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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung zum Spannen einer Kette mit einem Gehäuse mit einer ersten Rastvertiefung, einem im Gehäuse axial ausfahrbar angeordneten Kolben mit einer zweiten Rastvertiefung und einem Sicherungselement, wobei das Sicherungselement in der ersten und/oder der zweiten Rastvertiefung angeordnet ist.
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Stand der Technik
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Hydraulische Spannvorrichtungen werden zum Spannen von Ketten oder Riemen eingesetzt. In einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor dient eine hydraulische Spannvorrichtung insbesondere dazu, die Steuerkette oder den Steuerriemen eines Nockenwellenantriebes zu spannen. In einem solchen Kettentriebsystem muss die Kette ständig gespannt sein, weil eine lose Kette Spiel aufweist und somit die Ventilsteuerzeiten nicht exakt stimmen. Zudem verursacht eine lose Kette Geräusche und verschleißt übermäßig. Die hydraulische Spannvorrichtung ist notwendig, um Längenänderungen aufgrund eines Temperaturganges und aufgrund mechanischen Verschleißes laufend auszugleichen. Hydraulische Spannvorrichtungen weisen in der Regel ein Gehäuse mit einer Bohrung auf, in der ein hohler Kolben aufgenommen ist. Zusammen mit dem Gehäuse bildet der Kolben einen Hohlraum, in dem eine Hydraulikflüssigkeit, z.B. ein Öl aufgenommen ist.
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Kolben und Gehäuse sind im Betrieb hohen Belastungen ausgesetzt und unterliegen großen Temperaturschwankungen. Bei herkömmlichen Spannvorrichtungen kann es bei der Montage, insbesondere im Wartungsfall, passieren, dass der Kolben irreversibel aus dem Gehäuse axial ausfährt. Die Spannvorrichtung ist dann nicht mehr betriebsbereit und darf aus Sicherheitsgründen nicht weiter verwendet werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Spannvorrichtung bereitzustellen, die wirksam den Hubweg des Kolbens begrenzt, den hohen Temperaturschwankungen und Belastungen standhält, gegen unbeabsichtigtes Auseinanderfallen gesichert und kostengünstig mit Standardbauelementen herstellbar ist.
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Die Aufgabe wird mittels der erfindungsgemäßen hydraulischen Spannvorrichtung zum Spannen einer Kette gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
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Die erfindungsgemäße hydraulische Spannvorrichtung weist ein Gehäuse und einen darin axial beweglich angeordneten Kolben auf. Das Gehäuse weist eine erste Rastvertiefung, der Kolben eine zweite Rastvertiefung auf. Die Rastvertiefungen sind in einem axialen Abstand zueinander angeordnet, der dem Verfahrweg des Kolbens entspricht. Die hydraulische Spannvorrichtung weist außerdem ein Sicherungselement auf, das in der ersten Rastvertiefung oder der zweiten Rastvertiefung angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist das Sicherungselement derart zwischen Gehäuse und Kolben angeordnet, dass das Sicherungselement durch den Kolbenhub in die erste Rastvertiefung oder die zweite Rastvertiefung einrastet und so den Hubweg des Kolbens begrenzt. Das Sicherungselement wird durch Krafteinwirkung in die erste oder zweite Rastvertiefung gepresst und verhindert eine weitere axiale Bewegung des Kolbens in Ausfahrrichtung und bildet dadurch eine Stoppgeometrie welche als Endlagen- bzw. Transportsicherung für den Kolben dient. Die erfindungsgemäße hydraulische Spannvorrichtung weist zur Begrenzung des Hubweges des Kolbens lediglich ein Sicherungselement auf, das in einer Rastvertiefung angeordnet ist und in eine weitere Rastvertiefung einrastet. Die Rastvertiefungen sind am Kolben und Gehäuse angeordnet, das Sicherungselement wird bei Montage der hydraulischen Spannvorrichtung eingesetzt, weitere Bauteile müssen nicht verbaut werden. Die Dichtigkeit bzw. der Leckagespalt an der Grenze Gehäuse-Kolben sind nicht beeinträchtigt.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Sicherungselement ein Federdrahtelement. Das Federdrahtelement übt eine Normalkraft auf die Außenwandung des Kolbens und die Innenwandung des Gehäuses derart aus, dass das Federdrahtelement in eine Rastvertiefung einrastet und den Verfahrweg des Kolbens begrenzt. Das Federdrahtelement ist derart bemessen, dass es den Kolben und/oder das Gehäuse teilweise oder vollumfänglich umgreift. Dadurch wird eine einfache Montage des Federdrahtelementes erreicht.
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In einer alternativen Weiterbildung der Erfindung ist das Sicherungselement als ein Kunststoffelement ausgebildet. Das Kunststoffelement übt wie das Federdrahtelement eine Normalkraft auf die Außenwandung des Kolbens und die Innenwandung des Gehäuses derart aus, dass das Kunststoffelement in eine Rastvertiefung einrastet und den Verfahrweg des Kolbens begrenzt. Das Kunststoffelement ist derart bemessen, dass es den Kolben und/oder das Gehäuse teilweise oder vollumfänglich umgreift. Dadurch wird eine einfache Montage Kunststoffelementes erreicht.
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In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die erste und/oder die zweite Rastvertiefung einen Keilquerschnitt mit Rastkante auf. Die Keilform ist derart ausgerichtet, dass die Keilspitze entgegengesetzt zur Ausfahrrichtung des Kolbens angeordnet ist. Das Sicherungselement gleitet bei Bewegung des Kolbens an der schiefen Ebene des Keils entlang und rastet an der Rastkante in die erste und/oder die zweite Rastvertiefung ein.
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In einer weiteren Gestaltung der Erfindung weist die erste und/oder die zweite Rastvertiefung eine Tiefe auf, die der Hälfte der Dicke des Sicherungselementes entspricht. Dadurch wird verhindert, dass bei axialer Krafteinwirkung des Kolbens auf das Sicherungselement das Sicherungselement unter der ersten und/oder zweiten Rastvertiefung hindurch gleitet. Je nach Auslegung der hydraulischen Spannvorrichtung kann es aber auch ausreichend sein, wenn die Tiefe der ersten und/oder der zweiten Rastvertiefung nur 0,33% der Dicke des Sicherungselementes entspricht, wenn z.B. die Vorspannkraft der Feder entsprechend gering ausfällt oder ein einfaches Überwinden der Endlagensicherung ermöglicht werden soll, damit der Kolben aus dem Gehäuse gezogen werden kann. Alternativ kann die erste und/oder die zweite Rastvertiefung auch bis zu 0,84% der der Dicke des Sicherungselementes entsprechen, wenn die erforderliche Kraft zum Entfernen des Kolbens aus dem Gehäuse erhöht werden soll.
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In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist das Sicherungselement in einer Rastposition in die erste Rastvertiefung und/oder die zweite Rastvertiefung eingerastet. Das Sicherungselement ist bei maximalem Hub des Kolbens in die erste Rastvertiefung eingerastet, wenn das Sicherungselement in der zweiten Rastvertiefung bei nicht vollständig ausgefahrenem Kolben angeordnet ist. In gleicher Weise ist das Sicherungselement bei maximalem Hub des Kolbens in die zweite Rastvertiefung eingerastet, wenn das Sicherungselement in der ersten Rastvertiefung bei nicht vollständig ausgefahrenem Kolben angeordnet ist. Für die ordnungsgemäße Funktion der erfindungsgemäßen hydraulische Spannvorrichtung ist es also unerheblich, ob das Sicherungselement in der ersten Rastvertiefung des Gehäuses oder der zweiten Rastvertiefung des Kolbens angeordnet ist. Dadurch wird eine flexible Auslegung der erfindungsgemäßen hydraulischen Spannvorrichtung erreicht.
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Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen hydraulische Spannvorrichtung sind in den Zeichnungen schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1: Eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen hydraulischen Spannvorrichtung, Betriebsposition
- 2: Eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen hydraulischen Spannvorrichtung, Kolben maximal ausgefahren und eingerastet
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1 zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen hydraulischen Spannvorrichtung 1, wobei der Kolben 20 in Betriebsposition eine Kette (nicht dargestellt) spannt, jedoch nicht in der maximalen Endposition ist. Die hydraulische Spannvorrichtung 1 weist das Gehäuse 10 auf, das als Laufbuchse für den darin beweglich angeordneten Kolben 20 dient. Das Gehäuse 10 ist mit einem Arbeitsmittel gefüllt, üblicherweise ein Hydrauliköl. Bei einem Einsatz der hydraulischen Spannvorrichtung 1 in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs wird das Arbeitsmittel von der Umlaufschmierung des Motors abgezweigt. Das Arbeitsmittel strömt aus einem Reservoir in das Gehäuse 10 und schiebt den Kolben 20 an die zu spannende Kette oder den Riemen. Die hydraulische Spannvorrichtung 1 kann auch mit vorgespannten Gasen, z.B. mit Pressluft, oder mechanisch z.B. durch eine Feder den Kolben 20 an die Kette pressen und diese so spannen.
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Kolben 20 und das um den Kolben 20 angeordnete Gehäuse 10 sind üblicherweise zylinderförmig mit kreisförmigem Querschnitt ausgeführt. Der Kolben 20 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine um den Umfang des Kolbens 20 umlaufende zweite Rastvertiefung 50 auf. Die Tiefe der zweiten Rastvertiefung 50 ist derart bemessen, dass sie das Sicherungselement 30 aufnehmen kann. Die zweite Rastvertiefung 50 weist eine Mitnehmerkante 51 auf. Das Sicherungselement 30 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein um den Umfang des Kolbens 20 umlaufendes Federdrahtelement 30 mit kreisrundem Querschnitt, das derart unter Spannung steht, dass es eine Normalkraft F senkrecht zur Oberfläche des Kolbens 20 auf das Gehäuse 10 ausübt. Das Sicherungselement 30 wird also durch das Gehäuse 10 in der zweiten Rastvertiefung 50 fixiert.
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Das Gehäuse 10 weist auf der Innenseite die erste Rastvertiefung 40 auf, die um den Innendurchmesser des Gehäuses 10 verläuft. Die erste Rastvertiefung 40 ist im Vergleich zur zweiten Rastvertiefung 50 um einen Längenbetrag in Ausfahrrichtung des Kolbens 20 versetzt angeordnet. Die erste Rastvertiefung 40 weist eine Keilform mit einer schiefen Ebene 41 und einer Rastkante 42 auf. Die Lage der Rastkante 42 der ersten Rastvertiefung 40 an der Gehäusewandung 10 markiert dabei die Lage des Endpunktes des maximalen Verfahrweges des Kolbens 20.
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Eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen hydraulischen Spannvorrichtung 1 bei maximal ausgefahrenem Kolben 20 zeigt 2. Der Kolben 20 ist derart weit ausgefahren, dass das in der zweiten Rastvertiefung 50 angeordnete Sicherungselement 30 durch die Eigenspannung in die erste Rastvertiefung 40 einrastet. Die erste Rastvertiefung 40 ist derart bemessen, dass die Tiefe der ersten Rastvertiefung 40 mindestens dem halben Durchmesser des Sicherungselementes 30 entspricht. Die Rastkante 42 der ersten Rastvertiefung 40 verhindert also eine weitere Bewegung des Kolbens 20 in Ausfahrrichtung, der Kolben 20 ist in Ausfahrrichtung gehemmt und kann nicht aus dem Gehäuse gleiten. Beim Zurückfahren des Kolbens 20 entgegen der Ausfahrrichtung wird das Sicherungselement 30 durch die Mitnehmerkante 51 der zweiten Rastvertiefung 50 in Bewegungsrichtung des Kolbens 20 mitgenommen und gleitet während der Bewegung an der schiefen Ebene 41 der ersten Rastvertiefung 40 in die zweite Rastvertiefung 50 zurück. Damit das Sicherungselement 30 bei der Einfahrbewegung ohne Verklemmen sicher über schiefen Ebene 41 in die Rastvertiefung 50 zurückgleiten kann, beträgt der Winkel γ der ersten Rastvertiefung 40 zwischen 69° und 79°, bevorzugt - wie in den 1, 2 dargestellt - um die 74°. Entsprechend ist der Winkel α der zweiten Rastvertiefung 50 zwischen 130° und 140°, bevorzugt 135°, zu wählen, damit das Sicherungselementes 30 eine ausreichende Klemmwirkung mit der Rastkante 42 bei ausgefahrenem Kolben 20 entwickeln kann.
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Im hier gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel (1, 2) ist das Sicherungselement 30 in einer zweiten Rastvertiefung 50 im Kolben 20 angeordnet, während das Gehäuse 10 eine keilförmige erste Rastvertiefung 40 aufweist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das als Federdrahtelement ausgeführte Sicherungselement 30 in einer Rastvertiefung 40 angeordnet sein, die auf der dem Kolben 20 zugewandten Innenseite des Gehäuses 10 angeordnet ist, während der Kolben 20 eine weitere keilförmige Rastvertiefung 50 in einer axialen Entfernung aufweist. Das Federdrahtelement 30 übt eine Normalkraft F senkrecht zur Oberfläche des Gehäuses 10 auf den Kolben 20 aus.
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Bei Bewegung des Kolbens 20 ist das Sicherungselement 30 fest angeordnet und wird durch die Eigenspannung in die keilförmige Rastvertiefung 50 des Kolbens 20 gepresst. Auch in diesem Ausführungsbeispiel rastet das Sicherungselement 30 in die keilförmige Rastvertiefung 50 des Kolbens 20 ein und verhindert eine weitere Bewegung des Kolbens 20 in Ausfahrrichtung. In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen hydraulischen Spannvorrichtung 1 ist das Sicherungselement 30 und die das Sicherungselement 30 aufnehmende Rastvertiefung 40, 50 nicht vollumfänglich auf dem Außenumfang des Kolbens 20 oder dem Innenumfang des Gehäuses 10 angeordnet, sondern lediglich auf einem Kreisabschnitt. Das Sicherungselement 30 kann dann auch linear oder als Kreisabschnitt ausgebildet sein. Die keilförmige Rastvertiefung 40, 50, in die das Sicherungselement 30 einrastet, kann vollumfänglich oder ebenfalls linear oder als Kreisabschnitt ausgeführt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydraulische Spannvorrichtung
- 10
- Gehäuse
- 20
- Kolben
- 30
- Sicherungselement
- 40
- Erste Rastvertiefung
- 41
- Schiefe Ebene
- 42
- Rastkante
- 50
- Zweite Rastvertiefung
- 51
- Mitnehmerkante
- F
- Normalkraft
