DE102011086155A1

DE102011086155A1 - Hydraulische Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102011086155A1
Application number: DE201110086155
Authority: DE
Inventors: Marco Kowalski; Patrick Ackermann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2013-05-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb einer Brennkraftmaschine, umfassend einen in Spannrichtung vorgespannten Hohlkolben (9), welcher in einem Zylinder (7) verschiebbar geführt ist und gemeinsam mit dem Zylinder (7) einen zwischenliegenden Druckraum (10) begrenzt. Zudem nimmt der Hohlkolben (9) eine Lochplatte (13) mit einer Entlüftungsbohrung (15) auf, welche den Druckraum (10) mit einem oberhalb des Druckraumes (10) im Hohlkolben (9) ausgestalteten Sammelraum (14) verbindet. Dabei ist diese Entlüftungsbohrung (15) bei druckbeaufschlagtem Druckraum (10) seitens des Druckraumes (10) über ein Verschlusselement verschlossen. Um nun eine automatische Entlüftung des Druckraumes (10) auch im Stillstand des Systems zu ermöglichen und ein Rückströmen von Luft aus dem Sammelraum (14) in den Druckraum (10) bei vollständig entleertem Sammelraum (14) zu verhindern, nimmt der Sammelraum (14) einen Schwimmkörper auf, für welchen an der Lochplatte (13) ein Ventilsitz (23) ausgestaltet ist. Der Ventilsitz (23) ist dabei an der Lochplatte (13) im Einmündungsbereich der Entlüftungsbohrung (15) in den Sammelraum (14) ausgebildet, so dass der Schwimmkörper bei Aufliegen auf dem Ventilsitz (23) die Entlüftungsbohrung (15) verschließt.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb einer Brennkraftmaschine, umfassend einen in Spannrichtung vorgespannten Hohlkolben, welcher in einem Zylinder verschiebbar geführt ist und gemeinsam mit dem Zylinder einen zwischenliegenden Druckraum begrenzt, wobei der Hohlkolben eine Lochplatte mit einer Entlüftungsbohrung aufnimmt, welche den Druckraum mit einem oberhalb des Druckraumes im Hohlkolben ausgestalteten Sammelraum verbindet, und wobei die Entlüftungsbohrung bei druckbeaufschlagten Druckraum seitens des Druckraumes über ein Verschlusselement verschlossen ist.
Hydraulische Spannvorrichtungen kommen in Zugmitteltrieben bei Brennkraftmaschinen zum Einsatz, um während eines Betriebs der Brennkraftmaschine stets eine ausreichende Spannung des jeweiligen Zugmittels, zu gewährleisten. Hierbei setzt sich eine hydraulische Spannvorrichtung üblicherweise aus zwei relativ zueinander beweglichen Teilen zusammen, von welchen eines den Kontakt zu dem Zugmittel, im Falle der Ausgestaltung des Zugmittels als Riemen über eine Spannrolle und im Falle einer Ausgestaltung als Kette über eine Spannschiene, herstellt, während das jeweils andere Teil mit einem ortsfesten Bauteil der Brennkraftmaschine verbunden ist. Die beiden Teile sind dann zudem über ein zwischenliegendes Federelement in Spannrichtung des Zugmittels gegeneinander vorgespannt, wobei eine Bewegung der beiden Teile zueinander und entgegen der Spannrichtung mittels einer zwischenliegenden Hydraulik geschwindigkeitsproportional abgedämpft wird.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2010 010 725 A1 geht eine hydraulische Spannvorrichtung in Form eines Kettenspanners hervor, welcher sich aus einem Zylinder und einem hierin geführten Hohlkolben zusammensetzt. Hierbei ist der Hohlkolben über eine zwischen Zylinder und Hohlkolben liegende Feder in Spannrichtung gegen das Zugmittel vorgespannt, wobei der Zylinder und der Hohlkolben zudem einen zwischenliegenden Druckraum begrenzen. Der Zylinder weist ferner in einem Bodenbereich ein Einwegventil auf, über welches bei Verschiebung des Hohlkolbens in Spannrichtung Hydraulikflüssigkeit aus einem Niederdruckbereich nahezu ungedrosselt nachströmt. Wird der Hohlkolben hingegen in Richtung Zylinder verschoben und damit der Druckraum verkleinert, so sperrt das Einwegventil und die im Druckraum befindliche Hydraulikflüssigkeit kann nur über einen radial zwischen Zylinder und Hohlkolben ausgestalteten Leckspalt gedrosselt entweichen, was die Bewegung des Hohlkolbens entsprechend dämpft. Allerdings kann während eines Betriebs der hydraulischen Spannvorrichtung neben der Hydraulikflüssigkeit auch ungewollt Luft in den Druckraum gelangen, was aufgrund des kompressiblen Verhaltens der Luft zu einer Reduzierung der Dämpfkraft der hydraulischen Spannvorrichtung und im Extremfall sogar zu einem dauerhaften Totalverlust der Dämpfung führen kann. Zur Entlüftung des Druckraumes ist im Hohlkolben eine Lochplatte aufgenommen, welche zwischen dem Druckraum und einem oberhalb des Druckraumes im Hohlkolben ausgestalteten Sammelraum platziert ist und in welcher sich zwischen den beiden Räumen eine Entlüftungsbohrung erstreckt. Seitens des Druckraumes ist ein flexibles Verschlusselement vorgesehen, welches die Entlüftungsbohrung der Lochplatte druckabhängig verschließt. So steigt der Druck im Druckraum bei dort befindlicher Luft zunächst aufgrund des kompressiblen Verhaltens der Luft nur geringfügig an, bis die Luft über die Entlüftungsbohrung in den darüber liegenden Sammelraum entwichen ist. Nach diesem Entweichen kommt es dann zu einem deutlichen Druckanstieg im Druckraum, was zu einer elastischen Verformung des Verschlusselements führt, welches daraufhin gegen die Lochplatte gedrückt wird und die Entlüftungsbohrung verschließt. In Folge dessen kann die Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckraum nur noch über den Leckspalt entweichen.
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hydraulische Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb einer Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, bei welchem ein automatisches Entlüften des Druckraumes auch im Stillstand des Systems gewährleistet ist und ein Rückströmen von Luft aus dem Sammelraum in den Druckraum bei vollständig entleertem Sammelraum verhindert wird.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Gemäß der Erfindung umfasst eine hydraulische Spannvorrichtung einen in Spannrichtung vorgespannten Hohlkolben, welcher in einem Zylinder verschiebbar geführt ist und gemeinsam mit dem Zylinder einen zwischenliegenden Druckraum begrenzt. Des Weiteren nimmt der Hohlkolben eine Lochplatte mit einer Entlüftungsbohrung auf, welche den Druckraum mit einem oberhalb des Druckraumes im Hohlkolben ausgestalteten Sammelraum verbindet, wobei die Entlüftungsbohrung bei druckbeaufschlagtem Druckraum seitens des Druckraumes über ein Verschlusselement verschlossen ist.
Im Sinne der Erfindung handelt es sich bei der erfindungsgemäßen hydraulischen Spannvorrichtung insbesondere um einen hydraulischen Riemenspanner, welcher sich aus zwei axial zueinander beweglichen Teilen zusammensetzt, wobei diese Teile über ein zwischenliegendes Federelement in Spannrichtung vorgespannt sind und das eine Teil ortsfest mit der Brennkraftmaschine verbunden ist, während das jeweils andere Teil über eine Riemenscheibe mit dem zu spannenden Riemen in Kontakt steht. Hierbei ist mit einem der beiden Teile der Zylinder und mit dem jeweils anderen Teil der Hohlkolben verbunden, so dass die axiale Relativbewegung zwischen den Teilen in die Relativverschiebung des Hohlkolbens zum Zylinder und damit in eine Volumenänderung des Druckraumes umgesetzt wird. Im Rahmen der Erfindung wird unter einer Druckbeaufschlagung des Druckraumes ein Druckanstieg im vollständig mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Druckraum aufgrund einer Volumenverkleinerung verstanden.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass der Sammelraum einen Schwimmkörper aufnimmt, für welchen an der Lochplatte ein Ventilsitz ausgestaltet ist. Dabei ist der Ventilsitz an der Lochplatte im Einmündungsbereich der Entlüftungsbohrung in den Sammelraum ausgebildet, so dass der Schwimmkörper bei Aufliegen auf dem Ventilsitz die Entlüftungsbohrung verschließt. Unter einem Schwimmkörper ist im Sinne der Erfindung dabei ein derartiger Körper zu verstehen, welcher aufgrund seiner Eigenschaften auf Hydraulikflüssigkeit aufschwimmt. Insbesondere handelt es sich dabei um einen aus Kunststoff gefertigten Hohlkörper, bevorzugt um eine Hohlkugel aus einem Kunststoffmaterial.
Das Vorsehen eines Schwimmkörper im Bereich des Sammelraumes hat den Vorteil, dass Luft zwar über die Entlüftungsbohrung in den Sammelraum strömen kann, in die entgegengesetzte Richtung aber nur ein Strömen von Hydraulikflüssigkeit durch den Schwimmkörper zugelassen wird, da dieser ansonsten bei vollständig entleertem Sammelraum auf dem Ventilsitz zum Liegen kommt und damit die Entlüftungsbohrung verschließt. Hierdurch ist einerseits ein automatisches Entlüften des Hochdruckraumes im Stillstand möglich, indem bei Druckgleichheit zwischen dem Druckraum und dem Sammelraum die Entlüftungsbohrung seitens des Druckraumes durch das Verschlusselement freigegeben wird und die Luft dadurch in den darüber liegenden Sammelraum gelangen kann. Ebenso kann im Sammelraum befindliche Hydraulikflüssigkeit zurück in den Druckraum strömen, da der Schwimmkörper auf dieser aufschwimmt und damit die Entlüftungsbohrung seitens des Sammelraumes so lange nicht überdeckt, wie diese Flüssigkeit vollständig zurückgelaufen ist. Andererseits wird während des Betriebs verhindert, dass Luft über die Entlüftungsbohrung bei Verschiebung des Hohlkolbens in Spannrichtung und bei vollständig entleertem Sammelraum in den Druckraum zurückgesaugt wird, da auch in diesem Falle der Schwimmkörper für ein Verschließen der Entlüftungsbohrung sorgt.
Im Unterschied hierzu kann bei der DE 10 2010 010 725 A1 zwar Luft über die Entlüftungsbohrung aus dem Druckraum heraus in den Sammelraum zur Entlüftungsöffnung im Hohlkolben gefördert werden, bei Umsetzung dieser Ausgestaltung bei einem hydraulischen Riemenspanner würde aber bei Bewegung des Hohlkolbens in Spannrichtung die über die Entlüftungsbohrung in den Sammelraum abgeströmte Luft zumindest zu einem geringen Teil wieder in den Druckraum eingesaugt werden. Dieses Problem tritt bei dem in der DE 10 2010 010 725 A1 beschriebenen Kettenspanner allerdings nicht auf, da der Druckraum in diesem Fall über ein Versorgungssystem mit geringem Druck befüllt wird.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Schwimmkörper fluchtend zu dem Ventilsitz axial beweglich in einem Käfig geführt, welcher seitens des Sammelraumes auf die Lochplatte aufgesetzt ist. Durch die Führung des Schwimmkörpers relativ zum Ventilsitz wird dabei sichergestellt, dass der Schwimmkörper spätestens bei einem vollständig entleerten Sammelraum und auch bei leichten Verkippungen der Spannvorrichtung aus der Vertikalen stets auf dem Ventilsitz zum Liegen kommt.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Verschlusselement als starre Platte ausgeführt, welche auf Seiten des Druckraumes axial beweglich zwischen der Lochplatte und einem Ventilkäfig aufgenommen ist. Dabei liegt die Platte bei gleichem Druck in Druck- und Sammelraum die Entlüftungsbohrung freigebend auf einem Bund des Ventilkäfigs auf, wohingegen die Platte bei Druckbeaufschlagung des Druckraumes an der Lochplatte anliegt und die Entlüftungsbohrung überdeckt. Mittels eines derartigen Aufbaus der hydraulischen Spannvorrichtung ist es somit möglich, einerseits im Druckraum befindliche Luft bei Verringerung des Volumens des Druckraumes in den Sammelraum zu überführen und andererseits bei einer vollständigen Füllung des Druckraumes mit Hydraulikflüssigkeit ein ungewolltes Entweichen in den Sammelraum und damit eine nicht gewünschte Beeinflussung der Dämpfwirkung zu vermeiden. Insbesondere ist der Ventilkäfig dabei als topfförmiges Bauteil ausgeführt, dessen Bund in axialer Richtung mit entsprechenden Durchbrüchen versehen ist, so dass bei Aufliegen der starren Platte auf dem Bund ein Strömen der Luft zur dann freigegebenen Entlüftungsbohrung möglich ist. Die Platte wird dabei durch den Ventilkäfig gemeinsam mit der Lochplatte zwischenliegend und verliersicher gehalten.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Durchflussquerschnitt der Entlüftungsbohrung wesentlich kleiner ausgeführt als ein Durchflussquerschnitt eines Einwegventils, welches den Druckraum mit einem umliegend zum Zylinder vorgesehenen Niederdruckbereich verbindet. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass bei Bewegung des Hohlkolbens in Spannrichtung Hydraulikflüssigkeit im Wesentlichen über das Einwegventil in den Druckraum nachgesaugt wird und der über die Entlüftungsbohrung aus dem Sammelraum in den Druckraum gesogene Hydraulikflüssigkeitsanteil aufgrund von Drosseleffekten in der Entlüftungsbohrung gering ausfällt.
Erfindungsgemäß ist der Sammelraum zudem über zumindest eine Durchführung im Hohlkolben mit einem umliegend zum Zylinder vorgesehenen Niederdruckbereich verbunden. Vorteilhafterweise kann hierdurch Hydraulikflüssigkeit bei übermäßiger Ansammlung im Sammelraum in den Niederdruckbereich zurücklaufen und steht damit wieder zur Verfügung, bei hydraulischen Riemenspannern zur erneuten Befüllung des Druckraumes.
Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Lochplatte axial relativ zum Hohlkolben bewegbar über ein Federelement gegen einen Sitz am Hohlkolben vorgespannt, wobei die Lochplatte an ihrem Umfang mit zwischen dem Sammelraum und dem Druckraum verlaufenden Drosselkanälen versehen ist. Diese Drosselkanäle weiten sich dabei jeweils in Richtung des Sammelraumes auf und sind bei Anliegen der Lochplatte am Sitz durch den Sitz verdeckt. Mittels einer derartigen Ausgestaltung der hydraulischen Spannvorrichtung fungiert die Lochplatte zusätzlich als Druckbegrenzungseinheit, indem die Lochplatte bei Überschreiten einer durch das Federelement definierten Druckschwelle entgegen dem Federelement aus dem Sitz am Hohlkolben gehoben wird und in der Folge Hydraulikflüssigkeit über die Drosselkanäle in den Sammelraum entweichen kann. Entsprechend der Gestaltung der Drosselkanäle wird die abströmende Hydraulikflüssigkeit dabei gedrosselt, so dass kein schlagartiger Druckabfall stattfindet, welcher eine schlagartige Bewegung des Hohlkolbens in Richtung Zylinder zur Folge hätte. Mittels dieser Druckbegrenzung wird eine Dehnung eines zu spannenden Riemens reduziert.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine axiale Bewegung der Lochplatte durch einen Anschlag begrenzt, welcher durch einen Sicherungsring gebildet ist. Dementsprechend werden nur definierte Hubbewegungen der Lochplatte zugelassen, was die Dynamik der durch die Lochplatte ausgebildeten Druckbegrenzungseinheit erhöht, da diese über das Federelement wieder in den Sitz gedrückt wird, sobald der Druck im Druckraum die Druckschwelle wieder unterschreitet. Bevorzugt wirkt der Sicherungsring dabei mit einer umlaufenden Nut an der Lochplatte zusammen, so dass die Lochplatte formschlüssig in ihrem Hub begrenzt wird.
Erfindungsgemäß ist der Sitz dabei durch den Ventilkäfig ausgebildet, welcher ortsfest in dem Kolben aufgenommen ist. Dementsprechend übernimmt der Ventilkäfig die Doppelfunktion der Ausbildung des Sitzes sowohl für die Lochplatte als auch die starre Scheibe.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 eine Schnittansicht einer hydraulischen Spannvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine detaillierte Schnittansicht im Bereich eines Hohlkolbens der hydraulischen Spannvorrichtung aus 1;
3 eine perspektivische Einzelansicht eines Ventilkäfigs der hydraulischen Spannvorrichtung aus 1;
4 eine perspektivische Einzelansicht einer Lochscheibe der hydraulischen
Spannvorrichtung aus 1; und
5 eine detaillierte Schnittansicht eines Hohlkolbens einer hydraulischen Spannvorrichtung entsprechend einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen hydraulischen Spannvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche vorliegend als hydraulischer Riemenspanner ausgeführt ist und in einem Zugmitteltrieb einer Brennkraftmaschine zum Spannen eines Riemens zur Anwendung kommt. Dabei setzt sich die hydraulische Spannvorrichtung aus zwei axial zueinander beweglichen Teilen 1 und 2 zusammen, welche über ein zwischenliegendes Federelement 3 in eine Spannrichtung des Zugmittels vorgespannt sind. Hierbei verfügen beide Teile 1 und 2 über je ein Befestigungsauge 4 bzw. 5, wobei eines der beiden Teile 1 bzw. 2 über sein jeweiliges Befestigungsauge 4 bzw. 5 mit dem Riemen über eine zwischenliegende Riemenscheibe in Verbindung steht, während das jeweils andere Teil 2 bzw. 1 mit seinem jeweiligen Befestigungsauge 5 bzw. 4 an einem ortsfesten Bauteil, wie beispielsweise dem Motorengehäuse, angegliedert ist. Ferner bildet das zweite Teil 2 ein topfartiges Gehäuse 6 aus, welches im Bereich eines Gehäusebodens einen Zylinder 7 aufnimmt. Dieser Zylinder 7 ist dabei in seinem Bodenbereich mit einem Einwegventil 8 in Form eines Kugelrückschlagventils versehen, wobei der Zylinder 7 derartig im Gehäuse 6 gehalten ist, dass in dessen Bodenbereich ein ausreichender Freigang entsteht, über welchen Hydraulikflüssigkeit zum Einwegventil 8 strömen kann.
In dem Zylinder 7 ist nun ein Hohlkolben 9 verschiebbar geführt, der auf einer dem Zylinder 7 abgewandten Stirnseite mit dem ersten Teil 1 verbunden ist und gemeinsam mit dem Kolben 7 einen zwischenliegenden Druckraum 10 begrenzt. Bei axialer Bewegung der beiden Teile 1 und 2 zueinander in Spannrichtung, d. h. einer voneinander weg orientierten Bewegung der beiden Teile 1 und 2, wird dieser Druckraum 10 durch entsprechende Verschiebung des Hohlkolbens 9 im Zylinder 7 vergrößert, wohingegen bei Bewegung der beiden Teile 1 und 2 entgegen der Spannrichtung, also einer zueinander orientierten Bewegung, durch Verschiebung des Hohlkolbens 9 im Zylinder 7 der Druckraum 10 entsprechend verkleinert wird.
Im verbauten Zustand der hydraulischen Spannvorrichtung wird das jeweilige Zugmittel durch Vorspannung der beiden Teile 1 und 2 mittels der zwischenliegenden Feder 3 auf Spannung gehalten. Treten nun Schwingungen im Zugmittel auf, welche eine Axialbewegung der beiden Teile 1 und 2 zueinander entgegen dem Federelement 3 bewirken, so werden auch Zylinder 7 und Hohlkolben 9 entsprechend axial zueinander verschoben. In Folge dessen wird das Volumen des Druckraumes 10 verkleinert, wobei die Hydraulikflüssigkeit an einem Entweichen über das Einwegventil 8 aus dem Druckraum 10 durch Sperren des Einwegventils 8 gehindert wird. Stattdessen kann die Hydraulikflüssigkeit nur über einen radial zwischen Hohlkolben 9 und Zylinder 7 vorgesehenen Leckspalt 11 aus dem Druckraum 10 in einen umliegend zum Zylinder 7 ausgestalteten Niederdruckbereich 12 gedrosselt entweichen, wobei eine Größe des Leckspalts 11 gemeinsam mit einer Viskosität der Hydraulikflüssigkeit, der vorherrschenden Temperatur und dem jeweils eingeleiteten Impuls die Dämpfung beeinflusst. Dem Entweichen der Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckraum 10 wird also durch die Drosselung über den Leckspalt 11 ein entsprechender Widerstand entgegengesetzt. Wird hingegen die hydraulische Spannvorrichtung wieder in Spannrichtung über das Federelement 3 vorgespannt und dementsprechend der Hohlkolben 9 und der Zylinder 7 wieder auseinandergeschoben, so kann Hydraulikflüssigkeit aus dem umliegenden Niederdruckbereich 12 in den sich hierbei vergrößernden Druckraum 10 nahezu ungedrosselt über das Einwegventil 8 nachströmen. In Folge dessen wird die Bewegung in Spannrichtung nicht abgedämpft.
Allerdings kann im Betrieb der hydraulischen Spannvorrichtung das Problem auftreten, dass gemeinsam mit der Hydraulikflüssigkeit Luft über das Einwegventil 8 in den Druckraum 10 hineingelangt. Im Druckraum 10 befindliche Luft hat dabei dann zur Folge, dass aufgrund der kompressiblen Eigenschaften der Luft die Dämpfeigenschaften der hydraulischen Spannvorrichtung negativ beeinflusst werden, indem im Extremfall sogar ein Leerhub ohne Dämpfung auftreten würde. Um nun eine automatische Entlüftung des Druckraumes 10 darzustellen, nimmt der Hohlkolben 9, wie insbesondere aus der detaillierten Schnittansicht in 2 ersichtlich ist, eine Lochplatte 13 auf, welche zwischen dem Druckraum 10 und einem oberhalb des Druckraumes 10 im Hohlkolben 9 ausgebildeten Sammelraum 14 angeordnet ist. Die Lochplatte 13 ist dabei mit einer axial verlaufenden Entlüftungsbohrung 15 versehen, über welche der Druckraum 10 und der Sammelraum 14 verbunden sind und ist über ein Federelement 16 axial beweglich zum Hohlkolben 9 gegen einen Ventilkäfig 17 vorgespannt. Dieser Ventilkäfig 17 ist dabei ortsfest im Hohlkolben 9 platziert und nimmt gemeinsam mit der Lochplatte 13 eine zwischenliegende Platte 18 auf, welche hinsichtlich der Lochplatte 13 und dem Ventilkäfig 17 frei bewegbar ist.
Befindet sich nun bei Verschiebung des Hohlkolbens 9 entgegen der Spannrichtung Luft im Druckraum 10, so wird diese bei Verkleinerung des Volumens des Druckraumes 10 in Richtung Entlüftungsbohrung 15 gedrückt. Aufgrund des kompressiblen Verhaltens der Luft steigt dabei der Druck im Druckraum 10 nur gering an, so dass die Platte 18 die Entlüftungsbohrung 15 freigebend auf einem Bund 19 des Ventilkäfig 17 verbleibt, wobei eine Gestalt des Bundes 19 insbesondere aus der perspektivischen Ansicht des Ventilkäfig 17 in 3 ersichtlich ist. Da der Bund 19 neben einer zentralen axialen Bohrung 20 auch mit mehreren, umliegend vorgesehenen Durchbrüchen 21 versehen ist, kann die im Druckraum 10 befindliche Luft ungehindert zur Entlüftungsbohrung 15 strömen und in den Sammelraum 14 entweichen. Befindet sich dann keine Luft mehr im Druckraum 10, so steigt der Druck der Hydraulikflüssigkeit wesentlich an, was in einer axialen Bewegung der Platte 18 und deren Anliegen an der Lochplatte 13 resultiert, so dass die Platte 18 die Entlüftungsbohrung 15 überdeckt und damit verschließt. Dementsprechend kann keine Hydraulikflüssigkeit in den Sammelraum 14 entweichen, so dass diese im Folgenden nur noch wie gewünscht über den Leckspalt 11 in den umliegenden Niederdruckbereich 12 strömen kann.
Um allerdings während des Betriebes bei einer axialen Bewegung der beiden Teile 1 und 2 in Spannrichtung und einer hiermit einhergehenden Vergrößerung des Druckraumes 10 ein Nachsaugen von Luft aus dem Sammelraum 14 in den Druckraum 10 zu verhindern, was aufgrund des hierbei erfolgenden Abhebens der Platte 18 von der Lochplatte 13 und einer dementsprechenden Freigabe der Entlüftungsbohrung 15 möglich wäre, nimmt der Sammelraum 14 einen Schwimmkörper in Form einer Hohlkugel 22 auf. Diese Hohlkugel 22 wirkt dabei mit einem Ventilsitz 23 zusammen, welcher im Einmündungsbereich der Entlüftungsbohrung 15 in den Sammelraum 14 ausgestaltet ist, so dass die Hohlkugel 22 bei Aufliegen auf dem Ventilsitz 23 die Entlüftungsbohrung 15 seitens des Sammelraumes 14 verschließt. Die Hohlkugel 22 besteht dabei aus einem Kunststoffmaterial und schwimmt entsprechend der Dichte des Kunststoffmaterials auf Hydraulikflüssigkeit auf, so dass ein Aufliegen am Ventilsitz 23 nur bei einem vollständig entleerten Sammelraum 14 erfolgt. Befindet sich hingegen Hydraulikflüssigkeit im Sammelraum 14 so kann diese über die Entlüftungsbohrung 15 in den Druckraum 10 zurückströmen, da die Hohlkugel 22 in diesem Moment nicht die Entlüftungsbohrung 15 verschließt.
Um allerdings zu gewährleisten, dass bei Verschiebung des Hohlkolbens 9 zum Zylinder 7 in Spannrichtung Hydraulikflüssigkeit hauptsächlich über das Einwegventil 8 in den Druckraum 10 nachgesaugt wird, ist ein Durchflussquerschnitt der Entlüftungsbohrung 15 im Vergleich zu einem Durchflussquerschnitt des Einwegventils 8 deutlich kleiner gewählt. Dementsprechend wird Hydraulikflüssigkeit hauptsächlich aus dem umliegenden Niederdruckbereich 12 über das Einwegventil 8 und nur im geringen Anteil aus dem Sammelraum 14 nachgesaugt.
Über das Zusammenspiel der Lochplatte 13, der Platte 18, des Ventilkäfig 19 und der Hohlkugel 22 wird ferner ein automatisches Entlüften im Stillstand des Systems erreicht. Sinkt im Stillstand des Systems der Druck im Druckraum 10 ab und erreicht ein Druckniveau, welches auch im Sammelraum 14 vorherrscht, so sinkt die Platte 18 aus der die Entlüftungsbohrung 15 verschließenden Position ab und kommt am Bund 19 zum liegen. Dementsprechend ist die Entlüftungsbohrung 15 freigegeben, so dass Luft nun aus dem Druckraum 10 in den Sammelraum 14 und Hydraulikflüssigkeit aus dem Sammelraum 14 in den Druckraum 10 strömen kann. Ist der Sammelraum 14 allerdings vollständig entleert oder entleert er sich im Rahmen des Austauschs der Medien, so kommt die Hohlkugel 22 auf dem Ventilsitz 23 zum Liegen.
Darüber hinaus fungiert die im Hohlkolben 9 axial bewegliche Lochplatte 13 noch als Druckbegrenzungseinheit, indem sie über das Federelement 16 gegen den Ventilkäfig 19 vorgespannt ist und, wie insbesondere aus der perspektivischen Ansicht aus 4 ersichtlich ist, an ihrem Umfang mit axial verlaufenden Drosselkanälen 24 versehen ist. Diese Drosselkanäle erstrecken sich dabei zwischen dem Druckraum 10 und dem Sammelraum 14 und weiten sich jeweils in Richtung des Sammelraumes 14 auf. Übersteigt der Druck im Druckraum 10 bei Verschiebung des Hohlkolbens 9 entgegen der Spannrichtung ein Druckniveau, welches zur Überwindung der Federkraft des Federelements 16 führt, so hebt die Lochplatte 13 aus ihrem Sitz am Ventilkäfig 19 ab, wobei Hydraulikflüssigkeit über die Durchbrüche 21 und auch die axiale Bohrung 20, sowie die Drosselkanäle 24 gedrosselt in den Sammelraum 14 abströmen kann. In Folge dessen wird der Druck im Druckraum 10 begrenzt, wobei ein schlagartiger Druckabfall aufgrund der Drosselwirkung der Drosselkanäle 24 verhindert wird.
Ein Hub der Lochplatte 13 wird dabei allerdings durch einen axialen Anschlag am Hohlkolben 9 begrenzt, welcher durch einen, am Innenumfang des Hohlkolbens 9 eingebrachten Sicherungsring 25 dargestellt wird. Dieser Sicherungsring 25 wirkt dabei mit einer umlaufenden Nut 26 an der Lochplatte 13 zusammen und hindert die Lochplatte 13 dementsprechend ab Kontakt von Sicherungsring 25 und Nut 26 an einer weiteren axialen Verschiebung.
Wie des Weiteren aus 1 ersichtlich ist, steht der Niederdruckbereich 12 mit dem Sammelraum 14 im Hohlkolben 9 über Durchführungen 27 in Form radialer Bohrungen in Verbindung, so dass ein Rückströmen von sich im Sammelraum 14 angesammelter Hydraulikflüssigkeit in das Reservoir 12 ab Überschreiten eines bestimmten Füllstandes gewährleistet ist.
Aus 5 ist eine detaillierte Schnittansicht des Hohlkolbens 9 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich. Im Unterschied zu der im Vorfeld beschriebenen Variante, ist die Hohlkugel 22 in diesem Fall axial beweglich und fluchtend zum Ventilsitz 23 über einen Käfig 28 geführt, welcher auf der Lochplatte 13 mittels einer Klemmverbindung aufgesetzt ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Hohlkugel 22 bei vollständig entleertem Sammelraum 14 stets auf dem Ventilsitz 23 zum Aufliegen kommt und ggf. geringe Abweichungen der hydraulischen Spannvorrichtung aus der Vertikalen nicht zu einem Aufliegen neben dem Ventilsitz 23 führen.
Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer hydraulischen Spannvorrichtung ist es somit möglich, ein automatisches Entlüften eines Druckraumes 10, insbesondere auch im Stillstand des Systems, zuverlässig zu gewährleisten. Durch Verwendung eines Schwimmkörpers, bevorzugt in Form einer Hohlkugel 22, wird im Betrieb ein ungewolltes Rückströmen von Luft in den Druckraum 10 verhindert.
Bezugszeichenliste

1: erster Teil
2: zweiter Teil
3: Federelement
4: Befestigungsauge
5: Befestigungsauge
6: Gehäuse
7: Zylinder
8: Einwegventil
9: Hohlkolben
10: Druckraum
11: Leckspalt
12: Niederdruckbereich
13: Lochplatte
14: Sammelraum
15: Entlüftungsbohrung
16: Federelement
17: Ventilkäfig
18: Platte
19: Bund
20: Bohrung
21: Durchbrüche
22: Hohlkugel
23: Ventilsitz
24: Drosselkanäle
25: Sicherungsring
26: Nut
27: Durchführungen
28: Käfig

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010010725 A1 [0003, 0010, 0010]

Claims

Hydraulische Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb einer Brennkraftmaschine, umfassend einen in Spannrichtung vorgespannten Hohlkolben (9), welcher in einem Zylinder (7) verschiebbar geführt ist und gemeinsam mit dem Zylinder (7) einen zwischenliegenden Druckraum (10) begrenzt, wobei der Hohlkolben (9) eine Lochplatte (13) mit einer Entlüftungsbohrung (15) aufnimmt, welche den Druckraum (10) mit einem oberhalb des Druckraumes (10) im Hohlkolben (9) ausgestalteten Sammelraum (14) verbindet, und wobei die Entlüftungsbohrung (15) bei druckbeaufschlagtem Druckraum (10) seitens des Druckraumes (10) über ein Verschlusselement verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelraum (14) einen Schwimmkörper aufnimmt, für welchen an der Lochplatte (13) ein Ventilsitz (23) ausgestaltet ist, wobei der Ventilsitz (23) an der Lochplatte (13) im Einmündungsbereich der Entlüftungsbohrung (15) in den Sammelraum (14) vorgesehen ist, so dass der Schwimmkörper bei Aufliegen auf dem Ventilsitz (23) die Entlüftungsbohrung (15) verschließt.
Hydraulische Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper fluchtend zu dem Ventilsitz (23) axial beweglich in einem Käfig (28) geführt ist, welcher seitens des Sammelraumes (14) auf die Lochplatte (13) aufgesetzt ist.
Hydraulische Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper als Hohlkugel (22) ausgeführt ist.
Hydraulische Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement als starre Platte (18) ausgeführt ist, welche auf Seiten des Druckraumes (10) axial beweglich zwischen der Lochplatte (13) und einem Ventilkäfig (17) aufgenommen ist, wobei die Platte bei gleichem Druck in Druck- (10) und Sammelraum (14) die Entlüftungsbohrung (15) freigebend auf einem Bund (19) des Ventilkäfigs (17) aufliegt, wohingegen die Platte (18) bei Druckbeaufschlagung des Druckraumes (10) an der Lochplatte (13) anliegt und die Entlüftungsbohrung (15) überdeckt.
Hydraulische Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchflussquerschnitt der Entlüftungsbohrung (15) wesentlich kleiner ausgeführt ist als ein Durchflussquerschnitt eines Einwegventils (8), welches den Druckraum (10) mit einem umliegend zum Zylinder (7) vorgesehenen Niederdruckbereich (12) verbindet.
Hydraulische Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelraum (14) über zumindest eine Durchführung (27) im Hohlkolben (9) mit einem umliegend zum Zylinder (7) vorgesehenen Niederdruckbereich (12) verbunden ist.
Hydraulische Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochplatte (13) axial relativ zum Hohlkolben (9) bewegbar über ein Federelement (16) gegen einen Sitz am Hohlkolben (9) vorgespannt ist, wobei die Lochplatte (13) an ihrem Umfang mit zwischen dem Sammelraum (14) und dem Druckraum (10) verlaufenden Drosselkanälen (24) versehen ist, welche sich jeweils in Richtung des Sammelraumes (14) aufweiten und bei Anliegen der Lochplatte (13) am Sitz durch den Sitz verdeckt sind.
Hydraulische Spannvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Bewegung der Lochplatte (13) durch einen Anschlag begrenzt ist, welcher durch einen Sicherungsring (25) gebildet ist.
Hydraulische Spannvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsring (25) mit einer umlaufenden Nut (26) an der Lochplatte (13) zusammenwirkt.
Hydraulische Spannvorrichtung nach Anspruch 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitz durch den Ventilkäfig (17) ausgebildet ist, welcher ortsfest in dem Hohlkolben (9) aufgenommen ist.