DE2847699C3 - Hydraulisches Spielausgleichselement - Google Patents
Hydraulisches SpielausgleichselementInfo
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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 DEOS 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 flüswigkeits- 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
ίο 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
is 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
M 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 Obergang 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 wild. 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 aush 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 als 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 dent der Vorratsraum unter Atmosphären-
druck 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
Hydraulikflüssigkeil 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 zwischen Vorrntsraum 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 NachfüHvorgung nur begrenzt
ablaufen zu lassen, so daß letztlich ein Leerpumpen des Arbeitsraumes 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 Vorratsrauni völlig luftfrei eingefüllt werden. Der
Vorratsraum ist noch außen weitgehend flüssigkeitsdicht gestaltet, d. h. vun einem Schlauchabschnitt aus
gummiartigem Material gegen den Austritt von Flüssigkeit gedichtet Auf die Außenseite des Schlauchabschnittes
wirkt die Atmosphäre bzw. der Öldruck des Schmierölkreislaufes 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 AusgUiichselementes
mit luftfreier 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 Druckgiifälle während kurzer zu? Verfugung stehender
Zeit jeweils die Leckmenge zwischen Arbeitsraum und Vorratsraum zu ergänzen. Dabei muß jedoch das
Eindringen der mit Luft vermischten Hydraulikflüssigkeit in den Arbeisraujn 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 Luft 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 gehind?;<t, 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
ία dem für das ordnungsgemäße Arbeiten des Spielausgleichselementes erforderlichen Maße beeinträchtigt
wird. Wesentlich ist also dabei, durch die
Schweükörper die Luft feinverteilt in den Zwischenräumen oder im Innern der Schwellkörper festzuhalten, wo
ίο 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
H bereits, wenn ein Teil des Vorratsraumes mit einer
Schwellkörperfüllung versehen ist
Die Schwellkörper können eine luft- und flüssigkeitsdichte
Oberfläche aufweisen, also beispielsweise aus Glaskugeln, Kunststoffperlen od. dgl. bestehen. Die
Größe der Schwellkörper ist von wesentlichem Einfluß auf das Festhaltevermögen der Umverteilten Luft Die
Schwellkörper lassen sich in den ansonsten druckdicht abgeschlossenen Vorratsraum auch sehr einfach durch
den Kanal einfüllen, der den Vorratsraum mit dem
Es ist aber auch möglich, daß die Schwellkörper aus
einem schwammartigen Material bestehen, welches mit Hydraulikflüssigkeit getränkt ist, die mit ihrem vorgegebenen
Luftanteil das Luftpolster bildet
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,
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.
Das in F i g. 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 entsprechenden Gehäuseteil gelagert, weiches 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
so 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 S zu dem Vorratsraum 3 ergibt
sich über einen als Ringspalt ausgebildeten Drosselspalt 9 zwischen Zylinder 2 und Kolben 1, Der Kreislauf der
Hydraulikflüssigkeit ist also damit und mit Hilfe des Rückschiagventiies 7 eindeutig bestimmt. Hydraulikflüssigkeit
14 kann vom Vorratsraum 3 rui;· über den Kanal
6 in den Arbeitsraum 5 gelangen. Andererseits kann aus dem Arbeitsraum 5 verdrängte Hydraulikflüssigkeit 14
nur über den Diosselspalt 9 in den Vorratsraum 3 gelangen. Zu diesem Zweck endet der Drosselspalt 9 an
einer Ringnut 10 mit Bohrung 11, die an den Vorratsraum 3 anschließt Neben der Dichtung 4 ist eine
eingedrückte Krcisringplatle 21 vorgesehen, die beide
für eine druckdichte Ausbildung des Vorratsraumes 3 gegenüber der Atmosphäre sorgen. Im Vorratsraum 3
sind Schwellkörper 22 entweder zusammenhängend oder als lose Schüttung vorgesehen, die zwischen sich
feinverteilt Luft in Form eines Luftpolsters 13 aufnehmen, so daß diese Luft sich von den Schwellkörpern
22 auch bei hohen Beschleunigungskräften 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 Schwellkörpern 22 versehen ist, wie sie anhand des Tassenstößels gemäß
Fig. 1 bereits erläutert wurden. Die Schwellkörper 22
können mit dichter Oberfläche ausgebildet sein, also
luftdichte Körper darstellen, beispielsweise Glaskugeln, Kunststoffperlen od. dgl. Es ist aber auch möglich,
gemäß F i g. 3 Schwellkörper 23 aus schwammartigem Material einzubringen, die zumindest teilweise in ihrem
Innern die Luft bzw. insgesamt das Luftpolster 13 aufnehmen und binden.
Claims (4)
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 bebinderndes 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 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllurg 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
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