DE102007058735A1

DE102007058735A1 - Hydraulische Spanneinheit für Zugmittel mit einem Druckbegrenzungsventil

Info

Publication number: DE102007058735A1
Application number: DE200710058735
Authority: DE
Inventors: Rainer Fuhrmann; Petrus Hubertus Kroon
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2009-06-10
Also published as: WO2009071396A1

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

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 mittels 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 Dämpfung/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 gelangt 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 zwischen 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 bestimmt 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 2 mm 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 Ventilkugel 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 Bodenbereich 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 Kugelführungseinsatzhülse 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:
1 eine geschnittene Seitenansicht einer hydraulischen Spanneinheit mit integriertem Druckbegrenzungsventil,
2 eine Detailvergrößerung im Bereich des Druckbegrenzungsventils von 1, und
3 eine perspektivische Ansicht der vormontierten Baueinheit des Druckbegrenzungsventils.
Gemäß 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 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 Durchmessers 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 3 ersichtlich, ergeben sich der erste Zylinderbereich 15 sowie der zweite Zylinderbereich 16 der Kugelführungseinsatzhülse 14 aus Axialstegen 20a bis 20c. Diese drei Axialstege 20a bis 20c bilden die Führung der Ventilkugel 11.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004048281 A1 [0003]

Claims

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 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.
Hydraulische Spanneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der allmähliche Übergangsbereich (17) zwischen erstem Zylinderbereich (15) und zweitem Zylinderbereich (16) der Außenkontur der Ventilkugel (11) entspricht.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Hydraulische Spanneinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltetring (18) mit einer Umfangsnut (19) im Mündungsbereich der Mittelbohrung (8) des Kolbens (5) formschlüssig zusammenwirkt.
Hydraulische Spanneinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelführungseinsatzhülse (14) ein im Spritzgießverfahren hergestelltes Kunststoffteil ist.