DE19651089B4

DE19651089B4 - Hydraulischer Kettenspanner

Info

Publication number: DE19651089B4
Application number: DE19651089A
Authority: DE
Inventors: Stanley K. Dembosky
Original assignee: BorgWarner Inc; Borg Warner Automotive Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1996-12-09
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2016-12-10
Also published as: US5643117A; JP3795982B2; JPH09203440A; DE19651089A1

Abstract

Hydraulischer Kettenspanner mit:
einem Gehäuse (40) mit einer zylindrischen Bohrung (42);
einem hohlen Kolben (46), der in der Bohrung (42) gleitend gelagert ist, um eine Strömungsmittelkammer (44) mit der Bohrung zu bilden;
einer Feder (60), die den Kolben (46) in Auswärtsrichtung zu der Bohrung (42) vorspannt; und
einem Rückschlagventil (70), das eine Strömung von einer externen Strömungsmittelquelle durch einen Ventileinlass des Gehäuses (40) in die Strömungsmittelkammer (44) zulässt, und
einer Scheibe (82) einer Entlüftungseinrichtung (80) mit einer ersten Fläche (84), die dem Ventileinlass zugewandt ist, um eine Strömung durch einen Durchlass in der Scheibe (82) zuzulassen, und mit einer sich von dieser Fläche (84) erstreckenden Umfangsfläche (86), die einen hohlen Abschnitt (88) bildet, in dem das Rückschlagventil (70) angeordnet ist,
wobei in der ersten Fläche (84) der Scheibe (82) der Entlüftungseinrichtung (80) ein Entlüftungskanal (100) gebildet ist, der sich von einem ersten Ende...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Kettenspanner mit einem Kolben, der in einem Gehäuse in Längsrichtung bewegbar ist, und insbesondere einen Rückschlagventilsitz für einen derartigen Kettenspanner.
Spannvorrichtungen wie hydraulische Kettenspanner werden als Steuereinrichtung für leistungsübertragende Ketten eingesetzt, die zwischen mehreren Kettenrädern umlaufen. Bei Anwendung im Kraftfahrzeugbereich kann die Spannung der Kette erheblichen Schwankungen unterliegen, und zwar aufgrund der beträchtlichen Schwankungen der Temperatur sowie der linearen Ausdehnung zwischen den verschiedenen Teilen der Brennkraftmaschine. Auch kann die Abnutzung der Kettenteile bei längeren Gebrauch zu einer Spannungsabnahme in der Kette führen. Es ist jedoch wichtig, einen gewissen Grad an Spannung in der Kette aufrechtzuerhalten, um Geräusche, Durchrutschen oder sogar ein Ausrücken der Kette zu vermeiden. Es ist im Fall einer kettengetriebenen Nockenwelle einer Brennkraftmaschine besonders wichtig, ein Durchrutschen der Kette zu verhindern, da andernfalls die Zeitsteuerung der Nockenwelle um mehrere Grad von den Sollwerten abweicht, was zu Betriebstörungen und sogar Schäden der Brennkraftmaschine führen kann.
Ein Problem bei hydraulischen Kettenspannern besteht darin, daß sich der Strömungsmitteldruck innerhalb der Strömungsmittelkammer zwischen dem hohlen Kolben und der Bohrung im Gehäuse dadurch ändern kann, daß Luft in die Strömungsmittelkammer eindringt. Wenn zuviel Luft in der Kammer vorhanden ist, bewegt sich der Kolben aufgrund der Kompressibilität der Luft sehr leicht. Die Folge ist, daß der Kettenspanner nicht einwandfrei arbeitet. Aus diesem Grund sollte die hydraulische Strömungsmittelkammer entlüftet werden.

Das Entlüften erfolgt in der Weise, daß die Möglichkeit geschaffen wird, daß Luft aus der Hochdruckkammer im Kolben entweicht. Ein Verfahren zum Entlüften ist in der US-4,507,103 offenbart, bei dem ein Stopfen mit einer Nut in seiner Seite in eine glatte Bohrung an der Oberseite des Kolbens eingepresst wird, so dass eine Verbindung zwischen der Atmosphäre und dem Strömungsmittelreservoir vorhanden ist. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass der Stopfen und die Nut mit hoher Genauigkeit hergestellt werden müssen, um in die glatte Bohrung zu passen und eine geeignete Verbindung herzustellen.

Ein anderes Verfahren zum Entlüften ist in der US-5,346,436 offenbart, bei der die Entlüftungseinrichtung eine Scheibe aufweist, die auf mindestens einer Seite mindestens einen Kanal aufweist, um eine Verbindung zwischen der Atmosphäre und dem Strömungsmittelreservoir herzustellen. Das in dieser Druckschrift offenbarte Entlüftungsverfahren betrifft jedoch einen "primären" Kettenspanner, bei dem der Kolben nach oben vorsteht und die Entlüftungseinrichtung daher an der Oberseite des Kolbens vorgesehen werden kann.

Demgegenüber betrifft die Erfindung einen Kettenspanner, insbesondere einen sekundären Kettenspanner, der in unterschiedlicher Ausrichtung angeordnet werden kann, beispielsweise so, dass der Kolben nach unten ragt, wenn er aus der Bohrung vorsteht. Bei einem derartigen Kettenspanner nützt eine Entlüftungseinrichtung an der Oberseite des Kolbens nichts.

Ein weiteres Problem von hydraulischen Kettenspannern ist der Passsitz zwischen dem Kolben und der Bohrung. Während der Spalt zwischen dem Kolben und der Bohrung kleingehalten werden muss, um die Leckage zu minimieren, kann der Kolben häufig an der Bohrung haften bleiben und nicht einwandfrei gleiten. Ein hydraulischer Kettenspanner mit einem Kolben aus Aluminium, der in einem Gehäuse aus Aluminium gelagert ist, arbeitet häufig nicht einwandfrei, da es zu einem Haften bzw. Festfressen zwischen den Teilen kommt. Außerdem nutzen sich die Aluminiumteile sehr leicht ab, und sie neigen zu einem mikroskopischen Reibschweißen. Es ist daher wünschenswert, ein Festfressen der Aluminiumteile zu verhindern und sie gegen Abnutzung zu schützen.

DE 94 09 155 U1 offenbart einen hydraulischen Kettenspanner mit einem Gehäuse, einem hohlen Kolben, der in einer zylindrischen Bohrung des Gehäuses gleitend gelagert ist, um eine Strömungsmittelkammer mit der Bohrung zu bilden, einer Feder, die den Kolben in Auswärtsrichtung zu der Bohrung vorspannt, einem Rückschlagventil, das eine Strömung von einer externen Strömungsmittelquelle durch einen Ventileinlass des Gehäuses in die Strömungsmittelkammer zulässt, und einer Entlüftungseinrichtung. Die Entlüftungseinrichtung besteht aus einem Überdruckventil mit einem kolbenartigen Ventilteil, das eine Ausnehmung zur Aufnahme des Rückschlagventils hat. Das Ventilteil des Überdruckventils wird von einer Druckfeder gegen einen Ventilsitz angedrückt und öffnet erst, wenn der Druck in der Strömungsmittelkammer einen vorgegebenen Druck überschreitet.

DE 42 02 847 A1 offenbart einen hydraulischen Kettenspanner mit einem Rückschlagventil und einer Entlüftungseinrichtung. Die Entlüftungseinrichtung wird von einem im Querschnitt verjüngten Raum zwischen Kolben und Zylinderwandung des Kettenspanners gebildet, wobei entweder auf einer Fläche des die Feder kontaktierenden Kolbens oder auf der die Feder kontaktierenden Fläche eines Bolzens radial verlaufende Nuten vorgesehen sind, die ein Entweichen von Luft aus dem Inneren der Feder ermöglichen und die Luft in Richtung der Zylinderwandung bewegen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Kettenspanner zu schaffen, der in unterschiedlicher Ausrichtung angeordnet werden kann und bei dem das Rückschlagventil und die Entlüftungseinrichtung in konstruktiv einfacher Weise kombiniert sind.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen definiert.

Bei dem Kettenspanner nach der vorliegenden Erfindung, der insbesondere als sekundärer Kettenspanner eingesetzt werden kann, bildet die Rückschlagventil-Entlüftungseinrichtung ein einfaches und kostengünstiges Mittel, um sowohl für eine Entlüftung des Kettenspanners zu sorgen wie auch einen anpassungsfähigen Sitz für das Rückschlagventil zu bilden. Das Rückschlagventil sitzt innerhalb des Sitzes der Rückschlagventil-Entlüftungseinrichtung. die einen gewundenen Kanal am Boden aufweist. Auf diese Weise ermöglicht der Sitz des Rückschlagventils eine wirksame Abdichtung gegenüber dem Rückdruck, während gleichzeitig im Kolben eingefangene Luft durch den gewundenen Kanal entweichen kann.

Der Kettenspanner besitzt ein Gehäuse mit einer Bohrung sowie einen hohlen Kolben, der in der Bohrung gleitend gelagert ist, um eine Strömungsmittelkammer zu bilden. Der Kolben wird von einer Feder in Auswärtsrichtung vorgespannt. Es ist ein Rückschlagventil vorgesehen, das eine Strömung von einer externen Strömungsmittelquelle durch das Ventil hindurch in die Strömungsmittelkammer zulässt. Ein Sitzabschnitt umgibt das Rückschlagventil und bildet einen anpassungsfähigen Sitz für das Rückschlagventil. Die Verwendung eines derartigen Sitzes vereinfacht die Herstellung, da es nicht erforderlich ist, extrem ebene Passflächen sowie einen Presssitz herzustellen. Der Sitz des Rückschlagventils ist an dem von der externen Strömungsmittelquelle zu der Strömungsmittelkammer führenden Ventileinlass angeordnet, was die Möglichkeit bietet, dass das Rückschlagventil eine Abdichtung gegen den Rückdruck bildet, was erforderlich ist, um eine Rückströmung aus dem Hochdruck-Kettenspanner in das Reservoir bzw. den Ölvorrat zu verhindern. Eine zu große Leckage am Rückschlagventil vorbei beeinträchtigt das Betriebsverhalten des Kettenspanners. Der Sitz des Rückschlagventils verhindert durch seine Anpassung an das Rückschlagventil eine Leckage am Rückschlagventil vorbei.

Der Kettenspanner gemäß der vorliegenden Erfindung ist in seiner bevorzugten Ausführungsform ein sekundärer Kettenspanner. Das bedeutet, dass er typischerweise in einem von Nockenwelle zu Nockenwelle führenden Kettentrieb einer Brennkraftmaschine mit zwei oben liegenden Nockenwellen eingesetzt wird. Ein derartiger Kettenspanner kann in den unterschiedlichsten Ausrichtungen angeordnet werden, beispielsweise auch in umgekehrter Anordnung, bei der sich der Kolben nach unten erstreckt, wenn er aus der Bohrung vorsteht. Die Rückschlagventil-Entlüftungseinrichtung, die sich am Boden des Kolbens befindet, ermöglicht eine Entlüftung des Kettenspanners durch den Boden des Kolbens hindurch.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt der Sitzabschnitt, der das Rückschlagventil umgibt, einen Entlüftungskanal entlang der Einlaßseite des Ventils. Der Entlüftungskanal ist ein gewundener Kanal, der am Boden des Rückschlagventilsitzes angeordnet ist. In die Kolbenkammer gelangte Luft kann über den gewundenen Kanal entweichen.

In vorteithafter Ausgestaltung der Erfindung sind der Kolben und das Gehäuse des Kettenspanners aus Aluminium. Dadurch, daß beide Teile aus Aluminium bestehen, ist ihre thermische Expansion die gleiche. Dies erlaubt es, daß das Spiel zwischen dem Kolben und dem Gehäuse bei allen Temperaturen im wesentlichen das gleiche bleibt. Dieses Spiel wird dazu benutzt, die Menge des aus der Hochdruckkammer des Kettenspanners abfließenden Öls zu steuern. Der Ölström wird für eine spezielle Anwendung so geeicht, daß der Kettenspanner auf die Belastung des Nockentriebes korrekt anspricht. Außerdem bietet der Einsatz von Aluminium die Möglichkeit, daß viele Teile des Kettenspanners durch Gießen und nicht durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt werden können.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht der Kolben aus eloxiertem Aluminium. Das Eloxieren ist ein Verfahren, das dazu benutzt wird, dem Aluminium eine korrosionsresistente Oberfläche zu verleihen. Das Eloxieren erhöht die Dicke der extrem schützenden, jedoch dünnen Aluminiumoxidschicht, die normalerweise auf Aluminium vorhanden ist, und trägt dazu bei, eine zu starke Abnutzung der Teile zu vermeiden, die andernfalls den Kettenspannerbetrieb unfähig machen würde. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß sowohl der Kolben wie auch das Gehäuse aus eloxiertem Aluminium bestehen. Das Eloxieren des Kol bens oder des Kolbens zusammen mit dem Gehäuse sorgt für eine Schutzschicht, die die Abnutzung sowie die Gefahr eines Festfressens und eines mikroskopischen Reibschweißens auf ein Minimum herabsetzt.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 in schematischer Weise eine Kettenanordnung mit zwei oben liegenden Nockenwellen und einem von Nockenwelle zu Nockenwelle führenden Kettentrieb;
2 eine Schnittansicht eines hydraulischen Kettenspanners mit einer Rückschlagventil-Entlüftungseinrichtung;
3 eine Explosionsdarstellung des hydraulischen Kettenspanners;
4 eine Seitenansicht der Rückschlagventil-Entlüftungseinrichtung und des Rückschlagventilsitzes;
5 eine Ansicht des gewundenen Entlüftungskanals am Boden des Rückschlagventilsitzes.
1 zeigt zwei hydraulische Kettenspanner 10 und 12, die in entgegengesetzten Richtungen innerhalb eines Synchronkettensystems mit zwei oben liegenden Nockenwellen 14, 16 und einem Kurbelwellen-Nockenwellen-Antrieb, der von einer Kurbelwelle 18 angetrieben wird, angeordnet sind. Die Ketten 20, 22 sind um Kettenräder 24, 26, 28 und 30 der Nockenwellen 14, 16 geschlungen und die Kettenspanner 10, 12 dienen dazu, die Kettenspannung in der jeweiligen Kette aufrechtzuerhalten.
Es wird nun insbesondere auf die 2 und 3 Bezug genommen, in denen der Kettenspanner 10 (bzw. 12) der 1 zwecks einfacher Betrachtung umgedreht dargestellt ist. 2 zeigt das bevorzugte Ausführungsbeispiel des Kettenspanners 10 mit einer Rückschlagventil-Entlüftungseinrichtung. Der Kettenspanner 10 besitzt ein Gehäuse 40 mit einer Bohrung 42, die eine Strömungsmittelkammer 44 mit einem hohlen Kolben 46 bildet. Die Kammer 44 wird von einer Druckmittelquelle (nicht gezeigt) durch einen Kanal 48 hindurch mit Strömungsmittel gefüllt. Die Druckmittelquelle kann eine Ölpumpe, ein Ölreservoir oder dergleichen sein. Das Strömungsmittel gelangt in die Kammer 44, die von der Bohrung 42 und dem hohlen Kolben 46 gebildet wird, wie bereits erwähnt wurde. Vorzugsweise ist die Kammer eine zylindrische Bohrung. In der Kammer 44 ist der vorzugsweise zylindrische hohle Kolben 46 gleitend gelagert, der einen Innenraum 50, ein unteres Ende 54 und ein oberes Ende 56 aufweist. Das obere Ende 56 steht mit der Fläche 90 des Kettenspanners in Berührung. Die Fläche 90 erzeugt die Spannung in der Kette bzw. dem Riemen (nicht gezeigt). Eine Feder 60 greift an der Innenseite 62 des oberen Endes 56 des Kolbens 46 an, um den Kolben in Auswärtsrichtung vorzuspannen.
Wie oben erwähnt, ist das Gehäuse 40 mit einem Kanal 48 am Boden der Kammer 44 versehen, um die Kammer mit der Druckmittelquelle zu verbinden. Die Druckmittelquelle kann ein Reservoir, eine Ölpumpe oder dergleichen sein. Der dargestellte Kettenspanner, der als „sekundärer" Kettenspanner dient, umfasst ein Rückschlagventil 70, das zwischen der Kammer 44 und dem Kanal 48 und somit der Druckmittelquelle vorgesehen ist, um eine Strömung in die Kammer hinein zuzulassen, während es eine Strömung in der entgegengesetzten Richtung unterbindet.
4 zeigt das Rückschlagventil 70 sowie eine Rückschlagventil-Entlüftungseinrichtung 80. Das Rückschlagventil 70 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Kugel 72 sowie eine Feder 74, die die Kugel 72 in Richtung auf einen Kugelsitz 76 vorspannt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Rückschlagventil ein Ventil mit veränderlicher Ventilöffnung sein, wie es in der US-5,259,820 und der US 5,277,664 beschrieben wird.
Bei dem in den 3 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Entlüftungseinrichtung 80 eine Scheibe 82 mit einer ersten Fläche 84 und einem Außenumfang 86, der sich von der Fläche 84 nach oben erstreckt und hierbei einen hohlen Innenabschnitt 88 bildet. Vorzugsweise ist die Scheibe 82 kreisförmig ausgebildet und sie hat einen Innendurchmesser, der geringfügig größer als der Außendurchmesser des Rückschlagventils 70 ist, so dass das Rückschlagventil 70 innerhalb des hohlen Abschnittes 88 der Entlüftungseinrichtung 80 sitzen kann. Auf diese Weise bildet die Rückschlagventil-Entlüftungseinrichtung 80 einen Sitz für das Rückschlagventil. Die erste Fläche 84 ist mit mindestens einem Kanal 100 versehen, welcher ein erstes Ende 102 sowie ein zweites Ende 104 aufweist. Das erste Ende 102 endet am Außenumfang 86. Das zweite Ende 104 endet vorzugsweise ungefähr in der Mitte der Scheibe 82.
5 zeigt eine Ansicht der Entlüftungseinrichtung von unten. Bei dieser Ausführungsform besitzt die Scheibe 82 einen Entlüftungskanal in Form eines einzelnen gewundenen Kanals 100, der am Boden der ersten Fläche 84 der Scheibe 82 vorgesehen ist. Das erste Ende des Kanals 102 wird von einer Aussparung am Umfang 86 der Scheibe 82 gebildet. Der Kanal hat die Form einer Spirale, die eine Erstreckung von mindestens 90° hat und vom Umfang zu der Mitte der Scheibe 82 verläuft, wobei das zweite Ende 104 ungefähr in der Mitte der Scheibe 82 mündet.
Die Entlüftungseinrichtung ist nicht beschränkt auf einen einzelnen Kanal einer gewundenen Form. Andere Ausführungsbeispiele sind in der US 5,346,436 gezeigt und beschrieben.
Bei Start der Brennkraftmaschine öffnet das Hochdruckmittel das Rückschlagventil, und es strömt in die Kammer, die von dem hohlen Inneren des Kolbens und der Bohrung des Gehäuses gebildet wird. Während das Strömungsmittel die Kammer füllt, wird der Kolben von der Kraft des Druckmittels und der Feder nach außen bewegt. Der Kolben setzt seine Auswärtsbewegung fort, bis die von der Kette auf den Kolben ausgeübte einwärts gerichtete Kraft die auswärts gerichtete Kraft der Feder und des Strömungsmittels ausgleicht. An diesem Punkt schließt das Rückschlagventil und verhindert eine weitere Druckmittelströmung.
Wenn der Kolben durch Spannen der Kette nach innen gedrückt wird, ist ein sehr harter Widerstand feststellbar, da der Kolben vollständig mit einem inkompressiblen Strömungsmittel gefüllt ist. Im Falle eines ausreichend hohen Drucks strömt überfließendes Strömungsmittel zu dem ersten Ende des gewundenen Entlüftungskanals sowie durch den Kanal zu dem zweiten Ende. Zusammen mit diesem überfließenden Strömungsmittel wird Luft ausgestoßen, die sich während des Be triebs des Kettenspanners in der Kammer angesammelt haben kann, so daß die Kammer kontinuierlich entlüftet wird. Da die Viskosität der Luft kleiner als die Viskosität des Strömungsmittels ist, kann Luft ohne weiteres durch den gewundenen Kanal strömen, während die Strömung des Strömungsmittels gedrosselt ist, wodurch eine zu große Leckage aus der Hochdruckkammer zu dem Öleinlaß verhindert wird. Zur selben Zeit, zu der die Entlüftungseinrichtung für eine Entlüftung sorgt, bildet das Rückschlagventil eine Abdichtung gegenüber einem Rückdruck und verhindert hierdurch, daß Druckmittel in das Reservoir ausströmt.
Vorzugsweise bestehen der Kolben 46 und das Gehäuse 40 aus Aluminium. Insbesondere besteht der Kolben 46 aus eloxiertem Aluminium. Eine weitere Möglichkeit ist, daß sowohl der Kolben wie auch das Gehäuse aus eloxiertem Aluminium bestehen: Das Eloxieren des Kolbens bzw. das Eloxieren des Kolbens und Gehäuses verhindert ein Festfressen der Teile, wenn der Kolben in der Bohrung gleitet.

Claims

Hydraulischer Kettenspanner mit: einem Gehäuse (40) mit einer zylindrischen Bohrung (42); einem hohlen Kolben (46), der in der Bohrung (42) gleitend gelagert ist, um eine Strömungsmittelkammer (44) mit der Bohrung zu bilden; einer Feder (60), die den Kolben (46) in Auswärtsrichtung zu der Bohrung (42) vorspannt; und einem Rückschlagventil (70), das eine Strömung von einer externen Strömungsmittelquelle durch einen Ventileinlass des Gehäuses (40) in die Strömungsmittelkammer (44) zulässt, und einer Scheibe (82) einer Entlüftungseinrichtung (80) mit einer ersten Fläche (84), die dem Ventileinlass zugewandt ist, um eine Strömung durch einen Durchlass in der Scheibe (82) zuzulassen, und mit einer sich von dieser Fläche (84) erstreckenden Umfangsfläche (86), die einen hohlen Abschnitt (88) bildet, in dem das Rückschlagventil (70) angeordnet ist, wobei in der ersten Fläche (84) der Scheibe (82) der Entlüftungseinrichtung (80) ein Entlüftungskanal (100) gebildet ist, der sich von einem ersten Ende (102) an der Umfangsfläche (86) zu einem zweiten Ende (104) am Durchgang der Scheibe (82) erstreckt, um für eine Entlüftung zwischen der Strömungsmittelkammer (44) und dem Ventileinlass des Rückschlagventils (70) zu sorgen.
Hydraulischer Kettenspanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (70) eine Kugel (72) und einen Sitz (76) aufweist, wobei der Sitz (76) von der Scheibe (82) der Entlüftungseinrichtung (80) vollständig umgeben wird.
Hydraulischer Kettenspanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (46) aus eloxiertem Aluminium besteht.
Hydraulischer Kettenspanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (42) aus eloxiertem Aluminium besteht.
Hydraulischer Kettenspanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (40) aus eloxiertem Aluminium besteht.