DE19949497A1 - Hydraulisches Spielausgleichs- und/oder Dämpfungselement - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Spielausgleichs- und/oder Dämpfungselement, insbesondere für einen Ventiltrieb, mit einem in einem Zylinder beweglich geführten und mit der Kraft einer Feder beaufschlagten Kolben, mit einem vom Kolben und Zylinder umgebenen Hochdruckraum, der über ein im Kolben angeordnetes Rückschlagventil mit einem Druckmittel aus einem zumindest vom Kolben umschlossenen Vorratsraum in Fluidverbindung bringbar ist, und mit einem zwischen Zylinderinnenwandung und Kolbenaußenmantel vorliegenden Leckagespalt, wobei zumindest bereichsweise die Zylinderinnenwandung und/oder der Kolbenaußenmantel Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten umfaßt. Es ist vorgesehen, daß die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien so aufeinander abgestimmt sind, daß sich mit steigender Betriebstemperatur der Leckagespalt (20) derart verringert, daß sich die Absinkzeit des Kolbens (4) vergrößert, und daß sich mit fallender Betriebstemperatur der Leckagespalt (20) derart vergrößert, daß sich die Absinkzeit des Kolbens (4) verringert.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Spielausgleichs- und/oder Dämpfungselement gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 197 13 303 A1 ist ein gattungsgemäßeshydraulisches Spielausgleichs- be­ ziehungsweise Dämpfungselement bekannt. Es kann beispielsweise in Ventiltrieben von Brennkraftmaschinen angeordnet sein, um das Ventilspiel über die Lebensdauer der Brennkraftmaschine konstant zu halten. Außerdem soll das Spielausgleichs- und/oder Dämpfungselement ein sich änderndes Ventilspiel, ausgleichen, das sich aufgrund von Erwärmung der Bauteile ergibt. Das bekannte Spielausgleichs- und/oder Dämpfungsele­ ment weist einen in einem Zylinder beweglich geführten und mit der Kraft einer Feder beaufschlagten Kolben auf. Außerdem ist ein Hochdruckraum gebildet, der vom Kolben und Zylinder umgeben ist. Der Hochdruckraum ist über ein im Kolben angeordnetes Rückschlagventil mit einem Druckmittel aus einem zumindest vom Kolben umschlosse­ nen Vorratsraum in Fluidverbindung bringbar. Zwischen Zylinderwandung und Kolben­ außenmantel liegt ein Leckagespalt vor, durch den das aus dem Hochdruckraum ausge­ preßte Druckmittel zurück in den Vorratsraum fließen kann. Um unterschiedliche Breiten des Leckagespalts realisieren zu können, ist zumindest bereichsweise die Zylinderwan­ dung und/oder der Kolbenaußenmantel aus Materialien mit unterschiedlichen Wär­ meausdehnungskoeffizienten gebildet. Bei dem bekannten Spielausgleichs- und/oder Dämpfungselement wird der Leckagespalt so verändert, daß über den Bereich der Be­ triebstemperatur eine konstante Absinkzeit des Kolbens vorliegt.

Es hat sich gezeigt, daß das bekannte Spielausgleichs- und/oder Dämpfungselement zur Geräuschbildung, insbesondere am Ventiltrieb, führt.

Unter Dämpfungselementen seien beispielsweise auch in Riementrieben verwendete Dämpfer verstanden, welche ihre Dämpfung über einen Spalt zwischen Kolben und Zy­ linder erzielen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Spielausgleichs- und/oder Dämpfungselement der eingangs genannten Art anzugeben, das diesen Nachteil nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird mit einem hydraulischen Spielausgleichs- und/oder Dämpfungsele­ ment gelöst, welches die im Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist. Insbesondere zeichnet sich das erfindungsgemäße Spielausgleichs- und/oder Dämpfungselement da­ durch aus, daß die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien für die Zylinderwan­ dung und den Kolbenaußenmantel so aufeinander abgestimmt sind, daß sich mit stei­ gender Betriebstemperatur der Leckagespalt derart verringert, daß sich die Absinkzeit des Kolbens vergrößert, und daß sich mit fallender Betriebstemperatur der Leckagespalt derart vergrößert, daß sich die Absinkzeit des Kolbens verringert. Es hat sich gezeigt, daß sich mit der erfindungsgemäßen Wahl der Wärmeausdehnungskoeffizienten die Ge­ räuschbildung vermeiden läßt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Wärmeausdehnungs­ koeffizient des Materials für die Kolbenwandung größer als der des Materials für die Zy­ linderwandung ist.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Kolbenwandung eine umlaufende Nut aufweist, in der ein Kolbenring angeordnet ist. Insbesondere ist da­ bei vorgesehen, daß der Kolbenring den gegenüber der Zylinderwandung größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt. Denkbar wäre es allerdings auch, den Kolben­ ring mit einem separaten Befestigungsmittel in der Nut zu halten.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Nut in Richtung des Kolbenbodens randoffen ausgebildet ist und daß der Kolbenring mittels einer Federeinrichtung in der Nut gehalten ist. Somit kann beispielsweise der Kolbenring umlaufend geschlossen ausgebildet werden, da er leicht in die Nut eingelegt werden kann, in der er dann durch die Federeinrichtung gehalten ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Federeinrichtung, die den Kolbenring in der randoffenen Nut hält, die den Kolben beaufschlagende Feder ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da lediglich eine einzige Feder verwendet werden muß, die sowohl den Kolben betätigt als auch den Kolbenring in seiner Nut hält.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Rückschlagventil eine Ventilkappe besitzt, die den Ventilkörper des Rückschlagventils abdeckt, und daß die Ventilkappe einen radial nach außen gerichteten Fortsatz aufweist, der zwischen der Federeinrichtung und dem Kolbenring zu liegen kommt. Dadurch, daß zwischen Feder­ einrichtung und Kolbenring der Fortsatz der Ventilkappe liegt, wird der Kolbenring gleichmäßig in seine Nut gepreßt beziehungsweise in dieser gehalten.

Außerdem braucht auch für die Ventilkappe kein separates Befestigungselement bezie­ hungsweise keine separate Federeinrichtung verwendet werden. Somit ist es beispiels­ weise mittels einer einzigen Feder möglich, sowohl den Kolben zu beaufschlagen, den Kolbenring in seiner Nut zu halten und außerdem die Ventilkappe an den Kolben zu drängen.

Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt in einem Teilschnitt ein hydraulisches Spielausgleichs- und/oder Dämpfungselement.

Die Funktions- beziehungsweise Wirkungsweise eines derartigen hydraulischen Spielausgleichs- beziehungsweise Dämpfungselement wird als bekannt vorausgesetzt, da diese in der DE 197 13 303 A1 beschrieben ist. Es wird daher im folgenden lediglich auf die wesentlichen Unterschiede zum Stand der Technik eingegangen.

Die Figur zeigt in teilweiser Schnittdarstellung ausschnittweise ein hydraulisches Spielausgleichs- und/oder Dämpfungselement, das im folgenden lediglich als Element 1 bezeichnet wird. Dieses Element 1 umfaßt einen eine Zylinderbohrung 2 aufweisenden Zylinder 3, in dem ein Kolben 4 längsverschieblich in Pfeilrichtung 5 geführt ist. Der Kol­ ben 4 wird mit der Kraft einer Feder 6 beaufschlagt, die sich einerseits am Boden 7 der Zylinderbohrung 2 und andererseits am Kolbenboden 8 abstützt. Die Feder 6 ist als Schrauben-Druckfeder ausgebildet. Zwischen dem Kolbenboden 8 und dem Boden 7 der Zylinderbohrung 2 ist ein Hochdruckraum 9 gebildet, der über ein Rückschlagventil 10 mit einem Vorratsraum 11 verbindbar ist, der beispielsweise innerhalb des Kolbens 4 liegen kann. Das Rückschlagventil 10 umfaßt einen Ventilkörper 12, der vorzugsweise als Kugel ausgebildet ist und mittels eines Federelements 13 gegen einen Ventilsitz 14 gedrängt wird. Es ergibt sich somit eine Durchflußrichtung vom Vorratsraum 11 in den Hochdruck­ raum 9. Das Federelement 13 stützt sich an einer Ventilkappe 15 ab, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel topfförmig ausgebildet ist und an ihrem Topfboden Durchbrüche 16 aufweist. Am freien Ende der umlaufenden Wand des Topfes der Ventilkappe 15 ist ein radial nach außen gerichteter Fortsatz 17 ausgebildet, auf dem sich das eine Ende der Feder 6 abstützt. Zwischen Kolbenboden 8 und dem Ende der Feder 6 liegt somit der radial nach außen gerichtete Fortsatz 17.

Zwischen der Zylinderinnenwandung 18 und dem Kolbenaußenmantel 19 ist ein Lecka­ gespalt 20 gebildet. Durch diesen Leckagespalt 20 kann das Druckmittel aus dem Hoch­ druckraum 9 entweichen, wenn der Kolben 4 sich in Richtung des Bodens 7 der Zylinder­ bohrung 2 bewegt. Das aus dem Druckraum 9 über den Leckagespalt 20 austretende Druckmittel kann wieder in den Vorratsraum 11 zurückgeführt werden. Als Druckmittel kann beispielsweise ein Hydrauliköl oder ein Motoröl einer Brennkraftmaschine verwen­ det werden.

Die Weite des Leckagespalts 20 ändert sich temperaturabhängig. Es ist vorgesehen, daß sich bei steigender Betriebstemperatur des Elements 1 der Leckagespalt 20 derart ver­ ringert, daß sich die Absinkzeit des Kolbens 4 in Richtung zum Boden 7 vergrößert. Mit sinkender Betriebstemperatur vergrößert sich der Leckagespalt 20 derart, daß sich die Absinkzeit des Kolbens 4 in Richtung zum Boden 7 verringert. Dies wird dadurch erreicht, daß der Zylinder 3 beziehungsweise die Zylinderinnenwandung 18 aus einem Material mit einem Ausdehnungskoeffizienten hergestellt sind, der kleiner ist als der Wärmeaus­ dehnungskoeffizient eines Materials, welches für den Kolben 4 beziehungsweise für den Kolbenaußenmantel 19 verwendet wird. Es genügt, wenn die Zylinderinnenwandung 18 beziehungsweise der Kolbenaußenmantel 19 bereichsweise aus diesen Materialien her­ gestellt sind, und zwar in dem Bereich, in dem sich der Kolben entlang dem Pfeil 5 bewe­ gen kann.

Es ist jedoch auch möglich, daß - wie in der Figur dargestellt - der Kolben 4 eine umlau­ fende Nut 21 besitzt, in die ein Kolbenring 22 eingelegt beziehungsweise eingesetzt ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die umlaufende Nut 21 zum Kolbenboden 8 hin randoffen ausgebildet. Es ist jedoch auch denkbar, daß die umlaufende Nut weiter oben im Kolbenaußenmantel 19 eingebracht ist, die Nut somit nicht randoffen ausgebildet wä­ re. Die Lage der Nut ist also variabel. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird jedoch be­ vorzugt der Kolbenring 19 mittels einer Federeinrichtung 23 an eine Seitenwand 24 der randoffenen Nut 21 gedrängt. Bevorzugt ist die Federeinrichtung 23 durch die Feder 6 gebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel stützt sich also die Feder 6 mit ihrem ei­ nen Ende am Fortsatz 17 ab, der wiederum auf den Kolbenring 22 drückt. Es ist ersicht­ lich, daß der Kolbenring 22 noch einen Vorsprung 25 aufweist, der an der Seite des Kol­ benrings 25 hervorspringt, die dem Boden 7 zugewandt ist. Der Vorsprung 25 dient ins­ besondere zur Halterung beziehungsweise Zentrierung der Ventilkappe 15, da das Ende des Fortsatzes 17 und der Vorsprung 25 einander zugewandt sind.

Sofern der Kolbenring 22 vorgesehen ist, ist dieser zumindest bereichsweise aus dem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt, der größer ist als der des Materials für die Zylinderinnenwandung 18.

Am oberen hier nicht dargestellten Ende des Kolbens 4 kann ein sogenanntes Abstütz­ element angeordnet sein beziehungsweise der Kolben kann in dieses Abstützelement übergehen. Dieses Abstützelement wirkt mit einem Schlepphebel, insbesondere Rollen­ schlepphebel, einer Ventilbetätigungseinrichtung (nicht dargestellt) einer Brennkraftma­ schine zusammen. Je nach Lage des Kolbens 4 entlang Pfeilrichtung 5 kann somit das Ventilspiel eingestellt werden.

Dadurch, daß sich der Leckagespalt 20 temperaturabhängig verändert, ist es möglich, die Absinkzeit des Kolbens 4 zu beeinflussen. Wird der Leckagespalt 20 zwischen Kolben­ außenmantel 19 beziehungsweise Kolbenring 22 und Zylinderinnenwandung 18 groß und liegt kaltes Druckmittel vor, ist die Absinkzeit des Kolbens gering. Bei warmem Druckmit­ tel hingegen ist eine große Absinkzeit erforderlich, so daß der Leckagespalt 20 geringer vorliegen muß. Dies wird mit der erfindungsgemäßen Wahl der Materialien mit unter­ schiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten für den Kolben und den Zylinder erreicht. Das heißt, daß sich bei warmem Druckmittel der Kolbenring 22 beziehungsweise der Kolbenaußenmantel 19 stärker ausdehnt als der Zylinder 3, so daß sich ein kleiner Leckagespalt 20 ergibt. Bei kaltem Druckmittel zieht sich der Kolbenring beziehungswei­ se der Kolbenaußenmantel 19 wieder zusammen, so daß der Leckagespalt 20 größer wird.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß der Kolbenring 22 aus einem Werk­ stoff mit höherem Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt ist als der des Zylinders 3.

Durch die Wahl des Werkstoffes für den Kolbenring 22 kann die Absinkzeit des Kolbens 4 entsprechend variiert werden. Außerdem kann durch die Wahl von Toleranzen, insbe­ sondere des Kolbenrings 22, und konstruktiven Maßnahmen die Absinkzeit beeinflußt werden. Hierzu zählt beispielsweise die axiale Länge des Leckagespalts 20, die sich also in Richtung der Längsachse des Kolbens 4 bemißt. Bevorzugt wird der Kolben 4 und der Zylinder 3 aus demselben Werkstoff gefertigt. Insbesondere sind hierfür gehärtete bezie­ hungsweise härtbare Werkstoffe vorgesehen, um Kolben 4 und Zylinder 3 verschleißfest zu machen. Insbesondere der hier nicht dargestellte Kolbenkopf, von dem das Abstütz­ element ausgeht, das mit dem Schlepphebel zusammenwirkt, ist verschleißfest ausgebil­ det.

Es zeigt sich also, daß die temperaturabhängige Veränderung des Leckagespalts 20 entweder durch geeignete Werkstoffwahl für den Kolbenring 22 oder den Kolben 4 er­ reicht werden kann.

Claims (7)

1. Hydraulisches Spielausgleichs- und/oder Dämpfungselement, insbesondere für einen Ventiltrieb, mit einem in einem Zylinder beweglich geführten und mit der Kraft einer Feder beaufschlagten Kolben, mit einem vom Kolben und Zylinder umgebe­ nen Hochdruckraum, der über ein im Kolben angeordnetes Rückschlagventil mit ei­ nem Druckmittel aus einem zumindest vom Kolben umschlossenen Vorratsraum in Fluidverbindung bringbar ist, und mit einem zwischen Zylinderinnenwandung und Kolbenaußenmantel vorliegenden Leckagespalt, wobei zumindest bereichsweise die Zylinderinnenwandung und/oder der Kolbenaußenmantel Materialien mit unter­ schiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien so aufeinander abge­ stimmt sind, daß sich mit steigender Betriebstemperatur der Leckagespalt (20) der­ art verringert, daß sich die Absinkzeit des Kolbens (4) vergrößert, und daß sich mit fallender Betriebstemperatur der Leckagespalt (20) derart vergrößert, daß sich die Absinkzeit des Kolbens (4) verringert.

2. Hydraulisches Spielausgleichs- und/oder Dämpfungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials des Kolbenaußenmantels (19) größer als der des Materials für die Zylinderinnen­ wandung (18) ist.

3. Hydraulisches Spielausgleichs- und/oder Dämpfungselement nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenaußenmantel (19) eine umlaufende Nut (21) aufweist, in der ein Kolbenring (22) angeordnet ist.

4. Hydraulisches Spielausgleichs- und/oder Dämpfungselement nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (22) den gegenüber der Zylinderinnenwandung (18) größeren Wärmeausdehnungskoeffizi­ enten besitzt.

5. Hydraulisches Spielausgleichs- und/oder Dämpfungselement nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (21) in Richtung des Kolbenbodens (8) randoffen ausgebildet ist und daß der Kolbenring (22) mittels einer Federeinrichtung (23) in der Nut (21) gehalten ist.

6. Hydraulisches Spielausgleichs- und/oder Dämpfungselement nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung (23) die den Kolben (4) beaufschlagende Feder (6) ist.

7. Hydraulisches Spielausgleichs- und/oder Dämpfungselement nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (10) eine Ventilkappe (15) besitzt, die den Ventilkörper (12) des Rückschlagventils (10) abdeckt, und daß die Ventilkappe (15) einen radial nach außen gerichteten Fortsatz (17) aufweist, der zwischen der Federeinrichtung (23) und dem Kolbenring (22) zu liegen kommt.