DE4242292A1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine selbsttätige hydraulische Spannvorrichtung zum Konstant­ halten der Spannung eines Riemens, beispielsweise eines Sychronriemens, zur Verwen­ dung bei einem Kraftfahrzeugmotor.

Eine bekannte selbsttätige hydraulische Spannvorrichtung ist in Fig. 7 dargestellt. Die Vorrichtung weist einen Körper 1 mit einem Zylinder 2 auf, der zur Verminderung des Gesamtgewichts aus einer Leichtmetallegierung hergestellt ist. In dem Zylinder 2 sitzt eine harte Hülse 3. Ein Stößel 4 ist in der Hülse 3 verschiebbar gelagert. Ein Ver­ schleißring 6 mit einer Öffnung 7, die den Durchtritt von Hydrauliköl erlaubt, ist mit Preßsitz auf eine Stange 5 aufgesetzt, die zusammen mit dem Stößel 4 in Axialrichtung verstellbar ist. Der Verschleißring 6 wird in axialer Richtung durch Anlage an einer Schulter 8 gehalten, die an der Stange 5 ausgebildet ist. Eine Rückstellfeder 9 sitzt zwi­ schen dem Verschleißring 6 und dem oberen Ende der Hülse 3, um die Stange 5 nach außen vorzuspannen.

Der Innenraum des Körpers 1 wird mittels des Stößels 4 in eine Druckkammer 10 und eine Speicherkammer 11 unterteilt, die über einen in dem Stößel 4 ausgebildeten Durchlaß 12 miteinander in Verbindung stehen. Nahe dem unteren Ende des zu der Druckkammer 10 führenden Durchlasses 12 befindet sich ein Rückschlagventil 13.

Ein Sicherungsring 14 ist mit Bezug auf die Innenumfangsfläche des Körpers 1 in dessen oberem Bereich festgelegt, um eine Öldichtung 15 an einem Austritt aus dem Zylinder 2 zu hindern. Die Öldichtung 15 ist mit einer Öffnung zum Durchführen der Stange 5 ver­ sehen. Die Öldichtung 15 hat die Aufgabe, das Auslecken von Hydrauliköl zu verhin­ dern, mit welchem der Körper 1 gefüllt ist. Zwischen dem Hydrauliköl und der Öldich­ tung 15 befindet sich eine Luftschicht.

Mittels der erläuterten selbsttätigen Spannvorrichtung wird ein Riemenscheibenarm 16 von der Stange 5 nach oben geschoben, um eine am einen Ende des Riemenscheiben­ arms 16 sitzende Spannscheibe 17 gegen einen Riemen 18 anzupressen. Auf diese Weise wird dem Riemen 18 eine vorbestimmte Spannung verliehen. Die auf die Stange 5 in Abhängigkeit von Änderungen der Spannung des Riemens 18 einwirkende Schubkraft wird gedämpft, wenn das Hydrauliköl in der Druckkammer 10 mittels des Stößels 4 zu­ sammengedrückt wird.

Wenn die Spannung des Riemens 18 ansteigt und die Stange 5 nach innen geschoben wird, schließt das Rückschlagventil 13, und die von dem Riemen übertragene Kraft wird von dem Öldruck aufgefangen. Gleichzeitig wird das Hydrauliköl in der Druckkammer 10 komprimiert, und ein Teil des Öls leckt über einen Spalt zwischen den Reibflächen der Hülse 3 und des Stößels 4 aus, so daß sich die Stange 5 und der Stößel 4 langsam in einer solchen Richtung zurückziehen können, daß die Spannung des Riemens vermin­ dert wird.

Wenn dagegen die Spannung des Riemens 18 abnimmt, bewegen sich die Stange 5 und der Stößel 4 unter dem Einfluß der von der Feder 9 aufgebrachten Kraft rasch in einer solchen Richtung, daß die Spannung des Riemens erhöht wird. Gleichzeitig nimmt der Druck in der Druckkammer 10 ab; das Rückschlagventil 13 öffnet, und das in der Spei­ cherkammer 11 befindliche Hydrauliköl strömt über den Durchlaß 12 in die Druck­ kammer 10.

Bei dieser bekannten selbsttätigen Spannvorrichtung wird die Spannung des Riemens 18 durch die Federkraft der Rückstellfeder 9 bewirkt. Um die Kraft der Rückstellfeder 9 und damit die Riemenspannung zu steigern, müssen der Durchmesser und die Gesamt­ länge der Rückstellfeder 9 vergrößert werden.

Weil bei der in Fig. 7 veranschaulichten konventionellen Spannvorrichtung die Rück­ stellfeder 9 zwischen der Hülse 3 und dem Verschleißring 6 sitzt, muß bei einer Ver­ größerung der Länge der Rückstellfeder 9 die Gesamtlänge des Zylinders 2 entspre­ chend gesteigert werden. Es ist häufig schwierig, eine Spannvorrichtung mit einem der­ art langen Zylinder an einem Motor zu montieren. Wenn dagegen zur Steigerung der Federkraft die Federkonstante der Rückstellfeder 9 erhöht wird, statt die Länge des Zy­ linders zu vergrößern, wird es schwierig, die Federkraft der Rückstellfeder innerhalb ei­ nes vorbestimmten Bereichs einzustellen, d. h. des Bereichs, innerhalb dessen die Rie­ menspannung auf einem vorbestimmten Wert gehalten werden kann.

In der Regel wird eine selbsttätige Spannvorrichtung mit einer hochfrequenten variab­ len Last im Synchronismus mit der Motordrehzahl beaufschlagt. Die Last wird von dem Riemen 18 übertragen. Infolgedessen vibrieren die Stange 5 und der Stößel 4 mikrosko­ pisch mit hoher Geschwindigkeit. Weil die Vibration des Riemens 18 über den gelenkig gelagerten Riemenscheibenarm 16 übertragen wird, wird die Stange 5 nicht gerade, son­ dern vielmehr schräg mit einer Schubkraft beaufschlagt. Das hat zur Folge, daß auf ei­ nen Rand 19 des Stößels 4 eine Kantenbelastung einwirken kann und der Rand 19 einer relativ hohen Verschleißwirkung ausgesetzt wird. Außerdem kann der Innenumfang der Hülse 3 durch den Kontakt mit dem Rand 19 einen ungleichmäßigen Verschleiß erfah­ ren, was eine leichtgängige und glatte Gleitbewegung des Stößels 4 behindert. Die Funk­ tionsfähigkeit der Spannvorrichtung ist dadurch beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbsttätige Spannvorrichtung zu schaf­ fen, bei welcher die Federkraft der Rückstellfeder auf einen ausreichend hohen Wert eingestellt werden kann, ohne die Länge des Zylinders zu steigern oder ohne die Feder­ konstante zu ändern, und bei dem die Länge des Zylinders ausreichend kurz gehalten werden kann, ohne daß es zu einer Verminderung der Federkraft kommt.

Ausgehend von einer selbsttätigen hydraulischen Spannvorrichtung gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwi­ schen der Außenumfangsfläche des Hülse und der Innenumfangsfläche des Zylinders ein Raum vorgesehen wird und die Rückstellfeder in diesem Raum untergebracht ist.

Des weiteren sollen der Rand des Stößels und die Innenumfangsfläche der Hülse gegen Verschleiß geschützt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß eine selbsttätige hydrauli­ sche Spannvorrichtung vorgesehen wird, bei welcher der Stößel eine zylindrische Außen­ fläche aufweist und an seinem der Druckkammer zugewendeten Boden mit einer Schrägfläche, die mit der zylindrischen Außenfläche in Verbindung steht, und mit einer abgerundeten Fläche versehen ist, die in die Schrägfläche glatt übergeht, wobei die Schrägfläche unter einem Winkel von 5 bis 20 Grad mit Bezug auf die zylindrische Au­ ßenfläche verläuft.

Es soll ferner eine selbsttätige Spannvorrichtung erhalten werden, bei der selbst dann, wenn sich der Stößel rasch in Richtung auf die Speicherkammer bewegt und der Druck in der Druckkammer steil abfällt, die Luft, welche die über dem Hydrauliköl in der Speicherkammer liegende Luftschicht bildet, daran gehindert wird, durch die Öffnung in dem Verschleißring und den Durchlaß in dem Stößel hindurch in die Druckkammer zu strömen.

Dies wird bei einer selbsttätigen Spannvorrichtung dadurch erreicht, daß der auf der Stange sitzende Verschleißring eine ringförmige Platte mit einer den Durchtritt von Hy­ drauliköl erlaubenden Durchgangsöffnung, eine am Außenumfang der ringförmigen Platte sitzende Führungshülse, die entlang der Innenumfangsfläche des Zylinders ver­ schiebbar geführt ist, und eine am Innenumfang der ringförmigen Platte sitzende Nabe aufweist, welche die Stange abstützt.

Bei der Anordnung nach der Erfindung kann der Zylinder in Längsrichtung um ein Stück verkürzt werden, das der Höhe des Aufnahmeraums für die Rückstellfeder ent­ spricht. Infolgedessen läßt sich die Länge der Rückstellfeder vergrößern, ohne daß die Länge des Zylinders zunimmt. Eine längere Rückstellfeder erlaubt es, die Federkraft zu steigern, ohne daß die Federkonstante erhöht zu werden braucht. Die Federkonstante kann daher frei eingestellt werden.

Durch Ausbilden der Schrägfläche und der abgerundeten Fläche am Boden des Stößels derart, daß die Schrägfläche unter einem Winkel von 5 bis 20° mit Bezug auf die zylin­ drische Außenfläche des Stößels verläuft, wird die Wahrscheinlichkeit erheblich ver­ mindert, daß auf den Eckbereich eine Kantenlast einwirkt, während der Motor läuft. Dadurch wird der Verschleiß im Eckbereich des Stößels und an der Innenumfangsfläche der Hülse vermindert.

Wenn der Verschleißring mit der ringförmigen Platte sowie mit der Führungshülse und der Nabe am Außen- bzw. Innenumfang der ringförmigen Platte ausgestattet ist, läßt sich der Strömungswiderstand durch die Öffnungen vermindern, ohne daß die Länge der von dem Zylinder zu führenden Fläche und die Länge der die Stange abstützenden Flä­ che reduziert werden. Wenn daher der Stößel rasch in Richtung auf die Speicherkam­ mer verstellt wird, um die Riemenspannung nachzustellen, strömt das über dem Ver­ schleißring befindliche Hydrauliköl gleichmäßig durch die Öffnungen hindurch. Dies verhindert, daß die die Luftschicht bildende Luft in die Speicherkammer gelangt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der beilie­ genden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen lotrechten Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer selbsttätigen hydraulischen Spannvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt ähnlich Fig. 1 für eine abgewandelte Ausführungsform der Erfin­ dung,

Fig. 3 in größerem Maßstab einen Teilschnitt des Stößels der hydraulischen Spann­ vorrichtung,

Fig. 4 einen Teilschnitt einer dritten Ausführungsform der Spannvorrichtung,

Fig. 5 eine Draufsicht auf den Verschleißring der Ausführungsform gemäß Fig. 4,

Fig. 6 einen Teilschnitt einer Spannvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungs­ form der Erfindung, und

Fig. 7 einen lotrechten Schnitt einer bekannten selbsttätigen hydraulischen Spannvor­ richtung.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist die selbsttätige hydraulische Spannvorrich­ tung mit einem Körper 1 versehen, zu dem ein Zylinder 2 und eine in dem Zylinder 2 sitzende Hülse 3 gehören. Ein Stößel 4 sitzt in dem Zylinder 2. Ein Stößel 4 ist in der Hülse 3 verschiebbar gelagert. Ein Verschleißring 6 ist an einer Stange 5 befestigt, die zusammen mit dem Stößel 4 in Axialrichtung verstellbar ist.

Der Innenraum des Körpers 1 wird von dem Stößel 4 in eine Druckkammer 10 und eine Speicherkammer 11 unterteilt, die über einen in dem Stößel 4 ausgebildeten Durchlaß 12 miteinander in Verbindung stehen. Ein Rückschlagventil 13 sitzt nahe dem unteren Ende des Durchlasses 12, der zu der Druckkammer 10 führt. Bei dieser Ausführungs­ form ist eine Rückstellfeder 9 in einem Raum 20 zwischen der Außenumfangsfläche der Hülse 3 und der Innenumfangsfläche des Zylinders 2 angeordnet.

Das eine Ende der Rückstellfeder 9 liegt an einer Schulter 21 an der Innenumfangsflä­ che des Zylinders 2 an, während das andere Ende der Rückstellfeder mit einem Ver­ schleißring 6 in Eingriff steht, der an der Stange 5 befestigt ist. Dadurch wird die Stange 5 mittels der Rückstellfeder 9 nach außen vorgespannt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird die Hülse 3 an dem geschlossenen Ende des Zylinders 2 durch Anziehen einer Schraube 22 festgelegt. Die Schraube kann jedoch auch weggelassen werden.

Durch Unterbringung der Rückstellfeder 9 in dem Raum 20 läßt sich die Länge des Zy­ linders um ein Stück verkürzen, das der Höhe des Aufnahmeraumes 20 entspricht. In­ folgedessen kann die Kraft der Rückstellfeder 9 auf einen Wert gesteigert werden, der für einen optimalen Betrieb der selbsttätigen Spannvorrichtung benötigt wird, ohne daß dabei die Länge des Zylinders vergrößert werden muß. Der Zylinder kann vielmehr re­ lativ kurz ausgebildet sein. Beispielsweise kann die axiale Länge des in Fig. 1 dargestell­ ten Zylinders 2 um etwa 70 % kürzer sein als die Länge des Zylinders der bekannten Spannvorrichtung (Fig. 7).

Weil die Rückstellfeder 9 eine größere Länge aufweisen kann, läßt sich ferner die Fe­ derkonstante auf einen kleineren Wert einstellen. Dies macht es möglich, die Federkraft genau auf einen Wert einzustellen, welcher der erforderlichen Riemenspannung ent­ spricht.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der selbsttätigen hydraulischen Spannvorrich­ tung nach der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist ein Flansch 23 an der Hülse 3 um deren unteres Ende herum ausgebildet. Die Rückstellfeder 9 sitzt zwischen dem Flansch 23 und dem Verschleißring 6.

Weil bei dieser Ausführungsform die Hülse 3 von der Rückstellfeder 9 gegen das ge­ schlossene Ende des Zylinders 2 gedrückt wird, kann sich die Hülse nicht in axialer Rich­ tung bewegen. Auf diese Weise kann die in Fig. 1 veranschaulichte Schraube 22 wegge­ lassen werden. Weil die Schraube 22 entfällt, braucht auch im Boden der Hülse 3 keine Gewindebohrung ausgebildet zu werden.

Fig. 3 zeigt in größerem Maßstab eine Teilansicht des in die Hülse 3 eingesetzten Stö­ ßels 4. Der untere Eckbereich des Stößels 4, welcher der Druckkammer 10 zugewendet ist, weist eine in die zylindrische Außenfläche des Stößels 4 übergehende Schrägfläche 24 sowie eine abgerundete Fläche 25 auf, die stoßfrei an das untere Ende der Schrägflä­ che 24 anschließt.

Die Schrägfläche 24 geht in die zylindrische Außenfläche des Stößels mit einem Winkel von 5 bis 20° über. Die abgerundete Fläche 25 hat einen Krümmungsradius von 0,5 bis 1,0 mm.

Durch Ausbilden der Schrägfläche 24 und der abgerundeten Fläche 25 am unteren Eck­ bereich des Stößels 4 und durch einen Verlauf der Schrägfläche 24 unter dem angege­ benen Winkel mit Bezug auf die zylindrische Fläche des Stößels ist der Winkel eines Randes 26 an der Treffstelle zwischen der zylindrischen Außenfläche des Stößels und der Schrägfläche 24 groß, so daß das Auftreten einer Kantenbelastung beim Arbeiten des Motors wesentlich weniger wahrscheinlich wird. Dies führt dazu, daß der Verschleiß des Stößels in dem Eckbereich reduziert wird.

Selbst wenn die Innenumfangsfläche der Hülse 3 aufgrund der hochfrequenten Schwin­ gung, die auf den Stößel 4 im Betrieb des Motors übertragen wird, verschleißen sollte, ist ein solcher Verschleiß gleichförmig, so daß der Stößel 4 einwandfrei gleiten kann.

Die Schrägfläche 24 und die abgerundete Fläche 25 können auch am oberen Eckbereich des Stößels 4 vorgesehen sein.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine dritte Ausführungsform der vorliegenden selbsttätigen Spannvorrichtung, bei welcher der Verschleißring 6 eine ringförmige Platte 27 mit Durchgangsöffnungen 7 aufweist. Dabei sitzt am Außenumfang der Platte 27 eine Füh­ rungshülse 28, die entlang der Innenumfangsfläche des Zylinders 2 verschiebbar geführt ist. Die ringförmige Platte 27 trägt ferner an ihrem Innenumfang eine Nabe 29 zum Ab­ stützen der Stange 5.

Der Verschleißring 6 nimmt das auf die Stange 5 einwirkende Biegemoment auf, und er dient auch als Lager zum Führen der Axialbewegung der Stange 5. Wenn daher der Verschleißring 6 als dünne Scheibe ausgeführt würde, könnte er sich unter dem Einfluß des Biegemoments verformen, das auf die Stange 5 einwirkt. Ferner könnte es wegen der kleinen Kontaktfläche mit Bezug auf den Zylinder leichter zu einem Verschleiß kommen. Dies würde die Funktion des Verschleißringes als Lager hindern.

Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform ist daher der Verschleißring 6 als rela­ tiv dicke Scheibe ausgebildet, um die Länge der entlang der Innenumfangsfläche des Zy­ linders 2 geführten Fläche und die Länge der die Stange 5 abstützenden Fläche zu stei­ gern. Die Scheibe weist eine die Stange aufnehmende Öffnung und Öldurchtrittsöffnun­ gen 7 auf.

Ein Problem, das bei einem Verschleißring 6 in Form einer dicken Scheibe auftritt, be­ steht darin, daß Hydrauliköl einem relativ großen Widerstand ausgesetzt sein kann, wenn es durch die Öffnungen 7 hindurchströmt. Wenn daher der Stößel 4 rasch in Rich­ tung auf die Speicherkammer 11 bewegt wird, um die Riemenspannung nachzustellen, fließt das über dem Verschleißring 6 vorhandene Hydrauliköl nicht gleichmäßig durch die Öffnungen 7 hindurch, so daß die die Luftschicht bildende Luft zusammen mit dem Hydrauliköl in die Speicherkammer 11 hineingesogen werden kann. In die Speicher­ kammer 11 gelangte Luft verursacht keine Probleme, so lang sie in der Speicherkammer 11 verbleibt. Wenn die Luft jedoch über den in dem Stößel 4 ausgebildeten Durchlaß 12 in die Druckkammer 10 gelangt, vermindert sie die Dämpfungswirkung der selbsttätigen Spannvorrichtung.

Weil bei der dritten Ausführungsform der Verschleißring 6 die ringförmige Platte 27 sowie die Führungshülse 28 und die Nabe 29 am Außen- bzw. Innenumfang der Platte 27 aufweist, kann der Strömungswiderstand durch die Öffnungen 7 hindurch reduziert werden, ohne daß die Länge der von dem Zylinder 2 geführten Fläche und die Länge der dem Abstützen der Stange 5 dienenden Fläche verkürzt wird. Wenn daher der Stö­ ßel 4 rasch in Richtung auf die Speicherkammer 11 verstellt wird, um die Riemenspan­ nung nachzustellen, fließt das über dem Verschleißring 6 befindliche Hydrauliköl gleichmäßig durch die Öffnungen 7 hindurch. Dadurch wird verhindert, daß die die Luftschicht bildende Luft in die Speicherkammer 11 hineingelangt. Je größer die Öff­ nungen 7 bemessen sind, desto besser kann das Hydrauliköl fließen. Zu große Öffnun­ gen vermindern jedoch die Steifigkeit der ringförmigen Platte 27. Vorzugsweise liegt das Flächenverhältnis der Öffnungen zu der Gesamtfläche der ringförmigen Platte bei 40 bis 70%.

Der Verschleißring 6 kann zweckmäßig so montiert werden, daß die Führungshülse 28 und die Nabe 29 nach unten reichen, wie dies in Fig. 6 veranschaulicht ist.

Claims (3)

1. Selbsttätige hydraulische Spannvorrichtung mit einem Zylinder (2), der ein ge­ schlossenes Bodenende aufweist, einer in dem Zylinder angeordneten Hülse (3), einem Stößel (4), der in der Hülse unter Bildung einer Speicherkammer (11) und einer Druckkammer (10) verschiebbar gelagert ist und der mit einem Durchlaß (12) versehen ist, über den die Speicherkammer und die Druckkammer miteinan­ der in Verbindung stehen, einem in dem Durchlaß angeordneten Rückschlagventil (13) zum Verschließen des Durchlasses, wenn der Druck des Hydrauliköls in der Druckkammer über den Druck des Hydrauliköls in der Speicherkammer ansteigt, einer zusammen mit dem Stößel axial verstellbaren Stange (5) und einer Rück­ stellfeder (9) zum Vorspannen der Stange in einer solchen Richtung, daß die Stan­ ge aus einer oberen. Öffnung des Zylinders vorragt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (9) in einem Raum (20) zwischen der Außenumfangsfläche der Hülse (3) und der Innenumfangsfläche des Zylinders (2) untergebracht ist.

2. Selbsttätige hydraulische Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stößel (4) eine zylindrische Außenfläche aufweist und an seinem der Druckkammer (10) zugewendeten Boden mit einer Schrägfläche (24), die mit der zylindrischen Außenfläche in Verbindung steht, und mit einer abgerundeten Fläche (25) versehen ist, die in die Schrägfläche glatt übergeht, und daß die Schrägfläche (24) unter einem Winkel von 5 bis 20° mit Bezug auf die zylindrische Außenfläche verläuft.

3. Selbsttätige hydraulische Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeich­ net durch einen Verschleißring (6), der mit einer den Durchtritt von Hydrauliköl gestattenden Öffnung versehen und auf der Stange (5) derart angeordnet ist, daß er entlang der Innenumfangsfläche des Zylinders (2) geführt ist, wobei der Ver­ schleißring eine ringförmige Platte (27) mit mindestens einer den Durchtritt von Hydrauliköl erlaubenden Durchgangsöffnung (7), eine am Außenumfang der ring­ förmigen Platte sitzende Führungshülse (28), die entlang der Innenumfangsfläche des Zylinders verschiebbar geführt ist, und eine am Innenumfang der ringförmigen Platte sitzende Nabe (29) zum Abstützen der Stange (5) aufweist.