DE102015200606A1

DE102015200606A1 - Spannvorrichtung für einen Kettentrieb

Info

Publication number: DE102015200606A1
Application number: DE102015200606.9A
Authority: DE
Inventors: Markus Fischer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2016-07-21
Anticipated expiration: 2035-01-17
Also published as: DE102015200606B4; WO2016112907A1; CN107110308A; US10443691B2; US20170356528A1; CN107110308B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung für einen Kettentrieb mit einem Gehäuse und mit einem in einer Gehäusebohrung des Gehäuses verschiebbar geführten Spannkolben, der einen Kolbenhohlraum mit einer gehärteten Innenmanteloberfläche aufweist sowie mit einer im Kolbenhohlraum angeordneten Überdruckventileinheit. Die Überdruckventileinheit (12) ist eine vormontierbare Baueinheit und umfasst eine Feder (18), einen Schließkörper (17) und einen Ventilsitz (16) sowie eine den Ventilsitz (16) zumindest teilweise umschließende Aufnahme (15, 26), wobei der Ventilsitz (16) aus einem metallischen Werkstoff besteht, über eine zumindest teilweise gehärtete Oberfläche verfügt und wobei die Aufnahme (15, 26) mit der Innenmantelfläche des Spannkolbens (3) einen Pressverband bildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung für einen Kettentrieb eines Verbrennungsmotors. Kettentriebe umfassen im Allgemeinen ein mit der Kurbelwelle verbundenes Antriebskettenrad, ein mit einer Nockenwelle verbundenes Abtriebskettenrad sowie eine Steuerkette, die das Antriebskettenrad mit dem Abtriebskettenrad verbindet. Über das Zugtrum der Antriebssteuerkette wird das Antriebsmoment der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen. Die Steuerkette wird an ihrem Leertrum gespannt, um ihre Funktionalität über die Betriebsdauer gewährleisten zu können. Zu diesem Zweck wird die Steuerkette mittels einer Spannvorrichtung mit einer Kraft beaufschlagt.
Die DE 10 2011 079 184 A1 zeigt eine hydraulische Spannvorrichtung für einen Verbrennungsmotor. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse und einen in dem Gehäuse bewegbaren Hohlkolben, der gemeinsam mit dem Gehäuse einen Druckraum begrenzt. Innerhalb des Hohlkolbens ist eine Überdruckventil angeordnet, mittels dessen der Druck innerhalb des Druckraums auf einen vorbestimmten Wert begrenzt werden kann. Das Überdruckventil ist eine vormontierbare Baueinheit, die aus einem Ventilgehäuse, einem Ventildeckel, einem Ventilkörper und einer Ventilfeder besteht, wobei das Ventilgehäuse und der Ventildeckel aus Kunststoff hergestellt sind. Das Überdruckventil ist in den Hohlkolben eingepresst. In einigen Anwendungsfällen kann es erforderlich sein, die Beständigkeit der Überdruckventileinheit gegen Kavitationseinflüsse zu verstärken.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Spannvorrichtung zur Verfügung zu stellen, deren vormontierbare Überdruckventileinheit über beständige Eigenschaften verfügt und die zugleich kostengünstig hergestellt und montiert werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden. Demnach wird die Aufgabe gelöst durch eine hydraulische Spannvorrichtung für einen Kettentrieb eines Verbrennungsmotors mit einem Gehäuse und mit einem in einer Gehäusebohrung des Gehäuses verschiebbar geführten Spannkolben, der einen Kolbenhohlraum mit zumindest einer gehärteten Innenmanteloberfläche aufweist, wobei der Kolbenhohlraum gemeinsam mit der Gehäusebohrung des Gehäuses einen Druckraum bildet, sowie mit einer im Kolbenhohlraum angeordneten Überdruckventileinheit. Die Überdruckventileinheit ist eine vormontierbare Baueinheit und umfasst eine Feder, einen Schließkörper und einen Ventilsitz sowie eine den Ventilsitz zumindest teilweise umschließende Aufnahme, wobei der Ventilsitz aus einem metallischen Werkstoff besteht und zumindest über eine wenigstens teilweise gehärtete Oberfläche verfügt und wobei die Aufnahme mit der Innenmantelfläche des Spannkolbens einen Pressverband bildet.
Eine übermäßige Belastung des Überdruckventils kann zu Materialschäden führen, wodurch die Beständigkeit von dessen Eigenschaften beeinträchtigt wird. Kavitation kann beispielsweise das Material besonders beanspruchen; diese kann am Ventilsitz infolge des schnell abströmenden Hydraulikmittels entstehen. Zur Vermeidung von Materialschäden ist erfindungsgemäß vorgesehen, zumindest die Oberfläche des Ventilsitzes wenigstens teilweise zu härten. Der Ventilsitz kann – ebenso wie der Spannkolben – auch vollständig gehärtet ausgeführt sein. Daraus ergibt sich jedoch ein Spannungsverhältnis zu der zusätzlichen Anforderung, eine kostengünstige Herstellung und Montage der vormontierbaren Überdruckventileinheit zu ermöglichen.
Nach Erkenntnis der Erfindung kann dieses Spannungsverhältnis aufgelöst werden, indem der Ventilsitz von der Aufnahme, die vorzugsweise hülsenförmig oder becherförmig gestaltet ist, zumindest teilweise umschlossen wird und indem die Aufnahme mit der Innenmantelfläche des Spannkolbens einen Pressverband bildet. Ein direkter Kontakt zwischen gehärtetem Ventilsitz und gehärteter Innenmantelfläche des Kolbens wird vermieden.
Dennoch ist das Überdruckventil als Baugruppe vormontierbar und zugleich kostengünstig in der Herstellung. Der Ventilsitz kann etwa einstückig in die Aufnahme eingesetzt werden, wodurch Feder (etwa eine Spiralfeder) und Schließkörper (etwa eine Ventilkugel oder eine Ventilplatte) verliersicher innerhalb der Übderdruckventileinheit gehalten werden. Der Ventilsitz kann zusätzlich an seiner dem Druckraum zugewandten Stirnseite eine Abstützfläche für die Hauptfeder bilden. Die Hauptfeder ist im Druckraum angeordnet und unmittelbar oder mittelbar gegen eine Fläche des Gehäuses einerseits und eine Fläche des Kolbens andererseits abgestützt.
Eine besonders günstige Möglichkeit zur Schaffung eines Pressverbandes zwischen dem Kolben und der Überdruckventileinheit wird geschaffen, indem die Aufnahme aus einem Kunststoff oder aus einem metallischen, nicht gehärteten Werkstoff besteht.
In einer überaus günstigen Ausführung mit Blick auf die Fertigungskosten ist der Spannkolben als Umformteil gefertigt. Ein Vorteil diese Ausführungsform besteht darin, dass die Innenmantelfläche des Spannkolbens nach dessen umformtechnischen Fertigung keiner Nachbearbeitung bedarf. Insbesondere ist keine spangebende Bearbeitung der Innenmantelfläche des vorzugsweise als Tiefzieh- oder Fließpressteil ausgeführten Spannkolbens erforderlich: Die Einführung einer Aufnahme mit nicht gehärteter Oberfläche erlaubt lockere Toleranzen – trotz Bildung eines Pressverbandes zwischen Bauteilen, die eine gehärtete Oberfläche aufweisen. Die Fertigungskosten der Spannvorrichtung werden vermindert. In einer Konkretisierung ist der Spannkolben als Fließpressteil gefertigt.
Einen besonders günstigen Aufbau mit Blick auf die Herstellungskosten ermöglicht eine Ausführungsform, in der die Enden der Überdruckventileinheit ein zu- und ein ablaufseitiges Ende definieren, wobei die Aufnahme am ablaufseitigen Ende eine Ausnehmung und eine Fläche zu der Abstützung der Feder zeigt und wobei die Aufnahme über das zulaufseitige Ende den Ventilsitz aufnimmt. Auf diese Weise kann die Anzahl der erforderlichen Bauteile vermindert werden. Die Überdruckventileinheit kann unter ansonsten baugleicher Gestaltung an dem jeweiligen Anwendungsfall ausgerichtet werden, indem die Eigenschaften der Feder an die gestellten Anforderungen angepasst werden. Die Federkraft entscheidet über den vordefinierten Druck, auf den die Druckkammer begrenzt wird. In einer Konkretisierung weist der Ventilsitz am zulaufseitigen Ende eine Ausnehmung auf sowie eine Dichtfläche für den Schließkörper.
In einer weiteren vorteilhaften Konkretisierung sind die Aufnahme und der Ventilsitz gefügt. Eine ausgesprochen kostengünstige Fertigung kann verwirklicht werden, indem die Aufnahme und der Ventilsitz einen Pressverband bilden. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Pressverbandes sieht vor, dass die Aufnahme entlang ihres Umfangs eine sich radial nach innen, radial nach außen oder in beide Richtungen erstreckende Profilierung aufweist. Der Vorteil dieser beispielsweise wellenartigen Kontur besteht darin, dass Schwankungen des Abmaßes ausgeglichen werden können, die sich insbesondere aus dem Verzicht auf eine Nachbearbeitung ergeben können.
Eine alternative vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Aufnahme den Ventilsitz vollständig umgibt und mit dem Ventilsitz verbördelt ist. Die Aufnahme kann aus einem Blechbauteil gefertigt sein und überragt vor dem Fügen den Ventilsitz. Anschließend wird der Rand der Aufnahme derart umgebogen, dass der Ventilsitz innerhalb der Aufnahme gehalten wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform findet die Spannvorrichtung Verwendung in einem Kettentrieb für einen Verbrennungsmotor mit einem Antriebskettenrad und mit einem Abtriebskettenrad sowie mit einer Steuerkette, wobei die Steuerkette das Antriebskettenrad und das (mindestens eine) Abtriebskettenrad koppelt und wobei die Steuerkette mittels einer Spannvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche gespannt wird. Plötzlich auftretendes Straffen des Leertrums kann zu einer übermäßigen Belastung der Steuerkette führen. Besondere Vorteile der Ausführungsform äußern sich darin, dass die Spannvorrichtung negative Auswirkungen eines plötzlichen Straffens vermindert und in ihren Eigenschaften ein über die Lebensdauer beständiges Verhalten zeigt.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die Zeichnungen genommen wird. Funktionsgleiche Elemente der erläuterten Ausführungsformen werden mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt eine hydraulische Spannvorrichtung im Längsschnitt;
2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Überdruckventileinheit aus 1;
3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Überdruckventileinheit.
In 1 ist eine hydraulische Spannvorrichtung 1 für einen Kettentrieb eines Verbrennungsmotors in einem Längsschnitt gezeigt. Ein Kettentrieb umfasst ein mit der Kurbelwelle verbundenes Antriebskettenrad, ein mit einer Nockenwelle verbundenes Abtriebskettenrad sowie eine Steuerkette, die das Antriebskettenrad mit dem Abtriebskettenrad verbindet (nicht gezeigt). Über das Zugtrum der Antriebssteuerkette wird das Antriebsmoment der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen. Die Steuerkette wird an ihrem Leertrum gespannt, um ihre Funktionalität über die Betriebsdauer gewährleisten zu können. Zu diesem Zweck wird die Steuerkette mittels der Spannvorrichtung mit einer Spannkraft beaufschlagt.
Die hydraulische Spannvorrichtung 1 besteht aus einem Gehäuse 2 und einem Spannkolben 3, der in einer Gehäusebohrung 4 des Gehäuses 2 axial verschiebbar geführt ist. Der Spannkolben 3 ist mit einem Kolbenhohlraum 5 gestaltet, der zusammen mit der Gehäusebohrung des Gehäuses einen Druckraum 6 bildet. An dem Ende des Gehäuses 2, das der Öffnung zu der Aufnahme des Spannkolbens 3 gegenüberliegt, ist eine Ausnehmung 7 angeordnet. Über die Ausnehmung 7 erfolgt der Zulauf von Hydraulikmittel in den Druckraum. An dem Ende des Spannkolbens 3, das von dem Gehäuse 2 entfernt liegt, ist eine weitere Ausnehmung 8 angeordnet, über die ein Teil des Hydraulikmittels ablaufen kann. Die Enden bilden das zulaufseitige und das ablaufseitige Ende 9, 10 der Spannvorrichtung.
Am zulaufseitigen Ende 9 der Spannvorrichtung 1 ist innerhalb des Druckraumes 6 ein Rückschlagventil 11 angeordnet, das den Hydraulikmittelstrom in Zulaufrichtung freigibt und den Ablauf aus dem Druckraum 6 verhindert. Am ablaufseitigen Ende 10 der Spannvorrichtung ist innerhalb des Kolbenhohlraumes 5 eine Überdruckventileinheit 12 angeordnet. Die Überdruckventileinheit bildet mit der gehärteten Innenmantelfläche des Spannkolbens 3 einen Pressverband, wobei der Spannkolben als Fließpressteil gestaltet ist. Die Überdruckventileinheit umfasst ferner einen Sitz 13 für eine Hauptfeder 14, deren Vorspannkraft einerseits auf das Gehäuse 2 wirkt, das fest mit einem Bauteil des Verbrennungsmotors (nicht gezeigt) verbunden ist, und deren Vorspannkraft andererseits auf den Spannkolben 3 wirkt, dessen ablaufseitiges Ende an einer Spannschiene eines Kettentriebes anliegt (nicht gezeigt).
Derartige Spannvorrichtungen 1 für den Kettentrieb eines Verbrennungsmotors finden zu dem Zweck Einsatz, die Steuerkette (nicht gezeigt) zu spannen und auftretende Schwingungen im Kettentrieb zu dämpfen. Aus diesem Grund bilden die Gehäusebohrung 4 des Gehäuses 2 und der Kolbenhohlraum 5 des Spannkolbens 3 den Druckraum 6 aus, der im Betrieb des Kettentriebs mit Hydraulikmittel gefüllt ist. Das Hydraulikmittel wird in der Regel als Motoröl von dem allgemeinen Hydraulikmittelkreislauf zur Verfügung gestellt. Ein träges Ansprechverhalten bei dynamischer Belastung bildet die Kehrseite der hydraulischen Dämpfung. Plötzlich auftretendes Straffen des Leertrums kann daher zu einer übermäßigen Belastung der Steuerkette führen. Die Überdruckventileinheit 12 schwächt den beschriebenen Effekt ab und dient zugleich der Entlüftung.
In 2 ist die Überdruckventileinheit 12 aus 1 im Längsschnitt als erste Ausführungsform gezeigt. Die Überdruckventileinheit besteht aus einer Aufnahme 15, die einen Ventilsitz 16, eine Ventilplatte 17 als Schließkörper und eine Feder 18 aufnimmt; auf diese Weise wird eine vormontierbare Baueinheit gebildet. Die Überdruckventileinheit zeigt eine Ausnehmung 19 am Ventilsitz 16 und eine weitere Ausnehmung 20 an der Aufnahme 15, wodurch ein zulaufseitiges Ende und ein ablaufseitiges Ende 21, 22 der Überdruckventileinheit definiert werden. Am ablaufseitigen Ende 22 bildet die Aufnahme 15 einen Federsitz 23, gegen den sich die Feder 18 abstützt. Die Feder beaufschlagt die Ventilplatte 17 mit einer Vorspannkraft, so dass sich die Ventilplatte gegen eine Dichtfläche 24 des Ventilsitzes 16 abstützt; die Ausnehmung 19 am Ventilsitz wird auf diese Weise verschlossen und nur in einem Betriebszustand freigegeben, in dem der Druck im Druckraum einen vordefinierten Wert überschreitet.
Der Ventilsitz 16 besteht aus einem metallischen Werkstoff und verfügt über eine gehärtete Oberfläche. Der Ventilsitz wird am zulaufseitigen Ende 21 von der Aufnahme 15 aufgenommen, stützt sich am ablaufseitigen Ende 22 gegen die Aufnahme ab und wird von dieser nach seiner Aufnahme nahezu vollständig umgeben. Die Aufnahme 15 besteht aus einem metallischen, nicht gehärteten Werkstoff und bildet mit der Innenmantelfläche des Spannkolbens 3 einen Pressverband. Die Aufnahme 15 zeigt entlang ihres Umfangs eine sich radial nach innen und eine sich radial nach außen erstreckende Profilierung 25, mit der die Bildung eines Pressverbandes unterstützt wird.
In 3 ist eine zweite Ausführungsform einer Überdruckventileinheit 12 im Längsschnitt dargestellt. Der Ventilsitz 16 ist in der gezeigten Ausführungsform von der Aufnahme 26 vollständig umgeben. Am zulaufseitigen Ende 21 der Überdruckventileinheit sind Aufnahme 26 und Ventilsitz 16 verbördelt. Die Aufnahme 26 zeigt entlang ihres Umfangs eine sich radial nach außen erstreckende Profilierung 27, mit der die Bildung eines Pressverbandes mit der Innenmantelfläche des Spannkolbens 3 unterstützt wird.
Bezugszeichenliste

1: Spannvorrichtung
2: Gehäuse
3: Spannkolben
4: Gehäusebohrung
5: Kolbenhohlraum
6: Druckraum
7: Ausnehmung
8: Ausnehmung
9: zulaufseitiges Ende der Spannvorrichtung
10: ablaufseitiges Ende der Spannvorrichtung
11: Rückschlagventil
12: Überdruckventileinheit
13: Sitz für eine Hauptfeder
14: Hauptfeder
15: Aufnahme
16: Ventilsitz
17: Ventilplatte
18: Feder
19: Ausnehmung
20: Ausnehmung
21: zulaufseitiges Ende der Überdruckventileinheit
22: ablaufseitiges Ende der Überdruckventileinheit
23: Federsitz
24: Dichtfläche
25: Profilierung der Aufnahme 15
26: Aufnahme einer zweiten Ausführungsform
27: Profilierung der Aufnahme 26

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011079184 A1 [0002]

Claims

Hydraulische Spannvorrichtung für einen Kettentrieb eines Verbrennungsmotors mit einem Gehäuse und mit einem in einer Gehäusebohrung des Gehäuses verschiebbar geführten Spannkolben, der einen Kolbenhohlraum mit zumindest einer gehärteten Innenmanteloberfläche aufweist, wobei der Kolbenhohlraum gemeinsam mit der Gehäusebohrung des Gehäuses einen Druckraum bildet, sowie mit einer im Kolbenhohlraum angeordneten Überdruckventileinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckventileinheit (12) eine vormontierbare Baueinheit ist und eine Feder (18), einen Schließkörper (17) und einen Ventilsitz (16) sowie eine den Ventilsitz (16) zumindest teilweise umschließende Aufnahme (15, 26) umfasst, wobei der Ventilsitz (16) aus einem metallischen Werkstoff besteht sowie über zumindest eine wenigstens teilweise gehärtete Oberfläche verfügt und wobei die Aufnahme (15, 26) mit der Innenmantelfläche des Spannkolbens (3) einen Pressverband bildet.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (15, 26) aus einem Kunststoff besteht oder aus einem metallischen, nicht gehärteten Werkstoff.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannkolben (3) als Umformbauteil gestaltetet ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Spannkolben (3) ein Fließpressteil ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Überdruckventileinheit (12) ein zu- und ein ablaufseitiges Ende (21, 22) definieren, wobei die Aufnahme (15, 26) am ablaufseitigen Ende (22) eine Ausnehmung (20) und eine Fläche zu der Abstützung der Feder (18) zeigt und wobei die Aufnahme (15, 26) über das zulaufseitige Ende den Ventilsitz (16) aufnimmt.
Spannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (16) am zulaufseitigen Ende (21) eine Ausnehmung (19) aufweist sowie eine Dichtfläche (24) für den Schließkörper (17).
Spannvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aufnahme (15, 26) und der Ventilsitz (17) gefügt sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Aufnahme (15, 26) und der Ventilsitz (17) einen Pressverband bilden.
Spannvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Aufnahme (15, 26) entlang ihres Umfangs eine sich radial nach innen, radial nach außen oder in beide Richtungen erstreckende Profilierung (25, 27) aufweist.
Spannvorrichtung nach Anspruch (7), wobei die Aufnahme (15, 26) den Ventilsitz (17) vollständig umgibt und mit dem Ventilsitz (17) verbördelt ist.