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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kettenspannsystem mit einer gegen
eine Antriebskette drückbaren Spannschiene und einer auf
die Spannschiene drückenden Spannvorrichtung, wobei die Spannvorrichtung
einen in einem Gehäuse längs beweglich geführten
Spannkolben zum Aufdrücken auf die Spannschiene aufweist.
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Ein
solches Kettenspannsystem ist aus der
DE 20 2006 006 861 bekannt. Damit
einfach aufgebaute Spannschienen, die z. B. einen vollständig
aus Metall bestehenden Tragkörper aufweisen, verwendet
werden können, weist der Spannkolben der Spannvorrichtung
ein aus Kunststoff bestehendes Aufdrückelement auf. Dieses
Aufdrückelement kann zum einen in einer stirnseitig im
Spannkolben angebrachten Grundlochbohrung angeordnet werden und als
Kappe auf dem Spannkolben aufgesetzt werden. Hierdurch werden entsprechende
Maßnahmen an der Spannschiene überflüssig,
um ungünstige Materialpaarungen (z. B. Metall auf Metall)
zu vermeiden. Hierdurch wird der Aufbau des Tragkörpers
der Spannschiene maßgeblich vereinfacht. Die Kosten für
das Aufdrückelement am Spannkolben sind geringer als die
Kosten für entsprechende Maßnahmen am Tragkörper.
Der Spannkolben wird aus dem Vollen gedreht und ist mit einer rückseitig
offenen Grundbohrung versehen, die im Einsatz sowohl eine Druckfeder
als auch einen Füllkörper aufnimmt. Die Spannvorrichtung
arbeitet hydraulisch und ist bei den üblichen Anwendungsfällen
im Antriebskettenbereich von Verbrennungsmotoren an die Motorölhydraulik angeschlossen.
Der Füllkörper dient zur Reduktion des Hydraulikflüssigkeitsvolumens.
Insbesondere im Automobilbereich bestehen grundlegend ständig
Bestrebungen, Einsparmaßnahmen durchzuführen,
wobei bereits geringfügige Einsparungen erhebliche Vorteile
bringen können.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kettenspannsystem
der eingangs genannten Art bereitzustellen, das kostengünstiger
zu fertigen ist.
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Erfindungsgemäß ist
hierzu bei einem gattungsgemäßen Kettenspannsystem
vorgesehen, dass der Spannkolben zwei mittels Kunststoffspritzgießen
miteinander verbundene Bauteile aufweist, das erste Bauteil ein
Kolbenrohr ist, das an einem Endbereich mindestens eine Verankerungsvertiefung in
seiner Innenseite aufweist, das zweite Bauteil ein mittels des Kunststoffspritzgießens
hergestellter, zumindest einen Endbereich des Kolbenrohrs weitgehend
verschließender Aufdrückstopfen ist, ein Teil des
Kunststoffmaterials des Aufdrückstopfens beim Kunststoffspritzgießen
in die Verankerungsvertiefung hineingeflossen ist, wo durch eine
innige Verbindung mit dem Kolbenrohr gegen ein Verschieben in beide Axialrichtungen
bereitgestellt ist, und eine Aufdrückfläche des
Spannkolbens zum Aufdrücken auf die Spannschiene von einer
Stirnfläche des Aufdrückstopfens gebildet ist.
Zum Herstellen des Spannkolbens wird also nicht mehr ein Vollmaterial
benötigt, sondern ein Kolbenrohr eingesetzt, das an seiner
Innenseite Verankerungsmittel zum Verkrallen während des
Spritzgießvorgangs mit dem Aufdrückstopfen aufweist.
Im Gegensatz zu dem bekannten Stand der Technik, der andere Verbindungstechniken
zum Verbinden einer Stirnseite des Spannkolbens mit einem Kunststoffaufdrückelement
vorsieht, ist die hier gewählte Kunststoffspritzgießverbindung
mit in Axialrichtung ineinander greifender Formgebung weitaus weniger
anfällig gegen ein unbeabsichtigtes Lösen der
beiden Bauteile voneinander. Dieses ist bei den großen
dynamischen Belastungen, die z. B. bei einem Steuertrieb an einem
Verbrennungsmotor auftreten, von großem Vorteil. Im Gegensatz
zu bekannten Spannkolben, die immer noch einen Stahlgrundkörper
mit einseitig nahezu von dem Stahlmaterial verschlossenen Bereich
aufweisen, ist die erfindungsgemäße Konstruktion
bauraumneutral, weil in der Gesamtlänge kein zusätzlicher
Platz vorgesehen werden muss für entsprechende konstruktive
Aufdrückmaßnahmen an der Spannschiene oder am Spannkolben.
Zwar ist aus der
DE
20119200 U1 bereits die Verwendung eines Kolbenrohrs bekannt.
Jedoch wird dort das Kunststoffteil mit diesem Rohr verpresst, zudem
weist dieses Kunststoffteil eine zusätzliche andere Funktion,
nämlich ein Rücklaufsperre auf, die sich nach
hinten in das Gehäuse der Spannvorrichtung erstreckt.
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Sofern
bei der vorliegenden Erfindung von einer innigen Verbindung mit
dem Kolbenrohr gegen ein Verschieben in beide Axialrichtungen gesprochen wird,
so ist hier das Ausfahren gegen die Spannschiene und das Einfahren
gegen den Hydraulikdruck und die Druckfeder im Inneren der Spannvorrichtung
gemeint. Im Stand der Technik sind nur Maßnahmen in eine
der beiden Richtungen bekannt.
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Bevorzugterweise
kann als Verankerungsvertiefung eine umlaufende Ringnut vorgesehen sein.
Hierdurch wird eine gleichmäßige Verankerung zwischen
dem Aufdrückstopfen und dem Kolbenrohr erreicht. Eine Ringnut
lässt sich durch spanabhebende Bearbeitung sehr einfach
erzeugen.
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Eine
ausreichende Festigkeit sowie geringe Kosten werden dann erzielt,
wenn das Kolbenrohr als Stahlkolbenrohr ausgestaltet ist. Trotz
der Verwendung des Stahlmaterials kann in der Gesamtkombination
die Spannvorrichtung auch gegen einen Schienengrundkörper
ge drückt werden, der ebenfalls vollständig aus
Metall besteht, z. B. einem Aluminiumstrangpressprofil.
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Um
die Kosten weiter zu reduzieren, kann vorgesehen werden, dass das
Stahlkolbenrohr an seinem im Gehäuse geführten
Bereich seiner Außenoberfläche nicht spanabhebend
bearbeitet ist. Hier können kaltgezogene oder kaltgewalzte
Rohre Anwendung finden, die nur minimal, z. B. an den Stirnenden
und der mindestens einen Verankerungsvertiefung bearbeitet werden
müssen. Solche Rohre werden mit sehr großer Präzision
hergestellt. Eine spanabhebende Bearbeitung der Innenseite muss nur
an den dafür notwendigen Stellen (z. B. Verankerungsvertiefung)
vorgenommen werden.
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Des
Weiteren kann vorgesehen werden, dass im Aufdrückstopfen
eine zur Aufdrückfläche hin offene Entlüftungsöffnung
angeordnet ist. Diese Entlüftungsöffnung kann
z. B. beim Spritzgießvorgang automatisch mit eingebracht
werden und bedarf dann keiner zusätzlichen spanabhebenden
Bearbeitung.
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Eine
weitere Verbesserung der innigen Verbindung zwischen Aufdrückstopfen
und Kolbenrohr wird gemäß einer Ausführungsform
dann erreicht, wenn ein Teil des Kunststoffmaterials des Aufdrückstopfens
zumindest abschnittsweise eine Stirnfläche des Kolbenrohrs übergreift
bzw. abdeckt, wodurch am Außenumfang des Aufdrückstopfens
eine umlaufende Ringnut geformt ist, in der der vordere Endabschnitt
des Kolbenrohrs angeordnet ist. Es erfolgt demnach eine Doppelverkeilung,
einmal durch die mindestens eine Verankerungsvertiefung und einmal durch
die Anordnung der Ringnut im Aufdrückstopfen, in die ein
Teil des Kolbenrohrs eingreift. Darüber hinaus ist sichergestellt,
dass im vorderen Bereich die Spannschiene nur mit dem Kunststoffmaterial
des Aufdrückstopfens in Berührung kommt.
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Antriebskettentriebe,
insbesondere Steuerkettentriebe bei Verbrennungsmotoren, werden
häufig als Moduleinheiten montiert. Im nicht montierten Zustand
wird dann in aller Regel der Spannkolben in einer eingefahrenen
Stellung entgegen der im Inneren wirkenden Druckfeder arretiert.
Hierzu werden meistens Transportsicherungsstifte verwendet. Erfindungsgemäß ist
hier bei einer Variante vorgesehen, dass das Kolbenrohr an seinem
vorderen Endbereich ein im Durchmesser verkleinerten Abschnitt aufweist und
der Außendurchmesser des Aufdrückstopfens an den
Durchmesser des verkleinerten Abschnitts des vorderen Endbereichs
des Kolbenrohrs angepasst ist, so dass eine im Wesentlichen bündige
Außenmantelfläche vom Kolbenrohr und Aufdrückstopfen
gebildet ist. Dieser verkleinerte Abschnitt des Spannkolbens dient
als Hinterschneidung zur Anordnung des Transportsicherungsstiftes, der
in entsprechende Öffnungen im Gehäuse der Spannvorrichtung
eingeschoben ist. Durch Herausziehen des Transportsicherungsstiftes
fährt der Spannkolben aufgrund der im Inneren wirkenden
Druckfeder in seine Anfangsstellung aus.
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Bevorzugt
kann weiter vorgesehen sein, dass der Aufdrückstopfen einen
nach innen in das Kolbenrohr axial über die mindestens
eine Verankerungsvertiefung ragenden Dichtungsabschnitt aufweist,
der im Wesentlichen mit seinem Außenumfang bündig
an der Innenfläche des Kolbenrohrs anliegt. Hierdurch ist
zumindest ein dem Eindringen von Hydraulikflüssigkeit entgegenwirkender
Abschnitt bereitgestellt, wodurch verhindert wird, dass unter Druck
stehende Hydraulikflüssigkeit in den Bereich der mindestens
einen Verankerungsvertiefung vordringt und die Verbindung zwischen
Aufdrückstopfen und Kolbenrohr nachteilig beeinflusst.
Im einfachsten Fall ist dieser Dichtungsabschnitt zylindrisch ausgestaltet
und verlängert den Aufdrückstopfen etwas über
die mindestens eine Arretiervertiefung hinaus.
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Von
Vorteil ist es gemäß einer Ausführungsform
weiter, wenn die im Kolbenrohr angeordnete Stirnfläche
des Aufdrückstopfens bzw. des Dichtungsabschnitts eine
Dichtkontur aufweist, durch die mittels einer druckbeaufschlagten
Hydraulikflüssigkeit zumindest eine Aufspreizung des Dichtungsabschnitts
in Richtung der Innenfläche des Kolbenrohrs bewirkt ist.
Die Kontur muss also so ausgestaltet sein, dass durch Druck eine
Kraftkomponente erzielt wird, die in Richtung der Innenwand des
Kolbenrohrs wirkt und den Aufdrückstopfen bzw. den Dichtungsabschnitt
fester an die Innenwand des Kolbenrohrs presst. Damit dem Dichtungsabschnitt
ausreichende Elastizität hierzu bereitgestellt wird, kann
z. B. eine kegelförmige Vertiefung zur Erzeugung der Dichtkontur
verwendet werden. Hierdurch wird an der nach unten weisenden Stirnfläche
des Aufdrückstopfens eine Art Dichtlippe erzeugt.
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Des
Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Spannvorrichtung zum
Einsatz in einem Kettenspannsystem nach einem der vorangegangenen
Ansprüche, die einen im Gehäuse längs
beweglich geführten Spannkolben zum Aufdrücken
auf die Spannschiene aufweist, wobei der Spannkolben zwei mittels
Kunststoffspritzgießen miteinander verbundene Bauteile
aufweist, das erste Bauteil ein Kolbenrohr ist, das an einem Endbereich
mindestens eine Verankerungsvertiefung in seiner Innenseite aufweist,
das zweite Bauteil ein mittels des Kunststoffspritzgießens hergestellter,
zumindest einen Endbereich des Kolbenrohrs weitgehend verschließender
Aufdrückstopfen ist, ein Teil des Kunststoffmaterials des
Aufdrückstopfens beim Kunststoffspritzgießen in
die Verankerungsvertiefung hineingeflossen ist, wodurch eine innige
Verbindung mit dem Kolbenrohr gegen ein Verschieben in beide Axialrich tungen
hergestellt ist, und eine Aufdrückfläche des Spannkolbens
zum Aufdrücken auf die Spannschiene von einer Stirnfläche
des Aufdrückstopfens gebildet ist.
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Im
Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen
erfindungsgemäßen Spannkolben im Vollschnitt und
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2 den
Spannkolben aus 1 in einer Draufsicht.
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Die
prinzipielle Ausgestaltung eines Kettenspannsystems unter Verwendung
einer Spannschiene und einer zugehörigen Spannvorrichtung
sowie der prinzipielle Aufbau und die Funktionsweise sind im Stand
der Technik hinlänglich bekannt, weshalb hierauf im Folgenden
nur kurz eingegangen wird und lediglich auf die im Wesentlichen
neue Ausgestaltung des Spannkolbens Bezug genommen wird.
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Die
Spannvorrichtung ist üblicherweise am Motorblock eines
Verbrennungsmotors angeordnet, und an dessen Hydraulikkreislauf
angeschlossen. Im Zusammenspiel mit der Spannvorrichtung befindet sich
am Motorblock eine schwenkbar angeordnete Spannschiene, die in aller
Regel aus einem Tragkörper mit einem darauf angeordneten
Kunststoff-Gleitbelag ausgestaltet ist. Bevorzugt besteht der Tragkörper
aus einem Metallwerkstoff. Die Spannvorrichtung drückt
im Abstand zur Schwenkstelle auf den Rücken der Spannschiene,
so dass diese unter Spannung an einer am Gleitbelag entlanglaufenden Kette,
bevorzugt einer Steuerkette, anliegt. Die Spannvorrichtung umfasst
ein Gehäuse, das über Versorgungsbohrungen an
die Motorölhydraulik des Verbrennungsmotors angeschlossen
ist. Ein Rückschlagventil im Versorgungskanal sorgt dafür,
dass das Hydrauliköl im Inneren der Spannvorrichtung seine
dämpfende Wirkung entfalten kann. Innerhalb des Gehäuses
der Spannvorrichtung ist in einer passgenauen zylindrischen Bohrung
der in 1 dargestellte Spannkolben 1 längsbeweglich
geführt. Zwischen dem Spannkolben 1 und dem Gehäuse
ist eine Druckkammer ausgebildet, in der sich im Betrieb Hydraulikflüssigkeit
befindet. Die Dämpfungswirkung der Spannvorrichtung wird
durch die Leckage zwischen dem Außenmantel des Spannkolbens 1 und dem
Gehäuse bestimmt. Innerhalb der Druckkammer befindet sich
eine Druckfeder, die sich am unteren Ende am Gehäuse und
am oberen Ende an der Rückseite des Kopfs eines pilzförmigen
Füllkörpers anliegt. Die Druckfeder sorgt insbesondere
bei noch nicht ausreichend aufgebautem Hydraulikdruck für eine
Mindestvorspannung. Der Füllkörper sorgt dafür,
dass das mit Hydraulikflüssigkeit füllbare Volumen
der Druckkammer reduziert ist.
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Der
Spannkolben 1 ist aus zwei Bestandteilen aufgebaut. Der
erste Bestandteil ist ein Kolbenrohr 2 aus einem Stahlwerkstoff.
Für das Kolbenrohr 2 wird bevorzugt ein Strangpressprofil
verwendet, so dass nur minimale spanabhebende Bearbeitungsschritte
erforderlich sind. Das zweite Bauteil ist ein durch Spritzgießen
mit dem Kolbenrohr 2 innig verbundener Aufdrückstopfen 3,
der das vordere Ende des Kolbenrohrs 2 bis auf eine axial
angeordnete Entlüftungsbohrung 4 verschließt.
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Damit
es zu einer innigen Verbindung von dem Aufdrückstopfen 3 und
dem Kolbenrohr 2 kommt, ist die zylindermantelförmige
Innenseite 5 des Kolbenrohrs 2 im Abstand zur
Stirnseite 6 des Kolbenrohrs 2 mit einer umlaufenden
Ringnut 7 versehen. Die Ecken am Grund der Ringnut 7 sowie
die Seitenkanten sind leicht abgerundet, so dass beim Spritzgießvorgang
ein vollständiges Ausfüllen mit Kunststoff erfolgt.
Aufgrund der Ringnut 7 verringert sich die Wandung des
Kolbenrohrs 2 ungefähr auf die Hälfte.
Der vordere Endbereich 8 des Kolbenrohrs 2 ist
im Durchmesser verringert ausgestaltet, so dass auch hier die Wandstärke
des Kolbenrohrs 2 im Wesentlichen auf die Hälfte
reduziert ist. Der Übergang zur angrenzenden im Durchmesser
größeren Mantelfläche erfolgt mittels
eines Konus. Die Länge des vorderen reduzierten Endbereichs 8 ist
an die Position der Ringnut 7 im Inneren angepasst, so
dass sich insgesamt keine Stelle ergibt, bei der die Wandstärke unnötig
weiter reduziert ist. Der Abstand der Ringnut 7 von der
Stirnseite 6 beträgt demnach ungefähr
der Länge des reduzierten vorderen Endbereichs 8 zuzüglich
der Hälfte der größten Wanddicke des
Kolbenrohrs 2.
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Der
Aufdrückstopfen 3 steht über die Stirnseite 6 des
Kolbenrohrs 2 vor und ist seitlich herausgezogen, so dass
sich eine vergrößerte Aufdrückfläche 9 ergibt.
Gleichzeitig wird die Stirnseite 6 des Kolbenrohrs 2 von
dem Aufdrückstopfen 3 abgedeckt. Die Höhe
des Überstandes ist an den zu erwartenden Verschleiß angepasst.
Aufgrund dieser Formgestaltung des vorderen Endbereichs 8 des Kolbenrohrs 2 und
des Aufdrückstopfens 3 weist auch der Aufdrückstopfen 3 eine
umlaufende Ringnut 10 auf, in der der vordere Endbereich 8 des
Kolbens 2 angeordnet ist. Durch diese Mehrfachverriegelung aufgrund
der Ringnuten 7 und 10 ist der Aufdrückstopfen 3 in
beide Richtungen entlang der Achse A am Kolbenrohr 2 gesichert.
Die Verankerung ist demnach derart, dass weder eine übliche
Betriebskraft im Inneren des Spannkolbens 1 noch eine übliche
Betriebskraft auf die Aufdrückfläche 9 den
Aufdrückstopfen 3 vom Kolbenrohr 2 lösen.
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Angrenzend
an den erhabenen Ringstegbereich, der sich in der Ringnut 7 befindet,
ist der Aufdrückstopfen 3 mit einem Dichtungsabschnitt 11 versehen.
Es handelt sich hierbei um einen zylindrischen, bündig
an der Innenseite des Kolbenrohrs 2 anliegenden Abschnitt
auf, der jedoch an seiner nach unten weisenden Stirnseite eine Dichtungskontur
in Form eines zur Entlüftungsbohrung zulaufenden Kegels
aufweist. Hierdurch ist eine im Querschnitt dreiecksförmige,
umlaufende Dichtlippe 12 des Dichtungsabschnitts 11 ausgeformt.
Aufgrund der geneigten Unterseite der Dichtlippe 12 wird
diese aufgrund von Innendruck, insbesondere durch die Hydraulikflüssigkeit
nach außen gedrückt, wodurch sich die Dichtwirkung
verstärkt. Hierdurch wird verhindert, dass Hydraulikflüssigkeit
zwischen Aufdrückstopfen 3 und dem Kolbenrohr 2 eindringt.
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Anstelle
der Ringnut 7 können auch andere Verankerungsvertiefungen,
die den gleichen Zweck erfüllen, eingesetzt werden.
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Die
Entlüftungsbohrung 4 ermöglicht im Zusammenspiel
mit dem auf die Unterseite, insbesondere den Kegel aufdrückenden,
abgerundeten Pilzkopf des Füllkörpers eine Entlüftung
aus der Druckkammer, wodurch auch ein Teil der Hydraulikflüssigkeit
mit eintweicht und die Aufdrückfläche 9 schmiert.
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Am
unteren Ende ist das Kolbenrohr 2 mit einem Innenkegel 13 versehen.
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Die
kostengünstige Verwendung eines Kolbenrohrs 2,
das aufgrund von geringer spanender Bearbeitung anschließend
mittels eines Spritzgießvorgangs mit dem Aufdrückstopfen 3 versehen
wird, führt zu einer Kostenreduktion des gesamten Spannsystems.
Es können insbesondere Spannschienen aus einem Metallwerkstoff
zum Einsatz kommen, die keine weiteren verschleißmindernden
Maßnahmen am Aufdrückbereich aufweisen müssen.
Insbesondere mit der Spannschiene fest verbundene oder aufgeclipste
Kunststoffkörper am Aufdrückbereich sind nicht
mehr notwendig. Des Weiteren erfolgt auch keine Schwächung
der Spannschiene aufgrund eines ansonsten notwendigen Aufdrückstücks.
Auch die Bauraumanforderung gegenüber Spannschienen mit solch
einem Aufdrückstück verringern sich. Die Funktionstauglichkeit
ist verbessert, weil eine höhere Verliersicherheit gegenüber
solchen Spannschienen mit Aufdrückstücken besteht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202006006861 [0002]
- - DE 20119200 U1 [0004]