DE102006031520A1

DE102006031520A1 - Vorrichtung zur Verringerung von Druckspitzen in einem hydraulischen Ölleitungssystem mit einem Rückschlagventil

Info

Publication number: DE102006031520A1
Application number: DE200610031520
Authority: DE
Inventors: Roman Dipl.-Ing. Kern (FH); Bernd Dipl.-Ing. Hartmann; Sebastian Dipl.-Ing. Block (BA)
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2008-01-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Ölleitungssystem mit einem Rückschlagventil (6) und einem mit Öl versorgbaren Aktuator (5). Um unerwünschte Druckschwankungsspitzen in dem Ölleitungssystem zu verringern, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass in einer zu dem Aktuator (5) führenden Ölleitung (1) in Ölströmungsrichtung (4) dicht vor dem Rückschlagventil (6) ein Mittel angeordnet oder ausgebildet ist, mit dem Druckspitzen in dem in der Ölleitung (1) geführten Öl reduzierbar sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Ölleitungssystem mit einem Rückschlagventil und einen mit Öl versorgbaren Aktuator. Ein solcher Aktuator kann beispielsweise ein Zugmittelspannelement an einem Zugmitteltrieb einer Brennkraftmaschine sein.
Hintergrund der Erfindung
Insbesondere in Kraftfahrzeugen werden Zugmittelspanner an Zugmitteltrieben verwendet. Sie dienen dem Spannen eines Riemens oder einer Kette zum Antreiben von verschiedenen Aggregaten, z.B. an einem Motorblock eines Kraftfahrzeuges oder an anderen Maschinenteilen und Antriebsaggregaten. Die Zugmitteltriebe werden beispielsweise benutzt, um Nockenwellen von der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine anzutreiben, welche die Einlass- bzw. Auslassventile des Motors öffnen und schließen. Auch andere Nebenaggregate, wie beispielsweise Wasserpumpe, Kraftstoffpumpe, Klimaanlagenkompressor usw. können durch solche Zugmitteltriebe angetrieben werden. Beispiele für hydraulische Spannvorrichtungen für Zugmitteltriebe sind aus den Druckschrif ten DE 196 80 338 C1 , DE 29 508 244 U1 und DE 10 2004 04 222 A1 bekannt. Die Druckmittelversorgung einer solchen hydraulischen Spannvorrichtung erfolgt üblicherweise mittels Motoröl, welches über eine Ölleitung von einer Motorölpumpe der Brennkraftmaschine zuführbar ist.
Hydraulische Zugmittelspanner sind bekanntermaßen hochdynamischen Belastungen ausgesetzt, die unter anderem durch Schließvorgänge von Rückschlagventilen in denselben, durch Schwingungsanregungen aus dem Verbrennungsmotor sowie aus dem Zugmitteltrieb entstehen. Diese führen letztlich zu Druckschwankungen im Öl in der zu dem hydraulischen Zugmittelspanner führenden Ölleitung, welche Druckspitzen aufweisen, die das Betriebsverhalten eines Rückschlagventils im hydraulischen Zugmittelspanner nachteilig verändern.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verringerung von Druckspitzen eines Druckmittels in einem hydraulischen Ölleitungssystem mit einem Rückschlagventil zu schaffen, die vergleichsweise kostengünstig ausgebildet ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch Druckschwankungen in einer Ölleitung Druckspitzen verursacht werden, welche die Betriebscharakteristik eines Rückschlagventils und damit die Funktion eines mit der Ölleitung verbundenen Aktuators, wie beispielsweise eines Zugmittelspannelementes, negativ beeinflussen können.
Die Erfindung geht daher gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs aus von einem hydraulischen Ölleitungssystem mit einem Rückschlagventil und mit einem durch die Hydraulikflüssigkeit versorgbaren Aktuator, das zur Lösung der gestellten Aufgabe dadurch gekennzeichnet ist, dass in einer zu dem Aktuator führenden Ölleitung in Ölströmungsrichtung dicht vor dem Rückschlagventil ein Mittel angeordnet oder ausgebildet ist, mit dem Druckspitzen in dem in der Ölleitung geführten Öl reduzierbar sind.
Der genannte Aktuator und das erwähnte Mittel können gemäß verschiedener Varianten der Erfindung unterschiedlich ausgebildet sein. In jedem Fall werden durch das Mittel jedoch Druckspitzen in der Ölleitung derartig reduziert, dass ein gewünschter Betrieb des Aktuators störungsfrei durchführbar ist. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Aktuator als ein hydraulisches Zugmittelspannelement ausgebildet und das Rückschlagventil ein Bestandteil desselben ist. Ein solches Zugmittelspannelement wirkt, wie eingangs bereits erwähnt, mit einer bestimmten Kraft auf ein Umschlingungsmittel in einem Zugmitteltrieb und sorgt so für ein sicheres Betriebsverhalten desselben.
Das erwähnte Mittel zum Abbau von Druckspitzen in dem Druckmittel in der Ölleitung kann gemäß einer ersten Variante als ein hinsichtlich seines Volumens variabler Ausgleichsraum ausgebildet ist, der in die zu dem Aktuator führenden Ölleitung drucktechnisch eingebunden ist und bevorzugt unmittelbar vor dem Rückschlagventil ausgebildet oder angeordnet ist. Mit diesem Ausgleichsraum steht ein das Volumen dieses Ausgleichsraumes veränderndes Betätigungsglied in Wirkverbindung, welches als Kolben oder als Membran ausgebildet ist.
Bei einer Ausbildung des Betätigungsgliedes als Kolben ist dieser bevorzugt von einem Stellmittel, beispielsweise von einem piezoelektrischen Aktor betätigbar, der von einem elektronischen Steuergerät im Sinne einer axialen Auslenkung desselben zur Betätigung ansteuerbar ist. Solche piezoelektrischen Aktoren sind besonders gut für die ihnen im Rahmen der Erfindung zugeteilten Aufgaben geeignet, da mit diesen sehr schnelle Stellbewegungen und vergleichsweise hohe Stellkräfte erzeugbar sind. Ausreichend lange Betätigungswege sind durch axiale Aneinanderreihung von Piezo-Elementen in Stapeln erzielbar.
Gemäß einer anderen Variante kann vorgesehen sein, dass das als Kolben ausgebildete Betätigungsglied von einer Feder belastet ist, die sich anderenends an einem feststehenden Bauteil abstützt. Druckspitzen in dem unter Hydraulikdruck stehendem Öl in der Ölleitung werden dann von dem Kolben an die Feder weitergeleitet, die zusammen mit der Gleitreibung des bewegten Kolbens zusätzlich zur Volumenvergrößerung des Ausgleichsraumes einen Teil der Energie der Druckschwingung im Öl in Wärme umwandeln kann. Die Federkraft dieser am Kolben angreifenden Feder ist dabei kleiner ausgelegt als diejenige Federkraft, die auf ein Verschlussmittel des Rückschlagventils wirkt. Bei einem Kugelrückschlagventil ist dieses Verschlussmittel die Feder, die in Schließrichtung auf die Kugel wirkt.
Das erwähnte Mittel kann in einer weiteren Variante der Erfindung als ein zusätzliches, bei starken Druckspitzen in der Ölleitung öffnendes Rückschlagventil ausgebildet sein, welches in der Nähe eines aktuatorseitigen Rückschlagventils an der Ölleitung angeordnet ist.
Außerdem wird es als vorteilhaft beurteilt, wenn vorgesehen ist, dass das aktuatorseitige Rückschlagventil im Aktuator bzw. im Zugmittelspannelement in Ölströmungsrichtung axial verschiebbar ausgebildet und durch ein zusätzliches Federelement entgegen der Strömungsrichtung axial vorgespannt ist. Dazu ist das zusätzliche Federelement am aktuatorseitigen Rückschlagventil bevorzugt als Druckfeder ausgebildet.
Um den Normalbetrieb des Rückschlagventils hinsichtlich seiner Auslegung nicht negativ zu beeinflussen, ist vorgesehen, dass die Federkraft des zusätzlichen Federelementes am aktuatorseitigen Rückschlagventil geringer ist als die Federkraft der auf ein Verschlussmittel dieses Rückschlagventils wirkenden zweiten Feder. Dabei ist diese letztgenannte Feder diejenige, welche üblicherweise in Kugelrückschlagventilen zum Einsatz kommt.
Durch diese Bauweise ist das aktuatorseitige Rückschlagventil in einem gewissen Bereich axial verschiebbar und durch die zusätzliche Feder axial vorgespannt verbaut. Somit werden auftretende Druckspitzen in der Ölleitung minimiert. Das Rückschlagventil kann bei Druckspitzen geschlossen gehalten werden, weil das Rückschlagventil durch das unter Druck stehende Öl als Ganzes zuerst gegen das zusätzliche Federelement gedrückt wird, dessen Federkraft geringer ist als die Federkraft der im Rückschlagventil vorgesehenen Feder, welche das Rückschlagventil schließt.
Schließlich kann in einer letzten Variante der Erfindung vorgesehen sein, dass das Mittel zur Reduzierung der Öldruckspitzen als eine an der Ölleitung in Ölströmungsrichtung vor dem Rückschlagventil (beispielsweise des Aktuators) angeordnete Bypassleitung ausgebildet ist, deren Länge um die Hälfte der Wellenlänge der Druckspitze in der Ölleitung kürzer oder länger ist als die direkte Verbindung der Ölleitung zum Rückschlagventil.
Im Betrieb treffen sich im kurz vor dem Rückschlagventil beispielsweise des Zugmittelspannelementes das Wellenmaximum aus der direkten Verbindung von der Ölleitung zum Zugmittelspannelement sowie das Wellenminimum aus der Bypassleitung, und gleichen sich hinsichtlich ihrer Amplitudenspitze gegenseitig aus. Das Rückschlagventil wird dadurch weniger oder gar nicht mehr zu einem unerwünschten Betriebsverhalten angeregt.
Eine solche Vorrichtung gemäß der Erfindung kann zwar als weniger vorteilhaft beurteilt werden, weil die Länge der Bypassleitung auf nur einen vergleichsweise engen Frequenzbereich der die Druckspitze erzeugenden Fluidschwingung in der Ölleitung ausgelegt ist, dennoch kann durch eine solche statische und ohne weitere Aktoren auskommende Vorrichtung von Vorteil sein, wenn durch Untersuchungen zuvor festgestellt werden konnte, welche die Druckspitzen erzeugenden Druckschwingungen als besonders schädlich beurteilt werden. Eine auf diese Fluidschwingungen abgestimmte Länge der Bypassleitung würde sehr wohl die gestellte Aufgabe erfüllen.
Durch die erfindungsgemäßen Lösungen werden mit einfachen sowie kostengünstigen Maßnahmen Druckschwankungsspitzen in der Ölleitung entfernt und dadurch die Funktion der Rückschlagventile und der davon abhängigen Aktuatoren, wie beispielsweise Zugmittelspannelementen, verbessert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Darin zeigt
1 eine schematische Funktionsansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung in einer zu einem Zugmittelspannelement führenden Ölleitung in eine ersten Ausführungsform,
2 eine schematische Funktionsansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform,
3 eine schematische Funktionsansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer dritten Ausführungsform,
4 eine schematische Funktionsansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer vierten Ausführungsform, und
5 einen Längsschnitt durch ein Rückschlagventil gemäß der dritten Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In den 1 bis 4 ist jeweils eine Ölleitung 1 dargestellt, durch die Motoröl von einer nicht dargestellten Ölpumpe einer Brennkraftmaschine zuführbar ist. Dieses Öl gelangt gemäß dem die Ölströmungsrichtung 4 kennzeichnenden Pfeil bis zu einem ersten Rückschlagventil 6 eines hinsichtlich seines Ausbaus weitgehend konventionellen hydraulischen Zugmittelspannelementes 5, welches im Wesentlichen so aufgebaut ist, wie die Zugmittelspannelemente gemäß der DE 196 80 338 C1 und der DE 295 08 244 U1 . Demnach verfügt es über ein Gehäuse und einen darin axial verschiebbaren Kolben 3, der auf eine nicht dargestellte Spannschiene eines Kettentriebes wirkt.
Durch den Betrieb der Brennkraftmaschine und/oder anderer mit der Ölleitung 1 in Verbindung stehender Ventile oder Aggregate entstehen in dieser Ölleitung Druckschwingungen, die mit ihren Amplitudenmaxima Druckspitzen aufweisen, welche auch auf das Rückschlagventil 6 am Zugmittelspannelement 5 wirken. Dadurch wird das Betriebsverhalten des Rückschlagventils 8 und letztlich auch des Zugmittelspannelementes 5 negativ beeinflusst. Dies kann dann bei einem nicht ordnungsgemäß gespannten Kettentrieb zu einem Zahnspringen führen, wodurch auch die Brennkraftmaschine selbst beschädigt werden kann.
Bei der Ausführungsform der Vorrichtung gemäß 1 ist in der Ölleitung 1 in Ölströmungsrichtung 4 vor dem Rückschlagventil 6 des Zugmittelspannelementes 5 ein hinsichtlich seines Volumens variabler Ausgleichsraum 7 angeordnet. Diesem Ausgleichsraum 7 ist ein Betätigungsglied 8 in Gestalt eines Kolbens zugeordnet, der von einer Feder 9 gegen ein gehäusefestes Bauteil gehalten ist. Entsprechend einer davon abweichenden Variante ist der Kolben 8 gemäß 1 durch einen piezoelektrischen Aktor 18 derart mit einer axialen Stellkraft beaufschlagbar, dass sich dieser in einer seiner beiden Bewegungsrichtungen bewegt. Dieses Betätigungsglied 8 bzw. der piezoelektrischen Aktor 18 ist von einer nicht dargestellten Steuereinheit hinsichtlich einer Betätigung aktiv ansteuerbar.
Durch das Betätigungsglied 8 kann das Volumen des Ausgleichsraumes 7 in Abhängigkeit von auftretenden Druckschwingungen bzw. Druckschwankungen und den dabei auftretenden Druckspitzen verändert werden. Bei einem Druckanstieg in der Ölleitung 1 wird das Volumen des Ausgleichsraumes 7 kurzzeitig vergrößert, indem das federbelastete Betätigungsglied 8 zusammengedrückt oder der piezoelektrischen Aktor 18 zusammengezogen wird. Verringert sich der Öldruck in der Ölleitung 1 dagegen, so wird das Betätigungsglied 8 in Richtung zum Ausgleichsraum 7 bewegt, so dass sich dessen Volumen verringert.
In die Ölleitung 1 der Vorrichtungsvariante gemäß 2 ist in Ölströmungsrichtung 4 vor dem Rückschlagventil 6 des Zugmittelspannelementes 5 in einer Ölzuleitung 2 ein weiteres Rückschlagventil 10 angeordnet. Dieses Rückschlagventil 10 öffnet bei hohen Ölrücken druckbezogen vor dem Rückschlagventil 6 und glättet dadurch den Druckverlauf in den Ölleitungen 1 und 2, insbesondere vor dem Zugmittelspannelement 5.
Bei der dritten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß 3 ist das Rückschlagventil 6 im Zugmittelspannelement 5 in Ölströmungsrichtung 4 in einem gewissen Bereich in axialer Richtung gemäß dem Pfeil 11 verschiebbar ausgebildet. Dazu ist das Rückschlagventil 6 als Ganzes durch ein zusätzliches Federelement 12 axial vorgespannt, welches hier als Druckfeder ausgebildet ist. Dabei ist die Federkraft des zusätzlichen Federelementes 12 geringer ist als die des ohnehin konventionell federbelasteten Rückschlagventils 6 ausgebildet. Das Rückschlagventil 6 kann daher bei Druckspitzen geschlossen gehalten werden, da solche zuerst gegen das zusätzliche und hinsichtlich seiner Federkraft schwächere Federelement 12 drücken, bevor das Rückschlagventil 6 in Öffnungsrichtung aktiviert wird.
4 zeigt eine letzte Variante der Erfindung, bei der in der Ölleitung 1 in Ölströmungsrichtung 4 vor dem Rückschlagventil 6 des Zugmittelspannelementes 5 eine Bypassleitung 13 ausgebildet ist. Die Länge der Bypassleitung 13 ist um die Hälfte der die unerwünschte Druckspitze erzeugenden Wellenlänge kürzer oder länger als die direkte Verbindung der Ölleitung 1 zum Rückschlagventil 6 des Zugmittelspannelementes 5. Dadurch können sich das Wellenmaximum aus der direkten Verbindung der Ölleitung 1 und das Wellenminimum aus der Bypassleitung 13 zum Zugmittelspannelement 5 betragsmäßig zumindest weitgehend ausgleichen.
In 5 ist beispielhaft ein Längsschnitt eines an sich bekannten Rückschlagventils 6 gezeigt, das in das Zugmittelspannelement 5 gemäß 3 in Grenzen axialbeweglich integriert ist. Im Gehäuse 14 des Rückschlagventils 6, das eine Ausströmöffnung 15 aufweist, befindet sich ein Ventilsitz 16 mit einer Durchflussöffnung 17, der axial von dem als Druckfeder ausgebildeten Federelement 12 mit einer Federkraft beaufschlagbar ist. Die Druckfeder 12 drückt dazu einen eine Feder 21 und eine Kugel 19 aufnehmenden Teller 20 die Durchflussöffnung 17 abdichtend auf den Ventilsitz 16.
Steigt der Druck in der Ölleitung 1 an und wird dabei größer als die Druckkraft der Druckfeder 12, so bewegt sich der Ventilsitz 16 mit der noch in Schließstellung befindlichen Kugel 19 in der Zeichnung nach links. Erst wenn der Druck in der Ölleitung 1 einen vorbestimmten Betrag überschreitet, reicht dieser Druck aus, um auch die Kugel 19 soweit gegen die Rückstellkraft der zweiten, stärkeren Feder 21 auszulenken, dass Öl aus der Ölleitung 1 über die Durchflussöffnung 17 und die Ausströmöffnung 15 des Rückschlagventils 6 tiefer in das Zugmittelspannelement 5 gelangen kann.

1: Ölleitung
2: Ölleitung
3: Kolben
4: Ölströmungsrichtung
5: Zugmittelspannelement, Aktuator
6: Aktuatorseitiges Rückschlagventil
7: Ausgleichsraum
8: Betätigungsglied, Kolben
9: Feder am Kolben
10: Rückschlagventil
11: Richtungspfeil
12: Federelement, Druckfeder
13: Bypassleitung
14: Gehäuse
15: Ausströmöffnung
16: Ventilsitz
17: Durchströmöffnung
18: Piezo-Aktor
19: Kugel, Absperrmittel am Rückschlagventil 6
20: Teller
21: Feder

Claims

Hydraulisches Ölleitungssystem mit einem Rückschlagventil (6) und einem mit Öl versorgbaren Aktuator (5), dadurch gekennzeichnet, dass in einer zu dem Aktuator (5) führenden Ölleitung (1) in Ölströmungsrichtung (4) dicht vor dem Rückschlagventil (6) ein Mittel angeordnet oder ausgebildet ist, mit dem Druckspitzen in dem in der Ölleitung (1) geführten Öl reduzierbar sind.
Ölleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator als ein hydraulisches Zugmittelspannelement (5) ausgebildet und das Rückschlagventil (6) ein Bestandteil desselben ist.
Ölleitungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel als ein hinsichtlich seines Volumens variabler Ausgleichsraum (7) ausgebildet ist, der mit einem das Volumen des Ausgleichsraumes (7) verändernden Betätigungsglied (8) in Wirkverbindung steht.
Ölleitungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Betätigungsglied (8) als Kolben oder als Membran ausgebildet ist.
Ölleitungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das als Kolben ausgebildete Betätigungsglied (8) von einem Stellmittel, beispielsweise von einem piezoelektrischen Aktor (18) betätigbar ist.
Ölleitungssystem nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsglied (8) bzw. der Aktor (18) von einer Steuereinheit im Sinne einer axialen Auslenkung aktiv ansteuerbar ist.
Ölleitungssystem nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (8) von einer Feder (9) belastet ausgebildet ist.
Ölleitungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel als ein weiteres, bei starken Druckspitzen in der Ölleitung (1) öffnendes Rückschlagventil (10) ausgebildet ist, welches in der Nähe des aktuatorseitigen Rückschlagventils (6) angeordnet ist und druckbezogen vor diesem aktuatorseitigen Rückschlagventils (6) öffnet.
Ölleitungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (6) im Aktuator (5) in Ölströmungsrichtung (4) axial verschiebbar ausgebildet und durch ein zusätzliches Federelement (12) entgegen der Strömungsrichtung (4) axial mit einer Federkraft belastbar ist.
Ölleitungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Federelement (12) am Rückschlagventil (6) als Druckfeder ausgebildet ist.
Ölleitungssystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft des zusätzlichen Federelementes (12) am Rückschlagventil (6) geringer ist als die Federkraft einer auf ein Absperrmittel (19) des Rückschlagventils (6) wirkenden zweiten Feder (21).
Ölleitungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel als eine an der Ölleitung (1) in Ölströmungsrichtung (4) vor dem Rückschlagventil (6) angeordnete Bypassleitung (13) ausgebildet ist, deren Länge um die Hälfte der Wellenlänge der Druckspitze in der Ölleitung kürzer oder länger ist als die direkte Verbindung der Ölleitung (1) zum Rückschlagventil (6).