DE102008032943A1

DE102008032943A1 - Hydraulisches Spannelement mit Überdrucksicherung

Info

Publication number: DE102008032943A1
Application number: DE200810032943
Authority: DE
Inventors: Roman Kern; Reinhard Koch
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-07-12
Filing date: 2008-07-12
Publication date: 2010-01-14
Also published as: WO2010006821A1

Abstract

Hydraulisches Spannnelement, eingesetzt in Spannsystemen von Zugmitteltrieben, insbesondere Kettentrieben von Brennkraftmaschinen, aufweisend einen Zylinder (1) und einen im Zylinder (1) geführten druckbeaufschlagten Kolben (2), der mittelbar oder unmittelbar mit einem Zugmittel, vorzugsweise einer Kette, zusammenwirkt, wobei der Kolben (2) mindestens einen hohlzylindrischen Abschnitt (3a, 3b) besitzt, in dem eine Überdruckeinheit (4) integriert ist, die ein Überdruckventil (5a, 5b) umfasst. Das Überdruckventil (5a, 5b) ist mittels eines Sicherungselementes (9) kraft- oder formschlüssig an der Innenwand (8) des hohlzylindrischen Abschnittes (3a, 3b) fixiert.

Description

Gebiet der Erfindung
Hydraulisches Spannelement, eingesetzt in Spannsystemen von Zugmitteltrieben, insbesondere Kettentrieben von Brennkraftmaschinen, aufweisend einen Zylinder und einen im Zylinder geführten druckbeaufschlagten Kolben, der mittelbar oder unmittelbar mit einem Zugmittel, vorzugsweise einer Kette zusammenwirkt, wobei der Kolben mindestens einen hohlzylindrischen Abschnitt besitzt, in dem eine Überdruckeinheit integriert ist, die ein Überdruckventil, umfasst.
Hintergrund der Erfindung
Ein hydraulisches Spannelement gemäß der vorgenannten Gattung ist aus der DE 10 2004 048 281 A1 bekannt, welches ein einen Druckraum bildendes Zylindergehäuse umfasst, in dem ein vom Hydraulikfluid beaufschlagter Kolben längsbewegbar angeordnet ist. Der mittelbar oder unmittelbar mit einer Kette als Zugmittel eines Zugmitteltriebs in Verbindung stehende Kolben wird dabei durch eine im Zylindergehäuse angeordnete Druckfeder beaufschlagt. Über ein im Zylindergehäuse integriertes Rückschlagventil gelangt bei Verschiebung des Kolbens und eines sich einstellenden Unterdrucks, Hydraulikfluid in den von dem Zylinder und dem Kolben begrenzten Druckraum. Bei auftretenden erhöhten Belastungen des Zugmitteltriebs, beispielsweise hervorgerufen durch eine Resonanzdrehzahl bzw. durch die Drehungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine kommt es zu einer erhöhten Belastung des Zugmittels und einer damit verbundenen Stellbewegung des Kolbens in Richtung des Rückschlagventils. Zur Vermeidung einer Überlastung schließt das hydraulische Spannsystem ein nach außen öffnendes, als Einwegventil ausgelegtes Druckbegrenzungsventil bzw. Überdruckventil ein, über das Hydraulikfluid aus dem Druckraum entweichen kann. Der Grenzdruck, bei dem das Überdruckventil öffnet, wird unmittelbar von der Auslegung der Druckfeder des Überdruckventils bestimmt, welche einen Schließkörper gegen einen im Ventil eingesetzten Ventilsitz drückt.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine funktionsgerechte, lageorientierte Einbaulage für das Überdruckventil zu realisieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Überdruckventil mittels eines Sicherungselementes kraft- und/oder formschlüssig an der Innenwand des hohlzylindrischen Abschnittes fixiert ist.
Die Montage von Überdruckeinheiten gestaltet sich in manchen Fällen als schwierig. Es muss sichergestellt werden, dass die Überdruckeinheit richtig eingebaut wird und bis zur Montage des Spanners sowie darüber hinaus fixiert ist. Zusätzlich ist eine spielfreie Montage der Überdruckeinheit in einem bewegten Bauteil von Vorteil, da sich keine Schwingungen, welche durch die Massenkräfte aus der Kolbenbewegung entstehen, negativ auf die Ventilfunktion auswirken.
Deshalb beinhaltet das Überdruckventil eine Ventilscheibe die unmittelbar an der Kolbeninnenwand geführt ist und deren Stellweg von dem Sicherungselement und einem radial nach innen ragenden Bund des Kolbens begrenzt ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Überdruckventil eine käfiggeführte Ventilscheibe. Der Käfig kann eingepresst oder durch ein Sicherungselement gehalten werden. Dabei kann der Käfig sowohl aus Kunststoff als auch aus Blech hergestellt sein und dient neben der Führung der Ventilscheibe ferner als deren Verliersicherung.
Es gibt mehrere vorteilhafte Gestaltungsformen der Ventilscheibe, zum einen kann sie aus starrem oder flexiblem Material hergestellt sein, zum anderen nur einen zentrisch elastischen Bereich aufweisen.
Um den hohlzylindrischen Abschnitt, in welchem sich die Überdruckeinheit befindet, in Richtung des zu spannenden Elementes zu verschließen, ist ein Abschlusselement mit einer Auslassöffnung vorgesehen. Dieses Abschlusselement kann als Deckel, Scheibe oder Kappe ausgebildet sein und mittels klipsen, schrauben, pressen oder in einer sonstigen Art und Weise stoff- bzw. formschlüssig befestigt werden. Die Auslassöffnung ermöglicht einen Austritt des in den hohlzylindrischen Abschnitt eingetretenen Hydraulikfluids.
Zur Sicherung des Überdruckventils, ist ein eine Öffnung aufweisendes, vorzugsweise ringförmiges, radial vorgespanntes, als Spreizkörper ausgebildetes Sicherungselement kraftschlüssig an der hohlzylindrischen Innenwand positioniert. Die Positionierung kann mittels einer am Außenumfang vorgesehenen Verzahnung des Sicherungselementes erfolgen. Bei geöffnetem Überdruckventil ermöglicht die Öffnung im Sicherungselement einen Fluidstrom vom Druckraum in die Überdruckeinheit. Das Sicherungselement kann aus Metall oder Kunststoff hergestellt sein.
Die sich in der Überdruckeinheit befindende Druckfeder ist zumindest an einem ihrer beiden Enden verjüngt. Diese Verjüngung kann konisch, zylindrisch oder in einer anderen Art und Weise ausgeprägt sein. Auf Grund der Verjüngung ist es möglich, dass eines der Druckfederenden unmittelbar auf die Ventilscheibe wirkt, in dem es durch die zentrische Öffnung des Sicherungselementes hindurchragt. Ein weiterer Vorteil einer in dieser Art ausgebildeten Druckfeder ist, dass zumindest eines ihrer Federenden an dem Sicherungselement oder dem Abschlusselement innen- oder außenzentriert ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Kolben, mittels eines zur Längsachse radial nach innen ragenden Bundes in zwei hohlzylindrische Abschnitte unterteilt. Der radial zur Längsachse des Spannelementes verlaufende Bund bildet an der Übergangszone zur Durchflussöffnung den Ventilsitz an dem die Ventilscheibe abgestützt ist. Der Kolben und damit der Ventilsitz ist bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff hergestellt. Zur Verbesserung der Geräuschentwicklung, der Dämpfung und/oder des Verschleißes ist es vorteilhaft, wenn der metallische Ventilsitz oder die Ventilscheibe eine Kunststoffbeschichtung oder einer Gummierung aufweist.
Im Boden des Zylinders befindet sich ein Rückschlagventil, durch welches das Fluid, vorzugsweise Öl, in den Druckraum fließt. Dieses Rückschlag- oder Einwegeventil kann sowohl als Kugelventil als auch als Plattenventil ausgeführt sein. Eine im Zylinder, zwischen Rückschlagventil und Einschnürung des Kolbens, eingebaute Druckfeder beaufschlagt den Kolben wobei zur Hubbegrenzung des Kolbens ein Sicherungsring zwischen Kolben und Zylinder angeordnet ist. Dabei ist eine Variante, den Sicherungsring an dem Kolben zu fixieren und ihn mit der in einer Innenwand des Zylinders radial zur Längsachse des Spannelementes gerichteten Stufe, zusammen wirken zu lassen. Eine weitere Möglichkeit ist Sicherungsring an der Innenwandung des Zylinders vorzusehen und ihn mit einer am Kolben umlaufenden Nut formschlüssig zu verbinden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt, die nachfolgend detailliert beschrieben sind, wobei sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
Es zeigen:
1 ein hydraulisches Spannelement mit einer Ventilscheibe als Überdruckventil,
2 ein hydraulisches Spannelement mit einer käfiggeführten Ventilscheibe als Überdruckventil.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein hydraulisches Spannelement mit einer Überdruckeinheit 4. Das Fluid strömt durch eine Einlassöffnung 18 über ein Rückschlagventil 15 in Richtung eines Druckraumes 21 ein, bei einer Kolbenbewegung in Pfeilrichtung und einem sich dabei einstellenden Unterdruck. Der Druckraum 21 befindet sich innerhalb eines Zylinders 1 und wird von einem radial nach innen ragenden Bund 19 mit daran angeordnetem Überdruckventil 5a eines im Zylinder 1 angeordneten Kolbens 2 begrenzt. Zwischen dem Rückschlagventil 15 und dem Kolben 2 ist eine Druckfeder 16 angeordnet, die eine Vorspannung des Kolbens 2 bewirkt. Zur Hubbegrenzung des federdruckbeaufschlagten Kolbens 2 ist zwischen dem Zylinder 1 und dem Kolben 2 ein Sicherungsring 17 vorgesehen, der mit einer im Zylinder angeordneten Stufe 29 korrespondiert. Zur Vermeidung erhöhter Belastungen des Zugmitteltriebs ist in dem Kolben eine Überdruckeinheit 4 integriert. Diese wird benötigt, wenn der Kolben 2 entgegen die Pfeilrichtung in den Zylinder verschoben wird und der Druckausgleich über einen Leckspalt 30, der zwischen Kolben 2 und Zylinder 1 angeordnet ist, nicht ausreicht, um den im Druckraum 21 anstehenden Fluiddruck zu senken. Bei einem vordefinierten Fluiddruck hebt sich eine in einem Überdruckventil integrierte Ventil scheibe 6a teilweise oder komplett von einem Ventilsitz 13a ab, so dass das im Druckraum 21 unter Druck stehende Fluid in einen dafür vorgesehenen hohlzylindrischen Abschnitt 3 fließen kann. Der Fluiddruck muss dabei höher sein, als die Federkraft mit welcher eine Druckfeder 7 die Ventilscheibe 6a beaufschlagt. Die Überdruckeinheit 4 ist in einem hohlzylindrischen Abschnitt 3 innerhalb des Kolbens 2 angeordnet. Die Überdruckeinheit 4 beinhaltet das Überdruckventil 5a und ein das Überdruckventil 5a in seinem Stellweg begrenzendes Sicherungselement 9 und der Druckfeder 7, die sich zwischen dem Überdruckventil 5a und einem die Überdruckeinheit 4 verschließenden Abschlusselement 10 abstützt. Das Sicherungselement ist kraftschlüssig an der hohlzylindrischen Innenwand mittels einer am Außenumfang vorgesehenen Verzahnung positioniert. Das Überdruckventil 5a besteht aus einer, sich auf dem Ventilsitz 13a abstützenden Ventilscheibe 6a. Das Überdruckventil 5a kann dabei unterschiedlich ausgeführt sein.
2 zeigt eine Ausführungsform, in welcher das Überdruckventil 5b als eine, von einem Käfig 22 umschlossene Ventilscheibe 6b dargestellt ist. Dieses Überdruckventil 5b wird in seinem Stellweg durch das Sicherungselement 9 und der Druckfeder 7, die sich zwischen dem Überdruckventil 5a und einem die Überdruckeinheit 4 verschließenden Abschlußelement 10 abstützt, begrenzt.

1: Zylinder
2: Kolben
3a: Hohlzylindrischer Abschnitt
3b: Hohlzylindrischer Abschnitt
4: Überdruckeinheit
5a: Überdruckventil
5b: Überdruckventil
6a: Ventilscheibe
6b: Ventilscheibe
7: Druckfeder
8: Innenwand
9: Sicherungselement
10: Abschlußelement
11: Auslassöffnung
12: Verzahnung
13a: Ventilsitz
13b: Ventilsitz
14: Durchflussöffnung
15: Rückschlagventil
16: Druckfeder
17: Sicherungsring
18: Einlassöffnung
19: Bund
20: Öffnung
21: Druckraum
22: Käfig
23: Boden (des Käfigs)
24: Längsachse
25: Spannelement
26: Öffnung (des Käfigs)
27: Boden des Zylinders
28: Innenwand
29: Stufe
30: Leckspalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004048281 A1 [0002]

Claims

Hydraulisches Spannelement, eingesetzt in Spannsystemen von Zugmitteltrieben, insbesondere Kettentrieben von Brennkraftmaschinen, aufweisend einen Zylinder (1) und einen im Zylinder (1) geführten druckbeaufschlagten Kolben (2), der mittelbar oder unmittelbar mit einem Zugmittel, vorzugsweise einer Kette zusammenwirkt, wobei der Kolben (2) mindestens einen hohlzylindrischen Abschnitt (3a, 3b) besitzt, in dem eine Überdruckeinheit (4) integriert ist, die ein Überdruckventil (5a, 5b), umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Überdruckventil (5a, 5b) mittels eines Sicherungselementes (9) kraft- und/oder formschlüssig an der Innenwand (8) des hohlzylindrischen Abschnittes (3a, 3b) fixiert ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilscheibe (6a) eines als Plattenventil ausgebildeten Überdruckventils (5a) unmittelbar an der Innenwand (8) des Kolbens (2) geführt ist und deren Stellweg von dem Sicherungselement (9) und einen radial nach innen ragenden Bund (19) des Kolbens (2) begrenzt ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Plattenventil (5b) einen in den hohlzylindrischen Abschnitt (3a) eingesetzten Käfig (22) aufweist, in dem dessen Ventilscheibe (6b) verliergesichert geführt ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilscheibe (6a, 6b) insgesamt flexibel ausgeführt ist oder zentrisch einen elastischen Bereich aufweist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Überdruckeinheit (4) von der Stirnseite her in das Innere des hohlzylindrischen Abschnittes (3a) des Kolbens (2) einsetzbar ist, wobei dieser mittels einer eine Auslassöffnung (11) aufweisendem Abschlusselement (10) verschließbar ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige, radial vorgespannte, als Spreizkörper ausgebildete Sicherungselement (9) kraftschlüssig an der hohlzylindrischen Innenwand (8) des Kolbens (2) positioniert ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (9) mittels einer an dessen Außenumfang vorgesehenen Verzahnung (12) an der Innenwand (8) kraft- und/oder formschlüssig abgestützt ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (9) aus Metall oder Kunststoff hergestellt ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Federenden der Druckfeder (7) bevorzugt zylindrisch verjüngt ist, durch eine zentrische (20) Öffnung des Sicherungselementes (9) hindurchragt und sich unmittelbar an der Ventilscheibe (6) abstützt.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Federenden der Druckfeder (7) an dem Sicherungselement (9) und/oder dem Abschlusselement (10) innen- oder außenzentriert ist.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben zwei hohlzylindrische Abschnitte aufweist und der die hohlzylindrischen Abschnitte (3a, 3b) trennende, radial nach innen ragende Bund (19) zu einer Längsachse (24) des Spannelementes (25) in Richtung der Ventilscheibe (6a) konisch verläuft und an einer Übergangszone zu der Durchflussöffnung (14) einen Ventilsitz (13a, 13b) für die Ventilscheibe (6a) bildet.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Boden (23) des Käfigs (22) in Richtung der Ventilscheibe (6b) konisch verjüngt ist und an einer Übergangszone zu einer Öffnung (26) des Bodens (23) einen Ventilsitz (13b) für die Ventilscheibe (6b) bildet.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass radial nach innen ragende Bund (19) und/oder die Ventilscheibe (6a) im Bereich des Ventilsitzes (13, 13a) eine Kunststoffbeschichtung oder Gummierung aufweisen.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine in den Zylinder (1) eingesetzte Druckfeder (16) zwischen einem Boden (27) und dem Kolben (2) abgestützt ist und ein dem Boden (27) zugeordnetes Rückschlagventil (15) mit einer Einlassöffnung (18) zusammenwirkt.
Hydraulisches Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenwand (28) des Zylinders (1) eine radial zur Längsachse (24) des Spannelementes (25) gerichtete Stufe (30) aufweist, die in Verbindung mit einem an dem Kolben (2) lagefixierten Sicherungsring (17) eine Hubbegrenzung des Kolbens (2) bewirkt.