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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Zugmittelspanner, für einen Zugmitteltrieb eines Kraftfahrzeuges, wie einen Pkw, einen Lkw oder ein anderes verbrennungsmotorisch angetriebenes Fahrzeug, mit einem Zylinder und einem darin angeordneten Kolben, die gegeneinander längsverschieblich sind, wobei der Zylinder einen Zylindergrund und eine sich in Längsrichtung erstreckende Zylinderwandung aufweist, welche zusammen mit dem Kolben einen dazwischen angeordneten Hochdruckraum definieren, der im Bereich eines Leckagespalts zwischen dem Kolben und der Zylinderwandung, zur Ermöglichung einer Dämpfung des Einfahrens des Kolbens in den Zylinder, unverschlossen ist.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Zugmittelspannvorrichtungen von endlosen Übertragungsmitteln bekannt, etwa aus der
EP 1 734 283 B1 . Dort ist eine Spannvorrichtung zum Spannen eines endlosen Übertragungsmittels, wie einer Kette oder einem Riemen, insbesondere einer Endloskette, eines Kettentriebs einer Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben mindestens einer Nockenwelle durch eine Kurbelwelle, mit einem auf das Übertragungsmittel einwirkenden, zum Übertragungsmittel hin federbelasteten Kolben bekannt. Es ist eine vom Spannkolben begrenzte Druckkammer vorhanden, die über ein Rückschlagventil mit einem unter Versorgungsdruck stehenden Fluid füllbar und über eine Leckagestelle mit einer steuerbaren Leckrate entlastbar ist. Die Leckagestelle ist konstruktiv so ausgebildet, dass ihre Leckrate abhängig von der Verschiebeposition des Spannkolbens ist. Die Änderung der Leckrate ist so vorgenommen, dass die Leckrate sich vergrößert, je weiter sich der Spannkolben in Richtung Spannen des Übertragungsmittels verschiebt und die Leckrate sich verkleinert, je weiter sich der Spannkolben in Gegenrichtung verschiebt. Als besonders ist in dieser Druckschrift herausgestellt, dass die Ausbildung der Leckstelle in Zuordnung zur Verschiebeposition des Spannkolbens so getroffen ist, dass der Spannkolben im Bereich der Resonanzstelle des Übertragungsmittels eine eine große Leckrate zulassende Verschiebeposition einnimmt, in der die Leckstelle den größten Öffnungsquerschnitt aufweist.
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Ein bekannter Stand der Technik ist auch aus der
DE 10 2008 052 308 A1 bekannt, in der eine Zugmittelspannvorrichtung vorgestellt wird. Dort wird insbesondere eine Zugmittelspannvorrichtung eines Zugmitteltriebes einer Verbrennungskraftmaschine offenbart, mit einem Spanner, der einen aus einem Gehäuse heraus bewegbaren Kolben aufweist und mit einem ein Zugmittel führenden Auslenkmittel versehen ist, das mit einem gehäusefernen Ende des Kolbens in Anlage bringbar ist, wobei eine eine Dämpfung des Kolbens bei dessen Wiedereinfahren in das Gehäuse bewirkende Dämpfungsvorrichtung am Kolben angreifend ausgebildet ist und die Dämpfungsvorrichtung so ausgebildet ist, dass die Dämpfungswirkung der Dämpfungsvorrichtung auf dem Kolben abhängig von einer Auslenklänge des Kolbens relativ zum Gehäuse ist.
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Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei sog. FEAD-Systemen, in welchen hydraulische Zugmittelspanner eingesetzt werden, die Dämpfungseigenschaften zu optimieren sind.
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So ist üblicherweise bisher festzustellen, dass je weiter der Kolben aus dem Zylinder ausgefahren ist, d. h. mit anderen Worten, je größer der Hochdruckraum ist, das Dämpfungsverhalten schlechter wird. Je größer der Hochdruckraum ist, also je weiter der Kolben aus dem Zylinder ausgefahren ist bzw. der Zylindergrund vom Kolben entfernt ist, desto kleiner ist das dynamische Dämpfungsvermögen.
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Da es aber zwangsläufig ist, dass sich das hydraulische Raumvolumen verändert, also der Kolben betriebsabhängig weiter vom Zylindergrund entfernt sein kann, insbesondere auch in Abhängigkeit von sich ändernden Temperaturen und dem Alterungszustand des Endloszugmittels, wie einem Riemen oder einer Kette, gilt es hier eine verbesserte Lösung zu finden.
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Als nachteilig wird bei bisher bekannten Lösungen auch die Volumenelastizität des hydraulischen Mediums in der Hochdruckkammer angesehen. Je größer das Volumen des Hochdruckraumes ist, die auch als Hochdruckkammer bezeichnet werden könnte, desto größer wird die volumetrische Belastung in dem Hochdruckraum. Je höher die volumetrische Belastung in dem Hochdruckraum ist, desto geringer wird das dynamische, hydraulische Dämpfungsvermögen.
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Es ist aber die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nacheile aus dem Stand der Technik abzustellen und ein konstantes dynamisches Dämpfungsverhalten zur Verfügung zu stellen, insbesondere unabhängig von der Länge des hydraulischen Zugmittelspanners.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Leckagespalt geometrisch so ausgelegt ist, dass die durch ihn aus dem Hochdruckraum aubringbare (austretende), ausdringbare (ausdringende), ausströmbare (ausströmende) oder austretbare (austretende) Volumenmenge kontinuierlich kleiner wird, je größer das Volumen des Hochdruckraumes wird.
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Der Leckagespalt wird grundsätzlich durch seine durchschnittliche Spaltdicke definiert, selbst wenn er eine keilförmige, bzw. umlaufend keilförmige/konische Form aufweist.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn sich der Umfang des Kolbens in Richtung eines dem Zylindergrund zugewandten Endes zumindest abschnittsweise vergrößert. Je weiter der Kolben dann aus dem Zylinder ausfährt, desto kleiner wird der Leckagespalt und desto weniger Hydraulikmittel kann aus dem Hochdruckraum durch den Leckagespalt entweichen. Dies hat direkte Auswirkungen auf das dynamische Dämpfungsverhalten. Das dynamische Dämpfungsverhalten kann dann auch bei Temperaturänderungen, welche ein Ein- oder Ausfahren des Kolbens aus dem Zylinder erzwingen, gleichgehalten werden.
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Das dynamische Dämpfungsverhalten kann weitergehend positiv beeinflusst werden, wenn sich der Umfang linear, progressiv oder bevorzugt degressiv verändert. Auf diese Weise kann auf zu erwartende unterschiedliche Betriebsbedingungen so proaktiv eingegangen werden, dass immer ein vorteilhaftes dynamisches Dämpfungsverhalten vorhanden ist.
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Von Vorteil ist es auch, wenn der Kolben im Bereich des Leckagespalts eine ballige Kontur aufweist. Eine solch ballige oder konvexe Form ist fertigungstechnisch kostengünstig und einfach herstellbar, was als Vorteil gesehen wird.
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Zweckmäßig ist es auch, wenn die Zylinderwandung zumindest eine Stufe am Innenumfang aufweist und optional vor oder bevorzugt nach der Stufe vom Zylindergrund aus gesehen einen innenumfangskonstanten Abschnitt eine äußere Wandung des Leckagespalts definiert, wobei weiter vorteilhaft eine innere Wandung des Leckagespalts durch eine Kolbenaußenwandung definiert ist. Die Leckagespaltabstimmung kann dann vereinfacht und/oder verbessert werden.
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Die Fertigungsfreiheit wird optimal genutzt, wenn die Innenseite der Zylinderwandung und die Außenseite des Kolbens so über eine gewisse Länge aufeinander abgestimmt sind, dass sich beim Ausfahren des Kolbens aus dem Zylinder oder beim Entfernen des Zylindergrunds vom Kolben weg, die quer, vorzugsweise senkrecht zur Längsrichtung gemessene Tiefe des Leckagespalts verringert und/oder sich eine quer, vorzugsweise senkrecht dazu und zur Längsrichtung gemessene Breite des Leckagespalts verändert.
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Eine alternative Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leckagespaltvergrößerung beim Ausfahren des Kolbens durch eine sich im Wesentlichen in Längsrichtung erstreckende Abplattung, Fase, Nut oder Kerbe auf der Außenseite des Kolbens bewirkt ist. Gerade eine Abplattung ist einfach einzubringen, was die Fertigung vereinfacht. Die Verschleißbeständigkeit von Nuten oder Kerben ist allerdings bemerkenswert.
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Weitergehend ist es dabei von Vorteil, wenn sich die Abplattung, Fase, Nut oder Kerbe vom zylindergrundnahen Ende weg immer tiefer und/oder breiter in den/dem Kolben auf dessen Oberfläche hinein oder entlang erstreckt.
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Die Erfindung betrifft natürlich auch einen Zugmitteltrieb mit einem Zugmittelspanner nach der erfindungsgemäßen Art, der zum Auslenken und/oder Spannen eines Zugmittels, wie eines Riemens oder einer Kette eingesetzt ist.
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Dabei ist es von Vorteil, wenn im Zylindergrund ein Rückschlagventil eingesetzt ist und/oder zwischen dem Zylindergrund und dem Kolben eine in Längsrichtung kraftausübende Feder vorhanden ist. Natürlich kann die Feder auch an anderer Stelle eingesetzt werden, bspw. zwischen einem Gehäuse und einem den Zylinder aufnehmenden und/oder kraftschlüssig mit ihm verbundenen Anbauteil eingesetzt werden. In dem letztgenannten Fall kann die Feder auch in einem Hydraulikmittelbad eines Sekundärraumes, welcher innerhalb des Gehäuses vorhanden ist, eingesetzt sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend auch mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert, in der unterschiedliche Ausführungsbeispiele und eine weitergehende Alternative zugrunde gelegt sind. Es zeigen:
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1 ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt bei fast vollständig aus einem Zylinder ausgefahrenem Kolben,
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2a eine Vergrößerung des Bereiches II aus 1,
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2b eine Vergrößerung des Bereichs II aus 1, wobei jedoch der Kolben wesentlich weiter in dem Zylinder eingefahren ist, sich also dem Zylindergrund genähert hat,
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3 eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform der Kolbenoberfläche, in einem zu dem in 2b gezeigten Zustand vergleichbaren Situation,
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4 eine dritte erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kolbenoberfläche in einer zur 3 vergleichbaren Darstellungsart,
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5 eine weitergehende Ausgestaltungsform der Kolbenoberfläche,
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6 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zugmittelspanners in einer zur 2b vergleichbaren Weise,
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7 einen Querschnitt entlang der Linie VII durch das Ausführungsbeispiel aus 6,
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8 eine fünfte erfindungsgemäße Ausführungsform eines hydraulischen Zugmittelspanners in einer zur 2b vergleichbaren Weise,
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9 einen Querschnitt entlang der Linie IX durch das Ausführungsbeispiel aus 8,
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10 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Zugmittelspanners bei nahezu volumenminimalem Hochdruckraum,
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11 das Ausführungsbeispiel aus 10 in einem nahezu volumenmaximalen Hochdruckraumzustand und
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12 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines hydraulischen Zugmittelspanners in einer Längsschnittdarstellung.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines hydraulischen Zugmittelspanners 1 dargestellt. Der Zugmittelspanner kann auch als Zugmittelspannvorrichtung bezeichnet werden. Er ist für einen Zugmitteltrieb eines Kraftfahrzeuges vorgesehen, in dem ein Endloszugmittel, bspw. zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle zu spannen ist. Der Zugmittelspanner 1 drückt dann auf ein Auslenkmittel, wie eine Schiene, um das Endloszugmittel, also eine Kette oder einen Riemen, auszulenken.
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Das Kraftfahrzeug kann ein landgebundenes, wassergebundenes oder luftgebundenes Fahrzeug sein, insbesondere ein Pkw, ein Lkw oder ein Van.
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Es ist in dem Zugmittelspanner 1 ein Zylinder 2 vorhanden, in welchem ein Kolben 3 aus dem Zylinder 2 ausfahrbar, enthalten ist. Der Kolben 3 ist zum Zylinder 2 verschieblich oder gleitbar gelagert.
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Der Kolben 3 kann entlang einer Längsachse 4 aus dem Zylinder 2 ausfahren und in den Zylinder 2 einfahren. Der Zylinder 2 weist einen Zylindergrund 5 auf, von dem sich eine Zylinderwandung 6 entlang der Längsachse des Zylinders 2 und konzentrisch zu dieser mit gleichbleibender oder variabler Wandstärke in Richtung des Kolbens 3 erstreckt. Der Kolben 3 weist ein erstes Ende 7 und ein gegenüberliegendes zweites Ende 8 auf. Das erste Ende 7 ist dem Zylindergrund 5 zugewandt, wohingegen das zweite Ende 8 dem Zylindergrund 5 abgewandt ist.
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In dem Zylindergrund 5 ist ein Hydraulikmittelauslass 9 als Durchgangsbohrung ausgebildet vorhanden. Zwischen dem Zylindergrund 5 und dem ersten Ende 7 des Kolbens 3 ist ein Rückschlagventil 10 vorhanden. Das Rückschlagventil 10 weist ein Verschlusselement 11 auf, das als Kugel ausgebildet sein kann. Das Verschlusselement 10 wird durch ein Federelement 12, wie eine Druckfeder, etwa eine Schraubenfeder, verschließend auf den Hydraulikmittelauslass 9 gedrückt, wobei sich das Federelement 12 an einem Halter oder Bügel 13 abstützt.
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Auf der Außenseite des Zylinders 2 ist eine Feder 14 vorhanden. Die Feder 14 erstreckt sich in durch die Längsachse 4 festgelegter Längsrichtung und umgibt den Zylinder 2. Die Feder 14 stützt sich an einem Gehäuse 15 einerseits und einem Anbauteil 16 andererseits ab. Im Anbauteil 16 ist der Kolben 3 unverschieblich festgelegt.
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Eine Haube 17 und das Gehäuse 15 definieren einen Fluidraum 18, in dem ein Hydraulikmittel, wie Öl enthalten sein kann. Der Fluidraum 18 ist nicht zwingend vollständig von dem Hydraulikmittel ausgefüllt.
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Der Zylindergrund 5, die Zylinderwandung 6 und der Kolben 3 definieren einen Hochdruckraum 19. Im Hochdruckraum 19 ist ein zum im Fluidraum 18 vorhandenen Hydraulikmittel vergleichbares, anderes oder identisches Hydraulikmittel enthalten. Es ist möglich, dass der Hochdruckraum 19 vollständig von Hydraulikmittel ausgefüllt ist. Dies ist sogar bevorzugt, um ein exaktes Dämpfungsverhalten zu erhalten. Zwischen einer Innenseite 20 des Zylinders 2 und einer Außenoberfläche/Kolbenaußenwandung 21 des Kolbens 3 ist ein Leckagespalt oder Leckspalt 22 vorhanden. Dieser Leckagespalt/Leckspalt 22 ist in den 2a, 2b, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 und 12 besser zu erkennen.
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Der Leckagespalt 22 ist geometrisch so ausgelegt, dass die durch ihn aus dem Hochdruckraum 19 ausbringbare/ausdringende Volumenmenge an Hydraulikmittel, wie Öl, kontinuierlich kleiner wird, je größer das Volumen des Hochdruckraums wird, d. h. je weiter sich das erste Ende 7 des Kolbens 3 vom Zylindergrund 5 des Zylinders 2 entfernt.
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In den 2a und 2b ist auch der nahezu maximal ausgefahrene Zustand des Kolbens 3 auf dem Zylinder 2 dargestellt, bei dem der Leckspalt 22 nahezu minimal bemessen ist, sich also die Tiefe des Leckspalts 22 nahezu auf einen Minimalwert reduziert hat. Der tiefere Leckspalt 22 ist im Zustand des Weitereingefahrenseins des Kolbens 3 relativ zu dem Zylinder 2 in 2b gut zu erkennen. Die Oberfläche des Kolbens 3 ist nach Art eines Kegels ausgebildet. Die Außenoberfläche 21 des Kolbens 3 ist konisch. Der Kolben 3 gleicht im Bereich des Leckagespalts 22 einem geraden Kegel. Er hat eine lineare Steigung. Die Steigung ist gleichbleibend.
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Die Zylinderwandung 6 bildet eine Stufe 23 aus. Zylindergrundseitig der Stufe 23 weist der Zylinder 2 einen kleineren Durchmesser auf, als auf der zylindergrundabgewandten Seite der Stufe 23 im Bereich des Leckagespalts 22. Am Ende des Zylinders 2 ist eine innenseitige Fase 24 ausgebildet.
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Vom Zylindergrund 5 aus gesehen, ist nach der Stufe 23 somit ein innenumfangskonstanter Abschnitt 25 vorhanden. Dieser innenumfangskonstante Abschnitt 25 definiert eine äußere Wandung des Leckagespalts 22, wohingegen die Außenoberfläche 21 des Kolbens 3 die innere Wandung des Leckagespalts 22 definiert.
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In 3 weist der Kolben 3 keine gerade Außenoberfläche 21 auf, sondern eine ballige Außenoberfläche 21, die kurvig ausgebildet ist. Die Außenoberfläche 21 ist konkav. Die Außenoberfläche 21 hat eine degressive Steigung. Allerdings ist ein kontinuierlicher Verlauf festzustellen.
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In 4 ist ein Kegelabschnitt 26 zwischen zwei Zylinderformabschnitten 27, die die Außenoberfläche 21 des Kolbens 3 definieren, angeordnet.
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In 5 ist eine über den Gegenstand von Anspruch 1 hinausgehende Zugmittelspannerausgestaltung dargegeben, welche auch separat, insbesondere als Teilanmeldung, weiter verfolgbar ist. Dabei müssen nicht zwingend alle Merkmale des Anspruchs 1 enthalten sein:
In jener Variante ist der Leckagespalt 22 so bemessen, dass sich beim Vergrößern des Hochdruckraums 19, also wenn sich das Volumen des Hochdruckraums vergrößert, der Leckagespalt 22 hydraulikmitteldurchflussmindernd so verändert, dass die Dimension des Leckagespalts, welche in einer Ebene gemessen wird, die senkrecht zur Ausfahrrichtung ausgerichtet ist, wertmäßig vermindert wird. Es wird somit die Breite oder die Tiefe, aber nicht die Länge des Leckagespalts 22 verringert. Dabei sind auf der Außenoberfläche 21 des Zylinders 3 unterschiedliche Zylinderformabschnitte 27 ausgebildet. Die Zylinderformabschnitte 27 haben in Richtung des Zylindergrundes 5 gestufte, aber zwischen den Stufen gleichbleibende Außendurchmesser, wobei die einzelnen Zylinderformabschnitte immer größere Außendurchmesser besitzen, je näher sie zum Zylindergrund 5 ausgerichtet sind. Die einzelnen Stufen werden auch als Kolbensprungstufen 28 bezeichnet.
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In 6 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, in welcher auf der Außenoberfläche 21 des Kolbens 3 im Bereich des Leckagespalts 22 eine Abplattung 29 vorhanden ist. Je weiter die Abplattung 29 vom ersten Ende 7 des Kolbens 3 entfernt ist, desto tiefer dringt sie in den Kolben 3 ein und nähert sich daher dessen Längsachse 4. Die Abplattung 29 kann eben ausgestaltet sein, aber auch eine kurvige Oberfläche aufweisen. Die Nähe zur Längsachse 4 kann progressiv oder degressiv zunehmen, je weiter die Oberfläche der Abplattung 29 vom ersten Ende 7 des Kolbens 3 entfernt ist. An dem dem ersten Ende 7 abgewandten Ende der Abplattung 29 kann ein Anschlag 30 ausgebildet sein. Der Anschlag 30 kann auch als Sprungbereich bezeichnet werden und nicht zwangsläufig die Funktion eines Anschlages übernehmen.
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In 7 ist ein Querschnitt durch den Kolben 3 dargestellt.
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Die 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem eine Nut 31 genutzt wird, um den Leckspalt 22 zu definieren. Die Breite der Nut 31 vergrößert sich, je weiter die Nut 31 von dem ersten Ende 7 des Kolbens 3 entfernt ist.
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Ein Querschnitt durch den Kolben 3 ist in 9 dargestellt.
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In den 10 und 11 ist eine solche Ausführungsform dargestellt, in der ein Kolben 3 gehäusefest verbleibt und der Zylinder 2 aus dem Gehäuse 15 ausfährt, und sich gleichzeitig von einem in ihm vorhandenen Kolben 3 entfernt. Der Hydraulikmittelauslass 9 ist nun im Kolben 3 vorhanden.
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Eine weitere Variante eines hydraulischen Zugmittelspanners 1 ist in 12 dargestellt. Dort ist der Kolben 3 aus dem Zylinder 2 ausfahrbar und drückt mit seinem zweiten Ende 8 auf eine nicht dargestellte Spannschiene.
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Die Außenoberfläche des Kolbens 3 kann auch als Kolbenaußenwandung bezeichnet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zugmittelspanner
- 2
- Zylinder
- 3
- Kolben
- 4
- Längsachse
- 5
- Zylindergrund
- 6
- Zylinderwandung
- 7
- erstes Ende
- 8
- zweites Ende
- 9
- Hydraulikmittelauslass
- 10
- Rückschlagventil
- 11
- Verschlusselement
- 12
- Federelement
- 13
- Halter/Bügel
- 14
- Feder
- 15
- Gehäuse
- 16
- Anbauteil
- 17
- Haube
- 18
- Fluidraum
- 19
- Hochdruckraum
- 20
- Innenseite
- 21
- Außenoberfläche
- 22
- Leckagespalt/Leckspalt
- 23
- Stufe
- 24
- Fase
- 25
- innenumfangskonstanter Abschnitt
- 26
- Kugelabschnitt
- 27
- Zylinderformabschnitt
- 28
- Kolbensprungabschnitt
- 29
- Abplattung
- 30
- Anschlag
- 31
- Nut
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1734283 B1 [0002]
- DE 102008052308 A1 [0003]
