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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spannvorrichtung für ein flexibles
Antriebsmittel, insbesondere für
eine Steuerkette eines Verbrennungsmotors mit einem Gehäuse und
einem in einer Kolbenbohrung des Gehäuses geführten hydraulisch betätigten Spannkolben.
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Derartige
Spannvorrichtungen sind weit verbreitet und insbesondere bei Verbrennungsmotoren häufig verwendet.
Das Gehäuse
bildet zusammen mit einem hohlzylindrischen Spannkolben in der Kolbenbohrung
des Gehäuses
einen Druckraum aus, der mit einem Hydraulikmittel gefüllt ist
und in dem eine Druckfeder angeordnet ist, um den Spannkolben vorzuspannen.
Vielfach umfassen solche Spannvorrichtungen Ratschenelemente, die
für den Spannkolben
eine Blockier- und eine Durchrutschrichtung definieren und so ein
Einfahren des Spannkolbens in das Gehäuse ab einem bestimmten Anschlag
verhindern, aber eine weitere Nachstellung des Kettenspanners, z.B.
bei Kettenverschleiß ermöglichen.
In aller Regel sind die Ratschenelemente mit einer Sägezahnprofilierung
versehen, die ein Durchrutschen des Spannkolbens in Spannrichtung der
Druckfeder ermöglichen.
Gleichzeitig wird bei relativ harten und kräftigen Schwingungsstößen ein Einfedern
des Spannkolbens über
die in Eingriff befindliche Stellung des Ratschenelements verhindert.
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Eine
derartige Spannvorrichtung ist aus der
DE 10014700 A1 bekannt,
wobei der federvorgespannten Kolben zwei im Wesentlichen gegenüberliegend
angeordnete Ratschenabschnitte umfasst.
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Solche
Kettenspanner mit Ratschenelementen zur Begrenzung der Einfahrbewegung
des Kolbens sind weit verbreitet und haben sich im Einsatz gut bewährt. Nachteilig
sind bei diesen Spannvorrichtungen jedoch die starren Abstufungen
der Ratscheneinrichtungen. Bei einem Einlaufen des Spannkolbens
in die nächste
Rastierung kommt es zu einer schlagartigen Erhöhung der auf das flexible Antriebsmittel
wirkenden Kräfte.
Nach dem Erreichen der nächsten
Rastposition, beispielsweise durch starke Schwingungen in Verbindung
mit einer Kettenlängung,
besteht für
den Spannkolben kein oder nur ein geringer Einfahrweg in die Kolbenbohrung
des Gehäuses
zur Verfü gung
und dadurch auch keine ausreichende Dämpfung bei Schlägen oder
Schwingungen durch das Antriebsmittel.
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Angesichts
der Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Spannvorrichtungen
ist es daher die Aufgabe der Erfindung, das Dämpfungsverhalten einer gattungsgemäßen Spannvorrichtung
zu verbessern, aber ein ungewolltes, tiefes Einfahren des Spannkolbens
in das Gehäuse
bei Schwingungsstößen zu verhindern.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass zwischen dem Gehäuse
und dem Spannkolben eine druckabhängige Dehnungseinrichtung vorgesehen
ist, mittels der zumindest über einen
Bereich des Spannkolbens ein radialer Anpressdruck zwischen Spannkolben
und Gehäuse druckabhängig steuerbar
ist.
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Der
Einsatz dieser druckabhängigen
Dehnungseinrichtung verändert
bei hydraulisch betätigten
Spannkolben, insbesondere federvorgespannten Spannkolben, die Dämpfungseigenschaften
der Spannvorrichtung, und lässt
sich daher auch als zusätzliches,
durckabhängiges
Dämpfungselement
beschreiben. Z.B. je stärker
der Druck des flexiblen Antriebsmittels auf den Spannkolben desto
stärker
kann der radiale Anpressdruck zwischen Spannkolben und Gehäuse und
damit auch die Dämpfung
der Spannvorrichtung sein. Dazu kann der Spannkolben auf das in
einem durch Spannkolben und Gehäuse
gebildeten Druckraum befindliche Hydraulikmittel einen Druck ausüben, der
unmittelbar auf die Dehnungseinrichtung übertragen wird. Durch die druckabhängige Steuerung
des radialen Anpressdrucks zwischen Kolben und Gehäuse können die
Wegamplituden des Spannkolbens besonders bei starken Schwingungen des
Antriebsmittels verkleinert und damit ein Kettenüberspringen vermieden werden,
ohne Dämpfungsabrisse
durch den Anschlag des Kolbens an einer Rastposition der Ratscheneinrichtung.
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Zur
Minimierung der Anzahl zusätzlicher Bauelemente
für die
erfindungsgemäße Spannvorrichtung
kann die Dehnungseinrichtung ein durch einen Teil des Spannkolbens
ausgebildetes Dehnelement umfassen, wobei das Dehnelement eine größere radiale
Dehnungsfähigkeit
als angrenzende Teile des Spannkolbens aufweist.
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Bevorzugt
kann der Spannkolben als Hohlzylinder ausgebildet sein, und das
Dehnelement sich zwischen der Außenwandung und der Innenwandung
des hohlzylindri schen Spannkolbens erstrecken. Diese Ausgestaltung
des Spannkolbens ermöglicht
in einfacher Weise einen radialen Anpressdruck zwischen Spannkolben
und Gehäuse
aufzubringen und druckabhängig
zu steuern.
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Eine
zweckmäßige Ausgestaltung
sieht vor, dass die Dehnungseinrichtung ein ringförmig ausgebildetes
Dämpfungselement
umfasst. Auf diese Weise kann die Dehnungseinrichtung an die zylindrische Form
des Spannkolbens durch ein einfach ausgebildetes Dämpfungselement
angepasst werden.
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Dabei
sieht eine vorteilhafte Ausführungsform
vor, dass das Dämpfungselement
eine geschlossene Ringform aufweist. Durch die geschlossene Ringform
umschließt
das Dämpfungselement vollständig den
Spannkolben in seinem Umfang. Weiter kann das Dämpfungselement so die Dichtwirkung
zwischen der Kolbenbohrung des Gehäuses und dem hydraulisch betätigten Spannkolben
verbessern, da es besonders bei einer Druckbeaufschlagung den Spalt
zwischen diesen beiden Elementen reduziert.
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Günstigerweise
kann das Dämpfungselement
einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Der rechteckige Querschnitt
des Dämpfungselements vergrößert sowohl
den Auflagebereich als auch die Wirkfläche des Dämpfungselements zwischen Spannkolben
und Gehäuse.
Diese Ausgestaltung erhöht
unabhängig
von der Funktion der druckabhängigen
Dehnungseinrichtung die Dämpfung
der Spannvorrichtung durch eine Erhöhung der Reibung zwischen Spannkolben
und Innenwandung der Kolbenbohrung.
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Eine
weitere Ausbildung sieht vor, dass das Dämpfungselement einen runden
Querschnitt aufweist. Eine solche Ausbildung ermöglicht die Nutzung kostengünstiger
O-Ringe als Dämpfungselemente.
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Für eine einfache
Montage des Dämpfungselements
sowie einer guten Wirksamkeit der Dehnungseinrichtung kann das Dämpfungselement
flexibel ausgebildet sein. Die Flexibilität des Dämpfungselements vergleichmäßigt den
radialen Anpressdruck zwischen Spannkolben und Gehäuse bei
der Übertragung
vom Dehnelement auf den Einwirkbereich des Dämpfungselements.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
sieht vor, dass das Dämpfungselement
aus einem Elastomer, bevorzugt einem Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR),
ausgebildet ist. Elastomere weisen für den Einsatz als Dämpfungselement
gute mechanische Eigenschaften und eine gute chemische Widerstandfähigkeit
auf. Durch die weitmaschigen chemischen Vernetzungen sind Elastomere
neben ihrer Flexibilität
formstabil bei guten Festigkeitseigenschaften. Eine besonders gut
geeignete Elastomerform sind Acrylnitril-Butadien-Kautschuke, die
besonders beständig
gegen Öle
und aliphatische Kohlenwasserstoffe sind und eine gute Abriebsfestigkeit
und Alterungsbeständigkeit
aufweisen.
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Eine
Modifikation der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung
sieht vor, dass der Spannkolben eine umlaufende Nut aufweist, und
das Dämpfungselement
in der umlaufenden Nut des Spannkolbens angeordnet ist. Diese Ausgestaltung
ermöglicht
das Dämpfungselement
in einer für
ihre Funktion angepassten ausreichenden Stärke auszubilden bei einem gleichzeitig
geringen Zwischenraum zwischen dem Dämpfungselement und der Innenwandung
der Kolbenbohrung. Weiter ermöglicht
diese Ausführung ein
flexibles Dämpfungselement
auch bei einer geschlossenen Ringform über den Spannkolben zu montieren
und in der Nut ohne weitere Sicherungselemente zu positionieren.
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Vorteilhafterweise
kann dabei das Dehnelement im Bereich der umlaufenden Nut angeordnet sein.
Die bei einem hohlzylindrisch ausgebildeten Kolben im Bereich der
umlaufenden Nut reduzierte Wandstärke kann zu einer größeren radialen
Dehnungsfähigkeit
dieses Bereichs führen
im Vergleich zu angrenzenden Bereichen mit einer höheren Wandstärke. So
kann in einer einfachen Weise das Dehnelement der Dehnungseinrichtung
ausgebildet sein.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann der Spannkolben im Bereich der umlaufenden Nut radiale Bohrungen
aufweisen. Diese radialen Bohrungen ermöglichen bei einem Druckanstieg
eine direktere Wirkung des im Druckraum befindlichen Hydraulikmittels
auf das Dämpfungselement.
Dabei können die
Bohrungen sowohl unterhalb des Dämpfungselements
als auch neben dem Dämpfungselement
in der Nut enden.
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Um
eine ungewollte Rufwölbung
des Dämpfungselements
zu verhindern kann die Breite der Nut des Spannkolbens zumindest
im unbelasteten Zustand größer oder gleich
der Breite des Dämpfungselements
sein. Durch die Vermeidung der Überdeckung
zwischen Dämpfungselement
und Nut wird ein Zusammenstauchen des Dämpfungselements verhindert.
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Aus
Vereinfachungsgründen
kann der Außendurchmesser
des Dämpfungselements
zumindest im unbelasteten Zustand gleich oder kleiner als der Innendurchmesser
der Kolbenbohrung des Gehäuses
sein. Auch die Vermeidung einer Überdeckung
in radialer Richtung des Dämpfungselement gegenüber der
Innenwandung der Kolbenbohrung vermeidet eine Zusammenstauchung
des Dämpfungselements,
wobei im Hinblick auf die Funktion des Dämpfungselements trotzdem bevorzugt
kein oder nur ein geringes axiales Spiel zwischen Dämpfungselement
und Kolbenbohrung vorhanden ist. Auch können durch diese Ausbildung
des Dämpfungselements
die notwendigen Montageabläufe
für die
erfindungsgemäße Spannvorrichtung
im Vergleich zu üblichen
Spannvorrichtungen unverändert bleiben.
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Für eine möglichst
einfache Herstellung und Montage der Spannvorrichtung kann die Innenwandung
der Kolbenbohrung des Gehäuses
im Wirkungsbereich der Dehnungseinrichtung glatt ausgebildet sein.
Eine solche aussparungs- und vorsprungsfreie Ausbildung der Innenwandung
ohne Änderung
des Durchmessers der Kolbenbohrung ermöglicht weiter eine sicher Funktion
der Dehnungseinrichtung.
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Eine
weitere Ausführung
der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse eine
umlaufende Nut aufweist, und das Dämpfungselement in der umlaufenden
Nut des Gehäuses
angeordnet ist. Bei dieser Ausbildung sind die Auflage- und Wirkungsflächen des
Dämpfungselements
miteinander vertauscht. Das Dehnungselement drückt sich bei einer Ausdehnung
gegen das sich in einer Nut des Gehäuses abstützendes Dämpfungselement und erhöht so die
Dämpfungswirkung
der Spannvorrichtung. Dabei kann der hohlzylindrische Kolben Teil
des Dehnelements sein, wobei auch hier radiale Bohrungen im Kolben
die Wirkung des Dämpfungselements
unterstützen
können.
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Im
Folgenden wird der Aufbau und die Funktion der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung
mit Bezug auf die beigefügte
Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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1 zeigt
einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung mit einer
in einer Nut des Spannkolbens angeordneten Dämpfungselement.
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Die
Spannvorrichtung 1 für
den Steuerkettentrieb eines Verbrennungskraftmotors umfasst ein hohlzylindrisches
Gehäuse 2,
das auch als Flanschgehäuse
ausgeführt
sein kann, in dem ein ebenfalls hohlzylindrischer Spannkolben 3 längsbeweglich
zur Achse A geführt
ist, wobei das Gehäuse 2 und
der Spannkolben 3 gemeinsam einen Druckraum 4 ausbilden.
Der Druckraum 4 ist über
ein Rückschlagventil 5 mit
einer fluidgefüllten
Kammer 6 verbunden, die durch die Bohrung 7 mit
einer nicht dargestellten Hydraulikeinrichtung verbunden ist, bevorzugt
dem Ölkreislauf
eines Verbrennungsmotors. Der Spannkolben 3 ist mit einer
schraubenförmigen
Druckfeder 8 in axialer Richtung vorgespannt und drückt in Richtung der
Achse A gegen die nicht dargestellte Steuerkette eines Verbrennungsmotors.
Im hohlzylindrischen Spannkolben 3 ist ein Hohlkörper 9 angeordnet,
der das Volumen des Druckraums 4 reduziert und mit seinem
Kopf 10 die stirnseitige Bohrung 11 im Spannkolben 3 gegenüber dem
mit Hydraulikmittel gefüllten Druckraum 4 abdichtet.
Dazu wird er Kopf 10 des Füllkörpers 9 durch die
Druckfeder 8, die sich gegen das Rückschlagventil 5 abstützt, gegen
das stirnseitige Ende 18 des hohlzylindrischen Spannkolbens 3 gedrückt.
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An
seiner im Gehäuse
geführten
Außenwandung
weist der Spannkolben 3 eine umlaufende Nut 12 auf,
in der ein Dämpfungsring 13 angeordnet
ist, ohne die seitlichen Begrenzungen der Nut 12 zu berühren. Der
Dämpfungsring 13 weist
eine im Querschnitt rechteckige Form auf, bei der sich der längliche
Abschnitt in Richtung der Achse A erstreckt.
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Das
den Druckraum 4 zur Kammer 6 hin abschließende Rückschlagventil 5 wird
durch einen im Gehäuse 2 angeordneten
Ventilsitz 14 und einer auf diesen Ventilsitz 14 drückenden
federbelasteten Kugel 15 gebildet.
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Das
Gehäuse 2 weist
auf seinen Außenumfang
einen Gewindeabschnitt 16 auf sowie einen Dichtungsring 17,
mit denen die Spannvorrichtung 1 in einen Steuerkettentrieb
eines Verbrennungsmotors montiert und gegenüber der Umgebung abgedichtet
werden kann.
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In 1 ist
die Spannvorrichtung 1 in ihrer Transport- bzw. Montagestellung
dargestellt. Nach dem Einbau der Spannvorrichtung mittels des Gewindeabschnitts 16 und
einem Entsichern des Spannkolbens 3 schiebt sich dieser
aufgrund der Vorspannung durch die Druckfeder 8 soweit
nach vorne aus dem Gehäuse 2 heraus,
bis an der Stirnfläche 18 eine
geeignete Vorspannung anliegt. Dabei füllt sich der Druckraum 4,
der über
die Bohrung 7 die Kammer und das Rückschlagventil 5 mit
einer Hydraulikeinrichtung verbunden ist, mit einem Hydraulikmittel, üblicherweise
Motoröl.
Die im Druckraum 4 vorhandene Luft, sowie aus dem Hydraulikmittel
freigesetzte Luft kann über
die Bohrung 11 der Stirnfläche 18 des Spannkolbens 3 aus
dem Druckraum 4 entweichen. Die Spannvorrichtung 1 ist
nunmehr betriebbereit.
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Im
Betrieb wirken die Druckfeder und der Öl gefüllte Druckraum 4 in
herkömmlicher
Weise als Feder-Dämpfungs-System
der Spannvorrichtung 1. Die Funktionsweise dieser Elemente
ist identisch mit der herkömmlichen
Spannvorrichtungen. Ergänzend dazu
bezieht der Dämpfungsring 13 eine
weitere Dämpfung
der Einfahrbewegung des Spannkolbens, deren Wirkung vom Druck im
Druckraum 4 abhängt. Bei
Schwingungen der Steuerketten mit einer normalen Amplitude fährt der
Spannkolben 3 in die Kolbenbohrung des Gehäuses 2 gegen
die Spannung der Druckfeder 8 ein und wird dabei im Wesentlichen durch
das im Druckraum 4 befindliche Hydrauliköl gedämpft. Bei
stärken
Schwingungsschlägen
mit einer größeren Amplitude
erhöht
sich der Druck im Druckraum 4 schlagartig. Dieser erhöhte Druck
führt durch den
Spalt zwischen Gehäuse 2 und
Spannkolben 3 zu einer axialen Druckbelastung des Dämpfungsrings 13 und
dadurch zu einer axialen Verschiebung und Aufwölbung des Dämpfungsrings 13 im
Bereich der Nut 12. Diese radiale Ausdehnung des Dämpfungsrings 13 kann
durch Querbohrungen (nicht gezeigt), d.h. radiale Bohrungen, die
sich im Bereich der Nut durch die Wandung des hohlzylindrischen Spannkolbens
erstrecken, verstärkt
oder auch im Wesentlichen erzeugt werden. Durch die axiale Verschiebung
wird der in der Nut 12 angeordnete Dämpfungsring 13 gegen
die Innenwandung der Kolbenbohrung des Gehäuses gedrückt und verstärkt die Dämpfung des
Systems durch den erhöhten
Reibungswiderstand zwischen Spannkolben 3 und Gehäuse 2.
Je stärker
sich der Druck der Hydraulikflüssigkeit
im Druckraum 4 erhöht,
desto stärker
wird der Druck des Dämpfungsring 13 auf
die Innenwandung des Gehäuses 2.
Das bedeutet, je stärker
die Belastung des Spannkolbens 3 durch die Steuerkette
ist, desto härter
wird das Dämpfungsverhalten
der Spannvorrichtung 1, dass bis zu einer Hemmung der Einfuhrbewegung
des Spannkolbens 3 in das Gehäuse 2 führen kann.
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Dadurch
können
die Wegamplituden des Spannkolbens bei Schwingungsschlägen der
Steuerkette klein gehalten werden und ein Überspringen der Steuerkette
vermieden werden, ohne dass der Kolben 3 bei kleinen Schwingungsamplituden
gegen einen Ratschenabschnitt eines Ratschenmechanismus anschlägt. Bei
sehr kleinen Einfahrbewegungen des Spannkolbens 3 durch
kleine Schwingungen kann der von dem Dämpfungsring 13 aufgebrachte Anpressdruck,
infolge eines axialen Spiels zur Wandung der Kolbenbohrung, Null
sein und das Dämpfungsverhalten
nur durch das Hydraulikmittel im Druckraum 4 bestimmt werden.
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Die
erfindungsgemäße Spannvorrichtung 1 ermöglicht die
individuelle Anpassung der Position des Spannkolbens 3 auf
die momentane Situation des Steuerantriebs, da der Dämpfungsring 13 eine langsame
Einfuhrbewegung des Spannkolbens 3 in das Gehäuse 2 im
Gegensatz zu einem Ratschenmechanismus nicht blockiert, sondern
nur bei starken Schwingungsschlägen
eine Erhöhung
der Dämpfungswirkung
verursacht.