DE102007028189A1

DE102007028189A1 - Hydraulisches Spannelement für einen Zugmitteltrieb

Info

Publication number: DE102007028189A1
Application number: DE102007028189A
Authority: DE
Inventors: Bernd Hartmann; Werner Petri
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2008-12-24
Also published as: CN101688591A; WO2008155202A1; US20100267503A1

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 Ventil, das einen Austausch des Hydraulikfluids zwischen dem Druckraum und dem Vorratsraum in Abhängigkeit einer Stellbewegung des Kolbens ermöglicht, wobei Kolben (3, 13, 21, 31, 35) und Zylinder (2, 14, 22, 30) so ausgebildet sind, dass die durch die Kolbenbewegung erzeugte Dämpfung im Wesentlichen unabhängig von der Temperatur 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 Ventil, das einen Austausch des Hydraulikfluids zwischen dem Druckraum und dem Vorratsraum in Abhängigkeit einer Stellbewegung des Kolbens ermöglicht.
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 Vorratsraums angeordnetes Ventil in den Druckraum.
Bei derartigen Spannelementen wird die Dämpfung durch das Hydraulikfluid bewirkt, das den Leckspalt zwischen Kolben und Zylinder passieren muss, der als Laminarspalt wirkt. Allerdings ist die Dämpfung in nachteiliger Weise von der Viskosität des Hydraulikfluids und damit von der Betriebstemperatur abhängig.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Spannelement anzugeben, das bei allen Betriebszuständen eine ausreichende Dämpfung gewährleistet.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem hydraulischen Spannelement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass Kolben und Zylinder so ausgebildet sind, dass die durch die Kolbenbewegung erzeugte Dämpfung im Wesentlichen unabhängig von der Temperatur ist.
Diese Wirkung kann durch verschiedene Maßnahmen erreicht werden. Gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung kann der Kolben gegenüber dem Zylin der abgedichtet sein und ein separat vom Ventil ausgebildetes Drosselelement aufweisen. In diesem Fall kann die Dämpfung durch die Form des Drosselelements festgelegt werden. Vorzugsweise kann das Drosselelement als Drosselbohrung ausgebildet sein, die separat von der Ventilbohrung ausgebildet ist. Es ist auch möglich, dass das Drosselelement als Blende ausgebildet ist und vorzugsweise einen eingesetzten Ring aufweist. Der Hauptstrom des Hydraulikfluids strömt bei dieser Variante durch das Drosselelement bzw. die Drosselbohrung, lediglich ein geringer Teil des Hydraulikfluids strömt durch den Spalt zwischen Kolben und Zylinder.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann der Kolben eine sich zumindest über einen Teil des Kolbenumfangs erstreckende radiale Kante aufweisen. Diese Kante kann vorzugsweise im Bereich des größten Durchmessers des Kolbens angeordnet sein und wirkt wie ein Drosselelement, durch das die gewünschte Dämpfung bewirkt wird. Damit die Führung des Kolbens in dem Zylinder nicht beeinträchtigt wird, kann sich die Kante auch lediglich über einen Teil des Umfangs des Kolbens erstrecken.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann das Spannelement im Bereich des Ventils kolben- und/oder ventilseitig ein Drosselelement aufweisen. Bei dieser Variante ist das Drosselelement nicht separat von dem Ventil ausgebildet sondern in das Ventil bzw. in den Kolben integriert. Das Drosselelement kann als Ausnehmung oder Kerbe ausgebildet sein, die vorzugsweise radial verläuft. Die gewünschte Dämpfungswirkung lässt sich auch erzielen, wenn das Ventil als ein Drosselelement aufweisendes Plattenventil ausgebildet ist, das gegebenenfalls eine Feder aufweisen kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann wenigstens eine Außenkante des Kolbens abgerundet sein, sodass sich eine strömungsgünstige Form ergibt.
Es ist auch möglich, dass zwischen der Innenfläche des Zylinders und der Außenseite des Kolbens ein Leckspalt und ein Ringraum für das Hydraulikfluid ausgebildet sind und der Ringraum über wenigstens einen Fluidkanal mit dem Vorratsraum in dem Kolben verbunden ist. Durch die Form und Größe des Fluidkanals kann das Dämpfungsverhalten ebenfalls beeinflusst werden.
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 eine geschnittene Teilansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen hydraulischen Spannelements;
2 eine geschnittene Teilansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen hydraulischen Spannelements;
3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Spannelements beim Einfahren des Kolbens;
4 das in 3 gezeigte Spannelement beim Ausfahren des Kolbens;
5 eine geschnittene Teilansicht eines hydraulischen Spannelements, bei dem der Kolben eine radial verlaufende Kante aufweist;
6 den Ventilbereich eines erfindungsgemäßen hydraulischen Spannelements in einer vergrößerten Ansicht; und
7 den Ventilbereich eines erfindungsgemäßen hydraulischen Spannelements mit einem Plattenventil.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt die wesentlichen Komponenten eines hydraulischen Spannelements 1 in einer geschnittenen Teilansicht. Im Inneren eines Zylinders 2 ist ein Kolben 3 bewegbar. Im Inneren des Kolbens 3 befindet sich ein Vorratsraum 4 für ein Hydraulikfluid 5. Am Außenumfang des Kolbens 3 befindet sich eine Kolbendichtung 6, durch die der Kolben 3 gegenüber dem Zylinder 2 abgedichtet wird. Ein Kugelventil 7, das durch eine Feder 8 belastet wird, verbindet den Vorratsraum 4 über einen Fluidkanal 9 mit einem Druckraum 10. Parallel zu dem Kugelventil 7 ist in dem Kolben 3 ein als Drosselbohrung 11 ausgebildetes Drosselelement angeordnet. Die Drosselbohrung 11 ist separat von dem Kugelventil 7 ausgebildet, sodass der Fluss des Hydraulikfluids unabhängig von der Stellung des Ventils ist. Selbst wenn das Kugelventil 7 geschlossen ist, kann Hydraulikfluid 4 über den Fluidkanal 9 beim Einfahren des Kolbens 3 in den Zylinder 2 strömen. Die Kolbendichtung 6 bewirkt, dass sich lediglich eine geringe Menge Hydraulikfluid zwischen der Innenwand des Zylinders 2 und der Mantelfläche des Kolbens 3 befindet, um diese Kontaktzonen zu schmieren. Beim Ausfahren des Kolbens 3 strömt Hydraulikfluid 5 von dem Druckraum 10 in den Vorratsraum 4. Der Hauptölstrom fließt dabei über die Drosselbohrung 11 und den Fluidkanal 9 zum Vorratsraum 4, was durch den Pfeil symbolisiert wird, lediglich eine vernachlässigbar geringe Menge des Hydraulikfluids 5 gelangt über die Kolbendichtung 6 in den Vorratsraum 4. Anders als bei herkömmlichen hydraulischen Spannelementen wird die Dämpfungswirkung nicht über einen Laminarspalt sondern über die Drosselbohrung 11 erzielt. Daher ist die Dämpfung im Wesentlichen unabhängig von der Temperatur.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Spannelements. In 2 sind die wesentlichen Komponenten des Spannelements 12 in einer geschnittenen Teilansicht dargestellt. Die Abdichtung zwischen Kolben 13 und Zylinder 14 erfolgt in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel über eine Kolbendichtung 15. Eine Drosselbohrung 16 verbindet den Vorratsraum 4 mit dem Druckraum 10. Die Drosselbohrung 16 ist dabei separat von dem Kugelventil 7 ausgebildet. Zwischen der Innenseite des Zylinders 14 und der Mantelfläche des Kolbens 13 ist ein Leckspalt 17 für das Hydraulikfluid gebildet. Beim Einfahren des Kolbens 13 in den Zylinder 14, wenn der in 2 gezeigte Kolben 13 nach unten bewegt wird, fließt der Hauptstrom des Hydraulikfluids von dem Druckraum 10 über die Drosselbohrung 16 in den Vorratsraum 4, ein Nebenstrom fließt über den Leckspalt 17 in einen Ringraum 18. Der Ringraum 18 wird einerseits durch die Außenfläche des Kolbens 13 gebildet, daneben wird der Ringraum 18 von einem Dichtelement 19 und der Innenfläche des Zylinders 14 begrenzt. Der Ringraum 18 ist über einen Fluidkanal 20 mit dem Vorratsraum 4 verbunden, sodass das Hydraulikfluid beim Einfahren des Kolbens 13 über den Leckspalt 17, den Ringraum 18, den Fluidkanal 20 in den Vorratsraum 4 gelangt.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Spannelements beim Einfahren des Kolbens, 4 zeigt das hydraulische Spannelement von 3 beim Ausfahren des Kolbens. An dem Kolben 21 und dem Zylinder 22 ist jeweils ein Befestigungsauge 23, 24 angebracht, um das hydraulische Spannelement an dem Gehäuse einer Brennkraftmaschine bzw. an einem Aggregat zu befestigen. Eine Druckfeder 25 umgibt Kolben 21 und Zylinder 22. Ein als Plattenventil 26 ausgebildetes Ventil öffnet bzw. schließt einen Kanal zwischen einem Vorratsraum 27 im Kolben 21 und einem Druckraum 28 im Zylinder 22. Im Kolben 21 befindet sich eine separat von dem Plattenventil 26 ausgebildete Drosselbohrung 29.
Wenn der Kolben 21, wie in 3 durch den nach unten gerichteten Pfeil angedeutet ist, in den Zylinder 22 hineingedrückt wird, strömt Hydraulikfluid aus dem Druckraum 28 über die Drosselbohrung 29 in den Vorratsraum 27. Neben diesem Hauptölstrom fließt ein vergleichsweise geringer Teil des Hydraulikfluids durch einen zwischen Kolben 21 und Zylinder 22 gebildeten Leckspalt.
4 zeigt das hydraulische Spannelement von 3 beim Ausfahren des Kolbens 21 aus dem Zylinder 22. In dem Druckraum 28 entsteht ein Unterdruck, der das Öffnen des Plattenventils 26 bewirkt. Wenn das Plattenventil 26 geöffnet ist, kann das Hydraulikfluid von dem Vorratsraum 27 in den Druckraum 28 fließen.
5 zeigt die wesentlichen Komponenten eines weiteren Ausführungsbeispiels eines hydraulischen Spannelements in einer Teilansicht. In einem Zylinder 30 ist ein Kolben 31 geführt, der einen Vorratsraum 32 von einem Druckraum 33 trennt. Vorratsraum 32 und Druckraum 33 sind über ein Kugelventil 7 voneinander getrennt. Der Kolben 31 weist an seinem Außenumfang eine umlaufende Kante 34 auf. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Kante auch lediglich über einen Teil des Umfangs ausgebildet sein. Zwischen der Kante 34 und der Innenseite des Zylinders 30 ist ein definierter Leckspalt gebildet, der von Hydraulikfluid durchströmt wird. Die durch die umlaufende Kante 34 bewirkte Dämpfung ist im Wesentlichen unabhängig von der Temperatur.
6 zeigt den Ventilbereich eines hydraulischen Spannelements in einem vergrößerten Maßstab. Der in 6 gezeigte Ausschnitt eines Kolbens 35 weist abgerundete Außenkanten 36 auf. Das in dem Kolben 35 integrierte Ventil 37 ist als Plattenventil ausgebildet, das sich begrenzt vertikal bewegen kann. In 6 ist das Plattenventil im geöffneten Zustand dargestellt. Dieser Zustand liegt vor, wenn der Kolben aus dem Zylinder gezogen wird. In dem Druckraum entsteht dabei ein Unterdruck, der dazu führt, dass das Ventil 37 die in 6 gezeigte Position einnimmt. Hydraulikfluid kann dann von dem Vorratsraum durch den zwischen Ventil und Kolben gebildeten Spalt 38 und eine ventilseitige radiale Drosselkerbe 39 in den Druckraum fließen. Bei anderen Ausführungen können auch mehrere separate Drosselkerben vorgesehen sein.
7 zeigt den Ventilbereich eines weiteren Ausführungsbeispiels eines hydraulischen Spannelements. Der in 7 gezeigte Ausschnitt des Ventilbereichs des Spannelements weist ein Plattenventil 40 auf, das einen Fluidkanal 41 öffnet bzw. verschließt, das von einem Federelement 42 beaufschlagt wird. Das Plattenventil 40 weist eine radiale Ausnehmung 43 auf, die als Drosselelement wirkt und die gewünschte Dämpfung der Strömung des Hydraulikfluids und damit der Bewegung des Kolbens bewirkt.

1: Spannelement
2: Zylinder
3: Kolben
4: Vorratsraum
5: Hydraulikfluid
6: Kolbendichtung
7: Kugelventil
8: Feder
9: Fluidkanal
10: Druckraum
11: Drosselbohrung
12: Spannelement
13: Kolben
14: Zylinder
15: Kolbendichtung
16: Drosselbohrung
17: Leckspalt
18: Ringraum
19: Dichtelement
20: Fluidkanal
21: Kolben
22: Zylinder
23: Befestigungsauge
24: Befestigungsauge
25: Druckfeder
26: Plattenventil
27: Vorratsraum
28: Druckraum
29: Drosselbohrung
30: Zylinder
31: Kolben
32: Vorratsraum
33: Druckraum
34: Kante
35: Kolben
36: Außenkante
37: Ventil
38: Spalt
39: Drosselkerbe
40: Plattenventil
41: Fluidkanal
42: Federelement
43: Ausnehmung

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 Ventil, das einen Austausch des Hydraulikfluids zwischen dem Druckraum und dem Vorratsraum in Abhängigkeit einer Stellbewegung des Kolbens ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass Kolben (3, 13, 21, 31, 35) und Zylinder (2, 14, 22, 30) so ausgebildet sind, dass die durch die Kolbenbewegung erzeugte Dämpfung im Wesentlichen unabhängig von der Temperatur ist.
Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (3, 13) gegenüber dem Zylinder (2, 14) abgedichtet ist und ein separat vom Ventil ausgebildetes Drosselelement aufweist.
Spannelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement als Drosselbohrung (11, 16, 29) ausgebildet ist.
Spannelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement als Blende ausgebildet ist und vorzugsweise einen eingesetzten Ring aufweist.
Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (31) eine sich zumindest über einen Teil des Kolbenumfangs erstreckende radiale Kante (34) aufweist.
Spannelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kante (34) im Bereich des größten Durchmessers des Kolbens (31) angeordnet ist.
Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es im Bereich des Ventils kolben- und/oder ventilseitig ein Drosselelement aufweist.
Spannelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement als vorzugsweise radial verlaufende Ausnehmung oder Kerbe (39) ausgebildet ist.
Spannelement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil als gegebenenfalls eine Feder aufweisendes Plattenventil (40) ausgebildet ist.
Spannelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Außenkante (36) des Kolbens (35) abgerundet ist.
Spannelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenfläche des Zylinders (14) und der Außenseite des Kolbens (13) ein Leckspalt (17) und ein Ringraum (18) für das Hydraulikfluid (5) ausgebildet sind und der Ringraum (18) über wenigstens einen Fluidkanal (20) mit dem Vorratsraum (4) in dem Kolben (13) verbunden ist.