INA Wälzlager Schaeffler KG, 91072 Herzogenaurach
ANR 17 17 332
2752-11-DE
Hydraulische Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb,
insbesondere für Brennkraftmaschinen, die mit einem Ende schwenkbar abgestützt ist und mit einem weiteren Ende direkt oder indirekt mit einer
Spannrolle in Verbindung steht, gemäß den oberbegriffsbildenden Merkmalen von Anspruch 1.
Hintergrund der Erfindung
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Hydraulische Spannvorrichtungen finden insbesondere Anwendung, um die
Vorspannung für einen Zugmitteitrieb, d. h. einen Riemen- oder Kettentrieb,
nach einer entsprechenden Längung möglichst konstant zu halten und weiter, um Schwingungen wirksam dämpfen zu können.
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Aus der DE-U 89 03 728.6 ist eine gattungsgemäße hydraulische Spannvorrichtung
bekannt. Der Aufbau umfaßt einen Kolben, der in einem Zylinder längsverschiebbar geführt ist, wobei der Zylinder in einem Außengehäuse
lagefixiert ist, das über ein Befestigungsauge schwenkbar, beispielsweise am Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine angeordnet ist. An dem vom Zylinder
abgewandten Ende ist der Kolben in einem Kolbengehäuse fixiert, das teilweise in das Außengehäuse eingreift und das über ein Befestigungsauge mittelbar oder
unmitteibar mit einer am Zugmitteltrieb anliegenden Spannrolle in Verbindung
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steht. Zwischen dem Außengehäuse und dem Kolbengehäuse ist eine den
Zylinder bzw. den Kolben koaxial umschließende Druckfeder zur Erreichung einer federkraftbeaufschlagten Anlage des Kolbengehäuses in Richtung der
Spannrolle angeordnet. Der Aufbau der hydraulischen Spannvorrichtung sieht weiterhin einen durch eine Kolbenbewegung bedingten Volumenaustausch des
Hydraulikfluids aus dem Hochdruckraum im Zylinder vor. Abhängig von einer Bewegungsrichtung des Kolbens kann das Hydraulikfluid über ein am Zylinder
angeordnetes Einwegventil aus dem Vorratsraum in den Zylinder einströmen oder bei einer Umkehrung der Kolbenbewegung das Hydraulikfluid über einen
Leckspalt zwischen dem Kolben und der Innenwandung des Zylinders aus dem
Hochdruckraum in den Vorratsraum verdrängt werden. Zur Abdichtung der zueinander verschiebbaren Bauteile, dem Außengehäuse und dem teilweise
darin verschiebbaren Kolbengehäuse, ist eine Balgdichtung vorgesehen, die jeweils am Kolbengehäuse und am Außengehäuse unter Vorspannung anliegt
und die jeweils endseitig zur Lagefixierung über eine Haltewulst, in eine Umlaufnut
eingreift.
Die bekannte Dichtung besitzt eine außenseitig wellenförmige Kontur, die
sowohl im eingefahrenen als auch im ausgefahrenen Zustand der hydraulischen Spannvorrichtung keinerlei Führung erfährt. Durch diese Dichtungsanordnung
besteht die Gefahr, daß die vom Zugmitteltrieb auf die hydraulische Spannvorrichtung
übertragenen hochfrequenten Schwingungen zu einer Beschädigung der Balgdichtung führen, die einen Ausfall der gesamten Spannvorrichtung zur
Folge hat Die bekannte Balgdichtung bietet außerdem keine Möglichkeit eines Überdruckabbaus im Außengehäuse, der beispielsweise bei einer Längenänderung
des Zugmitteltriebs bzw. bei einer Montage, d. h. einem Riemenwechsel auftreten kann, wenn der Kolben der Spannvorrichtung auf Block gedruckt ist.
Das Einschieben des Kolbens führt zu einem Überdruck, verbunden mit einem Aufblähen der Balgdichtung, was häufig zu einem Verlagern der Balgdichtung
führt, d. h. einem radialen Austreten der Haltewulst aus der Umlaufnut und einer anschließenden axialen Verschiebung, wodurch eine exakte Führung der
Balgabdichtung unterbleibt und die Gefahr einer Zerstörung zunimmt.
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Es ist zweckmäßig, innen in die Balgdichtung umfangsverteilt angeordnete
Längsnuten einzubringen, um die vom Druck beaufschlagten Flächenabschnitte
zu vergrößern und gleichzeitig eine verringerte Steifigkeit dieses Balgdichtungsabschnittes
zu erreichen. Erfindungsgemäß erstrecken sich vorteilhaft die Längsnuten bis zur Ringwulst der Balgdichtung.
Alternativ können Längsnuten in die Mantelfläche des Kolbengehäuses eingebracht
werden, wobei diese Längsnuten sich bis zur Ringnut im Kolbengehäuse erstrecken.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung sieht vor, daß Längsnuten sowohl
in der Balgdichtung als auch im Koibengehäuse eingebracht sind. Dabei ist zur Erreichung einer gleichmäßigen Druckbeaufschlagung der Balgdichtung auf eine
voneinander abweichende Aufteilung, d. h. Versatz zwischen den Längsnuten an der Innenwandung der Balgdichtung und den Längsnuten auf der Mantelfläche
des Kolbengehäuses geachtet.
Abhängig vom Bedarfsfall sind die Längsnuten in der Balgdichtung sowie im
Kolbengehäuse beliebig ausführbar. Beispielsweise können diese Längsnuten eine halbrundförmige, dreieckige oder beliebig andere geometrische Querschnittsform
aufweisen.
Erfindungsgemäß verfügt die Haltewulst in der Neutralposition der Balgdichtung
über eine geschlossene radiale Dichtfläche sowie über eine axiaie Dichtfläche, welche stirnseitig Ausnehmungen aufweist. Zur Vergrößerung der Dichtfläche,
d. h. der Kontaktfläche der Haltewulst in der Umlaufnut verfügt die Umlaufnut über einen rechtwinkelig zur Symmetrieachse der Spannvorrichtung angeordneten
Abschnitt, an dem die die axiale Dichtfläche auch während der radialen Verlagerung der Haltewulst anliegt.
Die Ausbildung der erfindungsgemäßen Haltewulst ermöglicht bei einem
auftretenden Überdruck in der hydraulischen Spannvorrichtung, daß die am
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Kolbengehäuse anliegende Balgdichtung radial nach außen verlagert und dabei
ebenfalls die Haltewulst. Dadurch verliert die radiale Dichtfläche ihre Dichtwirkung
und die Haltewulst liegt ausschließlich über die axiale Dichtfläche am Kolbengehäuse an. Aufgrund der stirnseitigen Ausnehmungen in der axialen
Dichtfläche kann aufgrund der radialen Verlagerung, d. h. der aufgeblähten Balgdichtung ein Druckabbau erfolgen, d. h. eine Entlüftung der Spannvorrichtung.
Zur Erreichung einer besseren Entlüftung sind gemäß der weiteren Ausgestaltung
der Erfindung in der Umlaufnut des Kolbengehäuses im Bereich der axialen Abdichtung Kerben vorgesehen, die mit den Ausnehmungen in der Haltewulst
korrespondieren.
Es ist zweckdienlich, die Wandstärken der Balgdichtung unterschiedlich auszuführen,
damit sich bei einem auftretenden Überdruck der an dem Kolbengehäuse anliegende Dichtungsbereich radial verlagert. Erfindungsgemäß weist der
unter Vorspannung am Außengehäuse der Spannvorrichtung anliegende Bereich der Balgdichtung eine größere Wandstärke auf im Vergleich zu dem Dichtungsabschnitt,
der dem Kolbengehäuse zugeordnet ist.
Zur Erreichung einer versteifenden Ausbildung ist in einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung die Balgdichtung mit einer innenseitig wellenartigen Profilierung versehen, mit der die Haftung und damit die Dichtwirkung der Balgdichtung
am Außengehäuse verbessert werden kann.
Es ist zweckmäßig, daß die Balgdichtung an der Spannvorrichtung lagepositioniert
ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, eine Positionierung zwischen der Balgdichtung und dem Kolbengehäuse vorzunehmen, um so ein Zusammenwirken
der stirnseitigen Ausnehmungen in der Haltewulst und den Kerben in der Seitenwandung der Umlaufnut bei einer Entlüftung der Spanvorrichtung
sicherzustellen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in
denen ein Ausführungsbeispiel in insgesamt vier Figuren dargestellt ist. Es zeigen:
Figur 1 in einem Längsschnitt eine erfindungsgemäße hydraulische Spannvorrichtung in einer Neutralposition;
Figur 2 eine Spannvorrichtung gemäß Figur 1, bei der die Balgdichtung
in einer Entlüftungsposition abgebildet ist;
Figur 3 in einer Einzelteilzeichnung die erfindungsgemäße Balgdich
tung in einer Schnittdarstellung;
Figur 4 in einem vergrößerten Maßstab die Einzelheit X aus der Figur
3;
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Figur 5 die Darstellung einer Einzelheit Y aus der Figur 3 in einer
vergrößerten Abbildung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In der Figur 1 ist eine hydraulische Spannvorrichtung 1 in einem Längsschnitt
abgebildet. Der Aufbau umfaßt ein weitgehend rotationssymmetrisches Außengehäuse
2, an dem an einem Ende ein Befestigungsauge 3 angeordnet ist, über das die hydraulische Spannvorrichtung 1, beispielsweise an einem in der Figur
1 nicht gezeigten Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine befestigt werden kann. Das Außengehäuse ist weitgehend hohlzylindrisch ausgeführt und verfügt
über einen zylindrischen Hohlraum 4, in dem radial beabstandet zu einer
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Außenwandung 5 ein Zylinder 6 zentrisch lagepositioniert angeordnet ist. Im
Zylinder 6 ist ein in Richtung einer Symmetrieachse 7 verschiebbarer Kolben 8 eingebracht, der einen Hochdruckraum 9 begrenzt und der starr an einem
Kolbengehäuse 10 befestigt ist. Das Kolbengehäuse 10 ist mit einem weiteren Befestigungsauge 11 versehen, das direkt oder indirekt mit einer in Figur 1 nicht
dargestellten Spannrolle eines Zugmitteltriebs in Verbindung steht. Dazu kann beispielsweise ein Hebe! vorgesehen werden, an dem das Befestigungsauge 11
angelenkt ist und der mit seinem einen Ende schwenkbar gelagert ist und dessen freies Ende über eine Spannrolle an einem Zugmitteltrieb anliegt. Das
Kolbengehäuse 10 ragt radial nach innen beabstandet in das Außengehäuse 2 und bildet eine Zentrierung für eine Druckfeder 12, die außerdem mit ihrem
gegenüberliegenden Ende an einem Boden 13 des Außengehäuses 2 abgestützt
ist und die für eine Spreizung zwischen den Bauteilen im Kolbengehäuse 10 und Außengehäuse 2 sorgt, d. h. eine Verschiebung des Befestigungsauges 11
in Richtung einer die Spannung des Zugmitteltriebs erhöhenden Lage einer Spannrolle. Ein bedingt durch eine Bewegung des Kolbens ausgelöster Hydraulikfluid-Austausch
erfolgt bei einer Kolbenbewegung in Pfeilrichtung über ein im Zylinderboden 14 angeordnetes Einwegventil 15, das ein Nachströmen von
Hydraulikfluid aus einem im Hohlraum 4 befindlichen Reservoir 16 ermöglicht.
Bei einer Umkehrung der Kolbenbewegung gelangt Hydraulikfluid über einen
Leckspalt 17, der sich zwischen der Innenwandung des Zylinders 6 und der
Mantelfläche des Kolbens 8 einstellt, vom Hochdruckraum 9 in den Hohlraum 4 und füllt damit das Reservoir 16.
Zur Abdichtung der teilweise ineinanderschiebbaren Bauteile, dem Außengehäuse
2 und dem Kolbengehäuse 10 ist eine Balgdichtung 18 vorgesehen, die
über einen radialen äußeren Abschnitt 19 unter Vorspannung an der Außenwandung
5 des Außengehäuses 2 anliegt und mit dem radial nach innen gestuften Abschnitt 20 am Kolbengehäuse 10 angeordnet ist. Beide Enden der Balgdichtung
18 weisen eine Haltewulst 21, 22 auf, die in einer Ringnut 23 des Außengehäuses
2 bzw. einer Umlaufnut 24 des Kolbengehäuses 10 gehalten ist. Aufgrund der radialen Beabstandung zwischen dem Koibengehäuse 10 und dem
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Außengehäuse 2 sowie aufgrund der Ausgestaltung der Balgdichtung 18, d. h.
deren Elastizität, legt sich die Balgdichtung im Übergangsbereich zwischen beiden Bauteilen bei einem Einschub des Kolbengehäuses 10 in das Außengehäuse
2 rollenartig an die entsprechenden Bauteile, wodurch unabhängig von der Stellung des Kolbens 8 und dem damit in Verbindung stehenden Kolbengehäuse
10 eine wirkungsvolle Abdichtung durch die Balgdichtung 18 sichergestellt
ist.
Die Figur 2 zeigt die hydraulische Spannvorrichtung 1, die im Gegensatz zur
Figur 1 die Balgdichtung 18 in einer Position darstellt, die sich bei einem in der
hydraulischen Spannvorrichtung 1 einstellenden Überdruck ergibt. Der Aufbau und die Anordnung aller Einzelteile der hydraulischen Spannvorrichtung 1 sind
mit der in Figur 1 abgebildeten Spannvorrichtung 1 identisch, so daß bezüglich deren Beschreibung auf die Ausführung gemäß Figur 1 verwiesen werden kann.
Die in Figur 2 gezeigte Position der Balgdichtung 18 nimmt diese bei einem
sich im Hohlraum 4 einstellenden Überdruck ein, der sich ergibt, wenn ein größerer Hub des Kolbens 8 entgegen der PfeÜrichtung erfolgt. Beispielsweise
bei einem Zahn riemen wechsel, wenn aufgrund der Federkraftbeaufschlagung des Kolbengehäuses 10 dieses den Kolben 8 und dessen zugehörigen Spannring
25 bis zu einem Anschlag 26 verschiebt und anschließend zur Riemenmontage ein Eindrücken des Kolbens 8 in den Zylinder 6 erfolgt. Diese Einschubbewegung
bewirkt einen Druckanstieg im Hohlraum 4, der ein radiales Ausweichen des Abschnittes 20 der Balgdichtung 18 auslöst. Von dieser Radialbewegung der
Balgdichtung 18 ist ebenfalls die Haltewulst 22 betroffen mit der Folge, daß die
Dichtwirkung der radialen Dichtfläche 27 aufgehoben ist und die Haltewulst 22 ausschließlich über die axiale Dichtfläche 28 dichtend an einer Seitenwandung
29 der Umlaufnut 24 anliegt. Aufgrund von stirnseitigen Ausnehmungen in der Haltewulst 22 kann in dieser Balgdichtungsposition eine gezielte Überdruckregulierung
erfolgen, bei der im Hohlraum 4 eingeschlossene Luft mit einem gegenüber der Atmosphäre erhöhten Druck entweichen kann. Aufgrund der
Eigenelastizität und der Vorspannung, mit der die Balgdichtung 18 bzw. der
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Abschnitt 19 am Kolbengehäuse 10 anliegt, verlagert sich die Balgdichtung 18
nach eine Druckabbau bzw. einer Überdruckregulierung selbsttätig in die in Figur 1 gezeigte Ausgangsstellung. In vorteilhafter Weise kann folglich auch
keine Luft bzw. können keine Verunreinigungen in der Neutralstellung in das Innere der hydraulischen Spannvorrichtung 1 eintreten. In gleicher Weise wird
auch aufgrund der beschriebenen Funktionsweise der Balgdichtung 18 ein die Funktion der hydraulischen Spannvorrichtung 1 beeinträchtigender Ölverlust
vermieden. Zur Erhöhung der Wirksamkeit der Ausnehmung 30 in der Haltewulst 21 verfügt die Seitenwandung 29 über Kerben 31, wobei diese so angeordnet
sind, daß sie mit den Ausnehmungen 30 korrespondieren. Zur Erreichung einer Lageübereinstimmung zwischen den Kerben 31 und der Ausnehmung
30 ist der Abschnitt 20 der Balgdichtung 18 am Kolbengehäuse 10 lagepositioniert. Dazu weist die Haltewulst 22 zumindest einen Ansatz 32 auf,
der in eine zugehörige Bohrung 33 im Kolbengehäuse 10 eingreift. Der Figur 2
sind weiterhin Längsnuten 34 zu entnehmen, die in einer Mantelfläche des Kolbengehäuses 10 bis zu der Umlaufnut 24 reichend angeordnet sind. Die
umfangsverteiIt angeordneten Längsnuten 34 begünstigen die Druckbeaufschlagung
der Balgdichtung 18 im Abschnitt 19, wodurch dieser Bereich bei einem
auftretenden Überdruck weitestgehend gleichmäßig druckbeaufschlagt werden
kann und sich so eine gewünschte, schnell wirksame Verlagerung einstellt.
In Figur 3 ist die Balgdichtung 18 als Einzelteil in einem Längsschnitt abgebildet.
Diese Abbildung verdeutlicht unter anderem die geometrische Ausgestaltung der Haltewulst 21, 22 sowie die unterschiedlichen Wanddicken zwischen
dem Abschnitt 19 und dem Abschnitt 20 der Balgdichtung 18. Zur Verbesserung
der Abdichtung und der radialen Vorspannung weist der Abschnitt 19 innenseitig
eine wellenartig geformte Profilierung 36 auf. Dagegen verfügt der Abschnitt 20 über umfangsverteiIt angeordnete Längsnuten 35, die sich über die gesamte
Länge des Abschnittes 20 erstrecken und bis zur Haltewulst 22 geführt sind.
Weiterhin sind der Figur 3 die weitestgehend halbrundartig geformten Ausnehmungen
30 stirnseitig in der Haltewulst 22 zu entnehmen, die im eingebauten
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Zustand bei einem auftretenden Überdruck einen Luftaustritt aus dem Hohlraum
4 der Spannvorrichtung 1 ermöglichen.
Die in Figur 4 in einem vergrößerten Maßstab abgebildete Einzelheit X gemäß
Figur 3 zeigt insbesondere die Längserstreckung der Ausnehmung 30 sowie die Anordnung der Längsnut 35 am Abschnitt 20 der Balgdichtung 18. Die vergrößerte
Darstellung der Einzelheit Y aus Figur 3 ist in Figur 5 abgebildet, aus der die geometrische Querschnittsform der Längsnut 35 entnehmbar ist.
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Bezugszeichen
1 Hydr. Spannvorrichtung
2 Außengehäuse
3 Befestigungsauge
4 Hohlraum
5 Außenwandung 6 Zylinder
7 Symmetrieachse
8 Kolben
9 Hochdruckraum
10 Kolbengehäuse 11 Befestigungsauge
12 Druckfeder
13 Boden
14 Zylinderboden
15 Einwegventil 16 Reservoir
1 7 Leckspait
18 Balgdichtung
19 Abschnitt
20 Abschnitt
21 Haltewulst
22 Haltewulst
23 Ringnut
24 Umlaufnut
25 Spannring
26 Anschlag
27 radiale Dichtfläche
28 axiale Dichtfläche
29 Seitenwandung
30 Ausnehmung
31 Kerben
32 Ansatz
33 Bohrung
34 Längsnut
35 Längsnut
36 Profilierung