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Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Spannsystem eines Zugmitteltriebs, das einer Brennkraftmaschine zugeordnet ist und das einen mit Hydraulikfluid beaufschlagten Kolben umfasst, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Hydraulische Spannsysteme finden insbesondere Anwendung in Zugmitteltrieben von Brennkraftmaschinen, die eine sich ändernde Länge des Zugmittels im Betriebszustand aufgrund von Erwärmung und/oder Verschleiß wirksam kompensieren. Bei Spannsystemen wird beispielsweise mittels einer schwenkbaren Spannrolle oder durch Auslenken einer Gleitschiene ein als Kette oder Riemen ausgeführtes Endloszugmittel vorgespannt. Das Zugmittel ist dabei kraftübertragend zwischen unterschiedlichen Wellen angeordnet, beispielsweise zwischen einer Kurbelwelle und einer oder mehreren Nockenwellen. Ein derartiges Spannsystem zeigt die
DE 10 2007 036 119 A1 , das an einem Gehäuse der Brennkraftmaschine befestigt ist. Ein in einem Zylinder des Spannsystems geführter, einen Druckraum begrenzender Kolben kann von einem Druck- bzw. Hydraulikfluid beaufschlagt werden, um beispielsweise über eine Spannschiene das Zugmittel zu spannen.
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Um Kraftspitzen in einem Zugmitteltrieb und damit in dem hydraulischen Spannsystem abzubauen, ist es bekannt, dem Druckraum des Spannsystems ein Überdruckventil zuzuordnen. Aus dem Stand der Technik ist zum Schutz vor zu hohen Belastungen des Zugmitteltriebs bekannt, ein Überdruckventil einzusetzen, das sich bei Erreichen eines Grenzdrucks öffnet und über einen Bypass oder einen Absteuerkanal einen Teilstrom des Hydraulikfluids absteuert. Ein Spannsystem der zuvor beschriebenen Bauart offenbart die
DE 36 39 389 A1 , bei dem eine Kette als Zugmittel eingesetzt ist. Der Aufbau umfasst in dem als Zylinder ausgebildeten Gehäuse des Spannsystems eine Zuflussöffnung, in der ein federvorgespanntes Rückschlagventil angeordnet ist. In einem zugmittelseitig in dem Kolben eingebrachten Abströmkanal ist weiterhin ein angefedertes Überdruckventil eingesetzt. Bei Relativbewegungen – angeregt durch Schwingungen bzw. Bewegungen der Kette – zwischen dem Kolben und dem Gehäuse gelangt Öl als Hydraulikfluid beispielsweise aus einem Vorratsbehälter über das Rückschlagventil in das Innere des Spannsystems. Bei auftretenden Druckspitzen öffnet sich das Überdruckventil, wobei durch das abgesteuerte Öl gleichzeitig die Kette geschmiert wird.
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Die
DE 10 2004 048 281 A1 zeigt ein hydraulisches Spannsystem mit einem Zylindergehäuse, in dem ein öldruckbeaufschlagter und angefederter Kolben axial verstellbar eingesetzt ist. Zur Dämpfung und/oder Nachstellung des Zugmittels gelangt das Hydraulikfluid über ein Rückschlagventil in den Druckraum des Zylindergehäuses, wodurch der Kolben in Richtung eines vorgespannten Zugmittels druckbeaufschlagt wird. Zur Vermeidung von unzulässigen Drucküberhöhungen und Belastungen des Zugmitteltriebs, die sich beispielsweise bei einer Resonanzdrehzahl des Zugmitteltriebs einstellen, ist im Kolbenboden ein sich nach außen öffnendes, auch als Druckbegrenzungsventil zu bezeichnendes Überdruckventil vorgesehen. Die
DE 10 2010 012 918 A1 offenbart ein weiteres Spannsystem für ein als Kette ausgebildetes Endlostriebmittel mit einem Gehäuse, in dem ein verstellbarer, einen Druckraum begrenzender Kolben eingesetzt ist. Über einen Druckmittelanschluss gelangt ein Hydraulikfluid in den Druckraum. In einer Druckmittelleitung sind sowohl ein sich in Richtung des Druckraums öffnendes Rückschlagventil als auch ein entgegen dieser Richtung sich öffnendes Überdruckventil eingesetzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spannsystem mit einer kompakten, einfach aufgebauten, alle Bauteile einschließenden und sicher montierbaren Ventileinheit zu schaffen, die weiterhin kostengünstig herstellbar ist.
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Die Lösung dieser Problemstellung wird durch ein Spannsystem gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen, auf den Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Das erfindungsgemäße Spannsystem umfasst eine Ventileinheit, in der das Rückschlagventil und das Überdruckventil als eine Baugruppe zusammengefasst sind. Dabei sind alle Bauteile der Ventileinheit unverlierbar in einem rotationssymmetrischen, topfartigen Ventilgehäuse integriert. Das Konzept ermöglicht eine kompakte Bauweise, wobei das einfach gestaltete und kostengünstig herstellbare Rückschlag- und Überdruckventil gemeinsam mit zugehörigen Einzelteilen vorteilhaft vollständig vormontierbar sind. Diese Ventileinheit bildet ein in sich geschlossenes System, welches außerhalb des Hydraulikelementes zusammengebaut und auch geprüft werden kann. Somit werden abweichend zu bisherigen Spannsystemen aufwendige Prüfungen nach erfolgter Montage des Zugmitteltriebs überflüssig.
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Die Ventileinheit ist in verschiedensten hydraulischen Spannsystemen einsetzbar, die sowohl ein Rückschlag- als auch ein Überdruckventil benötigen, wobei jedoch der verfügbare Bauraum begrenzt ist. Im Vergleich zu einer getrennten Anordnung der Ventile im Spannsystem erfordert die Ventileinheit gemäß der Erfindung deutlich weniger Bauraum. Die erfindungsgemäße Ventileinheit überschreitet weiterhin vorteilhaft nicht die Abmessungen bestehender Ventile, d.h. der für die Ventileinheit benötigte Bauraum ist zumindest in der Höhe geringer als der für zwei einzelne Ventile. Damit bietet die Ventileinheit eine Lösung für ein bauraumoptimiertes Spannsystem. Aufgrund der kompakten Bauweise besteht außerdem die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Ventileinheit in bereits ausgelegte Spannsysteme zu integrieren, ohne eine vollständig neue konstruktive Anpassung und Erprobung eines Spannsystems vornehmen zu müssen. Mit diesem Konzept wird die Forderung von Fahrzeugherstellern bzw. Herstellern von Brennkraftmaschinen erfüllt, sowohl bauraum- als auch kostenoptimierte hydraulische Spannsysteme mit einem Rückschlag- und einem Überdruckventil anzubieten. Damit kann eine wirksame hydraulische Dämpfung des Zugmitteltriebs erreicht werden und weiterhin eine Überlastung des Zugmitteltriebs im Betriebszustand begrenzt und ein Verlust des Hydraulikfluids bei Stillstand verhindert werden.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Überdruckventil als Ventilkörper einen als Hohlkörper ausgebildeten, innerhalb des Ventilgehäuses geführten Ventilkolben umfasst, der in einer geschlossenen Position mit einer Stirnseite an einer einen Ventilsitz bildenden Stufe des Ventilgehäuses angefedert und fluiddicht abgestützt ist. Zur Aufnahme des Rückschlagventils bildet das Ventilgehäuse vorteilhaft einen axial vorstehenden Abschnitt, wobei der Ventilkörper des Rückschlagventils in einer geschlossenen Position angefedert an einer einen Dichtsitz bildenden zentrischen Öffnung der Stirnseite des Ventilkolbens fluiddicht abgestützt ist.
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Der Aufbau der erfindungsgemäßen Ventileinheit sieht außerdem vor, dass beim Öffnen des Überdruckventils gleichzeitig das Rückschlagventil bewegt wird und sich der Durchströmquerschnitt in Öffnungsrichtung des Überdruckventils mit steigendem Hub vergrößert. Der sich dabei vergrößernde Übertrittquerschnitt bewirkt vorteilhaft ein schnelles Absenken des Überdrucks im Druckraum, wodurch eine hohe Dynamik des Spannsystems realisierbar ist.
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Als Ventilkörper für das Rückschlagventil eignet sich insbesondere ein Kegelventil, das mit einem konischen Ansatz formschlüssig und durch die Druckfeder kraftschlüssig in der zentrischen Öffnung des Ventilkolbens abdichtet. Die den Ventilkörper des Rückschlagventils beaufschlagende Druckfeder ist gegenseitig an dem Ventilgehäuse abgestützt, wobei eine Vorspannkraft der Druckfeder u.a. durch eine Länge des axialen Abschnitts des Ventilgehäuses beeinflusst werden kann. Über die Auslegung der Druckfeder können verschiedene Öffnungsdrücke realisiert und somit die Dämpfung verändert werden. Durch die den Öffnungsquerschnitt vergrößernde Kegelform des Rückschlagventils kann vorteilhaft der Volumenstrom und die Durchströmgeschwindigkeit des Hydraulikfluids erhöht werden, wodurch bereits bei einem geringen Ventilhub ein gewünschter hoher Fluiddurchsatz gewährleistet ist. Der Ventilkörper des Überdruckventils wird gemäß der Erfindung von einer Druckfeder beaufschlagt, die gegenseitig an dem Ventilgehäuse abgestützt sowie von dem Ventilkolben umschlossen ist. Durch eine Variation der Länge des als Hohlkörper ausgebildeten Ventilgehäuses kann beispielsweise die Vorspannkraft der Druckfeder verändert werden.
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Als Maßnahme, um ein Rückströmen des Hydraulikfluids bei geöffnetem Überdruckventil zu vereinfachen sowie zur Gewichtsoptimierung sind in die Mantelfläche des als Hohlkörper ausgebildeten Ventilkolbens von dem Überdruckventil umfangsverteilt Öffnungen eingebracht.
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Die Bauteile der Ventileinheit sind bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff hergestellt. Für das Ventilgehäuse, den Ventilkolben sowie das als Kegelventil ausgebildete Rückschlagventil eignet sich ein Stahlblech, wobei zur Herstellung vorzugsweise ein spanloses Verfahren, insbesondere ein Tiefziehverfahren vorgesehen ist. Die vorzugsweise aus Stahlblech hergestellten Bauteile, der Ventilkolben des Überdruckventils und das Kegelventil des Rückschlagventils, sind präzise in dem Ventilgehäuse bzw. dem Ventilkolben geführt. Alternativ zu einem metallischen Werkstoff schließt die Erfindung eine Ventileinheit ein, bei der einzelne Bauteile, wie beispielsweise das Ventilgehäuse und der Ventilkolben, aus einem geeigneten dauerfesten und temperaturbeständigen Kunststoff hergestellt sind.
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Hinsichtlich einer optimalen Anströmung ist die erfindungsgemäße Ventileinheit in dem Spannsystem zentrisch innerhalb des Druckraums im Bereich eines Druckanschlusses von dem Zylinder positioniert. Alternativ dazu bietet es sich an, die Ventileinheit außerhalb des Druckraums im Spannsystem anzuordnen, um einen vergrößerten Hub des Spannkolbens bei gleicher Größe des Druckraums zu realisieren. Gleichzeitig kann bei dieser Anordnung der Ventileinheit aufgrund des vergrößerten Druckraums eine längere, den Kolben des Spannsystems beaufschlagende Druckfeder eingesetzt werden. Diese Druckfeder bietet bei vergrößertem Kolbenhub noch genügend Federvorspannung, um die Verschiebekräfte in der letzten Rastnut überwinden zu können, damit der Kolben sicher ausfahren kann. Außerdem hat ein vergrößerter Bauraum den Vorteil, dass eine Druckfeder mit einer niedrigeren Federrate einsetzbar ist, wodurch die Vorspannkraft über den Kolbenhub nahezu konstant bleibt.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, wobei sich die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Dabei zeigt:
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1 ein hydraulisches Spannsystem bisheriger Bauart;
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2 einen Teilbereich von einem erfindungsgemäßen Spannsystem in einem Längsschnitt; und
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3 in einer Explosionszeichnung alle Einzelteile der Ventileinheit des Spannsystems gemäß 2.
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Die 1 zeigt ein hydraulisches Spannsystem 1 mit einem Gehäuse 2, das einen Druckölanschluss 3 einschließt, von dem ausgehend Hydraulikfluid, insbesondere Öl, in einen Ringraum 4 eintritt. Über ein bodenseitig in einem Zylinder 5 eingesetztes Rückschlagventil 6 strömt das Hydraulikfluid 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 sich 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 eines hydraulischen Spannsystems 21 gezeigt, bei dem das Rückschlagventil 26 und das Überdruckventil 30 zu einer vormontierbaren, alle Bauteile einschließenden Ventileinheit 22 zusammengefasst sind, die in einer Aufnahme 34 des Zylinders 25 bodenseitig lagefixiert eingesetzt und mit dem Druckanschluss 23 verbunden sind. Dabei ragt die Ventileinheit 22 in den weitestgehend von dem Kolben 29 umschlossenen Druckraum 27 des Spannsystems 21. Die Ventileinheit 22 umfasst ein topfartig gestaltetes, vorzugsweise aus Stahlblech hergestelltes, das Rückschlagventil 26 und das Überdruckventil 30 umschließendes Ventilgehäuse 31. Das Überdruckventil 30 schließt als Ventilkörper 32 einen als Hohlkörper ausgebildeten, innerhalb des Ventilgehäuses 31 geführten Ventilkolben ein, der in einer geschlossenen Position von einer Druckfeder 33 beaufschlagt, mit einer Stirnseite 35 an einer den Ventilsitz 36 bildenden Stufe 37 des Ventilgehäuses 31 fluiddicht abgestützt ist. Der Ventilkörper 38 des Rückschlagventils 26 ist in einem axial vorstehenden Abschnitt 39 des Ventilgehäuses 31 aufgenommen. In einer geschlossenen Position ist der durch die Druckfeder 40 angefederte, als ein Kegelventil ausgebildete Ventilkörper 38 an einer einen Dichtsitz 41 bildenden zentrischen Öffnung der Stirnseite 35 vom Ventilkörper 32 des Überdruckventils 30 fluiddicht abgestützt. In 2 ist sowohl das Rückschlagventil 26 als auch das Überdruckventil 30 in der geschlossenen Position abgebildet. Bei einströmendem Hydraulikfluid über den Druckanschluss 23 verschiebt sich der Ventilkörper 38 des Rückschlagventils 26 in Richtung des Druckraums 27 und bewegt den Kolben 29, unterstützt durch die im Druckraum 27 eingebrachte Druckfeder 28 in Pfeilrichtung. Als Hubbegrenzung für den Kolben 29 dient ein radial vorgespannter, in einer Ringnut 42 eingesetzter Sprengring 43, der in einen längenbegrenzten Ringraum 24 des Zylinders 25 ragt. Im Betriebszustand des Spannsystems 21 können beispielsweise Druckstöße vom Zugmitteltrieb den Kolben 29 in Gegenpfeilrichtung belasten, wodurch sich nach Überschreitung einer Öffnungskraft der Ventilkörper 32 des Überdruckventils 30 in Richtung eines Bordes 44 von dem Ventilgehäuse 31 verschiebt und ein Abströmen des Hydraulikfluids aus dem Druckraum 27 ermöglicht.
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Die 3 zeigt zur Verdeutlichung die einzelnen Bauteile der Ventileinheit 22 in einer Explosionszeichnung. Das alle Einzelteile einschließende Ventilgehäuse 31 bildet stirnseitig einen axial vorstehenden Abschnitt 39 mit einer zentralen Strömungsöffnung 47, an dem außenseitig im Einbauzustand die Druckfeder 28 zentriert ist. Innenseitig ist der Abschnitt 39 zur Aufnahme des Ventilkörpers 38 und der zugehörigen Druckfeder 40 des Rückschlagventils 26 bestimmt. Als Ventilkörper 32 des Überdruckventils 30 ist eine zylindrische, stirnseitig weitestgehend geschlossene Hülse vorgesehen. In einer Mantelfläche 45 des Ventilkörpers 32 sind umfangsverteilt Öffnungen 46 eingebracht, über die bei geöffnetem Überdruckventil 30 Hydraulikfluid abgesteuert wird. Zur Erreichung einer vormontierten Baueinheit, in der alle Einzelteile unverlierbar zusammengefasst sind, erfolgt zum Abschluss der Montage ein Umformen oder Bördeln einer Endzone des Ventilgehäuses 31 zur Bildung eines radial nach innen gerichteten Bordes 44, an dem die dem Überdruckventil 30 zugeordnete Druckfeder 33 abgestützt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannsystem
- 2
- Gehäuse
- 3
- Druckanschluss
- 4
- Ringraum
- 5
- Zylinder
- 6
- Rückschlagventil
- 7
- Druckraum
- 8
- Druckfeder
- 9
- Kolben
- 10
- Überdruckventil
- 11
- Kolbenboden
- 12
- Ventilkörper
- 13
- Druckfeder
- 21
- Spannsystem
- 22
- Ventileinheit
- 23
- Druckanschluss
- 24
- Ringraum
- 25
- Zylinder
- 26
- Rückschlagventil
- 27
- Druckraum
- 28
- Druckfeder
- 29
- Kolben
- 30
- Überdruckventil
- 31
- Ventilgehäuse
- 32
- Ventilkörper
- 33
- Druckfeder
- 34
- Aufnahme
- 35
- Stirnseite
- 36
- Ventilsitz
- 37
- Stufe
- 38
- Ventilkörper
- 39
- Abschnitt
- 40
- Druckfeder
- 41
- Dichtsitz
- 42
- Ringnut
- 43
- Sprengring
- 44
- Bord
- 45
- Mantelfläche
- 46
- Öffnung
- 47
- Strömungsöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007036119 A1 [0002]
- DE 3639389 A1 [0003]
- DE 102004048281 A1 [0004]
- DE 102010012918 A1 [0004]
