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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für Endlostreibmitteltriebe,
insbesondere Steuerkettentrieb eines Verbrennungsmotors, mit einem
Gehäuse,
einem im Gehäuse
verschiebbar geführten
Spannkolben, einem zwischen Gehäuse
und Spannkolben gebildeten Druckraum für Hydraulikflüssigkeit
und einem Druckraumeinlass mit einem Rückschlagventil, das einen scheibenförmigen Ventilkörper aufweist.
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Insbesondere
bei Steuerkettentrieben eines Verbrennungsmotors ist es sehr wichtig,
dass die Steuerkette ausreichend geführt und gespannt wird, damit
es aufgrund der relativ hohen Geschwindigkeiten und der durch den
Motor- und Fahrbetrieb entstehenden Vibrationen nicht zu einem Überspringen
der Kette kommt. Darüber
hinaus müssen
Kettenlängungen
aufgrund von Wärmeeinwirkung
und Verschleiß durch
die Spannvorrichtung kompensiert werden. Üblicherweise wird hierzu eine
am Motor schwenkbar angeordnete Spannschiene verwendet, auf die
ein hydraulisch betätigter
Kettenspanner aufdrückt.
In vielen Fällen
ist der Kettenspanner an die Motorölhydraulik angeschlossen, so
dass eine lastabhängige Hydraulikversorgung
stattfindet. Eine möglichst
starke Dämpfung
wird auch dadurch erzielt, dass in dem Kettenspanner ein Rückschlagventil
vorhanden ist, das ein zu schnelles und zu starkes Einfahren des Spannkolbens
verhindert. Das Öl
im Druckraum des Kettenspanners fließt üblicherweise über einen
Leckspalt wieder ab, durch den dann hauptsächlich die Dämpfung bestimmt
wird. In den überwiegenden
Anwendungsfällen
wird ein Kugelrückschlagventil
verwendet.
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Eine
gattungsgemäße Spannvorrichtung
mit einem scheibenförmigen
Ventilkörper
ist z.B. aus der
EP
0919744 A1 bekannt. Am oberen Ende des Ventilkörpers befindet
sich ein Stößel, der
in eine Hülse eines
Füllkörpers im
Inneren des Spannkolbens eingesteckt ist. Innerhalb der Hülse ist
der Stößel unter Zwischenfügung eines
Metall-O-Rings geführt, der eine
gewisse Radialkraft auf diesen ausübt, so dass das Verschieben
des Stößels unter
Reibeinflüssen erfolgt.
Aufgrund dieser Reibverbindung zwischen dem plattenförmigen Ventilkörper und
dem Spannkolben hingt das Öffnen
und Schließen
des Ventilkörpers
auch unmittelbar von der Bewegung des Spannkol bens ab. Der Reibmechanismus
verhindert, dass der Ventilkörper
zu stark auf den Ventilsitz gepresst wird.
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Des
Weiteren ist aus der
US 4940447 eine Spannvorrichtung
mit geschlossenem Ölkreislauf
bekannt. Bei dieser wird zwischen zwei Kammern Öl zu Dämpfungszwecken über ein
Rückschlagventil
ausgetauscht. In einigen Ausführungsformen
kommt ein plattenförmiger
Ventilkörper
zum Einsatz, der lose in einem Ventilkäfig aufgenommen ist.
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Die
Anwendung von Spannvorrichtungen im Automobilbereich erfordert ein
sehr schnelles Ansprechverhalten und hohe Lebensdauer der Rückschlagventile.
Selbstverständlich
spielen auch Kostenfaktoren bei der Serienproduktion eine entscheidende
Rolle. Die Ingenieure sind daher bestrebt, bislang verwendete kompliziertere
Konstruktionen für diesen
Einsatzzweck weiter zu vereinfachen und nach Kostengesichtspunkten
zu optimieren.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung
der eingangs genannten Art mit einem zuverlässigen, kostengünstigen
Rückschlagventil
für hohe
Schaltzyklen auszurüsten.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass das Rückschlagventil
einen hülsenförmigen Führungskörper aufweist,
in dem der Ventilkörper
mit seiner Außenumfangsfläche axial beweglich
und kippstabilsicher geführt
ist. Die Erfinder haben nunmehr herausgefunden, dass bei den zu
erwartenden hohen Schaltfrequenzen von bis zu 200 Hz und teilweise
darüber
es von großem
Vorteil ist, wenn der plattenförmige
Ventilkörper
möglichst über seinen
gesamten Bewegungsbereich sehr gut geführt wird. Eine solche Führung lässt sich
bei einem plattenförmigen
Ventil am Besten durch einen hülsenförmigen Führungskörper erzielen,
der möglichst
viel Führungsfläche bereitstellt.
Die Führung soll
derart erfolgen, dass sie kippstabilsicher erfolgt. Gemäß der
EP 0919744 A1 erfolgt
die Führung
mittels eines am Ventilkörper
angeordneten Stößels, so dass
eine Fehlfunktion der Scheibe wohl auszuschließen ist. Bei der
US 4940447 wird auf eine kippstabilsichere
Führung
an der Außenumfangsfläche verzichtet.
Vielmehr ist dort der Ventilkörper
lose in einem Ventilkäfig
angeordnet. Bei den insbesondere auf dem Automobilsektor vorliegenden
Schaltfrequenzen für
das Rückschlagventil
wird von Seiten der Erfinder eine genaue kippstabilsichere Führung gefordert,
um den Lebensdaueranforderungen gerecht zu werden. Gegenüber den
in der Praxis häufig verwendeten
Kugel-Rückschlagventilen
hat der Einsatz von einem scheibenförmigen Ventilkörper Gewichtsvorteile,
was die Schaltfrequenz erhöht,
und Kostenvorteile, wodurch diese für den Serieneinsatz sehr gut
geeignet sind.
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Diese
positiven Ergebnisse lassen sich insbesondere bei einer Ausführungsform
dadurch erreichen, dass das Spiel zwischen dem Führungskörper und der Außenumfangsfläche des
Ventilkörpers
im Bereich von 0,01–0,03-fachen
des Durchmessers des Ventilkörpers
beträgt.
Hierdurch ist sichergestellt, dass eine sehr enge Führung des
Ventilkörpers durch
den Führungskörper stattfindet,
um auf jeden Fall ein Verkippen desselben und dadurch ein Blockieren
des Ventilmechanismus zu verhindern.
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Damit
durch möglichst
geringe Schaltwege bereits ein großer Volumenstrom durch das
Ventil hindurchfließen
kann, ist bei einer Variante vorgesehen, dass der hülsenförmige Führungskörper Bestandteil
eines Ventilkäfigs
ist, der mindestens einen Überströmschlitz
derart aufweist, dass mittels des mindestens einen Überströmschlitzes
in geöffnetem Zustand
des Rückschlagventils
eine Kurzschlussströmung
an der Außenumfangsfläche des
Ventilkörpers
vorbei ermöglicht
ist. Neben der Führungsfunktion
weist der Führungskörper bzw.
der Ventilkäfig noch
eine geeignete Ausgestaltung durch die Überströmschlitze auf, um sofort eine
Strömung
in Umgehung des Ventilkörpers
herbeizuführen.
Trotz dieser Umströmungslösung bleibt
der Ventilkörper
weiterhin ausreichend kippstabilsicher in dem Führungskörper geführt.
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Bevorzugt
kann der mindestens eine Überströmschlitz
in axialer Richtung im Wesentlichen unmittelbar an einen Ventilsitz
angrenzen und eine axiale Länge
Ls aufweisen, die größer ist als eine Höhe H des
Ventilkörpers.
Durch die unmittelbare Angrenzung an den Ventilsitz tritt die Umgehungswirkung des Überströmschlitzes
unmittelbar nach Abheben des Ventilkörpers von dem Ventilsitz ein.
Hierdurch entsteht keine Verzögerung,
sondern ein möglichst großer Volumenstrom
steht von Anfang an zum Einströmen
in die Druckkammer bereit.
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Des
Weiteren kann der hülsenförmige Führungskörper und/oder
der Ventilkäfig
eine Hubbegrenzungseinrichtung zum Begrenzen des Öffnungshubs
des Ventilkörpers
auf eine Wegstrecke, die maximal dem 0,5-fachen einer Höhe H des
Ventilkörpers entspricht.
Trotz relativ kleiner Öffnungshübe wird dennoch
die vollständige
Funktion des Rückschlagventils
sichergestellt. Neben der durch die Form des Ventilkörpers vorhandenen
geringeren Masse sorgt der relativ kleine Öffnungshub auch dafür, dass
die Impulse, mit denen der Ventilkörper auf dem Ventilsitz auftrifft,
aufgrund der nur geringen zur Verfügung stehenden Wegstrecke sich
ausreichend in Grenzen halten lassen.
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Um
eine kompakte Baueinheit zu erhalten, die als Rückschlagventil gemeinsam in
das Gehäuse einsetzbar
ist, kann das Rückschlagventil
eine den Ventilsitz und eine Ventilöffnung aufweisende Ventilplatte
umfassen. Die Ausgestaltung des Ventilsitzes, der Ventilöffnung und
der Ventilplatte relativ zueinander sowie der Verwendung geeigneter
Materialien lässt
sich bei einer so vorgefertigten Baueinheit viel besser bestimmen,
als wenn Bestandteile des Gehäuses
der Spannvorrichtung in die eigentliche Ventilkonstruktion unmittelbar
mit einbezogen werden.
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Hierzu
kann die Ventilplatte eine koaxial zur Ventilöffnung angeordnete Aufnahmevertiefung
aufweisen, in der ein Flanschring des Ventilkäfigs im Wesentlichen passgenau
angeordnet ist. Bei einem so angeordneten Ventilkäfig ist
es dann möglich,
diesen mit der Ventilplatte zu verkleben, zu verpressen, lose zusammen
zu stecken oder zu verlöten.
Der vertieft in der Aufnahmevertiefung sitzende Ventilkäfig sorgt
dafür,
dass die gesamte Bauhöhe
des Rückschlagventils
nicht zu hoch wird. In diesem Zusammenhang besteht auch die Möglichkeit,
dass der Ventilkäfig
von einer eventuell in der Druckkammer der Spannvorrichtung angeordneten
Feder auf die Ventilplatte und in die Aufnahmevertiefung gedrückt wird.
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Schnelle
Schaltfrequenzen lassen sich insbesondere dann erzielen, wenn gemäß einer
Ausführungsform
das Verhältnis
von dem Volumen des Ventilkörpers
und einem Durchmesser einer Ventilöffnung höchstens 10:1, bevorzugt, höchstens
8:1, beträgt.
Bei bislang meist eingesetzten Kugelrückschlagventilen beträgt dieses
Verhältnis
leicht über 20:1.
Hierdurch wird deutlich, dass in Abhängigkeit des verwendeten Materials
mit einer sehr kleinen Masse hinsichtlich des Ventilkörpers gearbeitet
werden kann, was wiederum hohe Schaltfrequenzen ermöglicht.
Ein Vergleich mit einem Kugelrückschlagventil ähnlicher
Leistungsfähigkeit
zeigt, dass bei dem erfindungsgemäß verwendeten Rückschlagventil
mit plattenförmigem
Ventilkörper
die Bauteilbelastung an dem Ventilsitz und an dem Käfig geringer sind.
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Um
den Öffnungs-
und Schließvorgang
des Ventilkörpers
noch besser steuern zu können,
kann das Rückschlagventil
eine Ventilfeder aufweisen, die zwischen dem Ventilkörper und
dem Ventilkäfig
angeordnet ist und den Ventilkörper
in eine Schließstellung
drückt.
Zum Öffnen
des Rückschlagventils
muss erst einmal die anfängliche
Ventilfederkraft überwunden
werden, um ein Einströmen
des Öls
in die Druckkammer zu gewähren.
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Eine
besonders einfallsreiche Version der Wiedereinbindung von Abfallrohstoffen
in einen Produktionsprozess und somit auch die Verwendung in einem
bestimmten Bauteil sieht vor, dass der Ventilkörper durch ein Kettenlaschenfertigungsverfahren hergestellt
ist und in diesem Verfahren als Stanzabfall angefallen ist. Nachdem
einige Kettenhersteller nicht nur als reine Kettenproduzenten, sondern
im Hinblick auf die Automobilindustrie auch als Systemzulieferer
ganze Kettentriebe mit den zugehörigen Bauelementen
herstellen, wurde von den Erfindern im Zuge einer Verbesserung,
die Weiterverarbeitung des beim Kettenlaschenfertigungsverfahren
anfallenden Stanzabfalls in Betracht gezogen. Eine solche Spannvorrichtung
mit dem so ausgerüsteten
Rückschlagventil
ist demnach günstiger
zu fertigen.
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Des
Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen
eines Rückschlagventils
mit einem scheibenförmigen
Ventilkörper.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest der Rohling
für den
scheibenförmigen
Ventilkörper
als Stanzabfall bei einem Kettenlaschenstanzprozess erhalten wird.
Runde scheibenförmige Stanzabfälle werden
insbesondere beim Herausstanzen der Öffnungen in Kettenlaschen erzeugt.
Nachdem es Ketten in unterschiedlicher Größe gibt, falten auch eine ganze
Reihe solcher Stanzabfälle
in unterschiedlichen Abmessungen an. Hierdurch könnte auch eine gesamte Palette
an verschiedenen Ventilkörpergrößen bzw.
hierfür
geeigneten Rohlingen bereitgestellt werden.
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Mittels
des Druckraumeinlasses soll vorrangig Öl von außerhalb des Gehäuses ins
Innere des Gehäuses
strömen.
Hierzu weist die Spannvorrichtung vorrangig nur einen einzigen Druckraum
auf.
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Im
Folgenden wird die vorliegenden Erfindung anhand einer Zeichnung
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Kettenspanners im Vollschnitt,
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2 das
in 1 schematisch dargestellte Rückschlagventil in einer Draufsicht,
und
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3 das
Rückschlagventil
aus 2 entlang der Linie III-III geschnitten.
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Der
in 1 dargestellte Kettenspanner 1 dient
zum Andrücken
einer nicht näher
dargestellten Spannschiene an die Steuerkette eines Steuerkettentriebs
bei einem Verbrennungsmotor. Hierzu umfasst der Kettenspanner 1 ein
hülsenförmiges Gehäuse 2 mit
einer zylindrischen Kolbenbohrung 3 und einen in der Kolbenbohrung 3 verschiebbar
geführten Spannkolben 4,
der mit seiner Stirnfläche 5 auf
einen in geeigneter Weise ausgestalteten Bereich einer Spannschiene
aufdrückt.
Das Gehäuse 2 ist über nicht
näher dargestellte
Befestigungsmöglichkeiten mit
dem Motorgehäuse
verbunden. Die Grundfläche 6 des
Gehäuses 2 steht
mit einer nicht dargestellten Anschlussfläche des Motorgehäuses in
Verbindung und ein ebenfalls nicht dargestellter Hydraulikkanal der
Motorölhydraulik
mündet
in Fluchtung mit der Einlassöffnung 7 in
dem Gehäuse 2.
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Der
Spannkolben 4 ist als Hohlkolben ausgebildet und nimmt
in seinem Inneren zumindest teilweise eine Druckfeder 8 auf,
die sich am Grund 9 der Kolbenbohrung 3 abstützt. Zwischen
dem Spannkolben 4 und dem Gehäuse 2 ist ein Druckraum 10 gebildet,
in dem im Betrieb Motoröl
enthalten ist. Bei einigen Ausführungsformen
kann das Volumen des Druckraums 10 noch durch einen innerhalb
der Druckfeder 8 geführten
Füllkörper reduziert
sein. Dieser verringert dann zumindest das Volumen im Bereich der
Bohrung 11 an der Rückseite
des Spannkolbens 4. Aufgrund des Spiels zwischen Spannkolben 4 und
Gehäuse 2 verbleibt
zwischen diesen ein Leckspalt, so dass eine bestimmte Ölmenge an
der Vorderseite 12 des Gehäuses wieder austreten kann.
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Im
Anschluss an die Einlassöffnung 7 befindet
sich im Grund 9 eine Aufnahmeöffnung 12 zur Aufnahme
eines Rückschlagventils 13.
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Das
Rückschlagventil 13,
das im Folgenden näher
beschrieben wird, ist am Besten in den 2 und 3 zu
erkennen.
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Das
Rückschlagventil 13 weist
eine scheibenförmige
Ventilplatte 14 auf, in der eine kreisrunde Ventilöffnung 15 sowie
im Anschluss an diese eine Aufnahmevertiefung 16 angeordnet
ist. In die Aufnahmevertiefung 16 ist ein hülsenförmiger Ventilkäfig 17 eingepresst.
Hierzu weist der Ventilkäfig
einen umlaufenden Flanschring 18 auf, dessen Höhe im Wesentlichen
der Tiefe der Aufnahmevertiefung 16 entspricht. Der untere
Bereich des Ventilkäfigs 17 ist als
Führungshülse mit
einer Führungsbohrung 19 ausgestaltet.
In dieser Führungsbohrung 19 ist
ein scheiben- bzw. plattenförmiger
Ventilkörper 20 angeordnet.
Der die Ventilöffnung 15 umgebende
Randbereich der Ventilplatte 14 bildet den Ventilsitz 21,
auf dem die Unterseite des Ventilkörpers 20 im geschlossenen
Zustand aufsitzt bzw. im vorliegende Ausführungsbeispiel flach aufliegt.
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Der
Ventilkäfig 17 weist
im Anschluss an den Ventilkörper 20 einen
zentralen Strömungskanal 22 mit
endseitiger Auslassöffnung
auf. In einem Winkel von jeweils 120° zueinander versetzt sind in
dem Ventilkäfig 17 Überströmschlitze 24 angeordnet.
Die Breite der Überströmschlitze 24 entspricht
im Wesentlichen der Höhe
H des Ventilkörpers 20.
Die Führungsbohrung 19 ist
etwas tiefer ausgestaltet als die Höhe H des Ventilkörpers 20,
so dass bis zum Anschlag des Ventilkörpers 20 an die Anschlagstufe 25 des
Ventilkäfigs 17 ein
bestimmter Öffnungshub
zurückgelegt
wird. Die Wegstrecke für
den Öffnungshub
entspricht in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa der 0,2-fachen
Höhe H
des Ventilkörpers 20.
Bei anderen Ausführungsformen
soll dieser Öffnungshub
möglichst
nicht größer als
der 0,5-fachen der Höhe
H entsprechen.
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Das
Spiel zwischen dem Ventilkörper 20 und der
Führungsbohrung 19 soll
so bemessen sein, dass eine kippstabilsichere Führung in axialer Richtung gewährt ist.
Hierzu ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel das Spiel so
gewählt,
dass es aufgrund des Toleranzbereichs dem 0,01–0,03-fachen des Durchmessers
des Ventilkörpers 20 entspricht.
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Die Überströmschlitze 24 erstrecken
sich bis zu dem Ventilsitz 21 und ragen in ihrer Höhe (sieh 3) über den
Ventilkörper 20 einschließlich Öffnungshub
hinaus. Die Überströmschlitze 24 erstrecken
sich in radialer Richtung von der Ventilplatte 14 bis zur
Führungsbohrung 19,
so dass in diesem Bereich ein seitliches Ausströmen mög lich ist. Darüber hinaus
bieten die Überströmschlitze 24 die
Möglichkeit
einer Kurzschlussströmung
an der Außenumfangsfläche des
Ventilkörpers 20 vorbei,
sobald dieser von dem Ventilsitz 21 abhebt.
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Die
Ventilplatte 14 ist in die entsprechende Aufnahmeöffnung 12 im
Gehäuse 2 eingepresst.
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Im
Folgenden wird die Wirkungs- und Funktionsweise des oben beschriebenen
Kettenspanners 1 näher
erläutert.
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Der
hier beschriebene Kettenspanner 1 wird für den Steuerkettentrieb
bei einem Verbrennungsmotor verwendet. Durch die schnell laufende
Kette und aufgrund des Anschlusses an die Motorölhydraulik entstehen im hydraulischen
Kreislauf des Kettenspanners 1 Druckschwingungen, die zu
einem schnellen Schließen
und Öffnen
des Rückschlagventils 13 führen. Durch
die relativ geringe Masse des scheibenförmigen Ventilkörpers 20 (bevorzugt
beträgt
das Verhältnis
von dem Volumen des Ventilkörpers
und dem Durchmesser der Ventilöffnung
höchstens
10:1, bevorzugt höchstens
8:1) und der geringen Öffnungshübe sind
Schaltfrequenzen von bis über 200
Hz möglich.
Das Rückschlagventil 13 besteht
nur aus wenigen Bauteilen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus drei. Diese
sind kostengünstig
herzustellen. Zum Beispiel kann der Ventilkäfig 17 als Spritzgussteil
mit den integrierten Überströmschlitzen 24 ausgebildet
werden. Auch der kreisrunde Ventilkörper 20 ist sehr leicht
herstellbar. Zum Beispiel könnte
zumindest der Rohling für
diesen Ventilkörper
bei der Kettenlaschenfertigung als Stanzabfall automatisch anfallen.
Insbesondere das Ausstanzen der Löcher in den Laschen eignet
sich hierzu hervorragend.
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Der
Ventilkörper 20 kann
aus den unterschiedlichsten Materialien (z.B. Metallen, Kunststoff) hergestellt
werden, wodurch eine Optimierung hinsichtlich der Masse und damit
des Verhaltens bezüglich
der Schaltfrequenzen möglich
ist.
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Der
Ventilkäfig 17 kann
durch Verstemmen oder Verstemmen in der Ventilplatte 14 befestigt
werden. Hier besteht aber auch die Möglichkeit, dass der Ventilkäfig 17 durch
die im Inneren des Kettenspanners 1 angeordnete Druckfeder 8 mittels
Kraftschluss gesichert wird.
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Im
Vergleich zu Kugelrückschlagventilen weist
das hier verwendete Rückschlagventil 13 einen größeren Ölvolumenstrom
in Ventilöffnungsrichtung bei
geringerem Weg des Ventilkörpers 20 auf.
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Zwar
ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine Variante ohne Vorspannung des Ventilkörpers 20 gezeigt,
prinzipiell ist es jedoch möglich, auch
hier eine Feder einzusetzen, so dass erst einmal eine bestimmte Öffnungskraft überwunden
werden muss. Ein solches Rückschlagventil
hätte dann vier
Bauteile.
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Eine
eventuell vorhandene Ventilfeder ist dann zwischen dem Ventilkörper 20 und
dem Ventilkäfig 17 angeordnet
und drückt
den Ventilkörper 20 in eine
Schließstellung.