DE102017127804A1

DE102017127804A1 - Hydraulische Spannvorrichtung mit verkürztem Spannergehäuse

Info

Publication number: DE102017127804A1
Application number: DE102017127804.4A
Authority: DE
Inventors: Petra Doll
Original assignee: Iwis Motorsystem GmbH and Co KG
Current assignee: Iwis Motorsystem GmbH and Co KG
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2019-05-29

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung für ein Zugmittelgetriebe mit einem Spannergehäuse, dass eine Aufnahmebohrung aufweist, und eine in die Aufnahmebohrung eingesetzte Spannerpatrone, die zumindest eine hülsenförmige Kolbenaufnahme und einen in der Kolbenaufnahme längsbeweglich geführten Spannkolben aufweist. Zusätzlich ist eine Transportsicherungseinrichtung vorgesehen, die den Spannkolben in einer eingefahrenen Transportstellung sichert. Eine solche hydraulische Spannvorrichtung soll kostengünstiger hergestellt werden. Hierzu ist die Transportsicherungseinrichtung in der hülsenförmigen Kolbenaufnahme angeordnet und die Einschublänge der hülsenförmigen Kolbenaufnahme beträgt 25 % bis 75 % der Länge der hülsenförmigen Kolbenaufnahme, so dass die hülsenförmige Kolbenaufnahme entsprechend weit aus dem Spannergehäuse hervorsteht. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein zugehöriges Zugmittelgetriebe sowie ein Verfahren zum Herstellen einer hydraulischen Spannvorrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung für ein Zugmittelgetriebe mit einem Spannergehäuse, dass eine Aufnahmebohrung aufweist, und eine in die Aufnahmebohrung eingesetzte Spannerpatrone, die zumindest eine hülsenförmige Kolbenaufnahme und einen in der Kolbenaufnahme längsbeweglich geführten Spannkolben aufweist, wobei eine Transportsicherungseinrichtung vorgesehen ist, die den Spannkolben in einer eingefahrenen Transportstellung sichert.
Eine solche hydraulische Spannvorrichtung ist z.B. aus der DE 102007036119 A1 bekannt, die sich auf einen hydraulischen Kettenspanner für ein Zugmittelgetriebe bezieht. In eine ausschließlich mittels Urformen nachbearbeitungsfrei hergestellte Ausnehmung eines Gussgehäuses wird eine Spannerpatrone eingesetzt. Das topfartige Gehäuse der Kettenspannerpatrone ist an seiner Mantelfläche mit einer umlaufenden Ringnut versehen, in die ein Distanzüberbrückungsring eingesetzt ist. Aufgrund der Nachbearbeitungsfreiheit können Kostenvorteile bei der Herstellung des Gussgehäuses erzielt werden. Aufgrund der Konizität des Ringspalts zwischen Ausnehmung und topfartigem Gehäuse verkeilt sich der Distanzüberbrückungsring zwischen den miteinander zu verbindenden Teilen. Wegen der durch Urformen zu erzielenden Toleranzen muss der Distanzüberbrückungsring unterschiedliche Einpressverhältnisse, die sehr hohe Anforderungen an den Distanzüberbrückungsring stellen, überbrücken. Gleichzeitig benötigt diese Verbindungstechnik eine bestimmte Einschublänge der Spannerpatrone in das Gussgehäuse. Die Transportsicherung wird durch einen Fortsatz am Gussgehäuse und einen sich quer erstreckenden Sicherungsstift erzielt, an dem sich die Stirnfläche des Kolbens abstützt. Im Inneren der Patrone ist ein Ratschenmechanismus zur Nachstellung des Arbeitsbereichs des Spannkolbens vorgesehen.
Der Kostendruck im Automobilzulieferbereich ist sehr hoch, weshalb nach geeigneten und sicheren Lösungen für einfache Patronenkonzepte gesucht wird.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße hydraulische Spannvorrichtung mit Spannerpatrone kostengünstig und funktionsfähig mit einfachen Mitteln zu erzeugen.
Erfindungsgemäß wird hierzu vorgesehen, dass die Transportsicherungseinrichtung in der hülsenförmigen Kolbenaufnahme angeordnet ist und die Einschublänge der hülsenförmigen Kolbenaufnahme in die Aufnahmebohrung 25 % bis 75 % der Länge der hülsenförmigen Kolbenaufnahme beträgt, so dass die hülsenförmige Kolbenaufnahme entsprechend weit aus dem Spannergehäuse hervorsteht.
Aufgrund der im Inneren liegenden Transportsicherung ist es nicht mehr notwendig, das Spannergehäuse mit Anformungen zu versehen, die für die Transportsicherung noch über die Spannerpatrone hervorstehen. Hierdurch ist es möglich, das Spannergehäuse zu verkürzen, so dass im günstigsten Fall nur noch die notwendige Einschublänge erforderlich ist. Bei der Menge an herzustellenden Spannergehäusen kommt es daher zu einer beträchtlichen Materialeinsparung und somit einhergehender Kostenreduktion.
Gemäß einer Ausführungsform kann die hülsenförmige Kolbenaufnahme zumindest oberflächengehärtet, insbesondere nitrocarburiert, sein. Hierdurch wird die für die Spannfunktion notwendige Dauerfestigkeit bereitgestellt. Ein Nitrocarburierverfahren ist nicht mit einem Carbonitrierverfahren zu verwechseln. Ein Nitrocarburierverfahren findet in einem Temperaturbereich statt, der keine Gefügeänderungen verursacht oder Gefügeänderungen in einem Material nur derart hervorruft, dass die zuvor erhaltene Maßhaltigkeit der hülsenförmigen Kolbenaufnahme durch das Nitrocarburierverfahren nicht in funktionsentscheidener Weise beeinträchtigt wird. Entsprechend kann auf einen Nachbearbeitungsschritt, insbesondere ein Nachschleifen des Kolbenführungsflächenbereichs der Kolbenbohrung verzichtet werden, ebenso wie auf ein Nachschleifen der Mantelfläche der hülsenförmigen Kolbenaufnahme. Bei einem Nitrocarburierverfahren werden Stickstoff und Kohlenstoff in der Randzone der hülsenförmigen Kolbenaufnahme eingelagert und sorgen für eine entsprechende Härtesteigerung. Der Vorgang erfolgt bei einer Temperatur von weniger als 650°C, weshalb es nur zu diesen geringen Formabweichungen kommt. Die Kosten für eine derartige Spannvorrichtung lassen sich auf Grund der gewählten Oberflächenhärte und durch den fehlenden Nachbearbeitungsschritt nennenswert senken. Die nitrocarburierte hülsenförmige Kolbenaufnahme ist für einen Fachmann aufgrund des fehlenden Nachbearbeitungsschritts und mit Hilfe metallurgischer Untersuchungsverfahren sehr einfach zu erkennen.
Nitrocarburierverfahren sind an sich bekannt; allerdings wurde ihre massentaugliche Anwendbarkeit bislang für hülsenförmige Kolbenaufnahmen von hydraulischen Spannvorrichtungen nicht ins Auge gefasst, weil das Einsatzhärten als massentaugliche Oberflächenhärtung etabliert war und eine gewünschte Maßhaltigkeit bei einfachen Automatenstählen, z.B. 11SMn30, bei den zum Teil recht dünnen Kolbenaufnahmen einer Patronenlösung nicht zu erwarten war.
Günstigerweise besteht das Spannergehäuse aus einem weicheren Material als die hülsenförmige Kolbenaufnahme, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, einem faserverstärkten Kunststoff oder einer Magnesiumlegierung. Diese Spannergehäuse lassen sich durch ein Gussverfahren herstellen. Je nach Verbindungstechnik zwischen der Spannerpatrone und dem Spannergehäuse müssen nur wenige Bearbeitungsschritte nachfolgend dem Gießverfahren durchgeführt werden. Bevorzugt handelt es sich um die genannten leichten Materialien, was zu einer Gewichtsreduktion zusätzlich zu der Verkürzung der Spannergehäuse führt.
Darüber hinaus kann die Kolbenaufnahme von einem Sicherungsring in der Aufnahmebohrung gesichert und der Sicherungsring bevorzugt ein elastischer Dichtungsring sein. Ein solcher Sicherungsring kann Toleranzen zwischen der Aufnahmebohrung und der hülsenförmigen Kolbenaufnahme überbrücken, weshalb die Anforderungen an die Maßhaltigkeit, insbesondere der Aufnahmebohrung, nicht so hoch gestellt werden müssen. Ein solcher Sicherungsring macht es auch überflüssig, dass die hülsenförmige Kolbenaufnahme in das Spannergehäuse eingepresst werden muss. Ein Eingraben der hülsenförmigen Kolbenaufnahme in ein bevorzugt weicheres Material des Spannergehäuses wird hierdurch im Wesentlichen vermieden. Bei der Verwendung eines elastischen Dichtungsrings wird die Kolbenaufnahme gegen den Widerstand, den der Dichtungsring aufbringt, eingeschoben. Die für das Einschieben erforderliche Kraft bewegt sich im vernünftigen Rahmen und ist leicht aufbringbar. Eine ausreichende Sicherung der hülsenförmigen Kolbenaufnahme ist dauerhaft gegeben, weil auch Vibrationen im Betrieb sehr gut von dem elastischen Dichtungsring aufgenommen werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Aufnahmebohrung mittels eines spanabhebenden Verfahrens zylindrisch ausgestaltet sein und zwischen der Aufnahmebohrung und der Kolbenaufnahme ein Ringspalt von ≤ 0,2 mm, bevorzugt von ≤ 0,15 mm, insbesondere von ≤ 0,12 mm vorhanden sein, wobei der Sicherungsring mit einer radialen Pressung von mindestens 0,5 % und maximal 12 % im Bereich des Ringspalts angeordnet ist. Mittels dieser konkreten Vorgabe lässt sich die Anordnung der Spannerpatrone in einem Spannergehäuse ausschließlich mittels eines elastischen Dichtungsrings bewirken. Durch die spanabhebende Herstellung der Aufnahmebohrung lässt sich diese präzise genug ausgestalten, um mit einem verhältnismäßig geringen Ringspalt arbeiten zu können. Hierdurch wird zum einen verhindert, dass der Dichtungsring aus dem Montagespalt extrudiert, d.h. hinausgedrückt, und beschädigt wird. Und zum anderen werden sowohl eine ausreichende Abdichtung der zentralen Hydraulikfluidzuführung erzielt, zur deutlichen Minimierung des benötigten Ölvolumens im Betrieb, als auch eine gute Befestigung der Spannerpatrone im Gehäuse, so dass die Spannerpatrone durch den beim Entfernen entstehenden Unterdruck nur noch unter erheblichen Kraftaufwand wieder entfernt werden kann. Die konkrete Pressung des Dichtungsrings lässt sich aufgrund der durch die gewählte Herstellungstechnik erreichbaren Toleranzlage innerhalb des angegebenen Bereichs sehr gut einstellen und auf die konkrete Situation abstimmen, z.B. in Abhängigkeit des maximalen Hydraulikfluiddrucks und der erforderlichen Einbaulage, so dass ein sicherer Sitz, ohne zusätzliche Sicherungsmittel, in der Aufnahmebohrung des Spannergehäuses möglich ist. Eine Überlastung des Dichtungsrings lässt sich demnach sehr leicht ausschließen, was durch Urformen nicht erzielbar ist. Die Sicherung der Kolbenaufnahme im Spannergehäuse erfolgt demnach dauerhaft ausschließlich durch den Dichtungsring.
Des Weiteren kann in der Spannerpatrone eine Ölzuführung vorgesehen sein, die an der innenliegenden Stirnseite der Kolbenaufnahme angeordnet ist. Hierdurch besteht die Möglichkeit, zwischen der Spannerpatrone und dem Spannergehäuse zusätzlich noch eine Ölvorratskammer vorzuhalten, wobei bei der Verwendung eines Dichtungsrings sehr einfach eine Abdichtung durch diesen bewerkstelligt ist. Aufgrund der verringerten Einschubtiefe der hülsenförmigen Kolbenaufnahme lässt sich die stirnseitige Ölversorgung entsprechend optimieren.
Günstigerweise kann in der Aufnahmebohrung des Spannergehäuses eine Ringnut vorgesehen sein, in der der Dichtungsring aufgenommen ist. Bevorzugt drückt dieser auf einen nutfreien Bereich der Kolbenaufnahme. Das bedeutet, dass die an die Aufnahmebohrung angepasste Mantelfläche der Kolbenaufnahme glatt und ohne Vertiefungen zur Aufnahme des Sicherungsrings ausgestaltet werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Transportsicherungseinrichtung ein am Spannkolben ausgebildetes Sicherungsprofil und einen auf dem Sicherungsprofil angeordneten Sicherungsklemmring sowie eine Sicherungsnut in der Kolbenbohrung in der hülsenförmigen Kolbenaufnahme aufweisen. Je nach Spannrichtung des Sicherungsklemmrings kann das zugehörige Sicherungsprofil am innenliegenden Ende des Spannkolbens oder am Spannende des Spannkolbens angeordnet werden, wodurch sich mehrere Möglichkeiten ergeben. Zusätzlich kann auch eine Ratscheneinrichtung vorgesehen sein, wodurch sich der Arbeitsbereich des Spannkolbens bei Verschleiß, z.B. einer Steuerkette, nachstellen kann.
Günstigerweise kann das Sicherungsprofil am Spannende des Spannkolbens und die Sicherungsnut am spannseitigen Ende der Kolbenbohrung angeordnet sein, wobei das Sicherungsprofil ein in Richtung des Spannendes aufweitende Aktivierungsrampe aufweist, um werkzeugfrei den Sicherungsklemmring von einer Montageposition in eine Sperrposition zu überführen. Trotz der Anordnung des Sicherungsklemmrings am Spannende des Spannkolbens, wodurch der Sicherungsklemmring im Betriebszustand sich im Wesentlichen außerhalb der Kolbenbohrung befindet, und damit einem unbeabsichtigten Reibungswiderstand und Verschleiß der Kolbenbohrung oder des Spannkolbens verhindert, ermöglicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Sicherungsprofils eine werkzeugfreie sowie sichere und schnelle Verriegelung des Sicherungsklemmrings in der Sperrposition. Darüber hinaus wird für die Entriegelung der Transportsicherungseinrichtung mittels einer weiteren Einfahrbewegung des Spannkolbens aus dem bereits eingefahrenen Zustand eine relativ große Kraft benötigt, die zwischen dem 1,1- bis 1,6-fachen der im Betrieb aufgebrachten Federkraft einer eventuell vorhandenen Druckfeder liegt, weshalb die Gefahr einer unbeabsichtigten Entriegelung während des Transports oder während der Endmontage der Spannvorrichtung, z.B. in einem Verbrennungsmotor, als sehr niedrig einzustufen ist. Entsprechend problemlos kann die Spannvorrichtung bei der Endmontage positioniert und sicher über den Gegendruck des Kettentriebs entriegelt werden.
Bevorzugt kann das Sicherungsprofil der Transportsicherungseinrichtung ausschließlich am Spannende des Spannkolbens ausgebildet sein, wobei sich das Sicherungsprofil maximal über 25 %, bevorzugt maximal über 20 %, der Kolbenlänge am spannseitigen Ende des Spannkolbens erstreckt. In der Montageposition befindet sich der Sicherungsklemmring auf dem Sicherungsprofil in einer Lage, die ein Einführen des Spannkolbens mit dem darauf angeordneten Sicherungsklemmring über die Bohrungsöffnung in der Kolbenbohrung ermöglicht.
Erst innerhalb der Kolbenbohrung wird der Sicherungsklemmring durch die sich aufweitende Aktivierungsrampe von einer Montageposition in eine Sperrposition überführt, um den Spannkolben in einer zumindest teilweise eingefahrenen Position in der Kolbenbohrung für den Transport und die Endmontage zu fixieren und eine gezielte Entriegelung am Schluss der Endmontage zu ermöglichen. Dies wird mit dem Begriff „Transportsicherung“ bzw. „Transportsicherungseinrichtung“ beschrieben. Auch im Rahmen von Nachstelleinrichtungen zum schrittweisen Nachstellen des Arbeitsbereichs des Spannkolbens einer Spannvorrichtung sind spezielle Profilierungen und Nuten am Außenumfang des Spannkolbens und in der Kolbenbohrung sowie mit diesen Konturen interagierende Ringe und Klammern bekannt, die jedoch in keiner Weise mit dem Sicherungsprofil, der Sicherungsnut und dem Sicherungsklemmring der Transportsicherungseinrichtung der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung vergleichbar sind und deren Ausgestaltung nicht nahelegen können, da jene durch das schrittweise Nachstellen des Arbeitsbereichs des Spannkolbens lediglich die Einfahrtiefe des Spannkolbens in die Kolbenbohrung während des Betriebs steuern und nicht vor der Betriebsphase den Spannkolben in einer Transportposition in der Kolbenbohrung fixieren.
Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, dass das Sicherungsprofil eine Montagenut, in der sich der Sicherungsklemmring in der Montageposition befindet, die Aktivierungsrampe, eine Sperrnut, in der sich der Sicherungsklemmring in der Sperrposition befindet, und eine Entriegelungsnut, in der sich der Sicherungsklemmring in einer Entriegelungsposition befindet, aufweist, wobei die Montagenut entfernter als die Entriegelungsnut vom Spannende des Spannkolbens angeordnet ist. In dieser besonderen Form des Sicherungsprofils mit einer entfernt vom Spannende angeordneten Montagenut, einer sich daran anschließenden in Richtung des Spannendes ansteigenden Aktivierungsrampe, einer am Ende der Aktivierungsrampe anschließenden Sperrnut, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Montagenut und kleiner ist als der maximale Durchmesser der Aktivierungsrampe, sowie einer sich daran anschließenden Entriegelungsnut, die dem Spannende des Spannkolbens näherliegend positioniert ist, ermöglicht in dieser angegebenen Reihenfolge eine sehr einfache und effektive Transportsicherung. Der zu Anfang der Montage der Spannvorrichtung in der Montagenut sitzende Sicherungsklemmring ermöglicht das Einschieben des Spannkolbens meist gegen die Vorspannung einer Spannfeder in der Kolbenbohrung der Kolbenaufnahme, bis auch der Sicherungsklemmring in das spannseitige Ende der Kolbenbohrung eintritt. Durch das weitere Hineindrücken des Spannkolbens in die Kolbenbohrung wird der in der Montagenut positionierte Sicherungsklemmring an der hinteren Seitenwand der Sicherungsnut von dieser auf die in Richtung des Spannendes aufweitende Aktivierungsrampe aufgeschoben, wobei dieser nach dem Ende der Aktivierungsrampe in die Sperrnut gleitet. Da die Sperrnut einen größeren Durchmesser aufweist als die Montagenut, steht der darauf sitzende Sicherungsklemmring nunmehr weiter radial vor, so dass er bei einem Loslassen des Spannkolbens an der näherliegenden Seitenwand der Sicherungsnut anschlägt und ein weiteres Ausfahren des Spannkolbens aus der Transportsicherungsposition in der Kolbenbohrung verhindert.
Eine weitere Ausbildung sieht vor, dass zwischen der Aktivierungsrampe und der Sperrnut ein Rückenabschnitt vorgesehen ist, wobei der Rückenabschnitt bevorzugt einen Außendurchmesser aufweist, der dem ungestörten Außendurchmesser des Spannkolbens entspricht. Ein solcher Rückenabschnitt zwischen Aktivierungsrampe und Sperrnut vermeidet einen direkten Einschnitt im Anschluss an die Aktivierungsrampe und damit die Ausbildung einer Spitze zwischen Aktivierungsrampe und Sperrnut. Dies vereinfacht die Herstellung des Sicherungsprofils, wobei eine Ausbildung des Rückenabschnitts entsprechend dem ungestörten Außendurchmesser des Spannkolbens einen zusätzlichen Abtrag im Bereich des Rückenabschnitts am Spannkolben vermeidet.
Sinnvollerweise kann angrenzend an die Sicherungsnut im spannseitigen Ende der Kolbenbohrung eine Bohrungsöffnung vorgesehen sein, wobei der Innendurchmesser der Bohrungsöffnung größer ist als der Außendurchmesser der Montagenut plus der zweifachen radialen Dicke des Sicherungsklemmrings und auch größer als der Außendurchmesser der Entriegelungsnut plus der zweifachen radialen Dicke des Sicherungsklemmrings. Eine solche Bohrungsöffnung erleichtert sowohl das Einführen des auf der Montagenut angeordneten Sicherungsklemmrings in die Kolbenbohrung und gleichzeitig auch das Aufschieben des Sicherungsklemmrings über die Aktivierungsrampe in die Sperrnut. Bevorzugt ist der Innendurchmesser der Bohrungsöffnung kleiner als die Summe des Innendurchmessers der Kolbenbohrung und der einfachen radialen Dicke des Sicherungsklemmrings und insbesondere größer als der Innendurchmesser der Kolbenbohrung plus der halben radialen Dicke des Sicherungsklemmrings. Für eine problemlose Überführung der Spannvorrichtung aus der Sperrposition in die Entriegelungsposition ist der Innendurchmesser der Bohrungsöffnung gleichzeitig auch größer als der Außendurchmesser der Entriegelungsnut plus der zweifachen radialen Dicke des Sicherungsklemmrings. Weiter kann in der spannseitigen Stirnseite der Kolbenaufnahme die Bohrungsöffnung eine Einführungsschräge aufweisen. Eine solche Einführungsschräge erleichtert bei der Montage der Spannvorrichtung das Einführen des Spannkolbens in die Kolbenbohrung, insbesondere im Bereich des in der Montagenut positionierten Sicherungsklemmrings.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass der Innendurchmesser des Sicherungsklemmrings im entspannten Zustand gleich oder kleiner ist als der Außendurchmesser der Montagenut oder gleich oder kleiner ist als der Außendurchmesser der Entriegelungsnut. Für eine sichere Aktivierung der Transportsicherungseinrichtung sollte der Sicherungsklemmring zumindest im Bereich der Aktivierungsrampe und in seiner Position auf der Sperrnut eine radial nach innen gerichtete Vorspannung aufweisen. Demgegenüber ist eine solche radial nach innen gerichtete Vorspannung des Sicherungsklemmrings im Bereich der Montagenut und der Entriegelungsnut nicht zwingend notwendig, jedoch ist auch hier eine zumindest leichte Spannung und enger Sitz in der Montagenut bzw. der Entriegelungsnut sinnvoll, um ein sicheres Einführen des Sicherungsklemmrings in die Kolbenbohrung während der Montage und ein entsprechend sicheres Austreten aus der Kolbenbohrung in die Entriegelungsphase zu gewährleisten. Die Abmessungen verstehen sich zuzüglich der üblichen Toleranzen.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Zugmittelgetriebe für einen Verbrennungsmotor mit einem Antriebsrad, mindestens einem Abtriebsrad und einem das Antriebsrad mit mindestens einem Abtriebsrad verbindenden Zugmittel, insbesondere einer Kette, und einer hydraulischen Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13. Ein solches Zugmittelgetriebe kann aufgrund der Erfindung kostengünstiger erzeugt werden.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Herstellen einer hydraulischen Spannvorrichtung mit folgenden Schritten:

Bereitstellen eines Spannergehäuses mit einer Aufnahmebohrung,
Bereitstellen einer hülsenförmigen Kolbenaufnahme und eines Spannkolbens sowie gegebenenfalls Bereitstellen eines Rückschlagventils, einer Druckfeder und eines Füllkörpers sowie Vormontage des Spannkolbens in der Kolbenbohrung,
Einführen der Kolbenaufnahme in die Aufnahmebohrung bis die hülsenförmige Kolbenaufnahme mit 25 % bis 75 % ihrer Länge in das Spannergehäuse eingeschoben ist, und
Aktivieren einer in der hülsenförmigen Kolbenaufnahme angeordneten Transportsicherungseinrichtung, damit der Spannkolben in einer eingefahrenen Transportstellung gesichert wird.

Das Aktivieren der Transportsicherung kann auch vor dem Einführen der Kolbenaufnahme in die Aufnahmebohrung geschehen, was bei einer Patronenlösung üblicherweise der Fall ist. Der Einschubweg ist im Vergleich zum Stand der Technik verkürzt und reduziert daher auch die Montagezeit.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 die schematische Darstellung eines Steuerkettentriebs,
2 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung,
3 eine schematische Schnittdarstellung durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung,
4A eine Teilansicht der Transportsicherungseinrichtung der Spannvorrichtung aus 2 oder 3 in einer Montageposition,
4B eine Teilansicht der Transportsicherungseinrichtung der Spannvorrichtung aus 2 oder 3 in einer Aktivierungssituation,
4C eine Detailansicht der Transportsicherungseinrichtung der Spannvorrichtung aus 2 oder 3 in einer Sperrposition,
5A eine Detailansicht der Transportsicherungseinrichtung der Spannvorrichtung aus 2 oder 3 in einer Verriegelungsposition und
5B eine Detailansicht der Transportsicherungseinrichtung der Spannvorrichtungen aus 2 oder 3 in einer Entriegelungsposition.

Eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie in 1 gezeigt, in einem Kettentrieb 2 eines Verbrennungsmotors eingesetzt. Bei diesem Kettentrieb 2 handelt sich hier um einen Steuerkettentrieb des Verbrennungsmotors mit einem unten liegenden Kurbelwellen-Antriebskettenrad 3 und zwei oben nebeneinander angeordneten Nockenwellen-Abtriebskettenrädern 4 sowie einer Antriebskette 5. Die Antriebskette 5 ist endlos um das Antriebskettenrad 3 und die Abtriebskettenräder 4 herum gelegt und verbindet diese miteinander. Im Lastrum dieses Kettentriebs 2 ist eine Führungsschiene 6 angeordnet, an der die Antriebskette 5 entlang gleitet. Auf dem gegenüberliegenden Leertrum des Kettentriebs 2 befindet sich eine in der Nähe des Antriebskettenrads 3 schwenkbar gelagerte Spannschiene 7, die mittels der Spannvorrichtung 1 an die Antriebskette 5 andrückbar ist, um so den Leertrum des Kettentriebs 2 vorzuspannen. Die Spannvorrichtung 1 ist in der vorliegenden Ausführungsform des Kettenbetriebs 2 in 1 als Einschraubspanner ausgebildet, der in einer entsprechenden Öffnung des Motorblocks 8 eingeschraubt ist, um mit seinem Spannkolben 9 auf einen Andrückbereich 10 der Spannschiene 7 aufzudrücken, die so mit einer vorbestimmten Kraft an die Antriebskette 5 gedrückt wird. Alternativ kann die Spannvorrichtung 1 auch als Flanschspanner ausgebildet sein, der mit geeigneten Befestigungsmitteln an dem Motorblock 8 angeflanscht ist.
Die in den 2 und 3 dargestellten Querschnittsansichten alternativer Ausführungsformen der Spannvorrichtung 1 zeigen jeweils ein Spannergehäuse 11, in das eine zylinderförmige Spannerpatrone 12 eingesetzt ist. Wesentliche Bestandteile der Spannerpatrone 12 sind die hülsenförmige Kolbenaufnahme 13 und der Spannkolben 9. Das Gehäuse 11 ist bevorzugt als Gussteil ausgebildet und weist eine zylindrische Aufnahmebohrung 14 auf, in die die hülsenförmige Kolbenaufnahme 13 zumindest abschnittsweise eingeschoben ist. Am geschlossenen Ende der Aufnahmebohrung 14 befindet sich eine Zulaufkammer 15, die über nicht dargestellte Ölkanäle, die je nach Gehäuseausführungsform auf der Unterseite des Spannergehäuses 11 oder über radial abströmende Kanäle mit der Motorölhydraulik in Verbindung steht. An ihrem bodenseitigen Gehäuseabschnitt 16 weist die hülsenförmige Kolbenaufnahme 13 eine zentrale Zulauföffnung 18 auf, die mit der Zulaufkammer 15 in Fließverbindung steht. Die hülsenförmige Kolbenaufnahme 13 ist mit einer am spannseitigen Ende 19 offenen Kolbenbohrung 20 zum längsbeweglichen Aufnehmen des Spannkolbens 9 versehen. Am Boden der Kolbenbohrung 20 befindet sich ein Ventilsitz 21 für ein Rückschlagventil 22, über das Motoröl aus der Zulauföffnung 18 in den zwischen dem Spannkolben 9 und der hülsenförmigen Kolbenaufnahme 13 gebildeten Druckraum 23 einströmen kann. Der Spannkolben 9 ist als hohlzylinderisches Bauteil mit einem spannseitig bis auf eine zentrale Entlüftungsöffnung 24 verschlossenen Andrückkopf 25 versehen. Die Entlüftungsöffnung 24 (Präzisionsöffnung) ist als Drosselöffnung ausgebildet oder steht in einer gedrosselten Fluidverbindung mit dem Druckraum 23 in Verbindung.
In der Transportposition ist der Spannkolben 9 nahezu vollständig in der Kolbenbohrung 20 aufgenommen, während im Betrieb der Spannkolben 9 nur über einen Teilbereich der Kolbenbohrung 20 geführt ist. Dabei ist der Spannkolben 9 mit nur einem geringen Spiel in der Kolbenbohrung 20 angeordnet, so dass im Gegensatz zu herkömmlichen Spannvorrichtungen eine Leckage des Motoröls durch den engen Spalt zwischen Kolbenbohrung 20 und Spannkolben 9 stark reduziert ist und nur eine vernachlässigbare Wirkung auf das Dämpfungsverhalten der Spannvorrichtung 1 aufweist. In idealer Weise sollte lediglich so viel Motoröl durch diesen Spalt nach außen strömen, um den notwendigen Schmierfilm gegen ein Trockenlaufen des Spannkolbens 9 bereit zu stellen. Die Dämpfung erfolgt dann hauptsächlich mittels der Entlüftungsöffnung 24.
Der Spannkolben 9 ist mittels einer im Druckraum 23 angeordneten schraubenförmigen Druckfeder 26 in Spannrichtung vorgespannt. Die Druckfeder 26 drückt den Spannkolben 9 in Richtung der Längsachse A gegen den in 1 gezeigten Andrückbereich 9 der Spannschiene 7 und über die Spannschiene 7 gegen die Antriebskette 5, um den Kettentrieb 2 im Leertrum vorzuspannen. Dabei kann im hohlzylindrischen Spannkolben 9 ein Hohlkörper (nicht gezeigt) angeordnet sein, der das Volumen des Druckraums 23 reduziert und gleichzeitig die Druckfeder 26 führt sowie die stirnseitige Entlüftungsöffnung 24 im Andrückkopf 25 des Spannkolbens 9 gegenüber dem mit Motoröl befüllten Druckraum 23 gedrosselt abdichtet. Dazu wird oftmals ein pilzförmiger Kopf des Hohlkörpers mit der Druckfeder 26, die sich gegen das Rückschlagventil 22 am Boden der Kolbenbohrung 20 abstützt, von innen gegen das spannseitige Ende des Spannkolbens 9 gedrückt.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist im unteren Bereich des Spannkolbens 9 in Richtung des offenen Endes an der Umfangsfläche des Spannkolbens 9 eine Ringnut 27 vorgesehen, in der ein Spreizring 28 angeordnet ist. Bei einer an die maximal zulässige Längung der Antriebskette 5 angepassten sehr weiten Ausfahrbewegung des Spannkolbens 9 rutscht der Spreizring 28 aus der Ringnut 27 zum Teil in eine Blockiernut 29 in der Kolbenbohrung 20 und blockiert so die weitere Ausrückbewegung des Spannkolbens 9. Bei einer folgenden Einrückbewegung des Spannkolbens 9 wird der Spreizring 28 über die entgegen der Spannrichtung konisch zulaufende Blockiernut 29 in der Kolbenbohrung 20 wieder vollständig in die Ringnut 27 gedrückt und der Spannkolben 9 kann wieder in die Kolbenbohrung 20 einfahren. Darüber hinaus verhindert der Spreizring 28 bei einer Demontage der Spannvorrichtung 1 ein Herausfallen des Spannkolbens 9 aus der Kolbenbohrung 20. Diese Endlagensicherung zur Begrenzung der Ausrückbewegung des Spannkolbens 9 ist nur optional und ist weder für die Konstruktion noch die Funktion der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1 notwendig.
Im spannseitigen Ende 19 der hülsenförmigen Kolbenaufnahme 13 ist eine Transportsicherungseinrichtung 30 vorgesehen. Die Transportsicherungseinrichtung 30 weist am Spannende des Spannkolbens 9 ein Sicherungsprofil 31 auf, das sich ausgehend vom Andrückkopf 25 über einen spannseitigen Abschnitt von bis zu 20 % der Länge des Spannkolbens 9 entlang des Außenumfangs 32 des Spannkolbens 9 erstreckt. Auf dem Sicherungsprofil 31 ist ein Sicherungsklemmring 33 zwischen verschiedenen Positionen verschiebbar. Der Sicherungsklemmring 33 steht gleichzeitig auch in Eingriff mit einer Sicherungsnut 34 am spannseitigen Ende 19 der Kolbenbohrung 20, wobei die proximale Nutwand der Sicherungsnut 34 als Anschlag für den Sicherungsklemmring 33 in der Verriegelungsposition dient und die distale Wand der Sicherungsnut 34 den Sicherungsklemmring 33 auf dem Sicherungsprofil 31 bewegt. Die Funktion der Transportsicherung 30 wird im Detail anhand der 4A-C sowie 5A und 5B beschrieben.
4A zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Spannvorrichtung 1 aus 2 oder 3 mit der Transportsicherung 30 in einer Montageposition. In dieser Montageposition liegt der Sicherungsklemmring 33 in einer Montagenut 35, die sich an dem distalen Ende des Sicherungsprofils 31 befindet. In dieser Montageposition kann der Sicherungsklemmring 33 auf dem Spannkolben 9 durch die Bohrungsöffnung 36 am spannseitigen Ende 19 in die Kolbenbohrung 20 eintreten, wobei die Bohrungsöffnung 36 am spannseitigen Ende 19 angefast ist, um ein einfaches, problemloses Einschieben und Zentrieren des auf dem Spannkolben 9 sitzenden Sicherungsklemmrings 33 in die Kolbenbohrung 20 zu ermöglichen. Angrenzend an die Bohrungsöffnung 36 ist in der Kolbenbohrung 20 die Sicherungsnut 34 ausgebildet, so dass der Sicherungsklemmring 33 nach dem Einschieben in die Kolbenbohrung 20 an der gegenüber dem spannseitigen Ende 19 distalen Nutwand 37 anschlägt und von dieser beim weiteren Einschieben des Spannkolbens 9 in die Kolbenbohrung 20 auf die Aktivierungsrampe 38 geschoben wird.
Wie in 4B gut zu erkennen, erstreckt sich die Aktivierungsrampe 38 angrenzend an die distale Montagenut 35 in Richtung des Andrückkopfs 25 des Spannkolbens 9, wobei der Durchmesser der Aktivierungsrampe 38, ausgehend von der Montagenut 35, in Richtung des Andrückkopfs 25 ansteigt, bis zum optionalen Rückenabschnitt 39. Der Rückenabschnitt 39 grenzt in Richtung des Andrückkopfs 25 an die Aktivierungsrampe 38 an und weist einen gleichbleibenden Durchmesser auf, der hier dem Durchmesser des Spannkolbens 9 entspricht. Während der Aktivierungsphase der Transportsicherungseinrichtung 30 wird der Sicherungsklemmring 33 von der distalen Nutwand 37 der Sicherungsnut 34 in Richtung des Andrückkopfs 25 über die Aktivierungsrampe 38 und den Rückenabschnitt 39 hinweg geschoben. Dabei dehnt sich der Sicherungsklemmring 33 auf, so dass er mit einer gewissen radialen Vorspannung sicher auf der Aktivierungsrampe 38 und dem Rückenabschnitt 39 entlang gleitet.
Bei der Aktivierung der Transportsicherungseinrichtung 30 wird der Sicherungsklemmring 33 beim weiteren Einschieben des Spannkolbens 9 in die Kolbenbohrung 20 über den Rückenabschnitt 39 hinweg in die in Richtung des Andrückkopfs 25 angrenzende Sperrnut 40 geschoben. Wie in 4C deutlich zu erkennen, ist der Durchmesser der Sperrnut 40 zwar gegenüber dem Durchmesser des Rückenabschnitts 39 kleiner, so dass sich zwischen Sperrnut 40 und dem Rückenabschnitt 39 eine Schulter 41 ausbildet, jedoch ist der Durchmesser der Sperrnut 40 größer als der Durchmesser der Montagenut 35. Der Durchmesser der Sperrnut 40 liegt in etwa in der Mitte zwischen den Durchmessern der Montagenut 35 und des Rückenabschnitts 39, bzw. dem Durchmesser der ungestörten Außenwandung des Spannkolbens 9.
Nachdem der Spannkolben 9 gegen die Vorspannung der Druckfeder 26 soweit in die Kolbenbohrung 20 der hülsenförmigen Kolbenaufnahme 13 eingeschoben ist, dass der Sicherungsklemmring 33 in die Sperrnut 40 gerutscht ist, wird zur Aktivierung der Verriegelungsposition der Spannkolben 9 von der Druckfeder 26 leicht in Spannrichtung gedrückt, bis der Sicherungsklemmring 33 an der Schulter 41 in der Sperrnut 40 anliegt und gegen die proximale Nutwand 42 der Sicherungsnut 34 stößt. Der Anschlag des in der Sperrnut 40 sitzenden Sicherungsklemmrings 33 zwischen der Schulter 41 und der proximalen Nutwand 42 verhindert ein weiteres Ausrücken des Spannkolbens 9. Da der Spannkolben 9 mit der relativ hohen Federkraft der Druckfeder 26 den Sicherungsklemmring 33 gegen die proximale Nutwand 42 drückt, ist der Spannkolben 9 sicher in dieser Transportposition verriegelt, wie in 5A gut zu erkennen.
Zur Entriegelung der Transportsicherungseinrichtung 30 und entsprechend einer Inbetriebnahme der Spannvorrichtung 1 wird der Spannkolben 9 aus der in 5A gezeigten Verriegelungsposition wieder gegen die Vorspannkraft der Druckfeder 26 in die Kolbenbohrung 20 hineingedrückt. Da in der Verriegelungsposition der Spannkolben 9 bereits sehr tief in der Kolbenbohrung 20 positioniert ist, muss zur Entriegelung eine Druckkraft aufgebracht werden, die etwa dem 1,1- bis 1,6-fachen der im Betrieb wirkenden Vorspannkraft der Druckfeder 26 entspricht. Beim weiteren Einfahren des Spannkolbens 9 in die Kolbenbohrung 20 wird wie in 4C gezeigt der Sicherungsklemmring 33 von der distalen Nutwand 37 der Sicherungsnut 34 entlang der Sperrnut 40 in Richtung des Andrückkopfs 25 geschoben, bis der Sicherungsklemmring 33 in die Entriegelungsnut 43 hineinrutscht. Da der Sicherungsklemmring 33 gegenüber der Sperrnut 40 eine radial nach innen gerichtete Vorspannung aufweist, verbleibt der Sicherungsklemmring 33 im Betrieb in der Entriegelungsnut 43 und bewegt sich während des Betriebs auf dem Spannkolben 9 im Wesentlichen außerhalb der Kolbenbohrung 20. Die Entriegelungsnut 43 ist der Teil des Sicherungsprofils 31, der sich am nächsten in Richtung des stirnseitigen Andrückkopfs 25 befindet. Nachdem sich der Sicherungsklemmring 33 durch das weitere Einrücken des Spannkolbens 9 in die Kolbenbohrung 20 in der Entriegelungsnut 43 befindet, kann, wie in 5B gezeigt, die Druckkraft auf den Spannkolben 9 gelöst werden, so dass der Spannkolben 9 in seine aktive Betriebsposition ausrücken kann und auf den Andrückbereich 10 der Spannschiene 7 aufdrückt. Da sich der Sicherungsklemmring 33 in der Entriegelungsposition in der Entriegelungsnut 43 befindet, die ebenso wie die Montagenut 35 im Gegensatz zur Sperrnut 40 einen geringeren Durchmesser aufweist, passt der Sicherungsklemmring 33 durch die Bohrungsöffnung 36 hindurch. In dieser Entriegelungsposition stört der Sicherungsklemmring 33 weder die Aktivierung noch den Betrieb der Spannvorrichtung 1, da sich der Spannkolben 9 trotz des in der Entriegelungsnut 43 aufsitzenden Sicherungsklemmrings 33 sowohl außerhalb des Gehäuses 11 aber auch noch innerhalb der Kolbenbohrung 20 bis zum Anschlag an der distalen Nutwand 37 der Sicherungsnut 34 frei bewegen kann.
Wie in 2 und 3 zu erkennen ist, wir die hülsenförmige Kolbenaufnahme 13 mit einem geringfügigen Spiel in die Aufnahmebohrung 14 eingeschoben, bis die Bodenseite 16 mit ihrer Bodenfläche 44 am Grund 45 der Aufnahmebohrung 14 anschlägt. Hierdurch wird eine ringförmige Anschlagzone ausgeformt, die zusätzlich der Abdichtung dient. Der Ringspalt zwischen der nutlosen Mantelfläche der Kolbenaufnahme 13 und der Innenfläche der Aufnahmebohrung 14 hat eine Breite von ≤ 0,2 mm, bevorzugt von ≤ 0,12 mm. Um dies zu erreichen, wird die Aufnahmebohrung 14 durch ein spanabhebendes Verfahren zumindest endgefertigt. In der Ausführungsform der 2 wird in die Aufnahmebohrung 14 eine im Querschnitt rechteckförmige Ringnut 46 eingeformt, in der ein Sicherungsring 47 (z.B. ein elastischer Dichtungsring bzw. O-Ring) eingesetzt ist. Alternativ kann die sich Ringnut 46 eine oder zwei geneigt ausgebildete Seitenwände aufweisen, z.B. mit einem Neigungswinkel von etwa 25°, so dass sich die Ringnut 46 in Richtung des Nutgrunds trapezförmig aufweitet, um den Sicherungsring 47 sicher in der Ringnut 46 zu halten. Das Material des Sicherungsrings 47 ist entweder ein Fluorkautschuk, Fluorsilikon, Perfluorkautschuk oder PTFE und soll möglichst eine Temperaturbeständigkeit von -50°C bis 150°C aufweisen und für den genannten Einsatzzweck geeignet sein. Der Sicherungsring 47 und die Ringnut 46 sind von einer Größe, dass der Sicherungsring 47 mit einer radialen Pressung von mindestens 0,5 % und maximal 12 % im Bereich des Ringspalts angeordnet ist. Diese Prozentzahlen sind auf den Schnurquerschnitt des Sicherungsrings 47 bezogen. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Sicherungsring 47 mit einer ausreichenden Anpresskraft auf der Außenseite der Kolbenaufnahme 14 aufsitzt und diese in Position hält. Zusätzlich dichtet der Sicherungsring 47 den Ringspalt zwischen der Kolbenaufnahme 13 und der Aufnahmebohrung 14 ab. Die Nuttiefe der Ringnut 46 beträgt mindestens 80 % der Schnurstärke des Sicherungsrings 47 und höchstens 98 % der Schnurstärke, bevorzugt höchstens 95 %. Bei der Ausführungsform der 3 ist es genau umgekehrt. Die Sicherungsnut 46 ist im Spannkolben 9 angeordnet, so dass der Sicherungsring 47 auf dem Spannkolben 9 in der Sicherungsnut 46 sitzt.
Bei der Montage der Spannerpatrone 12 wird zunächst der Sicherungsring 47 in die Ringnut 46 eingesetzt und anschließend die Spannerpatrone 12 eingeschoben, bis diese am Gehäuse 11 anschlägt. Der Sicherungsring 47 gleitet dann über einen Abschnitt der Mantelfläche der Kolbenaufnahme 13 entlang. Günstigerweise kann die Kolbenaufnahme 13 z.B. aus einem kaltgezogenen bzw. -gewalzten Material bestehen und eine ausreichend glatte Oberfläche aufweisen. Die Ringnut 46 befindet sich bevorzugt im vorderen Bereich der Aufnahmebohrung 14, so dass der Sicherungsring 47 maximal 50 %, bevorzugt maximal 30 %, der Einschublänge der Spannerpatrone 12 vom vorderen offenen Ende der Aufnahmebohrung 14 entfernt angeordnet ist. Dabei wird ein Mindestabstand von 15 % der Einschublänge eingehalten. Die Einschublänge entspricht dem Abstand des vorderen Endes der Aufnahmebohrung 14 bis zum Grund 45. Zusätzlich weist das Spannergehäuse 11 bei der Ausführungsform gemäß 3 eine Einführschräge mit Radien am vorderen Ende der Aufnahmebohrung 14 auf, um den Sicherungsring 47 bei der Montage bis zur maximalen Pressung zu unterstützen.
Die Länge L_K der Kolbenaufnahme 13 und die Länge L_A der Aufnahmebohrung 14 (L_A entspricht der Einschublänge) sind so aufeinander abgestimmt, dass im gezeigten Ausführungsbeispiel die Länge L_K ungefähr doppelt so groß ist wie die Länge L_A (L_A befindet sich somit im Bereich von 25 % bis 75 % der Länge L_K der hülsenförmigen Kolbenaufnahme 13). Möglich wird dieser Unterschied der Längen L_A und L_K dadurch, dass die Konstruktion über eine innenliegende Transportsicherung 30 verfügt. Darüber hinaus stellt die Verwendung eines Sicherungsrings 47 eine sehr gute Maßnahme dar, die Spannerpatrone 12 in einfacher Weise im Gehäuse 11 zu positionieren und in geeigneter Weise zu sichern. Der Sicherungsring 47 kann so auch eine Abdichtfunktion übernehmen. Aufgrund der Tatsache, dass zur Bereitstellung einer Patronenlösung lediglich ein gekürztes Gehäuse 11 verwendet werden muss, können erhebliche Kosten eingespart werden. Es besteht auch die Möglichkeit, das Gehäuse 11 aus einem für die Herstellung günstigen Material zu erzeugen. Bevorzugt ist das Gehäuse 11 ein Gussgehäuse, z.B. aus einer Aluminiumlegierung (z.B. AlSi9Cu3) oder einem faserverstärktem Kunststoff (z.B. PA66GF) oder einer Magnesiumlegierung. Diese Materialien führen zusätzlich zur Gewichtseinsparung.
Im vorliegenden Fall besteht der Spannkolben 9 aus einem niedrig legierten Automatenstahl, nämlich einem Stahl 1.0715. Zumindest seine zylindrische Mantelfläche ist Oberflächengehärtet. Der Spannkolben 9 wir mittels eines Nitrocarburierverfahrens oberflächengehärtet. Im konkreten Fall kommt hier ein Salzbad-Nitrocarburierverfahren, ein sogenanntes Tenifer-QPQ-Verfahren zur Anwendung.
Der mit der Oberfläche des Spannkolbens 9 in Berührung tretende Kolbenführungsflächenbereich der Kolbenbohrung 20 ist ebenfalls oberflächengehärtet. Als Werkstoff für die hülsenförmige Kolbenaufnahme 14 kommt hier ebenfalls ein Automatenstahl, nämlich auch ein Stahl 1.0715 zum Einsatz. Der spanend fertig bearbeitete Rohling der hülsenförmigen Kolbenaufnahme 14 wird ebenfalls einem Nitrocarburierverfahren unterzogen und zwar auch einem Salzbad Nitrocarburierverfahren, nämlich einem Tenifer-QPQ- Verfahren.
Bei diesem Verfahren werden sowohl bei dem Spannkolben 9 als auch bei der hülsenförmigen Kolbenaufnahme 14 die Randschichten mit Stickstoff und Kohlenstoff angereichert. Die Verweilung im Salzbad ist so gewählt, dass die Einhärttiefe mindestens 0,05 mm beträgt. Der Vorgang findet bei einem Temperaturbereich von 550°C bis 630°C, insbesondere ca. 580°C, statt. Hierdurch wir eine Oberflächenhärte von mindestens 210_HV1, bevorzugt 250_H1, und maximal 750_HV1 erzielt.
Der Vorteil des Nitrocarburierverfahrens besteht in der relativ niedrigen Temperatur, sodass es auch bei dem relativ dünnwandigen Bauteil nicht zu einem Verzug kommt. Ein spanabtragendes Nachbearbeiten, zum Beispiel ein Schleifen ist nicht erforderlich. Bei den angewendeten Verfahren ist zu beachten, dass auch zusätzlich eine Behandlung im Oxidationsbad erfolgt, wodurch eine gleichmäßige Oxidationsschicht von 0,5 - 4 µm erzielt wird.
Hierdurch entsteht eine Hart-Hartpaarung von Spannkolben 9 und hülsenförmiger Kolbenaufnahme 13, die auf jeden Fall ein „Eingraben“ des Spannkolbens 9 in die hülsenförmige Kolbenaufnahme 13 dauerhaft verhindert. Darüber hinaus können auf Grund der nach dem Nitrocarburierverfahren immer noch präzisen Bauteile auch geringe Leckagespalte zwischen dem Spannkolben 9 und der Kolbenbohrung 20 ab ca. 10 µm verwendet werden. Unter Leckagespalt ist im vorliegenden Fall der Gesamtdurchmesserunterschied zwischen Spannkolben 9 und hülsenförmiger Kolbenaufnahme 13 zu verstehen. Dieses eröffnet die Möglichkeit, die Dämpfung über eine lasergebohrte Präzisionsöffnung (Entlüftungsöffung 24) herzustellen. Aber auch gängige Leckagespaltgrößen sind möglich. Versuche haben gezeigt, dass Teile nach dem Nitrocarburierverfahren eine Maß- und Formabweichung von weniger als 5 µm aufweisen. Diese Abweichung ist nicht funktionsrelevant und beeinträchtigt auch die Montage nicht. Aus diesem Grund ist eine spanende Nachbehandlung nicht mehr notwendig. Ein Rostschutz für eine eventuelle Lagerung ist ebenfalls nicht erforderlich, weil wie beschrieben, eine Oxidationsschicht vorhanden ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit eine Zn-Ni-Beschichtung aufzutragen.
Ein besonderer Vorteil des Nitrocarburierverfahrens, insbesondere des Salzbad-Nitrocarburierverfahrens, besteht darin, dass die Bauteile „hart“ am Ende des Vorgangs sind und automatisch der Montagelinie zum Montieren der Spannvorrichtung zugeführt werden können. Hieraus ergeben sich ebenfalls erhebliche Kosteneinsparungsmöglichkeiten.
Versuche haben gezeigt, dass die Kernhärte bei Stahl 1.0715 nach der Herstellung ca. 200_HV0,5 beträgt, während die Oberflächenhärte nach dem Gasnitrocarburieren ca. 260_HV0,5 und die Oberflächenhärte nach Salzbadnitrocarburieren ca. 280_HV1 beträgt. Ein Stahl 1.0715 wird allgemein als nicht härtbar angesehen, weshalb die Ergebnisse überraschen.
Die Nitrierhärtetiefe wird über die Verweildauer im Gas-/Salzbad gesteuert und ist daher sehr leicht steuerbar. Gasnitrocarburierte Teile nehmen eine Silberfarbe an, während Salzbadnitrocarburierte (Tenifer-Verfahren mit QPQ-Behandlung) nahezu Schwarzfarben werden.
Bezugszeichenliste

1: Spannvorrichtung
2: Kettentrieb
3: Kurbelwellen-Antriebskettenrad
4: Nockenwellen-Antriebskettenrad
5: Antriebskette
6: Führungsschiene
7: Spannschiene
8: Motorblockteil
9: Spannkolben
10: Andrückbereich
11: Gehäuse
12: Spannerpatrone
13: hülsenförmige Kolbenaufnahme
14: Aufnahmebohrung
15: Zulaufkammer
16: Gehäuseabschnitt
18: Zulauföffnung
19: spannseitiges Ende
20: Kolbenbohrung
21: Ventilsitz
22: Rückenschlagventil
23: Druckkammer
24: Entlüftungsöffnung
25: Andrückkopf
26: Druckfeder
27: Ringnut
28: Spreizring
29: Blockiernut
30: Transportsicherungseinrichtung
31: Sicherungsprofil
32: Außenumfang
33: Sicherungsklemmring
34: Sicherungsnut
35: Montagenut
36: Bohrungsöffnung
37: distale Nutwand
38: Aktivierungsrampe
39: Rückenabschnitt
40: Sperrnut
41: Schulter
42: proximale Nutwand
43: Entriegelungsnut
44: Bodenfläche
45: Grund
46: Ringnut
47: Sicherungsring
A: Kolbenachse
L_K: Länge hülsenförmige Kolbenaufnahme
L_A: Länge der Aufnahmebohrung (Einschublänge)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007036119 A1 [0002]

Claims

Hydraulische Spannvorrichtung (1) für ein Zugmittelgetriebe mit einem Spannergehäuse (11), das eine Aufnahmebohrung (14) aufweist, und eine in die Aufnahmebohrung (14) eingesetzte Spannerpatrone (12), die zumindest eine hülsenförmige Kolbenaufnahme (13) und einen in der Kolbenaufnahme (13) längsbeweglich geführten Spannkolben (9) aufweist, wobei eine Transportsicherungseinrichtung (30) vorgesehen ist, die den Spannkolben (9) in einer eingefahrenen Transportstellung sichert, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportsicherungseinrichtung (30) in der hülsenförmigen Kolbenaufnahme (13) angeordnet ist und die Einschublänge (L_A) der hülsenförmigen Kolbenaufnahme (13) 25 % bis 75 % der Länge (L_K) der hülsenförmigen Kolbenaufnahme (13) beträgt, so dass die hülsenförmige Kolbenaufnahme (13) entsprechend weit aus dem Spannergehäuse (11) hervorsteht.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hülsenförmige Kolbenaufnahme (13) zumindest oberflächengehärtet, insbesondere nitrocarburiert, ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannergehäuse (11) aus einem weicheren Material besteht als die hülsenförmige Kolbenaufnahme (13), insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, einem faserverstärkten Kunststoff oder einer Magnesiumlegierung.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hülsenförmige Kolbenaufnahme (13) von einem Sicherungsring (47) in der Aufnahmebohrung (14) gesichert ist und der Sicherungsring (47) bevorzugt ein elastischer Dichtungsring ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmebohrung (14) mittels eines spanabhebenden Verfahrens zylindrisch ausgestaltet ist und zwischen der Aufnahmebohrung (14) und der hülsenförmigen Kolbenaufnahme (13) ein Ringspalt von ≤ 0,2 mm, bevorzugt von ≤ 0,15 mm, insbesondere von ≤ 0,12 mm vorhanden ist und der Sicherungsring (47) mit einer radialen Pressung von mindestens 0,5 % und maximal 12 % im Bereich des Ringspalts angeordnet ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannerpatrone (12) eine Ölzuführung aufweist, die an der innen liegenden Stirnseite der Kolbenaufnahme (13) angeordnet ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aufnahmebohrung (14) des Spannergehäuses (11) eine Ringnut (46) vorgesehen ist, in der der Sicherungsring (47) aufgenommen ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportsicherungseinrichtung (30) ein am Spannkolben (9) ausgebildetes Sicherungsprofil (31) und einen auf dem Sicherungsprofil (31) angeordneten Sicherungsklemmring (33) sowie eine Sicherungsnut (34) in der Kolbenbohrung (20) in der hülsenförmigen Kolbenaufnahme (13) aufweist.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungsprofil (31) am Spannende des Spannkolbens (9) und die Sicherungsnut (34) am spannseitigen Ende der Kolbenbohrung (20) angeordnet sind und das Sicherungsprofil (31) ein in Richtung des Spannendes aufweitende Aktivierungsrampe (38) aufweist, um werkzeugfrei den Sicherungsklemmring (33) von einer Montageposition in eine Sperrposition zu überführen.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungsprofil (31) eine Montagenut (35), in der sich der Sicherungsklemmring (33) in der Montageposition befindet, die Aktivierungsrampe (38), eine Sperrnut (40), in der sich der Sicherungsklemmring (33) in der Sperrposition befindet, und eine Entriegelungsnut (43), in der sich der Sicherungsklemmring (33) in einer Entriegelungsposition befindet, aufweist, wobei die Montagenut (35) entfernter als die Entriegelungsnut (43) vom Spannende des Spannkolbens (9) angeordnet ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Aktivierungsrampe (38) und der Sperrnut (40) ein Rückenabschnitt (39) vorgesehen ist, der Rückenabschnitt (39) bevorzugt einen Außendurchmesser aufweist, der dem in der Kolbenbohrung (20) geführten Außendurchmesser des Spannkolbens (9) entspricht, und die Aktivierungsrampe (38) entfernter vom Spannende des Spannkolbens (9) angeordnet ist als die Sperrnut (40).
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass angrenzend an die Sicherungsnut (34) im spannseitigen Ende (19) der Kolbenbohrung (20) eine Bohrungsöffnung (36) vorgesehen ist, der Innendurchmesser der Bohrungsöffnung (36) größer ist als der Außendurchmesser der Montagenut (35) plus der zweifachen radialen Dicke des Sicherungsklemmrings (33) und auch größer ist als der Außendurchmesser der Entriegelungsnut (43) plus der zweifachen radialen Dicke des Sicherungsklemmrings (33).
Hydraulische Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Sicherungsklemmrings (33) im entspannten Zustand gleich oder kleiner ist als der Außendurchmesser der Montagenut (35) oder gleich oder kleiner ist als der Außendurchmesser der Entriegelungsnut (43).
Zugmittelgetriebe für einen Verbrennungsmotor mit einem Antriebsrad, mindestens einem Abtriebsrad und einem das Antriebsrad mit mindestens einem Antriebsrad verbindenden Zugmittel, insbesondere einer Kette, und einer hydraulischen Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Verfahren zum Herstellen einer hydraulischen Spannvorrichtung (1) mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Spannergehäuses (11) mit einer Aufnahmebohrung (14), Bereitstellen einer hülsenförmigen Kolbenaufnahme (13) und eines Spannkolbens (9), Einführen der Kolbenaufnahme (13) in die Aufnahmebohrung (14) bis die hülsenförmige Kolbenaufnahme (13) zu 25 % bis 75 % ihrer Länge (L_K) in das Spannergehäuse (11) eingeschoben ist, Aktivieren einer in der hülsenförmigen Kolbenaufnahme (13) angeordneten Transportsicherungseinrichtung (30), damit der Spannkolben (9) in einer eingefahrenen Transportstellung gesichert wird.