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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb einer Brennkraftmaschine mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen.
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Allgemein vorbekannt sind Kettentriebe, beispielsweise zum Antrieb von Nockenwellen oder Nebenaggregaten für Brennkraftmaschinen mit leertrumseitig angeordnetem Kettenspanner sowie zugtrumseitigen Führungsschienen. Als Kettenspanner kommen zum großen Teil hydraulische Spannvorrichtungen zum Einsatz. Diese hydraulischen Spannvorrichtungen bestehen, wie beispielsweise in der
DE 103 27 024 A1 beschrieben, aus einem Gehäuse mit einer Bohrung, in der ein hohl ausgebildeter Spannkolben längsbeweglich geführt ist. Die Aussparung des Spannkolbens bildet mit einem Teil der Bohrung des Gehäuses einen Druckraum. Am Boden der Bohrung ist ein Rückschlagventil für den Hydraulikölzulauf in den Druckraum angeordnet. Innerhalb des Druckraums ist ein in Spannrichtung der Spannvorrichtung wirkendes Federelement angeordnet. Die Entlüftung des Druckraumes erfolgt über einen Drosselspalt in Verbindung mit einer im Spannkolben angeordneten Entlüftungsvorrichtung.
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Nachteilig bei dieser Art von Spannvorrichtungen ist, dass sie nur in Spannrichtung stehend eingebaut werden können. Bei einer waagerechten oder in Spannrichtung nach unten wirkender Einbauart läuft die Hydraulikflüssigkeit beim Stillstand des Verbrennungsmotors aus dem Druckraum der Spannvorrichtung über den Drosselspalt aus. Beim Anlaufen des Verbrennungsmotors wird über eine Ölpumpe der Druckraum mit Öl gefüllt und ein zur Dämpfung entsprechender Öldruck im Druckraum der Spannvorrichtung aufgebaut. In der Anlaufphase erfolgt die Kettenspannung nur durch das im Druckraum angeordnete Federelement. Die dabei fehlende Spannerdämpfung hat ein Kettenschlagen mit einer unzumutbaren Lärmbelästigung zur Folge.
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Zur Verhinderung eines Ölablaufs beim Stillstand der Verbrennungsmaschine aus dem Druckraum der Spannvorrichtung ist die Entlüftungsvorrichtung gemäß der
US 4 963 121 A entsprechend der Einbauart der Spannvorrichtung unterschiedlich angeordnet, so dass sich die Entlüftungsvorrichtung immer oberhalb des Druckraums befindet.
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Nachteilig ist, dass für die jeweilige Einbauart entsprechend unterschiedlich ausgebildete Spannvorrichtungen zum Einsatz kommen. Bei einer Realisierung von verschiedenen Einbauarten in einem Fahrzeug können die Spannvorrichtungen leicht verwechselt werden, was wiederum ein Ölauslaufen zur Folge hätte.
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Gemäß der
DE 199 59 594 C1 ist ein Kettentrieb für einen V-Motor mit zwei baugleich ausgeführten Kettenspannern bekannt, bei dem ein Kettenspanner im wesentlichen horizontal und der andere vertikal angeordnet ist. Die Kettenspanner sind dabei mit zwei voneinander unabhängig wirkenden Leckage-Einrichtungen ausgerüstet. Dabei erfolgt die Entlüftung bei einem vertikalen Einbau über einen im Einschraubteil angeordneten radialen Kanal und einen angrenzenden Umfangsspalt zwischen dem Einschraubteil und einer zylinderkopfseitigen Einschraubbohrung sowie einer anschließenden durchlässig gestalteten Gewindeverschraubung. Zur besseren Durchlässigkeit kann die Gewindeverschraubung mit einer Nut versehen sein. Bei einem horizontalen Einbau erfolgt die Entlüftung über einen im Spannkolben angeordneten Ablaufkanal.
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Aus der
DE 196 50 289 A1 ist eine hydraulische Spannvorrichtung mit einem Innenreservoir zur Vermeidung des Auslaufens der Spannvorrichtung bekannt. Dabei wird ein auf einer Zylinderbüchse im Gehäuse verschiebbarer Hohlkolben von einer Feder nach außen gedrückt. Zwischen der Büchse und dem Hohlkolben ist eine Arbeitskammer vorgesehen, in welche aus dem Innenreservoir zwischen Gehäuse und Büchse ein Strömungsmittel über ein Rückschlagventil derart in die Arbeitskammer eintreten kann, dass diese mit Strömungsmittel gefüllt wird.
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Aus der nachveröffentlichten
DE 10 2008 023 336 A1 ist eine hydraulische Spannvorrichtung mit einem Labyrinth zum Rückhalten von Öl in der Spannvorrichtung über einen langen Zeitraum bekannt. Dabei wird durch eine Anordnung von Gehäuse, Kolben und einer im Kolben angeordneten Hülse das Labyrinth gebildet, welches aus einer ersten Lücke zwischen der äußeren Umfangsfläche der Hülse und der inneren zylindrischen Wand des Kolbens und einer zweiten Lücke zwischen der äußeren Umfangsfläche des Kolbens und der inneren Umfangsfläche des Gehäuses besteht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb in einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit der mit geringem technischen Aufwand auch bei unterschiedlicher Einbauweise ein vollständiges Auslaufen des Druckmediums aus dem Druckraum vermieden wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Dadurch, dass der Druckraum der hydraulischen Spannvorrichtung mit einer siphonartig ausgebildeten Entlüftung und Leckage-Ölabführung versehen ist, wird erreicht, dass ein vollständiges Auslaufen des Hydraulikmittels aus dem Druckraum bei einer unterbrochenen Ölzufuhr zu dem Druckraum auch bei einer beliebigen Einbaulage der Spannvorrichtung vermieden wird. Die siphonartig ausgebildete Entlüftung und Leckage-Ölabführung wird dadurch erreicht, dass die Hülse im Bereich der Unterkante des hohl ausgebildeten Spannkolbens an dessen Innenwandung dichtend anliegt, an dem anderen Ende der Hülse eine Durchgangsbohrung angeordnet ist und einen Spalt zwischen der Hülse und der Innenwand des hohl ausgebildeten Spannkolbens bildet. Die Entlüftung und Ölabführung erfolgt somit vom Druckraum des Spannkolbens über die Durchgangsbohrung in der Hülse, den Spalt, eine in der Wandung des Spannkolbens angeordneten Bohrung und einen Leckspalt, der zwischen der Innenwand eines Gehäuses und der Außenwand des Spannkolbens angeordnet ist, nach außen. Durch die mehrmalige Umlenkung der aus dem Druckraum geführten Entlüftungsluft bzw. des Leckageöls nach außen wird der Siphoneffekt genutzt, der ein vollständiges Auslaufen des Hydraulikmediums aus dem Druckraum verhindert.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass baugleiche Spannvorrichtungen für Kettentriebe unabhängig von ihrer Einbaulage verwendet werden können. Dadurch, dass auch bei ungünstigster Einbaulage, bei der die Spannvorrichtungen senkrecht nach unten wirkend im Fahrzeug eingebaut sind, bei Motorstillstand nur ein geringer Teil von Öl aus dem Druckraum ausfließen kann, ist auch bei einem Neustart des Motors noch eine genügende Härte der Schwingungsdämpfung der Kette vorhanden. Ein erhöhtes Kettenschlagen und die damit verbundene Geräuschbildung werden weitestgehend vermieden. Aufgrund des geringen Ölverlustes wird bei einem Neustart des Motors dieser schnell ausgeglichen, so dass die Spannvorrichtung sehr schnell ihre vollständige Wirkung erreicht.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass innerhalb des Druckraums ein Füllkörper schwimmend angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, dass bei einem Einbau der Spannvorrichtung senkrecht nach unten wirkend der Füllkörper sich im Bereich des Versorgungsanschlusses befindet. Der beim Stillstand des Motors im Druckraum durch das Auslaufen entstehende ölfreie Raum, dessen Größe durch die siphonartig gestaltete Leckage-Ölabführung bestimmt wird, wird durch den teilweise in den ölfreien Raum hineinragenden Füllkörper ausgefüllt. Beim Nachfüllen des Druckraums mit Öl braucht dieser Anteil nicht zusätzlich aufgefüllt werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen hydraulischen Spannvorrichtung im Schnitt,
- 2: eine Variante der hydraulischen Spannvorrichtung,
- 3: die erfindungsgemäße Hülse als Einzelteil gemäß 2,
- 4: eine Variante der hydraulischen Spannvorrichtung in einer Einbaulage mit senkrecht nach unten wirkender Spannkraft und
- 5: eine weitere Ausführungsvariante der hydraulischen Spannvorrichtung.
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Die hydraulische Spannvorrichtung 1 besteht bekannterweise aus einem Gehäuse 2, in dessen Bohrung längsbeweglich ein hohl ausgebildeter Spannkolben 3 geführt ist. Der Hohlraum des Spannkolbens 3 bildet mit einem Teil der Bohrung des Gehäuses 2, der im Bereich zwischen einem Versorgungsanschluss 10 und der Unterkante 17 des Spannkolbens 3 angeordnet ist, einen Druckraum 6. Am Boden der Bohrung des Gehäuses 2 ist ein Rückschlagventil 12 für den Hydraulikölzulauf in den Druckraum 6 angeordnet. Innerhalb des Druckraums 6 ist ein in Spannrichtung der Spannvorrichtung 1 wirkendes, nicht dargestelltes Federelement angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist in dem Hohlraum des Spannkolbens 3 eine Hülse 5 verschiebesicher angeordnet. Die Hülse 5 ist im Bereich der Unterkante 17 der Zylinderwandung des Spannkolbens 3 derart ausgebildet, dass die Außenfläche 18 der Hülse 5 dichtend an der Innenfläche des Spannkolbens 3 anliegt. Durch den dichtenden Presssitz zwischen der Hülse 5 und der Innenwand des Spannkolbens 3 wird verhindert, dass das im Druckraum 6 befindliche Hydraulikmittel, wie beispielsweise Öl, oder im Druckraum 6 befindliche Luft in diesen Bereich aus dem Druckraum 6 entweichen kann. Gleichzeitig wird durch den Presssitz die Nichtverschiebung der Hülse 5 im Hohlraum des Spannkolbens 3 gewährleistet.
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In dem anderen Endbereich der Hülse 5, der dem Presssitz gegenüber liegt, ist die Hülse 5 mit einer Durchgangsbohrung 13 versehen. Die Hülse 5 ist so ausgebildet, dass im Bereich zwischen der den Presssitz bildenden Außenfläche 18 und bis wenigstens der Durchgangsbohrung 13 ein Spalt 15 zwischen der Hülse 5 und der Zylinderinnenwand des Spannkolbens 3 entsteht.
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In der Wandung des Spannkolbens 3 ist eine Bohrung 7 bzw. 14 angeordnet, die mit dem Spalt 15 in Verbindung steht. Zwischen der Außenwand des Spannkolbens 3 und der Innenwand des Gehäuses 2 wird ein Leckspalt 8 gebildet, der sich über den Bereich zwischen der in der Wandung des Spannkolbens 3 angeordneten Bohrung 7 oder 14 und der Außenkante 16 des Gehäuses 2 erstreckt. Bei dieser Ausführung ist der Leckspalt 8 als Dämpfungsspalt ausgebildet. Die Berührungsfläche zwischen der Außenwand des Spannkolbens 3 und der Innenwand des Gehäuses 2 ist als ein Dichtspalt 9 ausgebildet, der im Bereich zwischen der in der Wandung des Spannkolbens 3 angeordneten Bohrung 7 oder 14 und der Unterkante 17 des Spannkolbens 3 liegt. Der Leckspalt 8 ist gegenüber dem Dichtspalt 9 so ausgeführt, dass im Dichtspalt 9 eine höhere Druckdifferenz herrscht. Dadurch wird ein Zurückströmen von Luft bzw. ein Zurückfließen von Öl über den Dichtspalt 9 in den Druckraum 6 vermieden.
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Durch die Anordnung und Gestaltung der Hülse 5 im Hohlraum des Spannkolbens 3 wird eine siphonartige Entlüftung und Leckage-Ölabführung aus dem Druckraum 6 der Spannvorrichtung 1 erreicht. Die Entlüftung des Druckraums 6 wird bei einem Füllvorgang des Druckraums 6 mit einer entsprechenden Hydraulikflüssigkeit beschrieben. Eine Leckage-Ölabführung erfolgt analog dazu. Bei einer zu geringen Spannung des Zugmittels wird über den Versorgungsanschluss 10 und das Rückschlagventil 12 dem Druckraum 6 die Hydraulikflüssigkeit, in der Regel Öl, zugeführt, so dass der Spannkolben 3 aus dem Gehäuse 2 in Richtung Zugmittel verschoben wird. Durch den entsprechenden Öldruck in dem Druckraum 6 erfolgt eine Einstellung der auf das Zugmittel wirkenden Spannkraft. Um eine voll wirksame Dämpfungseigenschaft der Spannvorrichtung 1 zu gewährleisten, müssen eventuelle Luftblasen aus dem Druckraum 6 entfernt werden.
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Die Entlüftung des Druckraums 6 erfolgt erfindungsgemäß über die in der Hülse 5 angeordnete Durchgangsbohrung 13. In dem Spalt 15 werden die Gasbläschen bis zu der in der Zylinderwandung des Spannkolbens 3 angeordneten Bohrung 7 bzw. 14 geleitet. Danach erfolgt die Entlüftung bzw. die Leckage-Ölabführung über den Leckspalt 8. In der 1 ist der Entlüftungsweg bzw. die Leckage-Ölabführung aus dem Druckraum 6 mit entsprechenden Pfeilen gekennzeichnet. Durch die mehrmalige siphonartige Umlenkung der Leckage-Ölabführung wird erreicht, dass auch bei einem Stillstand der Verbrennungskraftmaschine, bei der kein Öl mehr in den Druckraum 6 gefördert wird, ein vollständiges Auslaufen des Öls aus dem Druckraum 6 auch bei jeder beliebigen Einbaulage der Spannvorrichtung 1 vermieden wird.
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Der Spalt 15 zwischen der Hülse 5 und der Innenwandung des Spannkolbens 3 wird, wie in 1 dargestellt, durch den Abstand der Mantelfläche der Hülse 5 gegenüber der Zylinderinnenfläche des Spannkolbens 3 gebildet. Innerhalb des Druckraums 6 ist ein Füllkörper 4 schwimmend angeordnet. In der 1 ist die Spannvorrichtung 1 senkrecht nach oben wirkend und in 4 senkrecht nach unten wirkend dargestellt. Bei der in der 4 gezeigten Einbaulage wird auch bei Stillsand der Verbrennungskraftmaschine sichergestellt, dass der Ölstand im Druckraum 6 von der Innenstirnfläche des Spannkolbens 3 bis zur Bohrung 7 erhalten bleibt. Der ölfreie Raum oberhalb der Bohrung 7 wird teilweise durch den schwimmend angeordneten Füllkörper 4 ausgefüllt, so dass bei einem Neustart der Verbrennungskraftmaschine nur der nicht durch den Füllkörper 4 ausgefüllte Raum mit Öl nachgefüllt werden muss. Dadurch wird erreicht, dass bei einem Neustart sehr schnell die erforderliche Spannkraft erzeugt werden kann.
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Bei einem waagerechten Einbau der Spannvorrichtung 1 ist nur eine Durchgangsbohrung 13 in der Zylinderwand der Hülse 5 angeordnet. Dabei erfolgt der Einbau der Spannvorrichtung 1 derart, dass die Durchgangsbohrung 13 über dem Druckraum 6 liegt. In der 5 ist nur eine Durchgangsbohrung 13 in der Hülse 5 dargestellt.
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Eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, dass die Hülse 5 und der Füllkörper 4 als ein gemeinsames Bauteil gefertigt werden. In diesem, in 2 dargestellten Fall, ist der Füllkörper 4 nicht schwimmend angeordnet. Durch die im Druckraum 6 angeordnete, nicht dargestellte Feder werden der Füllkörper 4 und die Hülse 5 an die Innenstirnfläche des Spannkolbens 3 gedrückt. Diese Ausbildung wird besonders bei einer Einbaulage eingesetzt, bei der die Spannkraft nahezu senkrecht nach oben wirkt.
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In der 5 ist eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1 dargestellt. Der Füllkörper 4 ist dabei schwimmend angeordnet und die Hülse 5 ist mit einem Boden versehen, so dass die im Druckraum 6 angeordnete Feder den Boden der Hülse 5 ebenfalls an die Innenstirnfläche des Spannkolbens 3 drückt.
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Die Hülse 5 kann auch, wie in 4 dargestellt, an beiden Enden mit einer im Durchmesser erweiterten Außenfläche 18 versehen werden, so dass beide Enden der Hülse 5 an der Innenfläche des Spannkolbens 3 durch einen Presssitz anliegen.
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In den 2 und 3 ist eine Variante der erfindungsgemäßen Hülse 5 dargestellt. Dabei wird der Spalt 15 zwischen der Außenfläche der Hülse 5 und der Innenfläche des Spannkolbens 3 durch ein oder mehrere in der Mantelfläche der Hülse 5 angeordnete und siphonartig gestaltete Spalte 15 gebildet. Jeder einzelne Spalt 15 mündet in eine in der Hülse 5 angeordnete Durchgangsbohrung 13. Aus der 3 ist ersichtlich, dass die Spalte 15 auf der Mantelfläche der Hülse 5 jeweils u-förmig (siphonartig) ausgebildet sind, wobei die Schenkel der u-förmig ausgebildeten Spalte 15 in axialer Richtung der Hülse 5 verlaufen. Die siphon- und kanalartigen ausgeführten Spalte 15 sind dabei als Dämpfungsspalte ausgebildet. Der von der Durchgangsbohrung 13 gegenläufige Schenkel des jeweiligen Spalts 15 mündet in eine Sacklochbohrung 11, das in axialer Richtung von der dazugehörigen Durchgangsbohrung 13 beabstandet ist. Die Bohrungen 14 in der Zylinderwand des Spannkolbens 3 sind derart angeordnet, dass sie jeweils mit einer Sacklochbohrung 11 in der Hülse 5 übereinander liegen. Diese Gestaltung der Hülse 5 ist für einen waagerechten Einbau der Spannvorrichtung 1 nicht geeignet, da mit dieser Anordnung ein Auslaufen des Druckraums 6 nicht vermieden werden kann (wie auch 4). Diese Variante ist insbesondere für einen Einbau der Spannvorrichtung 1 in einem Bereich von ± 50° zur Senkrechten, nach unten oder nach oben wirkend, geeignet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannvorrichtung
- 2
- Gehäuse
- 3
- Spannkolben
- 4
- Füllkörper
- 5
- Hülse
- 6
- Druckraum
- 7
- Bohrung
- 8
- Leckspalt
- 9
- Dichtspalt
- 10
- Versorgungsanschluss
- 11
- Sacklochbohrung
- 12
- Rückschlagventil
- 13
- Durchgangsbohrung
- 14
- Bohrung
- 15
- Spalt
- 16
- Außenkante
- 17
- Unterkante
- 18
- Außenfläche
