-
Die Erfindung betrifft einen Zugmittelspanner zum Spannen und Dämpfen eines Endloszugmittels, wie eines Riemens und insbesondere einer Kette, mit einem Gehäuse, das einen Hydraulikraum ausbildet, in dem ein daraus ausfahrbarer Aktionskolben / Arbeitskolben so eingesetzt und bemessen ist, dass sich ein Außenleckagespalt / erster Leckagespalt einstellt, um Hydraulikfluid aus dem Hydraulikraum entweichen zu lassen, wobei im Aktionskolben ein Dichtkolben längsverschieblich angeordnet ist und zwischen der Innenseite des Aktionskolbens und der Außenseite des Dichtkolbens ein Innenleckagespalt / zweiter Leckagespalt vorhanden ist, eben auch um Hydraulikfluid aus dem Hydraulikraum entweichen zu lassen.
-
Aus dem Stand der Technik sind bereits Zugmittelspanne/ Spanner mit variabler Kraft mit Sekundärkolben-Ratschenklinke bekannt, so beispielsweise aus der
DE 10 2019 101 763 A1 . Es gibt dort einen ersten Kolben in einer ersten Gehäusebohrung. Als Besonderheit werden hier, um die Geräuschbildung zu verringern, eine Ratschenklinke und Ratschennuten für den Eingriff der Ratschenklinke zu einem zweiten Kolben hinzugefügt, sodass der zweite Kolben nicht gegen den Boden einer zweiten Gehäusebohrung stoßen kann. Der zweite Kolben wird also durch den Eingriff der Ratschenklinke mit den Ratschennuten an dem äußeren Umfang des zweiten Kolbens daran gehindert, gegen den Boden der zweiten Gehäusebohrung zu stoßen.
-
Auf dem Gebiet der Erfindung gibt es auch viele andere hydraulische Spannvorrichtungen, etwa solche, wie sie aus der
DE 10 2018 117 977 A1 bekannt sind. Dort wird eine hydraulische Spannvorrichtung für einen Kettentrieb mit einem Spannkolben vorgeschlagen, der in einer Aufnahme geführt ist und der an seiner Außenumfangsfläche Rastnuten aufweist und mit einem Rastelement versehen ist, das zwei ringförmige Abschnitte und das eine offene und eine geschlossene radiale Erweiterung aufweist, sowie mit einem Klemmanschlag und einem Gleitanschlag versehen ist, die axial voneinander beabstandet sind, wobei die Aufnahme zwei axiale Verlängerungen aufweist, die sich in axialer Richtung zwischen einer Klemmanschlagebene und einer Gleitanschlagebene erstrecken. Als besonders ist dort herausgestellt, dass der Gleitanschlag ein Gleitanschlagelement umfasst, wobei das Gleitanschlagelement einen Übergangsabschnitt und einen sich in radialer Richtung erstreckenden Funktionsabschnitt aufweist, wobei sich das Gleitanschlagelement den axialen Verlängerungen abstützt.
-
Ferner ist aus der
DE 10 2017 101 928 A1 ein hydraulischer Spanner für einen Riementrieb oder einen Kettentrieb eines Kraftfahrzeuges bekannt, mit einem Gehäuse, an dem ein Außenkolben ausfahrbar gelagert ist, wobei der Außenkolben einen Hochdruckraum zusammen mit dem Gehäuse ausbildet, wobei ein Innenkolben, der innerhalb des Außenkolbens beweglich angeordnet ist und ein Reservoir von dem Hochdruckraum abgrenzt, mit einem Außenleckagespalt ausgestattet ist, der so ausgebildet ist versehen ist, dass ein Fluidaustausch von Hydraulikmittel zwischen dem Hochdruckraum und der Umgebung zugelassen ist, und mit einem Innenleckagespalt versehen ist, der so ausgebildet ist, dass ein Fluidaustausch von Hydraulikmittel zwischen dem Hochdruckraum und dem Reservoir zugelassen ist, wobei der Außenleckagespalt und der Innenleckagespalt so aufeinander abgestimmt sind, dass durch den Innenleckagespalt ein größerer Volumenstrom an Hydraulikmittel als durch den Außenleckagespalt zugelassen ist. Die aus dieser Patentanmeldung bekannten Grundlagen sollen als hier mit aufgenommen gelten. Diese ältere Patentanmeldung betrifft auch ein Endloszugmittel, wobei das Endloszugmittel über eine auslenkbare Spannschiene geführt ist, wobei die Spannschiene mit einem solchen hydraulischen Spanner entspannenden Kontakt gebracht ist oder bringbar ist. Auch dieses Wirkprinzip soll als hier mit umfasst gelten.
-
Die Dämpfungsleistung von hydraulischen (Zugmittel-)Spannern / Kettenspannern wird durch ein Einstellen von so genannten Leckagespalten eingestellt. Das heißt, dass die Durchmesserdifferenz zwischen dem Außendurchmesser des Kolbens und dem Innendurchmesser seines Gehäuses einerseits und dem Innendurchmesser des Kolbens und dem Außendurchmesser eines weiteren innerhalb davon angeordneten Kolbens genutzt wird. Während ein größerer Leckagespalt zu einer geringeren Dämpfung führt, da er stärker durchströmt wird, erhöht ein engerer Spalt die Dämpfungslast aufgrund der geringeren Durchströmung. Üblicherweise hat aber ein Spanner mit festem Leckagespalt und einer Feder mit hoher Federsteifigkeit / Federrate gewisse Probleme beim effizienten Abgestimmt werden für heiße und kalte Temperaturbedingungen. Gerade heiße und kalte Temperaturbedingungen haben entgegengesetzte Anforderungen.
-
Während beispielsweise eine kalte Verbrennungskraftmaschine / ein kalter Motor einen größeren Leckagespalt benötigt, um jene durch die hohe Viskosität verursachte übermäßige Dämpfungslast abzubauen, ist bei einem heißen Motor ein engerer Leckagespalt erforderlich, um eine angemessene Dämpfungslast aufgrund der niedrigen Ölviskosität aufrecht zu erhalten. Solche Viskositätsunterschiede verursachen auch einen unterschiedlichen dynamischen Hub des Kettenspanners während seiner Funktion.
-
Aufgrund der massiven Anstrengungen, den CO2-Ausstoß zu senken, sollte die Reibung auch bei Endloszugmitteltrieben, insbesondere Kettentrieben, immer weiter reduziert werden. Dies erfolgt in erster Linie durch eine sehr weiche Dämpfungsabstimmung, welche in bestimmten Betriebszuständen, etwa bei Vorliegen einer Resonanzdrehzahl oder einer Hochdrehzahl, zu Funktionsproblemen durch Kontrollverlust des Endloszugmittels, wie einer Kette, führen kann.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung diese und andere Nachteile aus dem Stand der Technik abzustellen. Wenigstens soll eine Milderung der Probleme erreicht werden. Insbesondere soll der Einsatz von Überdruckventilen vermieden werden, aber ein Umschalten auf eine härtere Dämpfung erreichbar sein.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen dem Dichtkolben und dem Aktionskolben eine Schaltfeder angeordnet ist, um den Dichtkolben aus einem Dichtsitz entfernt zu halten, um ein Unterbrechen eines Hydraulikfluidstroms durch den Innenleckagespalt in diesem Betriebszustand zu verunmöglichen. Es ist also zwischen dem Dichtkolben und dem Aktionskolben eine Schaltfeder so angeordnet ist, dass der Dichtkolben bei Vorliegen wenigstens eines bestimmten Betriebszustandes von einem Dichtsitz entfernt ist, der zum Unterbrechen eines Hydraulikfluidstromes durch den Innenleckagespalt in Zusammenwirkung mit dem Dichtkolben ausgelegt ist. Dabei ist es besonders von Vorteil, wenn der Dichtkolben so auf den Dichtsitz angepasst ist, dass selbst wenn eine Abdichtung erzwungen wird, immer noch wenigstens ein kleiner Leckagefluss möglich bleibt. Zur Realisierung dessen, könnten Nuten an einem oder beiden beteiligten Partnern eingearbeitet sein. Natürlich kann auch eine 100%-Dichtung realisiert werden. Die Federkraft der Schaltfeder wird also genutzt, um den Dichtsitz selektiv zu öffnen bzw. zu schließen. In der „Normal“-Stellung ist der Dichtsitz unverschlossen, also die Schaltfeder stark genug, um den Durchfluss von Hydraulikfluid, z.B. Öl, zuzulassen / zu gewährleisten. Bei anderer Sichtweise ist ergo zwischen dem Dichtkolben und dem Aktionskolben eine Schaltfeder so angeordnet ist, dass der Dichtkolben bei Vorliegen wenigstens eines bestimmten Betriebszustandes, auf den Dichtsitz zum Unterbrechen des Hydraulikfluidstroms durch den Innenleckagespalt gedrängt ist. Das heißt, dass dann auf dem Dichtsitz der Dichtkolben dichtend anliegt und der Hydraulikdurchfluss durch den Innenleckagespalt unterbrochen ist / verunmöglicht ist.
-
Auf diese Weise wird ermöglicht, dass ein beispielsweise als Kettenspanner ausgebildeter Zugmittelspanner insgesamt härter abgestimmt wird, um die Funktion des Fluides in kritischen Betriebszuständen zu gewährleisten. Allerdings wird andererseits auch eine höhere Reibung im Kettentrieb ausgeschlossen.
-
In anderen Worten herrscht in unkritischen Betriebszuständen ein niedriger Druck im Hochdruckraum des Zugmittelspanners / Spanners. Der Dichtkolben wird durch eine Schaltfeder am Anschlag (Sprengring) gehalten und es sind beide Leckspalte / Leckagespalte aktiv, also der erste Leckagespalt und der zweite Leckagespalt, ergo der Innenleckagespalt und der Außenleckagespalt.
-
Der Zugmittelspanner / Kettenspanner hat normalerweise eine weiche Dämpfung für niedrige Reibung. In kritischen Betriebszuständen jedoch steigt die Kraft im Zugmitteltrieb / Kettentrieb - und dadurch auch am Aktionskolben - an. Nun wird eine stärkere Dämpfung zugeschalte, da der Dichtkolben auf den Dichtsitz fährt.
-
Die Erfindung fokussiert sich im Wesentlichen darauf, dass die Dämpfung bei Erreichen einer gewissen Kraft (Druck im Hochdruckraum) durch Verschiebung des Dichtkolbens entgegen der zweiten Feder / Schaltfeder in den Dichtsitz erhöht wird, also der zweite Leckspalt / Innenleckagespalt / zweiter Leckagespalt abgedichtet wird und so auf eine härtere Dämpfung umgeschaltet wird. Somit wird erreicht, dass der Spanner nicht kollabiert. Es wird weniger Öl aus dem Hochdruckraum ausgepresst. Der Zugmitteltrieb kann kontrolliert werden und in den übrigen (unkritischen) Betriebszuständen hat der Zugmittelspanner eine weichere Dämpfung mit minimaler Reibung.
-
Die Reibungseinsparung ist bemerkenswert und die Charakteristik auf die Dynamik des Zugmitteltriebes einstellbar. Die Wirtschaftlichkeit ist besonders gut.
-
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
-
So ist es für einen klapperfreien und dauerhaft ausfallsicheren Betrieb von Vorteil, wenn eine Hauptfeder / erste Feder zwischen dem Gehäuse und dem Aktionskolben zur Unterstützung oder zur Verursachung eines Ausfahrens des Aktionskolbens aus dem Gehäuse vorhanden ist. Eine solche Hauptfeder kann sich dann mit ihrem einen Ende am Gehäuse und mit ihrem anderen Ende an einem über einen Sprengring und eine Federauflage innenseitig des Arbeitskolbens angebrachten Krafteinleitungsstelle abstützen. Das aktionskolbennähere Ende der Hauptfeder kann auch direkt mit dem Dichtkolben in Kontakt stehen. Bei einer solchen Auslegung könnte die Hauptfeder die weichere / härtere der beiden Federn sein.
-
Jedenfalls ist es von Vorteil, wenn die Hauptfeder und/oder die Schaltfeder eine Schraubenfeder ist, da dann unter Beachtung der Kosten der Bauraum gut ausgenützt werden kann.
-
Es hat sich bewährt, wenn die Hauptfeder und die Schaltfeder in Längsrichtung des Aktionskolbens gesehen hintereinander angeordnet sind und/oder konzentrisch zueinander angeordnet sind und/oder unterschiedliche Federsteifigkeiten besitzen und/oder unterschiedliche / gleiche Längen / Außendurchmesser / Innendurchmesser / Drahtstärken besitzen. Eine zielgerichtete Abstimmung des Zugmittelspanners auf die zu erwartenden Dynamiken im Zugmitteltrieb, wie einem Nebenaggregatetrieb oder einem Nockenwellentrieb erreichbar.
-
Wenn die Federsteifigkeiten der Hauptfeder und der Schaltfeder / Zusatzfeder so auf einen, durch einen ersten (End-)Anschlag und einen zweiten (End-)Anschlag festgelegten Verschiebeweg des Dichtkolbens innerhalb des Aktionskolbens abgestimmt sind, dass der Innenleckagespalt in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Aktionskolbens gezielt geöffnet oder verschlossen ist / wird, lässt sich mit einfachen Mitteln ein Umschalten auf eine größere Dämpfung erreichen.
-
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der erste (End-)Anschlag durch ein auf der Innenseite des Aktionskolbens fixierten, beispielsweise in eine Nut formschlüssig eingesetzten Sprengring gestellt ist und/oder der zweite (End-)Anschlag durch eine Stufe / eine Verengung auf der Innenseite des Aktionskolbens gestellt ist.
-
Dabei bietet es sich dann an, dass der zweite (End-)Anschlag (selbst) den Dichtsitz ausbildet. Dazu lässt sich eine bestimmte Form dem Dichtsitz spanabhebend oder urformend geben.
-
Es ist auch zweckmäßig, wenn zwischen dem ersten (End-)Anschlag und dem dichtkolbenseitigen Ende der Hauptfeder eine von dem ersten (End-)Anschlag separate Federauflage, beispielsweise in Form eines Ringes, angeordnet ist. Die Montage wird dadurch vereinfacht.
-
Wenn der Außenleckagespalt und der Innenleckagespalt in Abhängigkeit der Federstärken der Hauptfeder und der Schaltfeder so bemessen sind, dass sich im Betrieb die Dämpfung gezielt verändern (vergrößern / verkleinern) lässt, können Extremsituationen gut abgepuffert werden.
-
Wenn die Hauptfeder eine größere Federsteifigkeit besitzt, als die Schaltfeder / Zusatzfeder, so kann mit Standardbauteilen kostengünstig die erfinderische Idee umgesetzt werden. Ein langlebiger Gebrauch der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die unabdingbare Folge.
-
Es ist von Vorteil, wenn (zumindest / nur) der zweite (End-)Anschlag zum Abdichten / Verschließen des Innenleckagespalts ausgelegt ist, vorzugsweise bemessen, beschaffen und/oder angeordnet ist.
-
Ferner lassen sich Kostenpotenziale heben, wenn der Dichtkolben ein Wälzkörper ist, wie eine Zylinderrolle. Solche Bauteile können hochpräzise, insbesondere gehärtet und/oder geschliffen, aber besonders kostengünstig hergestellt werden.
-
Grundsätzlich ist es wünschenswert, dass die Federenden aller Federn in allen Betriebszuständen an ihren zugeordneten Abstützstellen anliegen, um eine präzise Schaltung zu ermöglichen und ein Klappern zu vermeiden.
-
Die Erfindung betrifft letztlich auch einen Kettentrieb mit einer Kette eines Endloszugmittels, das über ein Auslenkmittel spannbar ist, wobei eine Stirnseite eines Aktionskolbens des Zugmittelspanners gemäß der erfindungsgemäßen Gestaltung am Auslenkmittel in zumindest einem Betriebszustand anliegt.
-
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Diese Zeichnung ist jedoch nur schematischer Natur und dient nur dem Verständnis der Erfindung.
-
In der 1 ist ein erfindungsgemäßer Zugmittelspanner 1 im Längsschnitt dargestellt. Er besitzt ein Gehäuse 2. Im Gehäuse 2 ist ein Aktionskolben 3 ausfahrbar gelagert. Das Gehäuse 2 und der Aktionskolben 3 begrenzen einen Hydraulikraum 4.
-
Innerhalb des Aktionskolbens 3 ist auch ein längsverschieblicher Dichtkolben 5 vorhanden. Zwischen dem Aktionskolben 3 und dem Gehäuse 2 gibt es einen Außenleckagespalt 6. Ferner gibt es einen Innenleckagespalt 7 zwischen dem Dichtkolben 5 und dem Aktionskolben 3.
-
Als Besonderheit weist der Zugmittelspanner 1 auf der hydraulikraumabgewandten Seite des Dichtkolbens 5 eine Schaltfeder 8 auf. Die Schaltfeder 8 liegt somit am Dichtkolben 5 einerseits und am Aktionskolben 3 andererseits an. Dabei liegt sie auf der Innenseite des Aktionskolbens 3 im Bereich des freien Endes / ausschiebbaren Endes des Aktionskolbens 3 an diesem an.
-
Auf der hydraulikraumzugewandten Seite des Dichtkolbens ist eine Hauptfeder 9 vorhanden. Am hydraulikraumfernen Ende des Innenleckagespalts 7 gibt es einen Dichtsitz 10. Die Schaltfeder 8, aber auch die Hauptfeder 9, ist so angeordnet und bezüglich der Federsteifigkeit ausgelegt, dass in einem bestimmten Betriebszustand der Dichtkolben 5 auf den Dichtsitz 10 drückt, also an ihm dichtend anliegt, so dass ein Fluidstrom durch den Innenleckagespalt 7 unterbrochen ist.
-
Es gibt einen ersten (End-)Anschlag 11 und einen zweiten (End-)Anschlag 12 zwischen denen der Dichtkolben 5 innerhalb eines Verschiebeweges verschiebbar ist. Befindet sich der Dichtkolben 5 in seiner in 1 dargestellten rechten Position, also am Ende des Verschiebeweges auf der Ausschubseite des Aktionskolbens 3, so verschließt er den Dichtsitz 10 und Verunmöglicht einen Durchfluss von Hydraulikfluid durch den Innenleckagespalt 7.
-
Der Dichtkolben 5 ist dabei als (Standard-)Wälzkörper 13, nämlich als Zylinderrolle 14 ausgebildet. Es gibt eine ringförmige oder ringabschnittsförmige Federauflage 15 zwischen einem aktionskolbenseitigen Ende der Hauptfeder 9 und dem ersten (End-)Anschlag 11. Dabei ist der erste (End-)Anschlag 11 als Sprengring 16 ausgebildet.
-
Die Hauptfeder 9 hat eine größere oder kleinere Federsteifigkeit als die Schaltfeder 8. Sie ist also härter oder weicher. In der dargestellten Ausführungsform ist sie kleiner.
-
An einem Eingang des Hydraulikraums 4 gibt es ein Ventil 17, aufweisend einen Käfig und einen Verschlusskörper, wie eine Kugel.
-
Ist der Innenleckagespalt 7 durch entsprechende Position des Dichtkolbens 5 relativ zum Dichtsitz 10 offen, so kann ein großer Volumenstrom an Hydraulikfluid, wie Öl, durch die Summe aus Außenleckagespalt 6 und Innenleckagespalt 7 fließen. Die Dämpfung ist dann gering. Im anderen Fall verschließt der Dichtkolben 5 den Dichtsitz 10, wodurch ein Hydraulikfluidstrom nur durch den Außenleckagespalt 6 gelangen kann. Die Dämpfung ist dann größer. Dadurch kann ein Umschalten zwischen bestimmten Betriebszuständen erreicht werden. Trotzdem bleibt die Reibung grundsätzlich gering.
-
Die Längsrichtung ist mit dem Bezugszeichen 18 gekennzeichnet und die Querrichtung / Radialrichtung mit dem Bezugszeichen 19.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Zugmittelspanner
- 2
- Gehäuse
- 3
- Aktionskolben / Arbeitskolben
- 4
- Hydraulikraum
- 5
- Dichtkolben
- 6
- Außenleckagespalt
- 7
- Innenleckagespalt
- 8
- Schaltfeder / Zusatzfeder
- 9
- Hauptfeder
- 10
- Dichtsitz
- 11
- erster (End-)Anschlag
- 12
- zweiter (End-)Anschlag
- 13
- Wälzkörper
- 14
- Zylinderrolle
- 15
- Federauflage
- 16
- Sprengring
- 17
- Ventil
- 18
- Längsrichtung
- 19
- Radialrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102019101763 A1 [0002]
- DE 102018117977 A1 [0003]
- DE 102017101928 A1 [0004]
