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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Autark-Kettenspanner,
insbesondere für einen Kettentrieb eines Verbrennungsmotors,
mit einem Gehäuse, einem in einer Kolbenbohrung des Gehäuses
geführten Spannkolben, einem in der Kolbenbohrung geführten
Freikolben, einer am Spannkolben ausgebildeten Kolbenstange, die
sich durch den Freikolben erstreckt, einem durch den Spannkolben,
das Gehäuse und den Freikolben begrenzten Hydraulikreservoir
und einer am Freikolben angeordneten Dichtungseinrichtung, mittels
der das Hydraulikreservoir gegenüber dem Gehäuse
und der Kolbenstange abgedichtet ist.
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Einfache
Spannvorrichtungen, die insbesondere als Kettenspanner in Steuerkettentrieben
von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden, umfassen üblicherweise
ein Gehäuse, in dem ein mittels einer Druckfeder vorgespannter
Spannkolben angeordnet ist. Zwischen dem Spannkolben und dem Gehäuse bildet
sich ein Druckraum aus, der zur Dämpfung der Einfahrbewegung
des Spannkolbens mit einem Hydraulikmittel gefüllt ist
und in dem üblicherweise auch die Druckfeder angeordnet
ist. Der Druckraum steht normalerweise über ein Rückschlagventil
mit einem externen Hydraulikkreislauf in Verbindung, mittels dem
das Hydraulikmittel im Druckraum unter hohen Druck gesetzt wird. Über
eine Drosselöffnung in der Stirnseite des Spannkolbens
oder über entsprechende Leckspalten zwischen dem Spannkolben
und dem Gehäuse kann das Hydraulikmittel aus dem Druckraum
entweichen, insbesondere bei einem durch eine Einfahrbewegung des
Spannkolbens induzierten Druckanstieg im Druckraum.
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Das
unter Druck stehende Hydraulikmittel im Druckraum verhindert auch
bei relativ harten und kräftigen Schwingungsstößen
auf den Spannkolben ein zu weites Einfahren des Spannkolbens in
das Gehäuse. Nach dem Abschalten des Verbrennungsmotors
bzw. des externen Hydraulikkreislaufes sinkt jedoch der Druck des
Hydraulikmittels im Druckraum und es kann, je nach Einbaulage des
Spanners, zu einer teilweisen oder vollständigen Entleerung
des Druckraums kommen. Beim erneuten Starten des Motors bzw. Inbetriebnahme
des Kettentriebs kann es dadurch zu einer ungehinderten Einfahrbewegung des
Kolbens kommen und so ein unerwünschtes Startklappern bei
Verbrennungsmotoren oder ein Kettenüberspringen der Steuerkette
verursachen. Dieser Effekt wird verstärkt bei einer verschleißbedingten
oder anderweitig verursachten Verlagerung des Arbeitsbereichs des
Kolbens in Spannrichtung.
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In
der Technik haben sich unterschiedliche Konzepte entwickelt, die
unerwünschte Einfahrbewegung des Spannkolbens in das Gehäuse
zu verhindern. Dabei gibt es neben rein mechanischen Arretiereinrichtungen,
die mit Hilfe federbelasteter Rastelemente die Einfahrbewegung des
Kolbens blockieren, auch hydraulisch betätigte Nachstelleinrichtungen,
die eine kontinuierliche Verlagerung des Arbeitsbereichs des Spannkolbens
ermöglichen, wobei diese Konzepte jeweils weiterhin eine
externe Versorgung des Druckraums mit dem Hydraulikmittel nutzen.
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Darüber
hinaus gibt es auch automatische oder autarke Spannvorrichtungen,
bei denen durch ein geschlossenes Hydrauliksystem ein starker Abfall des
Hydraulikdrucks oder ein Leerlaufen des Druckraums verhindert wird,
um so ein unerwünschtes tiefes Einfallen des Spannkolbens
in das Gehäuse automatisch zu verhindern. Ein derartiger
autarker Hydraulikspanner mit einer automatischen Nachstellung des
Spannkolbens ist bereits aus der
DE 37 37 629 A1 bekannt. Diese hermetisch
abgeschlossene, selbstspannende Spannvorrichtung umfasst ein hohles
zylindrisches Gehäuse mit einem darin geführten Spannkolben,
an dem einstückig eine Kolbenstange ausgebildet ist, und
einem Freikolben, welche den Innenraum des Gehäuses in
eine Druckkammer, ein Hydraulikreservoir und einen Luftbereich unterteilen. Da
sich bei einer Ein- oder Ausfahrbewegung des Spannkolbens das Volumen
der Druckkammer ändert, muss zur Kompensation das Reservoir
das Hydraulikmittel aus dem Druckraum aufnehmen oder entsprechend
abgeben, wobei sich der Freikolben nicht nur relativ zur Kolbenstange
des Spannkolbens, sondern auch relativ zum Gehäuse bewegt.
Um das Hydraulikreservoir und damit auch den mit Hydraulikmittel
gefüllten Bereich des Kettenspanners gegenüber
dem Luftraum abzudichten, ist am Freikolben sowohl gegenüber
dem Gehäuse als auch gegenüber der Kolbenstange
eine Gleitdichtung vorgesehen.
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Bedingt
durch den konstruktiven Aufbau autarker Hydraulikspanner neigt die
Kolbenstange zum Kippen, da sie an ihrem oberen Teil keine exakte
Lagerung und im Bereich des Freikolbens wegen der Gleitdichtungen
nur eine sehr begrenzte Lagerung aufweist. Die geringste Kippbewegung
des Spannkolbens kann jedoch an den Gleitflächen des Kolbens
sowie der Kolbenbohrung des Gehäuses zu Kratzern und Riefen
führen und damit die Wirksamkeit und Leistungscharakteristik
dieser autarken Spannvorrichtung negativ beeinflussen. Neben dieser
Problematik muss bei der Herstellung des Freikolbens auch auf die
notwendige gute Abdichtung der zugehörigen Gleitdichtungen
geachtet werden, wodurch sich ein hoher Aufwand für die
Konstruktion und Herstellung des Freikolbens ergibt.
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Der
Erfindung liegt insofern die Aufgabe zugrunde, einen autarken Hydraulikspanner
bereitzustellen, der die Nachteile der aus dem Stand der Technik
bekannten Spannvorrichtung vermeidet oder reduziert sowie eine möglichst
einfache und kostensparende Konstruktion des Hydraulikspanners ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass die Dichtungseinrichtung des Autark-Hydraulikspanners als ein
Doppeldichtring ausgebildet ist mit einer äußeren
Dichtungsfläche, die in Gleitkontakt mit der Kolbenbohrung
des Gehäuses steht und einer inneren Dichtungsfläche,
die in Gleitkontakt mit der Kolbenstange des Spannkolbens steht.
Durch die Verwendung eines einteilig ausgebildeten Doppeldichtrings
mit einer äußeren und inneren Dichtungsfläche
ist keine zusätzliche Abdichtung am Freikolben erforderlich.
Der Doppeldichtring ist zusammen mit dem als Dichtungsträger
dienenden Freikolben axial zur Längsachse des Spannkolbens relativ
zum Gehäuse und zur Kolbenstange bewegbar. Durch die Verwendung
eines solchen beidseitigen radial wirkenden Gleitdichtrings kann
die Konstruktion des Freikolbens wesentlich vereinfacht werden.
Dadurch kann sowohl die Konstruktion als auch die Herstellung auf
den wichtigen Führungsaspekt des Freikolbens fokussiert
werden.
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Um
auch bei einer axialen Bewegung des Doppeldichtrings eine ausreichende
und sichere radiale Dichtwirkung gegenüber dem Gehäuse
und der Kolbenstange zu ermöglichen, können die äußere Dichtungsfläche
und die innere Dichtungsfläche als ringförmig
umlaufende Dichtflächen ausgebildet sein, wobei die Dichtflächen
zueinander beabstandet und koaxial zur Längsachse des Spannkolbens
ausgerichtet sind. Weiter ist es von Vorteil, wenn die äußere Dichtungsfläche
und die innere Dichtungsfläche auf zwei axial vorstehenden
ringförmig umlaufenden Vorsprüngen des Doppeldichtrings
angeordnet sind, die ein flexibles Anlegen der äußeren
und der inneren Dichtungsfläche an den Oberflächen
der Kolbenbohrung und der Kolbenstange ermöglichen.
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Eine
günstige Ausführungsform sieht vor, dass die äußere
Dichtungsfläche und/oder die innere Dichtungsfläche
mindestens zwei umlaufende Dichtlippen aufweisen. Durch den Einsatz
von zwei oder mehr Dichtlippen kann die radiale Dichtwirkung des Doppeldichtrings
erhöht werden, wobei sich gleichzeitig die Haftneigung
der Dichtungsflächen reduziert.
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Eine
bevorzugte Modifikation sieht vor, dass der Doppeldichtring einen äußeren
Führungsabschnitt und einen inneren Führungsabschnitt
aufweist. Der äußere Führungsabschnitt
des Doppeldichtrings ermöglicht neben der Dichtungsfunktion der äußeren
Dich tungsfläche auch eine gute Führung des Doppeldichtrings
und des damit verbundenen Freikolbens entlang der Kolbenbohrung
des Gehäuses. Dadurch reduziert sich die Problematik des Spannkolbens
in autarken Hydraulikspannern zu kippen und durch Kratzer und Riefen
in der Kolbenbohrung des Gehäuses die Leistungscharakteristik
negativ zu beeinflussen. Weiterhin verringert eine derartig verbesserte
Führung die Neigung zu Undichtigkeiten der Dichtungsflächen.
Der innere Führungsabschnitt des Doppeldichtrings verbessert
in gleicher Weise die Führungseigenschaften des Doppeldichtrings
und des damit verbundenen Freikolbens gegenüber der Kolbenstange.
Dabei ist es jeweils zweckmäßig, die äußeren
und inneren Führungsabschnitte zwischen den äußeren
bzw. inneren Dichtungsflächen sowie dem als Stütz-
und Führungselement wirkenden Freikolben anzuordnen, um
die Dichtwirkung des Doppeldichtrings nicht zu beeinflussen. Für
eine optimale Führungsfunktion der äußeren
und/oder inneren Führungsabschnitte kann die axiale Länge
der äußeren Führungsabschnitte und/oder
inneren Führungsabschnitte mindestens 2 mm, bevorzugt zwischen
4 und 5 mm betragen.
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Zur
Verbesserung des Gleitverhaltens der äußeren und
inneren Dichtungsfläche im Gleitkontakt mit der Kolbenbohrung
und der Kolbenstange kann der Doppeldichtring zumindest im Bereich
der äußeren Dichtungsfläche und der inneren
Dichtungsfläche aus PTFE ausgebildet sein. Die Verwendung
von PTFE (Polytetrafluorethylen) oder einem PTFE-Compound verhindert
aufgrund seiner niedrigen Reibungskoeffizienten bei einer gleichzeitig
hohen Hitzebeständigkeit ein Ruckgleiten (Stick-Slip-Effekt)
der Dichtung gegenüber der Kolbenbohrung bzw. der Kolbenstange.
So können durch eine geeignete Materialauswahl negative
Auswirkungen auf die Lager- und Führungseigenschaften des
Doppeldichtrings vermieden werden. Neben dem Einsatz von PTFE bzw.
einem PTFE-Compound kann der Doppeldichtring zumindest teilweise
auch aus einem auf die doppelte Führungs- und Dichtfunktion
ausgerichteten modifizierten PTFE bzw. modifizierten PTFE-Compound
bestehen, um gleichzeitig auch die Stütz- und Führungseigenschaften
des Doppeldichtrings zu verbessern. Um die Gleiteigenschaften eines
bevorzugt zumindest teilweise aus PTFE bestehenden Doppeldichtrings
optimal zu nutzen, ist ein Lagerwerkstoff für die Gleitpartner,
d. h. die Kolbenbohrung des Gehäuses und die Kolbenstange,
notwendig, der gut mit dem Material der Dichtungsflächen
zusammenwirkt, z. B. hochverschleißfester Kunststoff, Metall,
Nichteisen-Metalle oder Keramik. Als vorteilhafter Lagerwerkstoff
hat sich Messing erwiesen.
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Günstigerweise
kann der Doppeldichtring eine Federeinrichtung aufweisen, wobei
die Federeinrichtung die äußere Dichtungsfläche
gegen die Kolbenbohrung und die innere Dichtungsfläche
gegen die Kolbenstange vorspannt. Die Federeinrichtung stabilisiert
den Doppeldichtring, insbesondere bei einer Anordnung der äußeren
und inneren Dichtungsfläche auf umlaufenden Vorsprüngen,
und ermöglicht den Aufbau der notwendigen hohen Dichtkraft
in radialer Richtung, um einen gegenüber dem Atmosphärendruck
erhöhten Druck im Hydraulikreservoir zu ermöglichen.
Dabei kann die Federeinrichtung als ein im Querschnitt U-förmiger
Federring mit einem äußeren Federschenkel und
einem inneren Federschenkel ausgebildet sein, wobei der äußere Federschenkel
auf die äußere Dichtungsfläche und der
innere Federschenkel auf die innere Dichtungsfläche wirkt.
Trotz der einfachen Konstruktion eines solchen U-förmigen
Federrings kann durch die Federschenkel wirkungsvoll ein Druck bzw.
eine Vorspannung auf die äußere und innere Dichtungsfläche aufgebracht
werden.
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Um
eine einfache und sichere Montage des Doppeldichtrings am Freikolben
zu ermöglichen, kann der Doppeldichtring einen umlaufenden
Vorsprung und der Freikolben eine umlaufende Fixiernut aufweisen,
wobei der Vorsprung des Doppeldichtrings in die Fixiernut des Freikolbens
einsetzbar ist, um den Doppeldichtring an dem Freikolben anzuordnen.
Dabei bildet der umlaufende Vorsprung zweckmäßigerweise
eine auf die Fixiernut speziell ausgestaltete Einschnappnase aus,
durch die der Doppeldichtring formschlüssig mit dem als
Dichtungsträger dienenden Freikolben verbunden ist.
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Eine
weitere Ausbildung des Autark-Hydraulikspanners sieht vor, dass
das Gehäuse auf einer der Kolbenstange abgewandten Stirnseite
eine Montageöffnung aufweist, die mit einem Endstopfen
verschließbar ist. Neben einer einfachen Herstellung des
Gehäuses ermöglicht eine solche Montageöffnung
einen Zusammenbau des Hydraulikspanners von der Montageseite, die
dem Austritt des Spannkolbens aus dem Gehäuse gegenüber
liegt. Neben dem vereinfachten Zusammenbau der Spannvorrichtung
von der Rückseite wird hier keine Führungsbuchse
auf der Spannseite des Hydraulikspanners mehr benötigt,
so dass der Austritt des Spannkolbens auf der Spannseite als Teil
des Gehäuses ausgebildet werden kann, wodurch über
eine höhere Genauigkeit der Bohrung für die Kolbenstange
eine exaktere Führung erzielt werden kann. Die Merkmalskombination
des Anspruchs 10 könnte auch unabhängig von einem
der Ansprüche 1 bis 9 Schutz genießen und selbständig
weiter verfolgt werden. Unabhängig von der auf dem Freikolben
angeordneten Dichtungseinrichtung ermöglicht die durch
den Endstopfen verschließbare Montageöffnung in
der montageseitigen (der Spannseite abgewandten) Stirnfläche des
Gehäuses einen einfacheren und kostengünstigeren
Aufbau und über eine bessere Führung der Kolbenstange
auf der Spannseite des Gehäuses eine Reduzierung der Verkan tungsgefahr
des Spannkolbens, was zu einer geringeren Belastung der Dichtungseinrichtung
und somit auch zu einer Verbesserung der Dichtwirkung führt.
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Um
eine sichere Abdichtung des unter Hochdruck stehenden Hydraulikmittels
im Druckraum zu ermöglichen, kann zwischen dem Gehäuse
und dem Endstopfen eine Dichtung, bevorzugt ein elastischer Dichtungsring,
wie beispielsweise ein O-Ring, vorgesehen sein.
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Des
Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines
Doppeldichtrings in einem autarken Hydraulikspanner, insbesondere
für einen Kettentrieb eines Verbrennungsmotors, wobei der
Doppeldichtring eine äußere Dichtungsfläche und
eine innere Dichtungsfläche aufweist, die äußere Dichtungsfläche
in Gleitkontakt mit einer Kolbenbohrung des Spannergehäuses
bringbar ist und die innere Dichtungsfläche in Gleitkontakt
mit einer Kolbenstange des Spannkolbens bringbar ist. Die Verwendung
eines derartigen Doppeldichtrings mit beidseitig radial wirkenden
Dichtungsflächen ermöglicht trotz einer relativ
axialen Beweglichkeit der inneren und äußeren
Dichtungsflächen gegenüber den komplementären
Bauteilen eine wirkungsvolle Abdichtung. Dabei verringert bereits
die einteilige Ausgestaltung des Doppeldichtrings mit äußeren
und inneren Dichtungsflächen mit einem gemeinsamen Dichtungsträger
das Ruckgleiten (Stick-Slip-Effekt). Eine Optimierung der Führungsfunktion
kann hierbei sowohl durch das Vorsehen von äußeren
und inneren Führungsabschnitten auf dem Doppeldichtring,
als auch durch eine formschlüssige Verbindung des Doppeldichtrings
mit dem Dichtungsträger erzielt werden. Eine weitere Verbesserung
der Dichtungsfunktion kann sowohl durch konstruktive Maßnahmen,
z. B. die Anordnung der Dichtflächen auf axial vorspringenden Auswölbungen,
Vorspannung durch eine Federeinrichtung und die Verwendung von umlaufenden Dichtlippen,
oder geeignete Materialien, z. B. die Verwendung von PTFE oder einem
PTFE-Compound im Bereich der Dichtungsflächen, verbessert
werden.
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Im
Folgenden wird der Aufbau und die Funktion eines erfindungsgemäßen
Autark-Hydraulikspanners mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht durch einen erfindungsgemäßen
Autark-Hydraulikspanner mit einem Doppeldichtring;
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2 eine
vergrößerte Schnittansicht durch den Freikolben
mit darauf angeordnetem Doppeldichtring aus 1; und
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3 eine
perspektivische Ansicht des Autark-Hydraulikspanners aus 1.
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1 zeigt
einen erfindungsgemäßen Autark-Hydraulikspanner 1 für
den Steuerkettentrieb oder einen Nebenaggregatstrieb eines Verbrennungsmotors
mit einem hohlzylindrischen Gehäuse 2, in dem
ein Spannkolben 3 längsbeweglich zur Achse A in
der Kolbenbohrung 4 des Gehäuses geführt ist.
Der Spannkolben 3 weist einen Kolbenfuß 5, durch
den der Spannkolben 3 in der Kolbenbohrung 4 geführt
ist, sowie eine sich daran in Spannrichtung anschließende
Kolbenstange 6 auf, die sich auf der Spannseite des Hydraulikspanners 1 aus
der Stirnseite des Gehäuses 2 heraus erstreckt,
um auf einen angrenzenden Kettentrieb eine Vorspannung aufzuprägen.
Auf der der Spannseite abgewandten Montageseite des Hydraulikspanners 1 ist
in der Öffnung des hohlzylindrischen Gehäuses 2 an
der Stirnseite ein Endstopfen 7 vorgesehen, der mittels
einer Verschraubung 8 in dem offenen Ende des hohlzylindrischen
Gehäuses 2 montiert ist. Zwischen dem Endstopfen 7 und
einer gegenüber der Kolbenbohrung 4 und der Verschraubung 8 zurückversetzten
Stufe 9 der Innenwandung des Gehäuses 2 ist
zur Abdichtung ein O-Ring 10 vorgesehen. Der mit dem Gehäuse 2 verschraubte
und abgedichtete Endstopfen 7 bildet zusammen mit dem Gehäuse 2 und
dem Kolbenfuß 5 des Spannkolbens 3 einen
Druckraum 11 aus, der im Betrieb mit einem unter Hochdruck
stehenden Hydraulikmittel gefüllt ist. Der Spannkolben 3 wird
mit einer im Druckraum 11 angeordneten, schraubenförmigen
Druckfeder 12 in axialer Richtung vorgespannt und drückt
den Spannkolben 3 in Richtung der Achse A gegen eine Antriebskette
(nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors. Dabei wird die Druckfeder 12 durch
einen sich in den Druckraum 11 vom Endstopfen 7 aus erstreckenden
Vorsprung geführt.
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In
dem in Spannrichtung vorderen Bereich des hohlzylindrischen Gehäuses 2 ist
weiter ein ringförmiger Freikolben 13 vorgesehen,
der sowohl in der Kolbenbohrung 4 des Gehäuses 2 als
auch auf der Kolbenstange 6 des Spannkolbens 3 längsbeweglich zur
Achse A geführt ist. Zur Aufnahme der Kolbenstange 6 weist
der Freikolben 13 eine mittige Bohrung 14 auf,
durch die sich die Kolbenstange 6 erstreckt. Der Freikolben 13 bildet
gemeinsam mit dem Kolbenfuß 5 und dem Gehäuse 4 ein
ringförmiges Hydraulikreservoir 15 aus, durch
das sich der untere Teil der Kolbenstange 6 hindurch erstreckt.
Auf der dem Hydraulikreservoir 15 zugewandten Seite des Freikolbens 13 ist
ein Doppeldichtring 16 angeordnet, der mit seiner äußeren
Dichtungsfläche 17 das Hydraulikreservoir 15 gegenüber
der Innenwandung der Kolbenbohrung 4 des Gehäuses 2 abdichtet
und mit seiner inneren Dichtungsfläche 18 das
Hydraulikreservoir 15 gegenüber der Außenwandung
der Kolbenstange 6 abdichtet.
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Der
mit dem Hydraulikmittel gefüllte Druckraum 11 wird über
im Kolbenfuß 5 vorgesehene Hydraulikkanäle 19 und
ein auf der Rückseite des Kolbenfußes 5 sitzendes
Rückschlagventil 20 aus dem Hydraulikreservoir 15 mit
Hydraulikmittel versorgt. Dabei ist das Rückschlagventil 20 in
einem Sitz eingepresst, der auf einer der Spannrichtung abgewandten
Rückseite des Kolbenfußes 5 vorgesehen ist.
Die Ventilkugel des Rückschlagventils verschließt mittels
der Vorspannung der Ventilfeder den Druckraum 11 gegenüber
dem Hydraulikreservoir 15. Hydraulikmittel, das über
den Leckspalt zwischen dem Kolbenfuß 5 und der
Kolbenbohrung 4 des Gehäuses 2 aus dem
Druckraum 11 austritt, wird in dem Hydraulikreservoir 15 gespeichert.
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Der
Freikolben 13 ist mittels einer Rückstellfeder 21 entgegen
der Spannrichtung vorgespannt. Die Rückstellfeder 21 ist
auf der dem Hydraulikreservoir 15 abgewandten Seite des
Freikolbens 13 angeordnet und wird durch einen sich in
Spannrichtung vom Freikolben 13 erstreckenden Führungsvorsprung 22 geführt.
Die in dem Luftbereich des Gehäuses 2 geführte
Rückstellfeder 21 stützt sich an der
spannungsseitigen Stirnseite des Gehäuses 2 ab.
In dem spannungsseitigen Ende des Gehäuses 2 ist
weiter ein Lochstopfen 23 vorgesehen, der mittels einer
Verschraubung 24 in dem Gehäuse 2 fest
montiert ist, wobei die Verschraubung 24 gegenüber
der Kolbenbohrung 4 zurückversetzt ist. Der Lochstopfen 23 weist
mittig eine Öffnung 25 auf, durch die sich die Kolbenstange 6 in
Spannrichtung aus dem Gehäuse 2 heraus erstreckt,
wobei die Öffnung 25 durch ein Ringsteg 26 des
Lochstopfens 23 zur Aufnahme der Kolbenstange 6 nach
innen verlängert ist, um so die Führung der Kolbenstange 6 zu
verbessern. Dabei dient der Ringsteg 26 mit seiner Außenwandung gleichzeitig
zur Führung der Rückstellfeder 21. Am Außenumfang
des Lochstopfens 23 ist weiter ein Flansch 27 vorgesehen,
der an der spannungsseitigen Stirnseite des Gehäuses 2 anliegt.
Am spannungsseitigen Ende der Kolbenstange 6 ist ein Spannkopf 28 aufgeschraubt,
mit dem der Spannkolben 3 auf eine geeignete Spanneinrichtung
(nicht gezeigt) drückt, um die Vorspannung der Druckfeder 12 auf
die Antriebskette aufzubringen.
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Das
Gehäuse 2 des Autark-Hydraulikspanners 1 weist
an seinem Außenumfang an der Spannseite einen Gewindeabschnitt 29 und
auf der abgewandten Montageseite eine flanschartige Verdickung 30 auf.
Mittels des Gewindeabschnitts 29 kann der als Einschraubspanner
ausgebildete Autark-Hydraulikspanner 1 im Motorblock eines
Verbrennungsmotors montiert werden, wobei die Verdickung 30 das Einschrauben
des Hydraulikspanners 1 begrenzt. Dabei kann zwischen der
Verdickung 30 und dem Motorblock eine Flachdichtung vorgesehen
sein. Alternativ kann der Autark-Hydraulikspanner 1 auch
als ein Flansch-Spanner und das Gehäuse 2 als
Flanschgehäuse ausgebildet sein.
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2 zeigt
eine vergrößerte Schnittansicht des Freikolbens 13 mit
dem daran angeordneten Doppeldichtring 16. Der Freikolben 13 weist
auf der dem Hydraulikreservoir 15 zugewandten Seite einen im
Außenbereich vorspringenden, den Außenumfang verlängernden
Ring 31 auf mit einer an der Innenseite vorgesehenen und
der Achse A zugewandten Fixiernut 32. Der Doppeldichtring 16 weist
einen Dichtringträger 33 auf, von dem in Richtung
des Hydraulikreservoirs 15 zwei sich axial erstreckende
ringförmige Vorsprünge 37, 38 ausgehen.
An dem der Spannrichtung zugewandten Ende des Dichtringträgers 33 ist
ein radial umlaufender Vorsprung 34 vorgesehen, der wie
eine Einschnappnase in die Fixiernut 32 des Freikolbens 13 eingreift,
um eine formschlüssige Verbindung der Teile zu erzeugen.
Weiter ist im mittleren Bereich des Doppeldichtrings eine Schulter 35 vorgesehen,
die am freien, stirnseitigen Ende des vorspringenden Rings 31 des
Freikolbens 13 anliegt. Zwischen der Schulter 35 und
dem äußeren ringförmigen Vorsprung 37 weist
der Dichtungsringträger 33 einen äußeren
Führungsabschnitt 45 auf, durch den der Doppeldichtring 16 gegenüber
der Kolbenbohrung 4 des Gehäuses 2 geführt
wird. Auf der Innenseite des Doppeldichtrings 16 ist ebenso
ein innerer Führungsabschnitt 46 vorgesehen, der
zwischen dem inneren ringförmigen Vorsprung 38 und
dem Freikolben 13 am Dichtungsringträger 33 ausgebildet
ist. Der innere Führungsabschnitt 46 verlängert
dabei die Bohrung 14 im Freikolben 13 zur Aufnahme
der Kolbenstange 6. Der äußere Führungsabschnitt 45 verlängert
dabei den Außenumfang des Freikolbens 13.
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An
der Außenseite des äußeren ringförmigen
Vorsprungs 37 ist die äußere Dichtungsfläche 17 vorgesehen,
wobei an der äußeren Dichtungsfläche 17 zwei
Dichtlippen 39 vorgesehen sind, die dreieckförmig
im ringförmigen Vorsprung 37 ausgebildet sind.
Auf der Innenseite des inneren ringförmigen Vorsprungs 38 ist
die innere Dichtungsfläche 18 vorgesehen, die
im Dichtungskontakt mit der Kolbenstange 6 steht, wobei
auch hier zwei Dichtlippen 39 vorgesehen sind, die aus
dem ringförmigen Vorsprung 38 herausgearbeitet
sind. Zwischen den radial voneinander beabstandeten, äußeren
und inneren ringförmig vorstehenden Vorsprüngen 37, 38 des Doppeldichtrings 16 ist
eine U-förmige Feder 40 vorgesehen. Die Feder 40 erstreckt
sich ringförmig in dem Doppeldichtring 16, wobei
sich der äußere Federschenkel 41 und
der innere Federschenkel 42 in axialer Richtung zum Hydraulikreservoir 15 hin öffnen.
Am reservoirseitigen Ende des äußeren ringförmigen
Vorsprungs 37 ist ein sich nach innen erstreckender vorstehender
Zipfel 36 vorge sehen, der die Feder 40 in ihrer
Position zwischen den äußeren und inneren ringförmigen
Vorsprüngen 37, 38 hält. Der äußere
Federarm 41 und der innere Federarm 42 der ringförmigen
Feder spannen die äußeren und inneren ringförmigen
Vorsprünge 37, 38 vor und drücken die äußere
und innere Dichtungsflächen 17, 18 gegen
die Innenwandung der Kolbenbohrung 4 bzw. die Außenwandung
der Kolbenstange 6.
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Neben
der U-förmigen Ringfeder 40 können sowohl
der Dichtungsträger 33 und die äußeren
und inneren ringförmigen Vorsprünge 37, 38 vollständig aus
Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt sein. Alternativ ist es
jedoch auch möglich, lediglich die äußere
und innere Dichtungsfläche 17, 18 mit
PTFE zu beschichten. Neben einem reinen PTFE-Material kann der Doppeldichtring
auch aus einem PTFE-Compound hergestellt sein. Weiter sind auch auf
den jeweiligen Anwendungsfall modifizierte PTFE-Materialien und
PTFE-Compounds für einen erfindungsgemäßen
integralen Doppeldichtring mit radial wirkenden äußeren
und inneren Dichtungsflächen 17, 18 nutzbar.
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In
der perspektivischen Ansicht des Autark-Hydraulikspanners 1 in 3 ist
neben dem auf der Außenseite des hohlzylindrischen Gehäuses 2 vorgesehenen
Gewindeabschnitt 29 und der Verdickung 30 an der
Montageseite ein schraubenkopfförmiger Haltebereich 43 zu
sehen, in den ein geeignetes Werkzeug, z. B. ein Sechskantschlüssel,
eingreifen kann, um den Hydraulikspanner 1 am Motorgehäuse
zu montieren. Der Endstopfen 7 weist zwei abgeflachte Kopfabschnitte 44 auf,
die auch hier das Eingreifen eines Montagewerkzeugs, z. B. ein Maulschlüssel,
ermöglichen.
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Im
Folgenden wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen
Autark-Hydraulikspanners 1 näher erläutert.
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Bei
dem in 1 gezeigten erfindungsgemäßen
Autark-Hydraulikspanner 1 wird im Betrieb die Einfahrbewegung
des Spannkolbens 3 durch das im Druckraum 11 befindliche
Hydraulikmittel gedämpft. Da das Hydraulikmittel im Druckraum 11 lediglich über
den Leckspalt zwischen dem Kolbenfuß 5 und der
Kolbenbohrung 4 des Gehäuses 2 in das Hydraulikreservoir 15 entweichen
kann, entsteht im Betrieb im Druckraum ein hoher Druck zur sicheren Dämpfung
von starken Einfahrbewegungen des Spannkolbens 3. Um ein
Entweichen von sich im Druckraum 11 bildenden Luftblasen
zu ermöglichen, sollte der Hydraulikspanner 1 so
angeordnet sein, dass diese Blasen über den Leckspalt in
das Hydraulikreservoir 15 entweichen können, um
so eine negative Beeinflussung des Dämpfungsverhaltens
durch im Druckraum verbleibende kompressible Luftpolster zu verhindern.
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Das
bei einer Einfahrbewegung des Spannkolbens 3 aus dem Druckraum 11 entweichende
Hydraulikmittel wird im Hydraulikreservoir 15 aufgenommen.
Wegen des einströmenden Hydraulikmittels erhöht
sich das Volumen des Hydraulikreservoirs 15. Da jedoch
wegen der Kolbenstange 6 die effektive Querschnittsfläche
des Hydraulikreservoirs 15 geringer ist als die Querschnittsfläche
des Druckraums 11, reicht allein die Bewegung des Kolbenfußes 5 bei
der Eindrückbewegung des Spannkolbens 3 nicht
aus, um eine ausreichende Volumenerhöhung zu realisieren,
weshalb sich der Freikolben 13 gegen die Vorspannkraft
der Rückstellfeder 21 zusätzlich in Spannrichtung
relativ zur Kolbenbohrung 4 axial bewegt. Durch den Doppeldichtring 16 erfolgt
hierbei eine radiale Abdichtung des Hydraulikreservoirs 15 sowohl gegenüber
der Innenwandung der Kolbenbohrung 4 als auch gegenüber
der Außenwandung der Kolbenstange 6, trotz der
axialen Bewegung der Dichtungsflächen 17, 18 gegenüber
der Kolbenstange 6 und der Kolbenbohrung 4. Dies
ermöglicht, dass das bei einer Eindrückbewegung
des Spannkolbens 3 aus dem Druckraum 11 ausströmende
Hydraulikmittel nicht verloren geht, sondern im Hydraulikreservoir 15 gespeichert
wird.
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Bei
einer Ausrückbewegung des Spannkolbens 3 strömt
das Hydraulikmittel aus dem Hydraulikreservoir 15 über
die Hydraulikkanäle 19 im Kolbenfuß 5 sowie
das auf der Rückseite angeordnete Rückschlagventil 20 zurück
in den Druckraum 11, wobei der im Druckraum 11 bei
der Ausrückbewegung entstehende Unterdruck den Ventilkörper
des Rückschlagventils 26 gegen die Vorspannung
der Ventilfeder öffnet. Durch das abnehmende Volumen im
Hydraulikreservoir 15 wird der Freikolben 13 durch die
Rückstellfeder 21 entgegen der Spannrichtung relativ
zu der Kolbenbohrung 4 bewegt. Die sowohl beim Ausdrücken
als auch beim Einrücken des Spannkolbens 3 entgegengesetzten
axialen Bewegungen des Freikolbens 13 relativ zur Kolbenstange 6 bzw.
zur Kolbenbohrung 4 des Gehäuses 2 erfordern
von den äußeren und inneren Dichtungsflächen 17, 18 des
Doppeldichtrings 16 sowohl gute radiale Dichtungseigenschaften
als auch axiale Bewegungsfähigkeit über einen
langen Betriebszeitraum. Dabei erfolgt die sichere Führung
des kombinierten Bauteils aus Freikolben 13 und Doppeldichtring 16 nicht
nur mittels der Bohrung 14 und des Außenumfangs
des Freikolbens 13, sondern auch mithilfe der äußeren und
inneren Führungsabschnitte 45, 46 des
Doppeldichtrings 16. Der als Dichtungsträger fungierende Freikolben 13 hat
durch seine Konstruktion neben einer guten axialen Führung
auf der Kolbenstange 6 bzw. in der Kolbenbohrung 4 auch
eine gute Abstützwirkung gegenüber dem zumindest
teilweise aus PTFE gefertigten Doppeldichtring. Im Hinblick auf
die Einsatzmöglichkeiten in Steuerkettentrieben von Verbrennungsmotoren
ermöglicht der Doppeldichtring mit den äußeren
und inneren Dichtungs flächen 16, 18 Betriebsdrücke
von bis zu 50 bar, Betriebstemperaturen bis zu 150°C sowie
Lastwechsel bis zu 200 Hz.
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Die
Speicherung des bei der Dämpfung der Einfahrbewegung des
Spannkolbens 3 aus dem Druckraum 11 austretenden
Hydraulikmittels in dem Hydraulikreservoir 15 sowie dessen
Rückführung bei einer Ausrückbewegung
des Spannkolbens 3 macht den vorliegenden erfindungsgemäßen
Hydraulikspanner unabhängig von einer Versorgung mit Hydraulikmittel
aus einem externen Hydraulikkreislauf, z. B. dem Ölkreislauf
des Verbrennungsmotors. Daher ist dieser autarke, hydraulisch betätigte
Kettenspanner unabhängig von einem externen Hydraulikkreislauf
einsetzbar und eröffnet somit ein vielfältiges Anwendungsspektrum.
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Die
in 1 dargestellte Konstruktion des Autark-Hydraulikspanners 1 ermöglicht
sowohl eine Montage der in dem hohlzylindrischen Gehäuse 2 angeordneten
Komponenten von der Spannseite als auch von der Montageseite. Darüber
hinaus ist auch eine Konstruktion des Autark-Hydraulikspanners 1 möglich,
bei der der Lochstopfen 23 als Teil des Gehäuses 2 ausgebildet
ist. Eine derartige einteilige Ausbildung von Lochstopfen 23 und
Gehäuse 2 erfordert zwar bei der Bearbeitung der Öffnung 25 an
der spannseitigen Stirnseite des Gehäuses einen höheren
Aufwand, jedoch können dann alle innen liegenden Bauteile
von der Montageseite her eingebaut werden. Weiter kann eine derartige
Konstruktion des Hydraulikspanners 1 durch die Vermeidung
der sonst notwendigen Toleranzen für die Verschraubung 24 zwischen
Lochstopfen 23 und Gehäuse 2 die Führung
der Kolbenstange 6 verbessern und dadurch die Gefahr des
Verkantens des Kolbenfußes 5 in der Gehäusebohrung 4 reduzieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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