DE102005051480A1

DE102005051480A1 - Hydraulischer Spanner mit einem Entlüftungsmechanismus

Info

Publication number: DE102005051480A1
Application number: DE102005051480A
Authority: DE
Inventors: Osamu Yoshida; Hiroyuki Miyake
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2005-10-25
Publication date: 2006-05-04
Also published as: GB0520155D0; GB2419652B; US20060094549A1; US7174799B2; CN1769742A; CN100510476C; GB2419652A; JP2006132587A; JP3962052B2

Abstract

In einem hydraulischen Spanner (100) wird eine Entlüftungsventileinheit (150), aufweisend eine Kunstharz-Ventilführung (152), eine Ventilkugel (151), eine Ventilkugel-Vorspannfeder (155) für die Ventilkugel (151), einen Ventilsitz (154) und einen Rückhalter (153), in einen hohlen Kolben (120) eingepresst, wobei sie neben dem herausragenden Ende des Kolbens (120) angeordent sind. Die Ventilkugel (151) und der Ventilsitz (154) der Entlüftungsventileinheit (150) sind so angeordnet, dass sie ein Ausströmen von Öl aus dem Spanner (100) blockieren, wenn das Öl unter Druck steht, aber durch eine Entlüftungsöffnung (122) in dem vorstehenden Ende des Kolbens (120) Luft aus dem Spanner (100) herausströmen lassen, nachdem ein Unterdruck in der Hochdruck-Ölkammer (R) des Spanners (100) aufgetreten ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft hydraulische Spanner zum Auferlegen einer geeigneten Spannung auf endlose, flexible, umlaufende Leistungsübertragungsmittel, z.B. Steuerriemen oder -ketten, die eine Drehung zwischen der Kurbelwelle und einer oder mehreren Nockenwellen eines internen Verbrennungsmotors übertragen. Die Erfindung betrifft insbesondere einen verbesserten Entlüftungsmechanismus zum Ablassen von Luft aus der Hochdruck Ölkammer eines hydraulischen Spanners.

Hydraulische Spanner werden größtenteils eingesetzt, um Spiel und Vibration aufgrund von Änderungen der Spannung der Steuerriemen und Steuerketten zu unterdrücken. Ein typischer hydraulischer Spanner weist auf: einen Kolben, der in einem Spannergehäuse verschiebbar angeordnet ist und über denselben vorsteht. Der Kolben und das Spannergehäuse bilden zusammen eine Hochdruck-Ölkammer, in die über ein Rückschlagventil mit einer Ventilkugel Öl eingespeist wird. Die 9 und 10 zeigen einen herkömmlichen hydraulischen Spanner 500, der eine Entlüftungsvorrichtung aufweist. Im Spanner 500 ist in einer Öffnung des Spannergehäuses 510 ein hohler Kolben 520 verschiebbar angeordnet und steht mit seinem einen Ende über dasselbe vor, wobei der Kolben 520 durch eine Feder in die Ausfahrrichtung vorgespannt ist. Eine Druckentlastungsventileinheit 540 ist in das herausragende Ende des hohlen Kolbens 520 eingebaut. Zu der Druckentlastungsventileinheit 540 gehört eine Entlüftungsscheibe 550, die an einer ihrer Stirnseiten eine spiralförmige Nut 551 aufweist. Die Nutseite der Entlüftungsscheibe 550 grenzt an die Endwand des Kolbeninneren und bildet einen spiralförmigen Kanal, durch den Luft, die in der Hochdruck-Ölkammer mit Öl vermischt wurde, durch eine Öffnung am Kolbenende aus dem Spanner abgelassen werden kann. Der Entlüftungsmechanismus des Spanners der 9 und 10 ist im US-Patent Nr. 6,435,993 beschrieben.

Im Spanner der 9 und 10 ist es sehr schwer, den optimalen Spalt einzustellen, der durch die Endwand des Kolbeninneren und die spiralförmige Nut 551 in der Entlüftungsscheibe 550 gebildet wird. Außerdem kann die Ventilkugel 541 der Druckentlastungsventileinheit 540 ein übermäßiges Ausströmen von Öl aus dem Spanner 500 ermöglichen, wenn der Kolben 520 in das Spannergehäuse 510 geschoben wird, wodurch verhindert wird, dass der erforderliche, hohe Druck im Spannergehäuse 510 aufrecht erhalten wird. Ein weiteres Problem mit dem Spanner 500 der 9 und 10 ist, dass die Druckentlastungsventileinheit 540 und die Entlüftungsscheibe 550 separat gefertigte Teile sind und bei der Montage des Spanners separat gehandhabt werden müssen. Demzufolge ist die Montage des Spanners schwierig und die Fertigungskosten sind hoch.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Probleme zu lösen und einen hydraulischen Spanner zur Verfügung zu stellen, in dem, wenn erforderlich, hoher Druck im Spannergehäuse sicher aufrecht erhalten wird, und bei dem das Ablassen von Luft, die in der Hochdruck-Ölkammer mit Öl vermischt wurde, nur dann geschieht, wenn in der Hochdruck-Ölkammer Unterdruck herrscht. Es ist ebenfalls Ziel der Erfindung, einen Spanner bereitzustellen, der eine hohe Haltbarkeit und Beanspruchbarkeit aufweist und der einfach zu montieren ist.

Der erfindungsgemäße Spanner weist auf: ein Spannergehäuse, das eine Kolbenaufnahmeöffnung mit einem Boden hat, und einen Kolben, der in der Kolbenaufnahmeöffnung verschiebbar angeordnet ist und über sie vorsteht. Der Kolben hat ein vorstehendes Ende zur Auferlegung einer Spannung auf ein endloses, flexibles, umlaufendes Leistungsübertragungsmittel und ist hohl. Er hat eine Öffnung, die dem Boden der Kolbenaufnahmeöffnung gegenüber liegt und eine Endwand, die benachbart des vorstehenden Endes ist. Das Spannergehäuse und der Kolben bilden zusammen eine Hochdruck-Ölkammer, von der ein Teil aus mindestens einem Teil des Kolbeninneren und ein Teil aus einem Teil des Inneren der Kolbenaufnahmeöffnung besteht, der sich nicht im Kolben befindet. Am vorstehenden Ende des Kolbens befindet sich eine Entlüftungsöffnung.

Ein Kolbenvorspannmittel, vorzugsweise eine Feder oder eine Baugruppe aus koaxial, insbesondere bevorzugt konzentrisch angeordneten Federn, reicht in das Innere des hohlen Kolbens hinein und ist zwischen dem Boden der Kolbenaufnahmeöffnung und der Endwand des Kolbens angeordnet, um den Kolben in die Ausfahrrichtung vorzuspannen.

In dem hohlen Kolben, benachbart vom vorstehenden Ende, ist eine Entlüftungsventileinheit zum Ablassen der Luft aus der Hochdruck-Ölkammer durch eine Entlüftungsöffnung angeordnet. Die Entlüftungsventileinheit weist eine Ventilführung, ein Ventilsitz, der an der Ventilführung angebracht ist, eine Ventilkugel, die sich in der Ventilführung befindet und sich frei zum Ventilsitz hin und von ihm weg bewegt, eine Ventilkugel-Vorspannfeder, die die Ventilkugel gegen den Ventilsitz vorspannt und einen scheibenförmigen Rückhalter, der ebenfalls an der Ventilführung befestigt ist. Der Rückhalter schränkt die Bewegung der Ventilkugel weg vom Ventilsitz ein und hält die Ventilkugel in der Ventilführung fest, so dass sich die Ventilkugel zwischen dem Rückhalter und dem Ventilsitz befindet. Die Ventilkugel ist auf einer Seite des Ventilsitzes angeordnet, die dem Inneren der Hochdruck-Ölkammer gegenüber liegt. Deshalb wird das Abfließen des Öls durch die Entlüftungsöffnung auf Grund einer Druckerhöhung in der Hochdruck-Ölkammer durch den Ventilsitz der Ventilkugel auf dem Ventilsitz blockiert, die Ventilkugel kann sich aber durch den Unterdruck in der Hochdruck Ölkammer aus dem Ventilsitz bewegen und macht es möglich, dass die Luft aus der Hochdruck-Ölkammer durch die Auslassöffnung abgelassen wird.

Der Spanner weist vorzugsweise auch eine Rückschlagventileinheit zum Blockieren des Ölrückflusses aus der Hochdruck-Ölkammer auf, die in der am Boden anliegenden Kolbenaufnahmeöffnung anliegt.

Die Ventilführung der Entlüftungsventileinheit besteht vorzugsweise aus Kunstharz, und der Rückhalter und der Ventilsitz in der Entlüftungsventileinheit sind fest an der Ventilführung durch abdichtende, umlaufende Flansche befestigt, die als Teile der Wand der Ventilführung ausgebildet sind. Vorzugsweise weist auch die Rückschlagventileinheit einen entsprechenden Aufbau auf.

Die Ventilführung in der Entlüftungsventileinheit hat vorzugsweise eine konische Außenwand mit einem größeren Durchmesser am Ende neben dem Rückhalter und mit einem kleineren Durchmesser am Ende neben dem Ventilsitz, und ist in das Kolbeninnere eingepresst.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Kolbenvorspannmittel eine äußere Feder, die an der Ventilführung der Entlüftungsventileinheit anliegt, und eine innere Feder, die koaxial zur äußeren Feder angeordnet ist.

Die Entlüftungsventileinheit im Kolben unterdrückt ein durch zu große Änderungen der Spannung im Steuerriemen, der Steuerkette o.ä. auftretendes Spiel und Vibrationen, und insbesondere das Spiel und die Vibrationen durch den Einfluss der Luft in der Hochdruck-Ölkammer beim Starten des Motors. Da die Ventilkugel in der Entlüftungsventileinheit durch eine Ventilkugel-Vorspannfeder gegen die Endwand des Kolbeninneren vorgespannt wird, werden die Schwierigkeiten bei der Einstellung des Spaltes in der Entlüftungskonstruktion mit spiralförmiger Nut eines herkömmlichen hydraulischen Spanners vermieden. Außerdem wird, auch wenn der Kolben durch zu große Kraft zurück geschoben wird, das Ausströmen des Drucköls blockiert und der Druck in der Hochdruck-Ölkammer kann aufrecht erhalten werden. Herrschte jedoch im Spannergehäuse Unterdruck, kann Luft, die in das Spannergehäuse eingedrungen war, einfach durch eine Öffnung im vorstehenden Ende des Kolbens abgegeben werden.

Ist eine Rückschlagventileinheit im Boden der Kolbenaufnahmeöffnung eingebaut, um den Rückfluss des Öls aus der Hochdruck-Ölkammer zu blockieren, auch wenn der Kolben durch einen großen Spannungsanstieg schnell zurück bewegt wird, kann der Spanner der Stoßkraft widerstehen indem er verhindert, dass das Öl aus der Hochdruck-Ölkammer in Richtung der Ölversorgung strömt.

Sind der Rückhalter und der Ventilsitz der Entlüftungsventileinheit durch Flansche gesichert, die von Teilen der Wand der Kunstharz Ventilführung gebildet werden, so dass die Flansche als Abdichtung dienen, dann sind der Rückhalter und der Ventilsitz fest in die Ventilführung integriert, so dass sie während der Montage nicht herausfallen, und die Arbeitsschritte, die bei der Montage des Spanners ausgeführt werden, einschließlich des Einbaus der Entlüftungsventileinheit in das Kolbeninnere, werden dadurch wesentlich vereinfacht.

Die konische Konstruktion der Ventilführung erleichtert das Einpressen der Entlüftungsventileinheit in das Kolbeninnere, so dass die Entlüftungsventileinheit zuverlässig und fest in den Kolben eingebaut werden kann, wobei das Risiko, bei der Montage herauszufallen, verringert wird.

Wenn das Kolbenvorspannmittel eine an eine Ventilführung angrenzende Außenfeder und eine koaxial, insbesondere bevorzugt konzentrisch in der Außenfeder angeordnete Innenfeder aufweist, kann die Rückschlagventileinheit fester am Boden der Kolbenaufnahmeöffnung des Bodens befestigt werden, und der Spanner kann einer starken Stoßkraft widerstehen, so dass ein Spiel und die Vibrationen des Steuerriemens, der Steuerkette o.ä. weitgehend unterdrückt werden können.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen hydraulischen Spanners, eingebaut in einen Steuerantrieb eines Verbrennungsmotors,
2 einen Schnitt des in 1 dargestellten hydraulischen Spanners,
3 eine vergrößerte, teilweise aufgebrochene, perspektivische Ansicht einer Rückschlagventileinheit im Spanner der 2,
4 eine Explosionsdarstellung der in 3 dargestellten Rückschlagventileinheit,
5 eine vergrößerte, teilweise aufgebrochene, perspektivische Ansicht einer Entlüftungsventileinheit des in 2 dargestellten Spanners,
6 eine Explosionsdarstellung der in 5 dargestellten Entlüftungsventileinheit,
7 einen Schnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen hydraulischen Spanners,
8 einen Schnitt eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen hydraulischen Spanners,
9 einen Schnitt eines herkömmlichen hydraulischen Spanners, und
10 eine vergrößerte Ansicht der Entlüftungs-Rückschlagventileinheit des in 9 dargestellten Spanners.
Wie in 1 dargestellt, ist ein hydraulischer Spanner 100 benachbart der losen Seite einer als Leistungsübertragungsmittel dienenden Steuerkette C angeordnet, die vorgesehen ist, um zwei Nockenwellen-Kettenräder S2 von einem Kurbelwellen-Kettenrad S1 her anzutreiben. Ein Spannergehäuse 110 des Spanners 100 ist am Motor montiert, und ein Kolben 120 steht über das Spannergehäuse 110 vor und erlegt über einen Gelenkhebel L1 durch Drücken von hinten gegen den Gelenkhebel L1 an einer von der Schwenkachse, an welcher der Gelenkhebel L1 montiert ist, beabstandeten Stelle eine Spannung der Steuerkette C auf. Die gespannte Seite der Steuerkette C gleitet an einer festen Führung L2 entlang. Die Drehrichtungen der Kettenräder S1 und S2 und die Bewegung der Steuerkette C sind durch Pfeile verdeutlicht.
Wie in 2 dargestellt, ist im Spanner 100 in einer im Spannergehäuse 110 ausgebildeten Öffnung 111 ein zylindrischer Kolben 120 verschiebbar angeordnet, der über die Öffnung 111 mit einem Ende vorsteht. Der Kolben 120 und die Wände der Öffnung 111 bilden eine Hochdruck-Ölkammer R, in der sich ebenfalls eine Kolbenvorspannschraubenfeder 130, im Folgenden auch kurz als Feder 130 bezeichnet, befindet, die den Kolben 120 in die Ausfahrrichtung vorspannt.
Eine Rückschlagventileinheit 140, die in den Boden integriert ist, d.h. am geschlossenen Ende der Öffnung 111, ermöglicht es, dass Öl unter hohem Druck in die Hochdruck-Ölkammer R gelangt, sie blockiert aber ein Rückströmen. Eine als Entlüftungsmechanismus dienende Entlüftungsventileinheit 150 ist im Inneren des Kolbens 120 neben dem vorstehenden Ende vorgesehen, um Luft aus der Hochdruck-Ölkammer R über eine Entlüftungsöffnung 122 abzugeben. Die Rückschlagventileinheit 140 und die Entlüftungsventileinheit 150 sind gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an den gegenüberliegenden Enden der Hochdruck-Ölkammer R angeordnet.
Wie in den 3 und 4 dargestellt, ist die Rückschlagventileinheit 140 eine Baugruppe, die eine Ventilkugel 141 und eine Ventilführung 142 aus Kunstharz aufweist, in der sich die Ventilkugel 141 frei zwischen Begrenzungen bewegen kann. Eine der Begrenzungen wird durch einen scheibenförmigen Rückhalter 143 gebildet, der an der Hochdruck-Ölkammer R der Ventilführung 142 befestigt ist. Der Rückhalter 143 wird durch Erwärmung des Kunstharzes an der Ventilführung 142 befestigt. Dadurch wird die Ventilkugel 141 in der Ventilführung 142 mit einem umlaufenden Flansch festgehalten, der ausgebildet als Teil der Wand der Ventilführung 142 zur Abdichtung benutzt wird. Ein metallischer Ventilsitz 144, der in ähnlicher Weise an der gegenüber liegenden Seite der Ventilführung 142 fest befestigt ist, stellt die andere Begrenzung der Ventilbewegung dar. Eine Ventilkugel-Vorspannfeder 145 spannt die Ventilkugel 141 gegen den Ventilsitz 144 vor. Die Ventilkugel 141 und der Ventilsitz 144 dienen als Rückschlagventil und ermöglichen es dem Öl, in die Hochdruck-Ölkammer R einzudringen, blockieren aber ein Rückströmen von Öl dadurch, dass sich die Ventilkugel 141 in den Ventilsitz 144 setzt.
In der Ventilführung 142 ist die Ventilkugel 141 zum Ventilsitz 144 hin und von ihm weg frei beweglich, während sie durch die Wände einer Führungsöffnung 142a eingeschränkt wird, wie in den 3 und 4 dargestellt. Die Ventilführung 142 ist mit einer ringförmigen Zunge 142b versehen, die es ermöglicht, dass die Ventilführung 142 in den Boden der Öffnung 111 des Spannergehäuses 110 eingepresst werden kann. Die Form der Wände der Führungsöffnung 142a und von Verbindungsöffnungen 143a im Rückhalter 143 ermöglichen es dem Öl, von der Ölversorgung durch den Ölkanal 144a des Ventilsitzes 144, vorbei an der Ventilkugel 141 und hinein in die Hochdruck-Ölkammer R zu strömen, sobald sich die Ventilkugel 141 vom Ventilsitz 144 weg bewegt.
Die Ventilkugel-Vorspannfeder 145 ist vorzugsweise vorgesehen, kann aber weggelassen werden, wenn die Abmessungen der Ventilkugel 141 und des Ventilsitzes 144 entsprechend gewählt werden, und die Spalte zwischen der Ventilkugel 141 und der Führungsöffnung 142a der Ventilführung 142 sowie zwischen der Ventilkugel 141 und dem Rückhalter 143 entsprechend eingestellt sind.
Wie in den 5 und 6 dargestellt, weist die Entlüftungsventileinheit 150 eine Ventilkugel 151, eine Ventilführung 152 aus Kunstharz, einen scheibenförmigen Rückhalter 153 und einen metallenen Ventilsitz 154 auf. Der Rückhalter 153 wird an dem ringförmigen Wandteil der Führung auf der Seite der Hochdruck-Ölkammer R durch Erwärmen des Kunstharzes der Ventilführung 152 befestigt, wobei ein umlaufender Flansch, der durch einen Teil der Wand der Ventilführung 152 gebildet wird, als Abdichtung dient. Der Rückhalter 153 hat mehrere, vorzugsweise drei Öffnungen 153a, durch die mit Öl gemischte Luft von der Hochdruck-Ölkammer R in die Ventilführung 152 gelangen kann. Der Ventilsitz 154 ist in entsprechender Weise an einem ringförmigen Wandteil auf der Entlüftungsseite der Ventilführung 152 befestigt. Die Ventilkugel 151 wird von der Innenwand 152b der Ventilführung 152 eingeschlossen und durch eine Ventilkugel-Vorspannfeder, im Folgenden auch als Feder 155 bezeichnet, gegen den Ventilsitz 154 gedrückt, kann sich aber zwischen den Begrenzungen, die vom Ventilsitz 154 und dem Rückhalter 153 gebildet werden, zum Ventilsitz 154 hin und von ihm weg bewegen. Sobald die Ventilkugel 151 den Ventilsitz 154 berührt, blockiert sie ein Ausströmen von Öl und der mit Öl gemischten Luft. Die Ventilkugel 151 kann sich vom Ventilsitz 154 weg bewegen, wenn ein Unterdruck in der Hochdruck-Ölkammer R herrscht. Dieser Zustand tritt von Zeit zu Zeit bei Betrieb des Spanners 100 auf, wenn die Kolbenvorspannschraubenfeder 130 den Kolben 120 in die Ausfahrichtung bewegt, um den losen Zustand des Leistungsübertragungsmittels, also vorliegend der Steuerkette C, auszugleichen. Sobald sich die Ventilkugel 151 von ihrem Ventilsitz 154 weg bewegt, kann die Luft in der Hochdruck-Ölkammer R durch eine Öffnung 154a des Ventilsitzes 154 und die Entlüftungsöffnung 122 abgelassen werden ( 2).
Die Ventilführung 152 der Entlüftungsventileinheit 150 ist in den Kolben 120 eingepresst und besitzt einen konischen äußeren umlaufenden Wandbereich 152a, wobei die Außenwand an dem Ende einen größeren Durchmesser aufweist, an dem sich der Rückhalter 153 befindet, und einen kleinen Durchmesser an dem Ende aufweist, an dem sich der Ventilsitz befindet. Durch den konischen Aufbau der Außenwand kann die Entlüftungsventileinheit 150 einfach, sicher und fest in die Öffnung 121 des Kolbens 120 integriert werden.
Da der Rückhalter 153 und der Ventilsitz 154 bei der Herstellung der Entlüftungsventileinheit 150 an der aus Kunstharz bestehenden Ventilführung 152 befestigt und die Ventilkugel 151 und die Ventilkugel Vorspannfeder 155 zwischen dem Ventilsitz 154 und dem Rückhalter 153 angeordnet werden, kann die Entlüftungsventileinheit 150 leicht in den Kolben 120 eingebaut werden, ohne dass Teile verloren gehen können.
Wie in 2 dargestellt, liegt ein Ende der Kolbenvorspannschraubenfeder 130 zuverlässig an der Ventilführung 152 aus Kunstharz an der Seite der Hochdruck-Ölkammer R an. Die Feder 130 kann sich ohne anormalen Kontakt mit der Umfangsfläche der Öffnung 121 im Kolben 120 ausdehnen. Daher können auf Grund anormalen Kontaktes entstehender Verschleiß und Kontaktgeräusche zwischen der Feder 130 und der Umfangsfläche des Kolbens 120 vermieden werden, und der Kolben 120 wird zuverlässig vorgespannt.
Da die Ventilführungen 142 und 152 aus Kunstharz typischerweise unter Bedingungen hoher Temperatur eingesetzt werden, wird vorzugsweise ein Polyamidharz wie z.B. Nylon 46, Nylon 66, glasfaserverstärktes Nylon oder dergleichen verwendet. Wenn die Ventilsitze und Ventilführungen und Rückhalter an den Ventilführungen 142 bzw. 152 befestigt werden, wird das Kunstharz der Ventilführungen bis zum erweichten Stadium erhitzt. Nachdem die Ventilsitze und Rückhalter an Ort und Stelle befestigt sind, weisen die Ventilführungen daher eine hohe Formbeständigkeit auf.
Die Rückhalter 143 und 153 bestehen vorzugsweise aus Metall, das dann von Vorteil ist, wenn die Kolbenvorspannschraubenfeder 130 direkt einen Rückhalter, wie z.B. den Rückhalter 143 in 2, berührt.
Die Ventilkugeln 141 und 151 können aus Metall, Keramik oder Kunstharz bestehen und solche Durchmesser haben, dass sie sich frei in den Kunstharz-Ventilführungen 142 und 152 bewegen können. Die Ventilkugel 151 kann einen etwas kleineren Durchmesser als die Ventilkugel 141 aufweisen, da die Entlüftungsventileinheit 150 kleiner sein muss als die Rückschlagventileinheit 140, damit sie in das Kolbeninnere eingebaut werden kann.
Bei Betrieb des hydraulischen Spanners 100 ist die Hochdruck-Ölkammer R immer mit Öl gefüllt, das über die Rückschlagventileinheit 140 von einer Ölpumpe oder dergleichen zugeführt wird. Wenn sich die Steuerkette C lockert, bewegt sich der Kolben 120, der ständig durch die Kolbenvorspannschraubenfeder 130 vorgespannt ist, in die Ausfahrrichtung und die Rückschlagventileinheit 140 öffnet sich, wodurch das Öl in die Hochdruck-Ölkammer R strömen kann.
Wird der Kolben 120 durch eine Stoßkraft von der Steuerkette C in die Kolbenaufnahmeöffnung 111 geschoben, dann wird der Druck des Öls in der Hochdruck-Ölkammer R erhöht und die Ventilkugel 141 der Rückschlagventileinheit 140 wird gegen den Ventilsitz 144 geschoben und blockiert im Ventilsitz 144 ein Rückströmen von Öl aus der Hochdruck-Ölkammer R durch den Ölkanal 144a. Infolgedessen wird der Öldruck in der Hochdruck-Ölkammer R weiter erhöht und es tritt etwas Öl durch einen kleinen Spalt zwischen der äußeren Umfangsfläche des Kolbens 120 und der inneren Umfangsfläche der Kolbenaufnahmeöffnung 111 aus und wird aus dem Spannergehäuse 110 nach außen abgelassen. Wegen der Viskosität des Öls wird die Stoßkraft auf den Kolben 120 durch den Strömungswiderstand in dem Spalt, der den Kolben 120 umgibt, aufgefangen. Demzufolge wird eine Vibration des Kolbens 120 auf Grund der Stoßkraft schnell gedämpft. Daher werden Spiel und Vibrationen auf Grund von Änderungen der Spannung im Steuerriemen, der Steuerkette oder dergleichen, und insbesondere ein Spiel und Vibrationen auf Grund von Luft in der Hochdruck-Ölkammer beim Starten des Motors unterdrückt. Außerdem wird, da die Ventilkugel 151 in der Entlüftungsventileinheit 150 durch die Feder 155 in der Richtung weg vom Inneren der Hochdruck-Ölkammer R vorgespannt wird, sobald hoher Druck notwendig ist, um zu verhindern, dass der Kolben 120 zurück geschoben wird, das Ausströmen von Öl blockiert, und der hohe Druck in der Hochdruck-Ölkammer R kann aufrecht erhalten werden. Jedoch wird sofort Luft aus der Entlüftungsöffnung 122 (2) abgelassen, aber nur, wenn im Spannergehäuse 110 ein Unterdruck herrschte, d.h. wenn der Druck im Spannergehäuse unter den Umgebungsdruck außerhalb des Spannergehäuses gefallen ist.
Die Art und Weise, in der die Entlüftung durch die Entlüftungsventileinheit 150 stattfindet, ist Folgende:
Beim Starten des Motors, besonders nachdem der Motor lange gestanden hat, ist viel Öl aus dem Spanner ausgelaufen und durch Luft ersetzt worden. Beim Starten des Motors, wenn der Druck des Öls, das dem Spanner zugeführt wird, noch niedrig ist, bewegt sich der Kolben 120 des Spanners unter dem Druck der Kolbenvorspannschraubenfeder 130 mit einem relativ starken Hub nach vorn. Die Vorwärtsbewegung des Kolbens erzeugt einen Unterdruck in der Hochdruck Ölkammer R. Ist beim Starten des Motors der Hub des Kolbens groß, wird im Inneren des Spanners 100 ein relativ großer Unterdruck erzeugt.
Wenn der Druck im Spanner unter den Umgebungsdruck fällt, d.h. ein Unterdruck entsteht, sobald der Kolben nach vorn gleitet, hebt sich die Ventilkugel 151 der Entlüftungsventileinheit 150 vom Ventilsitz 154 ab. Jetzt kann eine kleine Luftmenge durch die Entlüftungsventileinheit 150 in die Hochdruck-Ölkammer R strömen. Jedoch ist die in die Hochdruck-Ölkammer R strömende Luftmenge sehr begrenzt, weil gleichzeitig Öl von der Ölversorgung unter Druck durch die Rückschlagventileinheit 140 am gegenüberliegenden Ende der Hochdruck Ölkammer R in den Spanner 100 strömt. Danach steigt, entweder als Folge der Einfahrbewegung des Kolbens 120 oder in Folge des Öleintritts von der Ölversorgung der Druck in der Hochdruck-Ölkammer R an, und die Ventilkugel 151 der Entlüftungsventileinheit 150 bewegt sich zu ihrem Ventilsitz 154. Ein Öl-/Luftgemisch aus dem Inneren der Hochdruck-Ölkammer R wird über die Entlüftungsventileinheit 150 abgelassen, während sich die Ventilkugel 151 zu ihrem Ventilsitz 154 hin bewegt. Mit anderen Worten, die Entlüftungsventileinheit 150 öffnet sich kurz beim Starten des Motors, und die Luft wird zusammen mit dem Öl abgelassen, während sich die Entlüftungsventileinheit 150 schließt. Weitere Mengen des Luft-/Ölgemisches werden durch den kleinen Spalt zwischen dem Kolben 120 und der inneren Umfangsfläche der Kolbenaufnahmeöffnung 111 des Spannergehäuses 100 abgegeben.
Bei normalem Motorbetrieb kann auf ähnliche Weise ein Unterdruck erzeugt werden. In diesem Falle jedoch ist, weil die Ölversorgung zum Spanner 100 weitgehend wieder hergestellt wurde, der Unterdruck geringer als beim Starten des Motors. In diesem Fall gibt die Ventilkugel 151 der Entlüftungsventileinheit 150 nur einen relativ kleinen Spalt frei, lässt aber kontinuierlich kleine Mengen des Luft-/Ölgemisches aus dem Spanner 100 ab und hält dadurch das Öl im Spanner 100 in einem im wesentlichen nicht komprimierbaren Zustand. Dadurch werden Spiel und Vibrationen des umlaufenden Leistungsübertragungsmittels, wie eines Steuerriemens oder vorliegend einer Steuerkette C, minimiert, in welchem die Spannung aufrecht erhalten wird.
Die Notwendigkeit einer genauen Kontrolle des Spalts in einem beschränkten Kanal, wie z.B. einem Kanal, der durch eine Kolbeninnenwand und eine spiralförmige Nut an der Stirnseite einer Entlüftungsscheibe gebildet wird, wird vermieden, und der Aufbau und die Montage der Entlüftungsventileinheit 150 werden sehr vereinfacht.
In 7 ist ein Spanner 200 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Dieser Spanner 200 unterscheidet sich von dem vorher beschriebenen Spanner 100 im Prinzip dadurch, dass er eine Kolbenvorspannstruktur 230 aufweist, zu der eine äußere Feder 231 und eine innere Feder 232 gehören. Die äußere Feder 231 liegt an einem Rückhalter 243 in einer Rückschlagventileinheit 240 und einer Ventilführung 252 in einer Entlüftungsventileinheit 250 an. Die innere Feder 232 ist koaxial zu der äußeren Feder 231 und innerhalb derselben angeordnet. Die innere Feder 232 liegt an dem Rückhalter 243 der Rückschlagventileinheit 240 und einem Rückhalter 253 der Entlüftungsventileinheit 250 an. Ansonsten ist der Aufbau des hydraulischen Spanners 200 im wesentlichen der gleiche wie der des hydraulischen Spanners 100. Die Elemente des in 7 dargestellten Spanners 200, die denen des Spanners 100 entsprechen, sind durch entsprechende, um 100 höhere Bezugszeichen bezeichnet.
Da der hydraulische Spanner 200 eine äußere Feder 231 und eine innere Feder 232 aufweist, die koaxial angeordnet sind, haben die Federn, auch wenn der Kolben 220 schnell durch einen sehr großen Spannungsanstieg rückwärts bewegt wird, ausreichend elastische Kraft, um dem Stoß zu widerstehen, so dass Spiel und Vibrationen größtenteils unterdrückt werden. Da außerdem die Rückschlagventileinheit 240 gegen den Boden der Kolbenaufnahmeöffnung 211 und gleichzeitig die Entlüftungsventileinheit 250 gegen das obere Ende der Öffnung 221 im Kolben 220 gedrückt wird, wird ein Rückströmen durch die Rückschlagventileinheit 240 bzw. die Entlüftungsventileinheit 250 verhindert und das Entlüften erfolgt auf zuverlässige und stabile Art und Weise.
Der Spanner 200 hält hohe Stoßkräfte aus und blockiert auch das Ausströmen des unter hohem Druck stehenden Öls und sorgt, wie bei dem in 2 gezeigten Spanner 100, für das Entlüften des Öls im Spanner durch die Entlüftungsöffnung 222.
Ein Spanner 300 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 8 dargestellt. Dieser Spanner 300 ist dem Spanner 200 mit zwei Federn der 7 ähnlich, unterscheidet sich aber vom Spanner 200 dadurch, dass der Kolben 320 einen Klinkenmechanismus aufweist, der die Rückwärtsbewegung des Kolbens 320 durch Eingriff einer Zahnstange 323, die am Kolben 320 ausgebildet ist, und einer Klinke 360 blockiert, die verschwenkbar und vorgespannt durch eine Klinkenfeder 370 am Spannergehäuse 310 angebracht ist. Ansonsten ist der Spanner 300 im wesentlichen dem Spanner 200 der 7 ähnlich, und die Elemente des Spanners 300, die in 8 dargestellt sind und die denen des in 7 dargestellten Spanners 200 entsprechen, sind im Folgenden mit den entsprechenden, um 100 höheren Bezugszeichen bezeichnet.
Wie beim Spanner 200 haben, wenn der Kolben 320 durch einen sehr großen Spannungsanstieg schnell rückwärts bewegt wird, die Federn 331 und 332 eine ausreichende elastische Kraft, um dem Stoß entgegen zu stehen, so dass Spiel und Vibrationen größtenteils unterdrückt werden. Der Klinkenmechanismus begrenzt die Rückwärtsbewegung des Kolbens 320 auf ein Maximum, das dem Spiel des Klinkenmechanismuses entspricht. Da, wie in den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen, die Rückschlagventileinheit 340 gegen den Boden der Kolbenaufnahmeöffnung 311 und gleichzeitig die Entlüftungsventileinheit 350 gegen das obere Ende der Öffnung 321 im Kolben 320 gedrückt wird, wird ein Rückströmen durch die Rückschlagventileinheit 340 bzw. die Entlüftungsventileinheit 350 verhindert und das Entlüften erfolgt auf zuverlässige und stabile Art und Weise.

100, 200, 300: Spanner
110, 210, 310: Spannergehäuse
111, 211, 311: Öffnung, Kolbenaufnahmeöffnung (des Spannergehäuses)
120, 220, 320: Kolben
121, 221, 321: Öffnung (des Kolbens)
122, 222, 322: Entlüftungsöffnung
130, 230, 330: Kolbenvorspannschraubenfeder, Feder
140, 240, 340: Rückschlagventileinheit
141, 241, 341: Ventilkugel
142, 242, 342: Ventilführung
142a: Führungsöffnung
142b: Zunge
143, 243, 343: Rückhalter
143a: Verbindungsöffnung
144, 244, 344: Ventilsitz
144a: Ölkanal
145, 245, 345: Ventilkugel-Vorspannfeder
150, 250, 350: Entlüftungsventileinheit
151, 251, 351: Ventilkugel
152, 252, 352: Ventilführung
152a: Wandbereich
152b: Innenwand
153, 253, 353: Rückhalter
153a: Öffnung
154, 254, 354: Ventilsitz
155, 255, 355: Feder, Ventilkugel-Vorspannfeder
230: Kolbenvorspannstruktur
231, 331: äußere Feder
232, 332: innere Feder
323: Zahnstange
331, 332: Feder
360: Klinke
370: Klinkenfeder
C: Steuerkette
L1: Gelenkhebel
L2: feste Führung
R: Hochdruck-Ölkammer
S1: Kurbelwellenrad
S2: Nockenwellenrad

Claims

Hydraulischer Spanner mit einem Entlüftungsmechanismus, aufweisend ein Spannergehäuse (110; 210; 310), das eine Kolbenaufnahmeöffnung (111; 211; 311) mit einem Boden aufweist, einen Kolben (120; 220; 320), der verschiebbar in der Kolbenaufnahmeöffnung (111; 211; 311) angeordnet ist, wobei er ein vorstehendes Ende aufweist, welches zur Auferlegung von Spannung auf ein endloses, flexibles, umlaufendes Leistungsübertragungsmittel (C) dient, der Kolben (120; 220; 320) hohl ist und eine Öffnung (121; 231; 331) aufweist, die dem Boden der Kolbenaufnahmeöffnung (111; 211; 311) gegenüberliegt, und eine Endwand benachbart dem vorstehenden Ende aufweist, wobei das Spannergehäuse (110; 210; 310) und der Kolben (120; 220; 320) zusammen eine Hochdruck-Ölkammer (R) bilden, von der mindestens ein Teil aus einem Teil des Inneren des Kolbens (120; 220; 320) und ein anderer Teil des Inneren der Kolbenaufnahmeöffnung (111; 211; 311) besteht, und eine Entlüftungsöffnung (122; 222; 322) am vorstehenden Ende des Kolbens (120; 220; 320) ausgebildet ist, und mindestens ein Kolbenvorspannmittel, das in das Innere des hohlen Kolbens (120; 220; 320) hineinragt und zwischen dem Boden der Kolbenaufnahmeöffnung (111; 211; 311) und der Endwand des Kolbens (120; 220; 320) angeordnet ist, wobei das Kolbenvorspannmittel den Kolben (120; 220; 320) in die Ausfahrrichtung vorspannt, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Verbindung mit der Entlüftungsöffnung (122; 222; 322) als Entlüftungsmechanismus dienende Entlüftungsventileinheit (150; 250; 350) an dem vorstehenden Ende des Kolbens (120; 220; 320) benachbart der Entlüftungsöffnung (122; 222; 322) vorgesehen ist, die zum Ablassen von Luft aus der Hochdruck-Ölkammer (R) dient, und die Entlüftungsventileinheit (150; 250; 350) eine Ventilführung (152; 252; 352), einen Ventilsitz (154; 254; 354), der an der Ventilführung (152; 252; 352) angebracht ist, eine Ventilkugel (151; 251; 351), die sich der Ventilführung (152; 252; 352) befindet und zum Ventilsitz (154; 254; 354) hin und von ihm weg frei beweglich ist, und einen scheibenförmigen Rückhalter (153; 253; 353) aufweist, der ebenfalls an der Ventilführung (152; 252; 352) befestigt ist, wobei der Rückhalter (153; 253; 353) die Bewegung der Ventilkugel (151; 251; 351) aus dem Ventilsitz (154; 254; 354) begrenzt und die Ventilkugel (151; 251; 351) in der Ventilführung (152; 252; 352) festhält und die Ventilkugel (151; 251; 351) zwischen dem Rückhalter (153; 253; 353) und dem Ventilsitz (154; 254; 354) angeordnet und auf der Seite des Ventilsitzes (154; 254; 354) angeordnet ist, die dem Inneren der Hochdruck-Ölkammer (R) gegenüberliegt, wodurch ein Ausströmen von Öl durch die Entlüftungsöffnung (122; 222; 322) auf Grund eines Druckanstiegs in der Hochdruck-Ölkammer (R) dadurch blockiert wird, dass die Ventilkugel (151; 251; 351) am Ventilsitz (154; 254; 354) anliegt, wobei die Ventilkugel (151; 251; 351) sich aber durch Unterdruck in der Hochdruck-Ölkammer (R) von ihrem Ventilsitz (154; 254; 354) weg bewegen kann, um das Ablassen von Luft aus der Hochdruck-Ölkammer (R) durch die Entlüftungsöffnung (122; 222; 322) zu ermöglichen.
Hydralischer Spanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungsventileinheit (150; 250; 350) eine Ventilkugel-Vorspannfeder (155; 255; 355) aufweist, welche die Ventilkugel (151; 251; 351) gegen den Ventilsitz (154; 254; 354) vorspannt.
Hydraulischer Spanner gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Rückschlagventileinheit (140; 240; 340), die in der Kolbenaufnahmeöffnung (111; 211; 311) benachbart des Bodens angeordnet ist, um das Rückströmen von Öl aus der Hochdruck-Ölkammer (R) zu blockieren.
Hydraulische Spanner gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilführung (152; 252; 352) der Entlüftungsventileinheit (150; 250; 350) aus Kunstharz besteht, und dass der Rückhalter (153; 253; 353) und der Ventilsitz (154; 254; 354) in der Entlüftungsventileinheit (150; 250; 350) durch umlaufende, abdichtende Flansche gesichert sind, die als Teile der Wand der Ventilführung (152; 252; 352) ausgebildet sind.
Hydraulische Spanner gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückhalter (153; 253; 353) und der Ventilsitz (154; 254; 354) der Entlüftungsventileinheit (150; 250; 350) aus Metall bestehen.
Hydraulischer Spanner gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilführung (152; 252; 352) der Entlüftungsventileinheit (150; 250; 350) eine konische Außenwand aufweist, die einen größeren Durchmesser am Ende benachbart dem Rückhalter (153; 253; 353) der Entlüftungsventileinheit (150; 250; 350) und einen kleineren Durchmesser am Ende benachbart dem Ventilsitz (154; 254; 354) der Entlüftungsventileinheit (150; 250; 350) hat, und dass die Entlüftungsventileinheit (150; 250; 350) in das Innere des Kolbens (120; 220; 320) eingepresst ist.
Hydraulischer Spanner gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückhalter (153; 253; 353) der Entlüftungsventileinheit (150; 250; 350) mindestens eine Öffnung (153a) aufweist.
Hydraulischer Spanner gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass drei Öffnungen (153a) vorgesehen sind.
Hydraulischer Spanner gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilkugel (151) der Entlüftungsventileinheit (150; 250; 350) einen kleineren Durchmesser aufweist als eine Ventilkugel (141) der Rückschlagventileinheit (140; 240; 340).
Hydraulischer Spanner gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenvorspannmittel eine äußere Feder (231; 331), die an der Ventilführung (252; 352) der Entlüftungsventileinheit (250; 350) anliegt, und eine innere Feder (232; 332) aufweist, die innerhalb von und koaxial zur äußeren Feder (231; 331) angeordnet ist.