DE102017127802A1

DE102017127802A1 - Hydraulische Spannvorrichtung mit Dichtungsring

Info

Publication number: DE102017127802A1
Application number: DE102017127802.8A
Authority: DE
Inventors: Petra Doll
Original assignee: Iwis Motorsystem GmbH and Co KG
Current assignee: Iwis Motorsystem GmbH and Co KG
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2019-05-29

Abstract

Die folgende Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung für ein Zugmittelgetriebe mit einem Spannergehäuse, das eine Aufnahmebohrung aufweist, und eine in die Aufnahmebohrung eingesetzten Spannerpatrone, die zumindest eine hülsenförmige Kolbenaufnahme und einen in die Kolbenaufnahme längsbeweglich geführten Kolben aufweist, wobei die Kolbenaufnahme von einem elastischen Dichtungsring in der Aufnahmebohrung gesichert ist und die Spannerpatrone eine Ölzuführung aufweist, die an der innenliegenden Stirnseite der Kolbenaufnahme angeordnet ist. Eine solche hydraulische Spannvorrichtung soll vereinfacht werden. Hierzu ist die Aufnahmebohrung mittels eines spanabhebenden Verfahrens zylindrisch ausgestaltet, wobei zwischen der Aufnahmebohrung und der Kolbenaufnahme ein Ringspalt von ≤ 0,2 mm vorhanden ist und der Dichtungsring mit einer radialen Pressung von mindestens 0,5 % und max. 12 % im Bereich des Ringspalts angeordnet ist. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Zugmittelgetriebe mit einer solchen Spannvorrichtung sowie auf ein Verfahren zum Herstellen einer solchen hydraulischen Spannvorrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung für ein Zugmittelgetriebe, mit einem Spannergehäuse, das eine Aufnahmebohrung aufweist, und einer in die Aufnahmebohrung eingesetzten Spannerpatrone, die zumindest eine hülsenförmige Kolbenaufnahme und einen in der Kolbenaufnahme längsbeweglich geführten Kolben aufweist, wobei die Kolbenaufnahme von einem elastischen Dichtungsring in der Aufnahmebohrung gesichert ist und die Spannerpatrone eine Ölzuführung aufweist, die an der innenliegenden Stirnseite der Kolbenaufnahme angeordnet ist.
Eine solche hydraulische Spannvorrichtung ist z.B. aus der DE 102007036119 A1 bekannt, die sich auf einen hydraulischen Kettenspanner für ein Zugmittelgetriebe bezieht. In eine ausschließlich mittels Urformen nachbearbeitungsfrei hergestellte Ausnehmung eines Gussgehäuses wird eine Spannerpatrone eingesetzt. Das topfartige Gehäuse der Kettenspannerpatrone ist an seiner Mantelfläche mit einer umlaufenden Ringnut versehen, in die ein Distanzüberbrückungsring eingesetzt ist. In einer Ausführungsform kann der Distanzüberbrückungsring als elastomerer Dichtungsring ausgebildet sein, sofern trotz des dann weicheren Materials ein ausreichend fester Sitz der Kettenspannerpatrone innerhalber der Ausnehmung sichergestellt ist. Aufgrund der Nachbearbeitungsfreiheit können Kostenvorteile bei der Herstellung des Gussgehäuses erzielt werden. Aufgrund der Konizität des Ringspalts zwischen Ausnehmung und topfartigem Gehäuse verkeilt sich der Distanzüberbrückungsring zwischen den miteinander zu verbindenden Teilen. Aufgrund der durch Urformen zu erzielenden Toleranzen muss der Distanzüberbrückungsring unterschiedliche Einpressverhältnisse, die sehr hohe Anforderungen an den Distanzüberbrückungsring stellen, überbrücken. Ein elastomerer Dichtungsring kann diese Anforderungen nicht zur Abdeckung des gesamten Toleranzspektrums erfüllen.
Die Verwendung von Dichtringen erfordert daher entweder andere Zulaufsituationen der Hydraulikflüssigkeit, wie z.B. in der DE 10297397 T5 (9) gezeigt oder die Verwendung einer andersartigen Befestigung des eingeschobenen Gehäuses, z.B. mittels verschraubtem Flansch wie in der DE 4017601 A1 oder mittels Verstemmen des vorderen Endbereichs des eingesetzten Zylinders wie in der DE 10064902 A1 .
Der Kostendruck im Automobilzulieferbereich ist sehr hoch, weshalb nach geeigneten und sicheren Lösungen für einfache Patronenkonzepte gesucht wird. Zunehmend spielt auch der Durchsatz an Hydraulikfluid eine wesentliche Rolle, weil mit Dämpfungskonstruktionen gearbeitet wird, die einen geringen Hydraulikfluiddurchsatz erfordern, so dass jegliche nicht der Dämpfung zuzurechnende Leckage nachteilig ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße hydraulische Spannvorrichtung mit Spannerpatrone kostengünstig und funktionsfähig mit einfachen Mitteln zu erzeugen.
Erfindungsgemäß wird hierzu vorgesehen, dass die Aufnahmebohrung mittels eines spanabhebenden Verfahrens zylindrisch ausgestaltet ist und zwischen der Aufnahmebohrung und der Kolbenaufnahme ein Ringspalt von ≤ 0,2 mm, bevorzugt von ≤ 0,15 mm, insbesondere von ≤ 0,12 mm vorhanden ist und der Dichtungsring mit einer radialen Pressung von 0,5 % und maximal 12 % im Bereich des Ringspalts angeordnet ist. Mittels dieser konkreten Vorgabe lässt sich die Anordnung einer Spannerpatrone in einem Spannergehäuse ausschließlich mittels eines elastischen Dichtungsrings bewirken. Mittels der spanabhebenden Herstellung der Aufnahmebohrung lässt sich diese präzise genug ausgestalten, um mit einem verhältnismäßig geringen Ringspalt arbeiten zu können. Hierdurch wird zum einen verhindert, dass der Dichtungsring aus dem Montagespalt extrudiert, d.h. hinausgedrückt, und beschädigt wird. Und zum anderen werden sowohl eine ausreichende Abdichtung der zentralen Hydraulikfluidzuführung als auch eine gute Befestigung der Spannerpatrone im Gehäuse erzielt. Die konkrete Pressung des Dichtungsrings lässt sich aufgrund der durch die gewählte Herstellungstechnik erreichbaren Toleranzlage innerhalb des angegebenen Bereichs sehr gut einstellen und auf die konkrete Situation abstimmen, z.B. in Abhängigkeit des maximalen Hydraulikfluiddrucks und der erforderlichen Einbaulage, so dass ein sicherer Sitz, ohne zusätzliche Sicherungsmittel, in der Aufnahmebohrung des Spannergehäuses möglich ist. Eine Überlastung des Dichtungsrings lässt sich demnach sehr leicht ausschließen, was durch Urformen nicht erzielbar ist. Die Sicherung der Kolbenaufnahme erfolgt demnach dauerhaft ausschließlich durch den Dichtungsring.
Günstigerweise kann in der Aufnahmebohrung des Spannergehäuses eine Ringnut vorgesehen sein, in der der elastische Dichtungsring aufgenommen ist. Bevorzugt drückt dieser auf einen nutfreien Bereich der Kolbenaufnahme. Das bedeutet, dass die an die Aufnahmebohrung angepasste Mantelfläche der Kolbenaufnahme glatt und ohne Vertiefungen zur Aufnahme des Dichtungsrings ausgestaltet werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Dichtungsring ein handelsüblicher O-Ring sein, der kostengünstig zukaufbar ist.
Bevorzugt kann die Nuttiefe der Ringnut mindestens 80 % der Schnurstärke des O-Rings entsprechen. In aller Regel beträgt die Nuttiefe aber höchstens 98 % und bevorzugt höchstens 95 % der Schnurstärke des O-Rings. Unter Schnurstärke ist die Breite des Querschnitts des O-Ringmaterials gemeint (bei einem O-Ring der Durchmesser des Querschnitts).
Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Material des Dichtungsrings derart gewählt ist, dass der Dichtungsring in einem Temperaturbereich von mindestens -50°C bis 150°C in einem Steuertrieb eines Verbrennungsmotors einsetzbar ist. Der Dichtungsring muss demnach sowohl temperaturbeständig als auch motorölbeständig sein, um dauerhaft eingesetzt werden zu können. Aber auch für solche Einsatzzwecke sind z.B. bestimmte O-Ringtypen geeignet.
Hierbei ist es insbesondere von Vorteil, wenn das Material für den Dichtungsring aus der Gruppe, enthaltend Fluorkautschuk, Fluorsilikon, Perfluorkautschuk oder PTFE, gewählt ist. Diese Materialien halten außerhalb des Verbrennungsraums der Belastung in einem Verbrennungsmotoreinsatz typischerweise stand.
Des Weiteren kann im Spannergehäuse eine Anschlageinrichtung zum Bestimmen der Einschubtiefe der Kolbenaufnahme in das Spannergehäuse vorgesehen sein. Die Kolbenaufnahme wird gegen den Widerstand, den der Dichtungsring aufbringt, eingeschoben. Die für das Einschieben erforderliche Kraft bewegt sich im vernünftigen Rahmen und ist leicht aufbringbar. Eine Anschlageinrichtung sorgt dann für die richtige axiale Position der Kolbenaufnahme.
Eine Spannerpatrone ist vernünftigerweise als Baueinheit konzipiert und weist schon die funktionswesentlichen Bestandteile auf. Daher kann gemäß einer Variante die Spannerpatrone ein im Bereich der Ölzuführung angeordnetes Rückschlagventil und eine Schraubendruckfeder aufweisen.
Des Weiteren kann das Spannergehäuse einen Versorgungsanschluss aufweisen, der mit der Ölzuführung fluchtet und die Strömungsverbindung zwischen Versorgungsanschluss und Zuführung von einer zwischen dem Spannergehäuse und der Kolbenaufnahme ringförmig mittels der Anschlagrichtung gebildeten Anschlagzone umgeben ist. Die Anschlagzone stellt demnach eine erste ringförmige Abdichtung bereit, damit Hydraulikfluid möglichst nicht in den Bereich zwischen dem Spannergehäuse und der Kolbenaufnahme abfließt, mit Ausnahme der Ölzuführung. Dennoch auftretende Leckage wird durch den Dichtungsring wirksam gestoppt.
Damit der Dichtungsring gemäß einer Variante seine Dicht- und Haltefunktion wirksam entfaltet, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass der Dichtungsring maximal 50 %, bevorzugt maximal 30%, der Einschublänge vom vorderen Ende der Aufnahmebohrung entfernt angeordnet ist. Günstigerweise kann hierbei auch vorgesehen sein, dass der Dichtungsring mindestens 15 % der Einschublänge vom vorderen Ende entfernt angeordnet ist.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Zugmittelgetriebe für einen Verbrennungsmotor mit einem Antriebsrad, mindestens einem Abtriebsrad und einem das Antriebsrad mit dem mindestens einen Abtriebsrad verbindenden Zugmittel, insbesondere einer Kette, und einer hydraulischen Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10. Durch die Verwendung eines einfachen Dichtungsrings wird zum einen eine gute Abdichtung der Kolbenaufnahme der Spannerpatrone erzielt und zum anderen ein ausreichendes Sichern derselben im Spannergehäuse bewirkt. Zusätzliche Maßnahmen, insbesondere zur Befestigung der Spannerpatrone sind nicht notwendig.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen einer hydraulischen Spannvorrichtung mit folgenden Schritten:

Bereitstellen eines Spannergehäuses mit einer zylindrischen Aufnahmebohrung, wobei die zylindrische Aufnahmebohrung bevorzugt mittels eines vorgelagerten spanabhebenden Verfahrensschritts erzeugt wurde,
Bereitstellen einer hülsenförmigen Kolbenaufnahme mit einer stirnseitig angeordneten Ölzuführung, sowie gegebenenfalls Bereitstellen eines Spannkolbens, eines Rückschlagventils, einer Druckfeder und eines Füllkörpers sowie Vormontage des Spannkolbens in der Kolbenbohrung
Bereitstellen eines elastischen Dichtungsrings,
Einfügen des Dichtungsrings und
Einführen der Kolbenaufnahme mit der die Ölzuführung aufweisenden Stirnseite voran in die Aufnahmebohrung, wobei der Ringspalt zwischen Aufnahmebohrung und der Kolbenaufnahme ≤ 0,2 mm, bevorzugt ≤ 0,15 mm, insbesondere ≤ 0,12 mm beträgt und der Dichtungsring mit einer radialen Pressung von mindestens 0,5 % und maximal 12 % im Bereich des Ringspalts angeordnet ist.

Ein solches Verfahren führt zu einer einfachen und mit verhältnismäßig geringem Kraftaufwand vorzunehmende Montage einer Kolbenaufnahme, ohne den elastischen Dichtungsring zu beschädigen und ohne eine ausreichende Abdichtung hinsichtlich des Hydraulikfluids zu gefährden. Eine übliche Anwendungssituation ist die Verwendung der Spannvorrichtung als Kettenspanner in einem Steuerkettentrieb an einem Verbrennungsmotor und den damit einhergehenden Betriebsbedingungen.
Bevorzugt kann das Spannergehäuse in der zylindrischen Aufnahmebohrung eine Ringnut aufweisen, in der der elastische Dichtungsring vor dem Einführen der Kolbenaufnahme eingesetzt wird und der Dichtungsring beim Einführen an einem nutfreien Abschnitt der Kolbenaufnahme entlang gleitet. Die Herstellung der Ringnut in der Aufnahmebohrung kann in einer Aufspannung mit der spanabhebenden Bearbeitung der Aufnahmebohrung erfolgen. Gleichzeitig besteht jedoch die Möglichkeit, auf Standardrohlinge, z.B. kaltgezogene Rohlinge zur Erzeugung der Kolbenaufnahme zurückzugreifen. Die Mantelfläche der Kolbenaufnahme kann daher nachbearbeitungsfrei sein (zumindest im Bereich, der mit dem Dichtungsring in Kontakt kommt). Die kaltgezogene oder kaltgewalzte Oberfläche reicht hier aus, zumal diese auch mit ausreichend genauer Toleranz hergestellt werden kann.
Bevorzugt kann der Dichtungsring mehr als 50 % der Einschublänge an dem nutfreien Abschnitt der Kolbenaufnahme entlang gleiten. Hierdurch lässt sich ein relativ langer und enger Spalt zwischen der Kolbenaufnahme und der Aufnahmebohrung erzeugen, der an seinem Ende mit dem Dichtungsring verschlossen wird.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 die schematische Darstellung eines Steuerkettentriebs und
2 eine perspektivische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kettenspanners.

In 1 ist als Endlostrieb ein Steuerkettentrieb 1 für einen Verbrennungsmotor dargestellt. Der Steuerkettentrieb 1 umfasst zwei oben liegende Nockenwellenkettenräder 2.1 und 2.2, ein unten liegendes Kurbelwellenkettenrad 3, eine um diese geschlungene Steuerkette 4 (Endlostreibmittel), eine Gleitschiene 5 und eine schwenkbar angeordnete mittels eines in das Motorgehäuse 7 eingeschraubten Kettenspanners 8 angedrückte Spannschiene 6. Der Kettenspanner 8 ist bevorzugt an die Motorölhydraulik angeschlossen, so dass sein aus dem Spannergehäuse 10 ausfahrbarer Spannkolben 9 hydraulisch auf die schwenkbar angeordnete Spannschiene 6 aufdrückt. Sowohl die Gleitschiene 5 als auch die Spannschiene 6 liegen jeweils mit ihren Gleitbelägen an der Außenseite der an ihnen entlang laufenden Steuerkette 4 an.
Der in 1 dargestellte Kettenspanner 8 soll lediglich exemplarisch eine Bauform einer Spannvorrichtung für Endlostreibmittel wiedergeben. Das Spannergehäuse 10 ist als Einschraubgehäuse ausgestaltet. Im vorliegenden Fall ist der Spannkolben 9 unmittelbar im einteilig ausgestalteten Spannergehäuse 10 verschiebbar positioniert.
Anhand der 2 ist nunmehr eine weitere Bauform eines Kettenspanners 8 dargestellt, wie er ebenfalls beim Steuertrieb gemäß 1 zum Einsatz kommen kann. Die Erfindung soll nunmehr exemplarisch anhand dieses als Flanschspanner ausgestalteten Kettenspanners 8 näher erläutert werden.
Das als Flanschgehäuse ausgestaltete Spannergehäuse 10 des Kettenspanners 8 weist zwei Befestigungsaugen 11.1 und 11.2 zum Anbringen an das Motorgehäuse 7 auf. Das Spannergehäuse 10 ist aus Aluminiumdruckgussmaterial hergestellt und weist eine zylindrische Aufnahmebohrung 12 auf. Am geschlossenen Ende der Aufnahmebohrung 12 befindet sich eine Zulaufkammer 13, die über nicht dargestellte Ölkanäle auf der Unterseite des Spannergehäuses 10 mit der Motorölhydraulik in Verbindung steht. In der Aufnahmebohrung 12 ist eine hülsenförmige Kolbenaufnahme 14 eingesetzt, die Bestandteil einer noch näher zu erläuternden Spannerpatrone 15 ist, die in das Spannergehäuse 10 eingesetzt wird.
Die hülsenförmige Kolbenaufnahme 14 ist in die Aufnahmebohrung 12 eingeschoben. An ihrer Bodenseite 16 weist die hülsenförmige Kolbenaufnahme 14 eine zentrale Zulauföffnung 17 auf, die mit der Zulaufkammer 13 in Fließverbindung steht.
Die hülsenförmige Kolbenaufnahme 14 weist eine zylindrische Kolbenbohrung 18 auf, in die der ebenfalls zylindrisch ausgestaltete Spannkolben 9 eingeschoben ist. Sowohl die hülsenförmige Kolbenaufnahme 14 als auch der Spannkolben 9 bestehen aus einem Stahlwerkstoff. An der Bodenseite 16 der hülsenförmigen Kolbenaufnahme 14 ist im Inneren der hülsenförmigen Kolbenaufnahme 14 ein Sitz 19 für ein Rückschlagventil 20 angeordnet. Das Rückschlagventil 20 öffnet und schließt den Zufluss von Hydraulikfluid in die zwischen dem Spannkolben 9 und der hülsenförmigen Kolbenaufnahme 14 gebildeten Druckkammer 21. Der Spannkolben 9 ist von seiner Rückseite her hohl gebohrt, sodass er im Innern eine Schraubendruckfeder 22 aufnehmen kann. Die Schraubendruckfeder 22 stützt sich zum Einen am Rückschlagventil 20 und zum Anderen im Innern des Spannkolbens 9 ab. An der ansonsten geschlossenen Kolbenstirnseite 23 befindet sich eine Präzisionsöffnung 24, die je nach Funktionsweise und Ausgestaltung des Kettenspanners 8 als Entlüftungs- und/oder Dämpfungsöffnung wirkt. Die Dämpfungswirkung dieser Präzisionsöffnung 24 hängt maßgeblich auch von dem vorhandenen Leckagespalt zwischen der Kolbenbohrung 18 und dem Spannkolben 9 ab. Gängige Kettenspannerbauformen verwenden häufig diesen ringförmigen Leckagespalt als Dämpfungsmittel. Es besteht jedoch eine Tendenz, diesen Leckagespalt immer weiter zu verringern und das Hydraulikmittel über Präzisionsöffnungen (Blenden oder Trossen) wie die Präzisionsöffnung 24 abströmen zu lassen. Der in der 2 dargestellte Kettenspanner 8 ist in der Transportstellung dargestellt. Hierzu ist der Spannkolben 9 im Wesentlichen vollständig eingefahren und mittels eines am Spannergehäuse 10 befestigten Sicherungsstifts 25 in Position gehalten. Dieser Sicherungsstift 25 wird vor Inbetriebnahme des Kettenspanners 8 entfernt, sodass der Spannkolben 9 gegen die Spannschiene 6 ausfahren kann.
Die Kolbenaufnahme 14 wird mit einem geringfügigen Spiel in die Aufnahmebohrung 12 eingeschoben, bis die Bodenseite 16 mit ihrer Bodenfläche 26 am Grund 27 der Aufnahmebohrung 12 anschlägt. Hierdurch wird eine ringförmige Anschlagzone ausgeformt, die zusätzlich der Abdichtung dient. Der Ringspalt zwischen der nutlosen Mantelfläche der Kolbenaufnahme 14 und der Innenfläche der Aufnahmebohrung 12 hat eine Breite von ≤ 0,2 mm, bevorzugt von ≤ 0,12 mm. Um dies zu erreichen, wird die Aufnahmebohrung 12 durch ein spanabhebendes Verfahren zumindest endgefertigt. In die Aufnahmebohrung 12 wird eine im Querschnitt rechteckförmige Ringnut 28 eingeformt, in der ein O-Ring 29 (elastischer Dichtungsring) eingesetzt ist. Alternativ kann die sich Ringnut 28 eine oder zwei geneigt ausgebildete Seitenwände aufweisen, z.B. mit einem Neigungswinkel von etwa 25°, so dass sich die Ringnut 28 in Richtung des Nutgrunds trapezförmig aufweitet, um den O-Ring 29 sicher in der Ringnut 28 zu halten. Das Material des O-Rings 29 ist entweder ein Fluorkautschuk, Fluorsilikon, Perfluorkautschuk oder PTFE und soll möglichst eine Temperaturbeständigkeit von -50°C bis 150°C aufweisen und für den genannten Einsatzzweck geeignet sein. Der O-Ring 29 und die Ringnut 28 sind von einer Größe, dass der O-Ring 29 mit einer radialen Pressung von mindestens 0,5 % und maximal 12 % im Bereich des Ringspalts angeordnet ist. Diese Prozentzahlen sind auf den Schnurquerschnitt des O-Rings 29 bezogen. Hierdurch ist sichergestellt, dass der O-Ring 29 mit einer ausreichenden Anpresskraft auf der Außenseite der Kolbenaufnahme 14 aufsitzt und diese in Position hält. Zusätzlich dichtet der O-Ring 29 den Ringspalt zwischen der Kolbenaufnahme 14 und der Aufnahmebohrung 12 ab. Die Nuttiefe der Ringnut 28 beträgt mindestens 80 % der Schnurstärke des O-Rings 29 und höchstens 98 % der Schnurstärke, bevorzugt höchstens 95 %.
Bei der Montage der Spannerpatrone 15 wird zunächst der O-Ring 29 in die Ringnut 28 eingesetzt und anschließend die Spannerpatrone 15 eingeschoben, bis diese am Gehäuse 10 anschlägt. Der O-Ring 29 gleitet dann über einen beträchtlichen Abschnitt der Mantelfläche der Kolbenaufnahme 14 entlang. Günstigerweise kann die Kolbenaufnahme 14 beispielsweise aus einem kaltgezogenen bzw. -gewalzten Material bestehen und eine ausreichend glatte Oberfläche aufweisen. Die Ringnut 28 befindet sich bevorzugt im vorderen Bereich der Aufnahmebohrung 12, so dass der O-Ring 29 maximal 50 %, bevorzugt maximal 30 %, der Einschublänge der Spannerpatrone 15 vom vorderen offenen Ende der Aufnahmebohrung 12 entfernt angeordnet ist. Dabei wird ein Mindestabstand von 15% der Einschublänge eingehalten. Die Einschublänge entspricht dem Abstand des vorderen Endes der Aufnahmebohrung 12 bis zum Grund 27.
Im vorliegenden Fall besteht der Spannkolben 9 aus einem niedrig legierten Automatenstahl, nämlich einem Stahl 1.0715. Zumindest seine zylindrische Mantelfläche ist Oberflächengehärtet. Der Spannkolben 9 wir mittels eines Nitrocarburierverfahrens oberflächengehärtet. Im konkreten Fall kommt hier ein Salzbad-Nitrocarburierverfahren, ein sogenanntes Tenifer-QPQ-Verfahren zur Anwendung.
Der mit der Oberfläche des Spannkolbens 9 in Berührung tretende Kolbenführungsflächenbereich der Kolbenbohrung 18 ist ebenfalls oberflächengehärtet. Als Werkstoff für die hülsenförmige Kolbenaufnahme 14 kommt hier ebenfalls ein Automatenstahl, nämlich auch ein Stahl 1.0715 zum Einsatz. Der spanend fertig bearbeitete Rohling der hülsenförmigen Kolbenaufnahme 14 wird ebenfalls einem Nitrocarburierverfahren unterzogen und zwar auch einem Salzbad Nitrocarburierverfahren, nämlich einem Tenifer-QPQ- Verfahren.
Bei diesem Verfahren werden sowohl bei dem Spannkolben 9 als auch bei der hülsenförmigen Kolbenaufnahme 14 die Randschichten mit Stickstoff und Kohlenstoff angereichert. Die Verweilung im Salzbad ist so gewählt, dass die Einhärttiefe mindestens 0,05 mm beträgt. Der Vorgang findet bei einem Temperaturbereich von 550°C bis 630°C, insbesondere ca. 580°C, statt. Hierdurch wir eine Oberflächenhärte von mindestens 210_HV1, bevorzugt 250_H1, und maximal 750_HV1 erzielt.
Der Vorteil des Nitrocarburierverfahrens besteht in der relativ niedrigen Temperatur, sodass es auch bei dem relativ dünnwandigen Bauteil nicht zu einem Verzug kommt. Ein spanabtragendes Nachbearbeiten, zum Beispiel ein Schleifen ist nicht erforderlich. Bei den angewendeten Verfahren ist zu beachten, dass auch zusätzlich eine Behandlung im Oxidationsbad erfolgt, wodurch eine gleichmäßige Oxidationsschicht von 0,5 - 4 µm erzielt wird.
Hierdurch entsteht eine Hart-Hartpaarung von Spannkolben 9 und hülsenförmiger Kolbenaufnahme 14, die auf jeden Fall ein „Eingraben“ des Spannkolbens 9 in die hülsenförmige Kolbenaufnahme 14 dauerhaft verhindert. Darüber hinaus können auf Grund der nach dem Nitrocarburierverfahren immer noch präzisen Bauteile auch geringe Leckagespalte zwischen dem Spannkolben 9 und der Kolbenbohrung 18 ab ca. 10 µm verwendet werden. Unter Leckagespalt ist im vorliegenden Fall der Gesamtdurchmesserunterschied zwischen Spannkolben 9 und hülsenförmiger Kolbenaufnahme 14 zu verstehen. Dieses eröffnet die Möglichkeit, die Dämpfung über eine lasergebohrte Präzisionsöffnung 24 herzustellen. Aber auch gängige Leckagespaltgrößen sind möglich. Versuche haben gezeigt, dass Teile nach dem Nitrocarburierverfahren eine Maß- und Formabweichung von weniger als 5 µm aufweisen. Diese Abweichung ist nicht funktionsrelevant und beeinträchtigt auch die Montage nicht. Aus diesem Grund ist eine spanende Nachbehandlung nicht mehr notwendig. Ein Rostschutz für eine eventuelle Lagerung ist ebenfalls nicht erforderlich, weil wie beschrieben, eine Oxidationsschicht vorhanden ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit eine Zn-Ni-Beschichtung aufzutragen.
Ein besonderer Vorteil des Nitrocarburierverfahrens, insbesondere des Salzbad-Nitrocarburierverfahrens, besteht darin, dass die Bauteile „hart“ am Ende des Vorgangs sind und automatisch der Montagelinie zum Montieren der Spannvorrichtung zugeführt werden können. Hieraus ergeben sich ebenfalls erhebliche Kosteneinsparungsmöglichkeiten.
Versuche haben gezeigt, dass die Kernhärte bei Stahl 1.0715 nach der Herstellung ca. 200_HV0,5 beträgt, während die Oberflächenhärte nach dem Gasnitrocarburieren ca. 260_HV0,5 und die Oberflächenhärte nach Salzbadnitrocarburieren ca. 280_HV1 beträgt. Ein Stahl 1.0715 wird allgemein als nicht härtbar angesehen, weshalb die Ergebnisse überraschen.
Die Nitrierhärtetiefe wird über die Verweildauer im Gas-/Salzbad gesteuert und ist daher sehr leicht steuerbar. Gasnitrocarburierte Teile nehmen eine Silberfarbe an, während Salzbadnitrocarburierte (Tenifer-Verfahren mit QPQ-Behandlung) nahezu Schwarzfarben werden.
Bezugszeichenliste

1: Steuerkettentrieb
2.1,2.2: Nockenwellenkettenräder
3: Kurbelwellenkettenrad
4: Steuerkette
5: Gleitschiene
6: Spannschiene
7: Motorgehäuse
8: Kettenspanner
9: Spannkolben
10: Spannergehäuse
11.1,11.2: Befestigungen
12: Aufnahmebohrung
13: Zulaufkammer
14: Kolbenaufnahme
15: Spannerpatrone
16: Bodenseite
17: Zulauföffnung
18: Kolbenbohrung
19: Sitz
20: Rückschlagventil
21: Druckkammer
22: Schraubendruckfeder
23: Kolbenstirnseite
24: Präzisionsöffnung
25: Sicherungsstift
26: Bodenfläche
27: Grund
28: Ringnut
29: O-Ring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007036119 A1 [0002]
DE 10297397 T5 [0003]
DE 4017601 A1 [0003]
DE 10064902 A1 [0003]

Claims

Hydraulische Spannvorrichtung (8) für ein Zugmittelgetriebe (1) mit einem Spannergehäuse (10), das eine Aufnahmebohrung (12) aufweist, und eine in die Aufnahmebohrung (12) eingesetzte Spannerpatrone (15), die zumindest eine hülsenförmige Kolbenaufnahme (14) und einen in der Kolbenaufnahme (14) längsbeweglich geführten Kolben (9) aufweist, wobei die Kolbenaufnahme (14) von einem elastischen Dichtungsring (29) in der Aufnahmebohrung (12) gesichert ist und die Spannerpatrone (15) eine Ölzuführung (17) aufweist, die an der innenliegenden Stirnseite der Kolbenaufnahme (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmebohrung (12) mittels eines spanabhebendes Verfahrens zylindrisch ausgestaltet ist und zwischen der Aufnahmebohrung (12) und der Kolbenaufnahme (14) ein Ringspalt von ≤ 0,2 mm, bevorzugt von ≤ 0,15 mm, insbesondere von ≤ 0,12 mm vorhanden ist und der Dichtungsring (29) mit einer radialen Pressung von mindestens 0,5% und max. 12% im Bereich des Ringspalts angeordnet ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aufnahmebohrung (12) des Spannergehäuses (10) eine Ringnut (28) vorgesehen ist, in der der elastische Dichtungsring (29) aufgenommen ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (8) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Dichtungsring ein handelsüblicher O-Ring (29) ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (8) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuttiefe von der Ringnut (28) mindestens 70% der Schnurstärke des O-Rings (29) entspricht.
Hydraulische Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Dichtungsrings (29) derart gewählt ist, dass der Dichtungsring (29) in einem Temperaturbereich von mindestens -50°C bis 150°C in einem Steuertrieb eines Verbrennungsmotors einsetzbar ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (8) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material für den Dichtungsring (29) aus der Gruppe umfassend Fluorkautschuk, Fluorsilikon, Perfluorkautschuk und PTFE gewählt ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Spannergehäuse (10) eine Anschlageinrichtung zum Bestimmen der Einschubtiefe der Kolbenaufnahme (14) in das Spannergehäuse (10) vorgesehen ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannerpatrone (15) ein im Bereich der Ölzuführung (17) angeordnetes Rückschlagventil (20) und eine Schraubendruckfeder (22) aufweist.
Hydraulische Spannvorrichtung (8) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannergehäuse (10) einen Versorgungsanschluss (13) aufweist, der mit der Ölzuführung (17) fluchtet und die Strömungsverbindung zwischen Versorgungsanschluss (13) und Ölzuführung (17) von einer zwischen dem Spannergehäuse (10) und der Kolbenaufnahme (14) ringförmig mittels der Anschlageinrichtung gebildeten Anschlagzone umgeben ist.
Hydraulische Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (29) max. 50%, bevorzugt max. 30%, der Einschublänge vom vorderen offenen Ende der Aufnahmebohrung (12) entfernt angeordnet ist.
Zugmittelgetriebe (1) für einen Verbrennungsmotor mit einem Antriebsrad (3), mindestens einem Abtriebsrad (2.1, 2.2) und einem das Antriebsrad (3) mit dem mindestens einen Antriebsrad (2.1, 2.2) verbindenden Zugmittel (4), insbesondere eine Kette, und einer hydraulischen Spannvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Verfahren zum Herstellen einer hydraulischen Spannvorrichtung (8) mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Spannergehäuses (10) mit einer zylindrischen Aufnahmebohrung (12), wobei die zylindrische Aufnahmebohrung (12) bevorzugt mittels eines vorgelagerten spanabhebenden Verfahrensschritts erzeugt wurde, Bereitstellen einer hülsenförmigen Kolbenaufnahme (14) mit einer stirnseitig angeordneten Ölzuführung (17), Bereitstellen eines elastischen Dichtungsrings (29), Einfügen des Dichtungsrings (29), und Einführen der Kolbenaufnahme (14) mit der die Ölzuführung (17) aufweisenden Stirnseite (26) voran in die Aufnahmebohrung (12), wobei der Ringspalt zwischen Aufnahmebohrung (12) und der Kolbenaufnahme (14) ≤ 0,2mm, bevorzugt ≤ 0,15 mm, insbesondere ≤ 0,12 mm beträgt und der Dichtungsring (29) mit einer radialen Pressung von mindestens 0,5% und max. 12% im Bereich des Ringspalts angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannergehäuse (10) in der zylindrischen Aufnahmebohrung (12) eine Ringnut (28) aufweist, in die der elastische Dichtungsring (29) vor dem Einführen der Kolbenaufnahme (14) eingesetzt wird und der Dichtungsring (29) beim Einführen an einem nutfreien Abschnitt der Kolbenaufnahme (14) entlang gleitet.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (29) mehr als 50% der Einschublänge an dem nutfreien Abschnitt der Kolbenaufnahme (14) entlang gleitet.