DE4424792A1 - Hydraulische Spannvorrichtung mit einem Temperaturausgleich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb gemäß den oberbegriffsbildenden Merkmalen von Patent­ anspruch 1.

Eine Spannvorrichtung dieser Bauart, die auch als automatische Spann­ vorrichtung zu bezeichnen ist, findet beispielsweise eine Anwendung, um die Vorspannung für einen Riemen- oder Kettentrieb einer Brenn­ kraftmaschine möglichst konstant zu halten und um Schwingungen zu dämpfen.

Aus der EP-A 02 12 119 ist eine gattungsbildende hydraulische Spann­ vorrichtung bekannt. Danach ist ein Kolben zwischen zwei mit Hydrau­ likfluid gefüllten Räumen, einem Ausgleichsraum und einem Hochdruck­ raum, axial verschiebbar angeordnet. Der Ausgleichsraum ist von einer Membran verschlossen, deren Außenseite mit atmosphärischem Druck beaufschlagt ist. Eine Verschiebung des Kolbens bei einer Zug- oder Druckphase bewirkt einen Volumenausgleich des Hydraulikfluids zwischen dem Hochdruckraum und dem Ausgleichsraum. Bei einer Zugphase gelangt das Hydraulikfluid über eine in den Kolben angebrachte Längsbohrung vom Ausgleichsraum in den Hochdruckraum bei gleichzeitig sich öff­ nendem Einwegventil an der Mündung der Längsbohrung. Bei einer Druckphase wird das Hydraulikfluid vom Hochdruckraum über einen Rings­ palt zwischen dem Kolben und dem Zylinder in den Ausgleichsraum ver­ drängt. Zur Bildung eines definierten Ringspaltes zwischen dem Kolben und dem Zylinder, der Einfluß nimmt auf die Dämpfungscharakteristik der Spannvorrichtung, ist für die den Ringspalt bildenden Bauteile, Kolben und Zylinder eine hohe Fertigungsgenauigkeit erforderlich, um enge Durchmessertoleranzen einhalten zu können. Weiterhin müssen die Bauteile, Kolben und Zylinder einander zusortiert werden, da die erforderliche Teilegenauigkeit für das geforderte Spaltmaß nicht kostengünstig herstellbar ist. Das Zusortieren bedeutet jedoch eben­ falls einen hohen Kostenaufwand. Der mit diesen Maßnahmen erzielte Ringspalt erreicht aber nur für einen relativ kleinen Temperaturbe­ reich sein Optimum, da dieser selbst seinen Querschnitt, zumindest bei konventioneller Bauweise nicht mit der Temperatur ändert, im Gegensatz zu dem Hydraulikfluid, daß mit steigender Temperatur dünnflüssiger wird. Die bekannte Spannvorrichtung besitzt entweder im kalten oder im warmen Zustand eine zufriedenstellende Dämpfungscharakteristik. Nach­ teilig sind der engtolerierte Kolben und Zylinder einem hohen Ver­ schleiß unterworfen mit der Folge, daß sich der Ringspalt mit der Betriebsdauer vergrößert, wodurch sich die gewünschte Dämpfung der Spannvorrichtung verringert.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Spannvorrichtung zu schaffen, die einen dauerhaften konstanten Temperaturausgleich über die Lebens­ dauer der Spannvorrichtung sicherstellt und eine abgestimmte, engtole­ rierte Fertigung bzw. Zusortierung von Kolben und Zylinder erübrigt.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil von Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß ist der Kolben abgedichtet in den Zylinder eingesetzt, so daß der Ringspalt keinen Einfluß auf die Dämpfungscharakteristik der Spannvorrichtung nimmt. Das vom Hochdruckraum zum Ausgleichsraum verdrängte Hydraulikfluid wird erfindungsgemäß über einen Drosselein­ satz abgesteuert. Dieser mit einer Drosselbohrung versehene Drossel­ einsatz ist so ausgelegt, daß der Durchströmquerschnitt angepaßt ist an die sich temperaturabhängig ändernde Fließfähigkeit des Hydraulik­ fluids. Erfindungsgemäß verengt sich die Drosselbohrung bei einem Temperaturanstieg und kompensiert so die ansteigende Dünnflüssigkeit des Hydraulikfluids. In vorteilhafter Weise weist die erfindungsgemäße Spannvorrichtung eine gleichbleibende Dämpfungscharakteristik auf unabhängig von Temperaturschwankungen. Damit verbunden ergibt sich die Möglichkeit, eine Zuordnung des Kolbens und des Zylinders ausschließ­ lich nach den Gesichtspunkten einer hohen Standzeit bzw. Lebensdauer vorzunehmen, ohne dabei einen möglichst engen Ringspalt einhalten zu müssen. Vorteilhaft stellt sich neben der dauerhaften Funktionsverbes­ serung außerdem ein Kostenvorteil ein aufgrund der vereinfachten Fertigung bzw. des Wegfalls der Zuordnung der bisher einen Ringspalt bildenden Bauteile, Kolben und Zylinder.

In einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 2 weist der Werk­ stoff für den Drosseleinsatz einen höheren Ausdehnungskoeffizienten auf als die Umgebungsteile, insbesondere Kolben und Zylinder. Nach Anspruch 3 ist als Werkstoff Aluminium für den Drosseleinsatz vor­ gesehen, dessen Ausdehnungskoeffizient nahezu den doppelten Wert von Stahl erreicht, der vorzugsweise als Werkstoff für den Kolben und den Zylinder gewählt wird. Erfindungsgemäß sind auch andere Werkstoff­ kombinationen einsetzbar mit stark voneinander abweichenden Ausdeh­ nungskoeffizienten. Zur Funktionssicherung ist die Wandstärke bzw. die Festigkeit der Kolbenstange im Bereich des Drosseleinsatzes und/oder des Kolbens so ausgelegt, daß die Ausdehnung (Volumenzunahme) des Drosseleinsatzes keinen Einfluß auf die Drosselbohrung nimmt.

Ein weiterer Erfindungsgedanke nach Anspruch 4 sieht zur Abdichtung des Ringspaltes zwischen dem Kolben und dem Zylinder eine stirnseitig am Kolben zum Hochdruckraum weisende Dichtung vor. Zur Abdichtung kann ebenfalls ein in der Zylinderwandung eingesetzter Dichtring vorgesehen werden. Als Dichtung bietet sich insbesondere ein Kompaktdichtring an. Alternativ kann dazu auch ein Runddichtring vorgesehen werden, der in einer radialen Umlaufnut des Kolbens eingesetzt ist und an der Zylin­ derwandung dichtend anliegt.

Gemäß dem Anspruch 5 ist der Drosseleinsatz zwischen der Kolbenstange und dem Kolben stirnseitig in die Kolbenstange eingesetzt, die starr mit dem Kolben verbunden ist. Das Hydraulikfluid kann dabei durch eine Bohrung im Kolben dem Drosseleinsatz zugeführt werden. Nach Anspruch 6 ist der Drosseleinsatz im Kolben eingebracht, in einem Übergangsbe­ reich zu der Kolbenstange.

Zur Schaffung einer Verbindung zwischen dem Drosseleinsatz und dem Ausgleichsraum ist nach Anspruch 7 die Kolbenstange mit einer Längs­ bohrung versehen, die als Sacklochbohrung ausgeführt ist und am Boh­ rungsende mit einer Querbohrung verbunden ist, durch die das Hydrau­ likfluid vom Drosseleinsatz in den Ausgleichsraum gelangen kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Der Aufbau der Spannvorrichtung 1 umfaßt ein zylindrisch gestaltetes Gehäuse 2, das beispielsweise an einem nicht dargestellten Kurbelge­ häuse einer Brennkraftmaschine befestigt werden kann. In dem Gehäuse 2 ist ein Zylinder 4 angeordnet, der einseitig in eine Längsbohrung 3 ragt. Im Zylinder 4 ist ein Kolben 5 verschiebbar angeordnet, der starr mit einer Kolbenstange 6 verbunden ist, die - axial aus dem Gehäuse 2 austretend - mittelbar über eine nicht dargestellte Spann­ rolle mit einem Riemen- oder Kettentrieb in Verbindung steht. Eine Druckfeder 7, die zwischen einer am Zylinder 4 lagefixierten Scheibe 8 und einem starr an der Kolbenstange 6 befestigten Ringflansch 9 eingesetzt ist, bewirkt eine kraftschlüssige Verschiebung und damit Anlage der Kolbenstange 6 an dem Zugmitteltrieb. Zwischen der Stirn­ seite des Kolbens 5 und einem endseitig starr am Zylinder 4 befestig­ ten Verschlußteil 10 ist ein Hochdruckraum 11 vorgesehen. Das Ver­ schlußteil 10 ist im Boden mit einer Bohrung 12 versehen, die durch ein im Hochdruckraum 11 eingebrachtes Einwegventil 13 verschließbar ist. Zwischen dem Kolben 5 und dem Einwegventil 13 ist zur Schaffung eines Anschlages für den Kolben 5 eine Anschlagplatte 14 im Zylinder 4 eingesetzt. Der Kolben 5 ist stirnseitig auf der zum Hochdruckraum 11 gerichteten Seite mit einer Dichtung 15 versehen, die den Ringspalt 16 zwischen der Zylinderinnenwandung und der Kolbenmantelfläche ab­ dichtet.

Der im Innern des Gehäuses 2 in der Längsbohrung 3 verbleibende Frei­ raum bildet einen mit dem Hydraulikfluid gefüllten Ausgleichsraum 17, der durch die Rollenmembran 28 begrenzt, aber in Bezug auf sein Volu­ men veränderbar ist. Eine Stellbewegung der Kolbenstange 6 und damit des Kolbens 5 in Richtung "A" (siehe Pfeil) verursacht einen Unter­ druck im Hochdruckraum 11, der ein Öffnen des Einwegventils 13 be­ wirkt, wodurch Hydraulikfluid aus dem Ausgleichsraum 17 über die Bohrung 12 im Boden des Verschlußteils 10 in den Hochdruckraum 11 gelangt. Bei einer Umkehrung der Kolben-Stellbewegung in Richtung "B" schließt das Einwegventil 13 und Hydraulikfluid wird aus dem Hoch­ druckraum 11 durch die zentrischen Bohrungen 18, 19 in der Anschlag­ platte 14 und dem Kolben 5 und den stirnseitig in die Kolbenstange 6 eingesetzten Drosseleinsatz 20 zum Ausgleichsraum 17 verdrängt. Dazu gelangt das Hydraulikfluid durch eine Drosselbohrung 21 im Drossel­ einsatz 20, über eine Längsbohrung 22 und anschließend durch eine Querbohrung 23 der Kolbenstange 6 und die Rückströmkanäle 30 in den Ausgleichsraum 17 der wegen der Elastizität der Rollenmembran 28 befähigt ist, das für ihn zusätzliche Volumen aufzunehmen. Dabei wölbt sich die Rollenmembran in den vom atmosphärischen Druck beaufschlagten Luftraum 31 und verdrängt die darin befindliche Luft durch die Öffnung 29. Bei einem Verzicht auf die Öffnung 29 entsteht im ganzen System ein Überdruck, der einer Verschäumung des Öls entgegenwirkt. Zur Erreichung einer Anpassung des Abströmquerschnittes der Drosselbohrung 21 an die unter Temperatureinwirkung sich ändernde Dünnflüssigkeit des Hydraulikfluids ist der Drosseleinsatz 20 aus einem Material gefer­ tigt, das einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der einen angepaßt höheren Wert besitzt als die unmittelbar umgebenden Bauteile, wie der Kolben 5 und der Zylinder 4.

Zur Erreichung einer wirksamen kolbenstangenseitigen Abdichtung des Ausgleichsraums 17 ist eine armierte Dichtscheibe 24 vorgesehen, die mit einer radial vorgespannten Dichtlippe an der Innenwand der Längs­ bohrung 3 anliegt und die außerdem über einen mittels einer Ringfeder auf die Kolbenstange 6 angedrückten Axialabschnitt verfügt. Zur Lage­ fixierung der Dichtscheibe 24 dient ein unmittelbar an der Dichtschei­ be 24 anliegender Sicherungsring 25. Auf der vom Sicherungsring 25 abgewandten Seite der Dichtscheibe 24 ist außerdem ein in die Längs­ bohrung 3 eingepaßter Deckel 26 eingesetzt. Der Ausgleichsraum 17 ist an dem von der Dichtscheibe 24 abgewandten Ende mit einem Verschluß­ deckel 27 versehen, der topfförmig gestaltet ist. Zwischen dem Ver­ schlußdeckel 27 und dem Gehäuse 2 ist eine Rollenmembran 28 dichtend gehalten.

Bezugszeichenliste

1 Spannvorrichtung
2 Gehäuse
3 Längsbohrung
4 Zylinder
5 Kolben
6 Kolbenstange
7 Druckfeder
8 Scheibe
9 Ringflansch
10 Verschlußteil
11 Hochdruckraum
12 Bohrung
13 Einwegventil
14 Anschlagplatte
15 Dichtung
16 Ringspalt
17 Ausgleichsraum
18 Bohrung
19 Bohrung
20 Drosseleinsatz
21 Drosselbohrung
22 Längsbohrung
23 Querbohrung
24 Dichtscheibe
25 Sicherungsring
26 Deckel
27 Verschlußdeckel
28 Rollenmembran
29 Öffnung
30 Rückströmkanal
31 Luftraum

Claims (7)

1. Hydraulische Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb umfassend ein Gehäuse, in dem ein in Spannrichtung federkraftbeaufschlagter Kolben in einem Zylinder zwischen zwei mit Hydraulikfluid gefüllten Räumen, einem Hochdruckraum und einem Ausgleichsraum verschiebbar ist, wobei ein durch die Kolbenbewegung bedingter Volumenaustausch zwischen dem Hochdruckraum und dem Ausgleichsraum abhängig von einer Bewegungs­ richtung des Kolbens über ein Einwegventil oder einen Drosselquer­ schnitt erfolgen kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (5) abgedichtet in den Zylinder (4) eingesetzt ist und das vom Hochdruck­ raum (11) zum Ausgleichraum (17) verdrängte Hydraulikfluid über einen Drosseleinsatz (20) absteuerbar ist, dessen Drosselwirkung sich selbsttätig an die sich temperaturabhängig verändernde Dünnflüssigkeit des Hydraulikfluids anpaßt.

2. Hydraulische Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Werkstoff des Drosseleinsatzes (20) einen im Vergleich zu den benachbarten Umgebungsteilen, insbesondere Kolben (5) und Zylinder (4), einen höheren Ausdehnungskoeffizienten aufweist.

3. Hydraulische Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß ein aus Aluminium gefertigter Drosseleinsatz (20) Anwendung findet.

4. Hydraulische Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Abdichtung eines Ringspaltes (16) zwischen dem Kolben (5) und dem Zylinder (4) eine Dichtung (15) im Kolben (5) oder im Zylinder (4) vorgesehen ist.

5. Hydraulische Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Drosseleinsatz (20) stirnseitig an einer starr im Kolben (5) eingesetzten, teilweise hohlgebohrten Kolbenstange (6) angeordnet ist, wobei das Hydraulikfluid durch eine im Kolben (5) vorgesehene Bohrung (19) dem Drosseleinsatz (20) zugeführt wird.

6. Hydraulische Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Drosseleinsatz (20) in den Kolben (5) eingesetzt ist.

7. Hydraulische Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß über eine in die Kolbenstange (6) eingebrachte Längsbohrung (22), Querbohrung (23) und Rückströmkanäle (30) eine Verbindung zwi­ schen dem Drosseleinsatz (20) und dem Ausgleichsraum (17) geschaffen ist.