DE102009043198A1

DE102009043198A1 - Hydraulisches Riemenspannsystem mit Dämpfkraftentkopplung

Info

Publication number: DE102009043198A1
Application number: DE200910043198
Authority: DE
Inventors: Marco Kowalski
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-09-26
Filing date: 2009-09-26
Publication date: 2011-03-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Spannsystem (1), das mit einem Zugmittel eines Zugmitteltriebs zusammenwirkt und ein als Zylinder (2) ausgebildetes Gehäuse einschließt, in dem ein Kolben (3) linear verschiebbar geführt ist. Der Zylinder (2) begrenzt gemeinsam mit dem Kolben (3) einen mit einem Hydraulikfluid gefüllten Druckraum (4). Ein Austausch des Hydraulikfluids zwischen dem Druckraum (4) und einem Vorratsraum (5) abhängig von einer Stellbewegung des Kolbens (3) erfolgt über ein als Plattenventil (14) ausgeführtes Einwegventil oder über einen Leckspalt (11), der sich zwischen dem Kolben (3) und dem Zylinder (2) einstellt. Das eine Steueröffnung abdichtende oder einen Fluidstrom freigebende Plattenventil (14) umfasst eine mit einer Steueröffnung zusammwirkende Ventilscheibe (18). Zur Darstellung einer Druckentkopplung des Spannsystems (1) steht das Plattenventil (14) mit einem Öffnungselement (15) in einer Wirkverbindung. Das Öffnungselement (15) ermöglicht eine zeitlich begrenzte Öffnung des Plattenventils (14) und damit einen Fluidstrom in den Druckraum (4).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft hydraulisches Spannsystem, das mit einem Zugmittel eines Zugmitteltriebs zusammenwirkt. Der Aufbau des Spannsystems umfasst ein als Zylinder ausgebildetes Gehäuse, in dem ein federkraftbeaufschlagter Kolben linear verschiebbar geführt ist, der gemeinsam mit dem Zylinder einen mit einem Hydraulikfluid gefüllten Druckraum begrenzt. Ein Austausch des Hydraulikfluids zwischen dem Druckraum und einem Vorratsraum erfolgt abhängig von einer Stellbewegung des Kolbens über ein als Plattenventil ausgeführtes Einwegventil oder über einen sich zwischen dem Kolben und dem Zylinder einstellenden Leckspalt. Das eine Steuerbohrung abdichtende oder einen Fluidstrom freigebende Plattenventil schließt dabei eine unmittelbar mit der Steuerbohrung in Verbindung stehende, federbelastete Ventilscheibe ein.
Hintergrund der Erfindung
Hydraulische Spannsysteme in Zugmitteltrieben von Brennkraftmaschinen sind dazu vorgesehen, stets eine ausreichende Vorspannung und Dämpfung für das Zugmittel, insbesondere einen Riemen zu gewährleisten. Dazu ist ein schnelles Ansprechverhalten des Spannsystems erforderlich, um auch bei hochfrequenten Schwingungen des Zugmittels erforderliche Vorspannung sicherzustellen. Die Aufgabe des als Plattenventil ausgeführten Rückschlagventils besteht darin, dass nach einem Absteuern des Hydraulikfluids aus dem Druckraum über einen Leckspalt in den Vorratsraum innerhalb des Spannsystems nach einer Umkehrung der Kolbenbewegung das Fluid möglichst verzögerungsfrei den Druckraum auffüllt.
Die US 49 40 447 zeigt eine hydraulische Spannvorrichtung mit einem geschlossenen Hydraulikfluid-Kreislauf. Bei dieser Vorrichtung wird zur Dämpfung zwischen einem Vorratsraum und einem Druckraum das Hydraulikfluid über ein Rückschlagventil ausgetauscht. Als Rückschlagventil dient ein plattenförmig gestalteter Ventilkörper, der mit einer zentrischen Öffnung für das Hydraulikfluid zusammenwirkt.
Aus der EP 0 919 744 A1 ist eine weitere hydraulische Spannvorrichtung mit einem scheibenförmigen Ventilkörper bekannt. Der Ventilkörper ist mit einem Stössel verbunden, der in einer Hülse eines Füllkörpers innerhalb des Spannkolbens angeordnet ist. In der Hülse ist der Stößel unter Zwischenfügung eines Metallrings geführt, der eine Radialkraft ausübt, so dass ein Verschieben des Stößels unter Reibung erfolgt. Aufgrund dieser Reibverbindung zwischen dem scheibenförmigen Ventilkörper und dem Spannkolben steht das Öffnen und Schließen des Ventilkörpers unmittelbar mit der Bewegung des Spannkolbens in Verbindung.
Das Dämpfungssystem von hydraulischen Spannsystemen reagiert auf die von dem Zugmitteltrieb auf das Spannsystem übertragenen Impulse, wie von der Drehungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine ausgelösten Schwingungen.
Das hydraulische Spannsystem erzeugt eine Dämpfkraft, die diesen Impulsen entgegengewirkt. Die sich einstellende Dämpfkraft ist abhängig von der Leckspaltgröße zwischen dem Kolben und dem Zylinder, der Viskosität des Hydraulikfluids sowie der Dynamik des Plattenventils. Die sich einstellende Dämpfkraft ist umgekehrt proportional zur Leckspaltgröße. Bei der Montage des Zugmitteltriebs muss die Dämpfkraft durch ein Zusammendrücken des hydraulischen Spannsystems überwunden werden, um das Zugmittel, den Riemen auflegen zu können. Die sich bei hochgedämpften hydraulischen Spannsystemen einstellende Dämpfkraft erfordert für das Zusammendrücken des Spannsystems Hilfsmittel wie spezielle Werkzeuge oder eine äußere Fixierung zwischen den sich relativ zueinander verstellbaren Bauteile des Spannsystems.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mittels einer kostengünstigen Maßnahme ein hydraulisches Spannsystem zu schaffen, mit dem kostengünstig die Montage des Zugmitteltriebs, insbesondere des Zugmittels vereinfacht werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Zur Lösung der vorliegenden Problemstellung ist gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung ein hydraulisches Spannsystem vorgesehen, bei dem das Plattenventil mit einem Öffnungselement zusammenwirkt. Für den Montageprozess stellt sich durch das Öffnungselement eine Entkopplung der Leckspaltdämpfung beziehungsweise der Dämpfkraft des Spannsystems ein, in dem das Einwegventil bzw. das Plattenventil zeitlich begrenzt öffnet und einen Fluidstrom über das Plattenventil in den Druckraum freigibt. Dadurch wird ein Zusammendrücken des Spannsystems bei der Montage vereinfacht, da sich keine Dämpfkraft aufbaut. Die Zugmittel- bzw. Riemenmontage, das Auflegen des Zugmittels kann dadurch werkzeuglos erfolgen, wodurch sich eine einfache, kostengünstige Montage einstellt.
Weiterhin kann vorteilhaft für neue hydraulische Spannsysteme mit integrierter erfindungsgemäßer Dämpfkraftentkopplung die Auslieferung von vorgespannten Spannsystemen zur vereinfachten Montage entfallen.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Dämpfkraftentkopplung sieht vor, dass bei Erreichen einer Blocklage zwischen dem Kolben und dem Zylinder das in einer Bohrung eingesetzte Öffnungselement sich von einer Montageposition in eine Betriebsposition verschiebt. Synchron zu der linearen Verschiebung des Öffnungselements wird die Entkopplung des Plattenventils aufgehoben, wodurch sich die reguläre Dämpfkraft der Spannsystems einstellt.
Als bevorzugtes Bauteil ist als Öffnungselement ein radial vorgespannter, geschlitzter Ring vorgesehen, der in einer Bohrung zentriert ist. Alternativ dazu kann als Öffnungselement eine in einer Bohrung fixierte Scheibe als Öffnungselement vorgesehen werden. Unabhängig von der Ausführung des Öffnungselements ist dieses bei Erreichen einer Blockanlage zwischen dem Kolben und dem Zylinder linear verschiebbar. Beispielsweise eignet sich dazu ein aus Kunststoff oder aus einem Blechwerkstoff hergestellter Ring. Das Öffnungselement kann beispielsweise in einer Stufenbohrung eingesetzt werden, deren Durchmesser kleiner ist als der für die Ventilscheibe bestimmte gestufte Abschnitt, der gleichzeitig zur Aufnahme der Ventilscheibe sowie einer Sicherungsscheibe bestimmt ist. Die Fertigungstoleranzen der Außendurchmesser des Öffnungselements sowie der Innendurchmesser des gestuften Abschnitts der Stufenbohrung sind so abgestimmt, dass einerseits eine Öffnung des Plattenventils bis zur Blocklage zwischen dem Kolben und dem Zylinder sichergestellt ist und andererseits die Verschiebekraft des Öffnungselements begrenzt ist. Alternativ zu einem geschlitzten Ring kann als Öffnungselement auch ein geschlossener Ring eingesetzt werden, der umlaufend Ausnehmungen einschließt, über die in der Montageposition das Hydraulikfluid ungehindert in den Druckraum einströmen kann.
Zur gezielten Verschiebung des Öffnungselements ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Ventilscheibe des Plattenventils mit zumindest einem axial vorstehenden Ansatz oder Bolzen versehen. Bereits vor Erreichen einer Blocklage beginnt eine lineare Verschiebung der Ventilscheibe sowie des Öffnungselements, das unmittelbar an der Ventilscheibe abgestützt ist. Die Auslegung des Ansatzes sieht vor, dass in der Blocklage die Ventilscheibe an dem Ventilsitz anliegt und damit die Betriebsposition des Plattenventils erreicht ist.
Die Ventilscheibe und die Sicherungsscheibe des Plattenventils sowie das Öffnungselement sind zur kostenoptimierten Herstellung und zur Erzielung eines Gewichtsvorteils vorzugsweise aus Kunststoff wie HNBR oder RSHB hergestellt. Alternativ dazu schließt die Erfindung ebenfalls aus einem Blechwerkstoff hergestellte Bauteile ein.
Die Lösung der vorliegenden Problemstellung erstreckt sich gemäß Anspruch 7 weiterhin auf ein hydraulisches Spannsystem mit einem Plattenventil, das als vormontierte Baueinheit ein als Käfig ausgebildetes Halteelement umfasst, in dem eine Ventilscheibe sowie eine Ventilfeder integriert sind. Das Plattenventil ist dabei in einer Aufnahmebohrung eingesetzt, wobei die Ventilscheibe gemeinsam mit einer Steueröffnung des Halteelementes einen Ventilsitz bildet. Weiterhin besteht zwischen der Ventilscheibe und einem vorgelagerten Öffnungselement eine Wirkverbindung, so dass die Ventilscheibe während der Montage in eine Öffnungsstellung gebracht ist.
Übereinstimmend mit der Erfindung gemäß Anspruch 1 ist auch für das alternativ aufgebaute erfindungsgemäße Plattenventil vorgesehen, dass vor Erreichen einer Blocklage bereits eine lineare Verschiebung des mit dem Plattenventil in Verbindung stehenden Öffnungselements erfolgt.
Dazu umfasst die Ventilscheibe auf der vom Öffnungselement abgewandten Seite zumindest einen axial vorstehenden Ansatz, der bereits vor Erreichen einer Blocklage zwischen Kolben und Zylindern eine Verschiebung des Öffnungselementes auslöst, das bevorzugt über mehrere umfangsverteilte Vorsprünge oder Butzen direkt an der Ventilscheibe abgestützt ist. Die Auslegung des axial vorstehenden Ansatzes sieht vor, dass in der Blocklage des Kolbens an einem Boden des Zylinders die Ventilscheibe an dem Ventilsitz anliegt und damit die Betriebsposition des Plattenventils erreicht ist.
Alle Bauteile des als Halteelement gestalteten Plattenventils, insbesondere das als Käfig ausgebildete Halteelement und die Ventilscheibe sowie das Öffnungselement sind kosten- und gewichtsoptimiert vorzugsweise aus Kunststoff wie HNBR oder RSHB hergestellt. Alternativ dazu schließt die Erfindung ebenfalls aus einem Blechwerkstoff hergestellte Bauteile ein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen am Beispiel von Ausführungsformen erläutert. Darin zeigt:
1 in einem Längsschnitt ein hydraulisches Riemenspannsystem;
2 in einem vergrößerten Maßstab ein Einwegventil in der geöffneten Stellung des Riemenspannsystems gemäß dem Detail „Z” von 1;
3 das Einwegventil in der geschlossenen Stellung;
4 ein zu den 2 und 3 alternativ aufgebautes Einwegventil in einer geschlossenen Position.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 zeigt in einer Schnittdarstellung den Aufbau eines hydraulischen Spannelementes 1, das in Zugmitteltrieben, bevorzugt in Riementrieben von Brennkraftmaschinen eingesetzt wird. Der Aufbau des Spannelementes 1 umfasst ein topfartig gestaltetes, einen Zylinder 2 bildendes Gehäuse, das vorzugsweise mittels eines Tiefziehverfahrens spanlos aus einem Stahlblech hergestellt ist. In dem Zylinder 2 ist ein Kolben 3 linear verstellbar geführt. Gemeinsam mit dem Zylinder 2 begrenzt der Kolben 3 einen mit einem Hydraulikfluid gefüllten Druckraum 4. Der ebenfalls topfartig gestaltete, spanlos durch ein Tiefziehverfahren hergestellte Kolben 3 bildet einen Vorratsraum 5 für das Hydraulikfluid.
Sowohl dem Zylinder 2 als auch dem Kolben 3 ist jeweils ein Befestigungsauge zugeordnet, über die das Spannelement 1 im Betriebszustand an Bauteilen der Brennkraftmaschine befestigt werden kann. Eine den Zylinder 2 und den Kolben 3 außen umschließende, an Federtellern 9, 10 der Befestigungsaugen 6, 7 abgestützte Druckfeder 8 bewirkt eine Spreizkraft zwischen dem Zylinder 2 und dem Kolben 3. Abhängig von der Stellbewegung des Kolbens 3 erfolgt ein Austausch des Hydraulikfluids zwischen dem Druckraum 4 und dem Vorratsraum 5 bzw. in umgekehrter Richtung. Bei einer Stellbewegung des Kolbens 3 in Pfeilrichtung wird eine Teilmenge des Hydraulikfluids aus dem Druckraum 4 über einen sich einstellenden Leckspalt 11 – zwischen einem bodenseitig des Kolbens 3 angeordneten Führungselement 12 und einer Innenwandung 13 des Zylinders 2 – in den Vorratsraum 5 verdrängt. Eine entgegen der Pfeilrichtung gerichtete Stellbewegung des Kolbens 3 bewirkt im Druckraum 4 eine Druckdifferenz gegenüber dem Vorratsraum 5 bzw. ein Unterdruck, wodurch das Hydraulikfluid aus dem Vorratsraum 5 über ein im Führungselement 12 integriertes, als Einwegventil ausgebildetes Plattenventil 14 in den Druckraum 4 einströmt.
Insbesondere bei hydraulischen Spannelementen, die aufgrund eines engen Leckspaltes 11 eine hohe Dämpfkraft erzeugen, ist die Montage des Spannelementes 1 und des Zugmittels erschwert, aufgrund der sich einstellenden hohen Rückstellkraft bei einem Zusammendrücken des Spannelementes 1.
Die 2 zeigt in einem vergrößerten Maßstab das Detail „Z” von 1 und verdeutlicht dabei insbesondere den Aufbau des Plattenventils 14, das in Verbindung mit einem Öffnungselement 15 eine Druckentkopplung des Spannsystems 1 während der Montage ermöglicht. Als Öffnungselement 15 ist gemäß 2 eine Scheibe vorgesehen, in kraftschlüssig in einer Bohrung 16 des Führungselementes 12 eingesetzt ist. Die Scheibe kann beispielsweise mit einer Überdeckung unter Vorspannung in der Bohrung 16 fixiert werden. Alternativ dazu bietet es sich an, eine geschlitzte, radial vorgespannte Scheibe zu verwenden. In der Montageposition des Spannsystems 1 ist das Öffnungselement 15 so in der Bohrung 16 positioniert, dass deren zugehöriger axial vorstehender Butzen 17 eine Ventilscheibe 18 des Plattenventils 14 an einem Sicherungsring 19 fixiert und damit das Plattenventil 14 geöffnet ist. Dadurch kann bei einem Zusammendrücken des Spannelementes 1 während der Montage das Hydraulikfluid aus dem Druckraum 4 über einen Kanal 20 in den Vorratsraum 5 einströmen. Vor Erreichen einer Blocklage, bei der der Kolben 3 über das zugehörige Führungselement 12 an einem Boden 21 des Zylinders 2 anliegt, kommt es zu einem Kontakt zwischen einem der Ventilscheibe 18 zugehörigen, axial vorstehenden Ansatz 22 und dem Boden 21 des Zylinders 2. Diese Anordnung bewirkt, dass eine weitere Stellbewegung des Kolbens 3 die Ventilscheibe 18 in Richtung eines Ventilsitzes 23 und synchron dazu das Öffnungselement 15 innerhalb der Bohrung 16 verschiebt. In der Blocklage zwischen dem Kolben 3 und dem Zylinder 2 ist die Ventilscheibe 18 an dem Ventilsitz 23 abgestützt und damit das Plattenventil 14 geschlossen. Damit stellt sich eine Betriebsstellung für das Spannsystem 1 ein.
Die 3 zeigt das Plattenventil 14 in der geschlossenen Position. Alternativ zu 2 ist dem Plattenventil 14 ein als Ring gestaltetes, in der Bohrung 16 eingesetztes Öffnungselement 25 zugeordnet. Über umfangsverteilt positioniert hervorstehende Ansätze 24 das Öffnungselement 25 mit der Ventilscheibe 18 verbunden.
In 4 ist das Führungselement 12 in Verbindung mit dem Plattenventil 24 abgebildet, dass als eine vorgefertigte Baueinheit in einer Aufnahme 27 des Führungselementes 12 eingesetzt ist. Das Plattenventil 24 umfasst ein als Käfig ausgebildetes Halteelement 28, in dem eine Ventilscheibe 29 integriert ist, die gemeinsam mit einer Steueröffnung 30 einen Ventilsitz 31 bildet. Auf der zu dem Vorratsraum 5 gerichteten Seite steht die Ventilscheibe 29 mit einem als Scheibe ausgebildeten Öffnungselement 35 in Verbindung. Dazu schließt das Öffnungselement 35 zumindest drei Butzen 32 ein, die in der Montageposition zur Öffnung des Plattenventils 24 an der Ventilscheibe 29 abgestützt sind. Zwecks Verstellung des Öffnungselements 35 vor einer Blocklage des Kolbens 3 am Boden 21 des Zylinders 2 umfasst die Ventilscheibe 29 druckraumseitig einen innerhalb einer Eintrittsöffnung 34 des Halteelements 28 positionierten Ansatz 33.
Bezugszeichenliste

1: Spannelement
2: Zylinder
3: Kolben
4: Druckraum
5: Vorratsraum
6: Befestigungsauge
7: Befestigungsauge
8: Druckfeder
9: Federteller
10: Federteller
11: Leckspalt
12: Führungselement
13: Innenwandung
14: Plattenventil
15: Öffnungselement
16: Bohrung
17: Butzen
18: Ventilscheibe
19: Sicherungsring
20: Kanal
21: Boden
22: Ansatz
23: Ventilsitz
24: Plattenventil
25: Öffnungselement
26: Ansatz
27: Aufnahme
28: Halteelement
29: Ventilscheibe
30: Steueröffnung
31: Ventilsitz
32: Butzen
33: Ansatz
34: Eintrittsöffnung
35: Öffnungselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4940447 [0003]
EP 0919744 A1 [0004]

Claims

Hydraulisches Spannsystem, das mit einem Zugmittel eines Zugmitteltriebs zusammenwirkt und ein als Zylinder (2) ausgebildetes Gehäuse einschließt, in dem ein Kolben (3) linear verschiebbar geführt ist, der gemeinsam mit dem Zylinder (2) einen mit einem Hydraulikfluid gefüllten Druckraum (4) begrenzt, wobei ein Austausch des Hydraulikfluids zwischen dem Druckraum (4) und einem Vorratsraum (5) abhängig von einer Stellbewegung des Kolbens (3) über ein als Plattenventil (14, 24) ausgeführtes Einwegventil oder über einen sich zwischen dem Kolben (3) und dem Zylinder (2) einstellenden Leckspalt (11) erfolgt, wobei das eine Steuerbohrung abdichtende oder einen Fluidstrom freigebende Plattenventil (14, 24) eine mit einer Steueröffnung zusammenwirkende Ventilscheibe (18, 29) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Öffnungselement (15, 25, 35) eine Druckentkopplung des Plattenventils (14, 24) und damit eine Montagehilfe des Spannsystems (1) sicherstellt, die eine zeitlich begrenzte Öffnung des Plattenventils (14, 24) ermöglicht und einen Fluidstrom in den Druckraum (4) freigibt.
Hydraulisches Spannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen einer Blocklage zwischen dem Kolben (3) und dem Zylinder (2) das Öffnungselement (15, 25, 35) von einer Montageposition in eine Betriebsposition linear verschoben und synchron dazu die Druckentkopplung des Plattenventils (14, 24) aufgehoben wird.
Hydraulisches Spannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein radial vorgespannter, geschlitzter Ring (25) das Öffnungselement bildet, das in einer Bohrung (16) zentriert ist.
Hydraulisches Spannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine in der Bohrung (16) eingesetzte Scheibe als Öffnungselement (15, 35) vorgesehen ist.
Hydraulisches Spannsystem nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilscheibe (18, 29) des Plattenventils zumindest einen axial vorstehenden Ansatz (22, 33) einschließt, der bei einer Blocklage eine lineare Verschiebung des Öffnungselementes (15, 25, 35) ermöglicht.
Hydraulisches Spannsystem nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile Ventilscheibe (18, 29) und Öffnungselementes (15, 25, 35) aus Kunststoff, wie HNBR oder RSHB hergestellt sind.
Hydraulisches Spannsystem nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Plattenventil vorgesehen ist, das in einer Aufnahme (27) eines Führungselementes (12) positionierbar eingesetzt ist und ein als Käfig ausgebildetes Halteelement (28) umfasst, in dem eine Ventilscheibe (29) ist, wobei die Ventilscheibe (29) gemeinsam mit einer Steueröffnung (30) des Halteelementes (28) einen Ventilsitz (31) bildet und die Ventilscheibe (29) mit einem Öffnungselement (35) in einer Wirkverbindung steht.
Hydraulisches Spannsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilscheibe (29) auf der vom Öffnungselement (35) abgewandten Seite zumindest einen axial vorstehenden Ansatz (33) einschließt, der bei einer Blocklage eine Verschiebung des Öffnungselementes (35) ermöglicht.
Hydraulisches Spannsystem nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Plattenventil (24), bei dem das Halteelement (28) und die Ventilscheibe (29) aus Kunststoff wie HNBR oder RSHB hergestellt sind.