-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung
zum Aufbringen einer geeigneten Spannung auf eine Kette, einen Riemen o.ä., genauer
gesagt eine hydraulische Spannvorrichtung mit einem Gesperremechanismus,
um ein Zurückziehen
eines Kolbens bei einem reduzierten hydraulischen Druck zu verhindern,
gemäß dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1 und in der in der DE-A-4 431 611 offenbarten
Weise.
-
Eine
hydraulische Spannvorrichtung umfasst generell ein Gehäuse, einen
Kolben, der von einer Feder in einer vorstehenden Richtung vorgespannt wird
und gleitend in ein im Gehäuse
ausgebildetes Kolbenloch eingepasst ist, und eine Strömungsmittelkammer,
die vom Kolben und dem Kolbenloch des Gehäuses gebildet wird. Während des
Betriebes wird durch die kombinierte Wirkung der Federkraft und des
hydraulischen Drucks in der Kammer die von einer Kette oder einem
Riemen auf das distale Ende des Kolbens ausgeübte externe Kraft ausgeglichen.
-
Wenn
eine externe Kraft von einer Kette während eines unangemessenen
hydraulischen Drucks in der Kammer, wie bei spielsweise beim Starten
des Motors, auf das distale Ende des Kolbens ausgeübt wird,
wird der Kolben auf einfache Weise so unter Druck gesetzt, dass
er sich in das Gehäuse zurückzieht
und auf diese Weise Geräusche
oder Schwingungseffekte erzeugt.
-
Um
einen derartigen Rückzug
des Kolbens zu verhindern, sind verschiedene Arten von hydraulischen
Spannvorrichtungen mit Gesperremechanismen vorgeschlagen worden,
wie beispielsweise in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 7-158703 beschrieben.
-
Diese
hydraulische Spannvorrichtung umfasst eine Zahnstange, die in einem
parallel zum Kolbenloch angeordneten Längsloch aufgenommen ist und
mit einem Schulterabschnitt des Kolbens über einen Flansch in Eingriff
steht, eine Klinke, die in einem seitlichen Loch angeordnet ist,
das mit dem Längsloch
in Verbindung und mit der Zahnstange in Eingriff steht, und eine
Feder, die die Klinke in Eingriffsrichtung mit der Zahnstange vorspannt.
-
Wenn
sich während
des Betriebes der Kolben vorbewegt, bewegt sich die Zahnstange zusammen
mit dem Kolben über
den Flansch in einer vorstehenden Richtung. Wenn sich der Kolben
aufgrund der auf das distale Ende des Kolbens der Kette ausgeübten externen
Kraft zurückzieht,
zieht sich nur der Kolben zurück.
Wenn sich das distale Ende des Kolbens in die Position des distalen
Endes der Zahnstange bewegt, wird die Rückwärtsbewegung des Kolbens durch
den Eingriff der Klinke mit der Zahnstange gestoppt. Ferner funktioniert
in diesem Fall ein abgestufter Abschnitt des distalen Endes des
Kolbens relativ zum distalen Ende des Flansches so, dass die Spannvorrichtung
mit Spiel versehen wird.
-
Diese
Spannvorrichtung des Standes der Technik erfordert eine getrennt
vom Kolben angeordnete Zahnstange, so dass die Konstruktion der Spannvorrichtung
kompliziert wird.
-
Die
vorliegende Erfindung befasst sich mit einem derartigen Problem.
Ziel der Erfindung ist es, eine hydraulische Spannvorrichtung mit
einem Spielerzeugungsmechanismus zu schaffen, die eine vereinfachte
Konstruktion besitzt. Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung
betrifft die Schaffung einer hydraulischen Spannvorrichtung mit
einem Spielerzeugungsmechanismus, bei der eine beständige Federkraft
auf das Klinkenelement aufgebracht werden kann.
-
Eine
hydraulische Spannvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
umfasst ein Gehäuse
mit einem darin ausgebildeten, sich axial erstreckenden Kolbenloch,
einem axial gleitend im Kolbenloch angeordneten Kolben, der mit
dem Kolbenloch eine Strömungsmittelkammer
bildet und mit Zahnstangenzähnen
auf mindestens einem Abschnitt des Außenumfanges des Kolbens versehen
ist, eine Kolbenfeder, die im Kolbenloch vorgesehen ist, um den
Kolben in einer vorstehenden Richtung vorzuspannen, ein Klinkenelement,
das im Gehäuse
vorgesehen ist und einen Zahnabschnitt aufweist, der mit den Zahnstangenzähnen des
Kolbens in Eingriff bringbar ist, um eine Bewegung des Kolbens in
vorstehender Richtung zu ermöglichen,
jedoch dessen Bewegung in Rückzugsrichtung
zu verhindern, ein im Gehäuse ausgebildetes
Klinkenloch, das das Klinkenelement mit Abstand relativ zu einer
vorderen und hinteren Endfläche
des Klinkenelementes aufnimmt, und eine Klinkenschraubenfeder, die
in einem Klinkenfederloch vorgesehen ist, das im Gehäuse ausgebildet und
mit dem Klinkenloch verbunden ist, und die das Klinkenelement in
Eingriffsrichtung des Zahnabschnittes des Klinkenelementes mit den
Zahnstangenzähnen
vorspannt.
-
Da
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Zahnstangenzähne
am Außenumfang
des Kolbens ausgebildet sind, besteht kein Bedarf, eine Zahnstange
getrennt vom Kolben vorzusehen, wodurch die Konstruktion vereinfacht
werden kann. Da darüber hinaus
in diesem Fall das Klinkenelement einen Zahnabschnitt besitzt, der
mit den Zahnstangenzähnen
des Kolbens in Eingriff bringbar ist, welcher mit Längsabstand
relativ zum Klinkenloch angeordnet ist, wird durch diesen Abstand
die Spannvorrichtung mit Spiel versehen. Auf diese weise wird eine
hydraulische Spannvorrichtung mit einem Spielerzeugungsmechanismus
einer einfachen Konstruktion erreicht.
-
Bei
einer Ausführungsform
ist die Klinkenschraubenfeder in einer generell elliptischen rohrförmigen Form
gewunden, um der Kontur der Innenfläche des Klinkenfederloches
zu folgen, und ist die Längsachse
der generell elliptischen Querschnittsform der Klinkenschraubenfeder
in Richtung der Axialrichtung des Kolbens orientiert. Ferner steht
ein Drahtabschnitt der Klinkenschraubenfeder, der im wesentlichen
der Längsachse
folgt, mit einer Oberseite des Klinkenelementes in Kontakt.
-
Wenn
sich in diesem Fall das Klinkenelement zusammen mit dem Kolben während des
Betriebes bewegt, kontaktiert der Drahtabschnitt der Klinkenschraubenfeder,
der im wesentlichen der Längsachse
folgt, die Oberseite des Klinkenelementes auf konstante Weise. Dadurch
kann während
der Überführung des
Klinkenelementes der Kontaktbereich der Klinkenschraubenfeder mit
der Oberseite des Klinkenelementes nahezu konstant gemacht werden,
so dass die Druckkraft der Klinkenschraubenfeder gegen das Klinkenelement
nahezu konstant gemacht werden kann. Infolgedessen wird während des
Betriebes eine auf konstante Weise beständige Druckkraft auf das Klinkenelement
ausgeübt.
-
Bei
einer anderen Ausführungsform
wird die generell elliptische Querschnittsform der Klinkenschraubenfeder
von einem Paar von linearen Abschnitten, die der Längsachse
folgen und gegenüberliegend
angeordnet sind, sowie einem Paar von halbkreisförmigen Abschnitten, die an
gegenüberliegenden
Enden der linearen Abschnitte angeordnet sind, gebildet. Die linearen
Abschnitte kontaktieren die Oberseite des Klinkenelementes.
-
In
diesem Fall kann während
der Überführung des
Klinkenelementes der Kontaktbereich der Klinkenschraubenfeder mit
der Oberseite des Klinkenelementes konstant gemacht werden, so dass auch
die Druckkraft der Klinkenschraubenfeder gegen das Klinkenelement
konstant gemacht werden kann. Infolgedessen wird während des
Betriebes eine konstante beständigere
Druckkraft auf das Klinkenelement ausgeübt.
-
Die
Klinkenschraubenfeder kann eine echte elliptische Querschnittsform
besitzen.
-
Auf
dem Gehäuse
kann eine Abdeckung vorgesehen sein, um einen Öffnungsabschnitt des Klinkenfederloches
abzudecken und ein Herausfallen der Klinkenschraubenfeder aus dem
Gehäuse
zu verhindern.
-
Es
folgt nunmehr eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen. Hiervon zeigen:
-
1 eine
perspektivische Ansicht einer hydraulischen Spannvorrichtung ohne
eine Abdeckung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
2 eine
perspektivische Ansicht einer hydraulischen Spannvorrichtung mit
einer daran befestigten Abdeckung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
3 einen
Längsschnitt
durch eine hydraulische Spannvorrichtung gemäß 2;
-
4 eine
Draufsicht, die die Lagebeziehung zwischen der elliptisch gewundenen
Klinkenschraubenfeder und dem Klinkenelement bei der hydraulischen
Spannvorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt; und
-
5 eine
Draufsicht, die die Lagebeziehung zwischen der zylindrisch gewundenen
Klinkenschraubenfeder des Standes der Technik und dem Klinkenelement
im Vergleich zu 4 zeigt.
-
Wie
in den 1-3 gezeigt, besitzt eine hydraulische
Spannvorrichtung 1 ein Gehäuse 2 mit einer sich
axial erstreckenden Kolbenbohrung 2a, von der ein Ende
nach außen
mündet,
einen Hohlkolben 3, der axial gleitend in der Bohrung 2a angeordnet
ist, und eine Kolbenfeder 4, die in der Bohrung 2a vorgesehen
ist und den Hohlkolben 3 in einer von der Bohrung 2a vorstehenden
Richtung vorspannt.
-
Das
Gehäuse 2 hat
Befestigungslöcher 20, 21 zum
Einsetzen von Bolzen (nicht gezeigt), um die Spannvorrichtung 1 am
Motor zu fixieren. Innerhalb des Gehäuses 2 wird eine Strömungsmittelkammer 30 von
einem Innenraum 3a, der im Kolben 3 ausgebildet
ist, und einer Innenwandfläche
der Bohrung 2a gebildet. Am Boden des Gehäuses 2 ist
ein Einlasskanal 10 ausgebildet, um Motoröl von einer äußeren Quelle
eines unter Druck stehenden Strömungsmittels
(nicht gezeigt) der Strömungsmittelkammer 30 zuzuführen.
-
Ein
Rückschlagventil 7 ist
an einem Bodenabschnitt der Bohrung 2a im Gehäuse 2 ausgebildet, um
einen Strömungsmittelstrom
in die Kammer 30 vom Einlasskanal 10 zu ermöglichen,
jedoch einen Strömungsmittelstrom
in der umgekehrten Richtung zu verhindern. Hierbei findet ein Kugel-Rückschlagventil
Verwendung. Es kann jedoch auch irgendeine andere geeignete Konstruktion
zur Ausbildung eines Rückschlagventils
eingesetzt werden.
-
Eine
Entlüftungsscheibe 8 ist
auf der Oberseite des Innenraumes 3a des Kolbens 3 vorgesehen,
um in der Strömungsmittelkammer 30 eingefangene
Luft zur Außenseite
der Spannvorrichtung abzuführen
und die Leckage von Strömungsmittel
von der Strömungsmittelkammer 30 zu
steuern. Die Entlüftungsscheibe 8 besitzt
eine Spiralnut (nicht gezeigt) auf ihrer Seitenfläche sowie
einen Schaftabschnitt 8a. Der obere Abschnitt des Kolbens 3 hat
ein sich axial erstreckendes Durchgangsloch 31. Luft in der
Strömungsmittelkammer 30 wird
zusammen mit dem die Luft enthaltenden Strömungsmittel von der Spiralnut
der Entlüftungsscheibe 8 durch
das Loch 31 zur Außenseite
der Spannvorrichtung abgegeben. Die Kolbenfeder 4 ist um
den Schaftabschnitt 8a der Entlüftungsscheibe 8 angeordnet,
und ein Ende der Kolbenfeder 4 spannt die Entlüftungsscheibe 8 gegen
den oberen Abschnitt des Kolbens 3 vor.
-
Zahnstangenzähne 3b sind
auf einem Abschnitt des Außenumfanges
des Kolbens 3 ausgebildet. Ein Klinkenloch 2b,
das in die Kolbenbohrung 2a mündet, ist im Gehäuse 2 ausgebildet.
Ein Klinkenelement 5 befindet sich im Klinkenloch 2b.
Das Klinkenelement 5 hat einen auf seiner Bodenfläche ausgebildeten
Zahnabschnitt 5a. Dieser Zahnabschnitt 5a ist
mit den Zahnstangenzähnen 3b des
Kolbens 3 in Eingriff bringbar, um eine Bewegung des Kolbens 3 in
vorstehender Richtung zu ermöglichen
und in Rückzugsrichtung
zu verhindern. Zwischen dem Klinkenloch 2b und der vorderen
und hinteren Fläche
des Klinkenelementes 5 (siehe 3) ist ein
axialer Abstand vorhanden. Das Klinkenelement 5 kann sich
im Klinkenloch 2b über
die Länge
dieses Abstandes axial bewegen.
-
Im
Gehäuse 2 ist
ein Klinkenfederloch 2c ausgebildet, das sich in Verbindung
mit dem Klinkenloch 2b nach oben öffnet. Das Klinkenfederloch 2c hat
eine generell elliptische Querschnittsform. Im Klinkenfederloch 2c ist
eine Klinkenschraubenfeder 6 im zusammengedrückten Zustand
angeordnet, um das Klinkenelement 5 so vorzuspannen, dass
der Zahnabschnitt 5a des Klinkenelementes 5 mit
den Zahnstangenzähnen 3b des
Kolbens 3 in Eingriff treten kann. Die Klinkenschraubenfeder 6 ist
zu einer generell elliptischen Form gewunden, die dem Innenumfang
des Klinkenfederloches 2c folgt.
-
Wie
in 4 gezeigt, stimmt die Vertikalrichtung a der Längsachse
der generell elliptischen Querschnittsform der Klinkenschraubenfeder 6 mit der
Axialrichtung des Kolbens 3 überein. Drahtabschnitte 60, 60', die am unteren
Ende der Klinkenschraubenfeder 6 im wesentlich parallel
zur Richtung der Längsachse
angeordnet sind, kontaktieren die Oberseite des Klinkenelementes 5.
-
Bei
der in 4 gezeigten Ausführungsform erstrecken sich
die Drahtabschnitte 60, 60' der Klinkenschraubenfeder 6,
die gegenüberliegend
angeordnet sind, linear. An gegenüberliegenden Enden der Drahtabschnitte 60, 60' sind halbkreisförmige Abschnitte 61, 62 ausgebildet.
-
An
einem Öffnungsabschnitt
des Klinkenfederloches 2c des Gehäuses 2 ist eine Abdeckung 15 vorgesehen,
um den Öffnungsabschnitt
abzudecken (siehe 2). Diese Abdeckung 15 verhindert,
dass die Klinkenschraubenfeder 6 aus dem Klinkenfederloch 2c herausfällt. Die
Abdeckung 15 ist durch Verbiegen eines Metallbleches in
U-Form hergestellt. Sie hat ferner eine Vielzahl von gebogenen Abschnitten 15a an
unteren Enden, welche mit einer Vielzahl von konkaven Abschnitten 23,
die am Gehäuse 2 ausgebildet
sind, in Eingriff treten können,
um die Abdeckung 15 am Gehäuse 2 zu befestigen.
-
In
der Nachbarschaft des Öffnungsabschnittes
des Kolbenloches 2a des Gehäuses 2 ist ein sich in
seitlicher Richtung erstreckendes Durchgangsloch 25 ausgebildet,
wie in den 1 und 2 gezeigt. Auf
dem oberen Abschnitt des Kolbens 3 ist eine sich seitlich
erstreckende Nut 3e ausgebildet, wie in 3 gezeigt.
Das Durchgangsloch 25 und die Eingriffsnut 3e sind
vorgesehen, um den Kolben 2 beim Transport der Spannvorrichtung
in einem zurückgezogenen
Zustand zu halten. Der Kolben 2 wird in einem zurückgezogenen
Zustand gehalten, indem ein Haltestift (nicht gezeigt) in das Durchgangsloch 25 und
die Eingriffsnut 3e eingesetzt wird, wenn diese zueinander ausgerichtet
sind.
-
Auf
der Rückseite
des hintersten Zahnes der Zahnstangenzähne 3b des Kolbens 3 ist
eine Anschlagnut 3d ausgebildet. Diese Anschlagnut 3d dient
dazu, ein weiteres Vorstehen des Kolbens 3 durch den Eingriff
mit dem Zahnabschnitt 5a des Klinkenelementes 5 zu
verhindern.
-
Wenn
die Kette durchhängt
oder die Spannung der Kette während
des Betriebs abnimmt, bewirkt die Kraft der Kolbenfeder 4,
dass der Kolben 3 aus dem Gehäuse 2 vorsteht. Dann
bewegt sich der Kolben 3 in der durch den Pfeil markierten Richtung b
zusammen mit dem Klinkenelement 5 und tritt der Zahnabschnitt 5a mit
den Zahnstangenzähnen 3b oder
mit den Zahnstangenzähnen 3b unter
Passieren des Zahnabschnittes 5a des Klinkenelementes 5 in
Eingriff (siehe die durchgezogene Linie und strichpunktierte Linie
in 4).
-
Durch
die Bewegung des Kolbens 3 in vorstehender Richtung wird
ein Unterdruckzustand in der Strömungsmittelkammer 30 erzeugt,
wodurch ein Öffnen
des Rückschlagventils 7 bewirkt
wird, um Motoröl
in die Strömungsmittelkammer 30 vom
Einlasskanal 10 durch das Rückschlagventil 7 einzuführen. Infolgedessen
wirken die Kraft der Kolbenfeder 4 und der hydraulische
Druck der Strömungsmittelkammer 30 auf
kombinierte Weise über
den Arm der Spannvorrichtung auf die Kette ein, um diese gespannt
zu halten.
-
Wenn
die Kettenspannung ansteigt und die Druckkraft von der Kette gegen
den Kolben 3 wirkt, zieht sich als nächstes der Kolben 3 in
das Gehäuse 2 zurück. Wie
durch die strichpunktierte Linie und durchgezogene Linie in 5 gezeigt,
bewegt sich der Kolben 3 in der Richtung des Pfeils b zusammen mit
dem Klinkenelement 5, wobei der Eingriff der Zahnstangenzähne 3b des
Kolbens 3 mit dem Zahnabschnitt 5a des Klinkenelementes 5 aufrechterhalten
wird. Wenn die hintere Endfläche 5a des
Klinkenelementes 5 mit der Innenwandfläche des Klinkenloches 2b in
Kontakt tritt, stoppt der Kolben 3. Während dieser Bewegung des Klinkenelementes 5 wird
vor der Überführung des
Klinkenelementes 5 ein Abstand zwischen der hinteren Endfläche 5b des
Klinkenelementes 5 und der Innenwandfläche des Klinkenloches 2b erzeugt,
der bei der Rückwärtsbewegung
des Kolbens 3 für
Spiel sorgt.
-
Dieses
Spiel kann selbst in dem Fall, in dem die Kette eine übermäßig große Belastung
auf den Kolben aufgebracht hat, die auf den Kolben 3 ausgeübte Stoßbelastung
abbauen.
-
In
diesem Fall ist das Klinkenelement 5 mit dem Zahnabschnitt 5a,
der mit den Zahnstangenzähnen 3b des
Kolbens 3 in Eingriff bringbar ist, mit einem Längsabstand
relativ zum Klinkenloch 2b angeordnet, wodurch die Konstruktion
einer hydraulischen Spannvorrichtung mit einem Spielerzeugungsmechanismus
vereinfacht wird. Auch in diesem Fall sind die Zahnstangenzähne 3b um
den Außenumfang des
Kolbens 3 angeordnet, wodurch die Notwendigkeit entfällt, eine
vom Kolben getrennte Zahnstange vorzusehen, was die Gesamtkonstruktion
der Spannvorrichtung vereinfacht. Wenn sich darüber hinaus in diesem Fall das
Klinkenelement 5 in Verbindung mit der Vorwärts- und
Rückwärtsbewegung
des Kolbens 3 bewegt, steht, wie in 4 gezeigt,
das Klinkenelement 5 in konstantem Kontakt mit den linearen Drahtabschnitten 60, 60' der Klinkenschraubenfeder 6.
-
Die
Kontaktabschnitte der Klinkenschraubenfeder 6 am Klinkenelement 5 vor
und nach der Überführung des
Klinkenelementes 5 sind durch die schraffierten Abschnitte 6A, 6B gekennzeichnet.
Die Kontaktlängen
und Kontaktbereiche der schraffierten Abschnitte 6A, 6B sind
gleich. Daher wird die von der Klinkenschraubenfeder 6 gegen
das Klinkenelement 5 ausgeübte Druckkraft in Abhängigkeit
von der Überführung des
Klinkenelementes 5 nicht verändert. Die Federbelastung der
Klinkenschraubenfeder 6 relativ zum Klinkenelement 5 kann
somit konstant gemacht werden. Infolgedessen kann wäh rend des Betriebes
eine auf konstante Weise beständige Druckkraft
auf das Klinkenelement 5 aufgebracht werden.
-
Zum
Vergleich mit der vorliegenden Erfindung ist eine Klinkenschraubenfeder
mit zylindrischer Form, die beim Stand der Technik Verwendung findet,
in 5 dargestellt. In 5 bezeichnen
gleiche Bezugszeichen identische oder funktionell entsprechende
Elemente.
-
Da
in diesem Fall die Klinkenschraubenfeder 6' eine runde Querschnittsform besitzt,
unterscheiden sich die Längen
und somit die Bereiche der Kontaktabschnitte 6'A, 6'B der Klinkenschraubenfeder 6' vor und nach
der Überführung des
Klinkenelementes 5. Daher kann sich die Druckkraft der
Klinkenschraubenfeder 6' relativ
zum Klinkenelement 5 in Abhängigkeit vom Klinkenelement 5 verändern.
-
Da
im Gegensatz dazu bei der vorliegenden Erfindung das Klinkenelement 5 auf
konstante Weise mit den linearen Abschnitten der Klinkenschraubenfeder 6 vor
und nach der Überführung des
Klinkenelementes in Kontakt steht, kann der Kontaktbereich der Klinkenschraubenfeder 6 konstant
gemacht und somit eine konstante Druckkraft relativ zum Klinkenelement 5 aufrechterhalten
werden.
-
Bei
der in 4 gezeigten Ausführungsform besitzt die Klinkenschraubenfeder 6 eine
Querschnittsform, die aus einem Paar von linearen Abschnitten und
halbkreisförmigen
Abschnitten besteht. Diese Form wird mathematisch als „Cassini-Ellipse" bezeichnet. Es versteht
sich jedoch für
den Fachmann, dass die Feder der vorliegenden Erfindung auch eine
herkömmliche
elliptische Querschnittsform besitzen kann, bei der die linearen
Abschnitte geringfügig
gekrümmt
sind. Wenn für
die Zwecke der Erfindung der Begriff „elliptisch" oder „generell
elliptisch" verwendet
wird, soll entweder eine Cassini-Ellipse oder eine herkömmliche
Ellipse oder eine entsprechende Figur gemeint sein.
-
Bei
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Abdeckung 15 an
der Spannvorrichtung befestigt. Dies kann jedoch auch entfallen.
In diesem Fall muss beispielsweise der Öffnungsabschnitt des Klinkenfederloches 2c des
Gehäuses 2 verstemmt
werden, um zu verhindern, dass die Klinkenschraubenfeder 6 aus
dem Klinkenfederloch 2c herausfällt.
-
Es
versteht sich, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung
lediglich beispielhaft sind für
die Anwendung der erfindungsgemäßen Prinzipien.
Die Bezugnahme auf Einzelheiten der dargestellten Ausführungsformen
soll in keiner Weise den Umfang der Patentansprüche beschränken, die diejenigen Merkmale
enthalten, die als erfindungswesentlich angesehen werden.