DE102007009812A1

DE102007009812A1 - Hydraulisches Spannelement für einen Zugmitteltrieb

Info

Publication number: DE102007009812A1
Application number: DE102007009812A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. Hartmann (FH); Werner Dipl.-Ing. Petri (FH)
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2007-02-28
Publication date: 2008-09-04
Also published as: WO2008104418A1; CN101622473A; CN101622473B; US20100075790A1

Abstract

Hydraulisches Spannelement für einen Zugmitteltrieb, mit einem Zylinder, einem axial bewegbaren, in dem Zylinder geführten Kolben, einem zwischen Zylinder und Kolben angeordneten Federelement, einem in dem Zylinder ausgebildeten Druckraum und einem in dem Kolben ausgebildeten Vorratsraum für ein Hydraulikfluid und einem einen Austausch des Hydraulikfluids zwischen dem Druckraum und dem Vorratsraum in Abhängigkeit einer Stellbewegung des Kolbens ermöglichenden Ventil, wobei der Zylinder eine ortsfest im Gehäuse angeordnete Dichtung aufweist, zwischen Kolben und Zylinder ein Führungsring angeordnet ist und wobei ein durch den Führungsring, die Innenseite des Zylinders und die Außenseite des Kolbens begrenzter Ringraum über wenigstens einen Fluidkanal mit dem Vorratsraum in dem Kolben verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Spannelement für einen Zugmitteltrieb, mit einem Zylinder, einem axial bewegbaren, in dem Zylinder geführten Kolben, einem zwischen Zylinder und Kolben angeordneten Federelement, einem in dem Zylinder ausgebildeten Druckraum und einem in dem Kolben ausgebildeten Vorratsraum für ein Hydraulikfluid und einem einen Austausch des Hydraulikfluids zwischen dem Druckraum und dem Vorratsraum in Abhängigkeit einer Stellbewegung des Kolbens ermöglichenden Ventil.
Hintergrund der Erfindung
Hydraulische Spannelemente werden bei Zugmitteltrieben für Brennkraftmaschinen eingesetzt und dienen zum Spannen eines Zugmittels, beispielsweise eines Riemens oder einer Kette. Das Spannelement umfasst einen Zylinder, der als ortsfestes und schwenkbar angeordnetes Gehäuseteil ausgebildet ist sowie einen Kolben, der direkt oder mittelbar mit einer Spannrolle verbunden ist, zwischen denen ein Federmittel angeordnet ist. Das Federmittel kann als Spiraldruckfeder ausgebildet sein.
Aus der DE 10 2004 047 450 A1 ist ein derartiges hydraulisches Spannelement bekannt. Bei einer Verstellung der Kolbenstange gegenüber dem Zylinder erfolgt ein Volumenaustausch des Hydraulikfluids zwischen einem Druckraum im Zylinder und einem Vorratsraum im Kolben, wobei die Strömungsrichtung von der Stellbewegung der Kolbenstange abhängig ist. Bei einer Verstellung der Kolbenstange in Richtung des Druckraums kann Hydraulikfluid über einen sich zwischen der Kolbenstange und der Zylinderbuchse einstellenden Leckspalt in den Vorratsraum entweichen. Bei einer umgekehrten Stellbewegung des Kolbens strömt Hydraulikfluid von dem Vorratsraum über ein im Boden des Druckraums angeordnetes Ventil in den Druckraum.
Bei diesem herkömmlichen hydraulischen Spannelement ist die Genauigkeit der Führung des Kolbens jedoch nicht ausreichend. Zudem erwies sich die Kolbenstangendichtung als Schwachstelle.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Spannelement anzugeben, bei dem die Führung des Kolbens verbessert ist und dessen Kolbenstangendichtung eine bessere Dichtwirkung aufzeigt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem hydraulischen Spannelement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Zylinder eine ortsfest im Gehäuse angeordnete Dichtung aufweist, zwischen Kolben und Zylinder ein Führungsring angeordnet ist und dass ein durch den Führungsring, die Innenseite des Zylinders und die Außenseite des Kolbens begrenzter Ringraum über wenigstens einen Fiuidkanal mit dem Vorratsraum in dem Kolben verbunden ist.
Durch die bei dem erfindungsgemäßen Spannelement vorgesehene, im Gehäuse des Zylinders ortsfest angeordnete Dichtung wird verhindert, dass Hydraulikfluid aus dem Spannelement austreten kann, die Dichtung wirkt dabei als Kolbenstangendichtung. Der zwischen Kolben und Zylinder angeordnete Führungsring verbessert die Führungsgenauigkeit bei der Bewegung des Kolbens in dem Zylinder. Da der Kolben durch den Führungsring geführt ist, bewegt er sich exakt in axialer Richtung. Durch den Fluidkanal, der den Vorratsraum in dem Kolben mit dem Ringraum verbindet, kann das Dämpfungsverhalten des hydraulischen Spannelements beeinflusst werden. Wenn das hydraulische Spannelement komprimiert wird, wird der Kolben in den Zylinder hinein geschoben. Hydraulikfluid, das sich in dem Druckraum befindet, strömt durch einen Leckspalt, der zwischen der Außenseite des Kolbens und der Innenseite des Zylinders gebildet ist, in den Ringraum und von da durch den Fluidkanal in den Vorratsraum im Kolben. Beim Herausfahren des Kolbens aus dem Zylinder kehrt sich die Strömungsbewegung des Hydraulikfluids um, das heißt, das Fluid strömt aus dem Vorratsraum durch das Rückschlagventil in den Druckraum. Durch das hydraulische Spannelement wird eine Dämpfung von mechanischen Schwingungen erzielt, was sich in vorteilhafter Weise auf das Betriebsverhalten einer Brennkraftmaschine auswirkt. Die Dämpfungseigenschaften können durch die Änderung der Breite des Leckspalts und des Durchmessers des Fluidkanals exakt an den vorgesehenen Einsatzzweck angepasst werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Spannelement kann es vorgesehen sein, dass das Federelement als Druckfeder ausgebildet ist, deren Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Zylinders und des Kolbens ist. Die Druckfeder kann daher nach der Montage des Zylinders und des Kolbens über die Kolben-Zylinder-Anordnung geschoben und anschließend befestigt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Spannelement kann die Dichtung als armierte Kolbenstangendichtung ausgebildet sein. Derartige Dichtungen sind besonders robust und zeichnen sich durch eine lange Lebensdauer aus. Es wird bevorzugt, dass die Dichtung eine oder mehrere an dem Gehäuse des Zylinders anliegende Dichtkanten und/oder eine an dem Kolben anliegende Abstreiflippe aufweist. Die Abstreiflippe verhindert Schmutzeintritt und eine nach innen gerichtete Dichtlippe verhindert Ölaustritt. Durch die Dichtkanten zum Gehäuse wird eine statische Abdichtung zum Gehäuse des Zylinders bewirkt, die Ab streiflippe und die Dichtlippe zum Kolben bewirken eine dynamische Abdichtung zum Kolben bzw. zur Kolbenstange.
Bei dem erfindungsgemäßen Spannelement kann das vorzugsweise im Endbereich des Kolbens angeordnete Ventil, das vorzugsweise als Rückschlagventil ausgebildet ist, entweder als Kugelventil oder als Plattenventil ausgebildet sein. Bei beiden Ausführungen wird bevorzugt, dass das Ventil eine Feder aufweist, die ein bewegliches Ventilelement, vorzugsweise eine Kugel oder eine Platte, in die geschlossene Position bringt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können Kolben und Zylinder des hydraulischen Spannelements radial aufschiebbare, ein Befestigungsauge aufweisende Befestigungselemente aufweisen. Mittels der Befestigungselemente kann das hydraulische Spannelement an einem Gehäuse einer Brennkraftmaschine oder einem Aggregat befestigt werden. Es wird dabei bevorzugt, dass ein Befestigungselement aus zwei Abschnitten zusammengesetzt ist, die sich jeweils näherungsweise über den halben Umfang erstrecken, wobei das Befestigungsauge an einem der Abschnitte angeordnet ist. Im Rahmen der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die beiden Abschnitte des Befestigungselements über eine Steck- oder Klemm- oder Rastverbindung miteinander verbindbar oder verbunden sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Die Figuren sind schematische Darstellungen und zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Spannelements in einer geschnittenen Ansicht;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Spannelements in einer geschnittenen Ansicht;
3A u. 3B eine geschnittene und eine perspektivische Ansicht eines Befestigungselements;
4A u. 4B eine geschnittene und eine perspektivische Ansicht eines Befestigungsauges;
5A u. 5B geschnittene Ansichten eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung; und
6 eine geschnittene Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung im Bereich der Kolbenstangendichtung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Spannelements 1 in einem Längsschnitt. Das Spannelement 1 umfasst einen topfförmigen Zylinder 2, der durch Tiefziehen hergestellt und mit einem Hydraulikfluid 4 gefüllt ist. Die Öffnung des Zylinders 2 wird von einem Kolben 5 durchsetzt, wobei der aus rostfreiem Stahl hergestellte Kolben 5 durch einen Führungsring 6 in Radialrichtung gehalten und durch eine Kolbenstangendichtung 7 abgedichtet wird, die im Gehäuse des Zylinders 2 ortsfest angeordnet ist.
Ein als Druckfeder 8 ausgebildetes Federmittel umgibt Zylinder 2 und Kolben 5, die Druckfeder 8 wird an ihren Stirnflächen von als Federhalteelementen 9, 10 ausgebildeten Befestigungselementen gehalten, die sich am Boden 11 des Kolbens 5 bzw. an einem Bund 12 des Zylinders 2 abstützen. Befestigungsaugen 13, 14 sind an den Boden 11 des Kolbens 5 bzw. die Stirnfläche des Zylinders 2 angebracht, z. B. geklebt.
Im Inneren des Kolbens 5 befindet sich ein Vorratsraum 15, der zumindest teilweise mit dem Hydraulikfluid gefüllt ist. Zwischen dem Kolben 5 und dem Zylinder 2 ist im Inneren des Zylinders 2 eine Platte 16 angeordnet. Die Platte 16 ist rotationssymmetrisch ausgebildet und umfasst einen ersten scheibenförmigen Abschnitt, der an den Innendurchmesser des Zylinders 2 angepasst ist und einen zweiten scheibenförmigen Abschnitt, der an den Durchmesser des Kolbens 5 im Bereich seines offenen Endes angepasst ist. Der Außendurchmesser der Platte 16 ist so gewählt, dass sich zwischen der Platte 16 und der Innenwandung des Zylinders 2 ein Leckspalt befindet, wobei die Spaltbreite von wenigen μm bis etwa 0,5 mm variieren kann. Durch Hydraulikfluid 4, das den Leckspalt passiert, kann ein Druckausgleich erfolgen, gleichzeitig wird eine Dämpfung der Bewegung des Kolbens 5 bewirkt.
Die Platte 16 weist ein zentrales Ventil auf, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Kugelventil 17 ausgebildet ist. Die Kugel des Kugelventils 17 wird durch eine nicht dargestellte Feder gegen den axialen Kanal im Inneren der Platte 16 gedrückt und verhindert bei verschlossenem Ventil, dass Hydraulikfluid 4 von dem Druckraum 3 in den Vorratsraum 15 fließt.
Bei der Montage wird das geteilte Federhalteelement 9 auf den Zylinder 2 geschoben. Der Innendurchmesser der Druckfeder ist größer als der Außendurchmesser des Zylinders 2 und des Kolbens 5. Nach dem Komprimieren der Druckfeder 8 wird das geteilte Federhalteelement 10 an der anderen Seite aufgelegt. Anschließend wird die Druckfeder 8 losgelassen, so dass die vorgespannte Druckfeder bei der Expansion die Federhalteelemente 9, 10 auseinander drückt.
Wenn während des Betriebs des Spannelements 1 in dem Riementrieb einer Brennkraftmaschine der Kolben 5 zum Zylinder 2 hin gedrückt wird, wird das Spannelement 1 komprimiert und das Hydraulikfluid 4 in dem Zylinder 2 durch die Bewegung der mit dem Kolben 5 verbundenen Platte unter Druck gesetzt. Das Hydraulikfluid strömt durch den Leckspalt in den Vorratsraum 15 in dem Kolben 5. Daneben strömt das Hydraulikfluid 4 auch in den Ringraum 18, der durch die Oberseite der Platte 16 in axialer Richtung und die Innenfläche des Zylinders 2 in radialer Richtung sowie die Kolbenstangendichtung 8 begrenzt wird. Je weiter der Kolben 5 einfährt, desto größer wird der Ringraum 18. Der Ringraum 18 ist über einen radialen Fluidkanal 25 mit dem Vorratsraum 15 verbunden, sodass aus dem Druckraum 3 verdrängtes Hydraulikfluid über den Leckspalt in den Ringraum 18 und von dort in den Vorratsraum 15 strömt. Da der Ringraum 18 bzw. der Vorratsraum 15 nur teilweise mit dem Hydraulikfluid 4 gefüllt sind, ist der Druck vorteilhafterweise weniger stark von der momentanen Position des Kolbens 5 abhängig.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Spannelements, wobei für identische Komponenten übereinstimmende Bezugszeichen verwendet werden. Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Kolben 5 axial in dem Zylinder 2 verschiebbar, Kolben 5 und Zylinder 2 sind von der Druckfeder 8 umgeben. Befestigungsaugen 19, 20, die jeweils eine Nut aufweisen, sind radial über den Bund 12 des Zylinders 2 bzw. einen Bund 21 im Bereich des Bodens des Kolbens 5 geschoben.
Der Kolben 5 weist eine zylinderförmige Grundform auf, an seinem äußeren Ende ist der Kolben 5 radial vergrößert, so dass er eine größere Menge an Hydraulikfluid aufnehmen kann.
Der Druckraum 3 in dem Zylinder 2 und der Vorratsraum 15 in dem Kolben 5 sind über die Platte 16 miteinander verbunden. Ein Plattenventil 22 verschließt einen axialen Kanal zwischen dem Vorratsraum 15 und dem Druckraum 3. Das Plattenventil 22 umfasst ein plattenförmiges Verschlusselement, das entlang seines Bewegungswegs durch die von beiden Seiten wirkenden hydraulischen Kräfte axial bewegbar ist und den axialen Verbindungskanal öffnet oder schließt. Analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist der oberhalb der Platte 16 gebildete Ringraum 18 über einen Fluidkanal 26 mit dem Vorratsraum 15 verbunden.
Die 3A und 3B zeigen eine geschnittene und eine perspektivische Ansicht eines Befestigungselements. Das als Federhalteelement 23 ausgebildete Befestigungselement umfasst das Befestigungsauge 20 und einen eine Nut 24 aufweisenden Abschnitt, der sich über den halben Umfang erstreckt. Der zuge hörige komplementäre zweite Abschnitt ist in 3b nicht dargestellt. Die beiden Abschnitte sind über eine Steckverbindung miteinander verbunden.
Die 4A und 4B zeigen ein Befestigungsauge in einer geschnittenen und einer perspektivischen Ansicht. Das Befestigungsauge 13 ist auf die Stirnfläche des Zylinders 2 geklebt und kraft- und formschlüssig mit diesem verbunden. Das zweiteilige, ringförmige Federhalteelement 9 liegt im eingebauten Zustand an dem Bund 12 des Zylinders 2 an. An der anderen Seite des Federhalteelements 9 liegt die Druckfeder 8 an.
In den 5A und 5B sind ein Kolben 27 und ein Zylinder 28 eines hydraulischen Spannelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Kolben 27 weist einen Fluidkanal 29 auf, der sich in radialer Richtung erstreckt und den Vorratsraum 30 mit dem Ringraum 31 verbindet. Der Vorratsraum 30 ist teilweise mit Hydraulikfluid 32 gefüllt. Der Zylinder 28 weist eine ortsfest angeordnete Dichtung 37 und einen zwischen Zylinder 28 und Kolben 27 angeordneten Führungsring 38 auf.
An dem freien Ende des Kolbens 27 befindet sich ein Kugelventil 33, das einen axialen Fluidkanal 34 freigibt oder verschließt. Der Leckspalt 35, der zwischen der Innenwand des Zylinders 28 und der Außenseite des Kolbens 27 gebildet ist, ermöglicht das Durchströmen des Hydraulikfluids von dem Druckraum 36 in den Ringraum 31. Der Leckspalt 35 ist in den 5A und 5B vergrößert dargestellt. Wenn, wie in 5A durch den nach unten gerichteten Pfeil dargestellt ist, das Spannelement komprimiert wird und der Kolben 27 in den Zylinder 28 geschoben wird, wird Hydraulikfluid, das sich in dem Druckraum 36 befindet, unter Druck gesetzt und durch den Leckspalt 35 in den Ringraum 31 verdrängt, von wo es durch den Fluidkanal 29 in den Vorratsraum 30 gelangt.
Im umgekehrten Fall, der in 5B dargestellt ist, bewegt sich der Kolben 27 aus dem Zylinder 28 heraus. In dem Druckraum 36 entsteht ein Unterdruck, der die Federkraft des Kugelventils 33 überwindet, sodass dieses öffnet und Hydraulikfluid 32 von dem Vorratsraum 30 über den Fluidkanal 34 in den Druckraum 36 strömt.
6 zeigt eine geschnittene Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung im Bereich der Kolbenstangendichtung. Zwischen einem Zylinder 39 und einem Kolben 40 ist eine Dichtung 41 angeordnet, die als armierte Kolbenstangendichtung ausgebildet ist. Die Dichtung 41 weist mehrere an der Innenseite des Zylinders 39 anliegende Dichtkanten 42 und an dem Kolben 40 anliegende Abstreiflippen 43, 44 auf. Durch die Dichtkanten 42 wird eine statische Abdichtung zum Gehäuse des Zylinders 39 bewirkt, die Abstreiflippen 43, 44 und eine gegebenenfalls vorhandene Dichtlippe bewirkt eine dynamische Abdichtung zum Kolben 40. Wie in 6 zu sehen ist, weist das Gehäuse des Zylinders 39 an seinem oberen Ende eine Bördelkante 45 auf, durch die die Dichtung 41 zwischen Zylinder 39 und Kolben 40 gehalten wird.
Das Hydraulikfluid strömt von einem Vorratsraum 46 über ein Plattenventil 47 in einen Druckraum 48, ein Ringraum 49 ist über einen schematisch dargestellten Fluidkanal 50 mit dem Vorratsraum 46 verbunden.

1: Spannelement
2: Zylinder
3: Druckraum
4: Hydraulikfluid
5: Kolben
6: Führungsring
7: Kolbenstangendichtung
8: Druckfeder
9: Federhalteelement
10: Federhalteelement
11: Boden
12: Bund
13: Befestigungsauge
14: Befestigungsauge
15: Vorratsraum
16: Platte
17: Kugelventil
18: Ringraum
19: Befestigungsauge
20: Befestigungsauge
21: Bund
22: Plattenventil
23: Federhalteelement
24: Nut
25: Fluidkanal
26: Fluidkanal
27: Kolben
28: Zylinder
29: Fluidkanal
30: Vorratsraum
31: Ringraum
32: Hydraulikfluid
33: Kugelventil
34: Fluidkanal
35: Leckspalt
36: Druckraum
37: Dichtung
38: Führungsring
40: Kolben
41: Dichtung
42: Dichtkante
43: Abstreiflippe
44: Abstreiflippe
45: Bördelkante
46: Vorratsraum
47: Plattenventil
48: Druckraum
49: Ringraum
50: Fluidkanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004047450 A1 [0003]

Claims

Hydraulisches Spannelement für einen Zugmitteltrieb, mit einem Zylinder, einem axial bewegbaren, in dem Zylinder geführten Kolben, einem zwischen Zylinder und Kolben angeordneten Federelement, einem in dem Zylinder ausgebildeten Druckraum und einem in dem Kolben ausgebildeten Vorratsraum für ein Hydraulikfluid und einem einen Austausch des Hydraulikfluids zwischen dem Druckraum und dem Vorratsraum in Abhängigkeit einer Stellbewegung des Kolbens ermöglichenden Ventil, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (2, 28) eine ortsfest im Gehäuse angeordnete Dichtung (7, 37) aufweist, zwischen Kolben (5, 27) und Zylinder (2, 28) ein Führungsring (6) angeordnet ist und dass ein durch den Führungsring (6), die Innenseite des Zylinders (2, 28) und die Außenseite des Kolbens (5, 27) begrenzter Ringraum (18, 31) über wenigstens einen Fluidkanal (25, 26, 34) mit dem Vorratsraum (15, 30) in dem Kolben (5, 27) verbunden ist.
Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement als Druckfeder (8) ausgebildet ist, deren Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Zylinders (2, 28) und des Kolbens (5, 27) ist.
Spannelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) aus rostfreiem Stahl besteht.
Spannelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (7, 37) als armierte Kolbenstangendichtung ausgebildet ist.
Spannelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (7, 37) wenigstens eine an dem Gehäuse des Zylinders (2, 28) anliegende Dichtkante und/oder eine an dem Kolben (5, 27) anliegende Abstreiflippe und/oder eine am Kolben nach innen dichtende Dichtlippe aufweist.
Spannelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil als vorzugsweise eine Feder aufweisendes Kugelventil (17) ausgebildet ist.
Spannelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil als vorzugsweise eine Feder aufweisendes Plattenventil (22) ausgebildet ist.
Spannelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kolben (5, 27) und Zylinder (2, 28) radial aufschiebbare, ein Befestigungsauge (13, 14, 19, 20) aufweisende Befestigungselemente aufweisen.
Spannelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Befestigungselement aus zwei komplementären Abschnitten zusammengesetzt ist, die sich jeweils näherungsweise über den halben Umfang erstrecken, wobei das Befestigungsauge (13, 14, 19, 20) an einem der Abschnitte angeordnet ist.
Spannelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abschnitte über eine Steck- oder Klemm- oder Rastverbindung miteinander verbindbar oder verbunden sind.