DE102011002761B4

DE102011002761B4 - Zugmittelspannvorrichtung mit Sicherungselement sowie Verbrennungskraftmaschine mit einer solchen Zugmittelspannvorrichtung

Info

Publication number: DE102011002761B4
Application number: DE102011002761.0A
Authority: DE
Inventors: Dominik Hofmann; Peter Tyroller
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Catensys Germany GmbH
Priority date: 2011-01-17
Filing date: 2011-01-17
Publication date: 2020-01-02
Anticipated expiration: 2031-01-18
Also published as: US20130303318A1; DE102011002761A1; KR20130135284A; CN103314236A; WO2012097889A1; CN103314236B; US9133916B2

Abstract

Zugmittelspannvorrichtung (1) mit einem Aluminium als Werkstoff umfassenden Gehäuse (2), in das axial unverschieblich eine Gleithülse (4) eingesetzt ist, in der ein hydraulisch betätigbarer, axial ausfahrbarer Kolben (5) gelagert ist, wobei zwischen dem aus Stahl gefertigten Kolben (5) und der aus Stahl gefertigten Gleithülse (4) ein Druckraum (6) vorhanden ist, der mit einem Hydraulikmittel befüllbar ist, wobei ein Sicherungselement (10) zum Festlegen der axialen Position der Gleithülse (4) relativ zum Gehäuse (2) an der Gleithülse (4) und dem Gehäuse (2) angreift und wobei das Sicherungselement (10) mit einem zur Festlegung im Gehäuse (2) ausgelegten länglichen Befestigungsabschnitt (12) versehen ist, der auf einem gehäusefernen Ende mit einem Kopf (14) versehen ist, welcher in Formschluss mit der Gleithülse (4) steht.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Zugmittelspanneinheit mit einem Aluminium als Werkstoff umfassenden Gehäuse, in das axial unverschieblich eine Gleithülse eingesetzt ist, in welcher ein hydraulisch betätigbarer axial ausfahrbarer Kolben gelagert ist, wobei zwischen dem aus Stahl gefertigten Kolben und der aus Stahl gefertigten Gleithülse ein Druckraum vorhanden ist, der mit einem Hydraulikmittel befüllbar ist, wobei ein Sicherungselement zum Festlegen der axialen Position der Gleithülse, relativ zum Gehäuse, an der Gleithülse und dem Gehäuse angreift.
Zugmittelspannvorrichtungen werden in Zugmitteltrieben von Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt. Solche Zugmitteltriebe verwenden dabei als Zugmittel üblicherweise entweder Riemen, wie etwa Zahnriemen, oder Ketten, wie etwa Steuerketten. Solche Zugmitteltriebe finden insbesondere bei Steuertrieben von Verbrennungskraftmaschinen Anwendung. Sie können zusätzlich oder alternativ auch weitere Aggregate antreiben, wie etwa Generatoren oder Elektromaschinen.
Die Zugmittel unterliegen leider einer Längung, welche ausgeglichen werden muss. Auch müssen temperaturbedingte Spannungen und Dehnungen im Zugmittel ausgeglichen werden.
Zu diesem Zweck werden üblicherweise Zugmittelspannvorrichtungen eingesetzt. Solche Zugmittelspannvorrichtungen heißen im Zusammenhang mit der Verwendung von Riemen auch Riemenspanner und im Zusammenhang mit der Verwendung von Ketten auch Kettenspanner.
Es gibt unterschiedliche Arten von Zugmittelspannvorrichtungen, je nach Art der Betätigung. So gibt es unter anderem automatische, halbautomatische, mechanische und hydraulische Kettenspanner.
Solche hydraulischen Kettenspanner sind bspw. aus der DE 20 2007 012 460 U1 bekannt. Diese Druckschrift offenbart eine Spanneinheit mit einem Kettenspanner und einer Transportsicherung zum Verriegeln des Spannkolbens.
Allerdings sind solche Transportsicherungen nicht weiter verwendbar, wenn die Spanneinheit einmal eingebaut ist.
Ähnliche Lösungen sind auch aus der DE 10 2008 033 260 A1 bekannt, die schon eine gewisse Verbesserung darstellen.
Allerdings ist es bisher immer noch schwierig, sowohl eine Sicherung der Hülse, in der der hydraulisch ausfahrbare Kolben gelagert ist, aus dem Gehäuse in axialer Richtung vorzusehen und andererseits durch die unterschiedliche Werkstoffwahl von Gehäuse, Hülse und Kolben bedingte Längungen auszugleichen.
Es ist zwar bekannt, die Hülse mit einem Passstift bzw. Toleranzringen zu halten, wobei der Passstift oder die Toleranzringe eine Verformung des Hydraulikelementes, also der Hülse, hervorrufen, was aber negativen Einfluss auf die Performance des Hydraulikelementes hat.
Auch sonst übliche Lösungen, wie ein Sichern durch Einpressen und ein Sichern durch ein Einkleben hat erhebliche Nachteile.
So hat das Einpressen den Nachteil, dass große Überdeckungen notwendig sind, um die Kräfte sowohl bei geringen Temperaturen, wie etwa -40 °C, als auch bei hohen Temperaturen, wie etwa 150 °C, zu übertragen. Dies liegt insbesondere an den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Aluminium und Stahl.
Auch das Einkleben ist nicht unproblematisch, da es ebenfalls teuer, noch nicht ausreichend erprobt und anfällig gegen eine Verschmutzung in der Montage ist. Auch ist das Einkleben selber als Schmutzquelle in der Montage zu vermeiden. Letztendlich ist somit noch keine ausreichende Prozesssicherheit gegeben.
Aus der DE 10 2005 039 740 A1 geht eine weitere hydraulische Spannvorrichtung für einen Kettentrieb hervor. Die Spannvorrichtung umfasst ein Gehäuse, das eine Hülse aufnimmt; die Hülse führt einen Spannkolben. Die Hülse ist in ihrer relativen Lage zum Gehäuse durch einen Sicherungsstift festgelegt, der in Umfangsrichtung in das Gehäuse geschoben und über eine Nut am Außenumfang der Hülse einen Formschluss herstellt.
Eine vergleichbare Spannvorrichtung zeigt die JP 2000 - 346 152 A . Die Hülse wird in ihrer relativen Lage zum Gehäuse durch einen Sicherungsring festgelegt.
Aus der DE 698 10 055 T2 geht eine Spannvorrichtung mit einem Gehäuse und einem darin eingesetzten topfförmigen Bauteil hervor, in dem der Spannkolben geführt wird. Das topfförmige Bauteil ist tiefgezogen aus Blech hergestellt. Die relative Lage des topfförmigen Bauteils zum Gehäuse wird über einen Formschluss derart hergestellt, dass eine umlaufender Steg am Innenumfang des Gehäuses in eine Nut des topfförmigen Bauteils eingreift.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einerseits die Gleithülse gegen ein axiales Ausfahren zu sichern und andererseits eine relative Vorspannung der Gleithülse relativ zum Gehäuse selbst bei unterschiedlichen Temperaturen zu gewährleisten.
Offenbarung der Erfindung
Dies wird dadurch erreicht, dass das Sicherungselement mit einem zur Festlegung im Gehäuse ausgelegten, länglichen Befestigungsabschnitt versehen ist, der an einem gehäusefernen Ende mit einem Kopf versehen ist, welcher in Formschluss mit der Hülse steht.
Auf diese Weise lassen sich kurze Montagezeiten realisieren, wobei die gewünschte Vorspannkraft durch den federnd ausgebildeten Kopf des Sicherungselementes gewährleistet wird. Die Folge ist ein effizienter Toleranzausgleich. Letztlich ist auch das Sicherungselement als kostengünstiges Betriebsmittel in großen Stückzahlen als Kaufteil erwerbbar, was die Kosten einer solchen Zugmittelspannvorrichtung verringert.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn das Sicherungselement als Stift ausgebildet ist. Ein solcher Stift kann mit einfachen Mitteln in ein entsprechend vorbereitetes Loch des Gehäuses eingetrieben werden, wobei das Eintreiben nur so lange erfolgen sollte, wie die Vorspannkraft durch den Federkopf noch nicht in ausreichendem Maße zur Verfügung steht.
Wenn der Befestigungsabschnitt eine Verzahnung aufweist, so wird verhindert, dass sich das Sicherungselement wieder aus dem Gehäuse lockert oder gar entfernt.
Besonders sicher wird ein Lösen des Sicherungselementes verhindert, wenn die Verzahnung durch umlaufende Riefen gebildet ist, die im Längsschnitt ein sägezahnartiges Profil aufweisen.
Es ist ferner von Vorteil, wenn der Kopf federelastische Eigenschaften aufweist, wobei nicht nur der Kopf federelastische Eigenschaften aufweisen kann, sondern auch der gesamte Stift. Dadurch lässt sich ein Ausgleich der unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien erreichen.
Wenn die dem Gehäuse zugewandte Unterseite des Kopfes mit einer vom Gehäuse wegweisenden Oberseite der Hülse in Anlage befindlich ist, so lässt sich eine effiziente Sicherung bei einfacher Montage gewährleisten.
Wenn der Stift aus Stahl gefertigt ist und/oder der Federkopf aus Federstahl gefertigt ist, so lassen sich kostengünstige Materialien verwenden, die doch über lange Zeit belastbar sind.
Auch ist es von Vorteil, wenn das Sicherungselement in einer Ausnehmung einer Verdickung des Gehäuses axial unverschieblich eingesetzt ist, wobei die Ausnehmung achsparallel zu einer Rotationssymmetrieachse des Kolbens ausgerichtet ist. Das Gehäuse lässt sich dann einfach vorbereiten, ohne dass es bei der Fertigung häufig umgespannt werden muss.
Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch herausgestellt, wenn der Kopf flach und rotationssymmetrisch zu der Längsachse des Befestigungsabschnittes ausgebildet ist oder sich der Kopf von der der Rotationssymmetrieachse des Kolbens abgewandten Seite des Sicherungselementes zur Rotationssymmetrieachse hin erstreckt. Auf diese Weise kann ein Abheben des Hydraulikelementes verhindert werden, wodurch Verschleiß und dynamisches Fehlverhalten vermieden wird.
Es ist von Vorteil, wenn nicht nur ein Sicherungselement, sondern mehrere am Umfang verteilte Sicherungselemente stirnseitig in das Aluminiumgehäuse eingepresst sind. In einem solchen Fall hält ein eventuell aus Stahl gefertigter Pin das Stahlgehäuse, also die Gleithülse nieder und wirkt dem Abheben des Hydraulikelementes, verursacht durch eine Dynamik und den Versorgungsöldruck, entgegen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass eine Verbrennungskraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Zugmittelspannvorrichtung und einem Zugmittel kombiniert ist. Bei dieser Ausgestaltung wird ein Pressteil mit einer Verzahnung und einem federnden Kopfstück eingesetzt. Beim Einpressen bewirkt die Verzahnung eine Selbsthemmung bei axialen Kräften auf das Kettenspannerelement und der federnde Kopf bewirkt zusätzlich eine Vorspannkraft, um die Temperaturschwankungen der Bauteile auszugleichen. Der federnde Kopf hat zudem noch den Vorteil, Längentoleranzen eines KSH-Elementes und des Aluminiumgehäuses ausgleichen zu können.
Die Erfindung wird nachfolgend auch mit Hilfe von Ausführungsbeispielen erläutert, die in einer Figur dargestellt sind.
Es zeigen:

1 eine Längsschnittansicht durch eine erfindungsgemäße Zugmittelspannvorrichtung,
2 eine separate Darstellung des Sicherungselementes in einer ersten Ausführungsform und
3 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Zugmittelspannvorrichtung mit einer zweiten Ausführungsform eines Sicherungselementes.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Zugmittelspannvorrichtung 1 dargestellt.
Die Zugmittelspannvorrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 auf. Das Gehäuse 2 ist aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung gefertigt. Für das Gehäuse 2 kommt insbesondere Aluminiumdruckguss zum Einsatz.
Das Gehäuse 2 weist ein Loch 3 auf, das einen im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt aufweist. In das Loch 3 ist eine Gleithülse 4 eingesetzt. Die Gleithülse 4 ist im Wesentlichen axial unverschieblich im Gehäuse 2 eingesetzt und im Wesentlichen auch unverdrehbar zum Gehäuse 2 im Loch 3 angeordnet. Die Gleithülse 4 weist in ihrem Inneren einen Kolben 5 auf, der aus ihr ausfahrbar gleitend angeordnet ist. Die Gleithülse 4 ist aus Stahl gefertigt.
Im Inneren der Gleithülse 4 befindet sich ein Druckraum 6. Dieser Druckraum 6 ist zwischen der Gleithülse 4 und dem Kolben 5 angeordnet und in Richtung des Gehäuses 2 durch ein Rückschlagventil 7 verschlossen.
Der Druckraum 6 ist bei Öffnung des Rückschlagventils 7 durch ein Hydraulikmittel, wie etwa Öl, insbesondere Motoröl oder Hydrauliköl befüllbar. Wird der Druck im Druckraum 6 größer als die auf ein freies Ende 8 des Kolbens drückende Kraft F1, so fährt der Kolben 5 aus der Gleithülse 4 aus und drückt auf eine nicht dargestellte Spannschiene, welche ein Zugmittel auslenkt.
Damit nicht auch die Gleithülse 4 entlang einer Rotationssymmetrieachse 9 verschoben wird, ist ein Sicherungselement 10 vorhanden. Das Sicherungselement 10 ist als Stift 11 ausgebildet.
Der Stift 11 weist einen länglichen Befestigungsabschnitt 12 auf, der auf seiner Außenseite eine Verzahnung 13 aufweist. An seinem aus dem Gehäuse 2 abstehenden Ende ist ein Kopf 14 ausgebildet. Der Kopf 14 ist aus einem federnden Material ausgeformt. Insbesondere ist das gesamte Sicherungselement 10 aus Stahl gefertigt, im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Federstahl.
Der Kopf 14 weist eine leicht kegelige Außenkontur auf seiner Oberseite sowie auf seiner Unterseite auf. Die Oberseite des Kopfes 14 ist mit dem Bezugszeichen 15 versehen, wohingegen die Unterseite des Kopfes 14 mit dem Bezugszeichen 16 versehen ist. Das Sicherungselement 10 weist eine Längsachse 17 auf, die achsparallel zur Rotationssymmetrieachse 9 ausgerichtet ist.
Wie in 2 gut zu erkennen ist, ist der Kopf 14 pilzförmig ausgebildet. Mit einem möglichst weit von der Längsachse 17 entfernten Bereich 18 auf der Unterseite 16, liegt der Kopf 14 auf der Oberseite 19 der Gleithülse 4 auf.
Bezugszeichenliste

1: Zugmittelspannvorrichtung
2: Gehäuse
3: Loch
4: Gleithülse
5: Kolben
6: Druckraum
7: Rückschlagventil
8: freies Ende
9: Rotationssymmetrieachse
10: Sicherungselement
11: Stift
12: Befestigungsabschnitt
13: Verzahnung
14: Kopf
15: Oberseite des Kopfes
16: Unterseite des Kopfes
17: Längsachse
18: Bereich
19: Oberseite der Gleithülse

Claims

Zugmittelspannvorrichtung (1) mit einem Aluminium als Werkstoff umfassenden Gehäuse (2), in das axial unverschieblich eine Gleithülse (4) eingesetzt ist, in der ein hydraulisch betätigbarer, axial ausfahrbarer Kolben (5) gelagert ist, wobei zwischen dem aus Stahl gefertigten Kolben (5) und der aus Stahl gefertigten Gleithülse (4) ein Druckraum (6) vorhanden ist, der mit einem Hydraulikmittel befüllbar ist, wobei ein Sicherungselement (10) zum Festlegen der axialen Position der Gleithülse (4) relativ zum Gehäuse (2) an der Gleithülse (4) und dem Gehäuse (2) angreift und wobei das Sicherungselement (10) mit einem zur Festlegung im Gehäuse (2) ausgelegten länglichen Befestigungsabschnitt (12) versehen ist, der auf einem gehäusefernen Ende mit einem Kopf (14) versehen ist, welcher in Formschluss mit der Gleithülse (4) steht.
Zugmittelspannvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (10) als Stift (11) ausgebildet ist.
Zugmittelspannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (12) eine Verzahnung (13) aufweist.
Zugmittelspannvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (13) durch umlaufende Riefen ausgebildet ist, die im Längsschnitt ein sägezahnartiges Profil aufweisen.
Zugmittelspannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (14) federelastische Eigenschaften aufweist.
Zugmittelspannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Gehäuse (2) zugewandte Unterseite (16) des Kopfes (14) mit einer vom Gehäuse (2) wegweisenden Oberseite (19) der Gleithülse (4) in Anlage befindlich ist.
Zugmittelspannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (11) aus Stahl gefertigt ist und der Kopf (14) als Federkopf aus Federstahl gefertigt ist.
Zugmittelspannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (10) in eine Ausnehmung einer Verdickung des Gehäuses (2) axial unverschieblich eingesetzt ist, wobei die Ausnehmung achsparallel zu einer Rotationssymmetrieachse (9) des Kolbens (5) ausgerichtet ist.
Zugmittelspannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (14) flach und rotationssymmetrisch zu der Längsachse (14) des Befestigungsabschnittes (12) ausgebildet ist oder sich der Kopf (14) von der der Rotationssymmetrieachse (9) des Kolbens (5) abgewandten Seite des Sicherungselementes (10) zur Rotationssymmetrieachse (9) hin erstreckt.
Verbrennungskraftmaschine mit einer Zugmittelspannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und einem Zugmittel.