DE102010014738A1

DE102010014738A1 - Endloszugmittelspanner

Info

Publication number: DE102010014738A1
Application number: DE201010014738
Authority: DE
Inventors: Markus Fischer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2011-10-13

Abstract

Spanneinrichtung für ein Endloszugmittel in einem Motor mit einem Gehäuse, das eine Zylinderkammer aufweist, einem in der Zylinderkammer gleitend gelagerten Kolben, der durch eine Feder vorgespannt wird, und einer hydraulisch gesteuerten Blockiereinrichtung, wobei die hydraulisch gesteuerte Blockiereinrichtung aus einem Blockierelement gebildet wird, welches an dem Kolben klemmend zur Anlage gerät und zwischen einer Verriegelungsposition und einer Entriegelungsposition schwenkbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Endloszugmittelspanner für ein Endloszugmittel einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
In einem Kraftübertragungsmechanismus, der dafür konfiguriert ist, die Drehbewegung einer Kurbelwelle über ein Endloszugmittel, wie z. B. eine Kette, zu einer oder mehreren Nockenwellen oder anderen Aggregaten einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges zu übertragen, wird die Spannung des Endloszugmittels dadurch konstant gehalten, indem eine Spanneinrichtung vorgesehen ist, die eine Spannkraft auf das Endloszugmittel ausübt. Diese Spannkraft, die über einen Kolben der Spanneinrichtung auf das Endloszugmittel übertragen wird, kann beispielsweise durch eine zylindrische Druckfeder bereitgestellt werden. Im Falle eines Duschhängens des Endloszugmittels bewegt sich der durch die Druckfeder vorgespannte Kolben vorwärts, um einen Druck auf das Endloszugmittel auszuüben, so dass das Endloszugmittel wieder mit der nötigen Spannung an den Antriebs- und Abtriebsscheiben der Kurbelwelle bzw. der Nockenwellen oder der Aggregate anliegt und nicht durchrutschen kann. Ferner kann die Zylinderkammer der Spanneinrichtung, in der der Kolben geführt ist, mit einem Druckmittel beaufschlagt werden, so dass die Spannung des Endloszugmittels durch die Veränderung der durch den Kolben ausgeübten Spannkraft gesteuert werden kann und die Rückwärtsbewegung des Kolbens mit Hilfe eines hinter dem Kolben zugeführten Hydrauliköls gedämpft wird.
Der Kolben ist dementsprechend nur gedämpft, wenn auch Hydraulikdruck vorhanden ist. Diese Voraussetzung ist zwar im Betrieb erfüllt, aber nicht beim Starten des Motors. Das Endloszugmittel, beispielsweise eine Kette, wird ruckartig in Bewegung gebracht und übt dadurch einen hohen Druck auf den Kolben der Spanneinrichtung aus. Da zu diesem Zeitpunkt kein Hydraulikdruck vorhanden ist, wird der Kolben ruckartig bis zum Anschlag am Gehäuse bewegt. Dieses für den Betrieb schädliche „Startklappern” kann akustisch wahrgenommen werden. Ein Blockiersystem zur Lösung des Problems ist in dem Gebrauchsmuster DE 20 2007 011 467 U1 beschrieben. Hier wird das Verklemmen und Lösen eines hülsenartigen Klemmrings, der einen keilförmigen Querschnitt besitzt und zwischen der Mantelfläche des Kolbens über eine keilförmige Abschnittshülse mit der Gehäuseinnenwand verklemmt wird, mittels des Hydraulikdrucks gesteuert. Ist kein Hydraulikdruck vorhanden, so ist der Kolben über einen Reibschluss mit dem Klemmring zusammen mit der Abschnittshülse am Gehäuse festgelegt. Die hierzu notwendige Kraft wird von einer Druckfeder bereitgestellt, die auf den Klemmring wirkt. Nachdem der Motor gestartet wurde, überwindet der aufgebaute Hydraulikdruck diese Federkraft, verschiebt eine Druckhülse zusammen mit dem Klemmring in Axialrichtung und setzt den Kolben dadurch frei.
Ein Nachteil dieser bekannten Lösung ist, dass sie auf einen speziellen Kolbendurchmesser ausgelegt ist. Andere Durchmesser ziehen meist ein Neuauslegen mehrer Bauteile, wie z. B. Klemmring, oder Druckhülse, oder Abschnittshülse, oder Druckfeder, oder Gehäuse, nach sich. Auch ist eine Fertigung der beteiligten Bauteile mit sehr geringen Toleranzen notwendig, um ein fehlerfreies Arbeiten der Spanneinrichtung zu sichern. Die Federkraft der Feder muss einerseits hoch genug sein, um den Kolben über einen Reibschluss festzulegen und darüber hinaus so hoch bemessen sein, dass der Reibschluss auch beim ruckartigen Starten der Kette verhindert, dass der Kolben sich bewegt. Andererseits darf die Federkraft nicht so hoch gewählt werden, dass ein Anlegen von Hydraulikdruck nicht ausreicht, um die Federkraft zu überwinden und der Kolben dadurch permanent festgelegt ist. Außerdem ist die Lösung kaum dazu geeignet, auf in Serie laufende Spanneinrichtungen angewandt zu werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Spanneinrichtung bzw. eine Spanneinrichtung mit weniger Nachteilen zu schaffen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die hydraulisch gesteuerte Blockiereinrichtung aus einem Blockierelement gebildet wird, welches an dem Kolben klemmend zur Anlage gerät und zwischen einer Verriegelungsposition und einer Entriegelungsposition schwenkbar ist. Eine solche Blockiereinrichtung hat den Vorteil, dass mit nur sehr wenigen Elementen ein Festlegen des Kolbens realisiert werden kann. Im Gegensatz zum Stand der Technik muss die Klemmkraft auch nicht zwangsläufig über den ganzen Umfang in den Kolben eingeleitet werden, sondern dies kann auch bereichsweise oder auch punktuell geschehen. Daraus resultiert ein sehr viel geringerer Anspruch an die Bauteiltoleranzen, die Blockiereinrichtung kann in einfacherer und kostengünstigerer Weise realisiert werden.
Vorzugsweise ist das Blockierelement als Blech ausgeführt, wobei das Blech ein Loch aufweist, das den Kolben umgibt. Die erforderlichen Toleranzen für das Blockierelement bzw. das Loch sind vergleichsweise gering, es muss lediglich sichergestellt werden, dass der projizierte Durchmesser des Lochs in dem Blockierelement in der Verriegelungsstellung kleiner oder gleich dem Kolbendurchmesser, und in der Entriegelungsposition größer als der Kolbendurchmesser ist. Diese Geometrien bewirken, dass das Blockierelement den Kolben in der Verriegelungsposition fest einklemmt und ihn in der Entriegelungsposition frei gibt. Vorteilhaft ist dabei, wenn das als Blech ausgeführte Blockierelement genau dann in der Entriegelungsposition ist, wenn sich das Blech in einer Ebene senkrecht zur Kolbenmittelachse befindet, was zum Beispiel durch einen Anschlag realisiert werden kann. Vorzugsweise kann eine Kante des Blechs als festgelegte Drehachse am Gehäuse wirken, um die das Blech mittels der hydraulischen Steuerung zwischen Verriegelungs- und Entriegelungsposition hin- und hergesteuert werden kann.
Vorzugsweise ist die hydraulische Steuerung der Schwenkbewegung durch einen Hubkolben mit einem Stellventil verwirklicht. Der Hubkolben kann durch Hydraulikdruck axial verschoben werden, wobei die Achse des Hubkolbens parallel zur Kolbenachse ausgerichtet ist. Beim Anliegen eines Hydraulikdrucks bewegt sich der Hubkolben in eine erste Position, liegt kein Hydraulikdruck an, wird der Hubkolben durch ein Federelement in eine zweite Position verschoben. Da beim Anliegen eines Hydraulikdrucks das Federelement zusammengedrückt wird, ist vorzugsweise ein Anschlag vorgesehen, an dem der Hubkolben bzw. das mit dem Hubkolben verbundene Blockierelement zur Anlage kommt, und so ein vollständiges auf Block drücken des Federelements vermieden werden kann, außerdem kann durch den Anschlag die genaue Position, vorzugsweise eine Ebene senkrecht zur Kolbenmittelachse, festgelegt werden. Vorteilhafterweise ist der Hubkolben formschlüssig mit dem Blockierelement verbunden, wodurch eine Axialbewegung des Hubkolbens zu einer Schwenkbewegung des Blockierelements führt. Wie genau die Schwenkbewegung erfolgt, richtet sich dabei nach der Lage der Schwenkachse des Blockierelements, z. B. eine festgelegte Kante des Blockierelements, und von der Position des Hubkolbens im Bezug auf die Schwenkachse.
Vorzugsweise werden der Hydraulikdruck, der zum Schwenken des Blockierelements benutzt wird, und der Hydraulikdruck in der Zylinderkammer von einer gemeinsamen Druckversorgung bereitgestellt. Durch Nutzen von nur einem Hydraulikdruck, beispielsweise durch eine direkte Verbindung zum Hydraulikdruck des Motors, kann die Spanneinrichtung verhältnismäßig einfach ausgelegt werden. Es ist nicht nötig, über mehrere Ölversorgungskammern mit Ventilen einen anderen Öldruck zu realisieren, sondern es können einfache Verbindungen, vorzugsweise auch eine gemeinsame Ölversorgungskammer, zur Ölhydraulik des Motors genutzt werden. Der Vorteil gegenüber dem Stand der Technik ist hierbei, dass ein verhältnismäßig kleiner Öldruck ausreicht, um das Blockierelement in die Verriegelungsposition zu bringen. Dementsprechend reagiert die erfindungsgemäße Blockiereinrichtung schneller auf den anliegenden Öldruck, da nicht erst ein hoher Druck aufgebaut werden muss, um die Blockiereinrichtung zu entriegeln, sondern schon ein verhältnismäßig kleiner Öldruck ausreicht, um das Blockierelement in die Entriegelungsposition zu schwenken. Durch die Natur der erfindungsgemäßen Schwenkbewegung ist der Grad des Verklemmens sehr viel weniger proportional abhängig vom Hydraulikdruck als es bei dem Stand der Technik der Fall ist. Der Grund hierfür ist, dass beim Stand der Technik ein Reibschluss verwendet wird, der je nach verwendeter Feder besonders stark oder auch weniger stark sein kann, in jedem Fall aber so ausgelegt sein muss, dass die Blockiereinrichtung den Kolben ausreichend stark festlegt. Die maximale Federkraft ist also proportional zur Stärke der Festlegung. Einerseits sollte also eine möglichst hohe Federkraft gewählt werden, damit sich der Kolben ohne Anliegen eines Hydraulikdrucks nicht mehr bewegen kann, andererseits darf die Federkraft nicht so hoch sein, dass der Kolben permanent festgelegt ist und der Hydraulikdruck nicht ausreicht, um die Federkraft zu überwinden. Es liegt ein Interessenskonflikt zwischen möglichst hoher Stärke des Reibschlusses und Entriegelungsmöglichkeit vor. Bei der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung gibt es dieses Problem nicht, da das Federelement nicht direkt die Kraft aufbringen muss den Kolben festzulegen, sondern nur die Kraft, die nötig ist, um die Schwenkbewegung des Blockierelements durchzuführen. Eine verhältnismäßig sehr viel geringere Federkraft reicht schon aus, um die Schwenkbewegung zu realisieren und dementsprechend führt eine höhere Federkraft nicht mehr proportional zu einer höheren Stärke der Festlegung, und daher kann das Federelement viel kleiner und einfacher dimensioniert werden. Ein weiterer Vorteil bei Verwendung einer gemeinsamen Hydraulikdruckversorgung ist die zeitgleiche Entriegelung und Verriegelung, wenn der Kolben mit einem Druck beaufschlagt wird bzw. wenn der Motor abgeschaltet wird und der Druck abfällt. Sobald der Hydraulikdruck sinkt, wird der Kolben durch die Schwenkbewegung des Blockierelements festgelegt. Dadurch wird ein Zurückziehen des Kolbens in das Gehäuse, was bedingt durch den sinkenden Hydraulikdruck auftreten kann, verhindert. Beim Starten des Motors tritt eine Entriegelung des Kolbens genau dann ein, wenn der Kolben durch den Hydraulikdruck bereits wieder gedämpft wird, und er dadurch unempfindlich gegenüber Stoßbelastungen ist, die sonst ein Startklappern verursachen würden.
Vorzugsweise ist die Blockiereinrichtung in einem Stülpgehäuse angeordnet, welches mit dem Gehäuse verbaut wird. Das Anordnen der Blockiereinrichtung in einem Stülpgehäuse hat den Vorteil, dass eine erfindungsgemäße Spanneinrichtung auch in schon in Serie verbauten Spannreinrichtungen realisiert werden kann. Dazu wird das Stülpgehäuse mit der vorhandenen Spanneinrichtung verbaut, beispielsweise verschweißt. Dabei muss sich nicht auf ein spezielles Modell festgelegt werden, sondern das Stülpgehäuse kann sehr einfach durch eine Adaption, beispielsweise nur durch das Verwenden eines unterschiedlich großen Bohrers für Bohrungen im Stülpgehäuse und/oder Blockierelement, für einen Grossteil der verschiedenen Spanneinrichtungsmodelle verwendet werden, und so kostengünstig eine Blockiereinrichtung für vorhandene Spanneinrichtungen ermöglichen.
Vorzugsweise sind das Gehäuse und das Stülpgehäuse einstückig ausgeführt. Die Spanneinrichtung umfasst also nur ein Gehäuse, in welchem der Kolben läuft, und welches vorzugsweise aus Aluminium gefertigt ist. Der Vorteil einer solchen Ausführung ist, dass es auf so genannte „Systeme mit Kolben im Aluminium” anwendbar ist, für welches es bis heute keine Möglichkeit der Rückhubbegrenzung gibt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von mehreren Figuren näher erläutert. In den Figuren sind im Einzelnen zu erkennen:
1: Perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung.
2: Aufsicht auf ein Blockierelement einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung.
In der 1 ist eine erfindungsgemäße Spanneinrichtung dargestellt, die ein Gehäuse 2 umfasst, in dem sich eine Zylinderkammer 13 befindet, in der ein Kolben 5 gleitend gelagert ist, sowie eine Feder 4, die an ihrem ersten Ende mit dem Kolben 5 und dem zweiten Ende am Gehäuse 2 anliegt, sowie ein Ventil 3, das am Berührpunkt von Feder 5 und Gehäuse 2 angeordnet ist und das die Zylinderkammer 13 mit einem Ölversorgungsraum 10 verbindet, die wiederum mit dem Hydraulikdruck des Motors 11 verbunden ist. Weiterhin umfasst die Spanneinrichtung ein Stülpgehäuse 1, welches um das Gehäuse 2 angeordnet ist und in der sich eine Blockiereinrichtung 14 befindet. Die Blockiereinrichtung 14 umfasst ein schwenkbares Blockierelement 6, das formschlüssig mit einem Hubkolben 8 verbunden ist, der durch ein Federelement 9 vorgespannt wird, und ein Loch 12 aufweist, welches um den Kolben 5 angeordnet ist und das weiterhin ein Stellventil 7 umfasst, welches den Hubkolben 8 mit einem Ölversorgungsraum 10 verbindet, der auch im Stülpgehäuse 1 angeordnet ist, und welcher wiederum mit dem Hydraulikdruck des Motors 11 verbunden ist.
Wird durch den Motor Hydraulikdruck generiert, so liegt er über die Verbindung zum Hydraulikdruck des Motors 11 auch in den Ölversorgungskammern 10 an. Zum einen wird er über ein Ventil 3 dazu benutzt, die Zylinderkammer 13 mit Hydraulikdruck zu beaufschlagen, so dass der Kolben 5 gedämpft wird, andererseits wird er über ein Stellventil 7 dazu benutzt, den Hubkolben 8 aus dem Stülpgehäuse 1 heraus bis zu einem Anschlag 15 am Stülpgehäuse 1 zu drücken. Dabei wird das Federelement 9 zusammengedrückt und das Blockierelement 6 über einen Formschluss mit dem Hubkolben 8 in eine Ebene geschwenkt, welche senkrecht zur Mittelachse des Kolbens 5 ist. In dieser Position ist der projizierte Durchmesser des Lochs 12 im Blockierelement 6 größer als der Außendurchmesser des Kolbens 5 und daher wird der Kolben 5 in seiner Bewegung nicht durch das Blockierelement 6 behindert.
Wenn der Hydraulikdruck in den Ölversorgungskammern 10 abgebaut wird, beispielsweise durch Abschalten des Motors, kann das Federelement 9 durch seine Federkraft den Hubkolben 8 in Richtung des Stellventils 7 verschieben und da der Hubkolben 8 formschlüssig mit dem Blockierelement 6 verbunden ist, vollzieht das Blockierelement 6 eine Schwenkbewegung von der Entriegelungs- in die Verriegelungsposition, wobei die Blockierelementkante 16 als feste Schwenkachse am Stülpgehäuse 1 wirkt. In der Verriegelungsposition ist der projizierte Durchmesser des Lochs 12 im Blockierelement 6 kleiner als der Außendurchmesser des Kolbens 5, was ein Verklemmen des Kolbens 5 mit dem Blockierelement 6 und dem Stülpgehäuse 1 zur Folge hat. Durch diese asymmetrische Verklemmung ist eine Stützfunktion, ein Verkanten, realisiert, wodurch Kräfte, die von außen auf den Kolben 5 wirken, die Stärke der Verklemmung erhöhen, anstatt sie, wie es beim Stand der Technik der Fall ist, zu verringern. Da der festgelegte Kolben 5 nicht durch äußere Kräfte in das Gehäuse 2 hineingedrückt werden kann, tritt beim Starten des Motors kein „Startklappern” mehr auf, wodurch das Endloszugmittel geschont und eine erhöhte Lebensdauer des Spannelements und des Endloszugmittels erreicht wird. Durch Verwenden des Stülpgehäuses 1 können bereits in Serie verwendete Spanneinrichtungen mit einer erfindungsgemäßen Blockiereinrichtung ausgestattet werden. Außerdem ermöglicht die beschriebene Erfindung auch das Entwickeln von verkleinerten hydraulischen Spanneinrichtungen, da die Spanneinrichtung keinen langen Kolben benötigt, um von einer Blockiereinrichtung 14 umgeben werden zu können.
In der 2 ist das Blockierelement 6, welches als Blech ausgeführt ist, dargestellt. Es befindet sich ein Loch 12 in dem Blockierelement, welches in Größe und Geometrie in einfacher Weise, beispielsweise durch eine Bohrung, gebildet werden kann, und an den jeweiligen Kolbendurchmesser leicht durch verschieden große Bohrergrößen angepasst werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Stülpgehäuse
2: Gehäuse
3: Ventil
4: Feder
5: Kolben
6: Blockierelement
7: Stellventil
8: Hubkolben
9: Federelement
10: Ölversorgungsraum
11: Verbindung zum Hydraulikdruck des Motors
12: Loch
13: Zylinderkammer
14: Blockiereinrichtung
15: Anschlag
16: Blockierelementkante

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202007011467 U1 [0003]

Claims

Spanneinrichtung für ein Endloszugmittel in einem Motor mit – einem Gehäuse (2), das eine Zylinderkammer (13) aufweist, – einem in der Zylinderkammer (13) gleitend gelagerten Kolben (5), der durch eine Feder (4) vorgespannt wird, und – einer hydraulisch gesteuerten Blockiereinrichtung (14), dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulisch gesteuerte Blockiereinrichtung (14) aus einem Blockierelement (6) gebildet wird, welches an dem Kolben (5) klemmend zur Anlage gerät und zwischen einer Verriegelungsposition und einer Entriegelungsposition schwenkbar ist.
Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockierelement (6) als Blech ausgeführt ist, wobei das Blech ein Loch (12) aufweist, das den Kolben (5) umgibt.
Spanneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockierelement (6) aus Kunststoff und/oder Federstahl ausgeführt ist.
Spanneinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Steuerung der Schwenkbewegung durch einen Hubkolben (8) mit einem Stellventil (7) verwirklicht wird.
Spanneinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikdruck, der zum Schwenken des Blockierelements (6) benutzt wird, und der Hydraulikdruck in der Zylinderkammer (13) von einer gemeinsamen Druckversorgung versorgt werden.
Spanneinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockiereinrichtung (14) in einem Stülpgehäuse (1) angeordnet ist, welches mit dem Gehäuse (2) verbaut wird.
Spanneinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) und das Stülpgehäuse (1) einstückig ausgeführt sind.