DE102006055467A1

DE102006055467A1 - Hydraulische Spanneinheit für Zugmitteltriebe

Info

Publication number: DE102006055467A1
Application number: DE102006055467A
Authority: DE
Inventors: Roman Dipl.-Ing. Kern (FH); Reinhard Dipl.-Ing. Koch (FH)
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2008-05-29
Also published as: WO2008061880A1; US20100048334A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Spanneinheit (1b), die für Kettentriebe von Brennkraftmaschinen bestimmt ist. Die hydraulische Spanneinheit (1b) umfasst ein topfartiges Gehäuse (2b), in dem ein Kolben (3b) gegen ein Zugmittel angefedert und längsbeweglich geführt ist. Eine einen Leckspalt (9b) bildende Dämpfungseinrichtung dient zur Dämpfung von Stellbewegungen des Kolbens (3b). Der Leckspalt (9b) wird über eine im Gehäuse (2b) eingesetzte Hülse (16) definiert, die gleichzeitig den Kolben (3b) führt. Bei einer Stellbewegung des Kolbens (3b) in Richtung eines mit einem Hydraulikfluid gefüllten Druckraums (7) wird eine Teilmenge des das Hydraulikfluid über den Leckspalt (9des Kolbens (3b) bewirkt ein Nachströmen des Hydraulikfluids über ein im Gehäuse (2b) eingesetztes Einwegventil (2b).

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Spanneinheit, die in Zugmitteltrieben, insbesondere Kettentrieben von Brennkraftmaschinen eingesetzt ist. Die Spanneinheit umfasst ein topfartig gestaltetes, einen Zylinder bildendes Gehäuse, in dem ein Kolben längsbeweglich geführt ist. Im Einbauzustand ist der Kolben längsbeweglich gegen ein Zugmittel angefedert, wobei Stellbewegungen des Kolbens von einer Dämpfungseinrichtung gedämpft werden. Dazu kann abhängig von der Stellbewegung des Kolbens eine Teilmenge von einem Hydraulikfluid, insbesondere Schmieröl der Brennkraftmaschine, aus dem Druckraum über einen Leckspalt abströmen oder bei einer Umkehrung der Stellbewegung über ein Einwegventil in den Druckraum einströmen.
Eine hydraulische Spanneinheit der zuvor beschriebenen Bauart ist beispielsweise aus der DE 40 35 823 C1 bekannt. Diese insbesondere für Kettentriebe in Brennkraftmaschinen bestimmte hydraulische Spanneinrichtung umfasst einen mit dem Zugmittel, der Kette mittelbar in Verbindung stehenden Kolben, der in dem Zylinder längsverschiebbar geführt ist. Der Kolben und der Zylinder begrenzen gemeinsam einen Druckraum zur Aufnahme des Hydraulikfluids.
Spannerbewegungen und folglich Stellbewegungen des Kolbens in Richtung der Kette vergrößern den Druckraum, wodurch sich ein Unterdruck einstellt, der ein Nachströmen des Hydraulikfluids über ein Einweg- bzw. Rückschlagventil in den Druckraum ermöglicht. Eine entgegengesetzte Kolbenbewegung in Richtung des Zylinders verkleinert den Druckraum. Dabei wird eine Teilmenge des Hydraulikfluids aus dem Druckraum über einen Leckspalt verdrängt. Die Gestaltung des Leckspaltes hat wesentlichen Einfluss auf die Dämpfungseigenschaft der hydraulischen Spanneinheit. Ist die Spanneinheit für eine große Leckage ausgelegt, wird die Spanneinheit weicher, d. h. Schwingungen bzw. Schläge des Zugmittels verbunden mit großen Stellbewegungen des Kolbens werden weitestgehend gedämpft. Ein kleiner eine geringe Fluidströmung zulassender Leckspalt, begrenzt die Dämpfung auf kleine Stellbewegungen des Kolbens, wodurch als nachteilige Folge größere Kräfte in den Zugmitteltrieb eingeleitet werden.
Das Dämpfungsverhalten einer hydraulischen Spanneinheit wird üblicherweise auf einen Betriebspunkt optimal abgestimmt. Eine weiche Dämpfung bietet sich an, um die Geräuschentwicklung des Kettentriebs in einem unteren Drehzahlbereich zu reduzieren. Bei höheren Drehzahlen zeigt die Brennkraftmaschine ein geändertes Betriebsverhalten, wodurch bei weicher Dämpfung eine vergrößerte Menge des Hydraulikfluids aus dem Druckraum über den Leckspalt verdrängt wird. Dabei kann die Situation eintreten, dass der Zeitraum zum Nachsaugen von Hydraulikfluid in den Druckraum nicht ausreicht, wodurch es zu Fehlfunktionen der hydraulischen Spanneinheit kommen kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine hydraulische Spanneinheit gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 so auszubilden, dass diese kostengünstig darstellbar ist und eine hohe Funktionalität aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Problemstellung dadurch gelöst, dass zur spanlosen Herstellung des Gehäuses und des Kolbens ein Tiefziehverfahren vorgesehen ist. Das dabei eingesetzte Tiefziehverfahren erfordert keinerlei Nacharbeit, sodass diese Bauteile für Großserien kostengünstig herstellbar sind. Nach erfolgter Montage, d. h. nach eingesetztem Kolben in das Gehäuse bildet ein separates Sicherungsmittel einen Endanschlag für den Kolben. Die Lage- und Formtoleranzen aller Bauteile der erfindungsgemäßen Spanneinheit sind so ausgelegt, dass sich ein definierter, die Dämpfungseinrichtung bestimmender Leckspalt zwischen dem Kolben und dem Gehäuse oder zwischen dem Kolben und dem Sicherungsmittel einstellt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 11.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zur Darstellung eines wirksamen Sicherungsmittels ist vorgesehen, nach erfolgter Kolbenmontage in das Gehäuse eine separate Hülse zu fixieren. Die Auslegung der Hülse hinsichtlich Wandstärke und Länge erfolgt so, dass sich ein für die Funktion erforderlicher definierter Leckspalt einstellt, der gleichzeitig das Führungsspiel zwischen dem Kolben und der Hülse festlegt.
Die als Sicherungsmittel vorgesehene Hülse ist so in das Gehäuse eingesetzt, das deren Stirnseite einen Endanschlag für den eine radiale Stufe aufweisenden Kolben bildet.
Bevorzugt wird die Hülse mittels einer Pressverbindung bzw. Presspassung in dem Gehäuse positioniert. Alternativ dazu bietet sich eine stoffschlüssige Verbindung an, bei der die Hülse beispielsweise mittels einer Lötung oder Verklebung in dem Gehäuse dauerhaft lagefixiert ist.
Als alternatives Sicherungsmittel zu einer Hülse schließt die Erfindung weiterhin einen formschlüssig an dem Kolben fixierten Sicherungsring ein, der mit einem radial gestuften Abschnitt des Gehäuses zusammenwirkt. Die Auslegung des Sicherungsrings in Verbindung mit der zugehörigen Ringnut in dem Kolben erfolgt so, dass der Kolben mit eingelegtem Sicherungsring in das Gehäuse bzw. den Zylinder einschiebbar ist. Nach Überschreiten des Leckspaltes zwischen dem Kolben und dem Gehäuse erfolgt eine selbsttätige Aufweitung des Sicherungsrings, wodurch sich eine wirksame Zerfallssicherung zwischen Gehäuse und Kolben einstellt.
Als Sicherungsring eignet sich beispielsweise ein radial vorgespannter Sprengring. Alternativ dazu bietet es sich an, einen geschlossenen Stahlring oder Kunststoffring mit einer ausreichenden Elastizität und Verschleißfestigkeit als Sicherungsring einzusetzen. Für Kunststoffringe beschränkt sich die Auswahl auf entsprechend verschleißfeste und dauerfeste Kunststoffe. Bevorzugt weisen die eingesetzten Sicherungsringe ein kreisrundes Querschnittsprofil auf, wobei alternativ Sicherungsringe mit einem quadratischen oder rechteckförmig gestalteten Querschnittsprofil einsetzbar sind, die mit entsprechend gestalteten Ringnuten des Kolbens zusammenwirken.
Als Einwegventil bzw. Rückschlagventil der hydraulischen Spanneinheit ist erfindungsgemäß ein ebenfalls spanlos hergestelltes Plattenventil vorgesehen. Dazu bietet es sich an, eine plattenförmig gestaltete, elastische und schwenkbare Ventilplatte vorzusehen. Diese beispielsweise im Bereich des Gehäusebodens positionierte Ventilplatte kann dabei unmittelbar einer Zuführbohrung f zugeordnet werden, über die das Hydraulikfluid in den Druckraum nachströmen kann. Durch eine Ausgestaltung der Ventilplatte, die beispielsweise über Zentriernasen in dem Gehäuse zentriert ist und weiterhin von der Druckfeder der hydraulischen Spanneinheit kraftbeaufschlagt wird, ergibt sich eine einfache Montage des Einwegventils, das außerdem bauraumneutral in der Spanneinheit integriert ist.
Als Plattenventil eignet sich weiterhin ein zwei spanlose Bauteile umfassendes Ventil, bei dem ein als Scheibe ausgebildeter Ventilkörper verliergesichert und geführt in einem als Halteelement ausgeführten Gehäuse integriert ist. Dieser Aufbau ermöglicht bei bereits geringsten Druckunterschieden bzw. einer Strömungsumkehr des Hydraulikfluids eine kurze Reaktionszeit zum Öffnen oder Schließen des Ventils, was sich vorteilhaft auf die Wirkungsweise der hydraulischen Spanneinheit auswirkt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 in einem Halbschnitt ein hydraulisches Spannelement, bei dem als Sicherungsmittel der Kolben einen lagefixierten Sicherungsring aufweist, der mit einer radialen Stufe des Gehäuses zusammenwirkt;
2 eine Variante einer hydraulischen Spanneinheit, die als Sicherungsmittel eine im Gehäuse eingesetzte Hülse umfasst, die mit einem Ringabschnitt des Kolbens zusammenwirkt;
3 die Schnittansicht gemäß dem Verlauf 3-3 aus 2, die den Aufbau eines Einwegventils verdeutlicht;
4 in einer Schnittansicht ein Plattenventil gemäß dem Verlauf 4-4 aus 5;
5 das Plattenventil gemäß 4 in einer Draufsicht.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine hydraulische Spanneinheit 1a, die in Zugmitteltrieben, insbesondere Kettentrieben, zur Erzielung einer ausreichenden Vorspannung des Zugmittels eingesetzt wird. Die Spanneinheit 1a umfasst ein topfartig gestaltetes, insbesondere durch ein Tiefziehverfahren spanlos hergestelltes, auch als Zylinder zu bezeichnendes Gehäuse 2a. Ein ebenfalls topfartig gestalteter, spanlos durch ein Tiefziehverfahren herge stellter Kolben 3a ist längsverschiebbar in dem Gehäuse 2a geführt. Eine zwischen einem Boden 4 und dem Kolben 3a eingesetzte Druckfeder 5 bewirkt eine kraftbeaufschlagte Verschiebung des Kolbens 3a in Richtung des in 1 nicht abgebildeten Zugmittels. Ein dem Kolben 3a zugeordnetes Federende der Druckfeder 5 stützt sich dabei an einem Volumenreduzierer 6 des Kolbens 3a ab. Das Gehäuse 2a in Verbindung mit dem Kolben 3a begrenzen einen mit Hydraulikfluid gefüllten Druckraum 7. Ein Schmieröl der Brennkraftmaschine wird dabei bevorzugt als Hydraulikfluid eingesetzt, das über eine im Boden 4 angeordnete Zuführöffnung 8 in den Druckraum 7 einströmen kann. Bei einer von dem Zugmittel in den Kolben 3a eingeleiteten Kraft, zur Verstellung des Kolbens 3a in Richtung des Druckraums 7, wird eine Teilmenge des Hydraulikfluids über einen sich einstellenden, als ein Ringspalt ausgebildeten Leckspalt 9a zwischen dem Gehäuse 2a und dem Kolben 3a verdrängt. Das Hydraulikfluid gelangt dabei in einen in 1 nicht abgebildeten, das Gehäuse 2a zumindest teilweise umschließenden Vorratsraum. Eine entgegengesetzte Stellbewegung des Kolbens 3a verursacht einen Druckunterschied zwischen dem Druckraum 7 und dem Vorratsraum, wobei nach Überschreitung eines Öffnungswiderstandes, ein dem mit der Zuführöffnung 8 in Verbindung stehendes Einwegventil 10a öffnet. Durch eine von der Druckfeder 5 ausgelöste, den Kolben 3a in Richtung des Zugmittels verstellende Bewegung wird ein Nachsaugeffekt ausgelöst, um den Druckraum 7 kurzfristig zu befüllen. Dazu ist ein möglichst verzögerungsfrei öffnendes Einwegventil 10a erforderlich.
Zur Bildung einer Zerfallssicherung zwischen dem Gehäuse 2a und dem Kolben 3a bildet das Gehäuse 2a einen radial gestuften Endabschnitt 11, an dem der Kolben 3a geführt ist. Das eingesetzte Tiefziehverfahren, zur Herstellung des Gehäuses 2a und des Kolbens 3a ermöglicht eine Fertigungsqualität ohne Nacharbeit. Gleichzeitig wird durch das Herstellverfahren das für die Funktion erforderliche definierte Führungsspiel zwischen dem Gehäuses 2a und dem Kolbens 3a sicherstellt das gleichzeitig den Leckspalt 9a sowie die Dämpfungscharakteristik der Spanneinheit 1a festlegt. Zur Erzielung einer wirksamen Zerfallsicherung der ineinander gefügten Bauteile ist als Sicherungsmittel 12a an dem Kolben 3a endseitig ein Sicherungsring 13 positioniert, der mit einem End anschlag 15a der radialen Stufe 11 des Gehäuses 2a zusammenwirkt. Vorzugsweise ist als Sicherungsring 13 ein radial vorgespannter Sprengring in eine Ringnut 14 des Kolbens 3a eingesetzt. Die Ringnut 14 ist so ausgeführt, dass beim Einführen des Kolbens 3a in die radiale Stufe 11 des Gehäuses 2a der Sicherungsring 13 sich radial soweit ausweicht, dass eine ungehinderte Montage möglich ist. Bei einer Einbaulage, in der der Sicherungsring 13 die radiale Stufe 11 passiert hat, verschiebt sich der vorgespannte Sicherungsring 13 radial nach außen, verbunden mit einer Überdeckung zwischen dem Sicherungsring 13 und der radialen Stufe 11, die gemeinsam einen Endanschlag 15a bilden.
Die hydraulische Spanneinheit 1b gemäß 2 umfasst die Bauteile, Gehäuse 2b und Kolben 3b, zwischen denen die Druckfeder 5 eingesetzt ist. Abweichend zu der Spanneinheit 1a gemäß 1 ist als Sicherungsmittel 12b eine Hülse 16 vorgesehen. Nach erfolgter Montage des Kolbens 3 wird die Hülse 16 endseitig in das Gehäuse 2b eingesetzt. Alternativ zu der in 2 abgebildeten Aufnahme 17 für die Hülse 16 bietet es sich an, diese unmittelbar in die zylindrische Aufnahme des Gehäuses 2b einzubringen. Durch eine exakte maßliche Abstimmung der Bauteile Gehäuse 2b, Kolben 3b und Hülse 16 stellt sich im eingebauten Zustand dieser Bauteile ein definierter, eine Dämpfungsvorrichtung bildender Leckspalt 9b ein.
Zur Erzielung einer exakten Führung des Kolbens 3a besitzt die Hülse 16 eine Länge (S₁) von ≥ 0,4 der Länge „S₂" des Kolbens 3b. Als optimale Leckspaltgröße ist ein Ringspalt zwischen der Mantelfläche des Kolbens 3b und der Innenkontur der Hülse 16 von ≤ 0,08 mm vorgesehen.
Eine wirksame Zerfallssicherung zwischen dem Gehäuse 2b und dem Kolben 3b wird über den Endanschlag 15b sichergestellt, bei dem ein endseitiger Ringabschnitt 18 des Kolbens 3b mit einer Stirnseite der Hülse 16 zusammenwirkt. Bodenseitig des Gehäuses 2b ist das Einwegventil 10b angeordnet, das unmittelbar von einem Federende der Druckfeder 5 kraftschlüssig beaufschlagt an dem Boden 4 anliegt und mit der Zuführöffnung 8 für das Hydraulikfluid zusammenwirkt.
Den Aufbau des Einwegventils 10b verdeutlicht die 3. Das als Blechscheibe konzipierte, ebenfalls spanlos herstellbare Einwegventil 10b bildet einen Außenring 20, der zur Erzielung einer definierten Einbaulage umfangsseitig Zentriernasen 19 aufweist. über eine Zunge 21 ist der Außenring 20 mit einer elastisch schwenkbar angeordneten Ventilplatte 22 verbunden, die im Einbauzustand die Zuführöffnung 8 öffnet oder schließt.
Die 4 und 5 zeigen ein alternativ aufgebautes Einwegventil 10c, das zwei spanlos hergestellte Bauteile einschließt. Ein auch als Gehäuse zu bezeichnendes Halteelement 23 ist vorgesehen um einen scheibenartig gestalteten Ventilkörper 24 verliergesichert zu führen. Ein Boden 25 des Halteelementes 23 ist dabei konisch gestaltet und bildet zentrisch die Öffnung 26. Eine als Ventilsitz 27 ausgebildete Randzone der Öffnung 26 steht im Einbauzustand mit dem Ventilkörper 24 in Verbindung. Bei einer Zuströmung des Einwegventils 10c in Pfeilrichtung verschiebt sich der Ventilkörper 24 bis zur Anlage an einen Bord 28, der gemäß 5 umlaufend gestaltet ist. Der Bord 28 wird nach Einlegen des Ventilkörpers 24 in das Halteelement 23 rechtwinklig nach innen gebördelt, damit einerseits ein Anschlag für den Ventilkörper 28 und gleichzeitig eine wirksame Verliersicherung des Ventilkörpers 24 im vormontierten Zustand des Einwegventils 10c erzielbar ist. Vorteilhaft ist das Einwegventil 10c ohne weitere Hilfsmittel über eine Presspassung in ein Gehäuse eingesetzt. Eine Führung bzw. Zentrierung des Ventilkörpers 24 erfolgt über umfangsverteilt angeordnete Ansätze 29, die spielbehaftet einer Innenwandung 30 des Halteelements 23 zugeordnet sind. Die 5 verdeutlicht weiterhin die sich einstellenden Durchströmquerschnitte bei geöffnetem Einwegventil 10c. Der gesamte Durchströmquerschnitt setzt sich zusammen aus einer Summierung aller Aussparungen 31 des Ventilkörpers 24, die sich jeweils zwischen den umfangsverteilt angeordneten Ansätzen 29 einstellen.

1a: Spanneinheit
1b: Spanneinheit
2a: Gehäuse
2b: Gehäuse
3a: Kolben
3b: Kolben
4: Boden
5: Druckfeder
6: Volumenreduzierer
7: Druckraum
8: Zuführöffnung
9a: Leckspalt
9b: Leckspalt
10a: Einwegventil
10b: Einwegventil
10c: Einwegventil
11: Endabschnitt
12a: Sicherungsmittel
12b: Sicherungsmittel
13: Sicherungsring
14: Ringnut
15a: Endanschlag
15b: Endanschlag
16: Hülse
17: Aufnahme
18: Ringabschnitt
19: Zentriernase
20: Außenring
21: Zunge
22: Ventilplatte
23: Halteelement
24: Ventilkörper
25: Boden
26: Öffnung
27: Ventilsitz
28: Bord
29: Ansatz
30: Innenwand
31: Aussparung

Claims

Hydraulische Spanneinheit, eingesetzt in Zugmitteltrieben, insbesondere Kettentrieben von Brennkraftmaschinen, mit einem topfartigen, einen Zylinder bildenden Gehäuse (2a, 2b) indem ein Kolben (3a, 3b) längsbeweglich geführt ist und gegen ein Zugmittel angefedert ist und eine als Leckspalt (9a, 9b) ausgebildete Dämpfungseinrichtung, die Stellbewegungen des Kolbens (3a, 3b) dämpft, wobei ein Hydraulikfluid, insbesondere ein Schmieröl der Brennkraftmaschine aus einem Druckraum (7) über den Leckspalt (9a, 9b) abströmen und über ein Einwegventil (10a, 10b) in den Druckraum (7) einströmen kann, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tiefziehverfahren zur spanlosen Herstellung des Gehäuses (2a, 2b) und des Kolbens (3a, 3b) vorgesehen ist und nach eingesetztem Kolben (3a, 3b) in das Gehäuse (2a, 2b) ein Sicherungsmittel (12a, 12b) einen Endanschlag des Kolbens (3a, 3b) bildet, wobei sich der Leckspalt (9a, 9b) zwischen dem Kolben (3a, 3b) und dem Gehäuse (2a, 2b) oder zwischen den Kolben (3a, 3b) und dem Sicherungsmittel (12a, 12b) einstellt.
Spanneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgter Montage des Kolbens (3a, 3b) eine in dem Gehäuse (2a, 2b) lagefixierte Hülse (16) als Sicherungsmittel (12b) vorgesehen ist, wobei ein Führungsspiel des Kolbens (3b) gleichzeitig den Leckspalt (9b) zwischen dem Kolben (3b) und der Hülse (16) definiert.
Spanneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine als Ringabschnitt (18) gestaltete radiale Stufe des Kolbens (3b) einen Endanschlag (15b) für den Kolben (3b) bildet, der mit einer Stirnseite Hülse (16) zusammenwirkt.
Spanneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (16) mittels einer Pressverbindung in dem Gehäuse (2b) positioniert ist.
Spanneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Befestigung der Hülse (16) eine stoffschlüssige Verbindung vorgesehen ist.
Spanneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sicherungsmittel (12a) ein formschlüssig an den Kolben (3a) lagefixierter Sicherungsring (13) vorgesehen ist, der mit einem radial gestuften Endabschnitt (11) des Gehäuses (2a) zusammenwirkt.
Spanneinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein radial vorgespannter Sprengring als Sicherungsring (13) in eine Ringnut (14) des Kolbens (3a) eingesetzt ist.
Spanneinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Sicherungsring (13) ein geschlossener Stahl- oder Kunststoffring vorgesehen ist.
Spanneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Einwegventil (10a, 10b) ein spanlos hergestelltes Plattenventil innerhalb des Gehäuses (2a, 2b) eingesetzt ist.
Spanneinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einwegventil (10b) eine elastisch angeordnete Ventilplatte (22) ein schließt, die mit einer Zuführöffnung (8) des Gehäuses (2b) zusammenwirkt.
Spanneinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Einwegventil (10c) ein zweiteilig aufgebautes Plattenventil vorgesehen ist, mit einem als Gehäuse ausgebildeten, einen Ventilsitz (27) bildenden Halteelement (23), in dem ein als Scheibe ausgebildeter Ventilkörper (24) verliergesichert geführt.