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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Zugmittelspanner für einen Zugmitteltrieb, mit einem Gehäuse und mit einem in Richtung einer Spannschiene ausfahrbaren Kolben mit desweiteren einem Hauptfederelement, das zwischen einem spannschienennahen Ende des Kolbens und einem spannschienenfernen Ende des Gehäuses angeordnet ist, wobei der Kolben eine Außenwandung hat, die zumindest abschnittsweise an eine Innenwandung des Gehäuses grenzt.
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Aus dem Stand der Technik, etwa der
DE 10 2008 028 457 A1 , sind Spannvorrichtungen für Zugmitteltriebe bekannt. Aus dieser Druckschrift ist bspw. eine mechanische, nach einem Rotationsprinzip arbeitende Lösung bekannt.
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Es gibt jedoch auch hydraulische Zugmittelspanner, die auch als Spannvorrichtungen bezeichnet werden, die eine lineare Bewegung eines Kolbens beinhalten. So offenbart bspw. die
DE 10 2007 057 782 A1 , eine Zugmittelspannvorrichtung, insbesondere eine Riemenspannvorrichtung, die ein Spannelement aufweist, das ein Spannergehäuse und einen Spanner umfasst, wobei der Spanner relativ zu dem Spannergehäuse mittels eines als Schraubenfeder ausgestalteten Federelements in eine translatorische Verschieberichtung federvorgespannt verschieblich ist. Um den Montageprozess zu erleichtern, sieht diese Druckschrift vor, dass im Spannergehäuse ein hülsenförmiges Bauteil angeordnet ist, in das der Spanner mit einem seiner axialen Endbereiche hineinreicht, wobei der axiale Endbereich des Spanners in dem hülsenförmigen Bauteil linear verschieblich geführt ist, wobei in dem Umfang des hülsenförmigen Bauteils mindestens eine Kulisse eingearbeitet ist und wobei im axialen Endbereich des Spanners mindestens ein Kulissenstein angeordnet ist, der in der Kulisse geführt ist.
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Während aus der
DE 10 2007 057 782 A1 das Spannen eines als Riemen ausgebildeten Endloszugmittels offenbart ist, offenbart bspw. die
DE 10 2010 012 918 A1 eine Spannvorrichtung für eine Kette, wobei ein Kombinationsventil eingesetzt ist. In dieser
DE 10 2010 012 918 A1 wird eine Spannvorrichtung für ein als Kette ausgebildetes Endlostriebmittel offenbart, mit einem Gehäuse, in dem ein ausfahrbarer Zylinder vorhanden ist, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Zylinder ein mit einem Druckfluid über eine Versorgungsöffnung des Gehäuses befüllbarer Druckraum vorhanden ist, wobei die Versorgungsöffnung ein Kombinationsventil aus einem in Richtung der Druckkammer zu öffnenden Rückschlagventil mit einem beweglichen ersten Sperrkörper und einem entgegen dieser Richtung zu öffnenden Überdruckventil mit einem beweglichen zweiten Sperrkörper eingesetzt ist, wobei der erste Sperrkörper des Rückschlagventils im Wesentlichen auf der Druckkammerseite des zweiten Sperrkörpers angeordnet ist. Grundsätzlich ist noch anzufügen, dass Spannvorrichtungen, insbesondere hydraulische Spannvorrichtungen, in Zugmitteltrieben für Verbrennungskraftmaschinen häufig eingesetzt werden. Im Regelfall werden die Spannvorrichtungen zum Auslenken einer Gleitschiene benötigt, über die das Endlostriebmittel geleitet wird. Das Endlostriebmittel ist im Regelfall als Kette oder Riemen ausgebildet. Wird eine Kette verwendet, so ist diese normalerweise aus Stahlgliedern aufgebaut.
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Solche aus dem Stand der Technik bekannten Zugmittelspanner werden in Zugmitteltrieben eingesetzt. Solche Zugmitteltriebe werden ihrerseits insbesondere in Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt, welche in Kraftfahrzeugen, wie Pkws, Lkws, Traktoren aber auch sonstigen land-, wasser- oder luftgebundenen Fahrzeugen verwendet werden.
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Sehr häufig werden Zugmitteltriebe zwischen einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine und einer Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt, wobei häufig auch Nebenaggregate über den Zugmitteltrieb, der ein Zugmittel, wie eine Kette oder einen Riemen einsetzt, angetrieben sind.
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Mechanisch vorgespannte Zugmittelspanner haben den Vorteil, dass sie universal einsetzbar sind, und sich bei Verbrennungskraftmaschinen bewährt haben. Solche Zugmittelspanner dienen in Kombination mit entsprechend ausgeführten Spannschienen zur Synchronisierung einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle. Auch mehrere dieser Nocken- oder Kurbelwellen sind einsetzbar. Eine Verstellung der Nockenwelle zur Kurbelwelle wird durch den Einsatz eines Zugmittelspanners verhindert, da die Spannung innerhalb des Zugmittels immer hochgehalten wird. Wird eine Kette eingesetzt, so stellt der Zugmittelspanner sicher, dass immer die richtige und erforderliche Kettenspannung vorliegt.
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Um Schläge im Zugmitteltrieb, bspw. bedingt durch unterschiedliche Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine, aufzufangen und zu kompensieren, ist bei bekannten mechanischen Zugmittelspannern im Regelfall auch ein Dämpfungsglied beinhaltet, das jedoch bisher nicht entkoppelt von der Vorspannkraft ist. Eine Dämpfung erfolgt daher üblicherweise in beide Bewegungsrichtungen, also sowohl beim Einfahren des Kolbens in das Gehäuse, als auch beim Ausfahren des Kolbens aus dem Gehäuse. Ein Dämpfen erfolgt somit in Spannrichtung als auch in Entspannrichtung.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zugmittelspanner und einen Zugmitteltrieb zur Verfügung zu stellen, indem der Kolben möglichst schnell ausfahren kann, damit die Spannschiene, wenn sie bspw. als Kettenschiene ausgebildet ist, den Zugmitteltrieb unter Spannung halten kann. Andererseits soll die Dämpfkraft nur in einer Richtung, nämlich während des Einfahrens, also im Rückhubbetrieb, wirksam sein. Dadurch soll ein Phasenversatz zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle minimal gehalten werden und eine bedarfsabhängige Dämpfung realisiert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in zumindest einem Abschnitt zwischen der Außenwandung des Kolbens und der Innenwandung des Gehäuses eine Reibvorrichtung so angeordnet ist, dass bei einem Einfahren des Kolbens in das Gehäuse diese Bewegung über dann erzeugte Reibung gedämpft wird. Die Reibvorrichtung kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet werden.
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Die Innenkonstruktion des Zugmittelspanners ist dann derart ausgeführt, dass die Vorspannkraft und die Dämpfkraft weitgehend unabhängig voneinander aufgebracht werden können. Bei einem Rückhub des Kolbens entsteht kein Leerweg. Eine Dämpfkraft ist also nur beim Rückhub des Kolbens wirksam. Die zur Schwingungsdämpfung des Zugmitteltriebs erforderliche Dämpfkraft zwischen der Reibvorrichtung und dem Gehäuse kann in ausreichendem Maße zur Verfügung gestellt werden. Ein effizientes Dämpfen wird beim Rückhub des Kolbens erreicht.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind auch in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn die Reibvorrichtung zumindest einen Klemmkeil aufweist. Gerade über einen solchen Klemmkeil kann die nötige Reibung realisiert werden und fein dosiert werden.
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Auch ist es von Vorteil, wenn die Reibvorrichtung mit einem Hilfsfederelement zusammenwirkt, so dass eine solche Anordnung realisiert ist, dass die Reibvorrichtung entgegen der Einfahrrichtung des Kolbens gedrängt ist.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptfederelement und/oder das Hilfsfederelement als eine mechanische Feder, vorzugsweise als eine Druckfeder, ausgebildet ist. Solche Federn können in großen Stückzahlen hergestellt, gelagert und verbaut werden und helfen einerseits die Kosten niedrig zu halten, aber andererseits die Langlebigkeit zu gewährleisten.
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Damit der Zugmittelspanner auch kompakt ausgebildet werden kann, ist es von Vorteil, wenn die beiden Druckfedern konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei das als Hilfsdruckfeder ausgebildete Hilfsfederelement außerhalb dem als Hauptdruckfeder ausgebildeten Hauptfederelement angeordnet ist. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass die Hilfsfeder innerhalb der Hauptdruckfeder angeordnet ist, wobei die zuerst beschriebene Variante jedoch vom Aufbau her einfacher und von der Montage günstiger ist.
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Wenn die Hilfsdruckfeder im entlasteten Zustand weniger als halb so lang wie die Hauptdruckfeder im entlasteten Zustand ist, so kann bei Realisierung einer hohen Bauraumausnutzung eine geeignete Federkennlinie bei beiden Druckfedern verwendet werden und die Effizienz des Zugmittelspanners erhöht werden.
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Als zweckmäßig hat es sich auch herausgestellt, wenn die Reibvorrichtung einen Hülsenabschnitt aufweist, an dem mehrere tangential voneinander über je einen axial ausgerichteten Längsschlitz getrennte Klemmkeile vorhanden sind, vorzugsweise sechs, sieben oder acht Klemmkeile. In diesem Zusammenhang ist auch zu erwähnen, dass es von Vorteil ist, wenn die tangentiale Länge der Klemmkeile ein Sechstel, ein Siebtel oder ein Achtel des Innenumfangs des Gehäuses im Bereich des Kolbens aufweisen. Der Längsschlitz sollte dabei so breit sein, dass sich während des axialen Verschiebens der Reibvorrichtung die einzelnen Klemmkeile selbst nicht berühren.
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Wenn die Klemmkeile an einem radial ausgerichteten Verbindungsbereich mit dem sich in Axialrichtung erstreckenden Hülsenabschnitt verbunden sind, so kann eine besonders einfache Anlenkung realisiert werden.
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Zweckmäßig ist es ferner, wenn die Klemmkeile federnd mit dem Hülsenabschnitt verbunden sind, da dann deren Wirksamkeit verbessert wird.
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Als eine besonders kostengünstig herzustellende Variante hat es sich bewährt, wenn die Reibvorrichtung aus Kunststoff gefertigt ist.
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Auch ist es als positiv zu vermerken, wenn die Hilfsdruckfeder am Verbindungsbereich anliegt. Auf diese Weise lässt sich ein geeigneter Krafteinleitungsbereich nutzen.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Zugmitteltrieb mit einem erfindungsgemäßen Zugmittelspanner.
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Bei einer Variante ist es auch von Vorteil, wenn der geschlitzte Klemmkeil über die entsprechend ausgeführten Winkel von einem Kolbenende und dem Klemmkeil aufgeweitet wird und der Außendurchmesser des Klemmkeils am Innendurchmesser des Gehäuses durch äußere Reibung gebremst wird. Besonders vorteilhaft sind dabei Winkelwerte am Klemmkeil von 6° bis 44°. Dabei haben sich die Schrägungswinkel von 20°, 21°, 22°, 23°, 24° und 25° als besonders vorteilhaft gezeigt. Es werden dabei Reibwerte in Abhängigkeit von der schmiermittelaufweisenden Umgebung so gewählt, dass beim Ausfahren des Kolbens wenig Reibung erzeugt wird aber beim Einfahren, verglichen dazu, mehr Reibung erzeugt wird.
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Die Erfindung wird auch mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert, in der ein erstes Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Es zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung entlang einer Längsachse durch einen erfindungsgemäßen Zugmittelspanner, und
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2 eine schematische Darstellung des Zugmittelspanners aus 1 in einer perspektivischen Darstellung, wobei die im Inneren befindlichen Elemente aufgrund des durchscheinenden Äußeren des Zugmittelspanners erkennbar sind.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein erster Zugmittelspanner 1 gemäß der Erfindung in einem Längsschnitt entlang einer Längsachse 2, die die Axialrichtung vorgibt, dargestellt. Der Zugmittelspanner 1 wirkt über eine nicht dargestellte Spannschiene auf ein nicht dargestelltes Zugmittel, das als Kette oder Riemen ausgebildet sein kann. Der Zugmittelspanner 1, das Zugmittel, die Spannschiene und weitere Elemente sind Bestandteil eines Zugmitteltriebes.
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Der Zugmittelspanner 1 weist einen Kolben 3 auf, der aus einem Gehäuse 4 ausfahrbar ist und in dieses wieder einfahrbar ist. Die nötige Ausfahrkraft wird bspw. über Hydraulikmittel und/oder über Federmittel, wie ein Hauptfederelement 5 zur Verfügung gestellt. Das Hauptfederelement 5 ist zwischen einem spannschienennahen Ende 6 des Kolbens 3 und einem spannschienenfernen Ende 7 des Gehäuses 4 angeordnet. Der Kolben 3 weist eine Außenwandung 8 auf. Die Außenwandung 8 liegt zumindest abschnittsweise an einer Innenwandung 9 des Gehäuses 4 an.
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In einem Anlageabschnitt 10, zwischen der Außenwandung 8 des Kolbens 3 und der Innenwandung 9 des Gehäuses 4 ist eine Reibvorrichtung 11 so angeordnet, dass sie beim Einfahren des Kolbens 3 in das Gehäuse 4 diese Bewegung über dann erzeugte Reibung dämpft. Die Reibvorrichtung 11 wirkt als eine Vorrichtung die eine reibende und nachstellende Funktion aufweist. Die Reibung entsteht einerseits zwischen der Außenwandung 8 des Kolbens 3 und der Reibvorrichtung 11 und/oder andererseits zwischen der Innenwandung 9 des Gehäuses 4 und der Reibvorrichtung 11.
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Die Reibvorrichtung 11 weist axial abstehende Klemmkeile 12 auf, welche voneinander über Längsschlitze 13 getrennt sind. Die Klemmkeile 12 rufen beim Wirkkontakt mit dem Kolben 3 und dem Gehäuse 4 jeweils Reibung hervor. Zwischen dem Gehäuse 4 und dem jeweiligen Klemmkeil 12 stellt sich ein Reibwert, in Abhängigkeit von der Werkstoffpaarung von 0,1 bis 0,3, bevorzugt 0,2 oder 0,25 ein. Zwischen dem Klemmkeil 12 und dem Kolben 3 stellt sich ein Reibwert von 0,05 bis 0,4, bevorzugt 0,2 oder 0,3 ein.
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Die gesamte Reibvorrichtung 11 ist aus Kunststoff gefertigt, wobei die Klemmkeile 12 über einen Verbindungsbereich 14 mit einem Hülsenabschnitt 15 verbunden sind. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch eine solche Variante realisiert, bei der die Klemmkeile nicht mit dem Verbindungsbereich 14 verbunden sind. Die Klemmkeile 12 bilden einen Art Ring, der nur in Anlage mit der dem Verbindungsbereich 14 des Hülsenabschnitts 15 befindlich ist. Die Klemmkeile 12 sind aber auch federnd über den Verbindungsbereich 14 am Hülsenabschnitt 15 anbindbar. Der federnde Bereich kann auch zwischen dem Verbindungsbereich 14 und den Klemmkeilen 12 vorhanden sein.
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Radial innerhalb der Reibvorrichtung 11, insbesondere radial innerhalb des Hülsenabschnittes 15 ist das Hauptfederelement 5 vorhanden. Das Hauptfederelement 5 ist als Hauptdruckfeder 16 nach Art einer Schraubenfeder ausgebildet.
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Konzentrisch dazu, aber radial außerhalb zur Hauptdruckfeder 16, ist ein Hilfsfederelement 17 angeordnet, welches als mechanische Hilfsdruckfeder 18 nach Art einer Schraubenfeder ausgestaltet ist. Die Hilfsdruckfeder 18 liegt an einem Absatz 19 des Gehäuses 4 einerseits und an dem Verbindungsbereich 14 der Reibvorrichtung 11 andererseits an.
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Die Hauptdruckfeder 16 liegt einerseits in einem endnahen Bereich des Gehäuses 4 auf dessen kolbenfernen Seite an und andererseits an einem geschlossenen gehäusefernen Ende des Kolbens 3 an. Dieses Ende entspricht dem spannschienennahen Ende des Kolbens, wobei jedoch das Hauptfederelement 5 auf der Innenseite des Kolbens 3 anliegt.
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In 2 sind besonders die Längsschlitze 13 sowie die räumliche Anordnung der einzelnen Elemente zueinander gut zu erkennen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zugmittelspanner
- 2
- Längsachse
- 3
- Kolben
- 4
- Gehäuse
- 5
- Hauptfederelement
- 6
- spannschienennahes Ende des Kolbens
- 7
- spannschienenfernes Ende des Gehäuses
- 8
- Außenwandung des Kolbens
- 9
- Innenwandung
- 10
- Anlageabschnitt
- 11
- Reibvorrichtung
- 12
- Klemmkeil
- 13
- Längsschlitz
- 14
- Verbindungsbereich
- 15
- Hülsenabschnitt
- 16
- Hauptdruckfeder
- 17
- Hilfsfederelement
- 18
- Hilfsdruckfeder
- 19
- Absatz des Gehäuses
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008028457 A1 [0002]
- DE 102007057782 A1 [0003, 0004]
- DE 102010012918 A1 [0004, 0004]