DE4242292C2 - Selbsttätige hydraulische Spannvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine selbsttätige hydraulische Spannvorrichtung zum Konstanthalten der Spannung eines Rie­ mens, beispielsweise eines Sychronriemens, zur Verwendung bei einem Kraftfahrzeugmotor.

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

Der Innenraum des Körpers 1 ist mittels des Kolbens 4 in eine Druckkammer 10 und eine Speicherkammer 11 unterteilt, die über einen in dem Kolben 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 Haltering 14 ist an der die Innenumfangsfläche des Zy­ linders 2 in dessen oberem Bereich festgelegt, um eine Öl­ dichtung 15 an einem Austritt aus dem Zylinder 2 zu hin­ dern. Die Öldichtung 15 ist mit einer Öffnung zum Durchfüh­ ren der Stange 5 versehen. Die Öldichtung 15 hat die Aufga­ be, das Auslecken von Hydrauliköl zu verhindern, mit welchem der Zylinder 2 gefüllt ist. Zwischen dem Hydrauliköl und der Öldichtung 15 befindet sich eine Luftschicht.

Mittels der erläuterten selbsttätigen Spannvorrichtung wird ein Riemenscheibenarm 16 von der Stange 5 nach oben gescho­ ben, um eine am einen Ende des Riemenscheibenarms 16 sit­ zende Spannscheibe 17 gegen einen Riemen 18 anzupressen. Auf diese Weise wird dem Riemen 18 eine vorbestimmte Span­ nung verliehen. Die auf die Stange 5 in Abhängigkeit von Änderungen der Spannung des Riemens 18 stoßweise einwirken­ de Schubkraft wird gedämpft, wenn das Hydrauliköl in der Druckkammer 10 mittels des Kolbens 4 zusammengedrückt 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 Kolbens 4 aus, so daß die Stange 5 und der Kolben 4 langsam in einer solchen Richtung nachgeben können, daß die Spannung des Riemens vermindert wird.

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

Bei dieser bekannten selbsttätigen Spannvorrichtung wird die Spannung des Riemens 18 durch die Federkraft der Rück­ stellfeder 9 bewirkt. Um die Riemenspannung zu steigern, muß die Kraft der Rückstellfeder 9 vergrößert werden.

Weil bei der in Fig. 7 veranschaulichten konventionellen Spannvorrichtung die Rückstellfeder 9 zwischen der Hülse 3 und dem Haltering 6 sitzt, muß bei einer Vergrößerung der Länge der Rückstellfeder 9 die Gesamtlänge des Zylinders 2 entsprechend gesteigert werden. Es ist häufig schwierig, eine Spannvorrichtung mit einem derart langen Zylinder an einem Motor zu montieren. Wenn dagegen zur Steigerung der Federkraft die Federkonstante der Rückstellfeder 9 erhöht wird, wird es schwierig, die Federkraft der Rückstellfeder innerhalb eines vorbestimmten Bereichs einzustellen, d. h. des Bereichs, innerhalb dessen die Riemenspannung gehalten werden kann.

In der Regel wird eine selbsttätige Spannvorrichtung mit einer hochfrequenten variablen Last im Takt mit der Mo­ tordrehzahl beaufschlagt. Die Last wird von dem Riemen 18 übertragen. Infolgedessen vibrieren die Stange 5 und der Kolben 4 mit hoher Frequenz. Weil die Vibration des Riemens 18 über den gelenkig gelagerten Riemenscheibenarm 16 über­ tragen wird, wird die Stange 5 nicht gerade, sondern viel­ mehr schräg mit einer Schubkraft beaufschlagt. Das hat zur Folge, daß auf den Rand 19 des Kolbens 4 eine Kantenbela­ stung einwirken kann und der Rand 19 einer relativ hohen Verschleißwirkung ausgesetzt wird. Außerdem kann der Innen­ umfang der Hülse 3 durch den Kontakt mit dem Rand 19 einen ungleichmäßigen Verschleiß erfahren, was eine leichtgängige und glatte Gleitbewegung des Kolbens 4 behindert. Die Funk­ tionsfähigkeit der Spannvorrichtung ist dadurch beeinträch­ tigt.

Eine Spannvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 ist aus der DE-U-87 10 548 bekannt. Bei der bekann­ ten Spannvorrichtung ist die Schraubendruckfeder über einen Teil ihrer Länge in einem Ringraum zwischen einem Zylinder und einem Gehäuse angeordnet. Dabei wird jedoch der Rin­ graum von der Druckflüssigkeit durchströmt, wenn diese über Kanäle und ein Rückschlagventil in den Zylinderraum nachströmt. Dabei wirkt die Feder als Strömungshindernis, und zwar um so mehr, je stärker sie zusammengedrückt wird. Dies kann die Funktionsweise der Spannvorrichtung beeinträchti­ gen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung anzugeben, die sich durch einen einfachen Aufbau und eine schnelle Reaktionsfähigkeit auszeichnet.

Diese Aufgabe erfolgt durch eine Spannvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1; die abhängigen Patentan­ sprüche betreffen vorteilhafte Weiterentwicklungen der Er­ findung.

Ausgehend von einer selbsttätigen hydraulischen Spannvor­ richtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der Außenumfangsfläche der Hülse und der Innenumfangsfläche des Zylinders ein Raum vorgesehen wird und die Rückstellfeder in diesem Raum untergebracht ist.

Desweiteren können der Rand des Kolbens und die Innenum­ fangsfläche der Hülse gegen Verschleiß geschützt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß eine selbsttätige hydrauli­ sche Spannvorrichtung vorgesehen wird, bei welcher der Kol­ ben eine zylindrische Außenfläche aufweist und an seinem der Druckkammer zugewendeten Boden mit einer Kegelfläche, die in die zylindrischen Außenfläche übergeht, und ausge­ hend von einer waagrechten Kreisfläche, mit einer abgerun­ deten Schulter versehen ist, die in die Kegelfläche glatt übergeht, wobei die Kegelfläche unter einem Winkel von 5 bis 20 Grad mit Bezug auf die zylindrische Außenfläche ver­ läuft.

Es kann eine selbsttätige Spannvorrichtung erhalten werden, bei der selbst dann, wenn sich der Kolben rasch unter Ent­ lastung des Riemens in Richtung auf die Speicherkammer zu bewegt und er 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 Kolben hindurch in die Druckkammer zu strömen.

Dies wird bei einer selbsttätigen Spannvorrichtung dadurch erreicht, daß der auf der Stange sitzende Haltering eine ringförmige Platte mit einer den Durchtritt von Hydrauliköl erlaubenden Durchgangsöffnung, eine am Außenumfang der ringförmigen Platte sitzende Führungshülse, die entlang der Innenumfangsfläche des Zylinders verschiebbar geführt ist, und einen am Innenumfang der ringförmigen Platte sitzender Kragen 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 entspricht. Infol­ gedessen 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 Feder­ konstante kann daher frei eingestellt werden.

Durch Ausbilden der Kegelfläche und der abgerundeten Fläche am Boden des Kolbens derart, daß die Kegelfläche unter ei­ nem Winkel von 5 bis 20° mit Bezug auf die zylindrische Au­ ßenfläche des Kolbens verläuft, wird die Wahrscheinlichkeit erheblich vermindert, daß auf den Eckbereich eine Kanten­ last einwirkt. Dadurch wird der Verschleiß im Eckbereich des Stößels und an der Innenumfangsfläche der Hülse vermin­ dert.

Wenn der Haltering mit der ringförmigen Platte sowie mit der Führungshülse und dem Kragen 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 Fläche reduziert wer­ den. Wenn daher der Kolben rasch in Richtung auf die Spei­ cherkammer verstellt wird, um der Riemenspannung nachzuge­ ben, strömt das über dem Haltering befindliche Hydrauliköl gleichmäßig durch die Öffnungen hindurch. Dies verhindert, daß die die Luftschicht bildende Luft in die Speicherkammer gelangt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachste­ hend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

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

Fig. 2 einen Schnitt ähnlich Fig. 1 durch eine abgewan­ delte Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 in größerem Maßstab einen Teilschnitt des Kolbens der hydraulischen Spannvorrichtung,

Fig. 4 einen Teilschnitt einer dritten Ausführungsform der Spannvorrichtung,

Fig. 5 eine Draufsicht auf den Haltering der Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 4,

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

Fig. 7 einen lotrechten Schnitt einer bekannten selbst­ tätigen hydraulischen Spannvorrichtung.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist die selbsttätige hydraulische Spannvorrichtung mit einem Körper 1 versehen, zu dem ein Zylinder 2 und eine in dem Zylinder 2 montierte Hülse 3 gehören. Ein Kolben 4 ist in der Hülse 3 verschieb­ bar gelagert. Ein Haltering 6 ist an einer Stange 5 gesi­ chert, die zusammen mit dem Kolben 4 in Axialrichtung ver­ stellbar ist.

Der Innenraum des Zylinders 2 wird von dem Kolben 4 in eine Druckkammer 10 und eine Speicherkammer 11 unterteilt, die über einen in dem Kolben 4 ausgebildeten Durchlaß 12 mit­ einander in Verbindung stehen. Ein Rückschlagventil 13 ist nahe dem unteren Ende des Durchlasses 12, der zu der Druckkammer 10 führt, angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist eine Rückstellfeder 9 in einem Raum 20 zwischen der Außenum­ fangsfläche der Hülse 3 und der Innenumfangsfläche des Zy­ linders 2 angeordnet.

Das eine Ende der Rückstellfeder 9 liegt an einer Schulter 21 an der Innenumfangsfläche des Zylinders 2 an, während das andere Ende der Rückstellfeder an dem Haltering 6 an­ liegt, der an der Stange 5 angebracht ist. Dadurch wird die Stange 5 mittels der Rückstellfeder 9 nach oben vorge­ spannt.

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

Durch Unterbringung der Rückstellfeder 9 in dem Raum 20 läßt sich die Länge des Zylinders um ein Stück verkürzen, das der Höhe des Aufnahmeraumes 20 entspricht. Infolgedessen 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 relativ kurz ausgebildet sein. Beispielsweise kann die axia­ le Länge des in Fig. 1 dargestellten Zylinders 2 um etwa 70% kürzer sein als die Länge des Zylinders der eingangs beschriebenen Spannvorrichtung (Fig. 7).

Weil die Rückstellfeder 9 eine größere Länge aufweisen kann, läßt sich ferner der Bereich der Federkraft auf einen kleineren Wert einstellen. Dies macht es möglich, die Fe­ derkraft auf einen Bereich einzustellen, welcher der erfor­ derlichen Riemenspannung entspricht.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der selbsttätigen hydraulischen Spannvorrichtung nach der Erfindung. Bei die­ ser Ausführungsform ist ein Flansch 23 an der Hülse 3 um deren unteres Ende herum ausgebildet. Die Rückstellfeder 9 erstreckt sich zwischen dem Flansch 23 und dem Haltering 6.

Weil bei dieser Ausführungsform die Hülse 3 von der Rück­ stellfeder 9 gegen das geschlossene Ende des Zylinders 2 gedrückt wird, kann sich die Hülse nicht in axialer Rich­ tung bewegen. Auf diese Weise kann die in Fig. 1 veran­ schaulichte Schraube 22 weggelassen 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 Kolbens 4. Der untere Eckbereich des Kolbens 4, welcher der Druckkammer 10 zugewendet ist, weist eine in die zylindrische Außenfläche des Kolbens 4 übergehende Kegelfläche 24 sowie eine abgerundete Schulter 25 auf, die sich platt an das untere Ende der Kegelfläche 24 anschließt.

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

Durch Ausbilden der Kegelfläche 24 und der abgerundeten Schulter 25 am unteren Eckbereich des Kolbens 4 und durch einen Verlauf der Kegelfläche 24 unter dem angegebenen Win­ kel mit Bezug auf die zylindrische Fläche des Zylinders 2 ist der Winkel eines Randes 26 an der Treffstelle zwischen der zylindrischen Außenfläche des Kolbens und der Kegelflä­ che 24 groß, so daß das Auftreten einer Kantenbelastung beim Arbeiten des Motors wesentlich weniger wahrscheinlich wird. Dies führt dazu, daß der Verschleiß des Kolbens in dem Eckbereich reduziert wird.

Selbst wenn die Innenumfangsfläche der Hülse 3 aufgrund der hochfrequenten Schwingung, die auf den Kolben 4 beim Be­ trieb des Motors übertragen wird, verschleißen sollte, ist ein solcher Verschleiß gleichförmig, so daß der Kolben 4 einwandfrei gleiten kann.

Die Kegelfläche 24 und die abgerundete Schulter 25 können auch am oberen Eckbereich des Kolbens 4 vorgesehen sein.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine dritte Ausführungsform der vorliegenden selbsttätigen Spannvorrichtung, bei welcher der Haltering 6 eine ringförmige Platte 27 mit Durch­ gangsöffnungen 7 aufweist. Dabei ist am Außenumfang der Platte 27 eine Führungshülse 28 angeformt, die entlang der Innenumfangsfläche des Zylinders 2 verschiebbar geführt ist. Die ringförmige Platte 27 trägt ferner an ihrem Innen­ umfang einen Kragen 29 zum Abstützen der Stange 5.

Der Haltering 6 nimmt das auf die Stange 5 einwirkende Bie­ gemoment auf, und er dient auch als Lager zum Führen der Axialbewegung der Stange 5. Wenn daher der Haltering 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 Halteringes als Lager hindern.

Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform ist daher der Haltering 6 als relativ dicke Scheibe ausgebildet, um die Länge der entlang der Innenumfangsfläche des Zylinders 2 geführten Fläche und die Länge der die Stange 5 abstüt­ zenden Fläche zu steigern. Die Scheibe weist eine die Stan­ ge aufnehmende Öffnung und Öldurchtrittsöffnungen 7 auf.

Ein Problem, das bei einem Haltering 6 in Form einer dicken Scheibe auftritt, besteht darin, daß Hydrauliköl einem re­ lativ großen Strömungswiderstand ausgesetzt sein kann, wenn es durch die Öffnung 7 hindurchströmt. Wenn daher der Kol­ ben 4 rasch in Richtung auf die Speicherkammer 11 bewegt wird, um der Riemenspannung nachzugeben, fließt das über dem Haltering 6 vorhandene Hydrauliköl nicht gleichmäßig durch die Öffnungen 7 hindurch, so daß die die Luftschicht bildende Luft zusammen mit dem Hydrauliköl in die Speicher­ kammer 11 hineingesogen werden kann. In die Speicherkammer 11 gelangte Luft verursacht keine Probleme, so lang sie in der Speicherkammer 11 verbleibt. Wenn die Luft jedoch über den in dem Kolben 4 ausgebildeten Durchlaß 12 in die Druck­ kammer 10 gelangt, vermindert sie die Dämpfungswirkung der selbsttätigen Spannvorrichtung.

Weil bei der dritten Ausführungsform der Haltering 6 die ringförmige Platte 27 sowie die Führungshülse 28 und den Kragen 29 am Außen- bzw. Innenumfang der Platte 27 auf­ weist, 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 werden. Wenn daher der Kolben 4 rasch in Richtung auf die Speicherkammer 11 verstellt wird und der Riemenspannung nachgibt, fließt das über dem Haltering 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 Öffnungen 7 bemessen sind, desto besser kann das Hydrauliköl fließen. Zu große Öffnungen 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 Haltering 6 kann zweckmäßig so montiert werden, daß die Führungshülse 28 und der Kragen 29 nach unten reichen, wie dies in Fig. 6 veranschaulicht ist.

Claims (3)

1. Riemenspannvorrichtung mit einer auf eine Riemen­ spannrolle (17) einwirkenden Stange (5), die gegen die Kraft einer Schraubendruckfeder (9) in ein Gehäuse (1) ein­ drückbar ist und an ihrem Ende einen Kolben (4) trägt, der in einer vom Boden des Gehäuses (2) mit Abstand zu dessen Umfangswand aufragenden Zylinderbuchse (3) aufgenommen ist und diese in eine Druckkammer (10) und eine Speicherkammer (11) unterteilt, die mit Hydrauliköl gefüllt und über einen Durchlaß (12) mit Rückschlagventil (13) miteinander verbun­ den sind, wobei die Schraubendruckfeder über mindestens ei­ nen Teil ihrer Länge in einen ringförmigen Aufnahmeraum (20) zwischen der Außenumfangsfläche der Zylinderbuchse (3) und der Innenumfangsfläche des Gehäuses (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (12) mit Rückschlagventil (13) im Kolben (4) angeordnet ist derart, daß der die Zylinderbuchse (3) bis zur Höhe ihres geschlossenen Bodens umgebende Aufnahmeraum (20) für die Schraubendruckfeder (9) nicht von dem durch den Durchlaß (12) strömenden Hydrauliköl durchströmt wird, wobei der Kolben (4) von dem durch den Durchlaß (12) strömenden Hy­ drauliköl durchströmt wird.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stange (5) im Gehäuse (1) mittels eines auf der Stange befestigten Führungsrings (6) mit mindestens einer Durchtrittsöffnung (7) für das Hydrauliköl geführt ist, wobei der Führungsring (6) an der Stange und an der Innenfläche des Gehäuses (2) mit je einem axial verlaufenden Ringbund (29, 28) anliegt und dazwischen die Form einer dünnen Scheibe (27) hat, in der die Durch­ trittsöffnung (7) ausgebildet ist.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zylindrische Umfangs­ fläche des Kolbens (4) mit einer in einem Winkel (θ) von 5 bis 20° konisch angefasten Fläche (24) und einer an­ schließenden Rundung (25) in die Bodenfläche des Kolbens (4) übergeht.