DE102012208809A1 - Steuerventil eines Nockenwellenverstellers - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft ein Steuerventil zur Steuerung von Druckmittelströmen eines Nockenwellenverstellers, welches eine im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführte Steuerhülse, die innerhalb einer Ummantelung angeordnet ist, und einen innerhalb der Steuerhülse entgegen einer Federkraft eines Federelements axial verschiebbar geführten Steuerkolben umfasst.
- Hintergrund der Erfindung
- In einer Verbrennungsmaschine eines Kraftfahrzeugs wird üblicherweise zur Betätigung der Gaswechselventile eine Nockenwelle eingesetzt, welche in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle steht. Dabei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, während des Betriebs der Verbrennungsmaschine Einfluss auf die Öffnungs- und Schließzeiten der Gaswechselventile nehmen zu können. Durch die Einstellung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte, beispielsweise in Abhängigkeit von der aktuellen Drehzahl, können insbesondere der Treibstoffverbrauch gesenkt, das Abgasverhalten positiv beeinflusst und der Motorwirkungsgrad erhöht werden.
- Die Variabilität der Gaswechselventilsteuerzeiten wird regelmäßig durch eine relative Änderung der Phasenlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle erzielt. Hierzu wird üblicherweise ein sogenannter Nockenwellenversteller in den Antriebsstrang integriert, über welchen das Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Der Sitz moderner Nockenwellenversteller befindet sich beispielsweise am antriebsseitigen Ende der Nockenwelle, auf einer Zwischenwelle, einem nicht rotierenden Bauteil oder auf der Kurbelwelle.
- Der Nockenwellenversteller ist dabei derart ausgebildet, dass während des Betriebs die Phasenlage zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle sicher gehalten und bei Bedarf die Nockenwelle in einem gewissen Winkelbereich gegenüber der Kurbelwelle verdreht werden kann. Dazu ist der Nockenwellenversteller im Wesentlichen mit zumindest zwei gegeneinander wirkenden Druckkammern ausgebildet. Durch gezieltes Verbinden der Druckkammern mit einer Druckmittelpumpe bzw. mit einem Druckmitteltank kann die Phase der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle eingestellt oder gehalten werden.
- Die Druckmittelzufuhr zu und die Druckmittelabfuhr von den Druckkammern wird dabei in der Regel mittels eines Steuerventils, meist in Form eines Mehrwege-Schieberventils, gesteuert. Dieses umfasst üblicherweise als wesentliche Komponenten eine Steuerhülse und einen in der Steuerhülse axial gegen die Federkraft eines Federelements verschiebbar aufgenommenen Steuerkolben, der von einem Aktuator, typischerweise ein Elektromagnet, betätigt wird. Außerdem weist das Steuerventil insbesondere einen Druckmittelanschluss, einen Ablaufanschluss sowie Arbeitsanschlüsse auf, über die das Druckmittel in eine Druckkammer eingeleitet bzw. aus einer Druckkammer abgeleitet werden kann. Zur schaltbaren Verteilung des Druckmittels auf die Arbeitsanschlüsse ist weiter eine Ummantelung vorgesehen, die entsprechende Druckmittelkanäle zu einem über den Steuerkolben betätigbaren Druckraum aufweist. In Abhängigkeit von der Stellung des Steuerkolbens ist beispielsweise eine der Druckkammern über einen der Arbeitsanschlüsse mit dem Zufuhranschluss verbunden und wird mit Druckmittel befüllt. Gleichzeitig kommuniziert die gegenläufige Druckkammer über den ihr zugeordneten Arbeitsanschluss mit dem Ablaufanschluss am Steuerventil und wird dabei entleert.
- In einer gängigen Bauart ist ein derartiges Steuerventil beispielsweise als ein sogenanntes Zentralventil ausgestaltet, welches in eine Zentralbohrung des Nockenwellenverstellers eingesetzt und mit der Nockenwelle verschraubt wird.
- Ein Steuerventil der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
DE 10 2010 026 853 A1 oder aus derDE 10 2008 004 591 A1 bekannt. Gemäß der DE 10 2008 004 591 A1 ist das Steuerventil in eine Zentralschraube eingesetzt, die ihrerseits unter Anbindung des Nockenwellenverstellers mit einer Nockenwelle verschraubt wird. - Um den mechanischen Belastungen während des Betriebs des Steuerventils standhalten zu können, ist bei dem Steuerventil entsprechend der
DE 10 2008 004 591 A1 zur Abstützung des Federelements eine massiv geformte Federaufnahme vorgesehen, die sich an der Ummantelung abstützt. Auch bei dem Steuerventil entsprechend derDE 10 2010 026 853 A1 ist eine massive Federaufnahme eingebracht, die einen Teil der Ummantelung bildet. - Aus der
DE 10 2009 051 519 A1 ist weiter bekannt, zur Abstützung des Federelements einen separaten Federteller vorzusehen, der sich seinerseits an der Ummantelung abstützt. - Aufgabe der Erfindung
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil der eingangs genannten Art dahingehend weiter zu bilden, das es möglichst einfach und kostengünstig herzustellen ist.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Die gestellte Aufgabe wird für ein Steuerventil der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Steuerhülse an einem axialen Ende einen Boden aufweist, der als axiale Anlagefläche für das Federelement dient.
- Die Erfindung geht dabei in einem ersten Schritt von der Überlegung aus, dass eine Federaufnahme aus der Ummantelung einen zusätzlichen Materialaufwand mit sich bringt. Die Ummantelung ist in der Regel aus einem Kunststoff gefertigt, so dass eine entsprechend massive Auslegung notwendig wird. Entsprechend der
DE 10 2010 026 853 A1 ist das durch die Federaufnahme der Ummantelung gebildete Gegenlager zusätzlich über einen verstärkten Abschnitt der Steuerhülse gestützt. Das Einsetzen eines separaten Bauteils zur Abstützung des Federelements wiederum stellt einen zusätzlichen Herstellungs- und Montageschritt dar, wodurch sich die Kosten des Steuerventils erhöhen. - In einem zweiten Schritt erkennt die Erfindung, dass ein Gegenlager zur Abstützung des Federelements in überraschend einfacher Weise dadurch gebildet werden kann, dass die Steuerhülse an einem axialen Ende mit einem Boden ausgebildet wird, wobei der Boden als axiale Anlagefläche für das Federelement herangezogen wird. Die Steuerhülse ist üblicherweise aus einem Metall gefertigt. Der Boden kann insbesondere spanlos, beispielsweise durch ein Tiefziehverfahren, eingebracht werden. Zur Montage braucht lediglich die Steuerhülse in die Ummantelung eingesetzt werden. Da sich der Boden flächig an der Ummantelung abstützen kann, ist kein zusätzlicher Materialeintrag an der Ummantelung notwendig.
- In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Boden eine Ausnehmung, die axial von einem Fortsatz der Ummantelung formschlüssig durchgriffen wird. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Ummantelung sogleich als Einführ- oder Stabilisierungshilfe für das Federelement genutzt wird. Beispielsweise kann der Fortsatz dornförmig ausgebildet sein und als Aufnahmeelement für eine Schraubenfeder wirken. Der Dornfortsatz zentriert die Schraubenfeder beim Einsetzen. Zugleich bildet er eine seitliche Führung für das aufgesetzte Federelement. Durch den formschlüssigen Durchgriff der Ummantelung durh die Ausnehmung wird die Steuerhülse weiter im Steuerventil fixiert.
- Vorteilhafterweise ist die Ausnehmung mit einer mehrzähligen zyklischen Drehsymmetrie, insbesondere blumenförmig, ausgebildet. Durch eine mehrzählige Drehsymmetrie wird bei vergleichsweise einfacher Herstellung erreicht, dass die Steuerhülse drehfest in der Ummantelung fixiert ist. Eine mehrzählige zyklische Drehsymmetrie ist beispielsweise über eine Ausnehmung gegeben, die als ein Mehrkant ausgebildet ist. Bei einer blumenförmigen Ausgestaltung ragen zwischen „blätterförmigen” Ausnehmungen Auflagebereiche nach innen, auf denen seinerseits das Federelement abgestützt ist.
- Die Erfindung bietet als einen weiteren Vorteil, dass der Boden der Steuerhülse zugleich als ein axiales Gegenlager für ein Rückschlagventil dienen kann. In diesem Fall entfällt der Einsatz eines zusätzlichen Gegenlagers für das Rückschlagventil. Ist ein Durchgriff der Ummantelung durch eine Ausnehmung im Boden der Steuerhülse vorgesehen, so kann vorteilhaft dieser Durchgriff hohl ausgebildet sein. Das Rückschlagventil kann sich dann an radial gegenüber dem Material des „Durchgriffs” weiter nach innen erstreckenden Auflageflächen des Bodens abstützen.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Ausführungsbeispiele der Erfindungen werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 : In einem Querschnitt ein Steuerventil für einen hydraulischen Nockenwellenversteller, -
2 : in einem Querschnitt eine Steuerhülse aus dem Steuerventil gemäß1 und -
3 : in einer Aufsicht den Boden der Steuerhülse entsprechend2 . - Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
- In
1 ist in einem Querschnitt ein Steuerventil4 in Form eines Zentralventils dargestellt. Das Steuerventil4 kann in eine Zentralbohrung eines Nockenwellenverstellers oder in eine Zentralschraube eingesetzt werden. Das Steuerventil4 umfasst im Wesentlichen eine Steuerhülse6 , die in einer Ummantelung8 aufgenommen ist. Im Inneren der Steuerhülse6 ist ein Steuerkolben12 axial verschiebbar gelagert. Der Steuerkolben12 ist dabei mittels eines Federelements14 vorgespannt. Aus der eingezeichneten Position kann der Steuerkolben12 entgegen der Federkraft des Federelements14 in die Steuerhülse6 eingeschoben werden. - Zur Betätigung des Steuerkolbens
12 kann an seiner axial außenliegenden Stirnseite ein Aktuator, beispielsweise ein Elektromagnet mit einem Stößel, angreifen. Ein insbesondere durch die Federkraft des Federelements14 bewirktes axiales Herausgleiten von Steuerkolben12 oder Steuerhülse6 aus der Ummantelung8 wird durch einen Sicherungsring verhindert. - In der gezeigten Ansicht ist ein zwischen dem Steuerkolben
12 und der Steuerhülse6 gebildeter Druckmittelraum16 erkennbar, der beispielsweise über eine Axialbohrung in der Nockenwelle oder in einer Zentralschraube mit einer Druckleitung des hydraulischen Systems verbunden ist. Dazu sind in der Steuerhülse6 Radialbohrungen18 eingebracht, die strömungstechnisch mit Axialnuten20 in der Ummantelung8 verbunden sind. Die Nuten20 ihrerseits stehen strömungstechnisch mit der beschriebenen Axialbohrung in Verbindung. - An einem axialen Ende ist die Steuerhülse
6 mit einem Boden22 ausgebildet. Dieser Boden22 bildet eine axiale Anlagefläche für das Federelement14 . Die dargestellte Schraubenfeder liegt mit einem Ende unmittelbar dem Boden22 auf. Das andere Ende der Schraubenfeder wirkt gegen einen Bund im Inneren des Steuerkolbens12 . - Im Boden
22 ist eine Ausnehmung24 eingebracht. Durch diese Ausnehmung24 erstreckt sich ein Fortsatz25 , der als Teil der Ummantelung8 ausgebildet ist. Die Steuerhülse6 ist aus einem Metall gefertigt. Die Ummantelung8 ist spanlos durch ein Formgebungsverfahren aus Kunststoff hergestellt. - Zum Auslass einer hydraulischen Flüssigkeit sind an der Stirnseite des Steuerkolbens
12 Auslässe28 vorgesehen, die in einen Tankauslass T des hydraulischen Systems münden. - In
2 ist in einem Querschnitt die Steuerhülse6 entsprechend1 dargestellt. Man erkennt die Radialbohrungen18 , die unmittelbar mit Druck aus einer Druckmittelleitung beaufschlagt werden. Weiter ist der Boden22 in der Steuerhülse6 sichtbar. In den Boden22 ist eine zentrale Ausnehmung24 eingebracht, die eine mehrzählige zyklische Drehsymmetrie aufweist. Entsprechend ist die Steuerhülse6 nach1 drehfest mit der Ummantelung8 verbunden. - Weiter sind entsprechend
2 an der Steuerhülse6 Arbeitsanschlüsse A, B für die gegenläufigen Druckmittelkammern eines Nockenwellenverstellers erkennbar. Durch Verschieben des Steuerkolbens12 entsprechend1 werden die Arbeitsanschlüsse A, B abwechselnd strömungstechnisch mit dem Druckmittelraum16 verbunden. - In
3 ist in einer Aufsicht der Boden22 der Steuerhülse6 entsprechend2 dargestellt. Man erkennt, dass die zentrale Ausnehmung24 des Bodens22 blumenförmig mit einer 4 zähligen zyklischen Drehsymmetrie ausgebildet ist. Durch die Blumenform sind insgesamt vier sich radial nach innen erstreckende Auflageflächen30 gebildet, an denen sich das Federelement14 entsprechend1 abstützt. - Die Ausgestaltung des Bodens
22 entsprechend3 eignet sich insbesondere auch als ein Gegenlager für ein nicht dargestelltes Rückschlagventil. Dazu kann beispielsweise der Fortsatz25 entsprechend1 hohl ausgebildet sein, so dass sich das Rückschlagventil in1 von rechts ebenfalls am Boden22 der Steuerhülse6 abstützt. - Bezugszeichenliste
-
- 4
- Steuerventil
- 6
- Steuerhülse
- 8
- Ummantelung
- 12
- Steuerkolben
- 14
- Federelement
- 16
- Druckmittelraum
- 18
- Radialbohrung
- 20
- Nut
- 22
- Boden
- 24
- Ausnehmung
- 25
- Fortsatz
- 28
- Auslass
- 30
- Auflageflächen
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
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Claims (4)
- Steuerventil (
4 ) zur Steuerung von Druckmittelströmen eines Nockenwellenverstellers, welches eine im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführte Steuerhülse (6 ), die innerhalb einer Ummantelung (8 ) angeordnet ist, und einen innerhalb der Steuerhülse (6 ) entgegen einer Federkraft eines Federelements (14 ) axial verschiebbar geführten Steuerkolben (12 ) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerhülse (6 ) an einem axialen Ende einen Boden (22 ) aufweist, der als axiale Anlagefläche für das Federelement (14 ) dient. - Steuerventil (
4 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (22 ) eine Ausnehmung (24 ) umfasst, die axial von einem Fortsatz (25 ) der Ummantelung (8 ) formschlüssig durchgriffen wird. - Steuerventil (
4 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (24 ) mit einer mehrzähligen zyklischen Drehsymmetrie, insbesondere blumenförmig, ausgebildet ist. - Steuerventil (
4 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (22 ) der Steuerhülse (6 ) zugleich ein axiales Gegenlager für ein Rückschlagventil bildet.
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