DE102004053207A1

DE102004053207A1 - Hydraulisches Spannelement

Info

Publication number: DE102004053207A1
Application number: DE200410053207
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. Petri (FH); Horst Dipl.-Ing. Adel (FH)
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2006-05-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Spannelement (21) für einen Zugmitteltrieb, das zueinander längsverschiebbare Bauteile, ein Unterteil (2) sowie ein Oberteil (4) umfasst. Dabei ist ein mit dem Oberteil (4) verbundener Kolben (5) in einem Zylinder (3) des Unterteils verschiebbar geführt. Der Kolben (5) in Verbindung mit dem Zylinder (3) begrenzen einen mit Hydraulikfluid gefüllten Druckraum (7). Bei einer Stellbewegung des Kolbens (5) erfolgt ein Austausch des Hydraulikfluids zwischen dem Druckraum (7) sowie einem den Zylinder außenseitig umschließenden Vorratsraum (29). Der kreisringförmig gestaltete Vorratsraum (29) wird außenseitig von einem Balg (22) begrenzt, der endseitig dichtend an dem Unterteil (2) sowie dem Oberteil (4) befestigt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Spannelement, mit dem ein Zugmittel, wie ein Riemen oder eine Kette eines Zugmitteltriebs vorgespannt werden kann. Das Spannelement schließt ein Unterteil mit integriertem Zylinder ein sowie ein Oberteil, dem ein Kolben zugeordnet ist. Im Betriebszustand des hydraulischen Spannelementes ist der Kolben verschiebbar in dem Zylinder geführt, wobei ein zwischen dem Unterteil und dem Oberteil eingesetztes Federmittel eine Spreizkraft auf beide Gehäuseteile ausübt. Der Kolben in Verbindung mit dem Zylinder begrenzen einen mit einem Hydraulikfluid gefüllten Druckraum. Zur Bildung eines kreisringförmig gestalteten Vorratsraums für das Hydraulikfluid umfasst das Spannelement eine radial zu dem Zylinder beabstandete, mit dem Unterteil und dem Oberteil verbundene Ummantelung. Die einen elastischen Wandabschnitt einschließende Ummantelung kann dabei einer Stellbewegung des Kolbens und dem damit verbundenen Gehäuseteil des Spannelementes folgen. Abhängig von einer Stellbewegung des Kolbens erfolgt ein Austausch des Hydraulikfluids von dem Druckraum in den Vorratsraum oder in umgekehrter Richtung. Der Hydraulikfluidaustausch von dem Druckraum in den Vorratsraum erfolgt zur Erzielung einer Dämpfung in einem größeren Zeitabschnitt im Vergleich zu dem umgekehrten Volumenausgleich.

Hintergrund der Erfindung

Ein Spannelement der zuvor genannten Gattung zeigt das Patent US 4,790,801 . Dieses bekannte Spannelement weist zur Bildung des Vorratsraums ein verschiedene Einzelteile umfassendes Gehäuse auf. Das Unterteil ist verbunden mit einem topfartig geformten, radial gestuft ausgebildeten Gehäuse, in das bereichsweise eine mit dem Oberteil verbundene zylindrische Blechhülse radial beabstandet eingreift. Zur Abdichtung eines sich einstellenden Ringspaltes zwischen der Blechhülse und dem topfartig ausgebildeten Gehäuse ist ein aus einem Elastomer hergestellter Dichtungsbalg eingesetzt. Aufgrund der verschiebbaren Bauteile, Blechhülse und topfartiges Gehäuse stellt sich ein relativ großer radialer Bauraum des Spannelementes ein. Der zur Abdichtung eingesetzte elastische Dichtungsbalg ist nachteilig verletzungsanfällig. Ein undichter Dichtungsbalg verursacht einen Verlust von Hydraulikfluid, der zu einer Funktionsstörung des Spannelementes und zu einer Beeinträchtigung des Zugmitteltriebs führen kann.

Die DE 693 20 392 T2 offenbart ein hydraulisches Spannelement, bei dem das Federmittel, eine Schraubenfeder unmittelbar von einem Elastomermaterial ummantelt ist. Die den Kolben sowie den Zylinder mit einem radialen Abstand umschließende Schraubenfeder begrenzt damit außenseitig den Vorratsraum für das Hydraulikfluid. Ein hydraulisches Spannelement mit einem derartig ausgebildeten Vorratsraum ist ebenfalls verletzungsanfällig. Aufgrund der hochfrequenten Anregung des Spannsystems ist die Ummantelung nicht ausreichend standfest und führt folglich zu einem vorzeitigen Ausfall des Spannsystems. Außerdem besteht latent die Gefahr eines Ölverlustes durch eine Permeabilität des Elastomers.

Zusammenfassung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde ein hydraulisches Spannelement zu schaffen, das zur Erzielung einer hohen Lebensdauer eine optimale Dichtqualität des Vorratsraums aufweist. Ein weiteres Erfordernis besteht darin den Bauteileumfang sowie den erforderlichen Einbauraum des Spannelementes zu verringern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabenstellung durch ein hydraulisches Spannelement gelöst, bei dem als Ummantelung ein vakuumdichter, federelastischer und in axialer Richtung ringgewellter Balg vorgesehen ist. Der schlauchförmig gestaltete, jeweils endseitig an dem Unterteil bzw. dem Oberteil dichtend befestigte Balg verbessert die Dichtungsqualität, da dieser gegen äußere Einflüsse widerstandsfähig ist. Dadurch ist ein absolut dichter Vorratsraum für das Hydraulikfluid erzielbar. Der erfindungsgemäß in axialer Richtung ringgewellte Balg kompensiert bzw. ermöglicht dauerhaft eine Längenänderung, d. h. eine Stellbewegung zwischen dem Unterteil und dem Oberteil des hydraulischen Spannelementes. Die Stellbewegung des Spannelementes nimmt dabei vorteilhaft keinen bzw. lediglich einen vernachlässigbar geringfügigen Einfluß auf den radialen Bauraum der Ummantelung.

Der ringgewellte Balg gemäß der Erfindung verringert außerdem den Bauteileumfang, da dieser entsprechend bisheriger Lösungen keinen separaten elastischen Dichtungsbalg bzw. keine separate Rollmembran zwischen den Gehäuseteilen der zweigeteilten Ummantelung erfordert. Vorteilhaft verringert oder unterbindet der erfindungsgemäße Balg Schwallbewegungen des Hydraulikfluids, die sich nachteilig auf die Funktion des hydraulischen Spannelementes auswirken. Aufgrund der ringgewellten Struktur stellt sich eine deutlich vergrößerte Oberfläche des Balgs ein, die vorteilhaft eine verbesserte Wärmeabfuhr des Spannelementes gewährleistet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 13.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Ummantelung des hydraulische Spannelementes gemäß der Erfindung als ein Metallbalg ausgebildet. Damit ist vorteilhaft eine erhöhte Lebensdauer erzielbar.

Weiterhin bietet es sich an, den Balg aus Edelstahl herzustellen. Dieser Werkstoff gewährleistet ohne jegliche zusätzliche Schutzmaßnahme einen dauerhaften Korrosionsschutz.

Alternativ zu einem aus Metall hergestellten Balg, ist die Erfindung außerdem auf einen aus Kunststoff hergestellten Balg übertragbar. Dazu kommt ein hochfester Kunststoff zum Einsatz, wie beispielsweise ein mittels Glasfasern verstärkter Kunststoff oder Karbon bzw. Kevlar.

Der erfindungsgemäße Metallbalg ist vorteilhaft einstückig gestaltet. Eine solche nur ein Bauteil umfassende Ummantelung, die gleichzeitig das Unterteil und das Oberteil des Spannelementes verbindet, kann der Bauteileumfang vorteilhaft verringert werden.

Der federelastische, in axialer Richtung ringgewellte, aus Metall hergestellte Balg bildet gleichzeitig ein Federmittel. Die Federrate von dem Balg kann dabei vorteilhaft bei der Auslegung des zentralen, zwischen dem Unterteil und dem Oberteil des Spannelementes eingesetzten Federmittels berücksichtigt werden. Diese Abstimmung ermöglicht die Anwendung eines kleiner dimensionierten, insbesondere als Druckfeder ausgelegten Federmittels, wodurch sich ein weiterer Kostenvorteil der Erfindung einstellt.

Zur Befestigung des erfindungsgemäßen Balgs ist dieser endseitig jeweils mit Borden versehen, die dichtend mit dem Unterteil bzw. dem Oberteil verbunden sind. Dabei bietet es sich an, den Balg über die Borde formschlüssig und/oder kraftschlüssig zu befestigen. Beispielsweise eignet sich dazu eine Abkantung bzw. eine radial nach innen gerichtete Wulst, die in einer Endlage formschlüs sig, unter Vorspannung in eine dazu vorgesehene korrespondierende Ringnut des Unterteils und/oder des Oberteils verschnappt.

Eine wirksame Abdichtung zwischen dem Balg einerseits und dem Unterteil bzw. dem Oberteil andererseits kann beispielsweise mit einem flüssigen Dichtmittel erreicht werden. Dazu wird eine Kontaktzone zwischen dem Balg und dem Unterteil bzw. Oberteil benetzt und das dauerelastisch oder ausgehärtete Dichtmittel bewirkt eine wirksame Abdichtung.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, eine separate Dichtung, beispielsweise ein Quad-Ring, oder einen Mehrlippen-Dichtring in eine dazu vorgesehene Ringnut des Unterteils bzw. des Oberteils einzusetzen. In der Einbaulage ist die mit Übermaß eingesetzte Dichtung, an der Innenwandung des Balgs im Bereich der Borde kraftschlüssig vorgespannt abgestützt.

Weiterhin schießt die Erfindung eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Balg und dem Untereil bzw. dem Oberteil des Spannelementes ein. Hierzu ist ein Lötverfahren oder Schweißverfahren einsetzbar, mit dem eine dauerhaft dichtende Befestigung eines Metallbalges an den zugehörigen Gehäuseteilen des Spannelementes erzielbar ist. Für einen aus Kunststoff hergestellten Balg eignet sich zu stoffschlüssigen Befestigung insbesondere eine Ultraschallschweißung.

Insbesondere für einen länger dimensionierten Balg bietet es sich an, diesen nicht über die gesamte Länge ringgewellt auszuführen. Gemäß der Erfindung bietet sich dazu ein Balg an, der beispielsweise einen ringgewellten Mittenabschnitt aufweist, an dem sich beidseitig ein glattzylindrischer Abschnitt anschließt, mit dem gleichzeitig der Metallbalg über Borde an dem Unterteil bzw. dem Oberteil zu befestigen ist.

Eine weitere erfindungsgemäße Maßnahme bezieht sich auf eine Führung des Balgs. Bevorzugt ist als Führung ein zylindrischer Rohrabschnitt geeignet, der bereichsweise innenseitig oder außenseitig des Balgs verläuft und eine wirk same Führung sicherstellt. Eine solche Führung bietet sich beispielsweise für einen Balg mit einer relativ geringen Wandstärke an, wodurch ein partielles radiales Ausknicken des ringgewellten Abschnittes von dem Balg unterbunden werden kann.

Zur Befestigung des hydraulischen Spannelementes ist sowohl das Unterteil als auch das Oberteil mit Befestigungsösen versehen. In Verbindung einer Verschraubung kann damit das Spannelement beispielsweise über eine Befestigungsöse an einem Gehäuse der Brennkraftmaschine befestigt werden. Die weitere Befestigungsöse ist mittelbar oder unmittelbar mit einer Spannrolle verbunden, die im Einbauzustand kraftschlüssig an dem Zugmittel abgestützt ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
1 in einer Ansicht ein erfindungsgemäßes hydraulisches Spannelement;
2 die Schnittansicht gemäß dem Verlauf II-II aus 1;
3 die Ansicht eines erfindungsgemäßen hydraulischen Spannelementes, bei dem der Balg außen geführt ist;
4 ein hydraulisches Spannelement bisheriger Bauart.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Gegenstandes wird zunächst auf 4 Bezug genommen, die ein hydraulisches Spannelement 1 in einer Schnittdarstellung im Einbauzustand zeigt. Das hydraulische Spannelement 1 umfasst ein Unterteil 2, dem ein Zylinder 3 zugeordnet ist. Ein Oberteil 4 des Spannelementes 1 ist einstückig mit einem Kolben 5 versehen, welcher längsverschiebbar in dem Zylinder 3 geführt ist. Zwischen dem Oberteil 4 und dem Unterteil 2 ist als ein Federmittel 6 eine Druckfeder eingesetzt, welche eine Spreizwirkung zwischen den Bauteilen ausübt. Der Zylinder 3 in Verbindung mit dem Kolben 5 begrenzen einen Druckraum 7, der mit einem Hydraulikfluid, beispielsweise einem Öl, gefüllt ist.
Bei einer den Druckraum 7 verkleinernden Stellbewegung des Kolbens 5 kann eine Teilmenge des Hydraulikfluids über einen Leckspalt 8, der sich zwischen der Mantelfläche des Kolbens 5 und einer Innenwandung des Zylinders 3 einstellt, in einen Vorratsraum 9 entweichen. Bei einer umgekehrten Stellbewegung des Kolbens 9, der gleichzeitig eine Sogwirkung im Druckraum 7 ausübt, strömt Hydraulikfluid über ein bodenseitig des Zylinders 3 angeordnetes Einwegventil 10 bzw. Rückschlagventil von dem Vorratsraum 9 in den Druckraum 7. Der kreisringförmig ausgebildete Vorratsraum 9 wird außenseitig von einer Ummantelung 11a begrenzt. Dazu ist das Unterteil 2 mit einem topfartig ausgeformten, radial gestuften Gehäuse 12 versehen, welches in dem radial aufgeweiteten, gestuften Bereich mit einer dem Oberteil 4 zugeordneten Hülse 13 zusammenwirkt. Ein sich dabei einstellender Ringspalt 14 zwischen dem Gehäuse 12 und der Hülse 13 wird mittels eines in radialer Richtung gewellten gummielastischen Rollbalgs 15 abgedichtet. Der Rollbalg 15 ist dazu jeweils endseitig kraft- und/oder formschlüssig an der Hülse 13 bzw. dem Gehäuse 12 befestigt.
Das hydraulische Spannelement 1 ist über eine erste Befestigungsöse 16a, beispielsweise an einem in 4 nicht abgebildeten Gehäuse einer Brennkraftmaschine schwenkbar befestigt. Eine weitere dem Oberteil 4 zugeordnete Befestigungsöse 16b ist mit einem um eine Drehachse 18 schwenkbaren Schwenkhebel 17 verbunden. Eine dem Schwenkhebel 17 zugeordnete Spannrolle 19 ist an dem Zugmittel 20 eines Zugmitteltriebs abgestützt.
Die 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Als Ummantelung 11b weist das Spannelement 21 einen in axialer Richtung ringgewellten Balg 22 auf. Dieser bevorzugt aus einem Metall oder aus Edelstahl hergestellte Balg 22, begrenzt außenseitig den in 2 abgebildeten Vorratsraum 29. Zur Erzielung einer wirksamen Abdichtung des Balgs 22 gegenüber dem Unterteil 2 sowie dem Oberteil 3 weist der Balg 22 beidseitig Balgborde 23, 24 auf, die dichtend, beispielsweise mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, wie eine Schweißung oder mittels einer kombinierten kraft- und formschlüssigen Verbindung an einer Scheibe 25, 26 befestigt ist, die jeweils dem Unterteil 2 bzw. dem Oberteil 4 zugeordnet ist. Zwischen den Balgborden 23, 24 ist der Balg 22 in axialer Richtung mit einer Vielzahl von eng beabstandeten ringgewellten Wandungsabschnitten 27a, 27b versehen, die gemeinsam eine hohe Elastizität des Balgs 22 bewirken. Damit kann der Balg im eingebauten Zustand stets einer Stellbewegung des Kolbens 5 bzw. des mit dem Kolben 5 in Verbindung stehenden Oberteils 4 folgen.
Vorzugsweise sind die Scheiben 25, 26 auf zylindrischen Abschnitten des Unterteils 2 bzw. des Oberteils 4 aufgepresst und damit ausreichend abgedichtet, um einen nachteiligen Austritt des Hydraulikfluids aus dem Vorratsraum 29 zu unterbinden. Der einteilig aufgebaute Balg 22 reduziert den erforderlichen Bauteileumfang und gleichzeitig den erforderlichen radialen Einbauraum für das Spannelement, im Vergleich zu bisherigen hydraulischen Spannelementen. Der teilweise mit Hydraulikfluid gefüllte Vorratsraum 29, der außenseitig von dem Balg 22 begrenzt ist, bildet aufgrund der Balgstruktur 28 innenseitig keine glatte Innenfläche, wodurch vorteilhaft Schwallbewegungen des Hydraulikfluids unterbunden werden, die sich nachteilig auf die Funktion des hydraulischen Spannelementes 21 auswirken.
Die 3 zeigt das hydraulische Spannelement 31, welches im Unterschied zu dem Spannelement 21 einen Balg 32 mit einem ringgewellten Mittenbereich 30 umfasst, an dem sich beidseitig ein glattzylindrischer Abschnitt 33a, 33b anschließt. Ein derartig gestalteter Balg 32 ist bevorzugt für Spannelemente mit einer relativ großen Baulänge mit einer vergleichsweise geringen Stellbewegung des Kolbens eingesetzbar. Die zylindrischen Abschnitte 33a, 33b sind dabei unmittelbar, beispielsweise wie in 2 dargestellt, über Scheiben 25, 26 mit dem Unterteil 2 bzw. dem Oberteil 4 dichtend verbunden. Der Balg 32 schließt weiterhin eine an dem Abschnitt 33a befestigte Führung 34 ein, die bereichsweise außenseitig den Balg 32 umschließt. Die Führung 34 hat insbesondere die Aufgabe, ein unkontrolliertes Auslenken des Balgs 32 zu verhindern.

1: Spannelement
2: Unterteil
3: Zylinder
4: Oberteil
5: Kolben
6: Federmittel
7: Druckraum
8: Leckspalt
9: Vorratsraum
10: Einwegventil
11a: Ummantelung
11b: Ummantelung
12: Gehäuse
13: Hülse
14: Ringspalt
15: Rollbalg
16a: Befestigungsöse
16b: Befestigungsöse
17: Schwenkhebel
18: Drehachse
19: Spannrolle
20: Zugmittel
21: Spannelement
22: Balg
23: Balgbord
24: Balgbord
25: Scheibe
26: Scheibe
27a: Wandung
27b: Wandungsabschnitt
28: Balgstruktur
29: Vorratsraum
30: Mittenbereich
31: Spannelement
32: Balg
33a: Abschnitt
33b: Abschnitt
34: Führung

Claims

Hydraulisches Spannelement, bestimmt um ein Zugmittel (20), wie ein Riemen oder eine Kette eines Zugmitteltriebs vorzuspannen, das hydraulische Spannelement (1, 21, 31) umfasst ein Unterteil (2) mit integriertem Zylinder (3) sowie ein Oberteil (4), dem ein Kolben (5) zugeordnet ist, wobei der Kolben (5) in dem Zylinder (3) verschiebbar geführt ist, dabei übt ein zwischen dem Unterteil (2) und dem Oberteil (4) eingesetztes Federmittel (6) eine Spreizkraft aus und der Kolben (5) in Verbindung mit dem Zylinder (3) begrenzen einen mit einem Hydraulikfluid gefüllten Druckraum (7), der mit einem für das Hydraulikfluid bestimmten Vorratsraum (9, 29) mittelbar verbunden ist, der Vorratsraum (9, 29) umfasst eine radial zu dem Zylinder (3) beabstandete, mit dem Unterteil (2) und dem Oberteil (4) verbundene, einen elastischen Wandabschnitt aufweisende Ummantelung (11a, 11b), abhängig von einer Stellbewegung des Kolbens (5) erfolgt ein Austausch des Hydraulikfluids von dem Druckraum (7) in den Vorratsraum (9, 29) oder in umgekehrter Richtung, dadurch gekennzeichnet, dass als Ummantelung (11b) ein vakuumdichter, schlauchförmig gestalteter, jeweils endseitig an dem Unterteil (2) und dem Oberteil (4) dichtend befestigter, federelastischer und in axialer Richtung ringgewellter Balg (22, 32) vorgesehen ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, wobei als Balg (22, 32) ein Metallbalg eingesetzt ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 2, der einen aus Edelstahl hergestellten Metallbalg einschließt.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, mit einem aus einem Kunststoff hergestellten Balg.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, versehen mit einem einteilig aufgebauten Balg (22, 32).
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, bei dem eine Auslegung des Federmittels (6) unter Berücksichtigung einer Federrate bzw. einer Federkonstante des aus Metall hergestellten Balgs (22, 32) erfolgt.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, dessen Balg (22) jeweils endseitig über Balgborde (23, 24) dichtend mittelbar oder unmittelbar mit dem Unterteil (2) und dem Oberteil (4) verbunden ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 7, wobei eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Balg (22) und dem Unterteil (2) sowie dem Oberteil (4) vorgesehen ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 7, bei dem in einer Haltezone zwischen dem Unterteil (2) sowie dem Oberteil (4) und dem Balgbord (23, 24) eine separate Dichtung oder ein Dichtmittel zur Abdichtung eines Dichtspaltes eingesetzt ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 7, das eine stoffschlüssige Verbindung, wie Schweißung bzw. Ultraschallschweißung oder Ultraschallprägung zwischen dem Balg (22, 32) und dem Unterteil (2) sowie dem Oberteil (4) vorgesehen ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, umfassend einen Balg (32) mit einem ringgewellten Mittenbereich (30) an dem sich zumindest einseitig ein glattzylindrischer Abschnitt (33a, 33b) anschließt.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 11, bei dem der Balg (32) zumindest bereichsweise innenseitig oder außenseitig mit einer Führung (34) zusammenwirkt.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, versehen mit zwei Befestigungsösen (16a, 16b) die dem Unterteil (2) bzw. dem Oberteil (4) zugeordnet sind, über die das Spannelement (1, 21, 31) mittels einer Verschraubung befestigt ist.