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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung mit einem
ein offenes Ende aufweisenden Gehäuse einer axial aus dem offenen Ende
des Gehäuses
ragenden zylindrischen Kolbenstange, einer eine dichte Abdichtung
zwischen dem Gehäuse
und der Kolbenstange gewährleistenden Dichtung
zum Abdichten von Öl
innerhalb des Gehäuses,
einer an der Kolbenstange festgelegten und entlang der Innenwand
des Gehäuses
axial verschiebbaren Stangenführung
und einer in komprimiertem Zustand zwischen dem Gehäuse und
der Stangenführung
angeordneten Feder zum Ausüben einer
die Kolbenstange aus dem Gehäuse
treibenden axialen Kraft, wobei die Feder eine Schraubenfeder ist,
wobei die Stangenführung
eine mit einer Endwindung der Feder in Anlage gehaltene Oberfläche aufweist,
wobei die Endwindung eine vorgegebene radiale Dicke aufweist und
wobei ein Ölkanal
durch die Oberfläche
ausgebildet ist.
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Die
hydraulische Spannvorrichtung wird hauptsächlich zum Ein- und Nachstellen
der Spannung des Zahnriemens eines Automobilmotors verwendet.
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Eine
typische hydraulische Spannvorrichtung ist in dem
japanischen Gebrauchsmuster, Veröffentlichungs-Nr.
7-6552 beschrieben. Eine Spannvorrichtung dieses Typs umfasst
ein an einem Ende eine Öffnung
aufweisendes, hohles Gehäuse,
in dem ein runder Hohlzylinder angeordnet ist, und eine in dem Zylinder
verschiebbare Kolbenstange. Im Betrieb wird auf die Kolbenstange
eine die Kolbenstange ausfahrende oder vorschiebende Kraft ausgeübt, um die
Spannung des Zahnriemens oder der Kette – nachfolgend als Treibriemen
bezeichnet – auf
einem konstanten Wert zu halten. Die Kolbenstange ragt aus der Öffnung des
Gehäuses,
und zwischen dem Gehäuse
und der Kolbenstange ist eine Dichtung vorgesehen, um ein Öl in dem
Gehäuse
einzuschließen
oder abzudichten. An der Kolbenstange ist eine Stangenführung angeordnet,
und eine in dem Gehäuse
ausgebildete Niederdruckölkammer
wird durch die Stangenführung
geteilt. Eine Feder ist in komprimiertem oder vorgespanntem Zustand
zwischen dem Gehäuse
und der Stangenführung
angeordnet und übt
eine Kraft in Vorschubrichtung der Kolbenstange auf die Kolbenstange
aus.
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Wenn
sich der Treibriemen lockert, wird die Kolbenstange nach vorne geschoben,
wodurch sofort Öl
aus einem mit der Niederdruckölkammer
kommunizierenden Öl reservoir
in eine in dem Zylinder ausgebildete Hochdruckölkammer strömt, so dass sofort wieder eine
geeignete Spannung des Treibriemens hergestellt wird. Im umgekehrten
Falle, wenn der Treibriemen einer übermäßigen Spannung ausgesetzt ist,
läuft das Öl in der
Hochdruckölkammer nach
und nach durch das Spiel zwischen dem Zylinder und der Kolbenstange
aus, wodurch die Kolbenstange nach und nach zurückgezogen wird, um die übermäßige Spannung
des Treibriemens aufzunehmen oder zu absorbieren.
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Bei
der voranstehend beschriebenen Konstruktion einer Spannvorrichtung
wird, wenn die Kolbenstange vorgeschoben wird, die ölbeinhaltende Kapazität vergrößert, so
dass sich im Ergebnis ein negativer Druck (Überdruck) in dem Gehäuse ausbildet.
Unter der Wirkung des negativen Druckes kann Luft durch die Schnittstelle
zwischen der Kolbenstange und der Dichtung in das Gehäuse eindringen
oder gezogen werden. Die Stangenführung ist dafür vorgesehen,
das Auftreten dieses Phänomens
zu vermeiden und hat so die Funktion, in einem dichtungsseitigen
Bereich der Niederdruckölkammer
einen positiven Druck aufrechtzuerhalten.
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Andererseits
kann ein übermäßig hoher Druck
in dem dichtungsseitigen Bereich der Niederdruckölkammer das Auslaufen von Öl verursachen. Um
dieses Problem zu vermeiden, ist die Stangenführung mit einem Ölkanal oder
-durchtritt versehen, der eine Fließkommunikation von Öl zwischen
dem dichtungsseitigen Bereich und dem zylinderseitigen Bereich der
Niederdruckölkammer
ermöglicht,
um den dichtungsseitigen Bereich der Niederdruckkammer auf einem
geeigneten positiven Druck zu halten, wenn die Kolbenstange vorgeschoben
wird.
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Da
die Stangenführung
in Anlage mit der in einem komprimierten oder vorgespannten Zustand angeordneten
Feder gehalten wird, schließt
die Feder aber den Ölkanal
und blockiert den Ölfluss
aus dem dichtungsseitigen Bereich der Niederdruckölkammer.
Im Ergebnis steigt der Druck in dem dichtungsseitigen Bereich der
Niederdruckölkammer
außerordentlich
an. Ein solcher übermäßig hoher
Druck neigt einerseits dazu, das Öl zum Auslaufen über die Schnittstelle
zwischen der Kolbenstange und der Dichtung zu zwingen, und verhindert
andererseits eine gleichmäßige Vorschubbewegung
der Kolbenstange durch das in dem dichtungsseitigen Bereich eingeschlossene Öl.
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Aus
der
DE 44 22 445 A1 ist
eine hydraulische Spannvorrichtung mit sämtlichen Merkmalen des Oberbegriffs
des Patentanspruchs bekannt. Insbesondere ist in dem Gehäuse eine
Niederdruckölkammer
ausgebildet, die durch die Stangenführung geteilt wird. Die Stangenführung ist
dafür vorgesehen,
in einem dichtungsseitigen Bereich der Niederdruckölkammer
einen positiven Druck aufrecht zu erhalten, um ein Eintreten von
Luft zwischen der Kolbenstange und der Dichtung hindurch zu vermeiden. Beim
Betrieb der bekannten Vorrichtung muss jedoch darauf geachtet werden,
dass kein übermäßig hoher Druck
in dem dichtungsseitigen Bereich der Niederdruckölkammer auftritt, um ein Auslaufen
von Öl
zu vermeiden. Zur Regelung des Drucks in dem dichtungsseitigen Bereich
der Niederdruckölkammer weist
die Stangenführung
zum Einen, einen etwas geringeren Durchmesser als der Innendurchmesser des
Gehäuses
auf. Hierdurch ist gewährleistet,
dass eine Strömungsverbindung
zwischen dem dichtungsseitigen Bereich und dem zylinderseitigen
Bereich der Niederdruckölkammer
bereitgestellt ist. Zum anderen weist die Stangenführung einen
durch ihre Oberfläche
in axialer Richtung ausgebildeten Ölkanal
44 auf, der
ebenfalls eine Strömungsverbindung
zwischen dem dichtungsseitigen Bereich und dem zylinderseitigen
Bereich der Niederdruckölkammer
bereitstellt. Dieser Ölkanal
44 ist
parallel zur Kolbenstange und in etwa in der Mitte zwischen der
Kolbenstange und dem Gehäuse
angeordnet. Der Ölkanal
44 ist
dabei als Durchgang mit im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt ausgebildet.
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Des
Weiteren ist aus der
DE
35 13 839 A1 eine fluidgefüllte gedämpfte Kolben-Zylinder-Einheit bekannt.
Die Kolben-Zylinder-Einheit weist einen speziell ausgestalteten
zweiteiligen Kolben und keine Stangenführung auf.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische
Spannvorrichtung anzugeben, bei der ein sicherer Betrieb ohne unkontrollierte Ölverluste
mit konstruktiv einfachen Mitteln realisiert ist.
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Die
voranstehende Aufgabe ist durch eine hydraulische Spannvorrichtung
gemäß dem Patentanspruch
gelöst.
Danach ist die hydraulische Spannvorrichtung derart ausgebildet,
dass der Ölkanal
radial verlängert
ist, wobei der Ölkanal
mit der Endwindung überlappt
und sich radial über
die vorgegebene radiale Dicke der Endwindung hinaus erstreckt, so dass
er von der Endwindung der Feder nicht verschlossen wird.
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Wenn
sich der Treibriemen lockert, wird die Kolbenstange durch den Druck
des Öls
vorgeschoben, um wieder eine geeignete Spannung des Treibriemens
herzustellen. In diesem Moment wird die Stangenführung zusammen mit der Kolbenstange
in Richtung der Dichtung vorgeschoben, um in einem dichtungsseitigen
Bereich der Niederdruckölkammer einen
positiven Druck (Überdruck)
aufrechtzuerhalten.
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Der
radial verlängerte Ölkanal,
der in der Oberfläche
der Stangenführung
ausgebildet ist, die in Anlage mit der Feder gehalten wird, ermöglicht den Durchtritt
einer konstanten Ölmenge,
unabhängig von
der Position des Eingriffs zwischen der Feder und der Eingriffsoberfläche der
Stangenführung,
so dass ein geeigneter positiver Druck in dem dichtungsseitigen
Bereich der Niederdruckölkammer
aufrechterhalten werden kann. Auf diese Weise bildet sich in dem
dichtungsseitigen Bereich der Niederdruckölkammer sogar, wenn die Kolbenstange
vorgeschoben wird, kein negativer Druck aus noch wird er zu einem
extrem hohen Druck angehoben. Die Kolbenstange kann dadurch gleichmäßig vorgeschoben
werden, ohne ein Auslaufen von Öl
zu verursachen.
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Ausgestaltungen
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung
erläutert. In
der Zeichnung zeigen
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1 eine
Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen hydraulischen Spannvorrichtung,
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2 eine
vergrößerte Schnittdarstellung der
Stangenführung
der in 1 dargestellten hydraulischen Spannvorrichtung
und
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3 eine
Schnittdarstellung entlang der Linie 3-3 der 2.
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Wie
in 1 dargestellt umfasst eine erfindungsgemäße hydraulische
Spannvorrichtung 10 ein hohles Gehäuse 14 mit einer darin
ausgebildeten intermediären
Trennwand 12, einen runden, konzentrisch in dem Gehäuse 14 angeordneten
Hohlzylinder 16 und eine Kolbenstange 18, die
gleitend mit einem kleinen Spalt oder Spiel in den Zylinder 16 aufgenommen
ist. Der Zylinder 16 und die Kolbenstange 18 definieren
zusammen eine Hochdruckölkammer 20.
Die Hochdrucköl kammer 20 kommuniziert über ein
Rückschlagventil 22 mit
der Außenseite
des Zylinders, und der Druck in der Hochdruckölkammer 20 wirkt gegen die
die Kolbenstange 18 zurückdrückende Kraft.
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Die
Kolbenstange 18 ragt aus dem offenen Ende des Gehäuses 14,
und eine Dichtung 24 umgibt einen vorstehenden Teil der
Kolbenstange 18, um das offene Ende des Gehäuses 14 abzudichten
oder zu verschließen.
Die solchermaßen
vorgesehene Dichtung 24 definiert in dem Gehäuse 14 eine
Niederdruckölkammer 26,
die mit Öl
gefüllt
ist. An der Kolbenstange 18 festgelegt und in der Niederdruckölkammer 26 angeordnet
ist eine Stangenführung 28. Die
Stangenführung 28 und
eine innere Wand des Zylinders 14 sind durch einen Spalt
oder ein Spiel voneinander beabstandet, das klein genug ist, um den Ölfluss zu
limitieren oder einzuschränken.
Im Ergebnis wird der Öldruck
in dem dichtungsseitigen Bereich der Niederdruckölkammer 26 durch die
Stangenführung 28 auf
einem positiven Druck gehalten, wenn die Kolbenstange 18 vorgeschoben
wird.
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Das
Gehäuse 14 weist
ein offenes an der rückwärtigen Seite
der intermediären
Trennwand 12 angeordnetes Ende auf. Das offene Ende ist
durch eine Membran 30 verschlossen, so dass zwischen der
intermediären
Trennwand 12 und der Membran 30 ein Ölreservoir 32 ausgebildet
ist. Das Ölreservoir 32 steht über einen Ölkanal 34 in
Flüssigkeitskommunikation
mit der Niededruckölkammer 26.
Das Öl, das
durch ein Spiel zwischen dem Zylinder 16 und der Kolbenstange 18 ausläuft, fließt über den Ölkanal 34 in
das Ölreservoir 32.
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Eine
Feder 36 ist in einem komprimierten oder vorgespannten
Zustand zwischen dem Gehäuse 14 und
der Stangenführung 28 angeordnet
und zwingt die Kolbenstange 18 vorwärts. Entsprechend wird die
Kolbenstange 18 vorgeschoben, wenn sich der Treibriemen
locker, woraufhin das Öl
in dem Ölreservoir 32 schnell
durch das Rückschlagventil 22 in die
Hochdruckölkammer 20 fließt, um sofort
wieder eine geeignete Spannung des Treibriemens herzustellen. Im
umgekehrten Falle, wenn die Spannung des Treibriemens bis zu einem übermäßigen Ausmaß vergrößert wird,
läuft das Öl in der
Hochdruckölkammer 20 als
Reaktion auf eine zurückziehende
Bewegung der Kolbenstange 18 nach und nach über das
Spiel zwischen dem Zylinder 16 und der Kolbenstange 18 aus,
wobei sich nach und nach die Spannung des Treibriemens reduziert.
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Die
in den 2 und 3 dargestellte Stangenführung 28 der
erfindungsgemäßen Spannvorrichtung
weist eine Vielzahl von Ölkanälen oder -durchtritten 38 auf – im hier
dargestellten Ausführungsbeispiel
3. Die Ölkanäle 38 sind
zumindest an einer Oberfläche – der die
Feder zurückhaltende Oberfläche – der Stangenführung 28,
die in Anlage mit einem Ende der Feder 36 gehalten ist,
in radialer Richtung verlängert.
Insbesondere erstrecken sich die Ölkanäle 38 von einer inneren
peripheren Oberfläche
der in Presspassung mit der Kolbenstange 18 verbundenden
Stangenführung 28 radial
nach außen und
auch in axialer Richtung der Kolbenstange 18 durch die
Dicke der Stangenführung 28.
In 3 ist mit den gestrichelten Linien ein Bereich
der Feder 36 angedeutet, der mit der die Feder zurückhaltenden Oberfläche der
Stangenführung 28 in
Eingriff steht. Die 2 und 3 verdeutlichen,
dass die Ölkanäle 38 nicht
durch die Feder 36 verschlossen werden, sondern eine hinreichende
Fließverbindung
für das Öl zwischen
der vorderen Seite – der
Dichtungsseite – und
der rückwärtigen Seite – der Zylinderseite – der Stangenführung 28 gewährleistet
ist.
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Die
Stangenführung 28 wird
vorzugsweise durch Sintern oder Pressformen und anschließendes Verpressen
mit der Kolbenstange 18 hergestellt. Entsprechend der dargestellten
Ausführungsform
ist die Stangenführung 28 mit
einer Vielzahl von Ölkanälen oder
-durchtritten 38 versehen, die in radialer Richtung verlängert sind
und sich in axialer Richtung durch die Stangenführung 28 erstrecken.
Die Ölkanäle 38 öffnen sich
auf eine innere periphere Oberfläche
der Stangenführung 28.
Die auf diese Weise angeordneten Ölkanäle 38 können in
der Stangenführung 28 während des
Verpressvorgangs erzeugte Spannungen absorbieren, so dass eine Deformation und
eine Änderung
im äußeren Durchmesser
der Stangenführung 28 nicht
auftritt. Da ein kleiner Spalt oder ein kleines Spiel zwischen der
Stangenführung 28 und
dem Gehäuse 14 vorgesehen
ist, erübrigt
sich aufgrund des vorgenannten Verpressvorganges, der ohne eine Änderung
im äußeren Durchmesser
der Stangenführung 28 durchführbar ist,
automatisch die Notwendigkeit einer Abmessungskontrolle der erzeugten
Stangenführung 28,
z. B. in Form einer Abschlussbearbeitung der äußeren peripheren Oberfläche der
Stangenführung 28.
Die Stangenführung 28 ist
gleichmäßig relativ
zum Gehäuse 14 verschiebbar.
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Obwohl
die Anzahl der radial verlängerten axialen Ölkanäle 38 in
der dargestellten Ausführungsform
drei beträgt,
können
erfindungsgemäß auch weniger
als zwei oder mehr als vier Ölkanäle vorgesehen
sein. Die Ölkanäle 38 sollten
in keiner Weise auf die in den 2 und 3 dargestellte Form
und Konfiguration limitiert werden, solange sie nicht durch die
Feder 36 verschlossen werden. Sie können auch eine andere Form
oder Konfiguration einnehmen, wie radial verlängerte axiale Durchgangsöffnungen
oder Kanäle,
die sich von der äußeren peripheren
Oberfläche 28 in
Richtung der inneren peripheren Oberfläche der Stangenführung 28 erstrecken.
Jeder der Ölkanäle kann
zusammengesetzt sein aus der Kombination einer radialen Vertiefung,
die sich radial in der in Anlage mit der Feder 36 gehaltenen
Eingriffsoberfläche
der Stangenführung 28 erstreckt,
und einer axialen Durchgangsöffnung, die
sich kontinuierlich von dem unteren Ende der radialen Vertiefung
durch die Dicke der Stangenführung 28 und
die Öffnung
zu einem dichtungsseitigen Bereich der Niederdruckölkammer 26 erstreckt,
welcher an die Dichtung 24 angrenzt. Als weitere Alternative
können
die Ölkanäle zusammengesetzt
sein aus einem ersten radialen Ölkanal – oder Kanälen –, der sich
von der äußeren peripheren
Oberfläche
in Richtung der inneren peripheren Oberfläche der Stangenführung 28 erstreckt,
und einem zweiten radialen Ölkanal – oder Kanälen –, der sich
von der inneren peripheren Oberfläche in Richtung der äußeren peripheren
Oberfläche
der Stangenführung
erstreckt und abwechselnd mit dem ersten radialen Ölkanal – oder Kanälen – angeordnet
ist.
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Erfindungsgemäß weist
die zusammen mit einer Kolbenstange bewegbare Stangenführung radiale Ölkanäle oder
-durchtritte auf, die in einer eine Feder zurückhaltenden Oberfläche ausgebildet
sind, welche in Anlage mit einer Feder gehalten ist. Die Ölkanäle werden
daher nicht von der Feder verschlossen, unabhängig von der Anlageposition
und Größe der Feder,
und so wird die Fließverbindung
für das durch
die Fließkanäle tretende Öl nicht übermäßig eingeschränkt. Wenn
die Kolbenstange vorgeschoben wird, wird der Ölfluss in einem solchen Ausmaß eingeschränkt, dass
in dem dichtungsseitigen Bereich der Niederdruckölkammer ein geeigneter Druck aufrecht
erhalten wird, ohne einen negativen Druck zu erhalten oder auf einen übermäßig hohen
Druck angehoben zu werden. Auf diese Weise wird die Niederdruckölkammer
gegen das Eindringen von Außenluft
und einen Ölverlust
geschützt.
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Des
Weiteren wird dem Öl
in der Niederdruckölkammer
ermöglicht,
durch die Ölkanäle in der Stangenführung gleichmäßig von
dem dichtungsseitigen Bereich zu dem zylinderseitigen Bereich und umgekehrt
zu fließen.
Entsprechend ist, wenn sich der Treibriemen lockert, die Kolbenstange
in der Lage, ihre Vorwärtsbewegung
zum Wiederherstellen einer geeigneten Treibriemenspannung unverzüglich zu
beginnen, ohne durch das Öl
in dem dichtungsseitigen Bereich der Niederdruckölkammer gehemmt zu werden.
Auf diese Weise weist die Spannvorrichtung einen erhöhten Grad
an Verlässlichkeit
auf.