eine einfache Positionierung des Ventilkörpers auf dem Ventilsitz und eine kostengünstige Herstellung kann der Ventilkörper kugelförmig ausgebildet sein. Alternativ kann der Ventilkörper oder zumindest die Ventilfläche des Ventilkörpers kugelabschnittsförmig ausgebildet sein, wodurch sich die mögliche Formgestaltungen, die Herstellungsmöglichkeiten und die Nutzung des Ventilkörpers verbreitern und Synergieeffekte erzielt werden können.
Eine weitere Modifikation sieht vor, dass der Ventilkörper pilzförmig ausgebildet ist sowie einen Ventilkopf zum Ausbilden einer sphärischen Ventilfläche und einem zylinderförmigen Ventilstiel zum Führen des Ventilkörpers aufweist. Ein pilzförmig ausgebildeter Ventilkörper reduziert die Bewegungsfreiheit des Ventilkörpers auf eine reine Rotationsbewegung, so dass nur die Lage der Ventilfläche zum Ventilsitz sich ändern kann, nicht jedoch der als Ventilfläche genutzte Bereich des Ventilkörpers. Dadurch wird die Lage eines Dämpfungskanals zum Ventil bzw. zur Ventilfläche des Ventilkörpers nur flächig verdreht ohne die Dämpfungsfunktion zu beeinträchtigen. Der Ventilstiel kann von einer Ventilfeder aufgenommen werden die sich am Ventilkopf abstützt und den Ventilkopf mit der sphärischen Ventilfläche gegen den Ventilsitz vorspannt. Um das Volumen des Hochdruckraums zwischen Gehäuse und Spannkolben zu reduzieren kann der pilzförmige Ventilkörper als Füllkörper ausgebildet sein und das Hydraulikmittelvolumen des Hochdruckraums um mindestens 10%, bevorzugt um mindestens 20%, reduzieren. Bei einer Ausbildung als Füllkörper kann der von einer Ventilfeder oder Kolbenfeder geführte Ventilsitz sich über den Führungsbereich des Ventilsitzes hinaus weiter durch die Ventilfeder oder Kolbenfeder erstrecken, um so das im eingefahrenen Zustand des Spannkolbens zu bestimmende Hydraulikmittelvolumen des Hochdruckraums zu reduzieren. Aufgrund von Lufteinschlüssen in dem Hydraulikmittel für autarke Spannvorrichtungen, die zwischen 1% und 10% liegen könen, beträgt der maximal erreichbare Füllgrad ca. 98%. Entsprechend ändert sich das Kompressionsmodul des Hydrauliköls in Abhängigkeit des Luftanteils. Bei einem entsprechend verringertem Kompressionsmodul nimmt die dissipierte Leistung des hydraulischen Systems ab und der Kraftaufbau für die Dämpfungsfunktion findet verzögert statt. Die Verringerung des Volumens des Hochdruckraums mittels eines Füllkörpers, der alternativ auch zusätzlich zum pilzförmigen Ventilkörper in der Mitte einer üblicherweise schraubenförmigen Kolbenfeder angeordnet werden kann, reduziert auch diesen Effekt des verzögerten Kraftaufbaus und Drosselverhaltens. Entsprechend kann das Ansprechverhalten der autarken Spannvorrichtung bei einer Einfahrbewegung des Spannkolbens in die Kolbenbohrung deutlich verbessert werden. Auch im Hinblick auf eine möglichst luftfreie Befüllung der autarken Spannvorrichtung ist die erfindungsgemäße Ausbildung des Fluidventils als Dämpfungsventil vorteilhaft, da sowohl Leckspalte zwischen Spannkolben und Kolbenbohrung aber auch kleine Drosselöffnungen im Gehäuse oder im Spannkolben durch den in beide Richtungen gleichen Widerstand nur sehr schwer luftfrei befüllen lassen. Demgegenüber wirkt das Dämpfungsventil beim Einströmen des Hydraulikmittels in den Hochdruckraum ähnlich wie ein Rückschlagventil, so dass das Hydraulikmittel mit nur geringem oder ohne Widerstand in den Hochdruckraum einströmen und die Dämpfungseinrichtung entlüften kann.
Eine günstige Ausgestaltung sieht vor, dass ein zusätzliches Rückschlagventil zur Befüllung des Hochdruckraums aus dem Reservoir vorgesehen ist. Ein zusätzliches Rückschlagventil, bevorzugt am Boden der Kolbenbohrung, ermöglicht eine schnelle Füllung des Hochdruckraums beim Ausfahren des Spannkolbens aus der Kolbenbohrung und dann auch ein schnelleres Ansprechverhalten der autarken Spannvorrichtung.
Eine zweckmäßige Ausbildung sieht vor, dass zwischen dem Spannkolben und der Kolbenbohrung ein Leckagespalt ausgebildet ist, wobei die Breite des Leckagespalts zwischen dem Spannkolben der Kolbenbohrung zwischen 20 µm und 50 µm beträgt. Ein Leckagespalt mit einer Breite zwischen 20 µm und 50, wobei mit der Breite des Leckagespalts nicht das gleichmäßig umlaufende Spaltmaß zwischen Spannkolben und Kolbenbohrung, sondern das maximale Spaltmaß zwischen Spannkolben und Kolbenbohrung gemeint ist, entsprechend dem doppelten Wert eines gleichmäßigen umlaufenden Spaltmaßes, ermöglicht nicht nur eine kostengünstige Fertigung und einfache Montage von Spannkolben und Gehäuse sowie eine gute Führung des Spannkolbens in der Kolbenbohrung, sondern vermeidet auch einen zu großen Einfluss, der durch den Leckspalt entstehenden zusätzlichen viskositätsabhängigen Dämpfung, so dass im Betrieb der Anteil der Dämpfung der Einfahrbewegung des Spannkolbens in die Kolbenbohrung über den Leckagespalt zwischen Spannkolben und Kolbenbohrung geringer ist als die Dämpfungswirkung über das Dämpfungsventil.
Sinnvollerweise kann der Ventilsitz im Gehäuse ausgebildet sein, bevorzugt am Boden der Kolbenbohrung. Ein Ventilsitz im Gehäuse, bevorzugt am Boden der Kolbenbohrung, ist sehr einfach herstellbar und lässt sich günstig auch mit Vertiefungen zur Ausbildung von Dämpfungskanälen ausführen. Alternativ kann der Ventilsitz auch im Spannkolben ausgebildet sein. Auch hier kann insbesondere bei Ausbildung als Hohlkolben der Ventilsitz noch relativ einfach herausgearbeitet werden, wobei der Ventilsitz dem Spannkolben zusätzlich die Möglichkeit eröffnet, ein zusätzliches Rückschlagventil zur schnelleren Befüllung des Hochdruckraums vorzusehen.
Eine günstige Ausführungsform sieht vor, dass eine Volumenausgleichseinrichtung vorgesehen ist, um das Volumen des Reservoirs anzupassen, wobei die Volumenausgleichseinrichtung bevorzugt eine bewegliche Reservoirwand aufweist. Die Volumenausgleichseinrichtung ermöglicht eine einfache Anpassung des Volumens bei einer Einfahrbewegung des Spannkolbens in die Kolbenbohrung und einem entsprechend Überströmen von Hydraulikmittel aus dem Hochdruckraum in das Reservoir, so dass unabhängig von der Position des Spannkolbens ein relativ gleichmäßiges Dämpfungsverhalten der Dämpfungseinrichtung ermöglicht wird. Eine bewegliche Reservoirwand, beispielsweise in Form einer vorgespannten elastischen Membran oder eines federvorgespannten Kolbens, ermöglicht eine einfache Aufnahme und Abgabe des Hydraulikmittels aus dem Hochdruckraum bei einer Bewegung des Spannkolbens in der Kolbenbohrung. Weiter ermöglicht eine bewegliche Reservoirwand auch eine Anpassung des Volumens des Reservoirs an extreme Positionen des Spannkolbens und ermöglicht entsprechend einen großen Spannweg zum Vorspannen einer Antriebskette oder eines Antriebsriemens eines Verbrennungsmotors, ohne einen Druckanstieg im Reservoir zu bewirken.
Zweckmäßigerweise kann eine Kolbenstange vorgesehen sein, die auf der Spannseite des Spannkolbens angeordnet ist und stirnseitig aus dem Gehäuse austritt. Das Vorsehen einer Kolbenstange erleichtert die Abdichtung der autarken Spannvorrichtung gegenüber der Umgebung und ermöglicht den Einsatz bekannter effektiver Stangendichtungen aus anderen Einsatzbereichen. Dabei ist die Kolbenstange bevorzugt fest mit dem Spannkolben verbunden.
Desweiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Kettentrieb für einen Verbrennungsmotor, mit einem Antriebskettenrad, mindestens einem Abtriebskettenrad, einer das Antriebskettenrad und das mindestens eine Abtriebskettenrad miteinander verbindenden Antriebskette und einer die Antriebskette spannenden autarken Spannvorrichtung nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Durch die autarke Ausbildung der Spannvorrichtung benötigt dieser Kettentrieb eines Verbrennungsmotors keinen Anschluss an den Motorölkreislauf. Daher kann auch beim Absinken des Drucks im Motorölkreislauf eine zuverlässige Funktion der Spannvorrichtung gewährleistet werden. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, eine Schmierung des Verbrennungsmotors jenseits eines von einer Motorölpumpe angetriebenen Motorölkreislaufs zu realisieren. Die autarke Spannvorrichtung in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann in annähernd gleicher Weise auch für einen Riementrieb eines Verbrennungsmotors eingesetzt werden.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kettentriebs mit einer erfindungsgemäßen autarken Spannvorrichtung,
2 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen autarken Spannvorrichtung aus 1,
3 eine Schnittansicht einer zweiten erfindungsgemäßen autarken Spannvorrichtung,
4 eine Schnittansicht einer anderen erfindungsgemäßen autarken Spannvorrichtung,
5 eine Schnittansicht einer weiteren erfindungsgemäßen autarken Spannvorrichtung,
6a–6c Draufsichten auf verschiedene Ventilsitze eines Dämpfungsventils für eine autarke Spannvorrichtung,
7a–7c Draufsichten auf verschiedene Ventilkörper eines Dämpfungsventils für eine erfindungsgemäße autarke Spannvorrichtung, und
8a–8c Schnittansichten verschiedener Ventilkörper eines Dämpfungsventils für eine erfindungsgemäße autarke Spannvorrichtung.
Der in 1 dargestellte Steuerkettentrieb 1 eines Verbrennungsmotors umfasst zwei obenliegende Nockenwellen-Kettenräder 2, ein untenliegendes Kurbelwellen-Kettenrad 3, eine um diese herum geschlungene Steuerkette 4, eine Führschiene 5 zur Führung der Steuerkette 4 im Lasttrum des Steuerkettentriebs 1 und eine um ein Schwenklager 7 schwenkbar angeordnete Spannschiene 6, die im Leertrum des Steuerkettentriebs 1 auf die Steuerkette 4 drückt. Dabei wird die Spannschiene 6 mittels einer im Verbrennungsmotor befestigten, autarken Spannvorrichtung 8 an die Steuerkette 4 gedrückt. Die autarke Spannvorrichtung 8 ist als Flanschspanner ausgebildet und wird durch geeignete Befestigungsmittel im Verbrennungsmotor fixiert. Die aus der Spannvorrichtung 8 austretende Kolbenstange 9 drückt auf den Aufdrückbereich 10 der schwenkbar angeordneten Spannschiene 6 und spannt dadurch die Steuerkette 4 im Leertrum des Steuerkettentriebs 1.
Die Schnittansicht in 2 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen autarken Spannvorrichtung 8 mit einem Gehäuse 11, das als Bohr- oder Frästeil ausgebildet ist und an der Unterseite zwei Befüllöffnungen 12 aufweist, um die autarke Spannvorrichtung 8 mit einem möglichst geringen Luftanteil im Hydraulikmittel zu befüllen. Die Befüllöffnungen 12 werden nach dem Befüllen mittels Verschlussstopfen, Gewindestifen, etc. verschlossen. Das Gehäuse 11 weist eine zylindrische Kolbenbohrung 13 auf, in der der Spannkolben 14 mit der in Spannrichtung vorstehenden Kolbenstange 9 verschiebbar geführt ist. Wie in 1 gezeigt, drückt das spannseitige Ende 15 der Kolbenstange 9 auf den Andrückbereich 10 der Spannschiene 6 auf, um die Steuerkette 4 mittels der autarken Spannvorrichtung 8 vorzuspannen.
Der Spannkolben 14 ist als Hohlkolben ausgebildet und weist in seinem Inneren eine Kolbenfeder 16 auf, die gegen die Stirnseite 17 des hohlzylindrischen Spannkolbens 14 drückt und den Spannkolben 14 in Spannrichtung vorspannt. An der Stirnseite 17 schließt sich in Spannrichtung die Kolbenstange 9 an, die einteilig als Teil des hohlzylindrischen Spannkolbens 14 ausgebildet ist. Am Boden 18 der Kolbenbohrung 13 ist ein Dämpfungsventil 19 vorgesehen, dass den Zulauf in und die Abströmung des Hydraulikmittels aus dem Hochdruckraum 20 steuert.
Der Hochdruckraum 20 ist in der Kolbenbohrung 13 zwischen dem Boden 18 der Kolbenbohrung 13 und dem hohlzylindrischen Spannkolbens 14 ausgebildet. In Betrieb ist der Hochdruckraum 20 mit Hydraulikmittel unter einem gewissen Betriebsdruck gefüllt, um bei einem Einfahren des Spannkolbens 14 in die Kolbenbohrung 13 eine hydraulische Dämpfung der Einfahrbewegung des Spannkolbens 14 zu ermöglichen. Jenseits des Spannkolbens 14 findet sich zwischen der Kolbenbohrung 13 und der Kolbenstange 9 ein Niederdruckraum 21 der über eine seitliche Öffnung 22 in der Kolbenbohrung 13 mit dem Reservoir 25 für das Hydraulikmittel verbunden ist. Am spannseitigen offenen Ende der Kolbenbohrung 13 ist eine ringförmige Stangendichtung 23 angeordnet durch die hindurch sich die Kolbenstange 9 aus dem Niederdruckraum 21 nach außen erstreckt, wobei die Stangendichtung 23 von einem Sicherungsring 24 gehalten wird und den Niederdruckraum 21 gegenüber der sich aus den Gehäuse 11 nach außen erstreckenden Kolbenstange 9 abdichtet.
Der Niederdruckraum 21 ist über die seitliche Öffnung 22 mit dem Reservoir 25 für das Hydraulikmittel der autarken Spannvorrichtung 8 verbunden. Das Reservoir 25 erstreckt sich parallel zu der Gehäusebohrung 13 entlang des Flanschbereichs 26 mit den Befüllöffnungen 12 des Gehäuses 11 bis zum Gehäuseboden 27, in dem eine Fluidzuführung 28 eine Fluidverbindung zum Hochdruckraum 20 bildet. Über die Fluidzuführung 28 und das Dämpfungsventil 19 wird der Hochdruckraum 20 bei einer Ein- und Ausfahrbewegung des Spannkolbens 14 mit Hydraulikmittel versorgt.
Am Gehäuseboden 27 ist zur Begrenzung des Hydraulikmittel-Reservoirs 25 eine Volumenausgleichseinrichtung 29 vorgesehen. In dieser Ausführungsform ist die Volumenausgleichseinrichtung 29 als separates Bauteil am Gehäuse 11 befestigt, jedoch kann die Volumenausgleichseinrichtung 29 auch als Teil des Gehäuses 11 ausgebildet sein. Die Volumenausgleichseinrichtung 29 besteht aus einer tellerförmigen Kappe 30 die am Gehäuseboden 27 befestigt ist und eine Öffnung 32 zum Druckausgleich mit der Umgebung aufweist. Die tellerförmige Kappe 30 fixiert eine elastische Membran 31 am Gehäuseboden 27, wobei die Ränder der elastischen Membran 31 gleichzeitig das Hydraulikmittel-Reservoir 25 abdichten. Die elastische Membran 31 bildet so eine bewegliche Reservoirwand und ermöglicht einen Ausgleich des sich im Betrieb der autarken Spannvorrichtung 8 ändernden Volumens des Reservoirs 25. Die elastische Membran 31 ist aus einem sehr flexiblen Material mit einer geringen Wandstärke hergestellt und weist über die Form der elastischen Membran 31 und die Fixierung mittels der tellerförmigen Kappe 30 am Gehäuseboden 27 eine Vorspannung auf, die bei einem abnehmenden Volumen des Hydraulikmittels im Reservoir 25 für einen schnellen Ausgleich des abgegebenen Hydraulikmittels und damit für einen gleichbleibenden geringen Überdruck im Hydraulikmittel-Reservoir 25 gegenüber dem umgebenden Atmosphärendrucks sorgt. Alternativ kann eine Vorspannung der elastischen Membran 31 oder einer anderweitig ausgebildet beweglichen Reservoirwand mittels eines federvorgespannten Ausgleichskolbens erfolgen.
Das am Boden 18 der Kolbenbohrung 13 angeordnete Dämpfungsventil 19 ermöglicht bei einem Unterdruck im Hochdruckraum 20 gegenüber dem Reservoir 25, bedingt durch ein Ausfahren des Spannkolbens 14 aus der Kolbenbohrung 13 ein Nachströmen des Hydraulikmittel aus dem Reservoir 25 in den Hochdruckraum 20, wobei der Ventilkörper 33 sich von dem am Boden 18 der Kolbenbohrung 13 ausgebildeten Ventilsitz 34 abhebt und einen Spalt zwischen Ventilkörper 33 und Ventilsitz 34 für die Durchströmung des Hydraulikmittels öffnet. Der Ventilsitz 34 umgibt die mittige Fluidzuführung 28 am Boden 18, wobei der Boden 18 sich von der seitlichen Kolbenbohrung 13 zur Fluidzuführung 28 hin konisch verjüngt. Der Ventilkörper 33 des Dämpfungsventils 19 wird von der Kolbenfeder 16 in Richtung des Ventilsitzes 34 vorgespannt, um einen sicheren Sitz des Ventilkörpers 33 am Ventilsitz 34 zu gewährleisten. Dazu ist der Ventilkörper 33 in der in 2 geführten Ausführungsform zylindrisch ausgebildet mit einem tellerförmigen Ventilkopf 35 der an seiner Oberfläche die sphärisch geformte Ventilfläche 36 des Ventilkörper 33 zur Anlage an den Ventilsitz 34 ausbildet.
Bei einer Einfahrbewegung des Spannkolbens 14 in die Kolbenbohrung 13 steigt der Druck des Hydraulikmittels im Hochdruckraum 20 gegenüber dem niedrigen Druck im Hydraulikmittel-Reservoir 25 stark an und der Ventilkörper 33 des Dämpfungsventils 19 wird zusätzlich zu der Vorspannung über die Kolbenfeder 16 gegen den Ventilsitz 34 gedrückt und dichtet den Hochdruckraum 20 gegenüber den Reservoir 25 ab. Zur Dämpfung dieser Einfahrbewegung des Spannkolbens 14 in die Kolbenbohrung 13 bildet der Ventilkörper 33 weiter eine Dämpfungseinrichtung 37 aus, die das Entweichen eines Leckagestroms des Hydraulikmittels aus dem Hochdruckraum 20 in das Hydraulikmittel-Reservoir 25 ermöglicht, um so die Einfahrbewegung des Spannkolbens 14 gezielt zu dämpfen. Die Dämpfungseinrichtung 37 kann dabei sowohl als Dämpfungsbohrung 38 im Ventilkörper 33, wie in 8a–8a gezeigt, oder als Dämpfungskanal 39 zwischen Ventilkörper 33 und Ventilsitz 34, siehe 6a–7c, ausgebildet sein.
Eine weitere erfindungsgemäße autarke Spannvorrichtung 8 ist in 3 gezeigt, die sich von der in 2 gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen durch die Form des Ventilkörpers 33 unterscheidet. Der Ventilkörper 33 ist hier kugelförmig ausgebildet und wird in seiner Lage zum Ventilsitz 34 lediglich durch einen Ventilkörperhalter 40 positioniert. Die Kolbenfeder 16 zum Vorspannen des Spannkolbens 14 stützt sich neben dem Ventilkörper 33 und dem Ventilkörperhalter 40 direkt am Boden 18 der Kolbenbohrung 13 ab und bewirkt somit keine Vorspannung des Ventilkörper 33 in Richtung des Ventilsitzes 34. Der kugelförmige Ventilkörper 33 dreht sich im Betrieb, so dass immer wieder unterschiedliche Bereich der Oberfläche des Ventilkörpers 33 zur Anlage mit dem Ventilsitz 34 kommen, wodurch ein Verschleiß an der jeweiligen Ventilfläche 36 des Ventilkörpers 33 verhindert wird. Da sich in dieser Ausführungsform der kugelförmige Ventilkörper 33 in alle Richtungen drehen kann ist die Dämpfungseinrichtung 37 dieses Drosselventils 19 als Dämpfungskanal 39 zwischen dem Ventilkörper 33 und dem Ventilsitz 34 ausgebildet, siehe 6a–6c.
4 zeigt den Aufbau einer anderen erfindungsgemäßen autarken Spannvorrichtung 8 mit einem länglichen Ventilkörper 33 dessen zylinderförmiger Ventilstiel 41 sich in Längsbohrung zwischen die Kolbenfeder 16 erstreckt. Der sich vom Ventilkopf 35 des Ventilkörpers 33 in Richtung der Stirnseite 17 des hohlzylindrischen Spannkörpers 14 erstreckende Ventilstiel 41 reduziert das Volumen des Hydraulikmittels im Hochdruckraum 20. Zusammen mit dem Volumen des Hydraulikmittels reduziert sich auch der absolute Luftanteil im Hydraulikmittel des Hochdruckraums 20, wodurch sich das Kompressionsmodul des Hydraulikmittels im Hochdruckraum 20 erhöht und das Ansprechverhalten der autarken Spannvorrichtung 8 deutlich verbessert wird. Dabei kann der Ventilstiel 41 den gesamten freien Raum innerhalb der Kolbenfeder 16 in eingefahrenem Zustand des Spannkolbens 14 ausfüllen. Im Vergleich zu der Ausführungsform der Spannvorrichtung 8 in 2 ist der Ventilkopf 35 des Ventilkörpers 33 unverändert, so dass sich hier auch gleiche Möglichkeit zur Ausbildung der Dämpfungseinrichtung 37 des Ventilkörpers 33 und die Abdichtung der Ventilfläche 36 gegenüber dem Ventilsitz 34 ergeben.
Die in 4 gezeigte Ausführungsform einer autarken Spannvorrichtung 8 weist neben dem Dämpfungsventil 19, dass mit dem Ventilsitz 34 am Boden 18 der Kolbenbohrung 13 die Einströmung des Hydraulikmittels aus dem Reservoir 25 in den Hochdruckraum 20 sowie die Drosselung der Einfahrbewegung des Spannkolbens 14 steuert, auch ein zusätzliches Rückschlagventil 42 auf. Das Rückschlagventil 42 ist an der Stirnseite 17 des hohlzylindrischen Spannkolbens 14 angeordnet und ermöglicht über die seitliche Öffnung 22, den Niederdruckraum 21 und einen Zuströmkanal 43 eine zusätzliche Versorgung des Hochdruckraums 20 mit Hydraulikmittel aus dem Reservoir 25. Das zusätzliche Rückschlagventil 42 ermöglicht eine schnellere Befüllung des Hochdruckraums 20 mit Hydraulikmittel aus dem Reservoir 25 bei einer Ausfahrbewegung des Spannkolbens 14 aus der Kolbenbohrung 13 und damit auch eine beschleunigte Bereitstellung der Dämpfungswirkung der autarken Spannvorrichtung 8.
Eine weitere erfindungsgemäße autarke Spannvorrichtung 8 ist in 5 dargestellt. Diese Spannvorrichtung 8 weist wie die in 4 gezeigte Ausführungsform ein Dämpfungsventil 19 sowie ein zusätzliches Rückschlagventil 42 auf, wobei auch hier der Ventilkörper 33 des Dämpfungsventils 19 mit einem länglichen Ventilstiel 41 ausgebildet ist, um das Hydraulikmittelvolumen im Hochdruckraum 20 zu verringern. Im Unterschied zu der autarken Spannvorrichtung 8 aus 4 ist die Lage des Dämpfungsventils 19 und des zusätzlichen Rückschlagventils 42 vertauscht. Das zusätzliche Rückschlagventil 42 ist hier am Boden 18 der Kolbenbohrung 13 angeordnet und ermöglicht ein Einströmen des Hydraulikmittels aus dem Reservoir 25 über die Fluidzuführung 28. Der Ventilkopf 35 des Ventilkörpers 33 des Drosselventils 19 wird von der Kolbenfeder 16 gegen die Stirnseite 17 hohlzylindrischen Spannkolben 14 vorgespannt, wobei die Stirnseite 17 von der Wandung des hohlzylindrischen Spannkolbens 14 konisch in Richtung des mittig angeordneten Zuströmkanals 43 verläuft, um mit der sphärischen Ventilfläche 36 des Ventilkopfs 35 einen Linienkontakt 45 zur Abdichtung zwischen Ventilsitz 34 in der Stirnseite 17 und der Ventilfläche 36 des Ventilkörpers 33 auszubilden. Auch in dieser Ausführungsform einer autarken Spannvorrichtung 8 bildet der Ventilkörper 33 des Dämpfungsventils 19 wieder eine Dämpfungseinrichtung 37 aus. Diese Ausführungsform zeigt auch, dass eine Befüllöffnung 12 ausreichend ist, um eine vollständige Befüllung und die Herstellung der seitlichen Öffnung 22 zu erzielen. Die vorangegangenen Ausführungsformen können ebenfalls mit nur einer Befüllöffnung 12 versehen werden.
Die vom Ventilkörper 33 des Dämpfungsventils 19 ausgebildete Dämpfungseinrichtung 37 kann als Dämpfungskanal 39 zwischen Ventilkörper 33 und Ventilsitz 34 ausgebildet sein. Der Dämpfungskanal 39 kann entsprechend den 6a–6c als Vertiefung 44 in der Oberfläche des Ventilsitzes 34 ausgebildet sein. Die mindestens eine Vertiefung 44 auf der Oberfläche des Ventilsitzes 34 erstreckt sich jeweils vom Rand des Ventilsitzes 34 bis zur Fluidzuführung 28 in der Mitte des Ventilsitzes 34. Je nachdem ob nur eine Vertiefung 44, siehe 6a, oder mehrere Vertiefungen 44, siehe 6b und 6c, vorgesehen sind kann sowohl die Tiefe der Vertiefung 44 als auch dessen Breite b gewählt werden, um das Dämpfungsverhalten des Dämpfungsventils 19 einzustellen. Alternativ zu der Bearbeitung des Ventilsitzes 34 am Boden 18 der Kolbenbohrung 13 oder an der Stirnseite 17 des Spannkolbens 14 (siehe 5) kann der Dämpfungskanal 39 des Dämpfungsventils 19 auch über eine in der Ventilfläche 36 des Ventilkörpers 33 eingebrachten Vertiefung 44 ausgebildet werden. Auch in dieser Ausgestaltung können wieder eine Vertiefung 44, siehe 7a, oder mehrere Vertiefungen 44, siehe 7b, auf der Ventilfläche 36 des Ventilkörpers 33 vorgesehen sein, die sich vom Rand des Ventilkopfes 35 bis zur Mitte des Ventilkopfs 35 erstrecken. Wie in 7c gezeigt, sind bei einer Ausbildung der Dichtung zwischen sphärischen Ventilkopf 35 und konisch zusammenlaufendem Ventilsitz 34 als Linienkontakt 45 auch eine oder mehrere kurze Vertiefungen 44 möglich, die lediglich über den Linienkontakt 45 hinweg einen Dämpfungskanal 39 ausbilden.
Die vom Ventilkörper 33 des Dämpfungsventils 19 ausgebildete Dämpfungseinrichtung 37 kann entsprechend den 8a–8c auch als Dämpfungsbohrung 38 im Ventilkörper 33 ausgebildet sein. Je nach Ausführungsform des Ventilkörper 33 kann die Dämpfungsbohrung 38 sich in Längsrichtung durch Ventilstiel 41 und Ventilkopf 35 erstrecken und in der Mitte des Ventilkopfes 35 austreten, siehe 8a. Demgegenüber zeigt 8b eine Ausführung des Ventilkopfes 33 zum Einsatz in der autarken Spannvorrichtung 8 aus 2, bei der sich zwei Dämpfungsbohrungen 38 schräg durch den Ventilkopf 35 erstrecken und in der Mitte des Ventilkopfes 35 austreten. Wie in 8c dargestellt, können die Dämpfungsbohrungen 38 in unterschiedlicher Weise in dem Ventilkörper 33 eines Dämpfungsventiles 19 kombiniert werden, wobei zur Sicherung der Drosselwirkung für die Dämpfung der Einfahrbewegung des Spannkolbens 14 in die Kolbenbohrung 13 der Austritt der Dämpfungskanäle 39 in der Mitte des Ventilkopfes 35 jenseits der Dichtung zwischen Ventilkörper 33 und Ventilsitz 34 vorgesehen sein muss.
Im Folgenden wird die Wirkungs- und Funktionsweise der oben beschriebenen autarken Spannvorrichtung 8 näher erläutert.
Die in den 2 bis 5 gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen autarken Spannvorrichtung 8 werden bevorzugt für einen Kettentrieb 1 eines Verbrennungsmotors verwendet. Im Betrieb drückt der Spannkolben 14 der Spannvorrichtung 8 mittels der Vorspannung der Kolbenfeder 16 über die Kolbenstange 9 gegen den Andrückbereich 10 einer Spannschiene 6, um die Antriebskette 4 des Kettentriebs 1 zu spannen. Bei einer Ausführung der Spannvorrichtung 8 als Riemenspanner drückt die Kolbenstange 9 über eine entsprechende Andrückrolle auf einen Antriebsriemen. Unabhängig vom Einsatz der Spannvorrichtung 8 strömt bei einem Ausrücken des Spannkörpers 14 aus der Kolbenbohrung 13 Hydraulikmittel aus dem Reservoir 25 über die Fluidzuführung 28 im Gehäuseboden 27 oder einen Zuströmkanal 43 im Spannkolben 14 in den Hochdruckraum 20 ein, um das durch das Austreten des Spannkolbens 14 vergrößerte Volumen des Hochdruckraums 20 aufzufüllen.
Bei einer Einfahrbewegung des Spannkolbens 14 in den Hochdruckraum 20, wenn beispielsweise bei einer Schwingungsbewegung der Spannschiene 6 oder einer Andrückrolle ein Druck über die Kolbenstange 9 auf den Spannkolben 14 ausgeübt wird, wird diese Einfahrbewegung durch das im Hochdruckraum 20 befindende Hydraulikmittel gedämpft. Die Einfahrbewegung des Spannkolbens 14 erhöht den Druck des Hydraulikmittels im Hochdruckraum, so dass das Hydraulikmittel durch die Dämpfungsbohrung 38 oder den Dämpfungskanal 39 der Dämpfungseinrichtung 37 des Dämpfungsventils 19 zurück in das Reservoir 25 strömt. Da die Dämpfungsbohrung 38 oder die Dämpfungskanäle 39 einen sehr geringen Querschnitt aufweisen strömt das Hydraulikmittel bei einer Einfahrbewegung gegen ein sehr hohen Strömungswiderstand aus dem Hochdruckraum 20 in das Reservoir 25, so dass die Einfahrbewegung des Spannkolbens 14 stark gedämpft wird. Darüber hinaus ist abhängig von der Konzeption der autarken Spannvorrichtung 8 auch eine zusätzliche Leckage durch den Leckagespalt 46 zwischen Spannkolben 14 und Kolbenbohrung 13 möglich, die im Gegensatz zu Dämpfungseinrichtung 37 des Dämpfungsventils 19 von der Viskosität des Hydraulikmittels und damit auch von der Temperatur des Hydraulikmittels abhängig ist.
Bezugszeichenliste

1: Steuerkettentrieb
2: Nockenwellenkettenräder
3: Kurbelwellenkettenrad
4: Steuerkette
5: Führungsschiene
6: Spannschiene
7: Schwenklager
8: Spannvorrichtung
9: Kolbenstange
10: Aufdrückbereich
11: Gehäuse
12: Befüllöffnung
13: Kolbenbohrungen
14: Spannkolben
15: spannseitiges Ende
16: Kolbenfeder
17: Stirnseite
18: Boden
19: Dämpfungsventil
20: Hochdruckraum
21: Niederdruckraum
22: seitliche Öffnung
23: Stangendichtung
24: Sicherungsring
25: Reservoir
26: Flanschbereich
27: Gehäuseboden
28: Fluidzuführung
29: Volumenausgleichsseinrichtung
30: Kappe
31: elastische Membran
32: Öffnung
33: Ventilkörper
34: Ventilsitz
35: Ventilkopf
36: Ventilfläche
37: Dämpfungseinrichtung
38: Dämpfungsbohrung
39: Dämpfungskanal
40: Ventilkörperhalter
41: Ventilstiel
42: Rückschlagventil
43: Zuströmkanal
44: Vertiefung
45: Linienkontakt
46: Leckagespalt
b: Breite der Vertiefung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008016654 A1 [0005]
DE 19510681 A1 [0006]
DE 102011079188 A1 [0007]

Claims

Autarke Spannvorrichtung (8), insbesondere für eine Antriebskette (4) eines Verbrennungsmotors, mit einem Gehäuse (11), einem in einer Kolbenbohrung (13) des Gehäuses (11) verschiebbar geführten Spannkolben (14), einem in der Kolbenbohrung (13) angeordneten, vom Spannkolben (14) einseitig begrenzten Hochdruckraum (20) für ein Hydraulikmittel, und einem Reservoir (25) für das Hydraulikmittel, das über ein Fluidventil mit dem Hochdruckraum (20) in Fluidverbindung steht, wobei das Fluidventil einen Ventilkörper (33) aufweist der bei einem Überdruck des Hydraulikmittels im Hochdruckraum (20) an einem Ventilsitz (34) anliegt und bei einem Unterdruck des Hydraulikmittels im Hochdruckraum (20) von dem Ventilsitz (34) abhebt, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidventil ein Dämpfungsventil (19) ist und der Ventilkörper (33) eine Dämpfungseinrichtung (37) für die Dämpfung der Einfahrbewegung des Spannkolbens (14) in die Kolbenbohrung (13) ausbildet.
Autarke Spannvorrichtung (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (37) als eine Dämpfungsbohrung (38) im Ventilkörper (33) ausgebildet ist
Autarke Spannvorrichtung (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (37) als ein Dämpfungskanal (39) zwischen Ventilkörper (33) und Ventilsitz (34) ausgebildet ist.
Autarke Spannvorrichtung (8) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskanal (39) eine Vertiefung (44) in einer Ventilfläche (36) des Ventilkörpers (33) umfasst, wobei die Vertiefung (44) bevorzugt eine Breite (b) zwischen 0,1 mm und 5,0 mm aufweist.
Autarke Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (33) eine sphärische Ventilfläche (36) zur Anlage am Ventilsitz (34) aufweist.
Autarke Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (33) kugelförmig ausgebildet ist
Autarke Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (33) pilzförmig ausgebildet ist sowie einen Ventilkopf zum Ausbilden einer sphärischen Ventilfläche (36) und einen Ventilstiel zum Führen des Ventilkörper (33)s aufweist.
Autarke Spannvorrichtung (8) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der pilzförmige Ventilkörper (33) als Füllkörper ausgebildet ist und das Hydraulikmittelvolumen des Hochdruckraums (20) um mindestens 10 %, bevorzugt um mindestens 20 %, reduziert
Autarke Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Spannkolben (14) und der Kolbenbohrung (13) ein Leckagespalt (46) ausgebildet ist, wobei die Breite des Leckagespalts (46) zwischen dem Spannkolben (14) und der Kolbenbohrung (13) zwischen 20 µm und 50 µm beträgt
Autarke Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (34) im Gehäuse (11) ausgebildet ist, bevorzugt am Boden der Kolbenbohrung (13) ausgebildet ist.
Autarke Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (34) im Spannkolben (14) ausgebildet ist.
Autarke Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzliches Rückschlagventil zur Befüllung des Hochdruckraums (20) aus dem Reservoir (25) vorgesehen ist.
Autarke Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Volumenausgleichseinrichtung (29) vorgesehen ist um das Volumen des Reservoirs (25) anzupassen, wobei die Volumenausgleichseinrichtung (29) bevorzugt eine bewegliche Reservoirwand (31) aufweist.
Autarke Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kolbenstange vorgesehen ist die auf der Spannseite des Spannkolbens (14) angeordnet ist und stirnseitig aus dem Gehäuse (11) austritt.
Kettentrieb für einen Verbrennungsmotors, mit einem Antriebskettenrad (3), mindestens einem Abtriebskettenrad (2), einer das Antriebskettenrad (3) und das mindestens eine Abtriebskettenrad (2) miteinander verbindenden Antriebskette (4) und einer die Antriebskette (4) spannenden autarken Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.