DE102013225984A1

DE102013225984A1 - Hydraulische Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb

Info

Publication number: DE102013225984A1
Application number: DE102013225984.0A
Authority: DE
Inventors: Markus Fischer; Friedrich Ness
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Catensys Germany GmbH
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2015-06-18
Anticipated expiration: 2033-12-17
Also published as: US20160327135A1; US10253852B2; DE102013225984B4; WO2015090305A1; CN105829763A; CN105829763B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung, die in Zugmitteltrieben von Brennkraftmaschinen eingesetzt ist und die einen von einem Hydraulikfluid beaufschlagten Kolben (19) umfasst, der in einem Zylinder linear verschiebbar geführt und gegen ein Zugmittel angefedert ist. Das Hydraulikfluid kann abhängig von einer Stellbewegungsrichtung des Kolbens (19) über ein Rückschlagventil in einen Druckraum (17) einströmen oder aus dem Druckraum (17) über ein Überdruckventil (20) abströmen. Dazu ist das Überdruckventil (20) druckraumseitig in einer zentralen Aufnahme (16) des Kolbens (19) als vormontierbare Ventilgruppe (21) eingesetzt, die ein topfartiges Ventilgehäuse (18) umfasst, in die ein Führungselement (25) mit zugehörigem Ventilsitz (29), ein als Ventilplatte (30) ausgebildeter Ventilkörper sowie eine Druckfeder (31) integriert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung, die in Zugmitteltrieben von Brennkraftmaschinen eingesetzt ist gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Hydraulische Spannvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung werden vornehmlich für Zugmitteltriebe, wie Ketten- oder Riementriebe, eingesetzt, die eine sich ändernde Länge des Zugmittels im Betriebszustand aufgrund von Erwärmung und/oder Verschleiß wirksam kompensieren. Um Kraftspitzen in einem Zugmitteltrieb und damit in der hydraulischen Spannvorrichtung abzubauen, ist es bekannt, dem Druckraum der Spannvorrichtung ein Überdruckventil zuzuordnen.
Eine Spannvorrichtung der zuvor beschriebenen Bauart ist aus der DE 36 39 389 A1 bekannt, mit der eine Kette als Zugmittel gespannt wird. Der Aufbau der Spannvorrichtung umfasst in dem als Zylinder ausgebildeten Gehäuse der Spannvorrichtung eine Zuflussöffnung, in der ein federvorgespanntes Rückschlagventil angeordnet ist. In einem zugmittelseitig in dem Kolben eingebrachten Abströmkanal ist ein angefedertes Überdruckventil eingesetzt. Bei Relativbewegungen – angeregt durch Schwingungen bzw. Bewegungen der Kette – zwischen dem Kolben und dem Gehäuse gelangt Öl beispielsweise aus einem Vorratsbehälter über das Rückschlagventil in das Innere der Spannvorrichtung. Bei auftretenden Druckspitzen öffnet das Überdruckventil, wobei durch das abgesteuerte Öl gleichzeitig die Kette geschmiert wird.
Die DE 10 2004 048 281 A1 zeigt eine weitere hydraulische Spannvorrichtung, die ein Zylindergehäuse aufweist, in dem ein öldruckbeaufschlagter, von einer Druckfeder beaufschlagter Kolben axial bewegbar angeordnet ist. Über ein Rückschlagventil im Zylindergehäuse gelangt zwecks Dämpfung/Nachstellung Öl in den Druckraum. Hierdurch und durch eine Druckfeder wird der Kolben in Richtung eines vorgespannten Zugmittels druckbeaufschlagt. Zur Vermeidung von unzulässigen Drucküberhöhungen im öldruckbeaufschlagten Zylindergehäuse, die sich beispielsweise bei einer Resonanzdrehzahl des Zugmitteltriebs einstellt, ist im Kolbenboden ein sich nach außen öffnendes, auch als Druckbegrenzungsventil zu bezeichnendes Überdruckventil vorgesehen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine hydraulische Spannvorrichtung zu schaffen, bei der im Kolben ein kostengünstig aufgebautes sowie einfach zu montierendes Überdruckventil als eigenständige Baugruppe eingesetzt ist.
Diese Problemstellung wird durch eine hydraulische Spannvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt, die auf den Anspruch 1 rückbezogen sind.
Gemäß der Erfindung ist eine hydraulische Spannvorrichtung vorgesehen, bei der druckraumseitig in einer zentralen Aufnahme des Kolbens als Überdruckventil eine vormontierbare Ventilgruppe kraft- und/oder formschlüssig eingesetzt ist. Die eine eigenständige Baugruppe des Kolbens bildende Ventilgruppe umfasst ein topfartiges, auch als Ventilkappe zu bezeichnendes Ventilgehäuse, in die ein Führungselement mit zugehörigem Ventilsitz, ein Ventilkörper sowie eine Druckfeder integriert sind. Damit ist eine einfach aufgebaute, bauteil- und kostenoptimierte Ventilgruppe als Überdruckventil realisierbar, die weiterhin ohne eine Lageorientierung vereinfacht druckraumseitig in dem Kolben montierbar ist.
Vorteilhaft bietet die Erfindung durch den Aufbau der vormontierbaren Ventilgruppe die Möglichkeit, ein Überdruckventil zu realisieren, das mit einem Minimum an Einzelkomponenten eine eigenständige Baugruppe bildet. Gleichzeitig kann ein fluid- und luftdichtes Fügen der Ventilgruppe in dem Kolben erfolgen, ohne ein vorheriges aufwendiges Bearbeiten der zusammengefügten Bauteile. Eine weitere Kostensenkung wird durch das erfindungsgemäße Konzept dadurch erreicht, dass es bei einer auftretenden Leckage des Überdruckventils im Rahmen einer Dichtheitsprüfung ausreicht, die Ventilgruppe zu tauschen. Sowohl der Kolben als auch der Ventilsitz werden üblicherweise als gehärtete Bauteile hergestellt. Bei bisherigen Lösungen war eine sehr genaue und kostenintensive Fertigung dieser Einzelteile erforderlich, um einen Pressverband zu ermöglichen. Durch das erfindungsgemäße Konzept können diese Bauteile kostengünstig ohne Nacharbeit zusammengefügt und folglich mit einer größeren Toleranz hergestellt werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung schließt eine Ventilgruppe ein, deren Führungselement außenseitig mit einem partiellen oder umlaufenden, den Ventilsitz umschließenden Bord in einer Stufenbohrung des Ventilgehäuses eingreift. Durch den Bord ist der als Ventilplatte oder Ventilkugel ausgebildete Ventilkörper verliergesichert geführt. Im geschlossenen Zustand der das Überdruckventil bildenden Ventilbaugruppe ist der von der Druckfeder beaufschlagte Ventilkörper dichtend an dem Ventilsitz abgestützt.
Als Maßnahme, zur Erzielung einer schnellen und vereinfachten Montage, kann das Ventilgehäuse der Ventilgruppe in die als zentrische Bohrung im Kolben gestaltete Aufnahme eingepresst werden. Zur Erreichung einer sicheren Einbaulage ist bevorzugt ein Überdeckungsverhältnis zwischen einem Innendurchmesser der Kolbenaufnahme und einem Außendurchmesser des Ventilgehäuses zwischen 0,5 bis 17% vorgesehen.
Zur Erreichung einer sicheren Einbaulage weist das Ventilgehäuse außenseitig mehrere umfangsverteilt angeordnete, vorspringende Haltenasen auf, die zur Schaffung eines Pressverbandes sich beim Einfügen der Ventilbaugruppe in die Kolbenaufnahme begrenzt elastisch verformen. Die Anzahl und/oder die Ausgestaltung der Haltenasen bzw. der Vorsprünge erfolgt so, dass diese eine stabile form- und kraftschlüssige Einbaulage des Ventilgehäuses in der Aufnahme des Kolbens sicherstellen.
Ferner kann gemäß der Erfindung das als Ventilgruppe aufgebaute Überdruckventil mit einer Spielpassung im Kolben eingesetzt werden. Mit dieser Maßnahme kann eine gezielte Undichtigkeit in einem Ringspalt zwischen der Innenwandung der Kolbenaufnahme und einer Außenkontur der Ventilgruppe eingestellt werden. Damit kann beispielsweise eine Entlüftung und/oder eine definierte Absenkung einer Abstützkraft von dem Kolben der Spannvorrichtung an dem Zugmittel erreicht werden. Ein spielbehaftet im Kolben eingesetztes Ventilgehäuse wird vorzugsweise mittels einer zusätzlichen Fixierung positioniert, wozu sich beispielsweise ein lokales radiales Umformen oder Bördeln einer Kolbeninnenwand im Bereich der Aufnahme eignet.
Eine bevorzugte wirksame und sichere Fixierung des Führungselements in dem Ventilgehäuse kann durch ein radiales Umformen von einer Randzone des Ventilgehäuses erfolgen. Dazu wird nach Einfügen des Führungselements in das Ventilgehäuse und Erreichen einer Endlage von einem überstehenden Bord des Ventilgehäuses ausgehend, durch einen Umform- oder Bördelprozess eine radial nach innen gerichtete Wulst geformt, die einen Axialanschlag für das Führungselement bildet.
Der Aufbau des erfindungsgemäßen Überdruckventils sieht weiterhin für den Ventilkörper eine Stellwegbegrenzung vor, die einerseits von dem Ventilsitz und andererseits beispielsweise von einer Stufe bzw. einem radial nach innen ragenden Bund des Ventilgehäuses begrenzt ist. Für die den Ventilkörper beaufschlagende Druckfeder ist vorgesehen, dass diese in einer als Sackloch mit einer zentralen Steueröffnung ausgeführten Längsbohrung des Ventilgehäuses geführt und abgestützt ist.
Die Spannvorrichtung schließt bevorzugt einen Kolben aus einem metallischen Werkstoff ein, der mit einem Ventilgehäuse aus Stahl oder einem metallischen Werkstoff kombiniert ist. Zur Herstellung des Kolbens eignet sich insbesondere ein spanloses Umformverfahren, wie ein Fließpressen oder ein Druckumformen. Für das Ventilgehäuse ist vorteilhaft ein Tiefziehverfahren einsetzbar oder ebenfalls ein Fließpressen oder ein Druckumformen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Die dargestellte Ausführungsform zeigt ein Beispiel von einer erfindungsgemäßen Lösung, die jedoch keine abschließende Begrenzung der Erfindung darstellt. Dabei zeigt:
1 eine hydraulische Spannvorrichtung bisheriger Bauart;
2 einen Kolben einer Spannvorrichtung, in der eine erfindungsgemäße, als Plattenventil ausgeführte Ventilgruppe integriert ist; und
3 eine als Kugelventil ausgeführte Ventilgruppe.
Die 1 zeigt eine hydraulische Spannvorrichtung 1 mit einem Gehäuse 2, das einen Druckölanschluss 3 einschließt, von dem ausgehend Öl als Hydraulikfluid in einen Ringraum 4 eintritt. Über ein bodenseitig in einem Zylinder 5 eingesetztes Rückschlagventil 6 strömt das Öl in einen Druckraum 7 und beaufschlagt, unterstützt von einer im Druckraum 7 eingebrachten Druckfeder 8, einen Kolben 9 in Pfeilrichtung, der im eingebauten Zustand mittelbar oder unmittelbar mit einem Zugmittel, beispielsweise einer Kette eines Zugmitteltriebs (nicht gezeigt) in Wirkverbindung steht. Auf der vom Druckraum 7 abgewandten Seite in einem Kolbenboden 11 ist in dem Kolben 9 ein Überdruckventil 10 integriert. Das nach außen öffnende Überdruckventil 10 ist zentrisch im Kolben 9 eingesetzt und umfasst einen als Kugel ausgebildeten Ventilkörper 12, der im geschlossenen Zustand mittels einer Druckfeder 13 dichtend an einem Ventilsitz 14 abgestützt ist.
In 2 ist ein Ausschnitt einer hydraulischen Spannvorrichtung gezeigt, die sich auf einen Kolben 19 mit einer erfindungsgemäßen, ein Überdruckventil 20 einschließenden Ventilgruppe 21 bezieht, die auf der zum Druckraum 17 gerichteten Seite im Kolben 19 eingebracht ist. Die Ventilgruppe 21 umfasst ein auch als Ventilkappe zu bezeichnendes, topfartiges Ventilgehäuse 18, das bevorzugt mittels einer Presspassung in eine zylindrische Aufnahme 16 des Kolbens 19 bündig eingepresst ist. In eine zentrische Stufenbohrung 24 des Ventilgehäuses 18 ist endseitig zum Druckraum 17 zeigend ein Führungselement 25 eingesetzt, das außenseitig einen bevorzugt geschlossenen Bord 26 bildet, dessen Endbereich in eine Ringnut 27 des Ventilgehäuses 18 eingepasst ist. Das Führungselement 25 bildet innenseitig um eine zentrische Öffnung 28 einen Ventilsitz 29 für einen als Ventilplatte 30 ausgeführten Ventilkörper, der außenseitig von dem Bord 26 geführt ist. Die mit einem verschleißfesten, gehärteten Ventilsitz 29 zusammenwirkende Ventilplatte 30 wird von einer Druckfeder 31 beaufschlagt, die in einer Längsbohrung 32 des Ventilgehäuses 18 eingebracht ist, wobei ein Bund 33 an dem Ventilgehäuse 18 einen Stellweg S der Ventilplatte 30 begrenzt. Bei geöffnetem Überdruckventil 20 strömt das Hydraulikfluid von der Längsbohrung 32 über eine Verbindungsbohrung 38 in eine Öffnung 36 des Ventilgehäuses 18. Zur Lagefixierung des Führungselements 25 in dem Ventilgehäuse 18, mit der gleichzeitig alle Bauteile der Ventilgruppe 21 zu einer Baueinheit zusammengefasst sind, ist ein überstehender Ansatz des Ventilgehäuses 18 radial nach innen umgeformt zur Bildung einer Wulst 34, die formschlüssig in eine umlaufende Stufe 23 des Führungselementes 25 eingepasst ist.
Die 3 zeigt die Ventilgruppe 41 als eine alternative Ausführungsform zu der Ventilbaugruppe 21 gemäß 2, wobei die Bezugszeichen für gleiche oder funktionsgleiche Komponenten übereinstimmen. Die folgende Beschreibung beschränkt sich weitestgehend auf unterschiedliche Ausgestaltungen. Die Ventilbaugruppe 41 bildet das Überdruckventil 37, das als Ventilkörper eine Ventilkugel 40 umfasst, die einem entsprechend angepassten Führungselement 35 mit Ventilsitz 39 und außenseitigem Bord 42 zugeordnet ist. Das Ventilgehäuse 18 weist außenseitig zueinander axial beabstandete Haltenasen 43 auf, die partiell oder umlaufend angeordnet sind. Im Einbauzustand der Ventilbaugruppe 21 bewirken die Haltenasen 41 eine sichere, kraft- und formschlüssige Befestigung innerhalb des Kolbens 19.
Bezugszeichenliste

1: Spannvorrichtung
2: Gehäuse
3: Druckanschluss
4: Ringraum
5: Zylinder
6: Rückschlagventil
7: Druckraum
8: Druckfeder
9: Kolben
10: Überdruckventil
11: Kolbenboden
12: Ventilkörper
13: Druckfeder
14: Ventilsitz
16: Aufnahme
17: Druckraum
18: Ventilgehäuse
19: Kolben
20: Überdruckventil
21: Ventilgruppe
23: Stufe
24: Stufenbohrung
25: Führungselement
26: Bord
27: Ringnut
28: Öffnung
29: Ventilsitz
30: Ventilplatte
31: Druckfeder
32: Längsbohrung
33: Bund
34: Wulst
35: Führungselement
36: Öffnung
37: Ventilkugel
38: Verbindungsbohrung
39: Ventilsitz
40: Überdruckventil
41: Ventilgruppe
42: Bord
43: Haltenase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3639389 A1 [0003]
DE 102004048281 A1 [0004]

Claims

Hydraulische Spannvorrichtung, die in einem Zugmitteltrieb einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden kann und die einen mit Hydraulikfluid beaufschlagten Kolben (9, 19) umfasst, der in einem Zylinder (5) linear verschiebbar geführt und gegen ein Zugmittel angefedert ist, wobei das Hydraulikfluid abhängig von einer Stellbewegungsrichtung des Kolbens (9, 19) über ein Rückschlagventil (6) in einen Druckraum (7, 17) einströmen oder aus dem Druckraum (7, 17) über ein Überdruckventil (10, 20, 40) abströmen kann, dadurch gekennzeichnet, dass druckraumseitig in einer zentralen Aufnahme (16) des Kolbens (19) als Überdruckventil (20, 40) eine vormontierbare Ventilgruppe (21, 41) eingesetzt ist, die ein topfartiges Ventilgehäuse (18) umfasst, in der ein Führungselement (25, 35) mit zugehörigem Ventilsitz (29, 39), ein Ventilkörper sowie eine Druckfeder (31) integriert sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (25, 35) außenseitig mit einem partiellen oder umlaufenden, den Ventilsitz (29, 39) umschließenden Bord (26, 42) in einer Stufenbohrung (24) des Ventilgehäuses (18) eingreift.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem geschlossenen Zustand des Überdruckventils (20, 40) der von der Druckfeder (31) beaufschlagte, außenseitig an dem Bord (26, 42) des Führungselementes (25, 35) verliergesichert geführte und als Ventilplatte (30) oder Ventilkugel (37) ausgebildete Ventilkörper dichtend an dem gehärteten Ventilsitz (29, 39) anliegt.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (18) der Ventilgruppe (21, 41) in eine Aufnahme (16) des Kolbens (19) gepresst ist, wobei zwischen einem Innendurchmesser der Aufnahme (16) und einem Außendurchmesser des Ventilgehäuses (18) ein Überdeckungsverhältnis zwischen 0,5 bis 17% vorgesehen ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (18) der Ventilgruppe (21, 41) außenseitig eine oder mehrere umfangsverteilte, vorspringende Haltenasen (43) aufweist, über die das Ventilgehäuse (18) form- und kraftschlüssig in der Aufnahme (16) des Kolbens (19) fixiert ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (18) der Ventilgruppe (21, 41) mit einer Spielpassung in dem Kolben (19) eingesetzt und mittels einer zusätzlichen Fixierung positioniert ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fixierung des Führungselementes (25, 35) in dem Ventilgehäuse (18) von einem überstehenden Rand des Ventilgehäuses (18) ausgehend durch ein Umformen eine radial nach innen gerichtete, einen Axialanschlag für das Führungselement (25, 35) bildende Wulst (34) hergestellt wird.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellweg S des als Ventilplatte (30) ausgeführten Ventilkörpers von dem Ventilsitz (29) des Führungselementes (25) und einem Bund (33) des Ventilgehäuses (18) begrenzt ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (31) in einer Längsbohrung (32) des Ventilgehäuses (18) geführt und abgestützt ist und gegenseitig mit dem Ventilkörper (30, 37) zusammenwirkt.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilgruppe (21, 41) ein aus einem metallischen Werkstoff hergestelltes Ventilgehäuse (18) umfasst, das in einem Kolben (19) aus einem Metallwerkstoff eingesetzt ist.