DE102011004489A1

DE102011004489A1 - Als Zugspanneinheit ausgeführte, linear wirkende Spanneinheit, die als Federmittel eine Druckfeder einschließt

Info

Publication number: DE102011004489A1
Application number: DE201110004489
Authority: DE
Inventors: Thorsten Liebel; Stefan Mack
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-08-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine linear wirkende Spanneinheit (1a) eines Zugmitteltriebs, die zur selbsttätigen Einstellung einer Vorspannung eines Zugmittels einsetzbar ist, insbesondere für einen Riementrieb einer Bennkraftmaschine. Die über Anlenkaugen (7, 8) mit einer Umgebungskonstruktion verbundene mechanische Spanneinheit (1a) umfasst einen Zylinder (2a) mit einem darin verschiebbar geführten Kolben (3a) und zugehöriger Kolbenstange (4a). Eine zwischen dem Zylinder (2a) und dem Kolben (3a) eingesetzte Druckfeder (9a) beaufschlagt diese Bauteile in eine die Länge der Spanneinheit (1a) verkürzende Richtung. Dazu sind die Federenden (10a, 11a) der Druckfeder (9a) an dem Kolben (3a) und dem Zylinder (2a) jeweils so abgestützt, dass diese zu dem Anlenkauge (7, 8) des zugehörigen weiteren Bauteils, dem Kolben (3a) oder dem Zylinder (2a), ausgerichtet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine mechanische, linear wirkende Spanneinheit, mit der ein Zugmittel eines Zugmitteltriebs vorgespannt werden kann, mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
In Zugmitteltrieben werden linear wirkende Spanneinheiten eingesetzt, um eine konstante Zugmittel-Vorspannung, insbesondere eines Endlosriemens in einem als Aggregatetrieb oder Steuertrieb ausgeführten Zugmitteltrieb einer Brennkraftmaschine zu gewährleisten
Eine mechanische, linear wirkende Spanneinheit, bei der ein Kolben in einem Gehäuse bzw. in einem. Zylinder geführt ist, offenbart die WO 2009/074 566 A1 . Die Spanneinheit ist vorzugsweise zur Drehmomenteinleitung in einen Spannarm einer Zugmittel-Spannvorrichtung bestimmt. Zur Erzeugung einer Vorspannkraft wird die Kolben-Zylindereinheit außenseitig von einer eine Spreizkraft ausübenden Druckfeder umschlossen, die an Federtellern des Kolbens bzw. des Zylinders abgestützt ist und die Spanneinheit in eine die Länge der Spanneinheit vergrößernde Richtung beaufschlagt.
Aus der DE 10 2004 054 636 A1 ist eine Linearspanneinheit bekannt, die ein ortsfest positioniertes, schwenkbar angeordnetes Basiselement sowie ein drehfestes, axial bewegliches Verschiebeteil umfasst, das mittelbar über eine Spannrolle das Zugmittel vorspannt. Weiterhin schließt die Spanneinheit ein koaxial zu dem Verschiebeteil angeordnetes und mittels eines Federmittels drehbelastetes Drehwellenteil ein, welches sich an einem Grundelement und über ein Bewegungsgewinde an dem Verschiebeteil abstützt. Dabei übernimmt das die Linearspanneinheit in Richtung einer vergrößernden Länge beaufschlagende Federmittel gleichzeitig die Funktion einer mechanischen Dämpfung des Zugmitteltriebs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstig herstellbare, die Funktionssicherheit erhöhende, linear wirkende Spanneinheit zu schaffen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die jeweils zugeordneten Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine geänderte Anordnung oder Einbaulage der Druckfeder eine Spanneinheit als Zugspanneinheit einsetzbar ist, anstelle bisheriger, eine Druckkraft erzeugenden Spanneinheiten. Zur Realisierung einer Zugspanneinheit ist vorgesehen, dass die Federenden der Druckfeder unmittelbar oder mittelbar beispielsweise über ein Abstützelement an dem Kolben bzw. an der Kolbenstange und dem Zylinder bzw. Gehäuse an zueinander fluchtenden Wirkflächen abgestützt sind. Jedes Federende ist dabei zu dem Anlenkauge des jeweils zugehörigen weiteren Bauteils des Kolbens oder des Zylinders ausgerichtet. Durch diese Einbaulage stellt sich eine Wirkungsänderung der Druckfeder ein, die den Kolben einschließlich Kolbenstange und den Zylinder in eine die Länge der Spanneinheit verkürzende Richtung beaufschlagt. Damit wird das bekannte Prinzip des Druckfedereinbaus umgekehrt, bei dem die Spreizwirkung der Druckfeder den Kolben und den Zylinder in eine die Kolben-Zylindereinheit vergrößernde Länge beaufschlagt.
Die erfindungsgemäße Druckfederanordnung zur Schaffung einer Zugspanneinheit hat im Vergleich zu einer Zugfeder den Vorteil, dass beispielsweise nach einem Federbruch die Funktion der Spanneinheit noch in einem beschränkten Rahmen gegeben ist. Ein kompletter Ausfall der Spanneinheit und damit des Zugmitteltriebs kann im Gegensatz zu Spanneinheiten mit einem herkömmlichen Druckfedereinbau oder eingesetzter Zugfeder ausgeschlossen werden. Ferner sind die internen, die Auslastung der Feder begrenzenden Spannungen im Vergleich zu einer Zugfeder geringer.
Zur Realisierung einer Zugspanneinheit bietet es sich an, dass die Druckfeder in dem Zylinder integriert und zwischen dem Kolben und einem Boden oder einem separaten Deckel des Zylinders eingesetzt ist, wobei die Kolbenstange in dem Boden oder dem Deckel geführt ist. Alternativ dazu kann das erfindungsgemäße Konzept eine den Zylinder außenseitig umschließende Druckfeder einschließen. Mit einem ersten Federende ist diese Druckfeder an einem als Bord ausgebildeten Abstützelement des Zylinders und mit dem zweiten Federende an einem Abstützelement des Kolbens abgestützt. Als Abstützelement eignen sich dazu radial ausgerichtete, in Aussparungen oder Längsschlitzen des Zylinders eingreifende Schenkel, die vorteilhaft einstückig mit dem Kolben oder der Kolbenstange verbunden sind.
Ferner wird eine Spanneinheit vorgeschlagen, bei der die Druckfeder in einem geschlossenen Zylinder eingesetzt ist, wobei eine Seite von dem Boden und die weitere Seite durch ein separates, zur Führung der Kolbenstange bestimmtes Vorsatzelement verschlossen ist. Bevorzugt bildet das Vorsatzelement einen äußeren Ringbund, der den Endbereich umschließt oder in den Zylinder eingepresst ist. In einer zentrischen Aufnahme des Vorsatzelements ist die Kolbenstange geführt, wobei die Aufnahme zur reibungsarmen Führung eine Gleitlagerung einschließt.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung betrifft eine Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung des Zugmitteltriebs, die mit der als Zugspanneinheit konzipierten Spanneinheit kombinierbar ist. Damit bietet die erfindungsgemäße mechanische, linear wirkende Spanneinheit insbesondere für Riementriebe, bei denen aufgrund spezifischer Systembedingungen die Dämpfungsfunktion einer hydraulisch gedämpften Spanneinheit nicht erforderlich ist, eine kostengünstige Alternative. Vorteilhaft schließt die erfindungsgemäße Spanneinheit dazu eine mit der hydraulischen Spanneinheit übereinstimmende Anlenk- oder Anschraubgeometrie ein, wodurch eine vollständige Austauschbarkeit hinsichtlich Bauraum und Adaption ermöglicht wird.
Die Dämpfungseinrichtung ist erfindungsgemäß vorteilhaft innerhalb der Spanneinheit integriert. Zur Bildung eines mit dem Zylinder zusammenwirkenden Reib- und/oder Dämpfungselements bietet es sich an, dass der Kolben einen mittels eines Federmittels sich radial spreizenden Endabschnitt aufweist, der außenseitig kraftschlüssig an einer Innenwand des Zylinders abgestützt und geführt ist. Dazu schließt der Kolben bevorzugt zumindest zwei Aussparungen oder Schlitze ein, die bereichsweise eine radiale Aufweitung ermöglichen. Die einzelnen von einem Reibbelag umschlossenen Kolbenelemente, die Teilzonen der Kolbenmantelfläche einschließen, sind in Verbindung mit einem Federmittel an der Zylinderinnenwand geführt. Alternativ dazu kann als Dämpfungseinheit ein Endabschnitt des Kolbens zwei gegenüberliegende, axial vorstehende Ansätze bilden, die zur Erzielung einer höheren Elastizität längenbegrenzte Einschnitte aufweisen. In Verbindung mit einem Federmittel, einer Druckfeder, werden die außenseitig von einem Reibbelag umschlossenen Ansätze an die Innenwand des Zylinders gepresst. Als Dämpfungseinrichtung eignet sich weiterhin die Anordnung von bevorzugt zwei in einer Querbohrung des Kolbens eingesetzten Reibelementen, die von einem Federmittel, einer Spreizfeder beaufschlagt, kraftschlüssig an der In= nenwand des Zylinders abgestützt sind.
Unabhängig von dem Aufbau der Dämpfungseinrichtung wird die zur Dämpfkrafterzeugung notwendige Vorspannung über ein Federmittel erzeugt, das die Reibbeläge oder die Reibelemente gegen eine zylindrisch/flächig ausgebildete Kontaktfläche, die Innenwand des Zylinders presst. Die sich einstellende Spannkraft erzeugt unmittelbar eine. Dämpfung durch Reibung der Kontaktpartner. Über die Dämpfungseinrichtung können mittels Coulombscher Reibung Stellbewegungen der Spanneinheit und folglich Schwingungen des Zugmittels wirksam gedämpft werden. Die vorgeschlagenen Dämpfungseinrichtungen können vorteilhaft innerhalb vorhandener Abmessungen des Kolbens oder der Kolbenstange integriert werden, wodurch sich eine gegen äußere Einflüsse, insbesondere Verschmutzung weitestgehend geschützte Einbaulage ergibt. Vorteilhaft wird dadurch die äußere Abmessung und damit der erforderliche Einbauraum der Spanneinheit nicht beeinflusst, die somit ohne Anpassung an die Umgebungskonstruktion austauschbar ist.
Der erfindungsgemäße Aufbau der Spanneinheit einschließlich Dämpfungseinrichtung ermöglicht die Realisierung einer bauraumoptimierten und damit kompakten Linearspanneinheit, die Vorteile hinsichtlich der Dynamik, Reaktionsfähigkeit und Lebensdauer bietet und die weiterhin kostengünstig herstellbar ist.
Ferner ist zur kostengünstigen Herstellung einzelner Bauteile der Spanneinheit ein spanloses Verfahren vorgesehen. Beispielsweise bietet es sich an, den Zylinder und das Vorsatzelement mittels eines Tiefziehverfahrens herzustellen. Zur Realisierung einer kosten- und gewichtsoptimierten Spanneinheit sind zumindest einzelne Bauteile, beispielsweise der Kolben einschließlich Kolbenstange aus einem Kunststoff hergestellt. Als Werkstoff eignet sich dazu PA 66 H mit einem Glasfaseranteil ≥ 35%. Alternativ dazu können aus Kunststoff hergestellte Bauteile der Spanneinheit mit Bauteilen aus Stahl oder Leichtmetall kombiniert werden. Die Werkstoffauswahl der einzelnen Bauteile erfolgt dabei insbesondere unter Berücksichtigung der geforderten Festigkeit und Verschleißbeständigkeit. Für das Reibelement und/oder den Reibbelag der Dämpfungseinrichtung kann als Werkstoff bevorzugt ein hochtemperaturbeständiges Polyamid, wie beispielsweise PA 66 oder alternativ PA 46 PTFE eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Im Einzelnen zeigen die Figuren:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Spanneinheit in einem Längsschnitt;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Spanneinheit in einem Längsschnitt;
3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Spanneinheit mit einer Dämpfungseinrichtung;
4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Spanneinheit mit einer Dämpfungseinrichtung.
Zunächst wird auf die 1 und 2 Bezug genommen, die linear wirkende Spanneinheiten 1a, 1b ohne eine Dämpfungseinrichtung darstellen. Die Spanneinheit 1a in 1 weist einen auch als Gehäuse zu bezeichnenden Zylinder 2a auf, in dem ein Kolben 3a geführt ist, der einstückig mit einer Kolbenstange 4a verbunden ist, die in einer zentrischen Öffnung 5 eines endseitig an dem Zylinder 2a befestigten Bodens 6 geführt ist. Dem Zylinder 2a wie auch der Kolbenstange 4a ist jeweils ein Anlenkauge 7, 8 zugeordnet, über die die Kolben-Zylinder-Einheit mit einer nicht abgebildeten Umgebungskonstruktion verbunden ist. Eine in dem Zylinder 2a integrierte Druckfeder 9a ist mit einem Federende 10a an dem Kolben 3a und mit einem weiteren Federende 11a an dem Boden 6 abgestützt. Bei dieser Anordnung ist das mit dem Kolben 3a zusammenwirkende Federende 10a in Richtung des Anlenkauges 7 und das dem Boden 6 zugeordnete Federende 11a zu dem Anlenkauge 8 ausgerichtet. Folglich sind die Federenden 10a, 11a jeweils den Anlenkaugen 7, 8 des zugehörigen weiteren Bauteils der Spanneinheit 1 benachbart. Diese Einbaulage der Druckfeder 9a bewirkt eine Spreizwirkung, wodurch die Kolben-Zylindereinheit in eine die Länge der Spanneinheit 1 verkürzende Richtung beaufschlagt wird, verdeutlicht durch die aufeinander gerichteten, Pfeile. Die Spanneinheit 1a bildet somit eine Zugspanneinheit, wobei die Druckfeder 9a eine Zugkraft erzeugt. Ein Unterschied zwischen der Ausführung nach 2 gegenüber der Ausführung nach 1 besteht darin, dass in 2 die Druckfeder 9b der Spanneinheit 1b den Zylinder 2b außenseitig umschließt. Das zu dem Anlenkauge 7 ausgerichtete Federende 10b ist an einem Bord 12 des Zylinders 2b und das weitere Federende 11b an zumindest zwei radialen Schenkeln 13 abgestützt, die endseitig an der auch als Zugstange zu bezeichnenden Kolbenstange 4b positioniert sind. Die Schenkel 13 sind dabei in gegenüberliegenden Längsschlitzen 14 des Zylinders 2b geführt.
Die 3 und 4 zeigen die Spanneinheiten 1c, 1d, die übereinstimmend eine Dämpfungseinheit 15c, 15d einschließen sowie einen weitestgehend geschlossenen Innenraum 16. Der topfartig gestaltete Zylinder 2c, 2d schließt bodenseitig. das Anlenkauge 7 ein. Gegenüberliegend ist dem Zylinder 2c, 2d ein als Deckel ausgebildetes Vorsatzelement 17 zugeordnet, das mit einem Ringbund 18 einen Endbereich des Zylinders 2c, 2d außenseitig umschließt. Zur reibungsarmen Führung der Kolbenstange 4c, 4d bildet das Vorsatzelement 17 eine einstückig in den Innenraum 16 ragende Aufnahme 19 mit integriertem Gleitlager 20. Die Druckfeder 9c, 9d ist mit dem Federende 10c, 10d an dem Kolben 3c, 3d und mit dem Federende 11c, 11d an dem Vorsatzelement 17 abgestützt.
Die Dämpfungseinrichtung 15c nach 3 umfasst als Reib- und/oder Dämpfungselement einen Endabschnitt 21 des Kolbens 3c, bestehend aus zumindest zwei gegenüberliegenden, axial vorstehenden Ansätzen 25, die zur Erzielung einer höheren Elastizität längenbegrenzte, radiale Einschnitte 22 aufweisen. Zur kraftschlüssigen Abstützung des Endabschnitts 21 an einer Innenwand 24c des Kolbens 3c ist zwischen den jeweils von einem Reibbelag 26 umschlossenen Ansätzen 25 ein eine Spreizkraft ausübendes Federmittel 23c eingesetzt. Die Größe der Federkraft des Federmittels 23c beeinflusst die Gleitreibung zwischen dem Kolben 3c und dem Zylinder 2c und bestimmt den Dämpfungsgrad der Dämpfungseinrichtung 15c.
Die 4 zeigt die Dämpfungseinrichtung 15d, die zwei in einer Querbohrung 27 des Kolbens 3d geführte Reibelemente 28 einschließt. Durch ein Federmittel 23d sind die Reibelemente 28 kraftbeaufschlagt an der Innenwand 24 des Kolbens 3d abgestützt.
Bezugszeichenliste

1a: Spanneinheit
1b: Spanneinheit
1c: Spanneinheit
1d: Spanneinheit
2a: Zylinder
2b: Zylinder
2c: Zylinder
2d: Zylinder
3a: Kolben
3b: Kolben
3c: Kolben
3d: Kolben
4a: Kolbenstange
4b: Kolbenstange
4c: Kolbenstange
4d: Kolbenstange
5: Öffnung
6: Boden
7: Anlenkauge
8: Anlenkauge
9a: Druckfeder
9b: Druckfeder
9c: Druckfeder
9d: Druckfeder
10a: Federende
10b: Federende
10c: Federende
10d: Federende
11a: Federende
11b: Federende
11c: Federende
11d: Federende
12: Bord
13: Schenkel
14: Längsschlitz
15c: Dämpfungseinrichtung
15d: Dämpfungseiinrichtung
16: Innenraum
17: Vorsatzelement
18: Ringbund
19: Aufnahme
20: Gleitlager
21: Endabschnitt
22: Einschnitt
23c: Federmittel
23d: Federmittel
24a: Innenwand
24b: Innenwand
25: Ansatz
26: Reibbelag
27: Querbohrung
28: Reibelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/074566 A1 [0003]
DE 102004054636 A1 [0004]

Claims

Linear wirkende Spanneinheit (1a–1d) eines Zugmitteltriebs, eingesetzt zur selbsttätigen Einstellung einer Vorspannung eines Zugmittels, insbesondere Riementrieb einer Bennkraftmaschine, wobei die mechanische Spanneinheit (1a–1d) einen Zylinder (2a–2d) mit einem darin linear verschiebbar geführten Kolben (3a–3d) und zugehöriger Kolbenstange (4a–4d) umfasst, zwischen denen eine Druckfeder (9a–9d) eingesetzt ist und die Spanneinheit (1a–1d) über Anlenkaugen (7,8) mit einer Umgebungskonstruktion verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (9a–9d) der eine Zugkraft erzeugenden Spanneinheit (1a–1d) den Kolben (3a–3d) und den Zylinder (2a–2d) in eine die Länge der Spanneinheit (1a–1d) verkürzende Richtung beaufschlagt, wobei Federenden (10a–10d; 11a–11d) der Druckfeder (9a–9d) mittelbar oder unmittelbar an dem Kolben (3a–3d) und dem Zylinder (2a–2d) abgestützt jeweils zu dem Anlenkauge (7,8) des zugehörigen weiteren Bauteils dem Kolben (3a–3d) oder dem Zylinder (2a–2d) ausgerichtet sind.
Spanneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Zylinder (2a) integrierte Druckfeder (9a) zwischen dem Kolben (3a) und einem Boden (6) oder einem separaten Deckel des Zylinders (2a) eingesetzt ist und die Kolbenstange (4a) in dem Boden (6) geführt ist.
Spanneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (9b) den Zylinder (2b) außenseitig umschließt und mit einem ersten Federende (10b) an einem Bord (12) des Zylinders (2b) und mit dem zweiten Federende (11b) an radial ausgerichteten, in Längsschlitzen (14) des Zylinders (2b) eingreifenden Schenkeln (13) der Kolbenstange (4b) oder des Kolben abgestützt ist.
Spanneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (9c, 9d) in einem weitestgehend geschlossenen Zylinder (2c, 2d) eingesetzt ist, wobei eine Seite von einem Boden und die weitere Seite durch ein separates, zur Führung der Kolbenstange (4c, 4d) bestimmtes Vorsatzelement (17) geschlossen ist.
Spanneinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsatzelement (17) mit einem äußeren Ringbund (18) den Zylinder (2c, 2d) umschließt oder in dem Zylinder (2c, 2d) eingepresst ist und zentrisch eine Aufnahme (19) bildet, in der die Kolbenstange (4c, 4d) über ein Gleitlager (20) geführt ist.
Spanneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinheit (1c, 1d) zur Dämpfung von Stellbewegungen des Zugmitteltriebs eine Dämpfungseinrichtung (15c, 15d) einschließt.
Spanneinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (15c, 15d) innerhalb der Spanneinheit (1c, 1d) integriert ist und zumindest einen Reibbelag (26) oder ein Reibelement (28) einschließt, der/das mit dem Zylinder (2c, 2d) zusammenwirkt und dem Kolben (3c, 3d) zugeordnet ist.
Spanneinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (3c) als Dämpfungseinrichtung (15c) einen mittels eines Federmittels (23c) sich radial spreizenden Endabschnitt (21) aufweist, der an einer Innenwand (24c) des Zylinders (2c) abgestützt ist.
Spanneinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Dämpfungseinrichtung (15d) der Kolben (3d) separate, in einer Querbohrung (27) eingesetzte Reibelemente (28) umfasst, die von einem Federmittel (23d) beaufschlagt, kraftschlüssig an der Innenwand (24d) des Zylinders (2d) abgestützt sind.
Spanneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Zylinder (2a–2d) und/oder das Vorsatzelement (17) spanlos, insbesondere durch ein Tiefziehverfahren hergestellt sind.
Spanneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für einzelne Bauteile der Spanneinheit (1a–1d) als Werkstoff ein Kunststoff, insbesondere PA 66 mit einem Glasfaseranteil ≥ 35% PA 66 vorgesehen ist.
Spanneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag (26) und/oder das Reibelement (28) der Dämpfungseinrichtung (15c, 15d) aus einem Polyamid oder PA 46 PTFE hergestellt sind.