WO2012097889A1 - Zugmittelspannvorrichtung mit sicherungselement sowie verbrennungskraftmaschine mit einer solchen zugmittelspannvorrichtung - Google Patents

Zugmittelspannvorrichtung mit sicherungselement sowie verbrennungskraftmaschine mit einer solchen zugmittelspannvorrichtung Download PDF

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Peter Tyroller
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    • F16H2007/0876—Control or adjustment of actuators
    • F16H2007/0878—Disabling during transport

Definitions

  • the invention relates to a Switzerlandstoffspanniser with a housing comprising aluminum as a material, in the axially immovable a sliding sleeve is inserted, in which a hydraulically actuated axially extendable piston is mounted, wherein between the piston made of steel and the steel made sliding sleeve a pressure space is present, which can be filled with a hydraulic raulikstoff, wherein a securing element for fixing the axial position of the sliding sleeve, relative to the housing, engages the sliding sleeve and the housing.
  • Traction device clamping devices are used in traction drives of internal combustion engines. Such traction mechanisms usually use as traction means either belts, such as toothed belts, or chains, such as timing chains. Such traction drives are used in particular in control drives of internal combustion engines application. In addition or as an alternative, they can also drive other units, such as generators or electric machines.
  • the traction means are unfortunately subject to elongation, which must be compensated. Also, temperature-related stresses and strains in the traction device must be compensated.
  • Such hydraulic chain tensioners are known, for example, from DE 20 2007 012 460 U1.
  • This publication discloses a clamping unit with a chain tensioner and a transport lock for locking the tensioning piston.
  • the dowel pin or the tolerance rings cause a deformation of the hydraulic element, ie the sleeve, but this has a negative influence on the performance of the hydraulic element.
  • the pressing has the disadvantage that large overlaps are necessary to the forces both at low temperatures, such as -40 ° C, as even at high temperatures, such as 150 ° C to transmit. This is due in particular to the different coefficients of expansion of aluminum and steel. Even the gluing is not without problems, since it is also expensive, not yet sufficiently tested and prone to contamination in the assembly. Also, gluing itself as a source of dirt during assembly is to be avoided. Ultimately, therefore, there is still no sufficient process reliability.
  • the securing element is provided with an elongate fastening section designed for fixing in the housing, which is provided at a housing-remote end with a head which is in form-locking connection with the sleeve.
  • the securing element can also be acquired as a cost-effective item of equipment in large quantities as a purchased part, which reduces the costs of such a traction device clamping device.
  • the securing element is designed as a pin.
  • a pin can be driven by simple means into a suitably prepared hole of the housing, the driving should only take place as long as the biasing force is not yet sufficiently available by the spring head.
  • attachment portion has a toothing, it is prevented that the securing element loosens again from the housing or even removed.
  • the head has resilient properties, wherein not only the head can have elastic properties, but also the entire pen. This makes it possible to achieve a compensation of the different thermal expansion coefficients of the different materials.
  • the pin is made of steel and / or the spring head is made of spring steel, then cost-effective materials can be used, which are durable but over a long time. It is also advantageous if the securing element is inserted in a recess of a thickening of the housing axially non-displaceable, wherein the recess axially parallel to a rotational axis of symmetry of the piston off is directed. The housing can then be easily prepared without having to recharge frequently during production.
  • the head is flat and rotationally symmetrical with respect to the longitudinal axis of the fastening section or the head extends from the side of the securing element facing away from the axis of rotational symmetry of the piston to the rotational symmetry axis. In this way, a lifting of the hydraulic element can be prevented, whereby wear and dynamic Albertverhal- th avoided.
  • the object is also achieved according to the invention by combining a combustion engine with a traction device according to the invention and a traction device.
  • a pressing member with a toothing and a resilient head piece is used.
  • the resilient head also has the advantage of being able to compensate for the length tolerances of a KSH element and the aluminum housing.
  • FIG. 2 shows a separate illustration of the securing element in a first embodiment
  • Fig. 3 is a perspective view of a traction device according to the invention with a second embodiment of a securing element.
  • Fig. 1 is a section through an inventive Switzerlandstoffspannvoroplasty 1 is shown.
  • the traction device 1 has a housing 2.
  • the housing 2 is made of aluminum or an aluminum alloy.
  • aluminum die-casting is used for the housing 2 in particular aluminum die-casting.
  • the housing 2 has a hole 3 which has a substantially cylindrical cross-section.
  • a sliding sleeve 4 is inserted in the hole 3.
  • the sliding sleeve 4 is inserted substantially axially non-displaceable in the housing 2 and arranged substantially non-rotatably to the housing 2 in the hole 3.
  • the sliding sleeve 4 has in its interior a piston 5, which is arranged to be able to slide out of it.
  • the sliding sleeve 4 is made of steel.
  • a pressure chamber 6 In the interior of the sliding sleeve 4 is a pressure chamber 6.
  • This pressure chamber 6 is disposed between the sliding sleeve 4 and the piston 5 and closed in the direction of the housing 2 by a check valve 7.
  • the pressure chamber 6 is filled at the opening of the check valve 7 by a hydraulic means, such as oil, in particular engine oil or hydraulic oil. If the pressure in the pressure chamber 6 is greater than the pressing on a free end 8 of the piston force F1, so the piston 5 moves out of the sliding sleeve 4 and presses on a clamping rail, not shown, which deflects a traction means.
  • a securing element 10 is present.
  • the securing element 10 is designed as a pin 1 1.
  • the pin 1 1 has an elongated mounting portion 12 which has a toothing 13 on its outer side. At its projecting from the housing 2 end a head 14 is formed.
  • the head 14 is formed of a resilient material.
  • the entire securing element 10 is made of steel, in the present embodiment of spring steel.
  • the head 14 has a slightly tapered outer contour on its upper side and on its underside.
  • the top of the head 14 is provided with the reference numeral 15, whereas the underside of the head 14 is provided with the reference numeral 16.
  • the securing element 10 has a longitudinal axis 17, which is aligned axially parallel to the rotational symmetry axis 9.
  • the head 14 is mushroom-shaped. With a far as possible from the longitudinal axis 17 remote area 18 on the bottom 16, the head 14 is located on the top 19 of the sliding sleeve 4. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zugmittelspannvorrichtung (1) mit einem Aluminium als Werkstoff umfassenden Gehäuse (2), in das axial unverschieblich eine Gleithülse (4) eingesetzt ist, indem ein hydraulisch betätigbarer, axial ausfahrbarer Kolben (5) gelagert ist, wobei zwischen dem aus Stahl gefertigten Kolben und der aus Stahl gefertigten Gleithülse (4) ein Druckraum (6) vorhanden ist, der mit einem Hydraulikmittel befüllbar ist, wobei ein Sicherungselement (10) zum Festlegen der axialen Position der Gleithülse (4) relativ zum Gehäuse (2) an der Gleithülse (4) und dem Gehäuse (2) angreift, wobeidas Sicherungselement (10) mit einem zur Festlegung im Gehäuse (2) ausgelegten, länglichen Befestigungsabschnitt (12) versehen ist, der auf einem gehäusefernen Ende mit einem Kopf (14) versehen ist, welcher in Formschluss mit der Gleithülse (4) steht. Die Erfindung betrifft auch eine Verbrennungskraftmaschine mit einer solchen Zugmittelspannvorrichtung und einem Zugmittel.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Zugmittelspannvorrichtung mit Sicherungselement sowie Verbrennungskraftmaschine mit einer solchen Zugmittelspannvorrichtung
Beschreibung Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Zugmittelspanneinheit mit einem Aluminium als Werkstoff umfassenden Gehäuse, in das axial unverschieblich eine Gleithülse eingesetzt ist, in welcher ein hydraulisch betätigbarer axial ausfahrbarer Kolben gelagert ist, wobei zwischen dem aus Stahl gefertigten Kolben und der aus Stahl gefertigten Gleithülse ein Druckraum vorhanden ist, der mit einem Hyd- raulikmittel befüllbar ist, wobei ein Sicherungselement zum Festlegen der axialen Position der Gleithülse, relativ zum Gehäuse, an der Gleithülse und dem Gehäuse angreift.
Zugmittelspannvorrichtungen werden in Zugmitteltrieben von Verbrennungs- kraftmaschinen eingesetzt. Solche Zugmitteltriebe verwenden dabei als Zugmittel üblicherweise entweder Riemen, wie etwa Zahnriemen, oder Ketten, wie etwa Steuerketten. Solche Zugmitteltriebe finden insbesondere bei Steuertrieben von Verbrennungskraftmaschinen Anwendung. Sie können zusätzlich oder alternativ auch weitere Aggregate antreiben, wie etwa Generatoren oder Elekt- romaschinen.
Die Zugmittel unterliegen leider einer Längung, welche ausgeglichen werden muss. Auch müssen temperaturbedingte Spannungen und Dehnungen im Zugmittel ausgeglichen werden.
Zu diesem Zweck werden üblicherweise Zugmittelspannvorrichtungen eingesetzt. Solche Zugmittelspannvorrichtungen heißen im Zusammenhang mit der Verwendung von Riemen auch Riemenspanner und im Zusammenhang mit der Verwendung von Ketten auch Kettenspanner.
Es gibt unterschiedliche Arten von Zugmittelspannvorrichtungen, je nach Art der Betätigung. So gibt es unter anderem automatische, halbautomatische, mechanische und hydraulische Kettenspanner.
Solche hydraulischen Kettenspanner sind bspw. aus der DE 20 2007 012 460 U1 bekannt. Diese Druckschrift offenbart eine Spanneinheit mit einem Ketten- spanner und einer Transportsicherung zum Verriegeln des Spannkolbens.
Allerdings sind solche Transportsicherungen nicht weiter verwendbar, wenn die Spanneinheit einmal eingebaut ist. Ähnliche Lösungen sind auch aus der DE 10 2008 033 260 A1 bekannt, die schon eine gewisse Verbesserung darstellen.
Allerdings ist es bisher immer noch schwierig, sowohl eine Sicherung der Hülse, in der der hydraulisch ausfahrbare Kolben gelagert ist, aus dem Gehäuse in axialer Richtung vorzusehen und andererseits durch die unterschiedliche Werkstoffwahl von Gehäuse, Hülse und Kolben bedingte Längungen auszugleichen.
Es ist zwar bekannt, die Hülse mit einem Passstift bzw. Toleranzringen zu hal- ten, wobei der Passstift oder die Toleranzringe eine Verformung des Hydraulikelementes, also der Hülse, hervorrufen, was aber negativen Einfluss auf die Performance des Hydraulikelementes hat.
Auch sonst übliche Lösungen, wie ein Sichern durch Einpressen und ein Si- ehern durch ein Einkleben hat erhebliche Nachteile.
So hat das Einpressen den Nachteil, dass große Überdeckungen notwendig sind, um die Kräfte sowohl bei geringen Temperaturen, wie etwa -40 °C, als auch bei hohen Temperaturen, wie etwa 150 °C, zu übertragen. Dies liegt insbesondere an den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Aluminium und Stahl. Auch das Einkleben ist nicht unproblematisch, da es ebenfalls teuer, noch nicht ausreichend erprobt und anfällig gegen eine Verschmutzung in der Montage ist. Auch ist das Einkleben selber als Schmutzquelle in der Montage zu vermeiden. Letztendlich ist somit noch keine ausreichende Prozesssicherheit gegeben.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einerseits die Gleithülse gegen ein axiales Ausfahren zu sichern und andererseits eine relative Vorspannung der Gleithülse relativ zum Gehäuse selbst bei unterschiedlichen Temperaturen zu gewährleisten.
Offenbarung der Erfindung Dies wird dadurch erreicht, dass das Sicherungselement mit einem zur Festlegung im Gehäuse ausgelegten, länglichen Befestigungsabschnitt versehen ist, der an einem gehäusefernen Ende mit einem Kopf versehen ist, welcher in Formschluss mit der Hülse steht. Auf diese Weise lassen sich kurze Montagezeiten realisieren, wobei die gewünschte Vorspannkraft durch den federnd ausgebildeten Kopf des Sicherungselementes gewährleistet wird. Die Folge ist ein effizienter Toleranzausgleich. Letztlich ist auch das Sicherungselement als kostengünstiges Betriebsmittel in großen Stückzahlen als Kaufteil erwerbbar, was die Kosten einer sol- chen Zugmittelspannvorrichtung verringert.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert. So ist es von Vorteil, wenn das Sicherungselement als Stift ausgebildet ist. Ein solcher Stift kann mit einfachen Mitteln in ein entsprechend vorbereitetes Loch des Gehäuses eingetrieben werden, wobei das Eintreiben nur so lange erfol- gen sollte, wie die Vorspannkraft durch den Federkopf noch nicht in ausreichendem Maße zur Verfügung steht.
Wenn der Befestigungsabschnitt eine Verzahnung aufweist, so wird verhindert, dass sich das Sicherungselement wieder aus dem Gehäuse lockert oder gar entfernt.
Besonders sicher wird ein Lösen des Sicherungselementes verhindert, wenn die Verzahnung durch umlaufende Riefen gebildet ist, die im Längsschnitt ein sägezahnartiges Profil aufweisen.
Es ist ferner von Vorteil, wenn der Kopf federelastische Eigenschaften aufweist, wobei nicht nur der Kopf federelastische Eigenschaften aufweisen kann, sondern auch der gesamte Stift. Dadurch lässt sich ein Ausgleich der unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien erreichen.
Wenn die dem Gehäuse zugewandte Unterseite des Kopfes mit einer vom Gehäuse wegweisenden Oberseite der Hülse in Anlage befindlich ist, so lässt sich eine effiziente Sicherung bei einfacher Montage gewährleisten.
Wenn der Stift aus Stahl gefertigt ist und/oder der Federkopf aus Federstahl gefertigt ist, so lassen sich kostengünstige Materialien verwenden, die doch über lange Zeit belastbar sind. Auch ist es von Vorteil, wenn das Sicherungselement in einer Ausnehmung einer Verdickung des Gehäuses axial unverschieblich eingesetzt ist, wobei die Ausnehmung achsparallel zu einer Rotationssymmetrieachse des Kolbens aus- gerichtet ist. Das Gehäuse lässt sich dann einfach vorbereiten, ohne dass es bei der Fertigung häufig umgespannt werden muss.
Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch herausgestellt, wenn der Kopf flach und rotationssymmetrisch zu der Längsachse des Befestigungsabschnittes ausgebildet ist oder sich der Kopf von der der Rotationssymmetrieachse des Kolbens abgewandten Seite des Sicherungselementes zur Rotationssymmetrieachse hin erstreckt. Auf diese Weise kann ein Abheben des Hydraulikelementes verhindert werden, wodurch Verschleiß und dynamisches Fehlverhal- ten vermieden wird.
Es ist von Vorteil, wenn nicht nur ein Sicherungselement, sondern mehrere am Umfang verteilte Sicherungselemente stirnseitig in das Aluminiumgehäuse ein- gepresst sind. In einem solchen Fall hält ein eventuell aus Stahl gefertigter Pin das Stahlgehäuse, also die Gleithülse nieder und wirkt dem Abheben des Hydraulikelementes, verursacht durch eine Dynamik und den Versorgungsöldruck, entgegen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass eine Verbren- nungskraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Zugmittelspannvorrichtung und einem Zugmittel kombiniert ist. Bei dieser Ausgestaltung wird ein Pressteil mit einer Verzahnung und einem federnden Kopfstück eingesetzt. Beim Einpressen bewirkt die Verzahnung eine Selbsthemmung bei axialen Kräften auf das Kettenspannerelement und der federnde Kopf bewirkt zusätzlich eine Vor- Spannkraft, um die Temperaturschwankungen der Bauteile auszugleichen. Der federnde Kopf hat zudem noch den Vorteil, Längentoleranzen eines KSH- Elementes und des Aluminiumgehäuses ausgleichen zu können.
Die Erfindung wird nachfolgend auch mit Hilfe von Ausführungsbeispielen er- läutert, die in einer Figur dargestellt sind.
Es zeigen: Fig. 1 eine Längsschnittansicht durch eine erfindungsgemäße Zugmittelspannvorrichtung,
Fig. 2 eine separate Darstellung des Sicherungselementes in einer ersten Aus- führungsform und
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Zugmittelspannvorrichtung mit einer zweiten Ausführungsform eines Sicherungselementes.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. In Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Zugmittelspannvorrichtung 1 dargestellt.
Die Zugmittelspannvorrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 auf. Das Gehäuse 2 ist aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung gefertigt. Für das Gehäuse 2 kommt insbesondere Aluminiumdruckguss zum Einsatz.
Das Gehäuse 2 weist ein Loch 3 auf, das einen im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt aufweist. In das Loch 3 ist eine Gleithülse 4 eingesetzt. Die Gleithülse 4 ist im Wesentlichen axial unverschieblich im Gehäuse 2 eingesetzt und im Wesentlichen auch unverdrehbar zum Gehäuse 2 im Loch 3 angeordnet. Die Gleithülse 4 weist in ihrem Inneren einen Kolben 5 auf, der aus ihr ausfahrbar gleitend angeordnet ist. Die Gleithülse 4 ist aus Stahl gefertigt.
Im Inneren der Gleithülse 4 befindet sich ein Druckraum 6. Dieser Druckraum 6 ist zwischen der Gleithülse 4 und dem Kolben 5 angeordnet und in Richtung des Gehäuses 2 durch ein Rückschlagventil 7 verschlossen. Der Druckraum 6 ist bei Öffnung des Rückschlagventils 7 durch ein Hydraulikmittel, wie etwa Öl, insbesondere Motoröl oder Hydrauliköl befüllbar. Wird der Druck im Druckraum 6 größer als die auf ein freies Ende 8 des Kolbens drückende Kraft F1 , so fährt der Kolben 5 aus der Gleithülse 4 aus und drückt auf eine nicht dargestellte Spannschiene, welche ein Zugmittel auslenkt.
Damit nicht auch die Gleithülse 4 entlang einer Rotationssymmetrieachse 9 verschoben wird, ist ein Sicherungselement 10 vorhanden. Das Sicherungselement 10 ist als Stift 1 1 ausgebildet.
Der Stift 1 1 weist einen länglichen Befestigungsabschnitt 12 auf, der auf seiner Außenseite eine Verzahnung 13 aufweist. An seinem aus dem Gehäuse 2 abstehenden Ende ist ein Kopf 14 ausgebildet. Der Kopf 14 ist aus einem federnden Material ausgeformt. Insbesondere ist das gesamte Sicherungselement 10 aus Stahl gefertigt, im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Federstahl.
Der Kopf 14 weist eine leicht kegelige Außenkontur auf seiner Oberseite sowie auf seiner Unterseite auf. Die Oberseite des Kopfes 14 ist mit dem Bezugszeichen 15 versehen, wohingegen die Unterseite des Kopfes 14 mit dem Bezugs- zeichen 16 versehen ist. Das Sicherungselement 10 weist eine Längsachse 17 auf, die achsparallel zur Rotationssymmetrieachse 9 ausgerichtet ist.
Wie in Fig. 2 gut zu erkennen ist, ist der Kopf 14 pilzförmig ausgebildet. Mit einem möglichst weit von der Längsachse 17 entfernten Bereich 18 auf der Unterseite 16, liegt der Kopf 14 auf der Oberseite 19 der Gleithülse 4 auf. Bezugszeichenliste
1 Zugmittelspannvorrichtung
2 Gehäuse
3 Loch
4 Gleithülse
5 Kolben
6 Druckraum
7 Rückschlagventil
8 freies Ende
9 Rotationssymmetrieachse
10 Sicherungselement
1 1 Stift
12 Befestigungsabschnitt
13 Verzahnung
14 Kopf
15 Oberseite des Kopfes
16 Unterseite des Kopfes
17 Längsachse
18 Bereich
19 Oberseite der Gleithülse

Claims

Patentansprüche
1 . Zugmittelspannvornchtung (1 ) mit einem Aluminium als Werkstoff umfassenden Gehäuse (2), in das axial unverschieblich eine Gleithülse (4) ein- gesetzt ist, indem ein hydraulisch betätigbarer, axial ausfahrbarer Kolben (5) gelagert ist, wobei zwischen dem aus Stahl gefertigten Kolben (5) und der aus Stahl gefertigten Gleithülse (4) ein Druckraum (6) vorhanden ist, der mit einem Hydraulikmittel befüllbar ist, wobei ein Sicherungselement (10) zum Festlegen der axialen Position der Gleithülse (4) relativ zum Ge- häuse (2) an der Gleithülse (4) und dem Gehäuse (2) angreift, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (10) mit einem zur Festlegung im Gehäuse (2) ausgelegten, länglichen Befestigungsabschnitt (12) versehen ist, der auf einem gehäusefernen Ende mit einem Kopf (14) versehen ist, welcher in Formschluss mit der Gleithülse (4) steht.
2. Zugmittelspannvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (10) als Stift (1 1 ) ausgebildet ist.
3. Zugmittelspannvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da- durch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (12) eine Verzahnung (13) aufweist.
4. Zugmittelspannvorrichtung (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (13) durch umlaufende Riefen ausgebildet ist, die im Längsschnitt ein sägezahnartiges Profil aufweisen.
5. Zugmittelspannvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (14) federelastische Eigenschaften aufweist.
6. Zugmittelspannvornchtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Gehäuse (2) zugewandte Unterseite (16) des Kopfes (14) mit einer vom Gehäuse (2) wegweisenden Oberseite (19) der Gleithülse (4) in Anlage befindlich ist.
7. Zugmittelspannvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (1 1 ) aus Stahl gefertigt ist und/oder der
Kopf (14) als Federkopf aus Federstahl gefertigt ist.
8. Zugmittelspannvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (10) in eine Ausnehmung einer Verdickung des Gehäuses (2) axial unverschieblich eingesetzt ist, wobei die Ausnehmung achsparallel zu einer Rotationssymmetrieachse (9) des Kolbens (5) ausgerichtet ist.
9. Zugmittelspannvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (14) flach und rotationssymmetrisch zu der
Längsachse (14) des Befestigungsabschnittes (12) ausgebildet ist oder sich der Kopf (14) von der der Rotationssymmetrieachse (9) des Kolbens (5) abgewandten Seite des Sicherungselementes (10) zur Rotationssymmetrieachse (9) hin erstreckt.
10. Verbrennungskraftmaschine mit einer Zugmittelspannvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und einem Zugmittel.
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