DE102004047450A1

DE102004047450A1 - Hydraulisches Spannelement

Info

Publication number: DE102004047450A1
Application number: DE200410047450
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. Petri (FH); Bernd Dipl.-Ing. Hartmann
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-06
Also published as: EP1794473A1; DE502005005421D1; EP1794473B1; WO2006037398A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Spannelement (10a), das zum Spannen eines Zugmittels bestimmt ist. Der Aufbau des Spannelementes (10a) umfasst ein Gehäuseteil (18a) mit einem Zylinder (12a), in dem ein Kolben (13a) eines zugehörigen Maschinenteils (19a) geführt ist. Der Zylinder (12a) und der Kolben (13a) begrenzen einen mit Hydraulikfluid gefüllten Druckraum (21). Bei einer Stellbewegung des Kolbens (13a) erfolgt ein Volumenaustausch des Hydraulikfluids zwischen dem Druckraum (21) und einem in dem Kolben (13a) integrierten Vorratsraum (23) über eine stirnseitig dem Kolben (13a) zugeordnete Ventilbaugruppe (22).

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Spannelement, das zum Spannen eines Zugmittels, wie beispielsweise Riemen oder Ketten eines bevorzugt für Brennkraftmaschinen bestimmten Zugmitteltriebs vorgesehen ist. Das hydraulische Spannelement umfasst ein ortsfest und gleichzeitig schwenkbar angeordnetes, einen Zylinder bildendes Gehäuseteil sowie ein weiteres mittelbar oder unmittelbar mit einer Spannrolle verbundenes Maschinenteil, zwischen denen ein Federmittel eingesetzt ist. Der Zylinder des Gehäuseteils ist zur Aufnahme, d. h. zur Führung eines mit dem Maschinenteil verbundenen Kolbens bestimmt. In der Einbaulage begrenzt der Kolben stirnseitig einen mit Hydraulik gefüllten Druckraum des Zylinders, wobei eine Fluidverbindung zwischen dem Druckraum und einem Vorratsraum des Spannelementes besteht.

Hintergrund der Erfindung

Ein gattungsbildendes hydraulisches Spannelement offenbart die DE 196 09 420 A1 . Zur Führung des Kolbens weist dieses Spannelement eine im Gehäuseteil eingepresste Führungsbuchse auf, der axial nach außen vorgelagert ein weiteres Bauteil, eine in einer Außenwandung des Gehäuseteils eingesetzte Dichtscheibe zugeordnet ist. Die zur Führung des Kolbens bestimmte Buchse in Verbindung mit der Dichtscheibe dient zur Erzielung einer Abdichtung des Kolbens gegenüber dem Gehäuseteil. Der von der Führungsbuchse gestaltete, mit Hydraulikfluid gefüllte Druckraum wird stirnseitig von der Kolbenstange begrenzt. Als teilweise mit Hydraulikfluid gefüllter Vorratsraum ist ein kreisringförmig gestalteter Bauraum bestimmt, welcher innenseitig von der Außenkontur der Führungsbuchse und außenseitig von der Innenseite einer Außenwandung des Gehäuseteils begrenzt ist. Der Vorratsraum dient zusätzlich zur Aufnahme des Federmittels, das zwischen dem Gehäuseteil und dem die Kolbenstange beinhaltenden Maschinenteil abgestützt ist.

Ein weiteres hydraulisches Spannelement offenbart die DE 41 24 500 A1 . Dabei übernimmt das topfartig gestaltete Gehäuseteil die Funktion des teilweise mit Hydraulikfluid gefüllten Vorratsraums. Weiterhin bildet das Gehäuseteil eine Führungs- und Dichtungseinheit für die Kolbenstange an dem vom Befestigungsauge des Gehäuseteils abgewandten Ende. Ein als separates Bauteil ausgebildeter Zylinder ist in das Gehäuseteil eingepresst und dient einerseits zur Führung der Kolbenstange und bildet außerdem den Druckraum für das Hydraulikfluid.

Übereinstimmend erfolgt bei einer Verstellung der Kolbenstange gegenüber dem ortsfesten Gehäuseteil der bekannten hydraulische Spannelemente ein Volumenaustausch des Hydraulikfluids zwischen dem Druckraum und dem Vorratsraum, wobei die Strömungsrichtung von der Stellbewegung der Kolbenstange abhängig ist. Bei einer Verstellung der Kolbenstange in Richtung des Druckraums kann Hydraulikfluid über einen sich zwischen der Kolbenstange und der Zylinderbuchse bzw. Führungsbuchse einstellenden Leckspalt in den Vorratsraum entweichen. Bei einer umgekehrten Stellbewegung des Kolbens strömt Hydraulikfluid von dem Vorratsraum über ein bodenseitig des Druckraums positioniertes Einwegventil in den Druckraum.

Der Bauraum dieser bekannten hydraulischen Spannelemente wird durch die Außenkontur des Gehäuseteils beeinflusst, das den Vorratsraum für das Hydraulikfluid außenseitig begrenzt. Damit verbunden stellt sich ein begrenzter Bauraum für das vorzugsweise als Druckfeder ausgebildete Federmittel ein. Die Funktion, die Dämpfungscharakteristik, des Spannelementes wird wesentlich von dem Leckspalt zwischen dem Kolben und dem Zylinder bestimmt. Dieser Leckspalt verändert sich nachteilig temperaturabhängig beispielsweise bei Bauteilen, die aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sind, verbunden mit einer unterschiedlichen Wirkungsweise. Um diesen Nachteil zu minimieren ist ein hoher Fertigungsaufwand erforderlich, um diese Bauteile mit eng tolerierten Maßen zu fertigen, zur Erzielung eines definierten Leckspaltes, der über einen weiten Temperaturbereich ein möglichst gleiches Dämpfungsverhalten des Spannelementes gewährleistet.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Nachteile der bekannten hydraulischen Spannelemente berücksichtigend, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Spannelement zu schaffen mit einer temperaturunabhängigen Funktion eines bauraumoptimiert gestalteten einen großen Hub aufweisenden Spannelementes. Weiterhin soll das Spannelement eine kostengünstige Fertigung ermöglichen, versehen mit einer geschützten, wirksamen Kolbenstangenabdichtung sowie einem Aufbau, der keine bauraumbedingte, beschränkte Auslegung des Federmittels erfordert.

Erfindungsgemäß wird diese Problemstellung durch ein hydraulisches Spannelement gelöst, bei dem der Kolben als ein Hohlkörper ausgebildet ist, wobei der im Kolben integrierte Hohlraum als Vorratsraum für das Hydraulikfluid bestimmt ist. Der Druckraum des Spannelementes ist dabei von dem Vorratsraum über eine stirnseitig in dem Kolben eingesetzte Ventilbaugruppe getrennt. Diese Kolbengestaltung gewährleistet ein bauraumoptimiertes Spannelement, da für den Vorratsraum außerhalb des Zylinders und des Kolbens kein zusätzlicher Bauraum benötigt wird. Über die dem Kolben zugeordnete Ventilbaugruppe erfolgt bei einer Stellbewegung des Kolbens ein Volumenaustausch des Druckfluids zwischen dem Druckraum und dem Vorratsraum. Bei einer Stellbewegung des Kolbens in Richtung des Druckraums strömt Hydraulikfluid über die Ventilgruppe von dem Druckraum in den Vorratsraum des Kolbens. Eine Umkehrung der Stellbewegung des Kolbens führt zu einer entgegengesetzten Strömungsrichtung des Hydraulikfluids von dem Vorratsraum in den Druckraum.

Die erfindungsgemäße Gestaltung des Kolbens mit integriertem Vorratsraum bewirkt bei einem Zusammendrücken des Spannelementes, d. h. einer Stellbewegung des Kolbens in Richtung des Druckraums, einen Druckanstieg in dem Vorratsraum, da dieser topfförmig gestaltet einen geschlossenen Raum bildet. Der erhöhte Druck in dem Vorratsraum unterstützt bei einer entgegengesetzten Stellbewegung des Kolbens die Nachsaugfunktion und verbessert damit die Reaktionsfähigkeit, eine gewünschte schnelle selbsttätige Nachstellung des hydraulischen Spannelementes, beispielsweise bei einer kurzzeitigen Entlastung des Zugmittels.

Im Vergleich zu bisherigen hydraulischen Spannelementen erfordert das erfindungsgemäße Konzept keine definierte engtolerierte maßliche Abstimmung zwischen dem Kolben und dem Zylinder, um den Leckspalt zu definieren, über den ein Druckmittelausgleich erfolgt. Dieser nachteilig eine temperaturabhängige Dämpfung aufweisende Leckspalt bisheriger hydraulischer Spannelemente, beeinflusst die Funktion, insbesondere das Dämpfungsverhalten, was sich außerdem auf das Geräuschniveau des Zugmitteltriebs auswirkt. Durch den Wegfall des Leckspaltes bei dem erfindungsgemäßen Konzept stellt sich ein Kostenvorteil bei der Fertigung des Spannelementes ein.

Der als Hohlkörper gestaltete Kolben, in dem gleichzeitig die Ventilbaugruppe integriert ist, ermöglicht ein bauraumoptimiertes Spannelement sowohl in radialer als auch in axialer Richtung. Durch den im Bauraum des Kolbens integrierten Vorratsraum für das Hydraulikfluid wird dazu kein weiterer Bauraum benötigt, wodurch sich insbesondere in radialer Richtung ein reduzierter Bauraum einstellt.

Die dem Kolben zugeordnete Ventilbaugruppe bewirkt im Vergleich zu bisherigen Lösungen eine wünschenswert verkürzte axiale Länge des Druckraums, was sich vorteilhaft auf die gesamte Länge des Spannelementes auswirkt. Andererseits ermöglicht das erfindungsgemäße Konzept einen größeren Hub bei relativ kleiner Ausgangslänge des Spannelementes. Damit vergrößert sich vorteilhaft ein Verhältnis zwischen der axialen Länge und dem maximalen Hub des Spannelementes.

Zur Abdichtung des Kolbens innerhalb des Zylinders sieht die Erfindung eine separate Abdichtung vor, so dass ohne Rücksicht auf einen Leckspalt ein für die Funktion, d. h. für die Dämpfung optimal ausgelegte Abdichtung des Kolbens innerhalb des Zylinders erfolgen kann. Die Abdichtung erfolgt dabei einerseits unter Berücksichtigung eines wünschenswert geringen Verlustes an Hydraulikfluid und andererseits im Hinblick auf eine geringe Reibung.

Ein weiterer vorteilhafter Einfluss stellt sich auf die Gestaltung bzw. Dimensionierung des Federmittels ein, da dieses im Unterschied zu bekannten Spannelementen nicht innerhalb des für das Hydraulikfluid bestimmten Vorratsraums eingesetzt ist, sondern davon getrennt angeordnet ist. Das bevorzugt außenliegend den Zylinder sowie den Kolben umschließende Federmittel kann dabei beispielsweise im Hinblick auf große Federkräfte oder zur Erzielung einer flachen Federkennlinie bzw. Federkonstante ausgelegt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 20.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, eine Drosselöffnung der Ventilbaugruppe zuzuordnen, über die ein Ausgleich des Hydraulikfluids bei einer Stellbewegung des Kolbens erfolgen kann. Der Querschnitt der Drosselöffnung beeinflusst dabei unmittelbar das Dämpfungsverhalten des hydraulischen Spannelementes. Vorteilhaft kann damit eine gezielte, temperaturunab hängige Dämpfungscharakteristik des hydraulischen Spannelementes erreicht werden.

Das Volumen des in dem Kolben integrierten, für das Hydraulikfluid bestimmten Vorratsraums übertrifft das Volumen des Druckraums. Dieses Auslegungskriterium ermöglicht eine für die Funktion des Spannelementes vorteilhafte, ausschließlich von der Ventilbaugruppe bzw. einer zugehörigen Drosselöffnung beeinflussten Stellbewegung des Kolbens und der damit verbundenen Dämpfungscharakteristik.

Gemäß der Erfindung kann die Drosselöffnung bzw. eine die Drosselöffnung zugeordnete Komponente innerhalb der Ventilbaugruppe so ausgelegt werden, dass sich Volumenstrom des Hydraulikfluids von der Durchflussrichtung abhängig verändert. Für die Zusammendrückfunktion des Spannelementes ist dabei bevorzugt ein kleinerer Volumenstrom vorgesehen im Vergleich zu der Nachsaugfunktion, um so einen positiven Einfluss auf die Dämpfung des Spannelementes zu erzielen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Ventilbaugruppe zusätzlich zu der Drosselöffnung mit einem Überdruckventil zu versehen. Das beispielsweise als ein federbelastetes Plattenventil oder Kugelventil ausgeführte als ein Einwegventil ausgelegte Überdruckventil vergrößert bei einer auftretenden Druckspitze kurzfristig den Durchströmquerschnitt. Dieser Bypass öffnet sich beispielsweise bei der Zusammendrückfunktion des Spannelementes aufgrund einer extremen Krafteinleitung, durch den Hydraulikfluid von der Druckkammer in den Vorratsraum beschleunigt entweichen kann.

Zur Abdichtung des Kolbens gegenüber dem Zylinder weist der Kolben zumindest eine separate Abdichtung oder Dichtung auf, die im eingebauten Zustand kraftschlüssig, d. h. unter Vorspannung an der Innenwandung des Zylinders anliegt und damit wirksam einen sich zwischen dem Kolben und dem Zylinder bildenden Ringspalt abdichtet. Der Kolben weist dazu bevorzugt endseitig einen radial aufgeweiteten, Ringnuten bildenden Führungsabschnitt auf, der un ter Einhaltung eines definierten Ringspaltes bis an die Innenwandung des Zylinders geführt ist. Der Führungsabschnitt ist mit umlaufenden Ringnuten versehen, entsprechend der Anzahl der eingesetzten, vorzugsweise als Dichtringe gestalteten Dichtungen, wie beispielsweise für Kolbenstangen geeignete Quadringe, oder O-Ringe, welche im eingebauten Zustand die Ringnut zumindest teilweise ausfüllend, mit speziellen Dicht- oder Abstreifkanten an der Innenwandung des Zylinders dichtend anliegen.

Das hydraulische Spannelement gemäß der Erfindung weist bevorzugt ein Maschinenteil auf, das einstückig mit dem Kolben verbunden ist. Alternativ dazu bietet es sich an, den Kolben als separat gestaltetes Bauteil in dem Maschinenteil lagepositioniert einzusetzen. Diese Bauform wird bevorzugt für Bauteile eingesetzt, bei denen das Maschinenteil und der Kolben aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sind.

Das Gehäuse des hydraulischen Spannelementes ist vorzugsweise mit einem separaten, topfartig gestalteten Zylinder kombiniert, wobei der Zylinder in eine mit der Bauform des Zylinders übereinstimmenden Aufnahme des Gehäuseteils starr dreh- bzw. lagepositioniert ist. Die Erfindung schließt weiterhin ein Gehäuseteil ein, das ein einstückig mit dem Gehäuseteil verbundenen Zylinder einschließt. Bei einer zweiteiligen Ausführung bietet es sich an, einem dem jeweiligen Bauteil entsprechenden und für die Herstellung optimalen Werkstoff auszuwählen.

Für das Gehäuseteil und das Maschinenteil wird bevorzugt ein Kunststoff ausgewählt, z. B. ein glasfaserverstärkter Kunststoff. Dagegen ist der Kolben und der Zylinder aus Stahl bzw. einem Stahlblech hergestellt, wobei diese Bauteile bevorzugt als ein Tiefziehteil gestaltet sind, zur Erzielung einer kostengünstigen Herstellung in hohen Losgrößen.

Bevorzugt ist das hydraulische Spannelement gemäß der Erfindung mit einer Verliersicherung zwischen dem Maschinenteil und dem Gehäuseteil versehen. Diese Maßnahme gewährleistet bei nicht eingebautem Zustand des hydrauli schen Spannelementes, das die Einzelteile, insbesondere das Maschinenteil und das Gehäuseteil zusammengefügt bleiben, trotz der Spreizkraft des zwischen beiden Bauteilen eingesetzten Federmittels. Als Sicherung bietet es sich an, einen radial vorgespannten Sicherungsring, beispielsweise einen Wellensicherungsring zu verwenden, welcher bevorzugt innenseitig des Zylinders in einer Nut oder an Haltenoppen fixiert ist und der mit dem Führungsansatz des Kolbens zusammenwirkt. Im nicht eingebauten Zustand stützt sich der Führungsansatz kraftschlüssig an dem Sicherungsring ab.

Vorteilhaft umfasst das hydraulische Spannelement gemäß der Erfindung weiterhin eine Verriegelung, mit der das Spannelement im nicht eingebauten Zustand zusammengedrückt positioniert ist. Als Verriegelung eignet sich dazu eine partiell oder umlaufend an dem Zylinder angeordnete Verlängerung, die in einem zusammengedrückten Zustand des Spannelementes in eine Öffnung des Maschinenteils eingreift. Ein in eine Bohrung des Maschinenteils sowie in einer korrespondierenden Bohrung der Verlängerung eingesetzter Stift, positioniert und fixiert dabei das Gehäuseteil gegenüber dem Maschinenteil.

Als Federmittel für das hydraulische Spannelement eignet sich bevorzugt eine als Schraubenfeder ausgebildete Druckfeder, die sowohl den Kolben als auch den Zylinder außenseitig umschließt. Aufgrund der Verlagerung des Vorratsraums für das Hydraulikfluid in den Kolben bildet die Mantelfläche der Druckfeder gleichzeitig die Außenkontur des Spannelementes. Die erfindungsgemäße Bauform des Spannelementes stellt damit keine Begrenzung des Bauraums für das Federmittel dar, wodurch dieses optimal sowohl im Hinblick auf die Länge als auch auf den Durchmesser ausgelegt werden kann.

Gemäß der Erfindung weist der Zylinder endseitig eine Vordichtung auf, die unter Einhaltung eines Ringspaltes oder mit einer geringen Anpresskraft der Außenkontur des Kolbens zugeordnet ist. Diese Vordichtung verhindert den Eintrag von Verunreinigungen in den Ringspalt, welcher sich zwischen dem Kolben und der Innenwandung des Zylinders bis zu dem Führungsabschnitt des Kolbens einstellt. Bevorzugt eignet sich dazu eine Lippendichtung, die einerseits einen wirksamen Eintritt von Verunreinigungen verhindert und andererseits keine die Funktion des Spannelements verhindernde nachteilige Reibung verursacht. Alternativ zu einer Lippendichtung eignet sich eine Rollenmembran, die beispielsweise zwischen dem Ende des Zylinders und dem Gehäuseteil im Bereich der Federauflage eingesetzt ist.

Die Befestigung des hydraulischen Spannelementes erfolgt vorzugsweise über eine Schraubverbindung. Dazu ist das Maschinenteil wie auch das Gehäuseteil mit sogenannten Anlenkaugen versehen, beispielsweise Metallbuchsen die innerhalb des aus Kunststoff hergestellten Maschinenteils bzw. Gehäuseteils integriert sind. Die Anlenkaugen sind jeweils zur Aufnahme einer Verschraubung vorgesehen, mit denen das hydraulische Spannelement lösbar befestigt ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind die Zeichnungen vorgesehen, die Ausführungsbeispiele in insgesamt vier Figuren darstellen. Es zeigen:
1 in einem Längsschnitt ein erfindungsgemäßes hydraulisches Spannelement, bei dem der Kolben einstückig mit dem Maschinenteil verbunden ist;
2 das Spannelement gemäß 1, versehen mit einer Verriegelung in einem zusammengepressten Zustand des Spannelementes;
3 ein alternativ zu 1 ausgebildetes Spannelement, bei dem der Kolben als separates Bauteil dem Maschinenteil zugeordnet ist;
4 ein Spannelement, bei dem eine Ventilbaugruppe mit einem Überdruckventil kombiniert ist sowie einen Zylinder umfasst, der einstückig mit dem Gehäuseteil verbunden ist;
5 ein bekanntes hydraulisches Spannelement im eingebauten Zustand.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Zur generellen Erläuterung eines hydraulischen Spannelementes im eingebauten Zustand wird zunächst die 5 beschrieben, die ein bekanntes Spannsystem zeigt. Das hydraulische Spannelement 1 ist über ein erstes Gelenklager 2a ortsfest an einem Halteelement 3 befestigt, das beispielsweise an einer in 5 nicht dargestellten Brennkraftmaschine positioniert ist. Ein weiteres Gelenklager 2b des hydraulischen Spannelementes ist an einem Schwenkhebel 4 befestigt, welcher um eine Drehachse 5 des Halteelementes 3 schwenkbar ist. An dem Schwenkhebel 4 ist weiterhin eine Spannrolle 6 drehbar gelagert, die kraftschlüssig an einem Zugmittel 7 abgestützt, welches einem in 5 nicht weiter abgebildeten Zugmitteltrieb zugeordnet ist. Das hydraulische Spannelement 1 umfasst ein dem Gelenklager 2a zugeordnetes Gehäuseteil 8 sowie ein Maschinenteil 9, das mit dem Gelenklager 2b in Verbindung steht. Ein in dem hydraulischen Spannelement 1 integriertes, zwischen dem Gehäuseteil 8 und dem Maschinenteil 9 abgestütztes Federmittel bewirkt eine in Pfeilrichtung wirkende Spreizkraft, eine Kraftkomponente, die den Schwenkhebel 8 im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt, wodurch sich die Spannrolle 6 kraftschlüssig an dem Zugmittel 7 abstützt.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Spannelementes erläuternd, zeigt die 1 das hydraulische Spannelement 10a in einem Längsschnitt. Das aus Kunststoff hergestellte Gehäuseteil 18a bildet eine Aufnahme 11, in der ein topfartig gestalteter, vorzugsweise durch ein Tiefziehverfahren hergestellter Zylinder 12a eingepasst und lagefixiert ist. Der Zylinder 12a dient zur Aufnahme eines einstückig mit dem Maschinenteil 19a verbundenen, aus Kunststoff hergestellter Kolben 13a, der am freien Ende einen radial aufgeweiteten Führungsabschnitt 14 bildet. Unter Einhaltung eines Ringspaltes 15 ist der Führungsabschnitt 14 bis an eine Innenwandung 16 des Zylinders 12a geführt. Der Führungsabschnitt 14 weist zwei axial versetzte Ringnuten 17a, 17b auf, die zur Aufnahme von Dichtungen 20a, 20b bestimmt sind. Die beispielsweise als Quadring, Vierlippendichtring oder als O-Ring gestalteten Dichtungen 20a, 20b bilden eine wirksame Abdichtung des Kolbens 13a gegenüber dem Zylinder 12a. Der Zylinder 12a in Verbindung mit dem Kolben 13a begrenzt einen mit einem Hydraulikfluid gefüllten Druckraum 21.
Eine stirnseitig dem Kolben 13a zugeordnete Ventilbaugruppe 22 trennt den Druckraum 21 von einem für das Hydraulikfluid bestimmten Vorratsraum 23, der in dem als Hohlkörper ausgebildeten Kolben 13a integriert ist. Ein synchron zu einer Stellbewegung des Maschinenteils 19a gegenüber dem Gehäuseteil 18a erforderlicher Volumenaustausch des Hydraulikfluids zwischen dem Druckraum 21 und dem Vorratsraum 23 erfolgt über eine Drosselöffnung 24 der Ventilbaugruppe 22.
Bei einer Stellbewegung des Maschinenteils 19a und des damit in Verbindung stehenden Kolbens 13a in Pfeilrichtung, die der Kraftrichtung des als Schraubenfeder ausgebildeten Federmittels 25 entspricht, öffnet ein der Ventilbaugruppe 22 zugeordnetes Plattenventil. Dadurch kann das Hydraulikfluid von dem Vorratsraum 23 über eine Bypassbohrung zu der Drosselöffnung 24 oder einer Drosselbohrung in den Druckraum 21 strömen. Eine Umkehrung der Stellbewegung des Kolbens 13a bewirkt eine Rückströmung des Hydraulikfluids in den Vorratsraum 23 über die Drosselöffnung 24. Die Ventilbaugruppe 22 kann zusätzlich so ausgelegt sein, dass abhängig von der Strömungsrichtung des Hydraulikfiuids sich der Volumenstrom unterscheidet. Beispielsweise nimmt die Strömungsrichtung Einfluss auf den Querschnitt der Drosselöffnung 24.
Nach erfolgtem Zusammenbau des hydraulischen Spannelementes 10a, d. h. vor der Endmontage, wird mittels einer Verliersicherung 26 eine Spreizkraft des Federmittels 25 begrenzt, die zwischen dem Gehäuseteil 18a und dem Maschinenteil 19a eingesetzt ist. Als Verliersicherung 26 dient ein formschlüssig in eine Ringnut oder partiell in Ausnehmungen des Zylinders 12a fixierter Sicherungsring 27. Der innenseitig radial vorstehende Sicherungsring 27 begrenzt eine Stellbewegung des Kolbens 13a, in dem der Sicherungsring 27 mit dem Führungsabschnitt 14 des Kolbens 13a zusammenwirkt.
Weiterhin ist eine Vordichtung 28 zwischen dem Zylinder 12a und dem Kolben 13a vorgesehen, die als Lippendichtung ausgebildet ist. Die Vordichtung 28 ist bevorzugt endseitig des Zylinders 12a fixiert und unter Einhaltung eines geringen Ringspaltes bis an die Außenkontur des Kolbens 13a geführt oder mit einer geringen Vorspannung an dem Kolben 13a abgestützt. Für die Funktion des hydraulischen Spannelementes 10a ist eine weitestgehend vertikale, eine bevorzugt der 1 entsprechende Einbaulage erforderlich. Dabei bewirkt die Vordichtung 28 einen wirksamen Schutz gegenüber Verunreinigungen, des von dem Zylinder 12a und dem Kolben 3a radial begrenzten Spaltmaßes 29. Das Federmittel 25, ausgebildet als Schraubenfeder umschließt außenseitig den Zylinder 12a und den Kolben 13a und bildet folglich die Außenkontur des hydraulischen Spannelementes 10a zwischen dem Gehäuseteil 18a und dem Maschinenteil 19a. Übereinstimmend ist beiden Bauteilen, dem Gehäuseteil 18a und dem Maschinenteil 19a ein Anlenkauge 30a, 30b zugeordnet, die beispielsweise als Einlegeteil in die als Kunststoff-Spritzgussteil gestalteten Bauteile integriert sind.
In den weiteren Ausführungsbeispielen (2 bis 4) eines erfindungsgemäßen hydraulischen Spannelementes sind die mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmenden Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen, so dass bezüglich deren Beschreibung auf die Ausführung zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen werden kann.
Die 2 zeigt das Spannelement 10a mit einer Verriegelung 31. Diese dient dazu, das Gehäuseteil 18a sowie das Maschinenteil 19a in einer zusammengedrückten Stellung zu positionieren. Der Zylinder 12a weist dazu partiell einen Vorsprung 32 auf, der in eine Ausnehmung 33 des Maschinenteils 19a eingreift. Ein in eine Bohrung 35 des Maschinenteils 19a sowie einer korrespondierenden Bohrung 36 des Vorsprungs 32 eingesetzter Stift 34 fixiert die Bauteile Gehäuseteil 18a sowie das Maschinenteil 19a.
Das in 3 abgebildete Spannelement 10b zeigt im Unterschied zu dem Spannelement 10a in den 1 und 2 ein Maschinenteil 19b, bei dem der Kolben 13b ein separates Bauteil darstellt. Der Kolben 13b wird durch ein topfartig geformtes Bauteil gebildet, das in eine Aufnahme 37 des Maschinenteils 19b eingepasst und dort lagefixiert ist. Das Maschinenteil 19b und der Kolben 13b können zur Erzielung einer kostengünstigen, optimalen Fertigung aus einem übereinstimmenden Werkstoff oder aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sein. Bevorzugt ist der Zylinder 12a aus Stahl bzw. einem Blechwerkstoff hergestellt, da dieser Werkstoff eine gewünschte verbesserte Wärmeabfuhr sicherstellt.
Die 4 zeigt das Spannelement 10c, bei dem sowohl das Gehäuseteil 18c als auch das Maschinenteil 19a einteilig mit dem Zylinder 12c bzw. dem Kolben 13a verbunden sind. Gemäß der Darstellung in 4 sind diese einstückig verbundenen Bauteile aus einem Kunststoff hergestellt. Die Ventilbaugruppe 22 integriert in dem Kolben 13c ist zusätzlich mit einem Überdruckventil 38 versehen. Die Einbaulage und die Funktion des Überdruckventils 38 ermöglicht bei einem das Spannelement 10c beaufschlagenden Spitzendruck, der den Kolben 13a in Pfeilrichtung belastet, einen schnelleren Volumenaustausch des Hydraulikfluids zwischen dem Druckraum 21 und dem Vorratsraum 23. Das als Einwegventil gestaltete Überdruckventil 38, das auch als Sicherheitsventil zu bezeichnen ist, umfasst eine federbelastete Kugel, die einen Strömungsquerschnitt bis zum Erreichen eines definierten Gegendrucks abdichtet, bevor sich ein weiterer Strömungsquerschnitt öffnet.

1: Spannelement
2a: Gelenklager
2b: Gelenklager
3: Halteelement
4: Schwenkhebel
5: Drehachse
6: Spannrolle
7: Zugmittel
8: Gehäuseteil
9: Maschinenteil
10a: Spannelement
10b: Spannelement
10c: Spannelement
11: Aufnahme
12a: Zylinder
12c: Zylinder
13a: Kolben
13b: Kolben
14: Führungsabschnitt
15: Ringspalt
16: Innenwandung
17a: Ringnut
17b: Ringnut
18a: Gehäuseteil
18c: Gehäuseteil
19a: Maschinenteil
19b: Maschinenteil
20a: Dichtung
20b: Dichtung
21: Druckraum
22: Ventilbaugruppe
23: Vorratsraum
24: Drosselöffnung
25: Federmittel
26: Verliersicherung
27: Sicherungsring
28: Vordichtung
29: Spaltmaß
30a: Anlenkauge
30b: Anlenkauge
31: Verriegelung
32: Vorsprung
33: Ausnehmung
34: Stift
35: Bohrung
36: Bohrung
37: Aufnahme
38: Überdruckventil

Claims

Hydraulisches Spannelement, bestimmt zum Spannen eines Zugmittels (7) wie Riemen oder Ketten eines insbesondere für eine Brennkraftmaschine bestimmten Zugmitteltriebs, wobei das Spannelement (1; 10a bis 10c) ein ortsfest angeordnetes, einen Zylinder (12a, 12c) bildendes Gehäuseteil (8; 18a; 18c) sowie ein weiteres mittelbar oder unmittelbar mit einer Spannrolle (6) verbundenes Maschinenteil (9; 19a, 19b) umfasst, zwischen denen ein Federmittel (25) eingesetzt ist, wobei der Zylinder (12a, 12c) zur Aufnahme und Führung eines mit dem Maschinenteil (9; 19a bis 19c) verbundenen, axial verschiebbaren Kolbens (13a, 13b) bestimmt ist, der stirnseitig einen mit einem Hydraulikfluid gefüllten Druckraum (21) begrenzt und abhängig von einer Stellbewegung des Kolbens (13a, 13b) ein Austausch des Hydraulikfluids von dem Druckraum (21) in einen Vorratsraum (23) oder in umgekehrter Richtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der als Hohlkörper ausgebildete Kolben (13a, 13b) gleichzeitig den Vorratsraum (23) bildet, wobei der Druckraum (21) von dem Vorratsraum (23) durch eine stirnseitig in dem Kolben (13a, 13b) eingesetzte Ventilbaugruppe (22) getrennt ist und eine separate Abdichtung zwischen dem Kolben (13a, 13b) und dem Zylinder (12a, 12c) vorgesehen ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, dass ein Ausgleich des Hydraulikfluids zwischen dem Druckraum (21) und dem Vorratsraum (23) über eine in der Ventilbaugruppe (22) integrierte Drosselöffnung (24) erfolgt.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 2, wobei ein Durchflusswiderstand oder ein Durchflussvolumen des Hydraulikfluids durch die Drosselöffnung (24) von einer Strömungsrichtung abhängig ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, wobei das Volumen des Vorratsraums (23) das Volumen des Druckraums (21) übertrifft.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, bei dem die Ventilbaugruppe (22) ergänzend zu der Drosselöffnung (24) ein Überdruckventil (38) einschließt.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, wobei zur Abdichtung des Kolbens (13a, 13b) gegenüber dem Zylinder (12a, 12c) zumindest eine dem Kolben (13a, 13b) zugeordnete Dichtung (20a, 20b) vorgesehen ist, die sich in einem Einbauzustand an einer Innenwandung des Zylinders (12a, 12c) abstützt.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 6, dessen Kolben (13a, 13b) endseitig einen radial aufgeweiteten, zumindest eine Ringnut (17a, 17b) aufweisenden Führungsabschnitt (14) bildet, wobei die Ringnut (17a, 17b) zur Aufnahme der Dichtung (20a, 20b) bestimmt ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, wobei der Kolben (13a) einstückig mit dem Maschinenteil (19a) verbunden ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, bei dem in das Maschinenteil (19b) ein als separates Bauteil gestalteter Kolben (13b) eingesetzt und lagepositioniert ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 9, dessen Maschinenteil (19b) und der Kolben (13b) aus einem übereinstimmenden Werkstoff oder aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sind.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, versehen mit einem Zylinder (12a), der als ein separates, topfartig gestaltetes Bauteil in eine korrespondierende Aufnahme (11) des Gehäuseteils (18a) eingesetzt und positioniert ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, wobei das Gehäuseteil (18c) einstückig mit dem Zylinder (12c) verbunden ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 12, bei dem der Zylinder (12c) und das Gehäuseteil (18c) aus einem übereinstimmenden Werkstoff oder aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, bei dem die Bauteile, das Gehäuseteil (18a, 18c) und das Maschinenteil (19a, 19b) aus Kunststoff und der Zylinder (12a) sowie der Kolben (13b) aus Stahl hergestellt sind, wobei der Zylinder (12a) und der Kolben (13b) vorzugsweise als ein Tiefziehteil gestaltet sind.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, das eine Verliersicherung (26) zwischen dem Gehäuseteil (18a) und dem Maschinenteil (19a) einschließt, wobei ein innenseitig des Zylinders (12a) eingesetzter Sicherungsrings (27) in einer Endlage mit dem Führungsabschnitt (14) des Kolbens (13a) zusammenwirkt.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, versehen mit einer eine Verriegelung (31) bildenden Montagesicherung, mit der das Gehäuseteil (18a) und das Maschinenteil (19a) in einer zusammengedrückten Stellung positioniert sind.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 16, wobei zur Bildung der Verriegelung (31) der Zylinder (12a) partiell oder umlaufend verlängert, einen Vorsprung (32) aufweist, der in einer Endlage in eine Ausnehmung (33) des Maschinenteils (19a) eingreift und durch einen Stift (34) gehalten ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, bei dem das Federmittel (25), insbesondere eine als Schraubenfeder ausgebildete Druckfeder, sowohl den Kolben (13a, 13b) als auch den Zylinder (12a, 12c) außenseitig umschließt, und dabei eine Mantelfläche des Federmittels (25) gleichzeitig eine Außenkontur des Spannelementes (10a bis 10c) bildet.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, wobei eine endseitig des Zylinders (12a) befestigte Vordichtung (28) unter Einhaltung eines Ringspaltes oder mit einer geringen Anpresskraft mit dem Kolben (13a) zusammenwirkt.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, das zur Befestigung Anlenkaugen (30a, 30b) einschließt, die jeweils in dem Gehäuseteil (18a, 18c) und dem Maschinenteil (19a, 19c) integriert sind.