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Gebiet der Erfindung
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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.
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Hintergrund der Erfindung
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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.
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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.
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Aufgabe der Erfindung
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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.
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Zusammenfassung der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an
einigen Ausführungsformen
näher erläutert. Darin
zeigt
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1 eine
schematische Funktionsansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Schwingungsdämpfung
in einer zu einem Zugmittelspannelement führenden Ölleitung in eine ersten Ausführungsform,
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2 eine
schematische Funktionsansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer zweiten Ausführungsform,
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3 eine
schematische Funktionsansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer dritten Ausführungsform,
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4 eine
schematische Funktionsansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer vierten Ausführungsform,
und
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5 einen
Längsschnitt
durch ein Rückschlagventil
gemäß der dritten
Ausführungsform.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnungen
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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- 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