WO2009071396A1 - Hydraulische spanneinheit für zugmittel mit einem druckbegrenzungsventil - Google Patents

Hydraulische spanneinheit für zugmittel mit einem druckbegrenzungsventil Download PDF

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Petrus Hubertus Kroon
Rainer Fuhrmann
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Definitions

  • Hydraulic clamping unit for traction means with a pressure relief valve
  • the present invention relates to a hydraulic tensioning unit for traction means comprising an arranged in a cylinder housing oil pressure piston, in the piston head for safety a when a defined limit pressure outwardly opening pressure relief valve is inserted in an axial central bore, which against a valve seat by means of compression spring pressed valve ball comprises.
  • the field of application of the present invention extends primarily to traction means, such as chain or belt drives, which require optimum damping / preload to achieve maximum efficiency and service life. Since the length of the traction means changes due to heating and wear, their preload must be continuously readjusted. Serve for this invention, the hydraulic clamping units.
  • DE 10 2004 048 281 A1 discloses a generic hydraulic tensioning unit. This essentially consists of a cylinder housing in which an oil-pressure-loaded piston is arranged to be axially movable. The piston is additionally acted upon by a pressure spring arranged in the cylinder housing. Via a check valve in the cylinder housing, oil is fed into the high-pressure chamber for the purposes of damping / readjustment. As a result, and by the compression spring, the piston is acted upon and can move in the direction of pulling means to tension this. If a traction mechanism drive passes through a resonance speed, increased loads of the traction mechanism occur. The in turn leads to pressure increases in ⁇ lldbeetzmaschineten cylinder housing, which can cause an overload under certain circumstances.
  • an outwardly opening pressure limiting valve is provided in the piston head of the hydraulic clamping unit.
  • the limit pressure at which the pressure limiting valve opens is set by the strength of the compression spring, which presses a valve ball against a valve seat formed in the piston, and the diameter of the supply bore to the pressure relief valve.
  • the valve seat is formed by the shoulder of a stepped axial center bore in the piston crown.
  • valve seat is formed in the bottom region of a cup-shaped ball receiving element whose cylindrical wall includes a ball guide insert sleeve whose Inner wall of a valve seat near the first cylinder region of larger diameter for axial guidance of the valve ball along the stroke, which gradually merges into a valve seat remote, second cylinder region of smaller diameter to limit the stroke.
  • the advantage of the solution according to the invention lies, in particular, in the fact that the ball guide insert sleeve creates a defined release position of the valve ball in the open position, so that the open position is no longer determined by the compressed state of the compression spring, as in the prior art.
  • the ball guide insert sleeve precisely guides the valve ball along its stroke movement. Since the pressure limiting valve according to the invention, consisting of ball receiving element, ball guide insert sleeve and valve ball, can be produced as a preassembled unit, a precise implementation is possible.
  • the gradual transition region between the first cylinder region and the second cylinder region of the ball guide insert sleeve should correspond to the outer contour of the valve ball.
  • the valve ball comes with the maximum surface against the Kugel Installations termed herein to the system, so that the end position of the valve ball is clearly determined and distributed to a maximum surface pressure.
  • a clearance with gap range between 0.03 to 2mm is preferred. In this measure range, both an exact ball guide can be guaranteed and it comes despite thermal expansion of existing components made of different materials does not jamming the valve ball against the ball guide insert sleeve.
  • the stroke of the valve ball can be adjusted via the axial length of the first cylinder region in relation to the second cylinder region of the ball guide insert sleeve. In this way, different strokes for the valve ball can be realized without changing the outer geometric dimensions of the structural unit in a manner which is simple in terms of production technology, which allows throttling to be set.
  • at least three axial webs are sufficient to produce a reliable ball guide at the same time high flow.
  • the assembly described above is arranged according to a further measure improving the invention in an extended mouth region of the central bore of the piston, which serves as a receptacle.
  • a retaining ring is used, which is inserted between the outer radial floor area of the ball receiving element and a circumferential groove in the widened opening area of the central bore.
  • the retaining ring may for example be designed as a simple snap ring.
  • the ball guide insert sleeve cooperating with the valve ball can preferably be produced by injection molding as a plastic part.
  • the material PA66-GF25 / H is proposed. It is also possible to use PAEK materials or other suitable plastic materials.
  • FIG. 1 shows a sectional side view of a hydraulic clamping unit with integrated pressure limiting valve
  • Figure 2 shows an enlarged detail in the region of the pressure relief valve of Figure 1
  • Figure 3 is a perspective view of the preassembled unit of
  • a cylinder housing 1 has a pressure oil connection 2, from which the pressure oil passes via an annular space 3 to a check valve 4. From the check valve 4 from the pressure oil passes into the interior of the cylinder housing 1.
  • a piston 5 beauflldbeaufschlagter is arranged in the piston head 6, a pressure relief valve 7 is placed.
  • the outwardly opening pressure relief valve 7 is inserted into an axial central bore 8 and comprises a against a valve seat 9 by compression spring 10 pressed valve ball 11.
  • the piston 5 is in addition to the ⁇ ldruckbeaufschlagung additionally acted upon by a pressure in the cylinder housing 1 compression spring 12.
  • the valve seat 9 is formed in the bottom region of a cup-shaped ball receiving element 13, which includes a ball guide insert sleeve 14.
  • the inner wall of the ball guide insert sleeve 14 consists of a valve seat 9, a first cylinder area 15 of larger diameter for axial guidance of the valve ball 11, which gradually merges into a valve cylinder remote, second cylinder portion 16, smaller diameter to limit the stroke.
  • the gradual transition region 17 between the first cylinder region 15 and the second cylinder region 16 is adapted to the outer contour of the valve ball 11.
  • a retaining ring 18 is provided for fixing the ball receiving element 13 on the diameter-expanded mouth region of the central bore 8 of the piston 5.
  • the retaining ring 18 acts positively with a arranged in the mouth region of the central bore 8 circumferential groove 19 together.
  • the first cylinder region 15 and the second cylinder region 16 of the ball guide insert sleeve 14 are made of axial rods. gene 20a to 20c. These three axial webs 20a to 20c form the guide of the valve ball 11th

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Abstract

Hydraulische Spanneinheit für Zugmittel, umfassend einen in einem Zylindergehäuse (1) angeordneten öldruckbeaufschlagten Kolben (5), in dessen Kolbenboden (6) zur Sicherheit ein bei Erreichen eines definierten Grenzdrucks nach außen öffnendes Druckbegrenzungsventil (7) in einer axialen Mittelbohrung (8) eingesetzt ist, welches eine gegen einen Ventilsitz (9) mittels Druckfeder (10) gepresste Ventilkugel (11) umfasst, wobei der Ventilsitz (9) im Bodenbereich eines topfförmigen Kugelaufnahmeelements (13) ausgebildet ist, dessen zylinderförmige Wandung eine Kugelführungseinsatzhülse (14) einschließt, deren Innenwandung aus einem ventilsitznahen ersten Zylinderbereich (15) größeren Durchmessers zur axialen und radialen Führung der Ventilkugel (11) entlang des Hubs besteht, der allmählich in einen ventilsitzfernen, zweiten Zylinderbereich (16) kleineren Durchmessers zur Hubbegrenzung übergeht.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Hydraulische Spanneinheit für Zugmittel mit einem Druckbegrenzungsventil
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Spanneinheit für Zugmittel, umfassend einen in einem Zylindergehäuse angeordneten öldruckbeaufschlagten Kolben, in dessen Kolbenboden zur Sicherheit ein bei Erreichen eines definierten Grenzdrucks nach außen öffnendes Druckbegrenzungsventil in einer axialen Mittelbohrung eingesetzt ist, welches eine gegen einen Ventilsitz mit- tels Druckfeder gepresste Ventilkugel umfasst.
Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf Zugmittel, wie Ketten- oder Riementriebe, welche zum Erreichen eines Maximums an Wirkungsgrad und Lebensdauer eine optimale Dämp- fung/Vorspannung benötigen. Da sich die Länge der Zugmittel durch Erwärmung und Verschleiß ändert, muss deren Vorspannung laufend nachjustiert werden. Hierzu dienen die erfindungsgegenständlichen hydraulischen Spanneinheiten.
Aus der DE 10 2004 048 281 A1 geht eine gattungsgemäße hydraulische Spanneinheit hervor. Diese besteht im Wesentlichen aus einem Zylindergehäuse, in dem ein öldruckbeaufschlagter Kolben axial bewegbar angeordnet ist. Der Kolben ist zusätzlich durch eine im Zylindergehäuse angeordnete Druckfeder beaufschlagt. Über ein Rückschlagventil im Zylindergehäuse ge- langt zwecks Dämpfung/Nachstellung Öl in den Hochdruckraum. Hierdurch und durch die Druckfeder wird der Kolben beaufschlagt und kann sich in Richtung Zugmittel bewegen, um dieses zu spannen. Durchläuft ein Zugmitteltrieb eine Resonanzdrehzahl, kommt es zu erhöhten Belastungen des Zugmittels. Das wiederum führt zu Drucküberhöhungen im öldruckbeaufschlagten Zylindergehäuse, die unter Umständen eine Überlastung hervorrufen können. Zur Vermeidung dessen ist im Kolbenboden der hydraulischen Spanneinheit ein sich nach außen öffnendes Druckbegrenzungsventil vorgesehen. Der Grenzdruck, ab welchem sich das Druckbegrenzungsventil öffnet, wird über die Stärke der Druckfeder, welche eine Ventilkugel gegen einen im Kolben angeformten Ventilsitz drückt, und den Durchmesser der Zuführbohrung zum Druckbegrenzungsventil eingestellt. Der Ventilsitz wird gebildet durch den Absatz einer abgestuften axialen Mittelbohrung im Kolbenboden.
Nachteilig bei dieser technischen Lösung ist, dass der Öffnungshub der Ventilkugel recht Undefiniert allein durch die zusammengepresste Druckfeder begrenzt ist. Weiterhin ist die Ventilkugel lediglich durch die Mittelbohrung innerhalb des Kolbenbodens geführt. Um keine unvorteilhafte Drosselstelle zwi- sehen Ventilkugel und der Wandung der Mittelbohrung zu schaffen, ist an dieser Stelle ein genügend großes Spaltmaß vorzusehen, welches sich wiederum nachteilig auf die Kugelführung auswirkt. Der Ölaustritt kann unter bestimmten Betriebsbedingungen, insbesondere bei kaltem Öl, zusätzlich behindert werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine hydraulische Spanneinheit für Zugmittel mit integriertem Druckbegrenzungsventil zu schaffen, welches eine präzise Führung der Ventilkugel gewährleistet und sich durch eine zuverlässige Druckbegrenzungsfunktion auszeichnet.
Die Aufgabe wird ausgehend von einer hydraulischen Spanneinheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Ventilsitz im Bodenbereich eines topfförmigen Kugelaufnahmeelements ausgebildet ist, dessen zylinderförmige Wandung eine Kugelführungseinsatzhülse einschließt, deren Innenwandung aus einem ventilsitznahen ersten Zylinderbereich größeren Durchmessers zur axialen Führung der Ventilkugel entlang des Hubs besteht, der allmählich in einen ventilsitzfernen, zweiten Zylinderbereich kleineren Durchmessers zur Hubbegrenzung übergeht.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass die Kugelführungseinsatzhülse eine definierte Entlagenposition der Ventilkugel in Offenstellung schafft, so dass die Offenstellung nicht mehr - wie beim Stand der Technik - durch den zusammengedrückten Zustand der Druckfeder be- stimmt wird. Gleichzeitig führt die Kugelführungseinsatzhülse die Ventilkugel auch entlang ihrer Hubbewegung präzise. Da sich das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil, bestehend aus Kugelaufnahmeelement, Kugelführungseinsatzhülse sowie Ventilkugel, als vormontierte Baueinheit herstellen lässt, ist ein präzise Realisierung möglich.
Vorzugsweise sollte der allmähliche Übergangsbereich zwischen erstem Zylinderbereich und zweitem Zylinderbereich der Kugelführungseinsatzhülse der Außenkontur der Ventilkugel entsprechen. Hierdurch kommt die Ventilkugel mit maximaler Fläche gegen die Kugelführungseinsatzhülse zur Anlage, so dass die Endlagenposition der Ventilkugel eindeutig bestimmt ist und sich auf einen maximalen Flächendruck verteilt. Für die Führung der Ventilkugel innerhalb der Kugelführungseinsatzhülse ist eine Spielpassung mit Spaltmaßbereich zwischen 0,03 bis 2mm bevorzugt. In diesem Maßbereich kann sowohl eine exakte Kugelführung gewährleistet werden und es kommt trotz Wärmedehnung der aus unterschiedlichen Materialien bestehenden Bauteile nicht zu einem Verklemmen der Ventilkugel gegenüber der Kugelführungseinsatzhülse.
Über die axiale Länge des ersten Zylinderbereichs im Verhältnis zum zweiten Zylinderbereich der Kugelführungseinsatzhülse lässt sich der Hub der Ventil- kugel einstellen. So lassen sich ohne Änderung der äußeren geometrischen Abmessungen der Baueinheit auf fertigungstechnisch einfache Weise unterschiedliche Hübe für die Ventilkugel realisieren, worüber sich eine Drosselung einstellen lässt. Um ein möglichst ungedrosseltes Vorbeiströmen des Öls an der Ventilkugel im geöffneten Zustand zu gewährleisten, wird gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme vorgeschlagen, den ersten Zylinderbereich mit dem zweiten Zylinderbereich der Kugelführungseinsatzhülse aus einzelnen Axialstegen zu bilden, welche vorzugsweise äquidistant voneinander beabstandet auf dem Umfang des Zylinderbereichs angeordnet sind. Hierbei sind mindestens drei Axialstege ausreichend, um eine zuverlässige Kugelführung bei gleichzeitig hohem Durchfluss zu erzeugen.
Die vorstehend beschriebene Baueinheit wird gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme in einem erweiterten Mündungsbereich der Mittelbohrung des Kolbens, welche als Aufnahme dient, angeordnet. Zur Fixierung der Baueinheit dient ein Haltering, der zwischen dem außenradialen Bo- denbereich des Kugelaufnahmeelements und einer Umfangsnut im erweiterten Mündungsbereich der Mittelbohrung eingesetzt ist. Der Haltering kann beispielsweise als einfacher Sprengring ausgeführt sein.
Vorzugsweise lässt sich die mit der Ventilkugel zusammenwirkende Kugelfüh- rungseinsatzhülse im Spritzgussverfahren als Kunststoffteil erzeugen. Um eine hohe Abriebfestigkeit sowie Hitzestabilität zu erzeugen wird der Werkstoff PA66-GF25/H vorgeschlagen. Es können daneben auch PAEK-Werkstoffe oder andere geeignete Kunststoffmaterialien verwendet werden.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
Figur 1 eine geschnittene Seitenansicht einer hydraulischen Spannein- heit mit integriertem Druckbegrenzungsventil,
Figur 2 eine Detailvergrößerung im Bereich des Druckbegrenzungsventils von Figur 1 , und Figur 3 eine perspektivische Ansicht der vormontierten Baueinheit des
Druckbegrenzungsventils.
Gemäß Figur 1 besitz ein Zylindergehäuse 1 einen Druckölanschluss 2, von dem aus das Drucköl über einen Ringraum 3 zu einem Rückschlagventil 4 gelangt. Vom Rückschlagventil 4 aus gelangt das Drucköl in den Innenraum des Zylindergehäuses 1. Im Zylindergehäuse 1 ist ein öldruckbeaufschlagter Kolben 5 angeordnet, in dessen Kolbenboden 6 ein Druckbegrenzungsventil 7 platziert ist. Das nach außen öffnende Druckbegrenzungsventil 7 ist in einer axialen Mittelbohrung 8 eingesetzt und umfasst eine gegen einen Ventilsitz 9 mittels Druckfeder 10 gepresste Ventilkugel 11. Der Kolben 5 ist neben der Öldruckbeaufschlagung zusätzlich auch durch eine im Zylindergehäuse 1 angeordnete Druckfeder 12 beaufschlagt.
Gemäß Figur 2 ist der Ventilsitz 9 im Bodenbereich eines topfförmigen Kugelaufnahmeelementes 13 ausgebildet, welches eine Kugelführungseinsatzhülse 14 einschließt. Die Innenwandung der Kugelführungseinsatzhülse 14 besteht aus einem Ventilsitz 9, einen ersten Zylinderbereich 15 größeren Durchmes- sers zur axialen Führung der Ventilkugel 11 , der allmählich in einen ventilsitzfernen, zweiten Zylinderbereich 16, kleineren Durchmessers zur Hubbegrenzung übergeht. Der allmähliche Übergangsbereich 17 zwischen dem ersten Zylinderbereich 15 und dem zweiten Zylinderbereich 16 ist dabei der Außenkontur der Ventilkugel 11 angepasst.
Zur Fixierung des Kugelaufnahmeelements 13 am im Durchmesser erweiterten Mündungsbereich der Mittelbohrung 8 des Kolbens 5 ist ein Haltering 18 vorgesehen. Der Haltering 18 wirkt formschlüssig mit einer im Mündungsbereich der Mittelbohrung 8 angeordneten Umfangsnut 19 zusammen.
Wie aus Figur 3 ersichtlich, ergeben sich der erste Zylinderbereich 15 sowie der zweite Zylinderbereich 16 der Kugelführungseinsatzhülse 14 aus Axialste- gen 20a bis 20c. Diese drei Axialstege 20a bis 20c bilden die Führung der Ventilkugel 11.

Claims

Patentansprüche
1. Hydraulische Spanneinheit für Zugmittel, umfassend einen in einem Zylindergehäuse (1 ) angeordneten öldruckbeaufschlagten Kolben (5), in dessen Kolbenboden (6) zur Sicherheit ein bei Erreichen eines definierten Grenzdrucks nach außen öffnendes Druckbegrenzungsventil (7) in einer axialen Mittelbohrung (8) eingesetzt ist, welches eine gegen einen Ventilsitz (9) mittels Druckfeder (10) gepresste Ventilkugel (11 ) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (9) im Bodenbereich ei- nes topfförmigen Kugelaufnahmeelements (13) ausgebildet ist, dessen zylinderförmige Wandung eine Kugelführungseinsatzhülse (14) einschließt, deren Innenwandung aus einem ventilsitznahen ersten Zylinderbereich (15) größeren Durchmessers zur axialen und radialen Führung der Ventilkugel (11 ) entlang des Hubs besteht, der allmählich in ei- nen ventilsitzfernen, zweiten Zylinderbereich (16) kleineren Durchmessers zur Hubbegrenzung übergeht.
2. Hydraulische Spanneinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der allmähliche Übergangsbereich (17) zwischen erstem Zylinder- bereich (15) und zweitem Zylinderbereich (16) der Außenkontur der
Ventilkugel (11 ) entspricht.
3. Hydraulische Spanneinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des ventilsitznahen ersten Zylinderbereichs (15) der Kugelführungseinsatzhülse (14) eine Spielpassung gegenüber der
Ventilkugel (11 ) wahrt, deren Spalt im Bereich zwischen 0,03 bis 2 mm liegt.
4. Hydraulische Spanneinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass über die axiale Länge des ersten Zylinderbereichs (15) im Verhältnis zum zweiten Zylinderbereich (16) der Hub der Ventilkugel (11 ) einstellbar ist.
5. Hydraulische Spanneinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Montage der Ventilkugel (11 ) die Kugelführungseinsatzhülse
(14) mit dem topfförmigen Kugelaufnahmeelement (13) kraft- oder formschlüssig verbunden ist, um eine Baueinheit zu bilden.
6. Hydraulische Spanneinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Zylinderbereich (15) und der zweite Zylinderbereich (16) der Kugelführungseinsatzhülse (14) aus einzelnen Axialstegen (20a - 20c) ergibt.
7. Hydraulische Spanneinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Axialstege (20a - 20c) den ersten Zylinderbereich
(15) und den zweiten Zylinderbereich (16) der Kugelführungseinsatzhülse (14) bilden.
8. Hydraulische Spanneinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fixierung des Kugelaufnahmeelements (13) am im Durchmesser erweiterten Mündungsbereich der Mittelbohrung (8) des Kolbens (5) ein Haltering (18) angeordnet ist.
9. Hydraulische Spanneinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (18) mit einer Umfangsnut (19) im Mündungsbereich der Mittelbohrung (8) des Kolbens (5) formschlüssig zusammenwirkt.
10. Hydraulische Spanneinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelführungseinsatzhülse (14) ein im Spritzgießverfahren hergestelltes Kunststoffteil ist.
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