DE102007010715A1

DE102007010715A1 - Hydraulikventil

Info

Publication number: DE102007010715A1
Application number: DE102007010715A
Authority: DE
Inventors: Roman Dipl.-Ing. Kern (FH); Marco Dipl.-Ing. Kowalski (FH)
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-03-06
Filing date: 2007-03-06
Publication date: 2008-09-11
Also published as: WO2008107248A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein als Druckbegrenzungsventil ausgeführtes Hydraulikventil (10), das für ein Spannsystem (1) von Zugmitteltrieben bestimmt ist. Der Aufbau umfasst einen in einem Gehäuse (2) angefederten, längsbeweglich geführten Kolben (3), der einen mit Hydraulikfluid gefüllten Druckraum (5) begrenzt. Abhängig von einer Stellbewegung des Kolbens (3) strömt Hydraulikfluid über einen Zulauf (6) in Verbindung mit einem nachgeschalteten Einwegventil (8) des Gehäuses (2) in den Druckraum (5) ein oder wird über ein innerhalb des Kolbens (3) integriertes Hydraulikventil (10) abgesteuert.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hydraulikventil, das insbesondere für Spannsysteme von Zugmitteltrieben einer Brennkraftmaschine bestimmt ist. Das Ventil umfasst einen Zylinder, in dem ein angefederter Kolben geführt ist, der einen mit Hydraulikfluid gefüllten Druckraum begrenzt und mit einer Steueröffnung zusammenwirkt.
Hintergrund der Erfindung
Aus der DE 8 49 938 A1 ist eine hydraulische Spannvorrichtung bekannt mit einem Zylinder und einem darin geführten, mit dem Zylinder einen Leckspalt bildenden Kolben, der einen mit Hydraulikfluid gefüllten Druckraum begrenzt. Der Druckraum ist über ein Hydraulikventil mit einer Hydraulikfluidöffnung verbunden und die weiterhin zur Aufnahme eines den Kolben herausbewegenden Druckfeder. Die innerhalb des Kolbens integrierte Druckfluidleitung ist gleichzeitig mit einem Rückschlagventil in dem Hydraulikfiuiddruckraum des Zylinders eingesetzt. Damit stellt sich eine Entlastung des Spannsystems und somit des Riemens bzw. der Kette ein. Das zusätzliche Rückschlagventil weist dabei einen konischen Ventilkörper auf, der bei geschlossenem Ventil an einer Ringkante des Kolbens anliegt, wodurch das Rückschlagventil eine Einschaltung oder Ausschaltung ermöglicht. Der in dem Druckraum des Zylinders an der inneren Stirnfläche des Kolbens anstehende Druck des Hydraulikfluids wird durch das Öffnen des Ventils sprunghaft abgesenkt.
Die DE 10 2004 047 450 A1 zeigt ein hydraulisches Spannsystem, das ebenfalls zum Spannen eines Zugmittels bestimmt ist. Der Aufbau dieses Spannsystems umfasst ein teilweise zylinderförmig ausgebildetes Gehäuse, in dem ein Kolben axial beweglich eingesetzt ist. Der Zylinder bildende Teil des Gehäuses und der Spannkolben begrenzen einen mit einem Hydraulikfluid gefüllten Hochdruckraum. Bei einer Stellbewegung des Kolbens erfolgt ein Volumenaustausch des Hydraulikfluids zwischen dem Hochdruckraum und einem in Kolben ausgebildeten integrierten Vorratsraum, über ein stirnseitig im Kolben angeordnetes Rückschlagventil. Die Passungsmaße des im Gehäuse eingesetzten Kolbens sind so ausgebildet, dass bei einer Verstellung des Kolbens in Richtung des Druckraums Hydraulikfluid über einen sich zwischen dem Kolben und dem Gehäuse einstellenden Leckspalt in den Vorratsraum entweichen kann. Bei einer umgekehrten Stellbewegung des Kolbens strömt Hydraulikfluid von dem Vorratsraum über ein bodenseitig im Druckraum angeordnetes Rückschlagventil in den Druckraum.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hydraulikventil der eingangs beschriebenen Bauart zu verbessern, um Schwingungen des Hydraulikventils in Folge hohe Massenkräfte zu eliminieren.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Hydraulikventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß der erfinderischen Lehre zur Lösung der vorliegenden Problemstellung schließt ein als Druckbegrenzungsventil aufgebautes Hydraulikventil einen Kolben ein, der mit einem elastischen Dichtelement den Druckraum abdichtet. Der konzeptionelle Aufbau des Kolbens sieht vor, das dieser in einer ersten Druckstufe bei einer konstanten Kolbenposition über ein dem Kolben zugeordnetes Dichtelement einen Abströmquerschnitt freigibt. Ein weiter ansteigender Druck und/oder ansteigender Volumenstrom bewirkt eine Verschiebung des Kolbens, verbunden mit einem sich vergrößernden Abströmquerschnitt. Die erfindungsgemäße, gestufte Öffnungscharakteristik vermeidet vorteilhaft eine sprunghafte Druckentlastung bei Erreichen eines Grenzwertes.
Sobald der Druck des Hydraulikfluids innerhalb des Druckraums einen durch das Dichtelement definierten Grenzwert überschreitet, erfolgt zunächst ausschließlich über das elastische Dichtelement eine erste geringfügige Absteuerung des Hydraulikfluids in einen mit dem Hydraulikventil in Verbindung stehenden Abströmquerschnitt. Bei weiter ansteigendem Druck des Hydraulikfluids, verbunden mit einer Zunahme des Volumenstroms wird der Kolben verstellt, wodurch sich ein vergrößernder Querschnitt einstellt, der einen beschleunigten Druckabbau in Verbindung mit einem vergrößernden Volumenstrom bewirkt.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung schließt einen als Kolbenbaugruppe gestalteten Kolben ein, der ein Führungselement sowie als elastisches Dichtelement eine axial beabstandete, flexible Scheibe umfasst. Im Einbauzustand sowie bei einem Druckniveau des Hydraulikfluids bis zum Erreichen eines als Grenzwert zu bezeichnenden Öffnungsdrucks bildet das als flexible Scheibe ausgeführte Dichtelement mit einer Stirnfläche eines Gehäuses oder des Druckraums einen Ventilsitz.
Bevorzugt ist die flexible Scheibe an einem axial vorstehenden zentrischen Zapfen des Kolben-Führungselementes befestigt. Diese Anordnung ermöglicht vor teilhaft in der ersten Öffnungsstufe ein Abheben, ein Öffnen einer äußeren Randzone der flexiblen Scheibe von dem Ventilsitz.
Zur weiteren Beeinflussung der Öffnungscharakteristik der flexiblen Scheibe kann diese erfindungsgemäß auf der vom Ventilsitz abgewandten Seite lokal mit einzelnen, vorzugsweise symmetrisch umfangsverteilten Ausnehmungen versehen werden, zur Darstellung einer gezielten Reduzierung der Wandstärke. Diese Maßnahme bewirkt, dass die flexible Scheibe zunächst partielle Öffnungsquerschnitte im Bereich der Wandstärkenreduzierung freigibt, bevor nach einem weiteren Druckanstieg die Randzone der flexiblen Scheibe vollständig vom Ventilsitz abhebt.
Als geeigneter Werkstoff für die flexible Scheibe ist erfindungsgemäß Kautschuk oder ein ausreichend elastischer Kunststoff vorgesehen. Mit diesem Werkstoff kann eine gewünschte hohe Dichtqualität erzielt werden. Andererseits ermöglichen die zuvor genannten Werkstoffe eine schnelle Reaktion des Dichtelements auf sich durch die Stellbewegung des Kolbens ausgelösten Druckverhältnisse.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Hydraulikventil-Baugruppe ermöglicht die Einbringung in einem zum Druckraum radial gestuften Bereich des Gehäuses. Damit kann sichergestellt werden, dass beispielsweise das erfindungsgemäße Hydraulikventil innerhalb des Spannsystem-Gehäuses integriert ist, zur Erzielung einer kostengünstigen Anordnung und Montage. Das angefederte Hydraulikventil steht vorteilhaft mit einer Druckfeder in Verbindung, die auf der vom Druckraum abgewandten Seite mit einem Federende an dem Hydraulikventil und mit einem weiteren Ende beispielsweise an einem Vorsprung des Gehäuses abgestützt ist. Durch diese Federanordnung wird der Kolben des Hydraulikventils in Richtung des Druckraums kraftbeaufschlagt, zur Erzielung einer flüssigkeitsdichten Anlage des als flexible Scheibe ausgebildeten Dichtelementes an dem Ventilsitz.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 4 Figuren dargestellt. Es zeigen:
1 in einer Schnittdarstellung ein hydraulisches Spannsystem mit integriertem erfindungsgemäßen Hydraulikventil;
2 in einem vergrößerten Maßstab das Hydraulikventil gemäß der vorliegenden Erfindung in einem geschlossenen Zustand;
3 das erfindungsgemäße Hydraulikventil in einer geöffneten Position;
4 eine Schnittdarstellung des Hydraulikventils gemäß dem Verlauf 4-4 aus 3.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Das in 1 im Schnitt dargestellte hydraulische Spannsystem 1 ist im eingebauten Zustand einem Zugmitteltrieb, insbesondere einem Kettentrieb einer Brennkraftmaschine zugeordnet, zur Erzielung einer ausreichenden Vorspannung eines Zugmittels. Der auch als Kettentrieb zu bezeichnende Zugmitteltrieb ist dabei in einem geschlossenen Gehäuse eingebracht. Das Spannsystem 1 umfasst ein topfartig gestaltetes Gehäuse 2, in dem ein Kolben 3 längsverschiebbar geführt und von einer Druckfeder 4 beaufschlagt ist. Das Gehäuse 2 in Verbindung mit dem Kolben 3 begrenzen einen mit Hydraulikfluid, insbesondere einem Schmieröl der Brennkraftmaschine gefüllten Druckraum 5. An dem vom Druckraum 5 abgewandten Ende ist der Kolben 3 mit einem in 1 nicht abgebildeten, unmittelbar an dem Zugmittel geführten Führungs- oder Spannelement verbunden. Eine Stellbewegung des Kolbens 3 führt zu einer Volumenänderung des Druckraums 5. Bei einer Kolbenbewegung in Pfeilrichtung, die gleichzeitig den im Druckraum 5 herrschenden Druck reduziert, strömt Fluid über einen mit einer Druckleitung der Druckölumlaufschmierung der Brennkraftmaschine verbundenen Zulauf 6 im Boden 7 des Gehäuses 2 nach. Dazu tritt das Hydraulikfluid über das bodenseitige Einwegventil 8 in den Druckraum 5 ein. Bei einer entgegengesetzten Stellbewegung des Kolbens 3 wird Hydraulikfluid aus dem Druckraum 5 abgesteuert. Dazu ist der Kolben 3 mit einer Bohrung 9 versehen, die mit einem Hydraulikventil 10 zusammenwirkt. Das auch als Druckbegrenzungsventil zu bezeichnende Hydraulikventil 10 schließt einen angefederten Ventilkolben 11 ein, bestehend aus einem Führungselement 12 sowie einem beabstandet angeordneten Dichtelement 13. Bei einem sich einstellenden Drucks im Druckraum 5, der die Stellkraft des Ventilkolbens 11 überschreitet, ermöglicht das Hydraulikventil 10 einen Abfluss des Hydraulikfluids über einen Abströmquerschnitt 14.
Das Funktionsprinzip des Hydraulikventils 10 verdeutlicht in einer vergrößerten Darstellung die 2. Der Ventilkolben 11 ist dazu in einer Längsbohrung 15 des Gehäuses 2 geführt und von einer Feder 16 kraftschlüssig in Richtung einer Anlagefläche 17 kraftbeaufschlagt. Die zur Aufnahme des Hydraulikventils 10 bestimmte Längsbohrung 15 ist im Vergleich zu der Bohrung 9 radial aufgeweitet, wodurch sich ein gestufter, die Anlagefläche 17 bildender Abschnitt einstellt. Axial beabstandet zu dem Führungselement 12 weist der Ventilkolben 11 ein Dichtelement 18 auf, das mit der Anlagefläche 17 einen Ventilsitz 19 bildet. Das als flexible Scheibe ausgebildete Dichtelement 18 ist über einen zentralen Zapfen 20 mit dem Führungselement 12 verbunden. Der Aufbau und die Anordnung des Hydraulikventils 10 sieht vor, dass bei einer der Pfeilrichtung entgegengesetzten Stellbewegung des Kolbens 3 sich eine Druckdifferenz zwischen dem Druckraum 5 und der damit in Verbindung stehenden Bohrung 9 und dem Abströmquerschnitt 14 einstellt, sich zunächst eine flexible Randzone 21 von der Anlagefläche 17 abhebt, wodurch Hydraulikfluid über den Abströmquerschnitt 14 abgesteuert wird. Zur Abstützung des Dichtelementes 18 an der Anlagefläche 17 ist dem Ventilkolben 11 eine Feder 16 zugeordnet, die mit einem Federende an dem Führungselement 12 und an dem weiteren Federende an einer in der Längsbohrung 15 eingebrachten Federabstützung 22 fixiert ist.
In 3 ist der Ventilkolben 11 in einer geöffneten Position abgebildet, bei der das Dichtelement 18 von der Anlagefläche 17 versetzt ist, zur Bildung eines Spaltmaßes 23, über den ein vergrößerter Volumenstrom aus dem Druckraum 5 bzw. der Bohrung 9 in den Abströmquerschnitt 14 eingeleitet wird. Diese Position des Ventilkolbens 11 stellt sich ein, sobald der im Druckraum 5 vorherrschende Druck den durch die Feder 16 kraftbeaufschlagten Ventilkolben 11 in Pfeilrichtung verschiebt. Die Öffnungscharakteristik des Hydraulikventils 10 wird durch die Elastizität des Dichtelementes 18 sowie von der Feder 16 beeinflusst.
Zur Verdeutlichung der Außenkontur des Führungselementes 12 von dem Hydraulikventil 10 dient die in 4 abgebildete Schnittansicht. Danach schließt das Führungselement 12 an der Mantelfläche 24 symmetrisch angeordnete Abflachungen 25 auf, wodurch sich in Verbindung mit der Längsbohrung 15 Durchtritte 26 einstellen, über die Hydraulikfluid von dem Druckraum 5 bzw. der Bohrung 9 ausgehend absteuerbar ist.

1: Spannsystem
2: Gehäuse
3: Kolben
4: Druckfeder
5: Druckraum
6: Zulauf
7: Boden
8: Einwegventil
9: Bohrung
10: Hydraulikventil
11: Ventilkolben
12: Führungselement
13: Dichtelement
14: Abströmquerschnitt
15: Längsbohrung
16: Feder
17: Anlagefläche
18: Dichtelement
19: Ventilsitz
20: Zapfen
21: Randzone
22: Federabstützung
23: Spaltmaß
24: Mantelfläche
25: Abflachung
26: Durchtritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 849938 A1 [0002]
- DE 102004047450 A1 [0003]

Claims

Hydraulikventil, insbesondere bestimmt für Spannsysteme von Zugmitteltrieben, umfassend ein als Gehäuse (2) ausgebildeten Zylinder mit einem geführten, angefederten Kolben (3), der einen mit einem Hydraulikfluid gefüllten Druckraum (5) begrenzt, wobei der Druckraum (5) mit einem Zulauf (6) und einem Abströmquerschnitt (14) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung eines als Druckbegrenzungsventil ausgelegten Hydraulikventils (10) ein Ventilkolben (11) mit einem elastischen Dichtelement (18) den Druckraum (5) oder eine mit dem Druckraum (5) in Verbindung stehende Bohrung (9) abdichtet, wobei in einer ersten Druckstufe bei einer konstanten Position des Ventilkolbens (11) das elastische Dichtelement (18) eine Abströmung des Hydraulikfluid ermöglicht und ein ansteigender Druck eine Verschiebung des Ventilkolbens (11) und des Dichtelement (18) bewirkt, wodurch ein vergrößerter Volumenstrom absteuerbar ist.
Hydraulikventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau des Ventilkolbens (11) ein Führungselement (12) sowie axial dazu beabstandet ein als flexible Scheibe ausgebildetes elastisches Dichtelement (18) umfasst.
Hydraulikventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (18) mit einer Anlagefläche (17) des Kolbens (3) einen Ventilsitz (19) bildet.
Hydraulikventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zentrischer Zapfen des Führungselementes (12) zur Aufnahme des als flexible Scheibe ausgebildeten Dichtelementes (18) vorgesehen ist.
Hydraulikventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Druckstufe eine äußere flexible Randzone (21) des Dichtelementes (18) von dem Ventilsitz (19) abhebt.
Hydraulikventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das als flexible Scheibe ausgebildete Dichtelement (18) auf der vom Ventilsitz (19) abgewandten Seite lokale, die Wandstärke reduzierende Ausnehmungen einschließt.
Hydraulikventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff für das flexible Dichtelement (18) Kautschuk oder ein Kunststoff vorgesehen ist.
Hydraulikventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (11) in einem zu einer Bohrung (9) des Kolbens (3) radial gestuften Bereich in einer Längsbohrung (15) geführt ist.
Hydraulikventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (11) von einer Feder (16) in Richtung des Druckraums (5) und der zugehörigen Bohrung (9) kraftbeaufschlagt ist.