DE102010049940A1

DE102010049940A1 - Linear wirkendes Spannelement

Info

Publication number: DE102010049940A1
Application number: DE201010049940
Authority: DE
Inventors: Jörg Kaiser; Herbert Graf
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2012-05-03

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein linear wirkendes, als Spannelement eingesetztes Federelement (1) eines Zugmitteltriebs, mit dem ein Zugmittel gezielt vorgespannt werden kann. Das Federelement (1) umfasst ein Gehäuse (2), das einen Zylinder bildet, in dem ein Kolben (3) linear verschiebbar geführt ist, wobei das Gehäuse (2) und der Kolben (3) jeweils ein Anlenkauge (4, 5) einschließen, über das das Federelement (1) mit einer Umgebungskonstruktion verbunden ist. Zwischen dem Gehäuse (2) und dem Kolben (3) ist ein eine Spreizkraft ausübendes Federmittel (1) eingesetzt sowie eine Hubbegrenzung (23) vorgesehen, die gleichzeitig eine Lageorientierung dieser Bauteile bewirkt. Die Hubbegrenzung (23) umfasst einen Haltestift (11), der in einer Öffnung (12) des Gehäuses (2) lagefixiert eingesetzt ist und der weiterhin formschlüssig in eine Längsführung (12) des Kolbens (3) eingreift.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein linear wirkendes, als Spannelement eingesetztes Federelement eines Zugmitteltriebs, mit dem ein Zugmittel, insbesondere ein Riemen gezielt vorgespannt werden kann. Das Federelement umfasst ein einen Zylinder bildendes Gehäuse, in dem ein Kolben linear verschiebbar geführt ist. Das Gehäuse und der Kolben schließen jeweils ein Anlenkauge ein, über das das Federelement mit einer Umgebungskonstruktion verbunden ist. Das Federelement weist ein zwischen dem Gehäuse und dem Kolben eingesetztes, eine Spreizkraft bewirkendes Federmittel auf und umfasst weiterhin eine Hubbegrenzung.
Gebiet der Erfindung
Linear wirkende Federelemente werden in Zugmitteltrieben eingesetzt, um eine konstante Vorspannung von Zugmitteln, insbesondere Endlosriemen in Zugmitteltrieben wie einem Aggregatetrieb und/oder einem Steuertrieb einer Brennkraftmaschinen zu gewährleisten.
Die Offenlegungsschrift WO 2009/074 566 A1 zeigt ein mechanisches, linear wirkendes Federelement, bei dem ein Kolben in einem Gehäuse bzw. in einem Zylinder geführt ist. Zur Hubbegrenzung ist in dem Kolben ein Querstift eingesetzt, der formschlüssig in eine Längsführung des Gehäuses eingreift. Durch die im Gehäuse eingebrachten, gegenüberliegenden Längsführungen zur Aufnahme des Querstifts besteht im eingebauten Zustand die Gefahr, dass Verunreinigungen wie Staub oder Flüssigkeit in das Federelement eintreten und die Funktion des Federelementes nachteilig beeinflussen.
Aus der JP 53 12 240 A ist ein Linearspannelement bekannt, bestehend aus einer Spannrolle, die mit dem Zugmittel des Zugmitteltriebs in einer Wirkverbindung steht. Das federbelastete Bauteil des Linearspanners ist dabei über eine Welle mit einer Umlenkrolle verbunden.
Der Aufbau des linear wirkenden Spannelementes gemäß der DE 10 2004 054 636 A1 umfasst ein ortsfest positioniertes, schwenkbar angeordnetes Basiselement, dass mit einem drehfesten, axialbeweglichen Verschiebeteil in Verbindung steht. Dabei ist das Verschiebeteil mittelbar oder unmittelbar, insbesondere über eine Spannrolle mit dem Zugmittel verbunden. Weiterhin schließt das Spannelement ein koaxial zu dem Verschiebeteil angeordnetes und mittels einer Drehfeder und/oder einer Druckfeder drehbelastetes Drehwellenteil ein, welches sich an einem Grundelement und über ein Bewegungsgewinde an dem Verschiebeteil abstützt. Dabei übernimmt das Federmittel gleichzeitig die Funktion einer mechanischen Dämpfung des Zugmitteltriebs.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gewichts- und kostenoptimiertes, linear wirkendes Federelement zu schaffen, bei dem ein Führungsbereich zwischen den relativ zueinander beweglichen Bauteilen weitestgehend abgedichtet ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabenstellung wird durch ein Federelement gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Federelement umfasst zur Bildung einer Hubbegrenzung einen im Gehäuse bzw. Zylinder lagefixiert eingesetzten Haltestift der formschlüssig in eine Längsführung des Kolbens eingreift. Dieser Haltestifteinbau, vermeidet eine äußere Öffnung in dem Gehäuse und damit einen Eintrag von Verunreinigungen in einen Führungsbereich zwischen dem Kolben und Zylinder. Der Haltestift bewirkt eine definierte, die Montage vorteilhaft vereinfachte Lageorientierung zwischen dem Kolben und dem Gehäuse bzw. Zylinder. Weiterhin stellt sich durch den Haltestift eine Verliersicherung der Bauteile Kolben und Zylinder im vormontierten Zustand des Federelements ein.
Mit dem erfindungsgemäßen linear wirkenden Federmittel sind Spannfunktionen realisierbar, die einem hydraulischen Spannelement entsprechen, unter Berücksichtung geringerer Dämpfungseigenschaften. Zur Realisierung einer erhöhten Dämpfung bietet es sich z. B. an, das erfindungsgemäße Federmittel mit einem schwenkbaren, eine Drehpunktsdämpfung einschließenden. Hebel zu kombinieren. Das Federelement gemäß der Erfindung bietet für Riementriebe, bei denen aufgrund spezifischer Systembedingungen die Dämpfungsfunktion hydraulischer Spannelemente nicht erforderlich ist, eine kostengünstige Alternative. Vorteilhaft schließt das erfindungsgemäße Spannelement dazu eine mit einem hydraulischen Spannelement übereinstimmende Anlenkgeometrie ein, die eine vollständige Austauschbarkeit hinsichtlich Bauraum und Adaption dieser Spannelemente ermöglicht. Zur Realisierung eines kostengünstigen und gewichtsoptimierten Federelements sind zumindest die Bauteile Gehäuse und Kolben aus einem Kunststoff hergestellt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 11.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Kolben über eine formschlüssig und/oder kraftschlüssig an dem Kolben befestigte Führungsbuchse in dem Zylinder geführt ist. Bedarfsabhängig kann eine umlaufend geschlossen oder geschlitzt ausgeführte Führungsbuchse bzw. Gleitbuchse eingesetzt werden. Als Werkstoff für die Führungsbuchse eignet sich ein Polyamid wie beispielsweise PA 66 H, wobei der Buchstabe H eine hohe Temperaturbeständigkeit definiert.
Für das Federelement eignet sich bevorzugt eine Druckfeder als Federmittel, das kolbenseitig an einem Federteller und gehäuseseitig an einem gestuften Abschnitt abgestützt ist.
Vorteilhaft sind mit Ausnahme von Buchsen der Anlenkauge, alle Bauteile des Federelementes aus Kunststoff hergestellt. Als Werkstoff wird dazu bevorzugt PA 66 mit einem Glasfaseranteil ≥ 35% eingesetzt. Ein Haltestift aus PA 66 mit einem bevorzugt hohen Glasfaseranteil bietet eine wirksame Schnalzsicherung, die auch bei einem Zugmittelriss eine Hubbegrenzung des Federelementes gewährleistet. Alternativ zu einem Haltestift aus Kunststoff schließt die Erfindung weiterhin einen Haltestift aus Stahl ein, wozu bevorzugt eine Wälzkörpernadel eines handelsüblichen Zylinderrollenlagers oder Nadellagers einsetzbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind einzelne aus Kunststoff hergestellt Bauteile des Federelements mit weiteren Bauteilen aus Leichtmetall, insbesondere Aluminium kombiniert. Die Werkstoffauswahl einzelner Bauteile erfolgt dabei insbesondere unter Berücksichtigung der geforderten Festigkeit und Verschleißbeständigkeit.
Als Maßnahme zur Gewichtsoptimierung und Erzielung einer optimalen geometrischen Gestaltung, insbesondere hinsichtlich der Rundheit und Geradheit des Kolbens bildet dieser bevorzugt ein weitestgehend kreuzförmiges Querschnittsprofil. Das kreuzförmige Profil erstreckt sich vorteilhaft von einem Federteller des Kolbens bis zu einem zylindrischen Ansatz des Kolbens, der einer Längsführung für den Haltestift vorangestellt ist. An dem zylindrischen Ansatz des Kolbens schließt sich in Richtung des Federtellers zeigend, ein längenbegrenzt durchmesserreduzierter Abschnitt an, der zur Aufnahme der Führungsbuchse oder Gleitbuchse bestimmt ist, über die der Kolben an der Innenwandung des Zylinders bzw. des Gehäuses geführt ist.
Die Innenwandung des Zylinders bzw. des Gehäuses schließt zumindest eine Längsnut ein. Bevorzugt sind umfangsverteilt mehrere symmetrisch angeordnete Längsnuten vorgesehen, die sich axial zumindest über den Hubbereich des Kolbens erstrecken. Die Längsnuten bewirken eine Entlüftung und vermeiden ein Luftpolster zwischen Kolben und Gehäuse in einer zusammengepressten Position des Federelementes. Gleichzeitig stellt sich durch die Längsnuten eine wirksame Wärmeabfuhr ein.
Vorzugsweise in Verbindung mit einem separaten Werkzeug kann bei der Montage das erfindungsgemäße Federelement bis zu einer Blockanlage der Federwindungen zusammengedrückt werden. Zur Arretierung dieser Position kann ein weiterer Stift axial versetzt zu dem Haltestift zusätzlich in eine Öffnung des Gehäuses eingesetzt werden, an dem sich gleichzeitig ein Steg der Längsführung des Kolbens abstützt. Die zusammengedrückte, arretierte Position ermöglicht eine vereinfachte Montage des Zugmittels.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwischen dem Gehäuse und dem Federteller des Kolbens ein elastisches, das Federmittel umschließendes Bauteil vorgesehen ist. Dazu eignet sich bevorzugt eine balgartig ausgebildete, jeweils endseitig an den entsprechenden Bauteilen befestigte Hülse, die einen Längenausgleich einschließt. Dadurch stellt sich eine gegenüber Umwelteinflüssen geschützte Einbaulage des Federmittels ein, wodurch gleichzeitig der Eintrag von Verunreinigungen in den Führungsbereich zwischen Kolben und Zylinder verhindert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von drei Zeichnungen näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen. Es zeigen:
1 in einer Ansicht ein erfindungsgemäßes Spannelement;
2 in einem ersten Längsschnitt das Spannelement gemäß 1;
3 in einem zweiten Längsschnitt das Spannelement gemäß 1.
Detallierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 zeigt ein Federelement 1 in einer Ansicht, dass ein einen Zylinder bildendes Gehäuse 2 umfasst, in dem ein Kolben 3 linear verschiebbar geführt ist. Im Einbauzustand sind das Federelement 1 und der Kolben 3 über Anlenkaugen 4, 5 beispielsweise mit einem ortsfesten Maschinenteil und einer Spannvorrichtung verbunden. Zwischen dem Gehäuse 2 und dem Kolben 3 ist ein als Schrauben-Druckfeder ausgebildetes Federmittel 6 eingesetzt, das kolbenseitig über ein erstes Federende an einem einstückig mit dem Kolben 3 verbundenen Federteller 7 und mit dem weiteren Federende an einem gestuften Abschnitt 8 des Gehäuses 2 abgestützt ist.
In 2 ist das Federelement 1 in einem Längsschnitt abgebildet, wodurch der Aufbau des Kolbens 3 verdeutlicht wird, der über eine den Kolben 3 lokal umschließende Führungsbuchse 9 an einer Innenwandung 10 des Gehäuses 2 geführt ist. Das Federelement 1 umfasst eine Hubbegrenzung 23, bestehend aus einem Haltestift 11, der in gegenüberliegende Öffnungen 12 des Gehäuses 2 eingesetzt ist und gleichzeitig in eine Längsführung 13 des Kolbens 3 eingreift. Der Haltestift 11 bewirkt außerdem eine Lageorientierung zwischen dem Gehäuse 2 und dem Kolben 3. Eine Länge „S” der Längsführung 13 definiert einen maximalen Hub des Kolbens 3. Zur Bildung eines Gleitlagers ist in jedem Anlenkauge 4, 5 jeweils eine Buchse 18, 19 eingesetzt.
Die 3 zeigt das Federelement 1 in einer weiteren, gegenüber der 2 um 90 Grad versetzten Schnittdarstellung, wodurch die Gestaltung des Kolbens 3 deutlich wird, der zwischen dem Federteller 10 und einem zylindrischen Ansatz 14 ein kreuzförmiges Querschnittsprofil aufweist. Der Kolben 3 ist von dem Ansatz 14 ausgehend über eine längenbegrenzte Zone radial abgesetzt, zur Aufnahme der Führungsbuchse 9. Das Gehäuse 2 bildet an der Innenwandung 10 Längsnuten, die eine Entlüftung und damit verbesserte Wärmeabfuhr des Zylinders bzw. des Gehäuses 2 bewirken. Das Federmittel 6 ist gemäß 3 bis zu einer Blockanlage der Federwindungen zusammengepresst, wodurch sich die kürzeste Länge des Federelements 6 einstellt. Zur Arretierung dieser Position ist ein Stift 15 vorgesehen, der axial versetzt zu dem Haltestift 11 in eine Querbohrung 16 des Gehäuses 2 eingesetzt ist und dabei so in die Längsführung 13 eingreift, dass ein die Längsführung 13 begrenzender Steg 17 an dem Haltestift 11 abgestützt ist. Das durch den Stift 15 in der zusammengepressten Position arretierte Federelement 1 vereinfacht die Montage des Zugmittels und bewirkt gleichzeitig eine wirksame Verliersicherung aller Bauteile des Federelementes 1. Weiterhin ist zwischen dem Gehäuse 2 und dem Federteller 7 ein elastisches Bauteil 21, insbesondere ein aus Kunststoff hergestellter Balg vorgesehen. Damit kann eine gegenüber Umwelteinflüssen geschützte Einbaulage des Federmittels 6 sicherstellt und gleichzeitig wirksam ein Eintritt von Verunreinigungen in einen Führungsbereich 22 zwischen dem Gehäuse 2 und dem Kolben 3 verhindert werden.
Bezugszeichenliste

1: Federelement
2: Gehäuse
3: Kolben
4: Anlenkauge
5: Anlenkauge
6: Federmittel
7: Federteller
8: Abschnitt
9: Führungbuchse
10: Innenwandung
11: Haltestift
12: Öffnung
13: Längsführung
14: Ansatz
15: Stift
16: Querbohrung
17: Steg
18: Buchse
19: Buchse
20: Längsnut
21: Bauteil
22: Führungsbereich
23: Hubbegrenzung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2009/074566 A1 [0003]
JP 5312240 A [0004]
DE 102004054636 A1 [0005]

Claims

Linear wirkendes, als Spannelement eingesetztes Federelement (1) eines Zugmitteltriebs, mit dem ein Zugmittel gezielt vorgespannt werden kann, bestehend aus einem einen Zylinder bildenden Gehäuse (2), in dem ein Kolben (3) linear verschiebbar geführt ist und das Gehäuse (2) und der Kolben (3) jeweils ein Anlenkauge (4, 5) einschließen, über die das Federelement (1) mit einer Umgebungskonstruktion verbunden ist und ein Federmittel (6) zwischen dem Gehäuse (2) und dem Kolben (3) eine Spreizkraft ausübt und das Federmittel (1) weiterhin eine Hubbegrenzung (23) einschließt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse (2) und Kolben (3) als Hubbegrenzung (23) und zur Lageorientierung dieser Bauteile ein Haltestift (11) in einer Öffnung (12) des Gehäuses (2) lagefixiert eingesetzt ist und der weiterhin formschlüssig in eine Längsführung (12) des Kolbens (3) eingreift.
Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (3) zumindest bereichsweise von einer Führungsbuchse (9) umschlossen ist, über die der Kolben (3) in dem Gehäuse (2) geführt ist.
Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Federmittel (6) eine Druckfeder eingesetzt ist, die kolbenseitig an einem Federteller (7) und gehäuseseitig an einem gestuften Abschnitt (8) abgestützt ist.
Spannelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle Bauteile des Federelements (1) mit Ausnahme von Buchsen (18, 19) der Anlenkaugen (4, 5) und des Federmittels (6) aus Kunststoff hergestellt sind.
Spannelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile Kolben (3), Gehäuse (2), Führungshülse (9) und Haltestift (11) aus PA 66 mit einem Glasfaseranteil ≥ 35% hergestellt sind.
Spannelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Bauteile des Federelements (1) aus Kunststoff hergestellt sind, die mit weiteren Bauteilen aus Leichtmetall kombiniert sind.
Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Haltestift (11) für die Hubbegrenzung (23) eine Wälzkörpernadel eines handelsüblichen Zylinderrollenlagers oder Nadellagers eingesetzt ist.
Spannelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (3) ein weitestgehend kreuzförmiges Querschnittsprofil aufweist.
Spannelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (3) an einer Innenwandung (10) des Gehäuses (2) geführt ist, die zumindest eine Längsnut (20) aufweist.
Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zusammengepressten Position das Federelement (1) in Verbindung mit einem separaten Stift (15) arretierbar ist, der in eine Querbohrung (16) des Gehäuses (2) eingesetzt ist und in die Längsführung (12) des Kolbens (3) eingreift.
Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse (2) und dem Federteller (7) des Kolbens (3) ein elastisches, das Federmittel (6) umschließendes Bauteil (21) vorgesehen ist.