DE102014008875A1

DE102014008875A1 - Hydraulische Spannvorrichtung mit Kolbenschließkörper umfassendem Rückschlagventil

Info

Publication number: DE102014008875A1
Application number: DE102014008875.8A
Authority: DE
Inventors: Karim Elwan
Original assignee: Iwis Motorsystem GmbH and Co KG
Current assignee: Iwis Motorsystem GmbH and Co KG
Priority date: 2014-06-16
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2015-12-31

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung für einen Endlostrieb, insbesondere Ketten- oder Riementrieb eines Verbrennungsmotors, mit einem Gehäuse, einem in einer Gehäusebohrung verschiebbar geführten Spannkolben, einer zwischen dem Gehäuse und dem Spannkolben gebildeten Druckkammer, einem im Gehäuse angeordneten Hydraulikfluideinlass zur Versorgung der Druckkammer und einem im Bereich des Hydraulikfluideinlasses angeordneten Rückschlagventil, wobei das Rückschlagventil ein in die Gehäusebohrung im Wesentlichen passgenau eingesetztes Ventilgehäuse und ein im Ventilgehäuse verschiebbar angeordneten Ventilkörper aufweist und ein Ventilsitz Bestandteil des Hydraulikfluideinlasses ist. Eine solche Spannvorrichtung soll auch bei Mangelversorgung schnell und zuverlässig arbeiten. Hierzu ist vorgesehen, dass der Ventilkörper im Wesentlichen passgenau in einer Führungsöffnung des Ventilgehäuses derart geführt ist, dass bei geöffnetem Ventilkörper das Hydraulikfluid im Wesentlichen unterhalb des Ventilkörpers ab- und in mindestens einen zwischen der Innenfläche der Gehäusebohrung und der Innenfläche der Führungsöffnung angeordneten Einströmkanal hineinfließt. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein entsprechend ausgestaltetes Rückschlagventil sowie auf einen zugehörigen Zugmitteltrieb.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung für einen Endlostrieb, insbesondere Ketten- oder Riementrieb eines Verbrennungsmotors, mit einem Gehäuse, einem in einer Gehäusebohrung verschiebbar geführten Spannkolben, einer zwischen dem Gehäuse und dem Spannkolben gebildeten Druckkammer, einem im Gehäuse angeordneten Hydraulikfluideinlass zur Versorgung der Druckkammer und einem im Bereich des Hydraulikfluideinlasses angeordneten Rückschlagventil, wobei das Rückschlagventil ein in die Gehäusebohrung im Wesentlichen passgenau eingesetztes Ventilgehäuse und ein im Ventilgehäuse verschiebbar angeordneten Ventilkörper aufweist und ein Ventilsitz Bestandteil des Hydraulikfluideinlasses ist.
Eine solche hydraulische Spannvorrichtung ist z. B. aus der FR 2803005 bekannt und dient zum Spannen eines Endlostriebs, z. B. eines Verbrennungsmotors. Üblicherweise werden diese Spannvorrichtungen bei Steuerkettentrieben eingesetzt und können mit ihrem Spannkolben sowohl unmittelbar auf das endlose Antriebsmittel aufdrücken, oder indirekt, z. B. mittels einer schwenkbar angeordneten Spannschiene. Das Gehäuse der Spannvorrichtung kann ein- oder mehrteilig aufgebaut sein. Bei der bekannten Spannvorrichtung befindet sich am unteren Ende der Gehäusebohrung eine Einlassöffnung, deren oberer Randbereich den Ventilsitz für einen scheibenförmigen Ventilkörper des Rückschlagventils bildet. Das Ventilgehäuse weist hierzu eine nach unten offene Führungsöffnung auf, innerhalb derer sich der Ventilkörper auf und ab bewegen kann. Der Ventilkörper weist zu dieser Führungsöffnung ein beträchtliches Spiel auf, damit im geöffneten Zustand ausreichend Hydraulikfluid in die Druckkammer einströmen kann. Hierzu umfasst das Ventilgehäuse weiter in seinem zentralen Bereich eine kreuzförmige Stegkonstruktion, durch die das Hydraulikfluid entsprechend hindurchströmen kann. Der Außendurchmesser des Ventilgehäuses entspricht im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Spannkolbens, so dass dieses einfach in das untere Ende der Gehäusebohrung eingeschoben werden kann. Eine innerhalb der Druckkammer angeordnete Druckfeder drückt von oben auf das Ventilgehäuse auf. Hierzu weist das Ventilgehäuse eine entsprechende Vertiefung auf seiner Oberseite auf. Die Funktion des Rückschlagventils ist wichtig für die Dämpfung der Spannvorrichtung. Die Versorgung mittels des Hydraulikfluids erfolgt in aller Regel mit Öl aus dem Motorölkreislauf. Der Spannkolben vollzieht dabei eine quasi harmonische Linearbewegung. Hierbei soll nur die Einwärtsbewegung abgedämpft werden, d. h. wenn die Kräfte durch das Endlostreibmittel ansteigen. Wenn die Kräfte nachlassen, muss die Spannvorrichtung durch die vorhandene Druckfeder den Spannkolben wieder nach außen fahren. Hierbei muss der Spannkolben ständig dieser Bewegung folgen und die Kontaktkraft darf nicht auf Null gehen. Beim Ausfahren des Spannkolbens öffnet das Rückschlageventil und erlaubt so das Einströmen von Hydraulikfluid in die Druckkammer. Beim Einfahren des Spannkolbens schließt das Rückschlagventil wieder und verhindert somit das Rückströmen des Hydraulikfluids. Ein kontrolliertes Abströmen des Hydraulikfluids für die Dämpfungsfunktion erfolgt in aller Regel mittels eines Leckspalts zwischen dem Spannkolben und der Gehäusebohrung.
Zwar ist diese bekannte Spannvorrichtung bereits mit einer vereinfachten Version eines Rückschlagventils (Verzicht auf Kugel als Schließkörper sowie Kugelsitz in einer vergüteten Platte in Form einer Fase, Rundung oder Kalotte) versehen, allerdings stößt dieses bei einer hochfrequenten Betätigung (Frequenzen über 250 Hz) schnell an seine Grenzen, weil der Ventilkörper nicht optimal geführt ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die weiterhin bei einer Mangelversorgung nicht an ihre Grenzen stößt und auch bei hohen Frequenzen zuverlässig arbeitet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Spannvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Ventilkörper im Wesentlichen passgenau in einer Führungsöffnung des Ventilgehäuses derart geführt ist, dass bei geöffnetem Verntilkörper das Hydraulikfluid im Wesentlichen unterhalb des Ventilkörpers ab- und in mindestens einen zwischen der Innenfläche der Gehäusebohrung und der Innenfläche der Führungsöffnung angeordneten Einströmkanal hineinfließt.
Die Innenfläche der Führungsöffnung steht nunmehr zur stabilen Führung des Ventilkörpers zur Verfügung und verhindert ein Verkippen bzw. Verkanten desselben selbst bei hohen Frequenzen. Aufgrund der Tatsache, dass kein Kompromiss zwischen Führungs- und Zuströmfunktion erfolgen muss, kann der Einströmquerschnitt durch den mindestens einen Einströmkanal relativ groß gewählt werden, weshalb mittels kleiner Öffnungshübe hohe Durchflusswerte erreicht werden können. Dies erlaubt auch ein schnelles Befüllen der Spannvorrichtung, z. B. bei Kaltstart eines Verbrennungsmotors. Zusätzlich wird bei dieser Konstruktion verhindert, dass das Zuströmen des Hydraulikfluids zu turbulent wird, weil nicht mehr der gesamte Ventilkörper umströmt werden muss. Des Weiteren bietet die erfindungsgemäße Konstruktion auch ausreichend Möglichkeiten, einen geeigneten Anschlag für den Ventilkörper im Ventilgehäuse bereitzustellen, der den maximalen Öffnungshub sinnvoll begrenzt und den hohen dynamischen Belastungen, denen eine solche hydraulische Spannvorrichtung üblicherweise ausgesetzt ist, standzuhalten. Auch der Einbau einer oberhalb des Ventilkörpers angeordneten Ventilfeder ist somit möglich.
Gemäß einer Ausführungsform kann der mindestens eine Einströmkanal des Ventilgehäuses zwischen der Außenumfangskontur des Ventilgehäuses und der Innenfläche der Gehäusebohrung gebildet sein. Der mindestens eine Einströmkanal erstreckt sich demnach nicht durch das Ventilgehäuse hindurch, sondern an diesem entlang und wird gemeinsam von der Gehäusebohrung und der Außenumfangskontur des Ventilgehäuses gebildet. Hierdurch können relativ große Strömungsquerschnitte auf geometrisch einfache Weise erzielt werden. Auch die Herstellung solcher Strömungskanäle gestaltet sich sehr einfach. Hierzu kann z. B. zum Bilden des mindestens einen Einströmkanals die Außenkontur des Ventilgehäuses mindestens eine Einströmnut aufweisen. Bevorzugterweise können mehrere am Umfang gleichmäßig verteilte Einströmnuten vorhanden sein. In aller Regel werden diese geradlinig verlaufen, damit ein möglichst schnelles Befüllen der Druckkammer erfolgen kann.
Damit es möglichst zu keiner Leckageströmung am Ventilgehäuse entlang kommt, kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung das Ventilgehäuse bis auf den mindestens einen Einströmkanal am Außenumfang abgedichtet in der Gehäusebohrung angeordnet sein. In aller Regel dürfte eine separate Dichtung nicht notwendig sein. Die Verwendung einer Übergangs- oder Presspassung oder selbst einer engen Spielpassung ist für die meisten Einsätze vollkommen ausreichend.
Damit ein schnelles Abströmen des Hydraulikfluids entlang der Unterseite des Ventilkörpers erfolgt, kann das Ventilgehäuse an seiner dem Druckraum abgewandten Seite mindestens eine die Führungsöffnung mit dem mindestens einen Einströmkanal verbindende Zuführnut aufweisen. Die bevorzugt am Grund der Gehäusebohrung aufsitzende Unterseite des Ventilgehäuses formt somit im Zusammenspiel mit dem Grund der Gehäusebohrung diesen Einströmkanal.
Günstigerweise kann das Ventilgehäuse eine im Wesentlichen zylindrische Mantelfläche aufweisen, in der die mindestens eine Einströmnut eingeformt ist, und zumindest am unteren, dem Druckraum abgewandten Ende, eine Anfasung aufweisen. Hierdurch kann das Ventilgehäuse sehr einfach in die Gehäusebohrung eingesetzt werden, ohne dass es einer Hinterschneidung am Ende der Gehäusebohrung bedarf. Durch die Verwendung der Fase kann der Übergang zwischen der Innenfläche der Gehäusebohrung und der Grundfläche der Gehäusebohrung fertigungstechnisch optimiert werden, z. B. mit einem Übergangsradius versehen sein.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Ventilgehäuse einen Zentriervorsprung auf der dem Druckraum zugewandten Seite aufweist, der von unten in eine im Druckraum angeordnete, auf den Spannkolben wirkende Druckfeder eingreift. Hierdurch erfolgt eine Art Zentrierung der Druckfeder und auch das Ventilgehäuse wird optimal von der Druckfeder in seine am Grund der Gehäusebohrung liegende Stellung gedrückt und dort gehalten. Die Verwendung eines separaten sichernden Sitzes für das Ventilgehäuse am Grund der Gehäusebohrung ist nicht nötig.
Günstigerweise kann der Ventilkörper als, bevorzugt zylinderförmiger, Schließkörper ausgebildet sein. Aufgrund der Tatsache, dass der Ventilkörper nicht von dem Hydraulikfluid umströmt werden muss, kann das Längen/Durchmesserverhältnis größer gewählt werden als bei üblichen scheibenförmigen Ventilkörpern, wodurch eine höhere Stabilität gegeben ist. Bevorzugt kann das Längen/Durchmesserverhältnis z. B. größer als 0,2, bevorzugt größer als 0,4 und weiter bevorzugt größer als 0,6 sein.
Hierdurch ist es auch möglich, Materialien für derartige, als kolbenförmige Schließkörper zu bezeichnende Ventilkörper einzusetzen, die bislang auf diesem Gebiet nicht verwendet wurden. Üblicherweise wurden bislang Stahlmaterialien verwendet. Aufgrund der Zylinderform können nunmehr auch der Ventilkörper und/oder das Ventilgehäuse aus einem thermoplastischen, hitzestabilisierten Polyamid oder einem Duroplasten, insbesondere POM oder PEEK, hergestellt sein. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass das Rückschlagventil in der vollständigen oder teilweisen Kunststoffbauweise mit sehr hohen Frequenzen betätigt werden kann, da die Öffnungs- und Schließzeiten durch die geringe Bauteilträgheit stark reduziert sind. Aufgrund der zylindrischen Formgebung und des flachen Ventilsitzes wird bei geeigneter Ausführungsform eine große Auflagefläche für den Ventilkörper erzielt, wodurch dieser entsprechend aus den genannten Kunststoffen gefertigt werden kann. Ein solcher Kunststoffventilkörper kann Lasten bis zu 250 bar widerstehen. Die Verwendung eines Kunststoffmaterials für das Ventilgehäuse erlaubt auch weitere Einsparungen bei der Fertigung.
Gemäß einer Ausgestaltung kann das Gehäuse der Spannvorrichtung auch mehrteilig aufgebaut sein. Bevorzugt kann deshalb der Hydraulikfluideinlass als Bohrung in der Grundfläche der Gehäusebohrung oder eines Gehäusebohrungseinsatzes ausgestaltet sein, wobei der Ventilkörper mit seiner nach unten weisenden Ventilfläche im geschlossenen Zustand eben und dicht an der Grundfläche anliegt.
Damit ein optimiertes Abströmen des Hydraulikfluids erfolgt, kann die Führungsöffnung des Ventilgehäuses auf der dem Hydraulikfluideinlass zugewandten Seite eine umlaufende Fase aufweisen.
Des Weiteren ist eine Ausgestaltung möglich, bei der im Ventilgehäuse eine sich einerseits am Ventilgehäuse und andererseits am Ventilkörper abstützende Rückstellfeder zum Verschließen des Ventilkörpers angeordnet ist. Dies dürfte insbesondere dann von Vorteil sein, wenn ansonsten die dynamischen Kräfte, mit denen der Ventilkörper am Ventilgehäuse anschlägt, zu groß werden.
Des Weiteren kann das Ventilgehäuse eine zentrale mit der Führungsöffnung in Verbindung stehende Ausgleichsöffnung zum Abströmen von durch den Ventilkörper verdrängter Hydraulikflüssigkeit aufweisen. Je schneller hier das Hydraulikfluid abströmen kann, umso ungehinderter kann sich der Ventilkörper innerhalb der Führungsöffnung hin und her bewegen.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Rückschlagventil für eine Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilgehäuse mindestens einen in seiner Ausmantelfläche oder zwischen seiner Außenmantelfläche und der Innenfläche einer Führungsöffnung eingeformten Einströmkanal aufweist.
Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf einen Zugmitteltrieb, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, mit einem Endloszugmittel, einem Antriebsrad, mindestens einem Abtriebsrad und mit einer hydraulischen Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zum Spannen des Endloszugmittels. Insbesondere beim Einsatz in einem Steuertrieb eines Verbrennungsmotors treten extrem hohe dynamische Belastungen aufgrund hoher Frequenzen auf. Um dennoch eine Mangelversorgung einer Spannvorrichtung zu verhindern und ein gutes Funktionieren des Zugmitteltriebs zu garantieren, ist insbesondere eine Verbesserung des Rückschlagventildesigns vorgenommen worden.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Vorderansicht eines Steuerkettentriebs,
2 einen Einschraubkettenspanner im Vollschnitt,
3 eine perspektivische Ansicht eines Rückschlagventils aus 2,
4 das Rückschlagventil aus 3 in einer Seitenansicht,
5 das Rückschlagventil aus 4 im Vollschnitt,
6 das Rückschlagventil aus 2 im geöffneten Zustand und
7 eine weitere Ausführungsform eines Rückschlagventils im Vollschnitt.
Der in 1 dargestellte Steuerkettentrieb 1 für einen Verbrennungsmotor umfasst im Wesentlichen ein Kurbelwellenkettenrad 2, zwei nebeneinander liegende Nockenwellenkettenräder 3.1 und 3.2, eine um diese herum geführte Steuerkette 4, eine am Motorgehäuse befestigte Führungsschiene 5, eine schwenkbar am Motorgehäuse angeordnete Spannschiene 6 und einen Kettenspanner 7, der mit seinem Spannkolben 8 auf die Spannschiene 6 aufdrückt. Im vorliegenden Fall ist der Kettenspanner 7 als sogenannter Einschraubkettenspanner ausgestaltet, der in eine Wandung 9 am Motorgehäuse eingeschraubt ist. Der Kettenspanner 7 könnte aber auch als Flansch- oder Anbaukettenspanner ausgeführt werden. Das Kurbelwellenkettenrad 2 treibt mittels der Steuerkette 4 die beiden Nockenwellenkettenräder 3.1 und 3.2 an. Dabei gleitet das Zugtrum der Kette 4 entlang der Führungsschiene 5 und das Lostrum entlang der Spannschiene 6. Der Kettenspanner 7 muss ausreichend große Kraft auf die Spannschiene 6 ausüben, so dass ein sicheres Spannen der Steuerkette 4 über den gesamten Betriebsbereich des Verbrennungsmotors gewährleistet ist. Hierbei laufen hochdynamische Prozesse innerhalb des Kettenspanners 7 ab, der auch eine Dämpfungsfunktion bereitstellt. Im Folgenden wird unter Zuhilfenahme der 2 ein detaillierter Aufbau einer Kettenspannerausführungsform näher erläutert.
Der in 2 im Vollschnitt dargestellte Kettenspanner 7 weist ein Einschraubgehäuse 10 mit einem Sechskantkopf 11 einem Versorgungsabschnitt 13 und einem Gewindeabschnitt 14 auf. Zwischen einer Kopfunterseite 15 und dem Versorgungsabschnitt 13 ist ein Dichtring 12 vorgesehen, damit der Versorgungsbereich 13 nach außen hin abgedichtet ist. Das in seinem vorderen Abschnitt im Wesentlichen zylindrische Einschraubgehäuse 10 weist eine Gehäusebohrung 16 auf, die als Grundbohrung mit einer Grundfläche 17 ausgestaltet ist. Die Gehäusebohrung 16 dient zur Aufnahme und längsbeweglichen Führung des Spannkolbens 8, der mit seinem Führungsabschnitt 18 unter Ausbildung eines Leckagespalts in der Gehäusebohrung 16 geführt ist. Der Spannkolben 8 weist einen bis auf eine Entlüftungsöffnung 19 geschlossenen Kopf 20 mit einer Andruckfläche 21 auf, die gegen die Spannschiene 6 drückt. Zwischen dem Einschraubgehäuse 10 und dem Spannkoben 8 ist eine Druckkammer 22 gebildet, die sich teilweise ins Innere des im Wesentlichen hohl ausgestalteten Spannkolbens 8 erstreckt. Des Weiteren sind innerhalb der Druckkammer 22 eine Schraubendruckfeder 23 und ein pilzförmiger Füllkörper 24, der zum einen zur Reduzierung des Füllvolumens der Druckkammer 22 sorgt und zum anderen an seinem Kopf 25 eine mit der Entlüftungsöffnung 14 in Fluidverbindung stehende Entlüftungsnut 26 aufweist. Im Versorgungsabschnitt 13 sind zwei diametral angeordnete und schräg nach unten verlaufende Versorgungsbohrungen 27.1 und 27.2 vorgesehen, die eine Verbindung zur Gehäusebohrung 16 herstellen. Am Grund der Gehäusebohrung 16 ist ein Rückschlagventil 28 eingesetzt, das ein Ventilgehäuse 29 und einen zylinderförmigen Ventilkörper 30 aufweist.
Die Versorgungsbohrungen 27.1 und 27.2 münden in einen zentralen Fluideinlass 31, der koaxial zur Gehäusebohrung 16 angeordnet ist und in diese an der Grundfläche 17 mündet. Bei dieser Konstruktion wird demnach der Ventilsitz von der Grundfläche 17 gebildet, die in Interaktion tritt mit der Unterseite 32 des Ventilkörpers 30.
Das Ventilgehäuse 29 weist einen Außendurchmesser auf, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Gehäusebohrung 16 entspricht. Das Ventilgehäuse 20 ist bevorzugt aus einem thermoplastischen, hitzestabilisierten Polyamid oder einem Duroplast hergestellt. Dies ist aufgrund der verbleibenden großen Wandstärken möglich. Das Ventilgehause 29 ist ausgehend von einem zylindrischen Grundkörper geformt und weist einen jeweils zur Unterseite 33 und zur Oberseite 34 hin angefasten zylindrischen mittleren Bereich 35 auf und ist von drei gleichmäßig am Umfang verteilten und achsparallel verlaufenden Einströmnuten 36 unterbrochen. Die Einströmnuten 36 formen im Zusammenspiel mit der Gehäusebohrung 16 drei Einströmkanäle 37.
Das Ventilgehäuse 29 weist an seiner Unterseite 33 eine koaxial sich erstreckende zylindrische Führungsöffnung 38 auf. In dieser Führungsöffnung 38 ist der zylinderförmige Ventilkörper 30 mit geringem Spiel auf und ab bewegbar geführt. Diese Führungsöffnung ist zur Unterseite 33 hin angefast und steht mit den Einströmnuten 36 mittels sich radial erstreckender Zuführnuten 39 in Verbindung. Der Übergang 40 zwischen einer Einströmnut 36 und einer Zuführnut 39 ist stark abgerundet, um die Strömung des Hydraulikfluids zu begünstigen. Die Anfasung der Führungsöffnung 38 erstreckt sich über die gesamte Tiefe einer Zuführnut 39, so dass unmittelbar nach Öffnen des Rückschlagventils 28 der gesamte Strömungsquerschnitt der Führungsnuten 39 zur Verfügung steht, sobald der Ventilkörper 30 abhebt.
Die Führungsöffnung 38 weist am oberen Ende eine Anschlagfläche 41 auf. Nachdem der Ventilkörper 30 mit hoher Dynamik auf diese Anschlagfläche 41 auftrifft, ist der Übergang von der Führungsöffnung 38 zur Anschlagfläche 41 mittels einer halbkreisförmigen Entlastungsnut 42 hinterschnitten. Das hat auch den Vorteil, dass die Kante des Ventilkörpers 30 abgerundet sein kann. Koaxial zur Führungsöffnung 38 ist eine mit dieser in Strömungsverbindung stehende und nach oben hin offene Ausgleichsöffnung 43 vorgesehen, durch die vom Ventilkörper 30 verdrängtes Hydraulikfluid ab- und zuströmen kann. An seiner Oberseite 34 weist das Ventilgehäuse 29 einen kegelstumpfförmigen Zentriervorsprung 44 auf. An seiner Oberseite ist der Zentriervorsprung 44 zur Seitenfläche und zur Ausgleichsöffnung 43 hin abgerundet. Der Zentriervorsprung 44 greift in das Innere der Schraubendruckfeder 23 ein. Die Schraubendruckfeder 23 sitzt demnach auf der Oberseite 34 auf und sichert das Ventilgehäuse 29 gegebenenfalls zusätzlich und in Abhängigkeit der gewählten Passung des Bereichs 35 zur Gehäusebohrung 16.
Der Ventilkörper 30 ist zylindrisch ausgestaltet und besteht ebenfalls aus einem thermoplastischen, hitzestabilisierten Polyamid oder einem Duroplasten, insbesondere POM oder PEEK. Die Unterseite 32 und die Oberseite 45 sind plan. In der Mitte der Unterseite 32 und der Oberseite 45 befindet sich jeweils eine kalottenförmige Vertiefung 48.
Das Rückschlagventil 29 kommt mit einem relativ geringen Öffnungshub aus, was ebenfalls die hohe Dynamik begünstigt. Im vorliegenden Fall beträgt das Verhältnis des Durchmessers des Ventilkörpers 30 zur Länge des Ventilhubs 12,3. Es sollte auf jeden Fall größer sein als 8, bevorzugt größer als 10. Das Verhältnis von Durchmesser des Ventilkörpers 29 zur Höhe des Ventilkörpers 29 beträgt im vorliegenden Fall 1,37. Es sollte auf jeden Fall größer sein als 0,5, bevorzugt größer als 1.
Im Folgenden wird anhand des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels die Wirkungs- und Funktionsweise der vorliegenden Erfindung kurz erläutert.
Aufgrund der Leckagesituation im Kettenspanner 7 baut sich der Druck im Inneren der Druckkammer 22 bei stehendem Verbrennungsmotor ab, so dass die Vorspannung ausschließlich von der Schraubendruckfeder 23 aufgebracht wird. Beim Kaltstart baut sich der Hydraulikdruck in der Motorölhydraulik auf und Hydrauliköl drückt in den Fluideinlass 31 und schiebt den Ventilkörper 30 nach oben. Sofort strömt Hydrauliköl aus dem Fluideinlass 31 aus und an der Unterseite 32 des Ventilkörpers 30 entlang und radial in die drei Zuführnuten 39 und anschließend in die Einströmkanäle 37. Das Hydrauliköl gelangt dann an der Oberseite 34 des Ventilgehäuses 29 in die Druckkammer 22 und wird an dieser Stelle auch nicht von der Schraubendruckfeder 23 behindert. Ein schnelles öffnen des Ventilkörpers 30 ist auch deshalb gegeben, weil aufgrund der geringen Masse durch den verwendeten Kunststoff eine schnelle Bewegung möglich ist. Zusätzlich sorgt die Ausgleichsöffnung 43, deren Durchmesser großzügig bemessen ist, für ein schnelles Verdrängen von oberhalb des Ventilkörpers 30 befindlichem Hydrauliköl.
Sobald sich ausreichend Druck in der Druckkammer 22 aufgebaut hat, d. h. der Spannkolben 8 nicht weiter ausfährt, schließt das Rückschlagventil 28. Dabei kommt die Unterseite 32 des Ventilkörpers 30 dichtend zur Anlage mit der Grundfläche 17. Fährt der Spannkolben 8 in der Folge ein, erfolgt eine Dämpfung durch einen Leckagespalt zwischen dem Außenumfang des Spannkolbens 8 und der Gehäusebohrung 16. Ein Ausströmen über das Rückschlagventil 28 erfolgt im Wesentlichen nicht. Sobald der volle Hydraulikdruck vorhanden ist und der Verbrennungsmotor in normalem Betrieb läuft, wiederholen sich diese Prozesse hochdynamisch. Der relativ stabil ausgeführte Ventilkörper 30 und das stabil ausgeführte Ventilgehäuse 29 tragen diesen dynamischen Belastungen Rechnung bei vergleichsweise geringem Gewicht. Aufgrund der linearen Öffnungscharakteristik dieses Rückschlagventils 28 ist eine einfache Abstimmung ermöglicht. Die große Flächenfreigabe ermöglicht kleine Hübe des Ventilkörpers 30 und damit schnelle Schließzeiten. Das Rückschlagventil 28 kann demnach durch die Kunststoffbauweise mit sehr hohen Frequenzen betätigt werden, da die Öffnungs- und Schließzeiten durch die geringe Bauteilträgheit stark reduziert sind. Durch die große Auflagefläche des Ventilkörpers 30 kann dieser aus Kunststoff gefertigt werden. Der Kunststoffventilkörper 30 kann Lasten bis zu 250 bar widerstehen.
Darüber hinaus eignet sich dieses Rückschlagventil 28 sehr gut für die unterschiedlichsten Anwendungen. Während der Ventilkörper 30 für alle Kettenspannerbauarten bzw. – durchmesser gleich bleiben kann, kann der Durchmesser des Ventilgehäuses stufenlos variiert werden, so dass ein und derselbe Ventilkörper 30 für unterschiedliche Gehäusebohrungen 16 einsetzbar ist. Das Besondere dieses Rückschlagventils 28 besteht auch darin, dass der Ventilsitz nicht durch das Ventilgehäuse selbst gebildet, sondern durch das Einschraubgehäuse 10 bereitgestellt ist. Alleine aufgrund dieser Tatsache ergibt sich schon eine Bauteilereduktion. Darüber hinaus wird die Gehäusebohrung 16 als Sitz für das Ventilgehäuse 29 verwendet, so dass das zusätzliche Einbringen einer Ventilgehäusebohrung bzw. -stufe nicht notwendig ist. Auch das Festhalten und Positionieren des Ventilgehäuses 29 erfolgt unter Zuhilfenahme der Schraubendruckfeder 23, wodurch ein Einpressen in das Einschraubgehäuse 10 auch entfallen könnte. Die bereitgestellten Strömungsquerschnitte sind sehr groß, weshalb ein schnelles Befüllen der Druckkammer 22 möglich ist.
Anhand der 7 wird nunmehr eine zweite Ausführungsform eines Rückschlagventils 28 näher beschrieben, das ebenfalls in den in 2 dargestellten Kettenspanner eingesetzt werden kann. Es wird im Folgenden nur auf die wesentlichen Unterschiede eingegangen, so dass für bau- und wirkungsgleiche Bestandteile die gleichen Bezugsziffern verwendet werden und diesbezüglich auf die obige Beschreibung verwiesen wird.
Der Unterschied besteht darin, dass zwischen der Führungsöffnung 38 und der Ausgleichsöffnung 43 noch eine koaxial zu diesen verlaufende Aufnahmeöffnung 46 vorgesehen ist, die zur Aufnahme einer Rückstellfeder 47 dient. Die Rückstellfeder 47 stützt sich einseitig am Ventilgehäuse 29 und andersseitig an der Oberseite 45 des Ventilkörpers 30 ab. Hierdurch wird zwar die Anschlagfläche 41 etwas reduziert, aber die Anschlagkraft auf die Anschlagfläche 41 durch die Rückstellfeder 47 abgemildert. Sofern die verbleibende Anschlagfläche 41 ausreichende Stabilität bereitstellt, könnte dies auch als Standardventilgehäuse mit oder ohne Rückstellfeder 47 eingesetzt werden, wodurch sich die Variabilität mit wenigen Bauteilen erhöhen lässt.
Bezugszeichenliste

1: Steuerkettentrieb
2: Kurbelwellenkettenrad
3.1, 3.2: Nockenwellenkettenrad
4: Steuerkette
5: Führungsschiene
6: Spannschiene
7: Kettenspanner
8: Spannkolben
9: Wandung
10: Einschraubgehäuse
11: Sechskantkopf
12: Dichtring
13: Versorgungsabschnitt
14: Gewindeabschnitt
15: Kopfunterserite
16: Gehäusebohrung
17: Grundfläche
18: Führungsbschnitt
19: Entlüftungsöffnung
20: Kopf
21: Andrückfläche
22: Druckkammer
23: Schraubendruckfeder
24: Füllkörper
25: Kopf
26: Entlüftungsnut
27.1, 27.2: Versorgungsbohrung
28: Rückschlagventil
29: Ventilgehäuse
30: Ventilkörper
31: Fluideinlass
32: Unterseite
33: Unterseite
34: Oberseite
35: Mittlerer Bereich
36: Einströmnut
37: Einströmkanal
38: Führungsöffnung
39: Zuführnut
40: Übergang
41: Anschlagfläche
42: Entlastungsnut
43: Ausgleichsöffnung
44: Oberseite
46: Aufnahmeöffnung
47: Rückstellfeder
48: Vertiefung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

FR 2803005 [0002]

Claims

Hydraulische Spannvorrichtung (7) für einen Endlostrieb (1), insbesondere Ketten- oder Riementrieb eines Verbrennungsmotors, mit einem Gehäuse (10), einem in einer Gehäusebohrung (16) verschiebbar geführten Spannkolben (8), einer zwischen dem Gehäuse (10) und dem Spannkolben (8) gebildeten Druckkamer (22), einem im Gehäuse (10) angeordneten Hydraulikfluideinlass (31) zur Versorgung der Druckkammer (22) und einem im Bereich des Hydraulikfluideinlasses (31) angeordneten Rückschlagventil (28), wobei das Rückschlagventil (28) ein in die Gehäusebohrung (16) im Wesentlichen passgenau eingesetztes Ventilgehäuse (29) und ein im Ventilgehäuse (29) verschiebbar angeordneten Ventilkörper (30) aufweist und ein Ventilsitz Bestandteil des Hydraulikfluideinlasses (31) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (30) im Wesentlichen passgenau in einer Führungsöffnung (38) des Ventilgehäuses (29) derart geführt ist, dass bei geöffnetem Ventilkörper (30) das Hydraulikfluid im Wesentlichen unterhalb des Ventilkörpers (30) ab- und in mindestens einen zwischen der Innenfläche der Gehäusebohrung (16) und der Innenfläche der Führungsöffnung (38) angeordneten Einströmkanal (37) hineinfließt.
Spannvorrichtung (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einströmkanal (37) des Ventilgehäuses (29) zwischen der Außenumfangskontur des Ventilgehäuses (29) und der Innenfläche der Gehäusebohrung (16) gebildet ist.
Spannvorrichtung (7) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bilden des mindestens einen Einströmkanals (37) die Außenkontur des Ventilgehäuses (29) mindestens eine Einströmnut (36) aufweist.
Spannvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (29) am Außenumfang abgedichtet in der Gehäusebohrung (16) angeordnet ist.
Spannvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (29) an seinem der Druckkammer (22) abgewandten Seite eine die mindestens eine Führungsöffnung (38) mit dem mindestens einen Einströmkanal (37) verbindende Zuführnut (39) aufweist.
Spannvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (29) eine im Wesentlichen zylindrische Mantelfläche aufweist, in der mindestens eine Einströmnut (36) eingeformt ist und zumindest am unteren, der Druckkammer (22) abgewandten Ende eine Anfasung aufweist.
Spannvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (29) einen Zentriervorsprung (44) auf der der Druckkammer (22) zugewandten Seiten aufweist, der von unten in eine in der Druckkammer (22) angeordnete, auf den Spannkolben (8) wirkende Druckfeder (23) eingreift.
Spannvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (30) als, bevorzugt zylinderförmiger, Schließkörper ausgebildet ist.
Spannvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (30) und/oder das Ventilgehäuse (29) aus einem thermoplastischen, hitzestabilisierten Polyamid oder einem Duroplasten, insbesondere POM oder PEEK, hergestellt ist.
Spannvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikfluideinlass (31) als Bohrung in der Grundfläche (17) der Gehäusebohrung (16) oder eines Gehäusebohrungseinsatzes ausgestaltet ist und der Ventilkörper (30) mit seiner nach unten weisenden Ventilfläche (32) im geschlossenen Zustand eben und dicht an der Grundfläche (17) anliegt.
Spannvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsöffnung (38) des Ventilgehäuses (29) auf der dem Hydraulikfluideinlass (31) zugewandten Seite eine umlaufende Fase aufweist.
Spannvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Ventilgehäuse (29) eine sich einerseits am Ventilgehäuse (29) und andererseits am Ventilkörper (30) abstützende Rückstellfeder (47) zum Verschließen des Ventilkörpers (30) angeordnet ist.
Spannvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (29) eine zentrale mit der Führungsöffnung (38) in Verbindung stehende Ausgleichsöffnung (43) zum Abströmen von durch den Ventilkörper (30) verdrängte Hydraulikflüssigkeit aufweist.
Rückschlagventil (28) für eine Spannvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilgehäuse (29) mindestens einen zwischen seiner Außenfläche und der Innenfläche der Führungsöffnung (38) angeordneten Einströmkanal (37) oder mindestens ein in seiner Außenmantelfläche eingeformte Einströmnut (36) aufweist.
Zugmitteltrieb (1), insbesondere für einen Verbrennungsmotor, mit einem Endloszugmittel (4), einem Antriebsrad (2), mindestens einem Abtriebsrad (3.1, 3.2) und mit einer hydraulischen Spannvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zum Spannen des Endloszugmittels (4).