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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rückschlagventil für eine Spannvorrichtung eines Kettentriebs, insbesondere für einen Steuerkettentrieb eines Verbrennungsmotors, mit einem Gehäuse und einem Ventilkörper, der in einer Ventilkörper-Aufnahme des Gehäuses angeordnet ist, wobei der Ventilkörper im geschlossenen Zustand des Rückschlagventils an einem Ventilsitz anliegt, um eine Fluidströmung durch das Rückschlagventil entgegen der Öffnungsrichtung zu verhindern. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Spannvorrichtung mit einem Spannergehäuse, einem in einer Kolbenbohrung des Spannergehäuses geführten Spannkolben, wobei zwischen der Kolbenbohrung und dem Spannkolben ein Hydraulikhochdruckraum ausgebildet ist, und einem Rückschlagventil, das eine Fluidströmung aus dem Hydraulikhochdruckraum durch das Rückschlagventil entgegen der Öffnungsrichtung des Rückschlagventils verhindert.
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Spannvorrichtungen mit Rückschlagventil sind in der Technik in unterschiedlichen Anwendungen im Einsatz. Bei Steuerkettentrieben in Verbrennungsmotoren wird die Steuerkette mittels einer Spannschiene gespannt, die von einer Spannvorrichtung an die Steuerkette gedrückt wird. Die Spannvorrichtung weist dabei ein am Motorblock angebrachtes Spannergehäuse auf, in dem ein Spannkolben längsverschieblich geführt ist. Dabei steht ein zwischen dem Spannkolben und dem Spannergehäuse ausgebildeter Hochdruckraum über ein Rückschlagventil mit einer Hydraulikmittelversorgung in Kontakt. Der Spannkolben wird üblicherweise mittels einer in dem Druckraum angeordneten Druckfeder gegen die Steuerkette gedrückt, wobei das in dem Hochdruckraum befindliche Hydraulikmittel durch die Blockierwirkung des Rückschlagventils eine Dämpfung des Spannkolbens bei einer Einfahrbewegung des Kolbens in den Druckraum ermöglicht.
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Beim Einsatz von Spannvorrichtungen in Steuerkettentrieben von Verbrennungsmotoren ist es wichtig, dass die Steuerkette gut geführt und gespannt wird, damit es aufgrund der relativ hohen Geschwindigkeit der Steuerkette und der durch den Verbrennungsmotor selbst sowie den im Fahrbetrieb entstehenden Vibrationen nicht zu einem Überspringen der Steuerkette kommt. Der Anschluss der Spannvorrichtung an die Motorölhydraulik ermöglicht eine lastabhängige Hydraulikversorgung, so dass bei einer zunehmenden Motordrehzahl sich durch den erhöhten Öldruck die Dämpfungswirkung in der Spannvorrichtung verstärkt. Die Dämpfungswirkung ist weiterhin wesentlich mit der Funktion des Rückschlagventils gekoppelt, das ein zu schnelles und starkes Einfahren des Spannkolbens in den Druckraum verhindert. Dabei kommen in der Technik Rückschlagventile in unterschiedlichen Konstruktionen und in verschiedenen Ausführungsformen zum Einsatz.
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Eine gattungsgemäße Spannvorrichtung mit einem Kugelrückschlagventil ist aus der
DE 196 31 607 A1 bekannt. Das in dieser Spannvorrichtung verwendete Rückschlagventil ist am Boden der Kolbenbohrung des Spannergehäuses angeordnet und weist einen kugelförmigen Ventilkörper auf, der die Eintrittsbohrung in den Hydraulikhochdruckraum verschließt und von einem Gehäusekäfig umgeben ist. Der Gehäusekäfig wird von der Schraubendruckfeder gegen den Boden der Kolbenbohrung gedrückt, während sich die Ventilfeder zum Vorspannen des Ventilkörpers an dem Gehäusekäfig abstützt. Beim geöffneten Rückschlagventil umströmt das in den Hochdruckraum einströmende Hydraulikmittel den kugelförmigen Ventilkörper und durch den Gehäusekäfig an der Ventilfeder vorbei in den Hochdruckraum.
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Die Anwendung von Spannvorrichtungen mit Rückschlagventilen im Automobilbereich erfordert neben einem schnellen Ansprechverhalten auch eine hohe Lebensdauer der Rückschlagventile. Die fortschreitende Entwicklung von Verbrennungsmotoren erfordert auch von nebengeordneten Bauteilen eine Anpassung an gestiegene Motorleistungen und Motordynamik. Dies erfordert neben einem robusten Aufbau der in den Spannvorrichtungen eingesetzten Rückschlagventile auch sehr schnelle Reaktionszeiten für die Öffnungs- und Schließvorgänge des Rückschlagventils bei gleichzeitiger guter mechanischer Beständigkeit zur Erzielung der erforderten hohen Lebensdauer. Ergänzt wird das Anforderungsprofil durch geringe Herstellkosten, die bei den hohen Stückzahlen der im Automobilbereich üblichen Serienproduktion eine entscheidende Rolle spielen. Entsprechend besteht eine generelle Anforderung, die bisherigen teilweise komplizierten Konstruktionen für Spannvorrichtungen und Rückschlagventile, insbesondere für den Einsatz im Automobilsektor weiter zu vereinfachen und nach Kostengesichtspunkten zu optimieren.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung der eingangs genannten Art konstruktiv zu verbessern und insbesondere ein kostengünstiges Rückschlagventil mit einer hohen Dynamik und mechanischer Robustheit bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Aufnahme des Gehäuses des Rückschlagventils zur Unterdürckung der Umströmung des Ventilkörpers einen ununterbrochenen geschlossen umlaufenden Dichtungsabschnitt aufweist, wobei der Spalt zwischen dem Dichtungsabschnitt und dem Ventilkörper zumindest ab einem bestimmten Öffnungshub zwischen dem 0,0- und 0,015-fachen des Durchmessers des Ventilskörpers beträgt. Die geschlossen umlaufende Abdichtung zwischen dem Ventilkörper und dem Gehäuse, das bei einem Rückschlagventil auch als Gehäusekäfig oder Ventilkäfig bezeichnet wird, trennt den Raum hinter dem Ventilkörper von der Fluidströmung und verhindert so eine vollständige Umströmung des Ventilkörpers. Bei der Unterdrückung der Umströmung kann weiterhin durch den Spalt der Spaltdichtung zwischen Dichtungsabschnitt und Ventilkörper ein der Größe des Spalts entsprechender Leckagestrom an dem Ventilkörper entlangströmen. Mit der Unterdrückung oder völligen Unterbindung der Umströmung des Ventilkörpers wird insbesondere bei schnell öffnenden und schließenden Rückschlagventilen mit hoher Dynamik ein seitliches Flattern des Ventilkörpers vermieden. Dies ist für ein gutes Schließverhalten des Rückschlagventils und eine dauerhafte hohe Abdichtung zwischen Ventilkörper und Ventilsitz notwendig, da so beim Schließen ein einseitiges oder überhartes Auftreffen des Ventilkörpers auf den Ventilsitz vermieden wird.
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Durch die Interaktion des ununterbrochen geschlossen umlaufenden Dichtungsabschnitts in der Aufnahme des Gehäusekäfigs mit dem Ventilkörper werden üblicherweise 40% der Oberfläche des Ventilkörpers, je nach Ausführungsform auch bis zu 50% der Oberfläche, auf der der Fluidströmung durch das Rückschlagventil abgewandeten Seite des Ventilkörpers, von einer An- und Umströmung durch das Fluid ausgeschlossen, wodurch sowohl ein seitliches Flattern des Ventilkörpers als auch eine Oszillation in Öffnungsrichtung im Wesentlichen verhindert wird. Zusätzlich wird überhaupt jegliches seitliche Flattern durch den engen Spalt zwischen dem Dichtungsabschnitt und dem Ventilkörper auf ein sehr geringes Maß begrenzt. Je nach Größe des Spalts, der zumindest ab einem bestimmten Öffnungshub zwischen dem 0,0- und 0,015-fachen des Durchmessers des Ventilskörpers an dieser Stelle beträgt, ist bei geöffnetem Rückschlagventil ein geringer Leckagestrom von bis zu 12% der Fluidströmung durch das Rückschlagventil möglich. Dieser Leckagestrom kann ein Anhaften des Ventilkörpers in der Aufnahme des Gehäusekäfigs bzw. am ununterbrochen geschlossen umlaufenden Dichtungsabschnitt verhindern und ein sicheres Schließen des Rückschlagventils gewährleisten. In einer besonderen Ausführungsform kann der Spalt zwischen dem Dichtungsabschnitt und dem Ventilkörper zwischen dem 0,02- und 0,010-fachen des Durchmessers des Ventilkörpers betragen.
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Da die Funktion des ununterbrochen geschlossen umlaufenden Dichtungsabschnitts nur im geöffneten Zustand des Rückschlagventils die beabsichtigte Wirkung der Unterbindung der Umströmung des Ventilkörpers erzielen kann, und das seitliche Flattern sowie die Oszillation des Ventilkörpers üblicherweise erst bei hoher Strömungsgeschwindigkeit durch das Rückschlagventil auftreten, muss im geschlossenen Zustand des Rückschlagventils der Spalt zwischen dem Dichtungsabschnitt und dem Ventilkörper nicht den geforderten geringen Abstand aufweisen, sondern kann einen zum Teil deutlich größeren Spalt zeigen. Der Spalt zwischen dem ununterbrochen geschlossen umlaufenden Dichtungsabschnitt in der Aufnahme des Gehäusekäfigs und dem Ventilkörper muss erst ab einem Öffnungshub des Ventilkörpers von 25%, oder entsprechend einer Ventilsöffnungsfläche von 25% der maximalen Öffnungsfläche des Rückschlagventils für den Durchtritt der Fluidströmung, den geforderten Bereich zwischen dem 0,0- und 0,015-fachen des Durchmessers des Ventilkörpers erfüllen.
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Der mit dem Ventilkörper zum Verschließen des Rückschlagventils zusammenwirkende Ventilsitz kann in einfacher Weise durch eine angefaste Bohrung oder Ausstanzung in einer Platte realisiert werden, die an dem in Durchströmungsrichtung durch das Rückschlagventil stromaufwärtigen (unteren) Ende des Gehäuses angeordnet ist und gleichzeitig die Ventilkörperaufnahme des Gehäusekäfigs nach unten hin abschließt.
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Um im geöffneten Zustand, bzw. zumindest ab einem bestimmten Öffnungshub, die maximale Dichtwirkung des Dichtungsabschnitts zu ermöglichen, und um im Wesentlichen den gesamten hinteren Bereich des Ventilkörpers nicht durch die Fluidströmung umströmen zu lassen, kann der ununterbrochen geschlossen umlaufende Dichtungsabschnitt in der Aufnahme des Gehäuses ab einem bestimmten Öffnungshub mit einem Ventilkörperabschnitt zusammenwirken, der in der axialen Öffnungsrichtung des Rückschlagventils einen maximalen Durchmesser des Ventilkörpers aufweist. Dabei ist unter der axialen Öffnungsrichtung des Rückschlagventils die Bewegungsrichtung des Ventilkörpers vom geschlossenen Zustand, in dem das Rückschlagventil an dem Ventilsitz anliegt, in den geöffneten Zustand, in dem die Fluidströmung durch das Rückschlagventil strömt, zu verstehen. Im Hinblick auf die insbesondere bei hohen Fluidströmungen und entsprechend großen Ventilöffnungsflächen zu verhindernde seitliche und oszillierende Bewegung des Ventilkörpers ist das Zusammenwirken des ununterbrochen geschlossen umlaufenden Dichtungsabschnitts mit dem Ventilkörperabschnitt mit einem in der axialen Öffnungsrichtung maximalen Durchmesser des Ventilkörpers, insbesondere ab einem Öffnungshub des Ventilkörpers von 50%, notwendig.
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Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Aufnahme des Gehäuses axial zur Öffnungsrichtung des Rückschlagventils hinter dem Ventilkörper einen Dämpfungshohlraum aufweist. Durch den Dämpfungshohlraum kann die Dynamik des Rückschlagventils beeinflusst werden. Dabei kann das in dem Dämpfungshohlraum vorhandene Hydraulikmittel die Öffnungsbewegung des Ventilkörpers bei einem schnellen ruckartigen Öffnungshub dämpfen, um ein Überschwingen und Oszillieren des Ventilkörpers zu vermeiden bzw. zu reduzieren. Des Weiteren kann der Dämpfungshohlraum eine Drosselöffnung aufweisen, durch die die Dynamik der Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilkörpers gezielt beeinflusst werden kann. Der Dämpfungshohlraum kann über den Leckagestrom durch den Spalt zwischen Dichtungsabschnitt und Ventilkörper oder durch die Drosselöffnung mit Hydraulikmittel versorgt werden.
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Eine weitere Ausbildung des Rückschlagventils sieht vor, dass das Gehäuse zur Führung des Ventilkörpers axial zur Öffnungsrichtung orientierte Führungsabschnitte aufweist, die gemeinsam einen Führungskanal ausbilden. Die axial zur Öffnungsrichtung orientierten Führungsabschnitte, die entsprechend seitlich des Ventilkörpers angeordnet sind, ermöglichen bereits bei einem Abheben des Ventilkörpers von dem Ventilsitz eine enge Führung des Ventilkörpers und verhindern so eine seitliche flatternde Bewegung des Ventilkörpers oder ein einseitiges Öffnen mit einer ungleichmäßigen Durchströmung des Rückschlagventils. Bevorzugt beträgt der Spalt zwischen dem Führungskanal im Bereich der Führungsabschnitte zum Ventilkörper zwischen dem 0,0- und dem 0,015-fachen des Durchmessers des Ventilkörpers. Für eine gute gleichmäßige Abdichtung zwischen dem ununterbrochen geschlossen umlaufenden Dichtungsabschnitt und dem Ventilkörper sowie ein gleichmäßiges Öffnen des Ventilkörpers aus dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand mit einem Öffnungshub von mindestens 25% kann der Führungskanal in der axialen Öffnungsrichtung des Rückschlagventils vor dem Dichtungsabschnitt in der Aufnahme des Gehäuses angeordnet sein und an den Dichtungsabschnitt angrenzen. Dies ermöglicht eine besonders sichere Führung des Ventilkörpers auch bereits direkt nach dem Abheben vom Ventilsitz und verhindert ein einseitiges Auftreffen des Ventilkörpers auf den Ventilsitz beim Schließen des Rückschlagventils.
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Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass im Gehäuse zwischen den Führungsabschnitten Strömungsöffnungen vorgesehen sind, die die Fluidströmung durch das Gehäuse leiten. Diese bevorzugt symmetrisch im Gehäuse um die Ventilkörperaufnahme herum angeordneten Strömungsöffnungen leiten die am vorderen Teil des Ventilkörpers an der Unterseite des Rückschlagventils eingeströmte Fluidströmung um die Ventilkörperaufnahme herum und aus dem Gehäuse heraus und ermöglichen eine weitestgehend ungestörte Fluidströmung durch das Rückschlagventil. Mit einer möglichst großen Anzahl von Strömungsöffnungen und einer symmetrischen Verteilung um die Aufnahme herum, können durch einen nahezu symmetrischen Hydraulikmittel-Durchfluss die hydraulischen Verluste und Verwirbelungen minimiert werden.
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Eine Variante des Rückschlagventils sieht vor, dass eine Ventilfeder vorgesehen ist, die axial zur Öffnungsrichtung hinter dem Ventilkörper in der Aufnahme des Gehäuses angeordnet ist. Die Ventilfeder ermöglicht neben der Vorspannung für ein verzögertes Ansprechverhalten des Rückschlagventils auch ein sicheres Schließen und eine gute Anlage des Ventilkörpers am Ventilsitz im geschlossenen Zustand. Die Ventilfeder kann dabei durch die Aufnahme des Gehäuses geführt werden, indem der Innendurchmesser der Aufnahme im Bereich der Ventilfeder an den Außendurchmesser der Ventilfeder angepasst ist. Insbesondere kann die Ventilfeder im Dämpfungshohlraum angeordnet sein, um den Aufbau des Rückschlagventils möglichst flach zu halten.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Ventilkörper als eine Ventilkugel ausgebildet ist. Solche Kugelrückschlagventile sind in der Technik gut bekannt und von allen Fachleuten akzeptiert. Darüber hinaus sind Kugelrückschlagventile kostengünstig zu fertigen. Auch können kugelförmige Ventilkörper am Markt einfach und kostengünstig beschafft werden, so dass eine aufwändige kostenintensive Kleinserienfertigung nicht notwendig ist. Des Weiteren ermöglichen kugelförmige Ventilkörper eine sichere und dauerhaft gute Abdichtung am Ventilsitz.
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Eine Modifikation eines solchen Kugelrückschlagventils sieht vor, dass axial zur Öffnungsrichtung des Rückschlagventils hinter der Ventilkugel in der Aufnahme des Gehäuses eine kalottenförmige Anlagefläche zur Anlage der Ventilkugel beim vollständig geöffneten Rückschlagventil, also mit einem Öffnungshub von 100%, vorgesehen ist. Die kalottenförmige Anlagefläche begrenzt den Öffnungshub des Ventilkörpers und entsprechend gleichzeitig mit der Öffnungsfläche des Ventils auch die Fluidströmung durch das Rückschlagventil. Durch die kalottenförmige Form der Anlagefläche wird die maximale Flächenpressung zwischen dem Ventilkörper und dem Gehäuse beschränkt. Dies beugt einer lokalen Überbelastung der Werkstoffe des Gehäuses und des Ventilkörpers vor. Entsprechend des Dichtungsabschnitts ist auch die in der Aufnahme des Gehäuses vorgesehene kalottenförmige Anlagefläche als ununterbrochen geschlossen umlaufende Anlagefläche ausgebildet, die sich in der Durchströmungsrichtung an den Dichtungsabschnitt anschließt. Hydraulikmittel aus dem Dämpfungshohlraum und aus dem Leckagestrom durch den Dichtungsspalt können den Stoß zwischen dem Ventilkörper und der kalottenförmigen Anlagefläche bei schnellen und großen Öffnungshüben des Ventilkörpers dämpfen.
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Um eine günstige Serienfertigung des Rückschlagventils zu ermöglichen, kann das Gehäuse aus Kunststoff hergestellt sein, insbesondere als Spritzgießteil. In der Großserientechnologie lassen sich durch den Einsatz von Kunststoff als Grundmaterial Kosten einsparen und unterschiedliche Funktionen in einem Bauteil wie dem Gehäusekäfig integrieren. Neben einer Herstellung als Spritzgießteil können zur Serienproduktion des Gehäusekäfigs auch andere Fertigungstechnologien eingesetzt werden. Um die thermischen und mechanischen Eigenschaften des Kunststoffmaterials und damit auch des Gehäusekäfigs zu erhöhen, kann der Kunststoff mit Glasfasern oder Kohlestofffasern verstärkt werden. Neben thermoplastischen Kunststoffmaterialien können zur Herstellung des Gehäusekäfigs auch Duroplaste oder MiM-Metalle verwendet werden, die sich in einem Pulverspritzgießen verarbeiten lassen und die für die Herstellung von Bauteilen mit sehr geringen Toleranzen besonders geeignet sind.
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Des Weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Spannvorrichtung, insbesondere für einen Steuerkettentrieb eines Verbrennungsmotors, mit einem Spannergehäuse, einem in einer Kolbenbohrung des Spannergehäuses geführten Spannkolben, wobei zwischen der Kolbenbohrung und dem Spannkolben ein Hydraulikhochdruckraum ausgebildet ist, und mit einem der oben beschriebenen neuartigen Rückschlagventile, das eine Fluidströmung aus dem Hydraulikhochdruckraum durch das Rückschlagventil entgegen der Öffnungsrichtung des Rückschlagventils verhindert. Durch den robusten Aufbau und die dynamische Funktion eines erfindungsgemäßen Rückschlagventils wird eine Spannvorrichtung mit einem schnellen Ansprechverhalten, einer sicheren Funktion und einer hohen Lebensdauer bereitgestellt, das trotz der sehr schnellen Reaktionszeit für die Öffnungs- und Schließvorgänge des Rückschlagventils und der guten mechanischen Beständigkeit geringe Herstellungskosten in der Serienproduktion ermöglicht.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung,
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2 eine teilweise geschnittene perspektivische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Rückschlagventils aus der Spannvorrichtung aus 1,
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3 eine Schnittdarstellung des Rückschlagventils aus 2 durch die Strömungsöffnungen im vollständig geöffneten Zustand,
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4 eine Schnittansicht durch das Rückschlagventil aus 2 durch die Führungsabschnitte im geschlossenen Zustand, und
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5 eine Draufsicht auf das Rückschlagventil aus 2.
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Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Spannvorrichtung 1 dient als Kettenspanner zum Andrücken einer nicht näher dargestellten Spannschiene an die Steuerkette eines Steuerkettentriebs in einem Verbrennungsmotor. Hierzu umfasst die Spannvorrichtung 1 ein hülsenförmiges Spannergehäuse 2 mit einer zylindrischen Kolbenbohrung 3 und einem in der Kolbenbohrung 3 verschiebbar geführten Spannkolben 4, der mit einer Stirnfläche 5 auf einem in geeigneter Weise ausgestalteten Bereich einer Spannschiene aufdrückt. Das Spannergehäuse 2 ist über nicht näher dargestellte Befestigungsmöglichkeiten mit dem Motorgehäuse verbunden. Die Grundfläche 6 des Spannergehäuses 2 steht mit einer nicht näher dargestellten Anschlussfläche des Motorgehäuses in Verbindung und ein ebenfalls nicht dargestellter Hydraulikkanal der Motorölhydraulik mündet in Fluchtung mit der Einlassöffnung 7 in dem Spannergehäuse 2.
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Der Spannkolben 4 ist als Hohlkolben ausgebildet und nimmt in seinem Inneren zumindest teilweise eine Druckfeder 8 auf, die sich letztendlich am Grund 9 der Kolbenbohrung 3 abstützt. Zwischen dem Spannkolben 4 und dem Spannergehäuse 2 ist ein Hochdruckraum 10 ausgebildet, in dem sich im Betrieb als Hydraulikmittel Motoröl unter einem hohen Betriebsdruck befindet. Bei einigen Ausführungsformen kann das Volumen des Hochdruckraums 10 noch durch einen innerhalb der Druckfeder 8 geführten Füllkörper reduziert sein. Dieser verringert dann zumindest das Volumen im Bereich der Bohrung 11 auf der Rückseite des Spannkolbens 4. Aufgrund des Spiels zwischen dem Spannkolben 4 und dem Gehäuse 2 verbleibt zwischen diesen Bauteilen ein Leckspalt, so dass eine bestimmte Motorölmenge an der Vorderseite 12 des Spannergehäuses 2 wieder austreten kann.
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Im Anschluss an die Einlassöffnung 7 befindet sich am Grund 9 der Kolbenbohrung 3 eine Aufnahmeöffnung 12 zur Aufnahme eines Rückschlagventils 13. Das Rückschlagventil 13, das in den 2 bis 5 im Detail dargestellt ist, wird im Folgenden näher erläutert.
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Wie in der teilweise frei geschnittenen, perspektivischen Seitenansicht des Rückschlagventils 13 in 2 gut zu erkennen, besteht das Rückschlagventil 13 aus vier Bauteilen, die im Gehäusekäfig 14, einem kugelförmigen Ventilkörper 15, einer Bodenplatte 16 und einer Ventilfeder 17. Dabei ist der kugelförmige Ventilkörper 15 und die Ventilfeder 17 in einer mittig angeordneten Ventilkörperaufnahme 18 des Gehäusekäfigs 14 angeordnet. Die Bodenplatte 16, wird hier in einer umlaufenden Vertiefung 19 an der Unterseite, d. h. der Einströmseite des Rückschlagventils 13, angeordnet und sicher mit dem Gehäuse 14 verbunden. Die Bodenplatte 16 weist mittig eine Durchtrittsöffnung 20 für das Hydraulikmittel auf, die auf der nach innen gewandten Kante der Durchtrittsöffnung 20 einen Ventilsitz 21 aufweist. Im geschlossenen Zustand des Rückschlagventils 13 drückt der kugelförmige Ventilkörper 15 gegen den Ventilsitz 21 und schließt das Rückschlagventil 13 gegenüber der Eintrittsseite ab. Auf der dem Ventilsitz 21 abgewandten Seite der Ventilkugel 15 ist in der Ventilkörperaufnahme 18 ein Dämpfungsdruckraum 22 vorgesehen, in dem die Ventilfeder 17 positioniert und von der inneren Zylinderwand des Dämpfungsdruckraums eng geführt ist. Der Dämpfungsdruckraum 22 weist eine an der Oberseite des Rückschlagventils 13 aus dem Gehäuse 14 austretende Drosselöffnung 23 auf, die die Dämpfungscharakteristik und Dynamik der Öffnungs- und Schließbewegung der Ventilkugel 15 beeinflusst. Neben der Drosselöffnung 23 ist auf der Oberseite die kreisförmige Angussmarkierung des Gehäusekäfigs 14 zu erkennen, die sich in Abhängigkeit des Produktionsverfahrens des Gehäuses 14 ausbildet.
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In dem Gehäusekäfig 14 des Rückschlagventils 13 sind wie in 3 gezeigt, Durchtrittsöffnungen 24 und Führungsabschnitte 25 vorgesehen, die abwechselnd symmetrisch um den Kugelventilkörper 15 herum angeordnet sind. Oberhalb der Durchtrittsöffnung 24 ist in der Ventilkörperaufnahme 18 ein ununterbrochen geschlossen umlaufender Dichtungsabschnitt 26 vorgesehen, der in Interaktion mit dem Ventilkörper 18 die Umströmung des hinteren Teils des Ventilkörpers 18 verhindert. Oberhalb des Dichtungsabschnitts 26 ist die Ventilkörperaufnahme 18 mit einer kalottenförmigen Anlagefläche 27 ausgebildet, die im vollständig geöffneten Zustand des Rückschlagventils 13 ein Anliegen des kugelförmigen Ventilkörpers 15 ermöglicht und die Öffnungsbewegung des Ventilkörpers 15 begrenzt.
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3 zeigt eine Schnittdarstellung des Rückschlagventils 13 im vollständig geöffneten Zustand, d. h. einem Öffnungshub von 100%, mit dem eingezeichneten Strömungsweg des Hydraulikmittels durch das Rückschlagventil 13. Der kugelförmige Ventilkörper 15 wird durch die Druckdifferenz zwischen der Unterseite des Rückschlagventils 13 und der Oberseite des Ventils, z. B. im Hochdruckraum 10 der Spannvorrichtung 1, vom Ventilsitz 21 in der Bodenplatte 16 abgehoben und gegen die Vorspannung der Ventilfeder 17 in die Ventilkörperaufnahme 18 gedrückt. Der ununterbrochen geschlossen umlaufende Dichtungsabschnitt 26 verhindert durch den nur geringen Spalt bzw. das Anliegen des Ventilkörpers 15 ein Umströmen des in der Ventilkörperaufnahme 18 befindlichen hinteren Teils der Ventilkugel 15. Wie in 3 zu erkennen, strömt das Hydraulikmittel im geöffneten oder teil geöffneten Zustand durch die Öffnung 20 in der Bodenplatte 16 und zwischen dem Ventilsitz 21 und dem unteren Teil der Ventilkugel 15 hindurch in die seitlichen Strömungsöffnungen 14 und an der Oberseite des Rückschlagventils 13 und an der seitlichen Öffnung der Strömungsöffnung 24 wieder heraus. In dem in 3 dargestellten vollständig geöffneten Zustand liegt der kugelförmige Ventilkörper 15 außerdem an der sich an den Dichtungsabschnitt 26 in der Ventilkörperaufnahme 18 angrenzenden kalottenförmigen Anlagefläche 27 an.
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4 zeigt einen Querschnitt durch das Rückschlagventil 13 in geschlossenem Zustand entlang der Führungsabschnitte 25 des Gehäusekäfigs 14. Im geschlossenen Zustand liegt der kugelförmige Ventilkörper 15 am Ventilsitz 21 der Bodenplatte 16 an und wird gleichzeitig noch im Bereich der Führungsabschnitte 25 in der Ventilkörperaufnahme 18 des Gehäusekäfigs 14 geführt. Der durch die um die Ventilkugel 15 herum angeordnete Führungsabschnitte 25 ausgebildete Führungskanal befindet sich dabei in Verlängerung zum ununterbrochen geschlossen umlaufenden Dichtungsabschnitt 26, ist jedoch im Gegensatz zum Dichtungsabschnitt 26 durch die Strömungsöffnungen 24 in mehrere Abschnitte unterteilt. Beim öffnen des Rückschlagventils 13 bewegt sich die Ventilkugel 15 nach oben in Öffnungsrichtung und gleitet von dem Führungskanal in den umlaufenden Dichtungsabschnitt 26, an dem sich zumindest ab einem Öffnungshub von 25% ein nur geringer Spalt zwischen dem Dichtungsabschnitt 26 und dem kugelförmigen Ventilkörper 15 ausbildet, der einem maximalen Leckagestrom von bis zu 12% des maximalen Fluidstroms durch das Rückschlagventil 13 zulässt. Bei der Öffnungsbewegung der Ventilkugel 15 verkleinert sich auch der Dämpfungsdruckraum 22 in der Ventilkörperaufnahme 18. Dies bewirkt in Abhängigkeit der Drosselöffnung 23 eine Dämpfung der Einfahrbewegung des kugelförmigen Ventilkörpers 15 in die Aufnahme 18 des Gehäusekäfigs 14.
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Die Draufsicht auf die Oberseite des Rückschlagventils 13 in 5 zeigt die symmetrische Anordnung der sechs Strömungsöffnungen 24 um die Ventilkörperaufnahme 18 sowie die dazwischen angeordneten Streben des Gehäusekäfigs 14, die auf der Innenseite der Ventilkörperaufnahme 18 in Verlängerung des Dichtungsabschnitts 26 die Führungsabschnitte 25 ausbildet. Des Weiteren ist hier auch die Drosselöffnung 23 des Dämpfungsdruckraums 22 zu erkennen sowie die kreisförmige Angussmarkierung des spritzgegossenen Gehäusekäfigs 14.
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Im Folgenden wird die Wirkungs- und Funktionsweise der oben beschriebenen Spannvorrichtung 1 näher erläutert.
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Die hier erläuterte erfindungsgemäße Spannvorrichtung 1 wird für einen Steuerkettentrieb eines Verbrennungsmotors verwendet. Aufgrund der schnell umlaufenden Steuerkette und aufgrund des Anschlusses der Spannvorrchtung 1 an die Motorölhydraulik des Verbrennungsmotors entstehen im hydraulischen Kreislauf der Spannvorrichtung 1 Druckschwingungen, die zu einem schnellen Schließen und öffnen des Rückschlagventils 13 führen. Da dabei Schaltfrequenzen für das öffnen und Schließen des Rückschlagventils von über 100 Hz möglich sind, sind die bei einem erfindungsgemäßen Rückschlagventil 13 gegebenen schnellen Reaktionszeiten und die hohe mechanische Robustheit von großer Bedeutung für die notwendige lange Lebensdauer der Spannvorrichtung 1. Das Rückschlagventil 13 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus lediglich vier Bauteilen, die alle kostengünstig herzustellen sind. Der Gehäusekäfig 14 mit integrierten Durchströmungsöffnungen und einer nahezu geschlossenen Ventilkörperaufnahme 18 kann aus einem Kunststoffmaterial als Spritzgussteil hergestellt werden. Die Bodenplatte 16 kann als Stanzteil aus Kunststoff oder einem anderen Material kostengünstig produziert werden. Demgegenüber können der kugelförmige Ventilkörper 15 und die Ventilfeder 17 als Standardprodukte aus der Massenfertigung herkömmlicher Kugelrückschlagventile bereitgestellt werden. Bei der Montage des Rückschlagventils 13 werden zunächst die Ventilfeder 17 und der kugelförmige Ventilkörper 15 von der Unterseite des Rückschlagventils 13 in die Ventilkörperaufnahme 18 eingeführt und anschließend die Bodenplatte 16 mit dem Ventilsitz 21 auf die Ventilkugel 15 aufgesetzt in die Vertiefung 19 an der Unterseite des Gehäusekäfigs 14 eingedrückt und mit dem Gehäuse 14 verbunden.
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Im Einsatz des Rückschlagventils 21, insbesondere in einer Spannvorrichtung 1, verhindert der Dichtungsabschnitt 26 in der Ventilkörperaufnahme 18, bei einer für die Durchströmung des Rückschlagventils 13 relevanten Öffnungshub von 25%, die Umströmung des hinteren Teils des Ventilkörpers 15, d. h. auf der der Unterseite des Rückschlagventils 13 und der Durchströmungsrichtung abgewandten Seite der Ventilkugel 15. Stattdessen wird der Fluidstrom durch die symmetrisch angeordneten Strömungsöffnungen 24 gleichmäßig durch das Rückschlagventil 13 geleitet, so dass sich eine weitgehend ungestörte symmetrisch Durchströmung des Rückschlagventils 13 ergibt bei der die hydraulischen Verluste und Verwirbelungen minimiert sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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