DE102011004419A1

DE102011004419A1 - Hydraulischer Spanner

Info

Publication number: DE102011004419A1
Application number: DE201110004419
Authority: DE
Inventors: Dr. Michel Tobias; Vincent Pommel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2012-08-23

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Spanner (2) zum Spannen von Antriebsketten (4) oder dergleichen, umfassend einen Hydraulikzylinder (6) mit einem über ein erstes Rückschlagventil (16) an eine Druckölversorgung (18) angeschlossenen Druckraum (8), einen im Druckraum (8) angeordneten, durch eine Spannfeder (12) in Ausfahrrichtung (14) belasteten Spannkolben (10), und einen vor dem Rückschlagventil (16) angeordneten Ölversorgungsraum. Erfindungsgemäß ist der Ölversorgungsraum als über eine Druckölversorgungsleitung (30) mit dem vollen Versorgungsdruck versorgter Druckölspeicher (20) mit einem variablen Volumen ausgebildet, welcher durch eine durch Federmittel erzeugte Gegenkraft beaufschlagt wird. Der Druckölspeicher (20) ist entweder als Volumenspeicher mit einem dem Versorgungsdruck entsprechenden Druck oder als Druckspeicher mit einem über dem Versorgungsdruck liegenden Druck ausgebildet, wobei der über dem Versorgungsdruck liegende Druck durch Ausschieben von Öl aus dem Druckraum (8) bei einer Belastung des Spanners (2) erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Spanner zum Spannen von Antriebsketten oder dergleichen, umfassend einen Hydraulikzylinder mit einem über ein erstes Rückschlagventil an eine Druckölversorgung angeschlossenen Druckraum, einen im Druckraum angeordneten, durch eine Spannfeder in Ausfahrrichtung belasteten Spannkolben und einen vor dem Rückschlagventil angeordneten Ölversorgungsraum.
Hintergrund der Erfindung
Hydraulische Spanner, beispielsweise zum Spannen der Steuerkette eines Nockenwellenantriebes eines Verbrennungsmotors, sind üblicherweise an die allgemeine Druckölversorgung des Verbrennungsmotors angeschlossen. Gegenwärtig besteht der Trend, die Ölpumpenleistung und damit auch den Versorgungsdruck aus Gründen der Energieeinsparung zu verringern. Dies führt dazu, dass in den hydraulischen Spannern die Ölversorgung unter Umständen nicht mehr gewährleistet wird. Das gilt insbesondere dann, wenn gleichzeitig mehrere Verbraucher dem System Drucköl entziehen, wobei der Versorgungsdruck abfällt.
Aus der DE 10 2004 043 727 A1 ist bereits ein hydraulischer Kettenspanner mit einem vor dem Rückschlagventil angeordneten, seinerseits an die Druckölversorgung angeschlossenen Ölversorgungsraum bekannt, von dem aus der Kettenspanner mit Drucköl versorgt wird. Dieser bekannte Kettenspanner ist für ein System ausgelegt, bei welchem der allgemeine Versorgungsdruck höher als der für den Kettenspanner benötigte Betriebsdruck ist. Zu diesem Zweck ist in der Wand des Ölversorgungsraums ein Überdruckventil angeordnet, welches den Druck im Ölversorgungsraum auf den Betriebsdruck des Kettenspanners begrenzt, und der Anschluss des Ölversorgungsraums an die Druckölversorgung erfolgt über eine Drosselöffnung.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen hydraulischen Spanner der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art eine kontinuierliche Druckölversorgung für den Fall sicherzustellen, dass die allgemeine Druckölversorgung mit einem niedrigen Druckniveau arbeitet
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass vor allem lange und dadurch mit Reibungsverlusten behaftete Zuführwege für das vom Spanner angeforderte Drucköl Ursache einer unzureichenden Druckölversorgung sind.
Die Erfindung geht daher aus von einem hydraulischen Spanner zum Spannen von Antriebsketten, Antriebsriemen oder dergleichen, umfassend einen Hydraulikzylinder mit einem über ein erstes Rückschlagventil an eine Druckölversorgung angeschlossenen Druckraum, einen im Druckraum angeordneten, durch eine Spannfeder in Ausfahrrichtung belasteten Spannkolben und einen vor dem Rückschlagventil angeordneten Ölversorgungsraum. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der Ölversorgungsraum als über eine Drucköl-Versorgungsleitung mit dem vollen Versorgungsdruck versorgter Druckölspeicher mit einem variablen Volumen ausgebildet ist, welcher durch eine federelastische Gegenkraft unter Druck gesetzt wird.
Der Ölversorgungsraum dient demnach nicht mehr wie bei der oben genannten Druckschrift zu Reduzierung des Versorgungsdruckes auf einen niedrigeren Betriebsdruck für den Spanner, sondern als verbrauchernaher Puffer, welcher in der Lage ist, bei Bedarf jederzeit schnell und über kurze Wege das vom Spanner angeforderte Öl mit ausreichendem Versorgungsdruck zu liefern.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Druckölspeicher als Volumenspeicher ausgebildet ist, wobei die federelastische Gegenkraft so ausgelegt ist, dass sie bei voller Füllung des Volumenspeichers einen der Versorgungsdruckkraft entsprechenden Wert erreicht.
Ein Volumenspeicher ist hier so definiert, dass er lediglich ein für den vorgesehenen Zweck ausreichendes Volumen bei einem maximal dem Versorgungsdruck entsprechenden Druck bereithält, d. h. er hat im wesentlichen eine reine Volumenpufferfunktion. Der Volumenspeicher wird von der allgemeinen Druckölversorgung andauernd voll gefüllt bzw. gespannt gehalten und unterstützt so die Druckölversorgung des Spanners, so dass der diskontinuierlich arbeitende Spanner immer versorgt werden kann. Ein Absinken des beispielsweise von einer Ölpumpe des Systems gelieferten Versorgungsdruckes während der Verbrauchsphase wird so verringert Durch die geringeren maximalen Volumenströme über kürzere Distanzen verringern sich die Verluste in den Leitungen, so dass der Druck am Verbraucher, hier dem Spanner höher bleibt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung steht der Volumenspeicher über die zugeordnete Versorgungsleitung mit weiteren, vor dem Volumenspeicher angeordneten Verbrauchern in Verbindung, so dass als Nebeneffekt auch diese besser versorgt werden.
Eine andere konstruktive Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in der Versorgungsleitung zum Volumenspeicher ein zweites Rückschlagventil angeordnet ist Dieses bewirkt, dass das im Volumenspeicher befindliche Öl nur dem zugeordneten Spanner zur Verfügung steht und für diesen eine optimale Versorgung sicherstellt Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist das erste, unmittelbar dem Spanner zugeordnete Rückschlagventil so ausgebildet, dass es einen Rückstrom von bei einer vorgegebenen Belastung des Spanners aus dem Druckraum des Hydraulikzylinders zurückgeschobenem Öl zum Volumenspeicher erlaubt. Dieser Effekt kann beispielsweise durch eine konstruktive Gestaltung des Rückschlagventils selbst oder auch durch eine geeignete Umgehung dieses Rückschlagventils erreicht werden, wie nicht im einzelnen ausgeführt zu werden braucht Die Rückführung des Öls zum Volumenspeicher unterstützt dessen Befüllung.
Eine andere konstruktive Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der dem Spanner vorgeordnete Druckölspeicher als Druckspeicher ausgebildet ist, wobei in der Versorgungsleitung vor dem Druckspeicher in jedem Fall ein zweites Rückschlagventil angeordnet ist, wobei ferner das erste Rückschlagventil so ausgebildet ist, dass es einen Rückstrom von bei einer vorgegebenen Belastung des Spanners aus dem Druckraum des Hydraulikzylinders zurückgeschobenem Öl zum Druckspeicher erlaubt, und wobei die federelastische Gegenkraft so ausgelegt ist, dass sie bei einer vorgegebenen Füllung den Wert der Versorgungsdruckkraft übersteigt.
Wenn der Spanner durch eine äußere Belastung zusammengedrückt wird, erhöht sich der Druck im Hydraulikzylinder des Spanners über den Versorgungsdruck, so dass auch der mittels des zweiten Rückschlagventils zur Druckölversorgung hin abgesperrte Druckspeicher mit einem über dem Versorgungsdruck liegenden Druck gespannt wird. Durch den erhöhten Druck im Druckspeicher ist ein schnelleres Wiederbefüllen des Spanners möglich.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Druckölspeicher als kombinierter Volumen-/Druckspeicher ausgelegt, wobei in der Versorgungsleitung vor dem Speicher ein zweites Rückschlagventil angeordnet ist, wobei ferner das erste Rückschlagventil so ausgebildet ist, dass es einen Rückstrom von bei einer vorgegebenen Belastung des Spanners aus dem Druckraum des Hydraulikzylinders zurückgeschobenem Öl zum Volumen-/Druckspeicher erlaubt, und wobei erste Federmittel vorgesehen und so ausgelegt sind, dass die Gegenkraft bei einem vorgegebenen ersten Füllungsgrad den Wert der Versorgungsdruckkraft erreicht, und wobei zweite, bei Erreichen des ersten Füllungsgrades wirksam werdende Federmittel vorgesehen und so ausgelegt sind, dass die Gegenkraft bei Überschreiten des ersten Füllungsgrades den Wert der Versorgungsdruckkraft übersteigt. Der kombinierte Speicher wirkt bis zur Befüllung bis zum ersten Füllungsgrad als reiner Volumenspeicher mit einem Fülldruck, welcher dem maximalen Versorgungsdruck entspricht Durch eine weitere Befüllung des kombinierten Speichers infolge eines Ausschiebens von Öl aus dem Spanner wird dieser Speicher mit einem über dem Versorgungsdruck liegenden, mit zunehmender Füllung ansteigenden Druck befüllt.
Eine weitere Möglichkeit, das Befüllen beispielsweise eines Volumenspeichers zu unterstützen, wird dadurch erreicht dass Öl, welches gewöhnlich zwischen der Wand des Hydraulikzylinders und dem Spannkolben austritt und so eine Dämpfung des Spanners bewirkt, hinsichtlich seines Volumenstromes reduziert wird, und statt dessen Öl von dem Hydraulikzylinder über ein nicht ganz geschlossenes Rückschlagventil in den Volumenspeicher zurückgeführt wird, wodurch auch die gewünschte Dämpfung realisiert wird. Demnach kann vorgesehen sein, dass das erste Rückschlagventil derartig ausgebildet ist, dass es nicht vollständig schließt und bei einer Belastung des Spanners aus dem Druckraum des Hydraulikzylinders zurückgeschobenes Öl zum Druckölspeicher passieren lässt.
Als konstruktive Lösung ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung der Druckölspeicher als Zylinder mit einem an die Versorgungsleitung angeschlossenen Druckraum ausgebildet, der von einem durch wenigstens eine Druckfeder belasteten Kolben zum Druckraum hin belastet ist Wie weiter vorne ausgeführt wurde, sind im Falle eines kombinierten Volumen-Druckspeichers zwei Federn vorgesehen, die nacheinander wirksam werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert Darin zeigt
1 schematisch einen Spanner mit vorgeordnetem Volumenspeicher,
2 eine Darstellung gemäß der 1, wobei in der Versorgungsleitung zum Volumenspeicher ein zweites Rückschlagventil angeordnet ist,
3 schematisch einen Spanner mit vorgeordnetem Druckspeicher, und
4 schematisch einen Spanner mit vorgeordnetem kombiniertem Volumen-Druckspeicher.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch einen hydraulischen Spanner 2, beispielsweise zum Spannen einer Antriebskette 4, umfassend einen Hydraulikzylinder 6 mit einem Druckraum 8 und einem im Druckraum 8 angeordneten Spannkolben 10, welcher durch eine im Druckraum 8 angeordnete Spannfeder 12 in der Ausfahrrichtung 14 belastet ist.
Der Druckraum 8 ist über ein erstes Rückschlagventil 16 (und über einen nachstehend näher beschriebenen Druckölspeicher) an eine Druckölversorgung 18 angeschlossen. Die Funktion eines derartigen hydraulischen Spanners 2 ist allgemein bekannt und braucht deshalb nicht im einzelnen beschrieben zu werden.
Vor dem Rückschlagventil 16 ist ein als hydraulischer Zylinder ausgebildeter Druckölspeicher 20 mit einem an die Druckölversorgung 18 angeschlossenen Druckraum 22 angeordnet, welcher durch einen von einer Druckfeder 24 belasteten Kolben 26 begrenzt wird. Die Druckfeder 24 ist so ausgelegt, dass sie bei einer vollen Befüllung des Druckölspeichers 20 eine Federkraft aufbringt, die der im Druckraum 22 herrschenden maximalen Versorgungsdruckkraft entspricht. Der Druckölspeicher 20 ist demnach ein reiner Volumenspeicher mit einer Pufferfunktion, welcher von der Druckölversorgung 18 dauernd nachgefüllt wird und den diskontinuierlich arbeitenden Spanner 2 schnell und über kurze Wege mit dem erforderlichen Drucköl versorgen kann.
Das erste Rückschlagventil 16 kann so ausgebildet sein, dass es bei einer vorgegebenen Belastung des hydraulischen Spanners 2 aus dem Druckraum 8 zurückgeschobenes Öl passieren lässt, welches zusätzlich die Befüllung des Volumenspeichers 20 unterstützen kann. Dies ist schematisch durch eine das Rückschlagventil 16 überbrückende Umgehungsleitung 28 schematisch dargestellt Falls vor dem Druckölspeicher weitere Verbraucher angeordnet sind, so können auch diese über die Druckölversorgungsleitung 30 vom Druckölspeicher 20 versorgt werden.
2 zeigt eine Anordnung, die im wesentlichen der 1 entspricht; gleiche Teile sind deshalb mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Anordnung der 2 unterscheidet sich von der gemäß der 1 nur darin, dass in der Druckölversorgungsleitung 30 ein zweites Rückschlagventil 32 angeordnet ist, welches den Druckölspeicher 20 zur Druckölversorgung 18 hin sperrt. Bei dieser Anordnung wird nur der hydraulische Spanner 2 von dem Druckölspeicher 20 versorgt, nicht jedoch gegebenenfalls vor diesem bzw. dem Rückschlagventil 32 angeordnete Verbraucher.
3 zeigt eine Anordnung, die im wesentlichen der Anordnung gemäß der 2 entspricht Gleiche Teile sind deshalb wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen. Sie unterscheidet sich von der Anordnung gemäß der 2 vor allem darin, dass der Ölspeicher 34 als Druckspeicher ausgebildet ist, in welchem ein über dem Versorgungsdruck liegender Öldruck bestehen kann. Zu diesem Zweck ist die den Druckraum 36 über den Kolben 38 belastende Druckfeder 40 so ausgelegt, dass ihre Federkraft einer über dem Versorgungsdruck liegenden Öldruckkraft im Druckraum 36 entspricht Wenn der hydraulische Spanner 2 durch die zugeordnete Antriebskette oder dergleichen belastet wird, drückt er Öl aus dem Druckraum 8 hinaus, welches über die das erste Rückschlagventil 16 überbrückende Umgehungsleitung 28 in den Druckraum 36 des Druckölspeichers 34 gedrückt wird, wobei der Druck im Druckraum 36 über den der Druckölversorgung 18 erhöht wird. Auf diese Weise kann eine Versorgung des hydraulischen Spanners gegenüber einer Lösung mit Volumenspeicher weiter unterstützt werden.
4 zeigt eine Anordnung etwa gemäß 2 und 3, so dass gleiche Teile wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Sie unterscheidet sich von diesen Anordnungen im wesentlichen dadurch, dass der Druckölspeicher 42 als kombinierter Volumen-Druckspeicher ausgebildet ist. Der den Druckraum 44 des Druckölspeichers 42 begrenzende Kolben 46 ist einerseits durch eine erste Druckfeder 48 belastet, die so ausgelegt ist, dass sie bei einer vorgegebenen Befüllung des Druckölspeichers 42 eine Federkraft aufbringt, die der im Druckraum 44 herrschenden maximalen Versorgungsdruckkraft entspricht Wenn aus dem hydraulischen Spanner 2 über die Umgehungsleitung 28 Öl mit höherem Druck in den Druckraum 44 gedrückt wird, wird eine zweite Druckfeder 50 wirksam, die eine Federkraft aufbringt, welche einer im Druckraum 44 herrschenden Öldruckkraft entspricht, die über der Versorgungsöldruckkraft liegt Die Anordnung gemäß der 4 verbindet die Vorteile des Volumenspeichers mit denen des Druckspeichers, d. h. sie wirkt als Ölspeicher und stellt bei Bedarf Öl mit einem über dem Versorgungsdruck liegenden Druck zur Verfügung.
Während bei der Anordnung gemäß der 1 ein zweites Rückschlagventil nicht erforderlich ist, ist es im Falle der 3 und der 4 unbedingt erforderlich, um den Druckraum 36 bzw. 44 mit einem über dem Versorgungsdruck liegenden Öldruck von der Druckölversorgung 18 abzusperren.
Für alle Ausführungsbeispiele gilt, dass die Ölversorgung zusätzlich entlastet werden kann, wenn das erste Rückschlagventil 16 nicht vollständig schließt, sondern einen Leckagevolumenstrom 28 durchlässt und dadurch auch eine Dämpfung der Bewegung des Kolbens 10 bewirkt Der Spalt zwischen dem Hydraulikzylinder 6 und dem Kolben 10 kann dann besonders ausgelegt sein, so dass der dort austretende Ölvolumenstrom 52 geringer als bisher ist Dadurch wird auch der erforderliche Volumenstrom von der Ölversorgung für die Betätigung des Spanners 6 verringert.
Bezugszeichenliste

2: hydraulischen Spanner
4: Antriebskette
6: Hydraulikzylinder
8: Druckraum
10: Spannkolben
12: Spannfeder
14: Ausfahrrichtung
16: Erstes Rückschlagventil
18: Druckölversorgung
20: Druckölspeicher
22: Druckraum
24: Druckfeder
26: Kolben
28: Leckagevolumenstrom, Umgehungsleitung
30: Druckölversorgungsleitung
32: Zweites Rückschlagventil
34: Druckölspeicher
36: Druckraum
38: Kolben
40: Druckfeder
42: Druckölspeicher
44: Druckraum
46: Kolben
48: Druckfeder
50: Druckfeder
52: Ölvolumenstrom

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004043727 A1 [0003]

Claims

Hydraulischer Spanner (2) zum Spannen von Antriebsketten (4) oder dergleichen, umfassend einen Hydraulikzylinder (6) mit einem über ein erstes Rückschlagventil (16) an einer Druckölversorgung (18) angeschlossenen Druckraum (8), einen im Druckraum angeordneten, durch eine Spannfeder (12) in Ausfahrrichtung (14) belasteten Spannkolben (10), und einen vor dem Rückschlagventil (16) angeordneten Ölversorgungsraum, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölversorgungsraum als über eine Druckölversorgungsleitung (30) mit dem vollen Versorgungsdruck versorgter Druckölspeicher (20) mit einem variablen Volumen ausgebildet ist, welcher durch eine federelastische Gegenkraft unter Druck gesetzt wird.
Hydraulischer Spanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckölspeicher (20) als Volumenspeicher ausgebildet ist, wobei die federelastische Gegenkraft so ausgelegt ist, dass sie bei voller Füllung des Volumenspeichers einen der Versorgungsdruckkraft entsprechenden Wert erreicht.
Hydraulischer Spanner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckölspeicher (20) über die zugeordnete Druckölversorgungsleitung (30) mit weiteren, vor dem Druckölspeicher (20) angeordneten Verbrauchern in Verbindung steht
Hydraulischer Spanner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckölversorgungsleitung (30) ein zweites Rückschlagventil (32) angeordnet ist
Hydraulischer Spanner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rückschlagventil (16) so ausgebildet ist, dass es einen Rückstrom von bei einer vorgegebenen Belastung des Spanners (2) aus dem Druckraum (8) des Hydraulikzylinders (6) zurückgeschobenem Öl zum Druckölspeicher (20) erlaubt.
Hydraulischer Spanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckölspeicher (34) als Druckspeicher ausgebildet ist, wobei in der Druckölversorgungsleitung (30) ein zweites Rückschlagventil (32) angeordnet ist, wobei ferner das erste Rückschlagventil (16) so ausgebildet ist, dass es einen Rückstrom von bei einer vorgegebenen Belastung des Spanners (2) aus dem Druckraum (8) des Hydraulikzylinders (6) zurückgeschobenem Öl zum Druckölspeicher (34) erlaubt, und wobei die federelastische Gegenkraft so ausgelegt ist, dass die Gegenkraft bei einer vorgegebenen Füllung den Wert der Versorgungsdruckkraft übersteigt.
Hydraulischer Spanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckölspeicher (42) als kombinierter Volumen-Druckspeicher ausgelegt ist, wobei in der Druckölversorgungsleitung (30) ein zweites Rückschlagventil (32) angeordnet ist, wobei ferner das erste Rückschlagventil (16) so ausgebildet ist, dass es einen Rückstrom von bei einer vorgegebenen Belastung des Spanners (2) aus dem Druckraum (8) des Hydraulikzylinders (6) zurückgeschobenem Öl zum Druckölspeicher (42) erlaubt, und wobei erste Federmittel (48) vorgesehen und so ausgelegt sind, dass die Gegenkraft bei einem vorgegebenen ersten Füllungsgrad den Wert der Versorgungsdruckkraft erreicht, und wobei zweite, bei Erreichen des ersten Füllungsgrades wirksam werdende Federmittel (50) vorgesehen und so ausgelegt sind, dass die Gegenkraft bei Überschreiten des ersten Füllungsgrades den Wert der Versorgungsdruckkraft übersteigt
Hydraulischer Spanner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rückschlagventil (16) derartig ausgebildet ist, dass es nicht vollständig schließt und bei einer Belastung des Spanners (2) aus dem Druckraum (8) des Hydraulikzylinders (6) zurückgeschobenes Öl zum Druckölspeicher (20) passieren lässt
Hydraulischer Spanner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckölspeicher (20) als Zylinder mit einem an die Druckölversorgung (18) angeschlossenen Druckraum (22) ausgebildet ist, der von einem durch wenigstens eine Druckfeder (24) belasteten Kolben (26) zum Druckraum hin belastet ist