DE102010034290A1 - Pressure-limited hydraulically damped clamping system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein hydraulisch gedämpftes Spannsystem (1), das zum Spannen eines Zugmittels in einem Aggregate- oder Steuertrieb einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird. Das Spannsystem (1) umfasst eine Kolbenstange (4), deren zugehöriger Kolben (3) in einer bodenseitig durch ein Einwegventil (14) verschlossenen Zylinderbuchse (2) verschiebbar geführt ist. Der Kolben (3) und die Zylinderbuchse (2) begrenzen gemeinsam einen mit Hydraulikfluid gefüllten Druckraum (12). Der als Hohlkörper ausgebildete Kolben (3) schließt weiterhin ein zur Aufnahme von Hydraulikfluid bestimmtes Reservoir (16) ein, das mit einem die Zylinderbuchse (2) außen umgebenden Vorratsraum (6) in Verbindung steht, wobei der Vorratsraum (6) von einem Mantelrohr (7) umschlossen ist. Das Spannsystem (1) umfasst außerdem eine die Kolbenstange (4) und die Zylinderbuchse (2) in entgegengesetzte Richtungen beaufschlagende Druckfeder (9). Zur Dämpfung einer das Spannsystem (1) komprimierenden Stellbewegung wird Hydraulikfluid aus dem Druckraum (12) über einen sich zwischen dem Kolben (3) und der Zylinderbuchse (2) bildenden Leckspalt (13) in den Vorratsraum (6) verdrängt. Bei einer entgegengesetzten Stellbewegung strömt Hydraulikfluid über das bodenseitige Einwegventil (14) der Zylinderbuchse (2) aus dem Vorratsraum (6) in den Druckraum (12). Zur Druckbegrenzung ist in dem Kolben (3) ein Dämpfungselement (15) integriert, das reservoirseitig federkraftbeaufschlagt ist und druckraumseitig mit einem Stützelement einen Dichtsitz (19) bildet. Bei einem Druckniveau im Druckraum 12, das die Kraft einer das Dämfungselement (15) beaufschlagenden Druckfeder (20) übersteigt, hebt das Dämpfungselement (15) vom Dichtsitz (19) ab, wodurch Hydraulikfluid zusätzlich aus dem Druckraum (12) in das Reservoir (16) abgesteuert wird.The invention relates to a hydraulically damped tensioning system (1) which is used for tensioning a traction device in a unit or control drive of an internal combustion engine. The tensioning system (1) comprises a piston rod (4), the associated piston (3) of which is guided displaceably in a cylinder bushing (2) closed on the bottom by a one-way valve (14). The piston (3) and the cylinder liner (2) jointly delimit a pressure chamber (12) filled with hydraulic fluid. The piston (3), designed as a hollow body, also includes a reservoir (16) intended to receive hydraulic fluid, which is connected to a storage space (6) surrounding the cylinder liner (2) on the outside, the storage space (6) being surrounded by a casing tube ( 7) is enclosed. The tensioning system (1) also comprises a compression spring (9) which acts on the piston rod (4) and the cylinder liner (2) in opposite directions. To dampen an actuating movement compressing the clamping system (1), hydraulic fluid is displaced from the pressure chamber (12) into the storage chamber (6) through a leakage gap (13) formed between the piston (3) and the cylinder liner (2). In the event of an opposite actuating movement, hydraulic fluid flows from the storage space (6) into the pressure space (12) via the one-way valve (14) on the bottom side of the cylinder liner (2). To limit the pressure, a damping element (15) is integrated in the piston (3), which is acted upon by spring force on the reservoir side and forms a sealing seat (19) on the pressure chamber side with a support element. At a pressure level in the pressure chamber 12 that exceeds the force of a compression spring (20) acting on the damping element (15), the damping element (15) lifts off the sealing seat (19), whereby hydraulic fluid is additionally transferred from the pressure chamber (12) into the reservoir (16) ) is controlled.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisch gedämpftes Spannsystem, das zum Spannen eines Zugmittels in einem Aggregate- oder Steuertrieb einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird. Der Aufbau umfasst eine Kolbenstange, deren zugehöriger Kolben in einer bodenseitig durch ein Einwegventil verschlossenen Zylinderbuchse verschiebbar geführt ist und die gemeinsam einen mit Hydraulikfluid gefüllten Druckraum begrenzen. Der als Hohlkörper ausgebildete Kolben schließt ein Reservoir für das Hydraulikfluid ein, wobei das Reservoir mit einem die Zylinderbuchse außen umgebenden Vorratsraum in Verbindung steht, der seinerseits von einem Mantelrohr umschlossen ist. Das Spannsystem umfasst außerdem eine die Kolbenstange und die Zylinderbuchse in entgegengesetzte Richtungen beaufschlagende Druckfeder. Zur Dämpfung von Stellbewegungen des Spannsystems wird eine Teilmenge des Hydraulikfluids aus dem Druckraum über einen sich zwischen dem Kolben der Zylinderbuchse bildenden Leckspalt und/oder über ein im Kolben integriertes Dämpfungselement in das Reservoir verdrängt. Bei einer entgegengesetzten Stellbewegung kann Hydraulikfluid über das bodenseitige Einwegventil der Zylinderbuchse aus dem Vorratsraum in den Druckraum einströmen.The present invention relates to a hydraulically damped tensioning system which is used for tensioning a traction means in an aggregate or timing drive of an internal combustion engine. The structure comprises a piston rod whose associated piston is displaceably guided in a cylinder bush closed on the bottom side by a one-way valve and which jointly delimit a pressure chamber filled with hydraulic fluid. The piston designed as a hollow body encloses a reservoir for the hydraulic fluid, wherein the reservoir communicates with a storage space surrounding the cylinder bushing on the outside, which in turn is enclosed by a jacket tube. The tensioning system also includes a compression spring biasing the piston rod and the cylinder liner in opposite directions. To dampen actuating movements of the clamping system, a subset of the hydraulic fluid from the pressure chamber is displaced into the reservoir via a leakage gap which forms between the piston of the cylinder liner and / or via a damping element integrated in the piston. In an opposite adjusting movement hydraulic fluid can flow via the bottom-side one-way valve of the cylinder liner from the reservoir into the pressure chamber.
Hydraulisch gedämpfte Spannsysteme werden bevorzugt zum Antrieb von Nebenaggregaten wie bspw. Kühlmittelpumpe, Generator oder Klimakompressor einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Der Antrieb erfolgt dabei von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine auf Riemenscheiben der jeweiligen Nebenaggregate. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Vorspannung des Zugmittels, eines Riemens umfasst der Zugmitteltrieb ein Spannsystem. Damit kann eine gleichmäßig hohe Riemenvorspannung sicherstellt werden, um einen nachteiligen Schlupf zwischen dem Riemen und den An- oder Abtriebsriemenscheiben des Zugmitteltriebs zu vermeiden. Eine weitere Aufgabe der Spannsysteme besteht darin, auftretende Schwingungen des Zugmitteltriebs wirksam zu dämpfen. Dazu eignet sich bevorzugt ein hydraulisch gedämpftes Spannsystem, bei dem die Dämpfung über einen sich zwischen der Mantelfläche des Kolbens und einer Innenwandung des Zylinders einstellenden Leckspalt erfolgt.Hydraulically damped clamping systems are preferably used to drive ancillaries such as. Coolant pump, generator or air compressor of an internal combustion engine. The drive takes place from the crankshaft of the engine to pulleys of the respective ancillaries. To ensure a sufficient bias of the traction means, a belt of the traction mechanism drive comprises a clamping system. Thus, a uniformly high belt bias can be ensured to avoid adverse slip between the belt and the drive or driven pulleys of the traction drive. Another object of the clamping systems is to effectively damp occurring oscillations of the traction mechanism drive. For this purpose, preferably a hydraulically damped clamping system is suitable, in which the damping takes place via a self-adjusting gap between the lateral surface of the piston and an inner wall of the cylinder.
Aus der
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein hydraulisch gedämpftes Spannsystem zu schaffen, mit dem eine weitestgehend konstante Vorspannung des Zugmittels im Betriebszustand realisiert werden kann.The object of the present invention is to provide a hydraulically damped clamping system with which a largely constant bias of the traction means can be realized in the operating state.
Diese Problemstellung wird ausgehend von einem hydraulischen gedämpften Spannsystem gemäß dem Obergriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.This problem is solved on the basis of a hydraulic damped tensioning system according to the preamble of claim 1 in conjunction with its characterizing features. The following dependent claims give advantageous developments of the invention.
Der erfindungsgemäße Aufbau des hydraulisch gedämpften, insbesondere für einen Aggregate-Zugmitteltrieb bestimmten Spannsystems umfasst als Dämpfungselement einen federkraftbeaufschlagten, zylindrischen Bolzen, der in dem als Hohlkörper gestalteten Kolben integriert ist. Im Einbauzustand steht der über einen Dichtsitz abdichtbare, außenseitig zumindest eine Strömungsnut oder Längsnut aufweisende Bolzen beidseitig, druckraumseitig und reservoirseitig, mit Stützelementen in einer Wirkverbindung, die eine Fluidströmung ermöglichen. Dieses konstruktive Konzept ermöglicht eine definierte druckabhängige Öffnung des Dämpfungselementes, wodurch sich eine gewünschte konstante Vorspannung des Zugmittels im Betriebszustand des Zugmitteltriebs einstellt.The construction according to the invention of the hydraulically damped tensioning system, in particular for an aggregate traction mechanism drive, comprises as a damping element a spring-loaded, cylindrical bolt which is integrated in the piston designed as a hollow body. In the installed state, the sealable via a sealing seat, outside at least one flow groove or longitudinal groove having bolts on both sides, pressure chamber side and reservoir side, with support elements in an operative connection, which allow fluid flow. This constructive concept allows a defined pressure-dependent opening of the damping element, whereby a desired constant bias of the traction means in the operating state of the traction mechanism is established.
Die Begrenzung der Druckkraft erfolgt über den als Hohlkörper ausgebildeten Kolben, der in Verbindung mit dem Dämpfungselement, einem zylindrischen Bolzen, an einem durchströmenden Dichtungselement bzw. Stützelement abgedichtet ist. Steigt der Druck im Druckraum des Spannsystems beim Einfahren des Kolbens und übersteigt die maximal zulässige bzw. eingestellte Dämpfung, so wird das auch als Öffnungselement zu bezeichnende Dämpfungselement innerhalb des Kolbens in Richtung des Reservoirs gedrückt, wodurch ein Druckausgleich entsteht. Sobald der Druck im Druckraum des Spannsystems nachlässt, verschiebt die Druckfeder das Dämpfungselement. Diese die Druckkraft begrenzende Wirkungsweise nimmt vorteilhaft keinen Einfluss auf die Funktion des bodenseitig in der Zylinderbuchse eingesetzten Einwegventils, über das Hydraulikfluid aus dem Vorratsraum in den Druckraum angesaugt werden kann.The limitation of the compressive force via the piston formed as a hollow body, which is sealed in connection with the damping element, a cylindrical bolt, on a through-flowing sealing element or support element. If the pressure in the pressure chamber of the clamping system rises when the piston is retracted and exceeds the maximum permissible or set damping, then the damping element, also referred to as the opening element, is pressed within the piston in the direction of the reservoir, whereby a pressure equalization occurs. As soon as the pressure in the pressure chamber of the clamping system decreases, the compression spring moves the damping element. This pressure-limiting effect mode takes advantage no influence on the function of the one-way valve used on the bottom side in the cylinder liner, can be sucked through the hydraulic fluid from the reservoir into the pressure chamber.
Vorteilhaft ermöglicht die Erfindung durch einen variabel einstellbaren Öffnungsdruck des Dämpfungselementes eine optimale Abstimmung der Dämpfkraft auf den jeweiligen Zugmitteltrieb. Der Öffnungsdruck kann folglich abhängig von der Anwendung und der für den Zugmitteltrieb benötigten Dämpfkraft eingestellt werden.Advantageously, the invention allows for a variably adjustable opening pressure of the damping element optimum tuning of the damping force on the respective traction drive. The opening pressure can thus be adjusted depending on the application and the damping force required for the traction drive.
Das Öffnungsverhalten bzw. der Öffnungsdruck des Dämpfungselementes ist von der Kraft der im Kolben integrierten, das Dämpfungselement in Richtung des Dichtsitzes beaufschlagenden Feder variabel beeinflussbar. Eine Feinabstimmung bzw. eine weitere Einflussnahme auf die Öffnungskraft kann durch Verändern der mit dem Hydraulikdruck beaufschlagten Fläche des Dämpfungselementes erfolgen.The opening behavior or the opening pressure of the damping element can be variably influenced by the force of the spring integrated in the piston and acting on the damping element in the direction of the sealing seat. A fine-tuning or a further influence on the opening force can be done by changing the surface of the damping element acted upon by the hydraulic pressure.
Das erfindungsgemäße Dämpfungselement kann bevorzugt ergänzend zu einer Leckspaltdämpfung eingesetzt werden, bei der Hydraulikfluid aus dem Druckraum über den sich zwischen dem Kolben und Zylinder einstellenden, auch als Ringspalt zu bezeichnenden Leckspalt, eine Teilmenge des Hydraulikfluids in das Reservoir verdrängt wird. Die Dämpfkraft des eine laminare Spaltdämpfung bewirkenden Leckspalts in hydraulisch gedämpften Spannsystemen wird von der Betriebstemperatur und der Stellbewegung des Kolbens bestimmt. Insbesondere in der Startphase der Brennkraftmaschine sowie bei tiefen Umgebungstemperaturen kann es dabei zu nachteilig hohen Kräften kommen, verbunden mit einer nachteilig erhöhten Belastung einzelner Aggregate des Zugmitteltriebs.The damping element according to the invention can preferably be used in addition to a leak gap damping, in which hydraulic fluid from the pressure chamber on the adjusting between the piston and cylinder, to be designated as an annular gap leakage gap, a subset of the hydraulic fluid is displaced into the reservoir. The damping force of the leakage gap causing a laminar slit damping in hydraulically damped tensioning systems is determined by the operating temperature and the adjusting movement of the piston. In particular, in the starting phase of the internal combustion engine and at low ambient temperatures, it can lead to disadvantageously high forces, combined with a disadvantageously increased load on individual units of the traction drive.
Durch die begrenzte Dämpfkraft des erfindungsgemäß aufgebauten, hydraulisch gedämpften Spannsystems stellt sich vorteilhaft eine reduzierte Reibung und verringerte Belastung des Zugmittels und der Lagerungen der einzelnen Riemenscheiben ein, die an die verringerte Belastung angepasst, kostengünstiger auslegbar sind. Gleichzeitig leistet die Erfindung einen Beitrag zur Reduzierung der CO2-Emission der Brennkraftmaschine, aufgrund eines sich einstellenden verringerten Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine.Due to the limited damping force of the inventively constructed, hydraulically damped clamping system is advantageously a reduced friction and reduced load on the traction means and the bearings of the individual pulleys, which are adapted to the reduced load, cost-interpretable. At the same time, the invention makes a contribution to reducing the CO 2 emission of the internal combustion engine, due to a self-adjusting reduced fuel consumption of the internal combustion engine.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist als Druckbegrenzung ein federkraftbeaufschlagter, über einen Dichtsitz abgedichtetes Dämpfungselement vorgesehen mit zumindest einer außenseitigen Strömungnut oder Längsnut. Als Dämpfungselement eignet sich bevorzugt ein zylindrischer Bolzen, der in dem Kolben integriert ist und der druckraumseitig und reservoirseitig mit durchströmbaren Stützelementen zusammenwirkt. Vorteilhaft bildet das Dämpfungselement druckraumseitig gemeinsam mit einem im Kolben lagefixierten, bevorzugt als Lochscheibe ausgebildeten Stützelement einen Dichtsitz. Die Dichtwirkung des Dichtsitzes verbessernd ist weiterhin erfindungsgemäß vorgesehen, dass der zylindrische Bolzen, das Dämpfungselement, druckraumseitig mit einem kegelförmigen Ansatz formschlüssig in eine zentrische Öffnung der Lochscheibe eingreift.According to a preferred embodiment of the invention is provided as a pressure-limiting spring-loaded, sealed via a sealing seat damping element with at least one outside Strömungnut or longitudinal groove. As a damping element is preferably a cylindrical pin, which is integrated in the piston and the pressure chamber side and the reservoir side interacts with through-flow support elements. Advantageously, the damping element forms a sealing seat on the pressure chamber side, together with a support element fixed in position in the piston, preferably as a perforated disk. The sealing effect of the sealing seat improving is further provided according to the invention, that the cylindrical bolt, the damping element, engages positively on the pressure chamber side with a conical approach in a central opening of the perforated disc.
Als Maßnahme um eine nahezu widerstandsfreie Strömung des Hydraulikfluids aus dem Druckraum in das Reservoir nach geöffneten Dämpfungselement zu ermöglichen, schließt der zylindrische Bolzen außenseitig mehrere umfangsverteilt positionierte Strömungsnuten oder Längsnuten ein.As a measure to allow a virtually resistance-free flow of the hydraulic fluid from the pressure chamber into the reservoir after the open damping element, the cylindrical pin includes on the outside a plurality of circumferentially distributed positioned flow grooves or longitudinal grooves.
Der als Hohlkörper gestaltete Kolben umfasst lageversetzt zu dem Dämpfungselement zumindest einen Übertritt, der eine Verbindung zwischen dem Reservoir und dem Vorratsraum herstellt. Vorteilhaft sind als Übertritte mehrere umfangsverteilt in den Kolben eingebrachte Bohrungen vorgesehen, um unabhängig von der Einbaulage des Spannsystems einen Rückfluss des Hydraulikfluids aus dem Reservoir in den Vorratsraum zu ermöglichen.The designed as a hollow piston comprises position offset to the damping element at least one passage, which establishes a connection between the reservoir and the storage space. Advantageously, a plurality of circumferentially distributed introduced into the piston bores are provided as overrides to allow regardless of the installation position of the clamping system, a backflow of the hydraulic fluid from the reservoir into the reservoir.
Die zur Beaufschlagung des Dämpfungselementes innerhalb des Kolbens eingesetzte Druckfeder stützt sich kolbenabgewandt an einer separaten Sicherungsscheibe oder an einem inneren Bord des Kolbens im Bereich des Reservoirs ab. Unabhängig von der Abstützung ist sichergestellt, dass diese das ins Reservoir einströmende Hydraulikfluid, eine Druckbegrenzung nicht negativ beeinflusst.The compression spring used to act on the damping element inside the piston is supported on a separate lock washer or on an inner shelf of the piston in the region of the reservoir, away from the piston. Independently of the support, it is ensured that it does not adversely affect the hydraulic fluid flowing into the reservoir, a pressure limitation.
Das Dämpfungselement bzw. der zylindrische Bolzen, die Lochscheibe sowie die Sicherungsscheibe sind bevorzugt aus Stahl oder einem Kunststoff hergestellt. Zur Herstellung des Dämpfungselementes eignet sich bspw. ein Fließpressen, Sintern oder Spritzgießen. Die Loch- und Sicherungsscheibe werden vorzugsweise durch ein spanloses Verfahren, Stanzen oder Tiefziehen hergestellt.The damping element or the cylindrical bolt, the perforated disc and the lock washer are preferably made of steel or a plastic. For the production of the damping element is, for example, a extrusion, sintering or injection molding. The hole and lock washer are preferably made by a non-cutting process, stamping or deep drawing.
Zur Realisierung eines Kostenvorteils sind alle Bauteile bis auf die Druckfeder der Ventileinheit bzw. der Ventilbaugruppe durch ein spanloses Verfahren herstellbar. Dazu eignet sich insbesondere ein Stanz- oder Tiefziehverfahren, mit denen die Einzelteile kostengünstig herstellbar sind. Ein weiterer Kostenvorteil ist realisierbar durch die Möglichkeit einer Vormontage der Ventilbaugruppe, die als eine Einheit in den Dämpfungskolben einsetzbar ist.To realize a cost advantage, all components except for the compression spring of the valve unit or the valve assembly can be produced by a non-cutting process. For this purpose, in particular a punching or deep drawing process, with which the items are inexpensive to produce. Another cost advantage can be realized by the possibility of pre-assembly of the valve assembly, which can be used as a unit in the damping piston.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Maßnahmen der Erfindung werden nachfolgend im Zusammenhang mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:Further measures of the invention are described below in connection with the Description of a preferred embodiment explained in more detail. It shows:
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Die
Zur Dämpfung von Stellbewegungen des Spannsystems
Zum Ausgleich von Druckspitzen oder stoßartigen Belastungen umfasst das Spannsystem
Die
Der als Hohlkörper gestaltete Kolben
Die jeweils im Bereich des Leckspaltes
Synchron dazu kommt es zu einem Abheben des Dämpfungselementes
Die
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Spannsystemclamping system
- 22
- Zylinderbuchsecylinder liner
- 33
- Kolbenpiston
- 44
- Kolbenstangepiston rod
- 55
- Abstützeinheitsupport unit
- 66
- Vorratsraumpantry
- 77
- Mantelrohrcasing pipe
- 88th
- Balgbellows
- 99
- Druckfedercompression spring
- 1010
- Befestigungsaugefastening eye
- 1111
- Befestigungsaugefastening eye
- 1212
- Druckraumpressure chamber
- 1313
- Leckspaltleakage gap
- 1414
- Einwegventilone-way valve
- 1515
- Dämpfungselementdamping element
- 1616
- Reservoirreservoir
- 1717
- Kegelabschnittcone section
- 1818
- Lochscheibeperforated disc
- 1919
- Dichtsitzsealing seat
- 2020
- Druckfedercompression spring
- 2121
- Sicherungsscheibelock washer
- 2222
- Strömungsnutflow groove
- 2323
- Übertrittcrossing
- 2424
- Öffnungopening
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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