DE102016115386B4

DE102016115386B4 - Hochdämpfende hydraulische spannvorrichtung mit geringer kraft

Info

Publication number: DE102016115386B4
Application number: DE102016115386.9A
Authority: DE
Inventors: Eric D. Staley; David R. Staley; Robert S. McAlpine
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-09-01
Filing date: 2016-08-18
Publication date: 2024-01-18
Anticipated expiration: 2036-08-19
Also published as: US9714694B2; CN106481762B; DE102016115386A1; CN106481762A; US20170059010A1

Abstract

Spannvorrichtung (20), umfassend:ein Gehäuse (26), das eine zylindrische Bohrung (28) definiert;einen Kolben (30) in der besagten Bohrung (28);eine Feder (32) in Eingriff mit dem Kolben (30) zum Vorspannen des Kolbens (30) in einer nach außen gerichteten Richtung; undeinen Ölkanal (36) in Verbindung mit der zylindrischen Bohrung (28), um Drucköl in die Bohrung (28) zu leiten; dadurch gekennzeichnet , dassder Kolben (30) eine nicht-zylindrische Mantelfläche aufweist, bei der es sich um eine Zykloide handelt, wobei die nicht-zylindrische Mantelfläche des Kolbens (30) eine Vielzahl von Kontaktbereichen (42) beinhaltet, die konzentrisch und in Gleiteingriff mit der zylindrischen Bohrung (28) sind, wobei die nicht-zylindrische Mantelfläche des Kolbens (30) zwischen den Kontaktbereichen (42) eine Vielzahl von Zwischenraumbereichen (40) beinhaltet,wobei sowohl die Kontaktbereiche (42) als auch die Zwischenraumbereiche (40) ausschließlich konvex gekrümmt sind; undwobei der Kolben (30) einen Kolbenboden und ein sich daran anschließendes Kolbenhemd aufweist, wobei sich die Feder (32) zumindest teilweise innerhalb des Kolbenhemds erstreckt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine hydraulischen Riemen- oder Ketten-Spannvorrichtung mit verbesserter. Dämpfungsleistung und insbesondere eine Spannvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie beispielweise aus der DE 10 2008 011 365 A1 bekannt.
HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG
Hydraulische Spannvorrichtungen werden zum Spannen einer Kette oder eines Riemens verwendet, um ein Rasseln der Kette bzw. ein Durchrutschen des Riemens im Hilfsantrieb eines Motors oder anderen industriellen Maschinen zu verhindern. Bei einer typischen hydraulischen Spannvorrichtung, wie in 4a dargestellt, befindet sich ein zylindrischer Kolben 100 in einer zylindrischen Bohrung 102 eines Gehäuses und ist auf einen Spannschuh vorgespannt, um Spannkraft auf einen Riemen oder eine Kette auszuüben. Ein Hochdrucköl wird in die Bohrung 102 eingeführt, um die Bewegung des Kolbens zu dämpfen. Das Öl wird aus der Hochdruckkammer gepresst, wobei es durch einen Zwischenraum 104 um den Kolben 100 und in den Kettenhohlraum fließt. In der Regel erfordert eine hydraulische Spannvorrichtung einen größeren Zwischenraum zwischen dem Kolben und der Bohrung, um mit weniger Dämpfungskraft möglichst viel Dämpfung zu erzeugen. Der große Zwischenraum erschwert es, den Kolben während des Betriebs konzentrisch mit der Bohrung zu halten, weshalb er für Haftung oder Gleitreibung (Tendenz aufgrund von Reibung haften oder kleben zu bleiben) anfällig ist. Mit einem begrenzten Zwischenraum 104 aufgrund der Notwendigkeit der Konzentrizität zwischen dem Kolben 100 und der Bohrung 102, hat die Bewegungskurve der Kraft gegenüber dem Kolben, wie in 4b dargestellt, eine begrenzte Dämpfungsfähigkeit.
Der Erfindung liegt ausgehend von der DE 10 2008 011 365 A1 die Aufgabe zu Grunde, eine einfacher aufgebaute Spannvorrichtung mit verbesserter Dämpfung unter Beibehaltung der Konzentrizität zwischen dem Kolben und der Bohrung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit einer Spannvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist eine hydraulische Kette oder Riemenspannvorrichtung mit einem Kolben vorgesehen, die ein unrundes Profil innerhalb der zylindrischen Bohrung aufweist und eine konzentrische Position des Kolbens im Verhältnis zu der Bohrung ermöglicht, welche verkleinert werden kann, während der effektive hydraulische Zwischenraum vergrößert werden kann, um eine höhere Dämpfung mit weniger Dämpfungskraft zu erreichen.
Weitere Anwendungsbereiche sind aus der hier dargebotenen Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen ausschließlich zur Veranschaulichung.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich der Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen.

1 ist eine schematische Darstellung eines Riemen- oder Kettenantriebssystems mit einer Spannvorrichtung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
2a ist eine schematische Darstellung des unrunden Profilkolbens, der sich innerhalb der Zylinderbohrung befindet, um unter Beibehaltung hoher Konzentrizität zwischen dem Kolben und der Bohrung für einen größeren hydraulischen Zwischenraum zu sorgen;
2b ist eine Graphik zur Darstellung der Verschiebungskurve der Kraft gegenüber dem Kolben für den unrunden Profilkolben gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
3 ist eine schematische Darstellung eines nicht erfindungsgemäßen unrunden Profilkolbens, der sich innerhalb der Zylinderbohrung befindet;
4a ist eine schematische Darstellung eines konventionellen Rundprofilkolbens, der sich innerhalb der Zylinderbohrung befindet;
4b ist eine Graphik zur Darstellung der Bewegungskurve der Kraft gegenüber dem Kolben für den konventionellen Rundprofilkolben.

Entsprechende Bezugszeichen geben in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen die entsprechenden Bauabschnitte an.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es werden nun exemplarische Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
In 1 wird ein Ketten- oder Riemen-Antriebssystem 10 mit einem ersten Kettenrad bzw. einer ersten Riemenscheibe 12 und einem zweiten Kettenrad bzw. einer zweiten Riemenscheibe 14 dargestellt. Ein Riemen oder eine Kette 16 werden antriebsmäßig mit dem ersten Kettenrad bzw. der ersten Riemenscheibe 12 und dem zweiten Kettenrad bzw. der zweiten Riemenscheibe 14 dargestellt. Zusätzliche Kettenräder oder Riemenscheiben 18 können auch mit dem Riemen oder der Kette 16 in Eingriff sein, um Antriebsmoment zu/von den verschiedenen Komponenten eines Motors oder einer anderen industriellen Maschine zu erreichen oder zu erhalten. Eine Spannvorrichtung 20 in Eingriff mit dem Riemen bzw. der Kette 16 ist vorgesehen, um eine Spannkraft darauf auszuüben.
Die Spannvorrichtung 20 beinhaltet ggf. einen Schwenkschuh 22, der in Eingriff mit dem Riemen bzw. einer Kette 16 ist und sich um eine Drehachse 24 schwenken lässt. Ein Gehäuse oder eine andere Stützkonstruktion 26 definiert eine zylindrische Bohrung 28. Ein Kolben 30 wird in der Bohrung 28 zusammen mit einer Feder 32 empfangen, die den Kolben 30 in einer nach außen gerichteten Richtung an einer gegenüberliegenden Oberfläche 34 des Schwenkschuhs 22 vorspannt. Ein Ölkanal 36 in Verbindung mit dem Hohlraum 28 ist vorgesehen, um Drucköl in den Hohlraum 28 zu leiten.
Die Feder 32 hält eine Vorspannkraft auf den Kolben 30 aufrecht, während das Drucköl innerhalb des Hohlraums die Bewegung des Kolbens 30 dämpft, um ein Rasseln der Kette bzw. des Riemens zu verhindern. Die Verschiebung des Kolbens führt effektiv dazu, dass Öl aus einer Quelle gepumpt wird, während der Fließwiderstand um den Kolben eine Drucksteigerung bewirkt, die außerdem eine Reaktionskraft auf den Kolben ausübt, die dessen Bewegung hemmt bzw. dämpft. Die Ölversorgung enthält zudem ein Rückschlagventil, welches verhindert, dass das Öl aufgrund der Kolbenverschiebung zurückfließt. Wie in 2a dargestellt, hat der Kolben 30 ein unrundes Profil, das durch Zykloidenmathematik erzeugt werden kann und ggf. kleine Kontaktbereiche 42 mit hoher Konzentrizität innerhalb der zylindrischen Bohrung 28 aufweist, während verbesserte hydraulische Zwischenraumbereiche 40 zwischen dem unrunden Profil des Kolbens 30 und der zylindrischen Bohrung 28 vorgesehen sind. Die verbesserten hydraulischen Zwischenraumbereiche 40 befinden sich zwischen den konzentrischen Kontaktbereichen 42 und erhöhen den effektiven hydraulischen Durchmesser, um, wie im Diagramm der 2b dargestellt, in welcher im Vergleich zur herkömmliche Konstruktion der 4a, 4b ein größerer Verschiebungsbereich D mit geringerer Kraft F erreicht wird, mit weniger Dämpfungskraft für eine höhere Strömung zu sorgen.
Unter Bezugnahme auf 3 kann durch Zykloidenmathematik eine Vielzahl von unrunden Profilformen beschrieben werden, die für den Kolben 30' mit tiefer geschnittenen Zwischenraumbereichen 40' verwendet werden können. Außerdem kann je nach gewünschter Anwendung eine unterschiedliche Anzahl von Zwischenraumbereichen 40 und konzentrischen Kontaktbereichen 42 verwendet werden.

Claims

Spannvorrichtung (20), umfassend: ein Gehäuse (26), das eine zylindrische Bohrung (28) definiert; einen Kolben (30) in der besagten Bohrung (28); eine Feder (32) in Eingriff mit dem Kolben (30) zum Vorspannen des Kolbens (30) in einer nach außen gerichteten Richtung; und einen Ölkanal (36) in Verbindung mit der zylindrischen Bohrung (28), um Drucköl in die Bohrung (28) zu leiten; dadurch gekennzeichnet , dass der Kolben (30) eine nicht-zylindrische Mantelfläche aufweist, bei der es sich um eine Zykloide handelt, wobei die nicht-zylindrische Mantelfläche des Kolbens (30) eine Vielzahl von Kontaktbereichen (42) beinhaltet, die konzentrisch und in Gleiteingriff mit der zylindrischen Bohrung (28) sind, wobei die nicht-zylindrische Mantelfläche des Kolbens (30) zwischen den Kontaktbereichen (42) eine Vielzahl von Zwischenraumbereichen (40) beinhaltet, wobei sowohl die Kontaktbereiche (42) als auch die Zwischenraumbereiche (40) ausschließlich konvex gekrümmt sind; und wobei der Kolben (30) einen Kolbenboden und ein sich daran anschließendes Kolbenhemd aufweist, wobei sich die Feder (32) zumindest teilweise innerhalb des Kolbenhemds erstreckt.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen Schwenkschuh (22), der mit dem Kolben (30) im Eingriff ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Schwenkschuh (22) entsprechend konfiguriert ist, in einen Riemen (16) oder eine Kette (16) einzugreifen, um eine Spannkraft darauf auszuüben.