DE2847699B2 - Hydraulisches Spielausgleichselement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Spielausgleichselement mit einem in einem Zylinder verschiebbar geführten Kolben und einem zwischen Kolben und Zylinder gebildeten Arbeitsraum und einem im Kolben und/oder im Zylinder angeordneten, gegenüber der Atmosphäre druckdicht abgeschlossenen Vorratsraum, der teilweise mit einem Luftpolster und teilweise mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist und in dem ein die Verschäumung von Luft in Hydraulikflüssigkeit behinderndes Element vorgesehen ist, wobei der Vorratsraum mit dem Arbeitsraum über einen ein Rückschlagventil aufweisenden Kanal in Verbindung steht und der Arbeitsraum mit dem Vorratsraum über einen Drosselspalt verbunden ist. Derartige hydraulische Spielausgleichselemente werden insbesondere für die Steuerung der Ventile von Brennkraftmaschinen eingesetzt.

Die US-PS 26 94 388 und die DE-OS 29 11 550 zeigen ein derartiges hydraulisches Spielausgleichselement, bei welchem der Vorratsraum druckdicht gegenüber der Atmosphäre abgeschlossen ist. Im Vorratsraum ist ein Luftpolster angeordnet und vorgesehen, welches von der Hydraulikflüssigkeit im Vorratsraum durch eine Membran, einen eine Kammer für das Luftpolster bildenden Ballonkörper od. dgl. getrennt ist. Die Membran ist dabei flüssigkeits- und luftdicht ausgebildet, so daß das Luftpolster jederzeit wirksam getrennt von der Hydraulikflüssigkeit im Vorratsraum gehalten wird. Das eingeschlossene Luftpolster ist geeignet.

auftretende Druckspitzen kurzzeitig aufzunehmen und an die Hydraulikflüssigkeit im Vorratsraum wieder abzugeben, wenn bei geöffnetem Rückschlagventil ein Nachfüllen des Arbeitsraumes aus dem Vorratsraum heraus erforderlich ist. Während das von der Membran eingeschlossene Luftpolster keine Möglichkeit hat, mit der Hydraulikflüssigkeit aufzuschäumen, enthält die Hydraulikflüssigkeit selbst noch einen gewissen Luftanteil, der immer im Kreislauf der Hydraulikflüssigkeit beinhaltet bleibt und dessen Nachteile durch die Anordnung des abgeschlossenen Luftpolsters auch nicht beseitigt werden. Dieser Luftanteil in der Hydraulikflüssigkeit kann dadurch in nachteiliger Weise besonders hoch werden, wenn beim Füllen des hydraulischen Spielausgleichselementes Luft außerhalb der Membran im Vorratsraum mit eingeschlossen bleibt, die dann im Betrieb des Ausgleichselementes notwendigerweise aufschäumt und auch über das Rückschlagventil in den Arbeitsraum gelangt.

Aus der US-PS 30 25 842 oder auch der US-PS 22 46 330 sind Spielausgleichselemente bekannt, deren Vorratsraum jedoch nicht druckdicht gegenüber der Atmosphäre abgeschlossen ist, sondern mit dem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine in Verbindung steht Auch das öl des ölkreislaufes neigt innerhalb desselben zum Aufschäumen, so daß beim Nachfüllen des Vorratsraumes auch Luft mit eingebracht wird, Um diesem Einschleppen von Luft entgegenzuwirken, sind am Übergang zwischen dem ölkreislauf und dem Vorratsraum ein oder mehrere filterartig wirkende Elemente, die insbesondere aus faserigem Material bestehen, angeordnet. Diese Filterelemente sollen eine Abscheidung der neu mit eingeschleppten Luft bewirken, so daß eine Luftanreicherung innerhalb des Vorratsraumes vermieden wird. Auch mit dieser Konstruktion wird auf die Luft, die innerhalb der Hydraulikflüssigkeit im Arbeitsraum und im Vorratsraum enthalten ist, kein Einfluß genommen. Ganz abgesehen davon kann die in diesem Kreislauf enthaltene Luft ungehindert immer wieder aufschäumen und auf diese Art und Weise auch in den Arbeitsraum gelangen. Darüber hinaus besitzen derartige Ausgleichselemente aber auch den Nachteil, daß infolge des Anschlusses des Vorratsraumes an die Atmosphäre die Möglichkeit fehlt, daß die Luft all Luftpolster wirkend Druckspitzen kurzzeitig speichern kann.

Ein weiteres Spielausgleichselement zeigt die US-PS 20 96 257. Dabei handelt es sich ebenfalls um ein Element, bei dem der Vorratsraum unter Atmosphärendruck steht, so daß die erwünschte Wirkung vorhandener Luft als Luftpolster bzw. Druckspeicher nicht eintritt. Bei diesem bekannten Spielausgleichselement ist der Vorratsraum ganz bewußt teilweise mit Hydraulikflüssigkeit und teilweise mit Luft gefüllt, wobei die Hydraulikflüssigkeit in direkter ungehinderter Verbindung zu der Luft steht, so daß der Aufschäumvorgang in keiner Weise behindert wird. Am Übergang von dem Vorratsraum in den das Rückschlagventil tragenden Kanal, der zum Arbeitsraum führt, ist ein Filter angeordnet, welches die Aufgabe hat, die in der Hydraulikflüssigkeit aufgeschäumte Luft abzuscheiden und an einem Durchtritt in den Arbeitsraum zu hindern. Das Filter besitzt jedoch hinsichtlich seiner Abscheidewirkung nur eine begrenzte Wirksamkeit. Infolge der fortlaufenden ungehinderten Verschäumung im Vorratsraum wird sich ein erhöhter Luftanteil im Arbeitsraum einstellen, der die Inkompressibilität beeinträchtigt. Außerdem behindert der Filter am Eingang des

Kanals /.wischen Vorralsrauni und Arbeitsraum den ungehinderten schnellen Durchtritt von Hydraulikflüssigkeit in den Arbeitsraum in nachteiliger Weise. Bei hohen Drehzahlen reicht deshalb diese Behinderung schon aus. um den Nachfüllvorgang nur begrenzt ablaufen zu lassen, so daß letztlich ein Leerpumpen des Arbeiisraumes bei bestimmten Betriebsbedingungen eintritt.

Das Problem der in der Hydraulikflüssigkeit gelösten Luft wird in der DE-OS 25 17 370 angesprochen Die Hydraulikflüssigkeit soll in den Arbeitsraum und in den Vorratsraum völlig luftfrei eingefüllt werden. Der Vorratsraum ist noch außen weitgehend flüssigkeitsdicht gestaltet, d. h. von einem Schlauchabschnitt aus gummiartigem Material gegen den Austritt von Flüssigkeit gedichtet. Auf die Außenseite des Schlauchabschnittes wirkt die Atmosphäre bzw. der Öldruck des Schmierölkreisiaufes ein. Hier fehlt die Möglichkeit, in einem Luftpolster Druckspitzen kurzzeitig aufzunehmen und wieder abzugeben, andererseits wird aber das Aufschäumen von Luft innerhalb des Vorratsraumes wirksam vermieden. Das Füllen des Ausgleichselementes mit iuftfreier Hydraulikflüssigkeit erfordert aber bestimmte Vorkehrungen und eine hohe Sorgfalt. Da keinerlei Luft innerhalb der Hydraulikflüssigkeit vorhanden sein soll, ist es erforderlich, die Leckmenge im Drosselspalt sehr genau festzulegen, damit dieses Element in einem Drehzahlbereich zufriedenstellend arbeiten kann. Wird das Element auf niedrige Drehzahlen ausgerichtet, dann versagt es bei hohen Drehzahlen und umgekehrt. Es kann sowohl ein Aufpumpen als auch ein Leerpumpen eintreten, was beides schädlich ist. Ein Aufpumpen kann zur gewaltsamen Zerstörung des Ventiltriebes führen. Beim Leerpumpen wird das erforderliche Ventilspiel überhaupt nicht mehr eingehalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein autarkes Spielausgleichselement, welches also von der Aufschäumung des Motoröls unabhängig ist, so auszubilden, daß weder ein Aufpumpen noch ein Leerpumpen des Arbeitsraumes unter Betriebsbedingungen, insbesondere bei hohen Drehzahlen, auftritt. Dabei soll einerseits in vorteilhafter Weise die bekannte Wirkung eines Luftpolsters genutzt werden, um Druckspitzen aufzunehmen und mit ausreichendem Druckgefälle während kurzer zur Verfügung stehender Zeil jeweils die Leckmenge zwischen Arbeitsraum und Vorratsraum zu ergänzen. Dabei muß jedoch das Eindringen der mit Luft vermischten Hydraulikflüssigkeit in den Arbeisraum verhindert werden, d. h. die in den Arbeitsraum gelangende Flüssigkeit muß weitgehend luftfrei sein, d. h. darf Luft nur bis zu einem gewissen Grenzwert enthalten.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das die Verschäumung behindernde Element eine Füllung aus Schwellkörpern ist, die zwischen sich fein verteilt das Luftpolster aufnehmen.

Damit ist es möglich, in einfacher Weise das Spielausgleichselement mit Hydraulikflüssigkeit, die einen bestimmten Luftanteil enthält, zu füllen. Ein gesondertes Einführen von Luft wird vermieden. Durch die Anordnung der Füllung aus Schwellkörpern lagert sich zumindest ein Teil der L.:ft feinverteilt und als Luftpolster wirkend an, zwischen bzw. in den Schwellkörpern ab, wo es weitgehend ortsfest aufgehoben ist. Dieses Luftpolster ist einerseits wirksam an einem Aufschäumen gehindert, da es durch Kräfte innerhalb der Schwellkörperfüllung gehindert ist, sich zu lösen und in der Hydraulikflüssigkeit aufzuschäumen. Andererseits ist es möglich, den Luftanteil der Hydraulikflüssigkeit im Arbeitsraum festzulegen und zu begrenzen, so daß die Inkompressibilität der Hydraulikflüssigkeit nur

■■· in dein für das ordnungsgemäße Arbeiten des .Spielausgleichselementes erforderlichen Maße beeinträchtigt wird. Wesentlich ist also dabei, durch die Schwellkörper die Luft feinverteilt in den Zwischenräumen oder im Innern der Schweilkörpei festzuhalten, wo

κι sie insgesamt ein Luftpolster bildet, aber andererseits keine Möglichkeit besteht, zu einem nennenswerten Teil innerhalb der Hydraulikflüssigkeit aufzuschäumen.

Die Füllung aus Schwellkörpern kann den gesamten Vorratsraum ausfüllen. Im allgemeinen genügt es jedoch

i-> bereits, wenn ein Teil des Vorratsraumes mit einer Schwellkörperfüllung versehen ist.

Die Schwellkörper können eine luft- und flüssigkeitsdichte Oberfläche aufweisen, also beispielsweise aus Glaskugeln, Kunststoffperjen od. dgl. bestehen. Die

2(i Größe der Schwellkörper ist von wesentlichem Einfluß auf das Festhaltevermögen der feinverteilten Luft. Die Schwellkörper lassen sich in den ansonsten druckdicht abgeschlossenen Vorratsraum auch sehr einfach durch den Kanal einfüllen, der den Vorratsraum mit dem

>■-> Arbeitsraum verbindet.

Es i^t aber auch möglich, daß die Schwellkörper aus einem schwammartigen Material bestehen, welches mit Hydraulikflüssigkeit getränkt ist, die mit ihrem vorgegebenen Luftanteil das Luftpolster bildet.

in Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch das Spielausgleichselement als hydraulischer Tassenstößel,

r> F i g. 2 einen Querschnitt durch das Spielausgleichselement als hydraulischer Stößel und

F i g. 3 einen Querschnitt durch das Spielausgleichselement als hydraulischer Stößel in einer weiteren Ausführungsform.

•to Das in Fig. 1 dargestellte hydraulische Spielausgleichselement besteht im wesentlichen aus zwei gegeneinander verschiebbaren Teilen, nämlich einem Kolben 1 und einem zugehörigen Zylinder 2. Der Zylinder 2 selbst ist auch wieder gleitend in einem

<r> entsprechenden Gehäuseteil gelagert, welches hier nicht dargestellt ist. Im Zylinder 2 ist ein Vorratsraum 3 vorgesehen, der mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist. Der Vorratsraum 3 ist über eine Dichtung 4 druckdicht gegenüber der Atmosphäre ausgebildet. Zwischen Kolben 1 und Zylinder 2 ist weiterhin ein Arbeitsraum 5 vorgesehen, der ebenfalls mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist. In den Kanal 6 zwischen Vorratsraum 3 und Arbeitsraum 5 ist ein Rückschlagventil 7 eingeschaltet. Der Kolben 1 ist gegenüber dem Zylinder 2 über eine Feder 8 abgestützt, die auch an anderer Stelle, jedoch gleichwirkend, vorgesehen sein kann. Die Verbindung von dem Arbeitsraum 5 zu dem Vorratsraum 3 ergibt sich über einen als Ringspalt ausgebildeten Drosselspalt 9 zwischen Zylinder 2 und Kolben 1. Der Kreislauf der

ω Hydraulikflüssigkeit ist also damit und mit Hilfe des Rückschlagventils 7 eindeutig bestimmt. Hydraulikflüssigkeit 14 kann vom Vorratsraum 3 nur über den Kanal 6 in den Arbeitsraum 5 gelangen. Andererseits kann aus dem Arbeitsraum 5 verdrängte Hydraulikflüssigkeit 14

hi nur über den Drosselspalt 9 in den Vorratsraum 3 gelangen. Zu diesem Zweck endet der Drosselspali 9 an einer Ringnut 10 mit Bohrung 11, die an den Vorratsraum 3 anschließt. Neben der Dichtung 4 ist eine

eingedrückte Kreisringplallc 21 vorgesehen, die beide für eine druckdichte Ausbildung des Vorratsraumes 3 gegenüber der Atmosphäre sorgen Im Vorratsrauni 3 sind .Schwellkörper 22 entweder zusammenhangend oder als lose Schültung vorgesehen, die /wischen sich feinverteilt Luft in Form eines Luftpolsters 13 aufnehmen, so daß diese Luft sich von den Schwcllkörpern 22 auch bei hohen Bcschlcunigungskräften nicht lösen kann und daher auch nicht aufschäumt. Andererseits aber ist das Luftpolster 13 ausreichend, um Druckspitzen aufzunehmen und wieder abzugeben und damit so zu wirken, wie dies beschrieben wurde.

fig. 2 zeigt einen hydraulischen Stößel, dessen im Kolben 1 ausgebildeter Vorratsraum 3 mit einer diesen ganz einnehmenden Füllung aus Schwellkörpcrn 22 verschen ist. wie sie anhand des Tassenstößels gemäß Fig. 1 bereits erläutert wurden. Die Schwcllkörpcr 22 können mit dichter Oberfläche ausgebildet sein, also luftdichte Körper darstellen, beispielsweise Glaskugeln. Kunstsioffpcrlcn od. dgl. Es ist aber auch möglich, gemäß I i g. 3 Schwcllkörper 23 aus schwammartigem Material einzubringen, die zumindest teilweise in ihrem Innern die Luft bzw. insgesamt das Luftpolster 13 aufnehmen und binden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Hydraulisches Spielausgleichselement in einem Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen mit einem in einem Zylinder verschiebbar geführten Kolben und einem zwischen Kolben und Zylinder gebildeten Arbeitsraum und einem im Kolben und/oder im Zylinder angeordneten gegenüber der Atmosphäre druckdicht abgeschlossenen Vorratsraum, der teilweise mit einem Luftpolster und teilweise mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist und in dem ein die Verschäumung von Luft in Hydraulikflüssigkeit behinderndes Element vorgesehen ist, wobei der Vorratsraum mit dem Arbeitsraum über einen ein Rückschlagventil aufweisenden Kanal in Verbindung steht und der Arbeitsraum mit dem Vorratsraum über einen Drosselspalt verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das die Verschäumumg behindernde Element eine Füllung aus Schwellkörpern (22; 23) ist, die zwischen sich feinverteilt das Luftpolster (13) aufnehmen.

2. Spielausgleichselement nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung aus Schwellkörpern (22; 23) den gesamten Vorratsraum (3) ausfüllt.

3. Spielausgleichselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellkörper (22) eine luft- und flüssigkeitsdichte Oberfläche aufweisen.

4. Spielausgleichselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellkörper (23) aus einem schwammartigen Material bestehen, welches mit Hydraulikflüssigkeit (14) getränkt ist, die mit ihrem vorgegebenen Luftanteil das Luftpolster (13) bildet.