DE69810055T2

DE69810055T2 - Hydraulischer Kettenspanner mit einer tiefgezogenen, topfförmigen Zylinderbüchse

Info

Publication number: DE69810055T2
Application number: DE69810055T
Authority: DE
Inventors: Stanley K. Dembosky; Roger T. Simpson
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1998-10-07
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2018-10-08
Also published as: EP0908646A1; ES2189095T3; US5967920A; JPH11223251A; EP0908646B1; DE69810055D1

Description

Eine Spannvorrichtung, beispielsweise ein hydraulischer Spanner, wird als Steuervorrichtung für eine Leistungsübertragungskette oder eine ähnliche Leistungsübertragungsvorrichtung verwendet, wenn sich die Kette zwischen einer Vielzahl von Kettenrädern bewegt. Bei dieser Vorrichtung überträgt die Kette Leistung von einer Antriebswelle auf eine angetriebene Welle, so daß ein Teil der Kette durchhängt und ein Teil der Kette gespannt ist. Generell ist es wichtig, in der Kette eine gewisse Spannung zu erzeugen und aufrechtzuerhalten, um Geräusche, Schlupf oder ein Trennen von Zähnen einer Zahnkette zu verhindern.
Die Verhinderung eines derartigen Schlupfes ist besonders wichtig im Falle einer kettengetriebenen Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, da durch ein Springen der Zähne die Steuerung der Nockenwelle in Mitleidenschaft gezogen wird, wodurch möglicherweise Beschädigungen bei der Brennkraftmaschine auftreten können oder diese außer Betrieb gesetzt wird. In der rauhen Umgebung einer Brennkraftmaschine können diverse Faktoren Schwankungen in der Kettenspannung verursachen.
Beispielsweise können große Schwankungen in der Temperatur und den Wärmeausdehnungskoeffizienten unter den verschiedenen Teilen der Brennkraftmaschine ein Schwanken der Kettenspannung zwischen extrem hohen oder niedrigen Niveaus bewirken. Während eines verlängerten Betriebes kann ein Verschleiß der Komponenten des Leistungsübertragungssystems zu einer Abnahme der Kettenspannung führen. Ferner bewirken durch die Nockenwelle und die Kurbelwelle induzierte Torsionsvibrationen beträchtliche Schwankungen in den Kettenspannungen. Eine Drehung der Brennkraftmaschine im umgekehrten Sinne, die beispielsweise beim Stoppen oder bei fehlerhaften Startversuchen auftritt, kann ebenfalls zu Schwankungen in der Kettenspannung führen. Aus diesen Gründen ist ein Mechanismus wünschenswert, um übermäßig hohe Spannkräfte auf der gespannten Seite der Kette zu beseitigen und die notwendige Spannung auf der durchhängenden Seite der Kette sicherzustellen.
Die Verwendung von hydraulischen Spannern ist ein übliches Verfahren zum Aufrechterhalten der richtigen Kettenspannung. Generell findet bei diesen Mechanismen ein Hebelarm Verwendung, der auf der durchhängenden Seite des Leistungsübertragungssystems einen Druck auf die Kette ausübt. Dieser Hebelarm muß gegen die Kette drücken und diese spannen, wenn die Kette durchhängt, und muß sehr starr sein, wenn die Kette gespannt ist.
Um dieses Ergebnis zu erreichen, umfaßt ein hydraulischer Spanner typischerweise eine Stange oder einen Zylinder als Kolben, der in Richtung der Kette von einer Spannfeder vorgespannt wird. Der Kolben ist in einem zylindrischen Kolbengehäuse untergebracht, das einen Innenraum besitzt, der an dem Ende offen ist, das zur Kette weist, und der am anderen Ende geschlossen ist. Der Innenraum des Kolbengehäuses enthält eine Druckkammer in Verbindung mit einem Speicher oder einer äußeren Quelle eines Hydraulikmittels. Die Druckkammer ist typischerweise zwischen dem Kolbengehäuse und dem Kolben ausgebildet und dehnt sich aus oder verengt sich, wenn sich der Kolben im Kolbengehäuse bewegt.
Typischerweise finden Ventile Verwendung, um den Strömungsmittelfluß in die Druckkammer und aus dieser heraus zu regulieren. Beispielsweise umfaßt ein Einlaßrückschlagventil typischerweise ein Kugelrückschlagventil, das sich öffnet, um einen Strömungsmittelfluß in die Druckkammer zu ermöglichen, wenn der Druck innerhalb der Kammer infolge einer Auswärtsbewegung des Kolbens abgefallen ist. Wenn der Druck in der Druckkammer hoch ist, schließt das Einlaßrückschlagventil und verhindert, daß Strömungsmittel aus der Druckkammer austritt, wodurch wiederum eine Verengung der Kolbenkammer verhindert wird, was einen Rückzug des Kolbens verhindert, so daß eine sogenannte "rückzugsfreie Funktion erreicht wird.
Bei einigen Spannern ermöglicht ein Druckentlastungsventil, daß sich der Spanner in Abhängigkeit von starken Zuwächsen der Kettenspannung zurückzieht. Das Druckentlastungsventil umfaßt typischerweise ein federvorgespanntes Rückschlagventil. Dieses Ventil öffnet sich, wenn der Druck in der Druckkammer hoch wird. Durch das Öffnen des Druckentlastungsventils kann Strömungsmittel die Druckkammer verlassen, so daß sich die Druckkammer verkleinern kann und ein Rückzug des Kolbens ermöglicht wird.
Im Betrieb drücken die Spannfeder und das Hydraulikmittel den Kolben nach außen in ein Gleichgewicht mit der einwärts gerichteten Kraft der Kette. Wenn die Spannung in der Kette zunimmt, übt die Kette eine Kraft auf den Kolben in Richtung des Kolbenrückzuges aus. Wenn der Kolben in Rückzugsrichtung gedrückt wird, nimmt der Strömungsmitteldruck in der Druckkammer zu. Das Einlaßrückschlagventil verhindert jedoch, daß das Strömungsmittel aus der Druckkammer austritt: Wenn der Druck auf einen vorgegebenen Wert ansteigt, öffnet sich das Druckentlastungsventil, so daß das Strömungsmittel die Druckkammer verlassen kann.
Wenn sich infolge eines Kettenverschleißes oder von anderen Faktoren die Spannung in der Kette reduziert, so daß die von der Kette auf den Kolben ausgeübte Kraft nicht länger die kombinierte Kraft aus dem Hydraulikdruck und der Spannfeder ausgleicht, fährt der Kolben in Richtung auf die Kette aus und spannt auf diese Weise dieselbe. Wenn der Kolben in Richtung auf die Kette ausfährt, öffnet sich das Einlaßventil, wodurch Hydraulikmittel aus der äußeren Hydraulikmittelquelle die Druckkammer füllen kann.
In bezug auf die Konstruktion von hydraulischen Spannern existiert eine Reihe von Herausforderungen einschließlich hoher Kosten und Schwierigkeiten bei der Herstellung und Montage. Auf traditionelle Weise sind hydraulische Spanner aus Gehäusekörpern aus Gußeisen mit gedrehten und spitzenlos geschliffenen Kolben konstruiert. Diese Art von Konstruktion ist jedoch teuer und schwierig in der Herstellung. Es existiert ein Bedarf nach einem billigen hydraulischen Spanner, der einfacher hergestellt und montiert werden kann.
Ein Beispiel eines Spanners, der zur Kostenreduzierung geschaffen wurde, ist in der US-A-5 037 357 beschrieben. In dieser Veröffentlichung ist ein federbelasteter Spanner einschließlich eines Körpers mit einer Lagerfläche und einer ersten Feder, die auf der Lagerfläche sitzt und einen Kolben in einer vorstehenden Richtung vorspannt, offenbart. Eine zweite Feder wirkt als Dämpfer, so daß sich der Kolben in Abhängigkeit von einer zunehmenden Spannung im Riemen oder in der Kette zurückziehen kann. Der Körper kann aus Metallblech hergestellt sein, so daß sich geringe Herstellkosten ergeben. Die Nachteile dieser Konstruktion betreffen die Zuverlässigkeit der Federn, um die "rückzugsfreie" Funktion und Drückentlastungsfunktion zur Verfügung zu stellen. Diese Konstruktion bietet nicht die Vorteile im Betriebsverhalten, die von einem hydraulischen Spanner erreicht werden.
Andere hydraulische Spanner sind beispielsweise aus der DE 40 35 823 und DE 29 61 3535 (diese Veröffentlichung zeigt die Merkmale des Oberbegriffs von Patentanspruch 1) bekannt, wobei die Kolbenbohrung im Gehäuse mit einer Hülse ausgekleidet ist, in die der Kolben eingesetzt ist, so daß zwischen dem Kolben und der Innenfläche der Hülse eine Passung mit enger Toleranz vorhanden ist, um hierzwischen eine strömungsmitteldichte Dichtung zu erreichen.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen hydraulischen Spanner zu schaffen, der auf verbesserte Weise gegenüber Schwankungen in der Kettenspannung ansprechen kann. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen hydraulischen Spanner zur Verfügung zu stellen, bei dem die Herstellkosten geringer sind als die Kosten von herkömmlichen hydraulischen Spannern. Ein anderes Ziel der Erfindung betrifft die Schaffung eines hydraulischen Spanners mit einem Gehäusekörper, der aus einem billigen Material konstruiert ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung betrifft die Schaffung eines hydraulischen Spanners mit einem Bohrungstopf, Kolben und/oder einem Ventilgehäuse, die aus tiefgezogenem Metall konstruiert sind. Noch ein Ziel der Erfindung betrifft die Schaffung eines hydraulischen Spanners, der einfach herstellbar und montierbar ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, die die Merkmale von Patentanspruch 1 aufweist, wird ein hydraulischer Spanner zur Verfügung gestellt, der umfaßt: ein Gehäuse, das eine Bohrung besitzt, wobei die Bohrung eine darin gebildete Einlaßöffnung hat, die mit einer Fluidquelle in Verbindung steht; ein hohles topfförmiges Bauteil, das in der Bohrung angeordnet ist; einen hohlen Kolben, der in dem topfförmigen Bauteil der Bohrung gleitend gelagert ist, wobei der Kolben eine Innenfläche und eine Außenfläche hat und die Innenfläche des Kolbens und die Innenfläche des topfförmigen Bauteils gemeinsam eine Fluidkammer bilden; eine Kolbenfeder, die innerhalb der Fluidkammer angeordnet ist und mit einem Ende an der Innenfläche des topfförmigen Bauteils und mit ihrem anderen Ende an der Innenfläche des Kolbens angreift, um den Kolben von dem inneren Ende der Bohrung weg in eine Lage vorzuspannen, in der er vom Gehäuse vorsteht; und ein in der Kammer angeordnetes Rückschlagventil, das ein Fluidstrom aus der Fluidquelle in die Kammer zuläßt, während es einen Fluidstrom in der umgekehrten Richtung aus der Fluidkammer heraus drosselt; wobei das hohle topfförmige Bauteil aus tiefgezogenem Metall als einstückiges Element ausgebildet ist, das vom Gehäuse getrennt ist und in der Bohrung so gelagert ist, daß die Wände des topfförmigen Bauteils zu den Wänden der Bohrung über einen beträchtlichen Abschnitt der Länge des topfförmigen Bauteils beabstandet sind, und wobei das topfförmige Bauteil eine in seinem inneren Ende ausgebildete Öffnung besitzt, die zu der Einlaßöffnung des Gehäuses ausgerichtet ist.
Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Spanner hat den Vorteil, daß aufgrund der Tatsache, daß die Druckkammer vom topfförmigen Bauteil und dem Kolben gebildet wird, der Gehäusekörper aus, einer Vielzahl von Materialien, wie Eisen, Aluminium oder Kunststoff, konstruiert sein kann. Der Kolben wird vorzugsweise über einen Metalltiefziehvorgang hergestellt.
Vorzugsweise ist ein Ventilgehäuse innerhalb der Kolbenfeder angeordnet. Dieses Ventilgehäuse besitzt eine hohle Konstruktion und ist gegen eine Öffnung im Kolbengehäuse angeordnet, die die Druckkammer mit einer äußeren Fluidquelle verbindet. Das Ventilgehäuse kann mittels Preßpassung im topffömigen Bauteil angeordnet und ebenfalls aus tiefgezogenem Metall konstruiert sein.
Innerhalb des Ventilgehäuses sind Ventile montiert, die den Strömungsmittelfluß in die Druckkammer und aus dieser heraus regulieren. Vorzugsweise findet ein Einlaßrückschlagventil Verwendung. Dieses Rückschlagventil umfaßt eine Feder, die am Ventilgehäuse sitzt und ein Ventilelement gegen einen Ventilsitz vorspannt. Das Einlaßrückschlagventil kann die Öffnung im topfförmigen Bauteil als Ventilsitz verwenden.
Alternativ dazu kann ein einstückig ausgebildetes Einlaß- und Druckentlastungsventil im Ventilgehäuse angeordnet sein. Dieses Ventil läßt einen Strömungsmittelfluß in die Druckkammer zu, ermöglicht jedoch nur dann einen Strömungsmittelaustritt aus der Druckkammer, wenn der Druck in der Druckkammer eine bestimmte spezielle Grenze erreicht. Diese Regulierung des Strömungsmittelflusses sorgt für einen Spanner, der auf Schwankungen in der Kettenspannung anspricht, und die Positionierung des Ventils in einem einzigen Ventilgehäuse sorgt für Vorteile hinsichtlich der Montage und Herstellung.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese nunmehr anhand von einigen Ausführungsformen derselben, die lediglich beispielhafter Natur sind, in Verbindung mit dem beigefügten Zeichnungen erläutert. Hiervon zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der es sich um eine mit einem hydraulischen Spanner versehene Leistungsübertragungsvorrichtung handelt;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines topfförmigen Bauteils einer Ausführungsform des Spanners der vorliegenden Erfindung;
die Fig. 3a und 3b perspektivische Ansichten eines Kolbengehäuses einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3c eine Endschnittansicht des Kolbengehäuses der Fig. 3a und 3b;
Fig. 4 eine Seitenschnittansicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine Seitenschnittansicht von noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 6 eine stark schematische perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eines Verfahrens zur Herstellung eines hydraulischen Spanners.
Wie man den Zeichnungen entnehmen kann, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen hydraulischen Spanner, der mit niedrigeren Kosten als herkömmliche Spanner hergestellt werden kann. Der Spanner besitzt ein topfförmiges Bauteil einer Bohrung sowie einen Kolben, der eine Kammer für ein unter Druck stehendes Strömungsmittel bildet. Da die Druckkammer vom topfförmigen Bauteil gebildet wird, kann der Gehäusekörper aus billigem Material konstruiert werden. Das topfförmige Bauteil, der Kolben und das Ventilgehäuse können aus tiefgezogenem Metall hergestellt werden, wodurch die Herstellkosten des Spanners weiter reduziert werden. Ferner verbindet eine einzige Leitung die Druckkammer mit einer externen Strömungsmittelquelle, und ein einziges Ventilsystem ist im Kolben angeordnet, um den Strömungsmittelfluß in die Druckkammer und aus derselben zu regulieren. Diese einfache Konstruktion führt ebenfalls zu einer Reduzierung der Kosten des Spanners.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Leistungsübertragungsvorrichtung 10 umfaßt eine Kette 12, die zwischen zwei Kettenrädern 14, 16 arbeitet. Ein Hebelarm 18, der an einem Gelenk 20 montiert ist, ist gegen die Kette gepreßt, um deren Spannung aufrechtzuerhalten. Ein hydraulischer Spanner 100 besitzt einen Kolben 130, der den Hebelarm 18 mit einer Kraft beaufschlagt.
Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Spanner 100 besitzt ein Kolbengehäuse 102 mit einer Bohrung 104 und einer Innenfläche 106 an dieser Bohrung. Ein topfförmiges Bohrungsbauteil 105 ist in der Bohrung 104 des Gehäusekörpers 102 angeordnet. Vorzugsweise besitzen die Bohrung und das topfförmige Bauteil eine im wesentlichen zylindrische Form. Bei einer Ausführungsform ist das topfförmige Bauteil mittels Preßpassung in der Bohrung angeordnet. Beispielsweise kann das topfförmige Bauteil 105 eine Lippe 109 an seinem offenen Ende aufweisen, die mittels Preßpassung in einer Gegenbohrung 111 in der Kolbengehäusebohrung 104 angeordnet werden kann. Andere Einrichtungen zum sicheren Fixieren des topfförmigen Bauteils innerhalb der Bohrung, einschließlich bekannter Verfahren unter Anwendung einer Verriegelung über Reibschluß und/oder mechanische Mittel, können ebenfalls innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung Anwendung finden.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die generell in Fig. 6 gezeigt ist, ist das topfförmige Bauteil mittels Spritzgießen im Kolbengehäuse 102 angeordnet worden. Das topfförmige Bauteil 105 wird über bekannte Verfahren hergestellt, beispielsweise Tiefziehen, Stanzen oder Gießen. Es wird dann in eine Form 700 gesetzt, die zur Ausbildung des gewünschten Kolbengehäuses geeignet ist. Das Kolbengehäuse aus Kunststoff wird dann durch Spritzgießen um das topfförmige Bauteil herum ausgebildet.
Die Fig. 4 ist eine Seitenschnittansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Kolbengehäusebohrung 104 ist über einen Kanal 103 an die externe Strömungsmittelquelle (nicht gezeigt) angeschlossen. Das topfförmige Bauteil 105 besitzt eine Öffnung 108, die zum Kanaleinlaß ausgerichtet ist, so daß das Innere des topfförmigen Bauteils mit der externen Strömungsmittelquelle in Verbindung steht.
Ein Kolben 130, der vorzugsweise zylindrisch ist, ist gleitend innerhalb des topfförmigen Bauteils 105 der Bohrung gelagert. Dieser Kolben umfaßt einen Hohlkörper 132 mit einem geschlossenen Ende 134. Bei einigen Ausführungsformen kann dieses geschlossene Ende 134 eine Entlüftung 160 besitzen, die Luft und irgendein Strömungsmittel vom Kolbengehäuse 102 abführt.
Bei einigen Ausführungsformen ist ein Dichtungsring 136 in einer Nut 138 auf der äußeren Umfangsfläche 139 des Kolbens vorgesehen. Dieser Dichtungsring 136 bildet eine Dichtung zwischen der äußeren Umfangsfläche 139 des Kolbens und dem topfförmigen Bauteil 105. Bei anderen Ausführungsformen kann der Dichtungsring auf der Innenfläche des topfförmigen Bauteils 105 angeordnet sein. Die Nut kann durch Walzen oder andere bekannte Verfahren hergestellt sein.
Konzentrisch im Kolben 130 ist die Kolbenfeder 170 montiert. Die Kolbenfeder 170 spannt den Kolben 130 aus dem Kolbengehäuse 102 heraus vor, so daß die Kolbenspitze 131 gegen den Hebelarm 18 drückt, wie in Fig. 1 gezeigt.
Somit wird eine Hochdruckströmungsmittelkammer 180 im Kolbengehäuse 102 gebildet. Diese Strömungsmittelkammer wird von der Innenfläche 137 des Kolbens und der Innenfläche 107 des topfförmigen Bauteils 105 gebildet. Der Dichtungsring 136 verhindert, daß Strömungsmittel aus der Hochdruckströmungsmittelkammer durch den Raum zwischen dem Kolben 130 und der Innenfläche 107 des topfförmigen Bauteils 105 entweichen kann. Somit nimmt die Größe der Strömungsmittelkammer 180 zu, wenn sich der Kolben 130 in der vorstehenden Richtung bewegt.
Das Ventilgehäuse 200 ist in der Kolbenfeder 170 montiert. Es umfaßt einen Hohlkörper mit einer Innenkammer in Verbindung mit der externen Strömungsmittelquelle und mindestens einer Öffnung 202 in Verbindung mit der Strömungsmittelkammer 180. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Hohlkörper des Ventilgehäuses grob zylindrisch. Es können jedoch auch andere Formen Anwendung finden. Das Ventilgehäuse 200 ist über Mittel, beispielsweise eine Preßpassung, oder über andere bekannte Verfahren unter Anwendung einer Verriegelung durch Reibschluß und/oder mechanische Mittel sicher im topfförmigen Bauteil 105 der Bohrung fixiert. Ferner kann das Ventilgehäuse eine Lippe oder einen Flansch 203 besitzen, um die sichere Passung im topfförmigen Bauteil zu erleichtern. Wie in Fig. 5 gezeigt, kann alternativ dazu ein Dichtungsstopfen 150 zwischen dem Ventilgehäuse und dem topfförmigen Bauteil angeordnet sein, um die Dichtung hierzwischen zu erleichtern.
Die Ventile, die den Strömungsmittelstrom in die Hochdruckströmungsmittelkammer 180 und aus dieser heraus regulieren, sind in Ventilgehäuse 200 montiert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform findet ein Einlaßabsperrventil Verwendung. Dieses Ventil ermöglicht einen Strömungsmittelstrom von der externen Strömungsmittelquelle in die Fluidkammer 180, verhindert jedoch einen Strömungsmittelstrom in der entgegengesetzten Richtung.
Das Einlaßrückschlagventil besitzt eine Feder 212, die am Ventilgehäuse 200 sitzt. Die Feder 212 spannt ein Ventilelement 214 in einer Richtung von der Ventilgehäuseöffnung 202 weg vor. Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform sitzt das Ventilelement 214 an der Öffnung 180 im topfförmigen Bauteil. Bei anderen Ausführungsformen kann ein separates Ventilsitzelement Verwendung finden. Ventilsitze, die für ein Einlaßrückschlagventil geeignet sind, sind bekannt. Beispielsweise kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Ventilsitz Verwendung finden, der einen Körper aufweist, welcher eine die Strömungsmittelkammer und die externe Strömungsmittelquelle verbindende Entlüftung besitzt.
Fig. 5 ist eine Seitenschnittansicht einer arideren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein integriertes Einlaß- und Druckentlastungsventil im Ventilgehäuse 200 montiert ist. Dieses Ventil, das sowohl eine Einlaßrückschlagfunktion als auch eine Druckentlastungsfunktion besitzt, hat eine Reihe von Komponenten.
Eine Federhalterscheibe 310 ist so im Ventilgehäuse 200 montiert, daß ihre Axialposition relativ zum Ventilgehäuse fixiert ist. Eine Druckentlastungsfeder 312 ist auf der Federhalterscheibe 310 konzentrisch zum Ventilgehäuse 200 montiert. Eine ringförmige Druckentlastungsscheibe 314 ist konzentrisch im Ventilgehäuse an dem Ende der Druckentlastungsfeder 312 positioniert, die der Federhalterscheibe 310 gegenüberliegt. Auf diese Weise spannt die Druckentlastungsfeder 312, die sich gegen die fixierte Federhalterscheibe 310 stützt, die Druckentlastungsscheibe 314 in Richtung auf die Öffnung 202 vor, die zur Hochdruckströmungsmittelkammer 180 führt. Die Druckentlastungsscheibe besitzt einen Außendurchmesser 315 und einen Innendurchmesser 316.
Gegen das geschlossene Ende 210 des Ventilgehäuses 200 vorgespannt sitzt die Druckentlastungsscheibe 314 an einem Druckentlastungssitz 318. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dieser Druckentlastungssitz 318 gegen das Ventilgehäuse 200 verankert, das einen Innendurchmesser 319 besitzt, der geringer ist als der Außendurchmesser 315 der Druckentlastungsscheibe 314. Der Druckentlastungssitz kann jedoch irgendeine Komponente sein, die in Längsrichtung relativ zum Ventilgehäuse 200 fixiert und in der Lage ist, mit der Druckentlastungsscheibe 314 eine Dichtung zu bilden. Wenn der Druck in der Strömungsmittelkammer ein vorgegebenes maximales Niveau übersteigt, bewegt sich die Druckentlastungsscheibe 314 vom Druckentlastungssitz 318 weg, um Druck abzubauen.
In dem einstückigen Einlaß- und Druckentlastungsventil dient die Druckentlastungsscheibe 314 ferner als Sitz für das Einlaßrückschlagventilelement 330. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dieses Ventilelement eine Kugel mit einem Durchmesser, der größer ist als der Innendurchmesser 316 der Druckentlastungsscheibe 314, jedoch geringer ist als der Innendurchmesser 319 des Druckentlastungssitzes 318. Somit kann sich das Ventilelement in Axialrichtung frei im Druckentlastungssitz 318 bewegen, ist jedoch zu groß, um den Innendurchmesser der Druckentlastungsscheibe 314 zu passieren.
Das Ventilelemente 330 wird von einer Einlaßrückschlagfeder 332 vom geschlossenen Ende 210 des Ventilgehäuses 200 weg vorgespannt. Diese Feder sitzt am geschlossenen Ende 210 des Ventilgehäuses an einem Ende und am Ventilelement 330 am anderen Ende. Somit drückt die Einlaßrückschlagfeder 332 das Ventilelement 330 gegen die Druckentlastungsscheibe 314. Wenn der Druck in der Hochdruckströmungsmittelkammer unter ein vorgegebenes Minimum fällt, wird infolge der Auswärtsbewegung des Kolbens die Einlaßrückschlagfeder zusammengedrückt und öffnet das Einlaßventil, so daß Strömungsmittel in die Hochdruckströmungsmittelkammer eindringen kann.
Auf diese Weise wird ein Ventil im Ventilgehäuse 200 gebildet, das sowohl als Einlaßrückschlagventil als auch als Druckentlastungsventil funktioniert. Das Ventilelement 330 wird gegen den Innendurchmesser 314 der Druckentlastungsscheibe 314 vorgespannt, um eine erste Dichtung zu bilden. Die Druckentlastungsscheibe 314 wird gegen den Druckentlastungssitz 318 vorgespannt, so daß eine zweite Dichtung gebildet wird. Unter statischen Bedingungen verhindern diese beiden Dichtungen gemeinsam, daß Strömungsmittel durch das Ventilgehäuse dringt, und bilden somit eine Dichtung zwischen der Hochdruckströmungsmittelkammer 180 und der externen Strömungsmittelquelle.
Die Einlaßabsperrfunktion wird an der ersten Dichtung durchgeführt. Unter typischen Bedingungen verhindert die erste Dichtung, daß Strömungsmittel in die Hochdruckströmungsmittelkammer 180 eintritt. Wenn jedoch der Druck in der Hochdruckströmungsmittelkammer 180 geringer wird als der Druck in der externen Strömungsmittelquelle, wird eine Kraft auf das Ventilelement 330 aufgebracht, die das Ventilelement in Richtung auf das geschlossene Ende 210 des Ventilgehäuses 200 auf drückt. Dieser Kraft wirkt die Einlaßrückschlagfeder 332 entgegen. Wenn der Druck in der Hochdruckströmungsmittelkammer gering genug wird, hebt sich das Ventilelement 330 von der Druckentlastungsscheibe ab und öffnet die erste Dichtung. Strömungsmittel strömt dann von der externen Quelle durch den Innendurchmesser 316 der Druckentlastungsscheibe 314 am Ventilelement 330 vorbei in die Hochdruckströmungsmittelkammer 180. Somit gibt die Federkraft der Einlaßrückschlagfeder den Druck vor, der erforderlich ist, damit Strömungsmittel von der externen Quelle in die Hochdruckströmungsmittelkammer 180 strömen kann.
Die Druckentlastungsfunktion wird an der zweiten Dichtung zwischen der Druckentlastungsscheibe 314 und dem Druckentlastungssitz 319 durchgeführt. Unter typischen Bedingungen verhindert diese Dichtung, daß Strömungsmittel aus der Hochdruckströmungsmittelkammer 180 austritt. Hydraulischer Druck, der vom Strömungsmittel gegen die Außenseite der Druckentlastungsscheibe und vom Strömungsmittel gegen das Ventilelement 330 und dann vom Ventilelement 330 gegen die Innenseite der Druckentlastungsscheibe 314 ausgeübt wird, drückt die Druckentlastungsscheibe vom Druckentlastungssitz 318 weg auf. Dieser Kraft wirkt die Druckentlastungsfeder 312 entgegen. Wenn der Druck vom Inneren der Hochdruckströmungsmittelkammer zu groß wird, hebt sich die Druckentlastungsscheibe 314 vom Druckentlastungssitz 319 ab, wodurch die zweite Dichtung geöffnet wird. Strömungsmittel strömt dann von der Hochdruckströmungsmittelkammer durch die Öffnung 216 im geschlossenen Ende 210 des Ventilgehäuses 200 durch den Raum zwischen dem Außendurchmesser 315 der Druckentlastungsscheibe 314 und dem Innendurchmesser 319 des Druckentlastungssitzes 318 zur externen Strömungsmittelquelle. Somit gibt die Festigkeit der Druckentlastungsfeder 312 den Druck vor, der in der Hochdruckströmungsmittelkammer erforderlich ist, damit Strömungsmittel die Kammer verlassen kann.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Ventilelement 330 um eine Kugel. Das Ventilelement kann jedoch diverse geometrische Formen besitzen. Beispielsweise kann es sich bei dem Ventilelement 330 um eine Scheibe oder einen konischen Stopfen (nicht gezeigt) handeln. Wenn ein konischer Stopfen verwendet wird, wird das kleinere konische Ende in der Nähe der Druckentlastungsscheibe 314 und das größere Basisende benachbart zur Einlaßrückschlagfeder 332 angeordnet. Die exakte Form hängt natürlich vom gewünschten dynamischen Ansprechverhalten ab. Beispielsweise besitzt eine feste Kugel eine größere Masse und somit eine längere Ansprechzeit und niedrigere natürliche Frequenz im Vergleich zu einer Scheibe mit geringem Gewicht oder einer hohlen Metallkugel. Das Ventilelement kann auch aus Keramik oder Kunststoff für Bauzwecke, beispielsweise Polyamid oder Polyetheretherketon (PEEK), bestehen.
Die Einlaßrückschlagfeder 332 und Druckentlastungsfeder 312 können aus irgendeinem Stahl bestehen, der üblicherweise für solche Zwecke verwendet wird. Die Einlaßrückschlagfeder ist typischerweise für einen Reißdruck von einigen PST konzipiert. Andererseits ist die Druckentlastungsfeder typischerweise für einen viel höheren Reißdruck von etwa 2f0 PSI ausgebildet.
Im Betrieb wird die Hochdruckströmungsmittelkammer mit Hydraulikmittel gefüllt. Wenn die Leistungsübertragungskette durchhängt, bewirkt die Kolbenfeder ein Ausfahren des Kolbens. Wenn der Kolben ausfährt, nimmt der Druck in der Hochdruckströmungsmittelkammer ab. Wenn dieser Druck unter einen bestimmten speziellen Wert fällt, öffnet sich das Einlaßrückschlagventil, so daß Strömungsmittel von der externen Strömungsmittelquelle in die Hochdruckströmungsmittelkammer eindringen kann.
Wenn die Spannung in der Kette 12 ansteigt, bringt die Kette über den Hebelarm 18 eine Kraft auf den Kolben 130 auf. Da das Einlaßrückschlagventil keinen Strömungsmittelfluß aus der Hochdruckströmungsmittelkammer zuläßt, bewirkt diese Kraft einen Druckanstieg im Inneren der Hochdruckströmungsmittelkammer. Bei einer Ausführungsform, bei der ein Druckentlastungsventil Verwendung findet, öffnet das Druckentlastungsventil, wenn der Druck ein bestimmtes spezielles Niveau übersteigt, und Strömungsmittel tritt aus der Hochdruckströmungsmittelkammer über das Ventilgehäuse 200 aus. Bei anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann Strömungsmittel von der Strömungsmittelkammer durch das Entlüftungsloch 160 im Kolben 1·30 abgeführt werden. Durch den Austritt dieses Strömungsmittels aus der Strömungsmittelkammer 180 kann sich der Kolben 130 zurückziehen.
Der Spanner der vorliegenden Erfindung ist so konzipiert, daß er geringe Kosten verursacht und leicht hergestellt werden kann. Da die Hochdruckströmungsmittelkammer zwischen dem topfförmigen Bauteil 105 und dem Kolben 130 ausgebildet ist, kann der Gehäusekörper 102 aus einem billigen Material, wie Kunststoff, Aluminium oder Eisen, ausgebildet sein. Das topfförmige Bauteil 105, der Kolben 130 und das Ventilgehäuse 200 können durch Ziehen oder Tiefziehen hergestellt werden, was billiger ist als andere Verfähren zum Formen von Metallen, wie Gießen.
Ferner werden durch die einfache Konstruktion dieses Spanners die Herstellkosten und Montagekosten desselben verringert. Durch die Anordnung des Ventilssystems im Kolbenhohlraum entfällt die Notwendigkeit einer Anordnung des Ventilsystems im Gehäusekörper 102. Ferner vereinfacht die Verwendung eines einzigen Kanales 103, dei an die Strömungsmittelkammer 180 angeschlossen ist, die Konstruktion des Gehäusekörpers weiter. Darüber hinaus wird durch die Verwendung des Abschnittes des topfförmigen Bauteils, der die Öffnung des topfförmigen Bauteils umgibt, als Einlaßrückschlagventilsitz die Kosten des Einlaßrückschlagventils verringert.

Claims

1. Hydraulischer Spanner für eine Umschlingungs-Leistungsübertragungsvorrichtung zwischen rotierenden Bauteilen mit:

einem Gehäuse (102), das eine Bohrung (104) hat, wobei die Bohrung (104) eine darin gebildete Einlassöffnung (103) hat, die mit einer Fluidquelle in Verbindung steht;

einem hohlen topfförmigen Bauteil (105), das in der Bohrung (104) angeordnet ist und seinem inneren Ende ein Loch hat, das zu der Einlassöffnung (103) des Gehäuses (102) ausgerichtet ist;

einem hohlen Kolben (130), der in dem topfförmigen Bauteil (105) gleitend gelagert ist, wobei der Kolben eine Innenfläche und eine Außenfläche hat, die Innenfläche des Kolbens (130) und die Innenfläche des topfförmigen Bauteils (105) gemeinsam eine Fluidkammer (180) bilden;

einer Kolbenfeder (170), die innerhalb der Fluidkammer (180) angeordnet ist, und mit einem Ende an der Innenfläche des topfförmigen Bauteils (105) und mit ihrem anderen Ende an der Innenfläche des Kolbens (130) angreift, um den Kolben (130) von dem inneren Ende der Bohrung (104) weg in eine Lage vorzuspannen, in der sie aus dem Gehäuse (102) in Richtung auf die Leistungsübertragungsvorrichtung vorsteht; und

einem in der Kammer (180) angeordneten Rückschlagventil (214, 202; 330, 314), das einen Fluidstrom aus der Fluidquelle in die Kammer zulässt, während es einen Fluidstrom in der umgekehrten Richtung aus der Fluidkammer (180) heraus drosselt; dadurch gekennzeichnet, dass

das hohle topfförmige Bauteil (105) aus tiefgezogenem Metall als einstückiges Element ausgebildet ist, das von dem Gehäuse (102) getrennt ist und in der Bohrung (104) so gelagert ist, dass die Wände des Topfes (105) zu den Wänden der Bohrung (104) über einen beträchtlichen Abschnitt der Länge des Topfes (105) beabstandet sind.

2. Hydraulischer Spanner nach Anspruch 1, bei dem die Innenfläche des topfförmigen Bauteils (105) der Innenfläche der Bohrung (104) zugewandt ist.

3. Hydraulischer Spanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kolben (130) aus tiefgezogenem Metall gebildet ist.

4. Hydraulischer Spanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das topfförmige Bauteil (105) in der Bohrung (104) durch Reibkontakt zwischen der Bohrung (104) und der Außenfläche des topfförmigen Bauteils gehalten ist.

5. Hydraulischer Spanner nach Anspruch 4; bei dem die Seiten des topfförmigen Bauteils (105) die Wände der Bohrung (104) nur im Bereich des inneren Endes und äußeren Endes der Bohrung (104) berühren und in dem dazwischen liegenden Bereich zueinander beabstandet sind.

6. Hydraulischer Spanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Gehäuse (102) aus Aluminium oder Kunststoff oder Eisen gebildet ist.