DE10120879A1

DE10120879A1 - Hydraulische Spannvorrichtung

Info

Publication number: DE10120879A1
Application number: DE2001120879
Authority: DE
Inventors: Werner Petri; Thomas Kraft
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung (1), die ein topfartig gestaltetes Gehäuse (2) umfasst, in dem ein Zylinder (5) eingesetzt ist, zur Längsführung eines Kolbens (6). Der Kolben (6) ist mit einer Dichtung (15) versehen, die in einer eingerückten Position des Kolbens (6) in dem Zylinder (5) einen Leckspalt (13) abdichtet, der sich zwischen dem Kolben (6) und dem Zylinder (5) bildet.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine hydraulisch-mechanisch wirkende Spannvorrichtung eines Zugmitteltriebs, die insbesondere für eine Brennkraftmaschine eingesetzt ist. Der Aufbau der Spannvorrichtung umfasst ein topfartig gestaltetes, an ei nem Ende ortsfest jedoch schwenkbar befestigtes Gehäuse mit einem darin zentrisch angeordneten Zylinder. In dem Zylinder ist ein längsverschiebbarer Kolben eingesetzt, welcher einen mit Hydraulikfluid gefüllten Druckraum des Zylinders begrenzt. Der federkraftbeaufschlagte Kolben ist an dem vom Druck raum abgewandten Ende mittelbar mit einer Spannrolle verbunden, die sich an einem Zugmittel des Zugmitteltriebs abstützt. Der Druckraum in dem Zylinder ist über ein Einwegventil von einem sich zwischen dem Gehäuse und dem Zy linder bildenden, begrenzt mit Hydraulikfluid gefüllten Innenraum getrennt. Bei einer Bewegung des Kolbens erfolgt ein Volumenaustausch zwischen dem Druckraum und dem Innenraum abhängig von der Bewegungsrichtung des Kolbens über das Einwegventil oder über einen Leckspalt, der sich zwischen dem Kolben und dem Zylinder einstellt.

Hintergrund der Erfindung

Aus der DE 196 09 420 A1 ist eine hydraulisch-mechanisch wirkende Spann vorrichtung bekannt, deren Aufbau mit der zuvor genannten Bauart überein stimmt. Die bekannte Spannvorrichtung ist versehen mit einem zentrisch im Gehäuse eingesetzten Zylinder für die Aufnahme und Führung des Kolbens. Die relativ kurze Kolbenführung im Zylinder erfordert eine Führungsbuchse, welche axial beabstandet zum Zylinder endseitig in das Gehäuse eingepresst ist, um eine weitere Kolbenführung zu erzielen.

Die hydraulisch wirkende Spannvorrichtung gemäß der DE 41 24 500 C2 zeigt ebenfalls ein separat vom Zylinder axial beabstandetes Führungselement, wel ches an dem Gehäuse befestigt ist und zur Führung und Abdichtung des Kol bens dient. Zur kraftschlüssigen Beaufschlagung der Kolbenstange dient eine den Zylinder sowie den Kolben konzentrisch umschließende Schraubendruck feder. Ein erstes Federende der Schraubendruckfeder stützt sich an einem im Gehäuse eingesetzten und zur Aufnahme des Zylinders dienenden Zylinderfuß ab. Das weitere Federende der Schraubendruckfeder liegt an einem an der Kolbenstange lagefixierten Federteller an.

Für beide bekannten Spannvorrichtungen besteht die Gefahr, dass aufgrund von Bauteiltoleranzen bzw. ungünstiger Toleranzlagen, insbesondere zwischen dem Zylinder und dem Kolben sowie bei großen Stellbewegungen der Spann vorrichtung, beispielsweise beim Start der Brennkraftmaschine, der Kolben mit einem Endanschlag in Kontakt tritt. Dies führt zu einer nachteiligen Geräusch bildung sowie einem erhöhten Verschleiß.

Zusammenfassung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine mechanisch hydraulisch wirkende Spannvorrichtung so auszulegen, dass unabhängig von der Toleranzlage, oder anderen mit dem Zugmitteltrieb in Verbindung stehenden Einflußgrößen der Kolben der Spannvorrichtung mit einem Endanschlag in Kontakt tritt.

Erfindungsgemäß wird diese Problemstellung mit einer Dichtung gelöst, die den Leckspalt bzw. den Dichtspalt zwischen dem Kolben und dem Zylinder in einem bestimmten Stellbereich des Kolbens abdichtet. Der abgedichtete Leck spalt bewirkt einen starren Anschlag bzw. einen hydraulischen Endanschlag. Diese Maßnahme verhindert einen metallischen Endanschlag der Spannvor richtung, bei dem beispielsweise eine an dem Kolben endseitig befestigte Auf nahme stirnseitig an dem Zylinder anschlägt. Folglich unterbindet der abge dichtete Leckspalt eine Geräuschbildung in der Endlage der Spannvorrichtung.

Die erfindungsgemäße Maßnahme kompensiert weiterhin große Bewegungen der Spannvorrichtungen, z. B. beim Start der Brennkraftmaschine und vermei det gegenüber bisherigen Spannvorrichtungen einen metallischen Endan schlag des Kolbens. Ein solcher den Komfort nachteilig behindernder An schlag, der eine Geräuschbildung verursacht, kann aufgrund des abgedichte ten Leckspalts nicht auftreten.

Aus dem Patent US 51 16 284 ist ein abgedichteter Kolben einer hydraulischen Spannvorrichtung bekannt. Dabei ist der Kolben mit einer Dichtung versehen, die unabhängig von der Stellung des Kolbens stets dichtend an der Wandung des Zylinders anliegt. Diese bekannte Leckspaltabdichtung ist nicht übertrag bar auf die Erfindung, bei der erfindungsgemäß die Leckspaltabdichtung nur für einen bestimmten Hubbereich des Kolbens vorgesehen ist. Außerdem zeigt die bekannte Lösung einen dem Einwegventil benachbarten Stichkanal, der stets einen definierten Hydraulikfluidstrom zwischen dem Druckraum und dem Vorratsraum ermöglicht. Abweichend dazu bildet die Erfindung einen abge dichteten Leckspalt und damit einen starren Anschlag, der einen Volumenaus tausch, einen Hydraulikfluidstrom von dem Druckraum in den Innenraum bzw. Vorratsraum des Gehäuses unterbindet.

Der erfindungsgemäße abgedichtete Leckspalt ermöglicht weiterhin für Zug mitteltriebe, deren Aufbau mehrere Spannvorrichtungen benötigt, eine abge stimmte Wirkungsweise. Die Erfindung kann damit auch für Zugmitteltriebe eingesetzt werden, die einen Startergenerator einschließen, bei dem in der Startphase der Antrieb der Brennkraftmaschine von dem Startergenerator er folgt, in dem dieses Aggregat über die zugehörige Riemenscheibe ein Dreh moment in den Zugmitteltrieb einleitet. Nach der Startphase, dem Normalbe trieb, erfolgt eine Drehmomenteinleitung über die Riemenscheibe der Brenn kraftmaschinen-Kurbelwelle in den Zugmitteltrieb. Dieser unterschiedliche An triebsmodus bedingt ein Wechsel zwischen Zugtrum und Leertrum in dem Zugmittelbereich zwischen dem Startergenerator und der Kurbelwellen- Riemenscheibe, abhängig von dem Betriebsmodus. Ein derartiger Zugmittel trieb erfordert zwei Spannvorrichtungen, zur Sicherstellung einer ausreichen den Zugmittelvorspannung, unabhängig von dem Antriebsmodus. Mit dem er findungsgemäßen, abhängig von der Kolbenstellung abgedichteten Leckspalt kann eine optimale Vorspannung des mit zwei Spannvorrichtungen bestückten Zugmitteltriebs erreicht werden.

Bei der Auslegung einer hydraulisch-mechanisch wirkenden Spannvorrichtung, die auch als ein automatisches Spannsystem für einen Zugmitteltrieb zu be zeichnen ist, sind unterschiedliche Randbedingungen zu berücksichtigen, die Einfluss nehmen auf die Spannvorrichtung. Dazu zählen Positions- und Durchmessertoleranzen der Riemenscheiben, Längentoleranzen des Zugmit tels, temperaturbedingte Längenänderungen im Zugmitteltrieb, Verschleiß so wie Dehnung des Zugmittels aufgrund von Antriebsmomenten der Aggregate. Diese Bedingungen sind bei der Auslegung der Spannvorrichtungen zu be rücksichtigen. Die Erfindung verhindert selbst bei einer nachteiligen Summie rung von Toleranzen eine komforteinschränkende Geräuschbildung der Spannvorrichtung, da kein metallischer Endanschlag entsteht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der ab hängigen Ansprüche 2 bis 11.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dichtung am Kolben zur Abdichtung des Dichtspaltes so angeordnet ist, dass diese ausgehend von der eingeschobenen Position des Kolbens über einen begrenzten Teilhub den Leckspalt bzw. den Dichtspalt wirksam abdich tet. Beispielsweise kann dieser Stellweg bzw. Teilhub einem Viertel des ge samten Kolbenhubs der Spannvorrichtung entsprechen. Die Erfindung ist dabei nicht auf diesen definierten Kolbenhub begrenzt, sondern schließt auch Dich tungen ein, die über einen größeren oder kleineren Hub des Kolbens den Leckspalt abdichten.

Die Dichtung ist vorzugsweise in einem Einstich oder in einer Ringnut des Kol bens eingesetzt. Bei einer Kolbenstellung, in der die Ringnut vom Zylinder um schlossen ist, liegt die mit radialem Überstand in die Ringnut eingesetzte Dichtung elastisch verformt unter radialer Vorspannung an der Innenwandung des Zylinders dichtend an.

Zur Schaffung einer wirksamen Abdichtung bietet es sich an, als Dichtung ei nen Runddichtring bzw. Rundgummiring einzusetzen, der eine verschleißfreie Abdichtung auch für eine hohe Anzahl von Lastzyklen sicherstellt, bei denen die Kolbenstange in Verbindung mit der Dichtung in den Zylinder ein- und aus tritt.

Eine wirksame Abdichtung kann gemäß der Erfindung weiterhin mittels einer als Nutring gestalteten Stangendichtung erfolgen. Alternativ dazu eignet sich außerdem eine Kompaktdichtung, ein Quadring sowie eine Hutmanschette, sowie weitere in der Hydraulik verwendete Dichtungen. Aufgrund der zu er warteten hohen Drücke können den eingesetzten Dichtringen Stützringe zuge ordnet werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung schließt eine Einlauffase oder Schlupffase an dem Zylinder ein, um ein nahezu widerstandsfreies, ver schleißfreies Eingleiten der Dichtung in den Zylinder zu ermöglichen. Dazu ist die Einlauffase in einem Übergang von einer Stirnseite zu der Innenwandung des Zylinders vorgesehen. Für die Einlauffase hat sich ein Winkel "α" von ≦ 15° als vorteilhaft erwiesen. Von der Stirnseite des Zylinders ausgehend verjüngt sich dabei die Einlauffase kontiniuierlich über die Länge.

Als Maßnahme um den Dichtungsverschleiß zu reduzieren und gleichzeitig die Verschiebekraft des Kolbens beim Eintritt der Dichtung in den Zylinder zu ver ringern, kann erfindungsgemäß eine gestufte Einlauffase vorgesehen werden. Dazu bildet die Einlauffase zumindest zwei abgestuften Abschnitte, die in un terschiedlichen Winkel zueinander ausgerichtet sind. Von der Stirnseite aus gehend verläuft ein erster Abschnitt der Einlauffase unter einem größeren Win kel als der sich daran anschließende weitere hintere Abschnitt der Einlaufpha se. Alternativ dazu schließt die Erfindung ebenfalls einen als Radius oder als eine Kurve ausgebildeten Einführbereich ein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Spannvorrichtung in einem Längsschnitt mit einer Kolbenstellung, bei der die erfindungsgemäße Dichtung außerhalb des Zylinders angeordnet ist;

Fig. 2 das Detail "Z" gemäß Fig. 1 in einem vergrößerten Maß stab;

Fig. 3 die Spannvorrichtung gemäß Fig. 1 mit einer veränderten Kolbenstellung, bei der die Kolbendichtung vom Zylinder umschlossen ist;

Fig. 4 den schematischen Aufbau eines Zugmitteltriebs einer Brennkraftmaschine, der u. a. einen Startergenerator um fasst.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

In Fig. 1 ist in einem Längsschnitt eine hydraulisch-mechanisch wirkende Spannvorrichtung 1 abgebildet, die ein topfartiges, rotationssymmetrisch ges taltetes Gehäuse 2 umfasst, welches über ein Befestigungsauge 3 ortsfest aber schwenkbar, beispielsweise an einer in der Fig. 1 nicht dargestellten Brenn kraftmaschine befestigt ist. Radial beabstandet zu einer Außenwandung 4 ist zentrisch im Gehäuse 2 ein Zylinder 5 eingesetzt. In dem Zylinder 5 ist ein Kol ben 6 längsverschiebbar geführt. Der stirnseitig einen Druckraum 7 im Zylinder 5 begrenzende Kolben 6 ist an dem vom Druckraum 7 abgewandten Ende mit einem Befestigungsauge 8 versehen, welches mittelbar oder unmittelbar mit einer in Fig. 1 nicht abgebildeten Spannrolle zusammenwirkt, die ein Zugmit tel eines Zugmitteltriebs vorspannt. Die kraftschlüssige Beaufschlagung der Spannrolle erfolgt mittels einer Schraubendruckfeder 9, welche mit einem ers ten Federende an einem Boden 10 des Gehäuses 2 abgestützt ist und gegen seitig mit einem zweiten Federende an einer einstückig mit dem Befestigungs auge 8 bzw. mit dem Kolben 6 verbundenen Federauflage 11.

Ein kreisringförmig gestalteter, den Zylinder 5 umgebender Innenraum 12 des Gehäuses 2, ist in dem unteren, zum Boden 10 gerichteten Bereich mit einem Hydraulikfluid gefüllt, wie auch der Druckraum 7. Bei einer Stellbewegung, ei nem Hub des Kolbens 6, siehe Doppelpfeil, erfolgt ein Volumenaustausch zwi schen dem Druckraum 7 und dem Innenraum 12. Eine den Druckraum 7 redu zierende Stellbewegung des Kolbens 6 verdrängt Hydraulikfluid über einen Leckspalt 13, der sich zwischen einer Mantelfläche des Kolbens 6 und einer Innenwandung des Zylinders 5 einstellt. Eine entgegengesetzte, den Druck raum 7 vergrößernde Stellbewegung des Kolbens 6, bewirkt ein Nachströmen des Hydraulikfluids aus dem Innenraum 12 über ein endseitig in dem Zylinder 5 angeordnetes Einwegventil 14.

Die Erfindung bezieht sich auf einen abgedichteten Leckspalt 13. Dazu ist der Kolben 6 mit einer Dichtung 15 versehen, die in einer Ringnut 16 bzw. einem Einstich des Kolbens 6 eingesetzt ist. Bei einer Hubbewegung des Kolbens 6 in eine den Druckraum 7 verkleinernde Position ist bei einer Überdeckung der Dichtung 15 durch die Wandung des Zylinders 5 der Leckspalt 13 vollständig abgedichtet, wodurch die Spannvorrichtung 1 einen hydraulischen Anschlag bildet. Die Lage der Ringnut 16 im Kolben 6 ist frei veränderbar und kann folg lich abhängig von Einflußgrößen des Zugmitteltriebs festgelegt werden, um einen nachteiligen metallischen Anschlag der Federauflage 11 an einer Stirn seite des Zylinders 5 wirksam zu vermeiden und damit eine unerwünschte Ge räuschbildung.

Die Fig. 2 zeigt in einer vergrößerten Abbildung die Einzelheit "Z" gemäß Fig. 1. Dieser Bereich verdeutlicht die Ausbildung einer Einlauffase 17 am Zy linder 5. Die in einer Übergangszone zwischen der Stirnseite 18 und der In nenwandung des Zylinders 5 angebrachte Einlauffase 17 hat die Aufgabe die mit einem radialen Überstand im Kolben 6 eingesetzte Dichtung 15 dauerhaft ohne Beschädigungen in den Zylinder 5 einzuführen, wobei gleichzeitig eine elastische Umformung der Dichtung 15 erfolgt. Die Einlauffase 17 bildet dabei zwei Abschnitte, deren Einstellwinkel "α" und "β" voneinander abweichen. Al ternativ eignet sich erfindungsgemäß ebenfalls ein als Radius oder als eine Kurve gestalteter Einführbereich.

Die Fig. 3 zeigt die Spannvorrichtung 1 mit einer im Vergleich zu der Fig. 1 geänderten Kolbenstellung, in der die Dichtung 15 des Kolbens 6 vom Zylinder 5 umschlossen ist. In dieser Position des Kolbens 6 bildet die Spannvorrich tung 1 einen hydraulischen Anschlag, der eine weitere Hubbewegung des Kol bens 6 in Pfeilrichtung unterbindet. Gleichzeitig wird ein metallischer Anschlag der Federauflage 11 an der Stirnseite 18 des Zylinders 5 verhindert.

In Fig. 4 ist schematisch der Aufbau des Zugmitteltriebs 19 einer Brennkraft maschine dargestellt, der einen Startergenerator 22 einschließt. Das Zugmittel 20, insbesondere ein Riemen verbindet dabei die Riemenscheiben von unter schiedlichen Aggregaten, wie beispielsweise eine Wasserpumpe, einen Kli makompressor und eine Lenkhilfspumpe 21a, 21b und 21c. Der Antrieb dieser Aggregate 21a bis 21c erfolgt abhängig vom Betriebsmodus in einer Startphase von einem Startergenerator 22 und bei laufender Brennkraftmaschine von der Kurbelwelle 23. Zur Erzielung einer ausreichenden Vorspannung des Zug mittels 20 ist der Zugmitteltrieb 19 mit zwei Spannvorrichtungen 24, 25 verse hen, deren Spannrollen 26, 27 abhängig von dem jeweiligen Betriebsmodus eine ausreichende Vorspannung des Zugmittels 20 sicherstellen. Für einen derartigen Zugmitteltrieb 19 eignet sich insbesondere die zuvor beschriebene Spannvorrichtung 1. Bei einem Zugmitteltrieb 19 gemäß Fig. 4 soll die Spannvorrichtung 24 nur in dem Startbetrieb in Aktion treten. Im Normalbetrieb wird die Spannvorrichtung 24 von den in dem Zugmitteltrieb 19 auftretenden Trumkräften bis an den Endanschlag zusammengedrückt. Die Spannrolle 26 wirkt in diesem Betriebsmodus als starre Umlenkrolle, wobei der Kolben der Spannvorrichtung 24 dabei immer an dem Endanschlag anliegt. In dieser Kol benposition besteht die Gefahr der Geräuschbildung. Diese wird durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1 vermieden. Mit der Spannvorrichtung 1 ist folglich auch für den einen Startergenerator 22 umfas sen Zugmitteltrieb 19, unabhängig von dem Betriebsmodus, eine ausreichende Vorspannung des Zugmittels 20 gewährleistet und gleichzeitig die Gefahr einer Geräuschentwicklung unterbunden.

Bezugszahlenliste

1

Spannvorrichtung

2

Gehäuse

3

Befestigungsauge

4

Außenwandung

5

Zylinder

6

Kolben

7

Druckraum

8

Befestigungsauge

9

Schraubendruckfeder

10

Boden

11

Federauflage

12

Innenraum

13

Leckspalt

14

Einwegventil

15

Dichtung

16

Ringnut

17

Einlauffase

18

Stirnseite

19

Zugmitteltrieb

20

Zugmittel

21

a Aggregat

21

b Aggregat

21

c Aggregat

23

Kurbelwelle

24

Spannvorrichtung

25

Spannvorrichtung

26

Spannrolle

27

Spannrolle

Claims

1. Hydraulisch-mechanisch wirkende Spannvorrichtung (1) für einen Zug mitteltrieb, versehen mit einem topfartig gestalteten, an einem Ende ortsfest aber schwenkbar befestigten Gehäuse (2), in dem ein radial zu einer Außenwandung (4) des Gehäuses versetzt angeordneter Zylinder (5) eingesetzt ist, zur Aufnahme eines längsverschiebbaren Kolbens (6), welcher einen mit einem Hydraulikfluid gefüllten Druckraum (7) des Zy linders (5) begrenzt und der Kolben (6) an dem vom Druckraum (7) ab gewandten Ende mit einer Spannrolle mittelbar verbunden ist, welche federkraftbeaufschlagt an einem Zugmittel abgestützt ist und der Zylin der (5) von einem teilweise mit Hydraulikfluid gefüllten Innenraum (12) des Gehäuses (2) umgeben ist, wobei ein durch eine Kolbenbewegung bedingter Volumenaustausch zwischen dem Druckraum (7) und dem In nenraum (12), abhängig von einer Bewegungsrichtung des Kolbens (6) über ein Einwegventil (14) oder über einen sich zwischen dem Kolben (6) und dem Zylinder (5) einstellenden Leckspalt (13) erfolgt, wobei der Kolben (6) mit einer Dichtung (15) versehen ist, die den Leckspalt (13) über einen Teilhub des Kolbens (6) abdichtet.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dichtung (15) des Kol bens (6) so angeordnet ist, dass diese von einer eingeschobenen Posi tion des Kolbens (6) ausgehend, den Leckspalt (13) über einen Teilhub des Kolben (6) abdichtet.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dichtung (15) in einer Ringnut (16) des Kolbens (6) eingesetzt ist und zur Abdichtung des Leckspaltes (13) dichtend an einer Innenwand des Zylinders (5) anliegt.

4. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, wobei als Dichtung (15) ein Rund dichtring vorgesehen ist.

5. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, mit einer als Nutring gestalteten Stangendichtung, die in die Ringnut (16) des Kolbens (6) eingesetzt ist.

6. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, deren Kolben (6) mit einer Kom paktdichtung oder einem Quadring versehen ist, zur Abdichtung des Leckspaltes (13).

7. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kolben (6) eine Hutman schette aufweist, die in die Ringnut (16) eingesetzt ist.

8. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, wobei in einem Übergang von einer Stirnseite (18) zu der Innenwandung des Zylinders (5) eine Einlauffase (17) bzw. eine Einführbereich vorgesehen ist.

9. Spannvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die unter einem Winkel "α" von ≦ 15° verlaufende Einlauffase (17) von der Stirnseite (18) des Zylin ders (5) ausgehend sich konisch verjüngt.

10. Spannvorrichtung nach Anspruch 8, wobei von der Stirnseite (18) des Zylinders (5) ausgehend, die Einlauffase (17) bzw. die Einführungsfase mit einem ersten Abschnitt unter einem Winkel "α" verläuft an dem sich ein weiterer unter dem Winkel "β" verlaufender Abschnitt der Einlauf phase anschließt, wobei der Winkel "α"den Winkel "β" übertrifft.

11. Spannvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Einlauffase (17) als ein Radius oder als eine Kurve ausgebildet ist.