DE102010034485A1

DE102010034485A1 - Hydraulisch gedämpftes Spannsystem

Info

Publication number: DE102010034485A1
Application number: DE201010034485
Authority: DE
Inventors: Roman Kern; Christian Hartmann; Rainer Pflug
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-08-17
Filing date: 2010-08-17
Publication date: 2012-02-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulisches Spannsystem (1) eines Zugmitteltriebs mit einem Gehäuse (2), das einen Zylinder (3) bildet, in dem ein mittelbar oder unmittelbar mit einem Spannglied in Verbindung stehender Kolben (4) verschiebbar geführt ist. Der Kolben (4) und der Zylinder (3) begrenzen gemeinsam einen mit einem Hydraulikfluid gefüllten Druckraum (8). Abhängig von einer Stellbewegungsrichtung des Kolbens (4) strömt eine Teilmenge des Hydraulikfluids aus einem Reservoir (9) des Gehäuses (2) über ein bodenseitig im Zylinder (3) angeordnetes Einwegventil (10) in den Druckraum (8) oder zur Dämpfung einer Stellbewegung als Leckagestrom über eine Steuerbohrung (11) des Einwegventils (10) aus dem Druckraum (8) in das Reservoir (9).

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisch gedämpftes Spannsystem, das zum Spannen eines Zugmittels in einem Zugmitteltrieb eingesetzt ist. Das Spannsystem eines Zugmitteltriebs umfasst ein Gehäuse, das einen Zylinder bildet, in dem ein Kolben verschiebbar geführt ist. Der Kolben steht mittelbar oder unmittelbar mit einem Spannglied, bzw. einer Spannrolle in Verbindung. Der Zylinder und der Kolben begrenzen gemeinsam einen mit einem Hydrau-likfluid gefüllten Druckraum. Bei einer Stellbewegung des Kolbens aus dem Zylinder strömt Hydraulikfluid über ein bodenseitig im Zylinder angeordnetes Einwegventil aus einem Reservoir des Gehäuses in den Druckraum. Bei einer entgegengesetzten Stellbewegung des Kolbens wird eine Teilmenge des Hydraulikfluids aus dem Druckraum über einen Leckagestrom in das Reservoir verdrängt.
Hydraulische gedämpfte Spannsysteme werden bevorzugt in Zugmitteltrieben von Brennkraftmaschinen eingesetzt, die z. B. zum Antrieb von Nebenaggregaten wie Kühlmittelpumpe, Generator oder Klimakompressor vorgesehen sind. Das Spannsystem gewährleistet eine ausreichende Vorspannung des Zugmittels, um im Betriebszustand einen nachteiligen Schlupf zu vermeiden.
Aus der DE 19615797 A1 ist ein gattungsbildendes hydraulisches Spannsystem bekannt. Dieser Aufbau umfasst eine Kolben-Zylindereinheit, bei der eine aus dem Zylinder gerichtete Hubbewegung des Kolbens ein Nachströmen des Hydraulikfluids aus dem Reservoir über ein Einwegventil des Zylinders in den Druckraum ermöglicht. In einer Kompressionsphase des Spannsystems, bei der sich eine entgegengerichtete Stellbewegung des Kolbens einstellt, wird eine Teilmenge des Hydraulikfluids aus dem Druckraum über einen sich zwischen der Kolbenwandung und dem Zylinder einstellenden Leckspalt in das Reservoir verdrängt. Aufgrund der Fertigungstoleranzen der miteinander zusammenwirkenden Bauteile, Kolben und Zylinder stellt sich eine relativ große Streubreite der Dämpfungscharakteristik zwischen den Spannsystemen ein. Weiterhin besteht eine große Temperaturabhängigkeit der Dämpfung.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Spannsystem zu schaffen, mit dem klar definierbare und reproduzierbare Dämpfungswerte erreichbar sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Zur Lösung dieser Problemstellung ist erfindungsgemäß für ein hydraulisch gedämpftes Spannsystem ein Aufbau vorgesehen, bei dem das Rückschlagventil oder Einwegventil in der Kompressionsphase des Spannsystems einen Leckagestrom zwischen dem Druckraum und dem Reservoir sicherstellt. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme kann eine weitestgehend temperaturunabhängige Dämpfung des Spannsystems erreicht werden. Vorteilhaft sind damit reproduzierbare Dämpfungswerte von übereinstimmend aufgebauten Spannsystemen erreichbar, wodurch für Großserien die Zugmittel der Zugmitteltriebe übereinstimmend vorgespannt sind. Vorteilhaft ist der erfindungsgemäße Leckagestrom mittels einfacher konstruktiver Konzepte realisierbar, die kostengünstig umsetzbar sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 7.
Als Einwegventil bietet sich bevorzugt eine aus einem Ringelement und einem Ventilkörper bestehende Baueinheit an, die formschlüssig und/oder kraftschlüssig in einer Aufnahme bodenseitig im Zylinder eingesetzt ist.
Um einen Leckagestrom zu ermöglichen, umfasst das Ringelement im Bereich einer Außenkontur zumindest einen Strömungskanal, der auch bei geschlossenem Einwegventil eine begrenzte Strömung des Hydraulikfluids aus dem Druckraum in das Reservoir ermöglicht. Der Strömungskanal ist dabei in eine Mantelfläche des Ringelementes eingebracht. Bei einer Einbausituation, bei der das Einwegventil in einem gestuften Abschnitt des Zylinders oder des Gehäuses eingesetzt ist, bietet es sich an, den Strömungskanal über einen stirnseitigen Wandungsbereich des Ringelementes fortzuführen.
Das Ringelement des als Plattenventil oder Kugelventil aufgebauten Einweg- oder Rückschlagventils bildet eine bevorzugt zentrische Öffnung, die druckraumseitig von einem Dichtsitz umschlossen ist. In der Kompressionsphase des Spannsystems ist der vom Druck des Hydraulikfluids beaufschlagte Ventilkörper kraftschlüssig an dem Dichtsitz abgestützt, wobei ein Leckagestrom, eine Teilmenge des Hydraulikfluids, über den einen Bypass zur zentrischen Öffnung bildenden Strömungskanal von dem Druckraum in das Reservoir strömt.
Alternativ zu einem in dem Ringelement eingebrachten Strömungskanal kann ein definierter Leckagestrom auch mit einem Plattenventil realisiert werden. Dazu ist in der den Ventilkörper bildenden Ventilplatte zumindest eine definierte Steuerbohrung eingebracht.
Erfindungsgemäß bietet es sich weiterhin an, ein als Kugelventil ausgebildetes Einwegventil mit einem Leckspalt zu versehen, über den sich ein definierter Leckagestrom einstellt. Bevorzugt umfasst das Ringelement im Bereich des Dichtsitzes dazu zumindest einen als Nut ausgebildeten Abströmkanal.
Zur Realisierung eines bauteiloptimierten Spannsystems ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zur Bildung des Zylinders in dem Gehäuse eine sacklochähnliche Bohrung eingebracht ist. Der Kolben kann dabei unmittelbar an der Wandung der Bohrung oder alternativ in einer in die Bohrung eingebrachten Buchse geführt werden.
Der Aufbau des erfindungsgemäßen hydraulischen Spannsystems umfasst weiterhin zur Schaffung einer wirksamen Abdichtung des Kolbens gegenüber dem Gehäuse bzw. dem Zylinder ein Dichtelement. Dazu bietet sich bevorzugt ein ortsfest, z. B. in einer Ringnut eingesetztes Dichtelement an, das kraftschlüssig an dem Kolben bzw. dessen Kolbenmantelfläche abgestützt ist.
Das versorgungsunabhängig von einer Druckmittelquelle, d. h. keinen separaten Hydraulikfluidstrom benötigende erfindungsgemäße Spannsystem umfasst einen vom Kolben und dem Zylinder begrenzten Druckraum sowie einen im Gehäuse integrierten Vorratsraum oder ein Reservoir, die über ein Einwegventil sowie einen definierten Leckspalt verbunden sind. Zur Vermeidung eines Vakuums und Schaffung eines Druckausgleichs ist das mit Hydraulikfluid gefüllte Reservoir durch eine Dichtungsmembran verschlossen. Gegenseitig wird die Membran von einem Luftpolster beaufschlagt, dass mittels einer Dichtung oder einem Deckel gegenüber der Atmosphäre verschlossen ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen dargestellt, die nachfolgend beschrieben werden, wobei sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Es zeigen:
1 den prinzipiellen Aufbau eines Spannsystems in Verbindung mit einem erfindungsgemäß aufgebauten Einwegventil;
2 in einer Detailvergrößerung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einwegventils im Einbauzustand;
3 in einer Detailvergrößerung ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einwegventils im Einbauzustand;
4 in einer Detailvergrößerung ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einwegventils im Einbauzustand.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 zeigt ein hydraulisch gedämpftes Spannsystem 1 eines Zugmitteltriebs, das ein Gehäuse 2 mit integriertem Zylinder 3 umfasst, in dem ein Kolben 4 axial verschiebbar eingesetzt ist. Im Einbauzustand des Spannsystems 1 steht der von einer Druckfeder 5 kraftbeaufschlagte Kolben 4 mit einem in 1 nicht abgebildeten Spannglied wie Spannrolle oder Führungsschiene in Verbindung, um ein Zugmittel eines Zugmitteltriebs zu spannen. Zur Bildung des Zylinders 3 bietet es sich an, eine sacklochähnliche Bohrung 6 in das Gehäuse 2 einzubringen, die unmittelbar zur Aufnahme des Kolbens 4 bestimmt ist. Alternativ dazu kann zur Aufnahme des Kolbens 4 eine Führungsbuchse 7 in die Bohrung 6 eingebracht werden. Der Kolben 4 gemeinsam mit dem Zylinder 3 begrenzen einen mit Hydraulikfluid gefüllten Druckraum 8. Bei einer Stellbewegung des Kolbens 4 in Pfeilrichtung wird der sich vergrößernde Druckraum 8 durch ein Nachströmen des Hydraulikfluids aus einem Reservoir 9 aufgefüllt. Das Hydraulikfluid kann dazu über ein bodenseitig im Zylinder 3 angeordnetes Einwegventil 10 in den Druckraum 8 einströmen. Bei einer entgegengesetzten Stellbewegung des Kolbens 4, zum Beispiel ausgelöst durch Schwingungen des Zugmitteltriebs, wird eine Teilmenge des im Druckraum 8 eingeschlossenen Hydraulikfluids als Leckagestrom über eine Steuerbohrung 11 in einer Ventilplatte 12 des Einwegventils 10 in das Reservoir 9 verdrängt. Zur wirksamen Abdichtung des Druckraums 8 ist ein im Gehäuse 2 positioniertes Dichtelement 13 vorgesehen, das dichtend an einer Mantelfläche des Kolbens 4 abgestützt ist. Das Reservoir 9 bzw. der Vorratsraum ist durch eine elastische Dichtungsmembran 14 verschlossen. Gegenseitig steht die Dichtungsmembran 14 mit einem Zwischenraum 15 in Verbindung, der von Druckluft beaufschlagt ein Luftpolster bildet und damit ein beschleunigtes Nachströmen von Hydraulikfluid in den Druckraum 8 bewirkt. Der Zwischenraum 15 wird gegenüber der Atmosphäre durch einen Deckel 16 verschlossen.
Die 2 zeigt in einer Detailvergrößerung einen Ausschnitt des Zylinders 3 und verdeutlicht damit insbesondere den Aufbau und die Einbausituation des erfindungsgemäßen Einwegventils 20. Das als eine Baueinheit konzipierte Einwegventil 20 ist bodenseitig mit einem Ringelement 17 in einem radial gestuften Abschnitt 18 des Zylinders 3 eingesetzt. Eine zentrale Öffnung 19 des Ringelements 17 bildet auf der zum Druckraum 8 gerichteten Seite einen Dichtsitz 21, an der ein als Kugel ausgebildeter Ventilkörper 22 abgestützt ist. Eine den Ventilkörper 22 umschließende Haltekappe 23 ist außenseitig an einem Bund 24 des Ringelements 17 fixiert. Eine in der Haltekappe 23 integrierte Druckfeder 25 beaufschlagt den Ventilkörper 22. Die 2 zeigt das Einwegventil 20 in einer Kompressionsphase des Spannsystems 1, bei der der Ventilkörper 22 dichtend an dem Dichtsitz 21 anliegt. Zur Darstellung eines definierten Leckagestroms ist in einer Außenkontur 26 des Ringelements 17 zumindest ein Strömungskanal 27 eingebracht, an den sich ein weiterer Strömungskanal 28 in einem stirnseitigen Wandungsbereich 29 des Ringelements 17 anschließt. Zur Dämpfung des Spannsystems 1 kann über die Strömungskanäle 27, 28 gezielt eine Teilmenge des Hydraulikfluids aus dem Druckraum 8 in das Reservoir 9 abströmen.
Die 3 und 4 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Einwegventilen, die jeweils übereinstimmend mit 2 bodenseitig in dem Zylinder 3 angeordnet sind. Übereinstimmende Bauteile sind daher mit gleichen Bezugsziffern versehen, zu deren Beschreibung auf die 2 verwiesen werden kann. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich daher auf die unterschiedlichen Bauteile bzw. Wirkungsweisen die Einwegventile.
Die 3 zeigt das als Plattenventil aufgebaute Einwegventil 30, das als Ventilkörper eine Ventilplatte 31 umfasst, die mit dem Dichtsitz 21 zusammenwirkt. Eine druckraumseitig im Ringelement 17 eingebrachte Haltescheibe 32 begrenzt den Einbauraum der Ventilplatte 31. Ein definierter Leckagestrom wird mittels einer Steuerbohrung 33 realisiert, die zentrisch in der Ventilplatte 31 eingebracht ist, über die bei geschlossener Ventilplatte 31 Hydraulikfluid vom Druckraum 8 in das Reservoir 9 abströmen kann.
Das Einwegventil 40 gemäß 4 schließt einen Abströmkanal 39 ein, der im Bereich von dem Dichtsitz 21 im Ringelement 17 eingebracht ist. Wie in 4 abgebildet stellt sich bei geschlossenem Einwegventil 40 zwischen dem Ventilkörper 22 und dem Dichtsitz 21 bedingt durch den Abströmkanal 39 ein Leckspalt ein, über den eine definierte Teilmenge des Hydraulikfluids in das Reservoir 9 abströmt.
Bezugszeichenliste

1: Spannsystem
2: Gehäuse
3: Zylinder
4: Kolben
5: Druckfeder
6: Bohrung
7: Führungsbuchse
8: Druckraum
9: Reservoir
10: Einwegventil
11: Steuerbohrung
12: Ventilplatte
13: Dichtelement
14: Dichtungsmembran
15: Zwischenraum
16: Deckel
17: Ringelement
18: Abschnitt
19: Öffnung
20: Einwegventil
21: Dichtsitz
22: Ventilkörper
23: Haltekappe
24: Bord
25: Druckfeder
26: Außenkontur
27: Strömungskanal
28: Strömungskanal
29: Wandungsbereich
30: Einwegventil
31: Ventilplatte
32: Haltescheibe
33: Steuerbohrung
39: Abströmkanal
40: Einwegventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19615797 A1 [0003]

Claims

Hydraulisches Spannsystem (1) eines Zugmitteltriebs mit einem Gehäuse (2), das einen Zylinder (3) bildet, in dem ein mittelbar oder unmittelbar mit einem Spannglied in Verbindung stehender Kolben (4) verschiebbar geführt ist und der Kolben (4) und der Zylinder (3) gemeinsam einen mit einem Hydraulikfluid gefüllten Druckraum (8) begrenzen, wobei abhängig von einer Stellbewegungsrichtung des Kolbens (4) das Hydraulikfluid aus einem Reservoir (9) des Gehäuses (2) über ein bodenseitig im Zylinder (3) angeordnetes Einwegventil (10, 20, 30, 40) in den Druckraum (8) strömt oder zur Dämpfung einer Stellbewegung eine Teilmenge des Hydraulikfluids als Leckagestrom aus dem Druckraum (8) in das Reservoir (9) verdrängt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil oder Einwegventil (20, 30, 40) in einer Kompressionsphase des Spannsystems (1) einen definierten Leckagestrom ermöglicht.
Spannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einwegventil (20) als Baueinheit im Zylinder (3) eingesetzt ist und deren Ringelement (17) im Bereich einer Außenkontur (26) zumindest einen Leckagestrom sicherstellenden Strömungskanal (27, 28) aufweist.
Spannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Einwegventil (10, 30) ein Plattenventil vorgesehen ist, wobei eine Ventilplatte (12, 31) zur Darstellung eines Leckagestroms zumindest eine definierte Steuerbohrung (11, 33) umfasst.
Spannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Einwegventil (40) ein Kugelventil vorgesehen ist, wobei ein Dichtsitz (21) für den als Kugel ausgebildeten Ventilkörper (22) zumindest einen Abströmkanal (39) aufweist.
Spannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung des Zylinders (3) in dem Gehäuse (2) eine sacklochähnliche, zur Führung des Kolbens (4) bestimmte Bohrung (6) eingebracht ist.
Spannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abdichtung des Kolbens (4) ein ortsfest im Zylinder (3) positioniertes Dichtelement (13) eingebracht ist, das kraftschlüssig an dem Kolben (4) abgestützt ist.
Spannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Hydraulikfluid gefüllte Reservoir (9) durch eine Dichtungsmembran (14) verschlossen ist, die gegenseitig von einem Luftpolster beaufschlagt ist.