WO2016012019A1

WO2016012019A1 - Hydraulische kettenspanneinheit aus umformteilen

Info

Publication number: WO2016012019A1
Application number: PCT/DE2015/200407
Authority: WO
Inventors: Christopher Krawietz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2015-07-20
Publication date: 2016-01-28
Also published as: DE102014214255A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einenhydraulischen Zugmittelspanner (1) zum endloszugmittelauslenkenden Bewegen einer Spannschiene, mit einem Kolben (2), der hydraulikmitteldruckbedingt an einem ersten Ende eines Gehäuses (3) aus diesem ausfahrbar gelagert ist und einer, einem Hydraulikmittelrückfluss unterbrechend schaltbaren Rückschlagventileinheit (4), die relativ zum Gehäuse (3) ortsfest gehalten ist, wobei das Gehäuse (3) und der Kolben (2) aus Umformblech spanlos hergestellt sind. Die Erfindung betrifft auch einen Endloszugmitteltrieb mit einem Endloszugmittel, wie einer Kette oder einem Riemen, das unter Zwischenschaltung einer Spannschiene durch einen erfindungsgemäßen hydraulischen Zugmittelspanner (1) ausgelenkt ist.

Description

Hydraulische Kettenspanneinheit aus Umformteilen

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Zugmittelspanner zum endloszugmittelaus- lenkenden Bewegen einer Spannschiene, für einen Nockenwellen- oder Nebentrieb, bspw. eines verbrennungskraftmaschinengetriebenen Fahrzeugs, wie eines Pkws, eines Motorrades, eines Lkws oder eines anderen Nutzfahrzeuges, mit einem Kolben, der hydraulikmitteldruckbedingt an einem ersten Ende eines Gehäuses aus diesem ausfahrbar gelagert ist und einer einen Hydraulikmittelrückfluss unterbrechend schaltbaren Rückschlagventileinheit, die relativ zum Gehäuse ortsfest gehalten ist.

Aus dem Stand der Technik sind bereits hydraulische Spannvorrichtungen in Zugmitteltrieben, die zum Antrieb einer oder mehrerer Nockenwellen bzw. Ausgleichswellen und/oder Nebenaggregate dienen, bekannt. Ein, das hydraulische Prinzip nutzender Zugmittelspanner, ist bspw. aus der DE 10 2010 032 630 A1 bekannt. Dort wird ein Zugmitteltrieb mit einer Spannvorrichtung vorgestellt, die ein Gehäuse aufweist, in der ein Spannkolben mittels einer ersten Druckfeder so ausfahrbar gelagert ist, dass sie in Anlage mit einer Spannschiene ein über die Spannschiene geführtes Zugmittel auslenkt, wobei zwischen dem Gehäuse und der Oberfläche des Spannkolbens eine Rastiervorrichtung ausgebildet ist, die ein Wiedereinfahren des Spannkolbens in des Gehäuse verhindert, wobei an jenem der Spannschiene zugewandtem Ende des Spannkolbens eine Fluid enthaltende Pufferkapsel angeordnet ist, die zumindest indirekt in Anlage mit der Spannschiene bringbar ist.

Hydraulische Kettenspanner sind auch aus der DE 10 2007 037 720 A1 bekannt. Dort wird ein Steuerantrieb einer Verbrennungskraftmaschine vorgestellt, der auch einen hydraulischen Zugmittelspanner einsetzt.

Konventionelle hydraulische Kettenspanner sind üblicherweise aus spangebend her- gestellten Einzelteilen zusammengesetzt. Dies zieht zahlreiche Bearbeitungsschritte bei der Herstellung nach sich, was einen solchen Zugmittelspanner teuer werden lässt. Auch durch die Vielfalt der Bauteile, bei evtl. zu nutzenden Varianten, werden die Kosten weiter nach oben getrieben.

Die DE 10 2006 055 467 A1 zeigt eine hydraulische Spanneinrichtung u.a. mit einem Kolben und einem Gehäuse, die das Ergebnis eines Tiefzieh Verfahrens - und somit umformtechnisch - hergestellt sind. Offenbart ist zudem eine Einwegventileinheit, die aus einem Haltelement besteht, in dem ein als Scheibe ausgeführter Ventilkörper verliergesichert geführt ist. Das Haltelement ist als Gehäuse ausgebildet und dient zugleich als Ventilsitz.

Es ist dabei die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Effektivitätssteigerung und Kosteneinsparung zu bewirken und die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu vermeiden. Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Gehäuse eine vorzugsweise konzentrisch zu diesem angeordnete Hülse vorhanden ist, die die Rückschlagventileinheit befestigt. Auf diese Weise kann ein ausreichend großer Raum auf der kolbenfernen Seite des Gehäuses, zwischen dem Gehäuse und der Rückschlagventileinheit vorgehalten werden, um ein ef- fizientes Funktionieren des Zugmittelspanners zu gewährleisten. Natürlich ist es auch möglich, dass auf die Hülse verzichtet wird und die Rückschlagventileinheit direkt am Innenumfang des Gehäuses festgelegt ist. Allerdings sollte dann eine Ölversorgungsöffnung kolbenfern der Rückschlagventileinheit vorhanden sein. das Gehäuse und der Kolben sind aus Umformblech spanlos hergestellt. Die Ausführungen des Spannelements und seiner Unterbaugruppen sowie Einzelteile kann bspw durch Nutzung einer Kaltumformung erreicht werden. Dadurch lassen sich die Kosten erheblich reduzieren. Auf Dreh-, Fräs-, Schleif- oder Bohroperationen kann verzichtet werden. In Gänze kann auf spanende Bearbeitungsschritte verzichtet werden.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind ferner in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert. Die Kostenminimierungspotenziale lassen sich dann ausschöpfen, wenn (auch) die Hülse aus Umformblech spanlos hergestellt ist, etwa aus demselben Material, wie der Kolben und/oder das Gehäuse.

Dabei ist es von Vorteil, wenn das Umformblech aus einer Metalllegierung, wie einer Eisenlegierung, (nur) durch spanloses Umformen, etwa durch Tiefziehen, Pressen und/oder Stanzen in die jeweilige Endform gebracht ist. Der / die dann hergestellte Spanner / Spannvorrichtung ist folglich sehr belastbar und gleichzeitig kostengünstig.

Es ist von Vorteil, wenn zwischen dem Gehäuse und dem Kolben ein, vorzugsweise mit der Innenseite des Gehäuses und der Außenumfangsseite des Kolbens, in Anlage bringbarer / befindlicher Sicherungsring angeordnet ist. Über dem Sicherungsring kann ein Auseinanderfallen des Zugmittelspanners bei der Montage oder im Betrieb wirkungsvoll verhindert werden.

Dabei ist es von Vorteil, wenn der Sicherungsring in einer zwischen einer Innenum- fangsfläche des Gehäuses und der Außenumfangsfläche des Kolbens gebildeten, über den Umfang vollständig umlaufenden, ersten oder zweiten Ringtasche angeord- net ist. Der Sicherungsring kann dann eine radial nach außen wirkende Vorspannung haben, die einen Formschluss ab einer bestimmten Betriebsstellung des Kolbens im Gehäuse zwischen den drei Bauteilen hervorruft, wodurch eine Unverlierbarkeit sichergestellt ist. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die erste Ringtasche axial und/oder radial weiter innen als die zweite Ringtasche im in das Gehäuse eingefahrenen Zustand des Kolbens angeordnet ist. Ein Eindringen oder Eintauchen des Sicherungsringes von der ersten Ringtasche in die zweite Ringtasche, bei entsprechender Betriebsstellung des Gehäuses relativ zum Kolben und umgekehrt, ist dann geschickt erreichbar.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ringtaschen und der Sicherungsring so aufeinander abgestimmt sind, dass beim Ausfahren des Kolbens aus dem Gehäuse in eine Maximalstellung des Kolbens, der Sicherungsring in die zweite Ringtasche so eingreift, dass ein weiteres Ausfahren des Kolbens verhindert ist, insbesondere unter Nutzung einer Vorspannung des Sicherungsringes und eines Formschlusses des Sicherungsringes mit dem Gehäuse und/oder dem Kolben.

Wenn ein kolbennaher Endabschnitt des Gehäuses dickenreduziert zu einem Zylinderabschnitt des Gehäuses in einem rückschlagventileinheitbenachbarten Bereich / Endbereich ausgestaltet ist, so kann an einer kleinen vordefinierten Stelle ein Gewinde, wie ein Außengewinde auf das Gehäuse aufgebracht werden, um eine Ein-/ Anschraubbarkeit des Gehäuses in einen Motorblock oder ein Zugmitteltriebgehäuse zu gewährleisten / zu ermöglichen. Dadurch muss nicht das Außengewinde über eine große Länge verlaufen, sondern nur im Bereich eines axial relativ kurzen Ringabschnittes. Damit ein Anschlag bei der Montage am Gehäuse vorgehalten werden kann, ist es von Vorteil, wenn im rückschlagventileinheitbenachbarten Bereich des Gehäuses ein (vollständig / teilweise) über den Außenumfang des Gehäuses umlaufender Bund, etwa nach Art einer Bördelung, ausgebildet ist und/oder am kolbenfernen Ende eine mutternartige Außenkontur eingeprägt ist, etwa nach Art eines Außensechskants. Die Montage wird dadurch erleichtert.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckfeder vorspannungausübend auf den Kolben und ein Verschlusselement, wie eine Kugel, der Rückschlagventileinheit angeordnet ist.

Letztlich betrifft die Erfindung auch einen Endloszugmitteltrieb mit einem Endloszugmittel, wie einer Kette oder einem Riemen, das unter Zwischenschaltung einer Spannschiene durch einen hydraulischen Zugmittelspanner der erfindungsgemäßen Art ausgelenkt ist / zum Auslenken vorbereitet ist.

Der hydraulische Zugmittelspanner besteht somit aus Teilen, die über oberflächig verfestigende Maßnahmen als Preform geschaffen sind. Mit anderen Worten wird eine Spanneinheit vorgeschlagen, die als Verschlussschrau- benversion ausgeführt ist und folgende Komponenten umfasst: ein Gehäuse, einen Kolben, eine Hülse, eine Rückschlagventileinheit, eine Druckfeder und einen Sicherungsring. Das Gehäuse besteht aus Blech und wird ohne jegliche Dreh-, Fräs-, Schleif- oder Bohroperationen mit einer Umformtechnologie erstellt. Das Gehäuse weist am hinteren Ende eine Sechskantform auf, wobei diese Form eine Schlüsselweite vorgibt und zur Montage der Spanneinheit im Motor dient. Mit einem Bund beginnt, in Richtung des kolbennahen Endes gesehen, der rotationssymmetrische Bereich des Gehäuses. Der Bund dient auch zur Abdichtung der Spanneinheit zur Umgebung und kann mit oder ohne zusätzlicher Dichtscheibe bzw. Dichtscheiben ausgestaltet sein. Am Gehäuseumfang ist ein Gewinde angebracht, welches zur Fixierung in der motor- seitigen Spannerbohrung dient. Im Falle der Notwendigkeit einer Verliersicherung kann zusätzlich eine Schraubensicherung, bspw. unter Nutzung von Materialien, wie sie als„Loctite" bekannt sind, auf die Gewindegänge aufgebracht werden.

Im Bereich des Gewindes ist eine Ölversorgungsöffnung eingestanzt. Am vorderen Ende des Gehäuses ist die Wanddicke reduziert / abgestreckt und bildet nach der Montage und einer Bördelung eine Tasche aus, in der der Sicherungsring einrastet und die Spanneinheit vor dem Zerfall schützt.

Der Kolben ist rotationssymmetrisch und weist ein Durchmesser-zu-Längenverhältnis von 1 :1 bis 1 :4 auf.

Stirnseitig ist ein Dorn eingeprägt, der die Druckfeder in ihrer Lage fixiert.

Zentrisch, aber auch exzentrisch, kann eine Ölschmieröffnung angebracht sein, mit einem Durchmesser von maximall , 2 mm.

Im hinteren Drittel des Kolbens befindet sich eine Nut, die durch einen Umformgang, bspw. mittels Rollierens, eingeprägt ist und den Sicherungsring beherbergt.

Die Breite der Nut kann zwischen 1 mm und 10 mm betragen. Besonders vorteilhaft sind dabei Werte von 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 mm. Die Hülse im Inneren der Spanneinheit dient zur Fixierung der Rückschlagventileinheit, auf dem sich die Druckfeder abstützt. Die Hülse trennt einen Versorgungsraum von einem Hochdruckraum der Spanneinheit ab. Über Öffnungen kann das Öl über die Öffnung im Gehäuse zur Rückschlagventileinheit gelangen und den Hochdruckraum mit Öl versorgen. Die Rückschlagventileinheit kann als Standardbauteil ausgebildet sein.

Die Erfindung wird nachfolgend auch mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Dabei ist ein erstes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilgeschnittene perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen hydraulischen Zugmittelspanners, Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Zugmittelspanners aus Fig. 1 ,

Fig. 3 eine weitere, zu der Darstellung aus Fig. 2 gedrehte perspektivische Darstellung des hydraulischen Zugmittelspanners der Fig. 1 und 2, Fig. 4 eine Seitenansicht des Zugmittelspanners der Fig. 1 bis 3, und

Fig. 5 eine Frontansicht auf einen Sechskantkopf des Gehäuses des Zugmittelspanners der Fig. 1 bis 4. Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer hydraulischer Zugmittelspanner 1 dargestellt, der als Kettenspanner von Nutzen ist. Er wird in einem Zugmitteltrieb eingesetzt, der zum Antrieb einer oder mehrerer Nockenwellen bzw. Ausgleichswellen und Nebenaggregate dient. Er weist einen Kolben 2 auf, der auf eine nicht dargestellte Spannschiene einwirkt, welche wiederum auf ein nicht dargestelltes Endloszugmittel einwirkt, wie eine Kette.

Der Kolben 2 ist in einem Gehäuse 3 konzentrisch angeordnet. Dabei ist der Kolben 2 gleitbar im Gehäuse 3 gelagert, wobei jedoch der Außenumfang des Kolbens 2 so auf den Innenumfang des Gehäuses 3 angepasst ist, dass eine gute Dichtwirkung zwischen beiden Bauteilen erreicht wird.

Eine Rückschlagventileinheit 4 ist an einem kolbenfernen Endbereich des Gehäuses 3, innerhalb des Gehäuses 3 und konzentrisch, angeordnet. Die Rückschlagventileinheit 4 stützt sich dabei an einer konzentrisch im Gehäuse 3 angeordneten Hülse 5 ab.

Die Rückschlagventileinheit 4 weist auch ein Ventil 6 auf, das nach Art einer Kugel 7 ausgebildet ist. Eine Druckfeder 8, nach Art einer Schraubenfeder 9, stützt sich am Kolben 2 und einem Kontaktbauteil 10 ab. Das Kontaktbauteil 10 kontaktiert das Ventil 6 unter Zwischenschaltung eines Vorspannelementes 1 1 , wie einer weiteren Feder.

Der Kolben 2, das Gehäuse 3 und die Hülse 5 sind aus Umformblech spanlos hergestellt, etwa tiefgezogen. Die Hülse 5 weist eine Öffnung 12 auf, durch die Hydraulikmittel, wie Drucköl / (Motor-)ÖI aus einem Versorgungsraum 13 in das Innere der Hülse 5 gelangen kann, um dann Druck ausübend auf das Ventil 6 einzuwirken.

Das Gehäuse 3 weist an seinem kolbenfernen Ende eine Sechskantform 14 auf, die an einen Bund 15 grenzt. Der Bund 15 ist durch eine Bördelung oder Umbiegung / Umfalzung hergestellt. Auf der sechskantformabgewandten Seite des Bundes 15 ist eine Ölversorgungsöffnung 16 vorhanden. Über diese kann Öl / Drucköl / Motoröl in das Innere des Versorgungsraums 13 gelangen. Weiter, auf der bundabgewandten Seite der Ölversorgungsöffnung 16, ist ein Gewinde 17, etwa nach Art eines Außengewindes, aufgebracht und endet an einem Verdünnungsbereich /dickenreduziertem Abschnitt 18 des Gehäuses. Die Wanddicke des Verdünnungsbereichs 18 ist kleiner als im sonstigen Bereich des Gehäuses. Der Kolben 2 weist eine nach innen gestellte umlaufende Nut 19 auf. Die Nut ermöglicht das Ausbilden einer ersten Ringtasche / Tasche 20 zwischen der Innenumfangs- fläche des Gehäuses 3 und der Außenumfangsfläche des Kolbens 2. In Richtung eines distalen Endes 21 des Kolbens 2 ist eine weitere Tasche, nämlich eine zweite Ringtasche 22 ausgebildet. In der ersten Ringtasche 20 ist ein Sicherungsring 23 vorhanden.

Damit die Druckfeder 8 korrekt gehalten und zentriert ist, ist ein Dom 24 axial nach innen gestellt am Boden des Kolbens 2 vorhanden. Dort ist (zentrisch oder exzentrisch) eine Ölschmieröffnung 25 enthalten. Über die Ölschmieröffnung 25 kann die nicht dargestellte Spannschiene und auch das Endloszugmittel gezielt geschmiert werden.

Die maximale Dicke des Bodens des Kolbens 2, also der Bereich des Kolbens 2, der auch auf die Spannschiene verlagernd einwirkt, ist zwischen 1 ,1 mm und 1 ,3 mm, vorzugsweise 1 ,2 mm bemessen. Eine in Axialrichtung gemessene Breite der ersten Ringtasche 20 und/oder der zweiten Ringtasche 22 beträgt zwischen 1 und 10 mm. In Fig. 2 ist ein rotationssymmetrischer Bereich 26 des Gehäuses 3 referenziert.

In Fig. 3 bis 5 ist der Zugmittelspanner 1 weitergehend skizziert.

Bezugszeichenliste Zugmittelspanner

Kolben

Gehäuse

Rückschlagventileinheit

Hülse

Ventil

Kugel

Druckfeder

Schraubenfeder

Kontaktbauteil

Vorspannelement

Öffnung

Versorgungsraum

Sechskantform

Bund

Ölversorgungsöffnung

Gewinde

Verdünnungsbereich

Nut

erste Ringtasche

distales Ende

zweite Ringtasche

Sicherungsring

Dom

Ölschmieröffnung

rotationssymmetrischer Bereich des Gehäuses

Claims

Patentansprüche

1 . Hydraulischer Zugmittelspanner (1 ) zum endloszugmittelauslenkenden Bewegen einer Spannschiene, mit einem Kolben (2), der hydraulikmitteldruckbe- dingt an einem ersten Ende eines Gehäuses (3) aus diesem ausfahrbar gelagert ist und einer, einem Hydraulikmittel(rück)fluss unterbrechend schaltbaren Rückschlagventileinheit (4), die relativ zum Gehäuse (3) ortsfest gehalten ist, wobei das Gehäuse (3) und der Kolben (2) aus Umformblech spanlos hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (3) eine Hülse (5) vorhanden ist, die die Rückschlagventileinheit (4) befestigt.

2. Zugmittelspanner (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (5) aus Umformblech spanlos hergestellt ist.

3. Zugmittelspanner (1 ) nach einem der Ansprüche 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformblech aus einer Metalllegierung aufgebaut ist und durch spanloses Umformen in die jeweilige Endform gebracht ist.

4. Zugmittelspanner (1 ) nach einem der Ansprüche 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse (3) und dem Kolben (2) ein Sicherungsring (23) angeordnet ist.

5. Zugmittelspanner (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der

Sicherungsring (23) in einer zwischen einer Innenumfangsfläche des Gehäuses (3) und der Außenumfangsfläche des Kolbens (2) gebildeten ersten oder zweiten Ringtasche (20, 22) angeordnet ist.

6. Zugmittelspanner (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ringtasche (20) axial und/oder radial weiter innen als die zweite Ringtasche (22) im in das Gehäuse (3) eingefahrenen Zustand des Kolbens (2) angeordnet ist.

7. Zugmittelspanner (1 ) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ringtaschen (20, 21 ) und der Sicherungsring (23) so aufeinander abgestimmt sind, dass ein Ausfahren des Kolbens (2) aus dem Gehäuse (3) in eine Maximalstellung, der Sicherungsring (23) in die zweite Ringtasche (22) eingreift, um ein weiteres Ausfahren des Kolbens (2) zu verhindern.

8. Zugmittelspanner (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein kolbennaher Endabschnitt des Gehäuses (3) dickenreduziert zu einem Zylinderabschnitt des Gehäuses (3) in einem

rückschlagventileinheitbenachbarten Bereich ausgestaltet ist.

9. Endloszugmitteltrieb mit einem Endloszugmittel, das unter Zwischenschaltung einer Spannschiene durch einen hydraulischen Zugmittelspanner (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgelenkt ist.