DE102014223995A1

DE102014223995A1 - Steuerventil für einen Nockenwellenversteller

Info

Publication number: DE102014223995A1
Application number: DE102014223995.8A
Authority: DE
Inventors: Ali BAYRAKDAR; Alexander Draheim
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2016-05-25

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Steuerventil für einen Nockenwellenversteller einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, das mit Druckmittel beaufschlagbare Arbeitskammern beherrscht, die in gegensinnig wirkende Druckräume unterteilt sind, wobei das Steuerventil zentral in der Nockenwelle oder in einem mit der Nockenwelle verbundenen Einsatz oder in einem Gehäuse angeordnet ist, die im Folgenden Zentralgehäuse (1) genannt werden, wobei das Zentralgehäuse (1) Arbeitskammeranschlüsse (A und B), einen Tankanschluss (T) und einen zentralen Druckanschluss (2) aufweist und mit einem im Zentralgehäuse (1) beweglich geführten, federbelasteten Steuerkolben (5) versehen ist, wobei mit einem Zapfen (7) des Steuerkolbens (5) eine maschinenfest angeordnete Betätigungseinheit in Wirkverbindung steht und der Zapfen (7) mittels eines Stützelements im Zentralgehäuse (1) geführt ist, wobei der Steuerkolben (5) hohl ausgeführt ist und der Hohlraum (6) mit dem zentralen Druckanschluss (2) in Verbindung steht, wobei der Steuerkolben (5) Nuten (13, 14) aufweist, die strömungstechnisch mit den Arbeitskammeranschlüssen (A und B) verbindbar sind, wobei in den Nuten (13, 14) Öffnungen (15, 16) eingearbeitet sind, die mit dem Hohlraum (6) in Verbindung stehen und wobei in den Nuten (13, 14) Rückschlagventile (17, 18) vorgesehen sind, die die Querschnitte der Öffnungen (15, 16) beherrschen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventil für einen Nockenwellenversteller einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, das mit Druckmittel beaufschlagbare Arbeitskammern beherrscht, die in gegensinnig wirkende Druckräume unterteilt sind, wobei das Steuerventil zentral in der Nockenwelle oder in einem mit der Nockenwelle verbundenen Einsatz oder in einem Gehäuse angeordnet ist, die im Folgenden Zentralgehäuse genannt werden, wobei das Zentralgehäuse Arbeitskammeranschlüsse (A und B), einen Tankanschluss (T) und einen zentralen Druckanschluss aufweist und mit einem im Zentralgehäuse beweglich geführten, federbelasteten Steuerkolben versehen ist, wobei mit einem Zapfen des Steuerkolbens eine maschinenfest angeordnete Betätigungseinheit in Wirkverbindung steht und der Zapfen mittels eines Stützelements im Zentralgehäuse geführt ist und wobei der Steuerkolben hohl ausgeführt ist und der Hohlraum mit dem zentralen Druckanschluss in Verbindung steht.
Derartige Steuerventile für Nockenwellenversteller sind allgemein bekannt. Das Steuerventil der DE 10 2004 025 215 A1 ist in einer Zentralschraube angeordnet, die den Nockenwellenversteller an einer Nockenwelle fixiert. Der Druckmittelanschluss an das Motoröl der Brennkraftmaschine erfolgt über eine Lagerstelle und wird axial in das Zentralgehäuse weitergeleitet. Der Steuerkolben ist hohl ausgebildet und steht mit dem zentralen Druckanschluss in Verbindung. An dem Steuerkolben ist federabgewandt ein Zapfen vorgesehen, der in einem Stützelement geführt ist und mit dem im Zentralgehäuse fixierten Stützelement einen Anschlag bildet, um den Weg der Feder zu begrenzen. Das bekannte Steuerventil ist zwar zur Steuerung der Arbeitskammeranschlüsse geeignet, aber nicht in der Lage eine gute hydraulische Abstützung der Arbeitskammern zur Verfügung zu stellen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, das bekannte Steuerventil derart zu verbessern, dass die angesprochenen Nachteile behoben werden und eine gute hydraulische Abstützung zur Verfügung gestellt wird. Weiterhin soll ein Filterelement zur Verfügung gestellt werden, das mit einfachen Mitteln montiert werden kann. Schließlich soll das Steuerventil Leckage arm ausgeführt werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Steuerkolben Nuten aufweist, die strömungstechnisch mit den Arbeitskammeranschlüssen verbindbar sind, wobei in die Nuten Öffnungen eingearbeitet sind, die mit dem Hohlraum in Verbindung stehen und dass in den Nuten Rückschlagventile vorgesehen sind, die die Querschnitte der Öffnungen beherrschen. Dadurch wird mit einfachen Mitteln eine hydraulische Abstützung zur Verfügung gestellt, die nahe an den Arbeitskammeranschlüssen angeordnet ist und mit geringem Energieverlust arbeitet, da die Wege des Druckmittels kurz sind. Die Rückschlagventile sind so ausgebildet und angeordnet, dass sie dem Druckmittelfluss in Richtung zu den Öffnungen bez. zu dem zentralen Druckanschluss verschließen, so dass Druckmittel durch die Öffnungen zu den Arbeitskammeranschlüssen gelangen kann, aber nicht umgekehrt. Die Rückschlagventile können Ventilbleche aufweisen, die ringförmig angeordnet sind oder an einem Ring befestigt oder einstückig mit diesem hergestellt sind. Die Rückschlagventile können aber auch als Federring ausgeführt werden, der geschlitzt ausgeführt ist und durch Aufweiten die Öffnungen freigibt und sie durch Federkraft verschließt. Um eine möglichst verlustfreie Strömung des Druckmittels durch die Öffnungen und die Rückschlagventile zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, dass die Seitenwände der Nuten sich in Richtung zum Zentralgehäuse erweitern. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Seitenwände schräg nach außen ausgeführt sind. Sie können aber auch bogenförmig ausgeführt sein, wobei die Biegung am Nutgrund beginnt, und ggf. Stützstreifen für die Führung der Rückschlagventile aufweisen.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass dem zentralen Druckanschluss zugeordnet am Endbereich des Zentralgehäuses ein Filterelement vorgesehen ist, das einen Filterrahmen mit Rastelementen aufweist, die clipartig in die Öffnung des Druckanschlusses einrastbar ausgeführt sind. Zu diesem Zweck kann die Öffnung des Druckanschlusses eine Innenrille aufweisen, in die die Rastelemente eingreifen können. Die Rastelemente können auch als umlaufenden Rastring ausgeführt sein, der mit Abstand zum vorzugsweise aus Kunststoff hergestellten Filterrahmen ausgeführt ist, so dass er in Verlängerung des Filterrahmens angeordnet sein kann und in die Rille einrasten kann.
Eine gute Dichtwirkung des Zapfens im Zentralgehäuse wird dadurch erreicht, dass das Stützelement als Dichtelement ausgeführt ist. Es hat eine äußere und eine innere Scheibe, die dichtend im Zentralgehäuse angeordnet sind und den Zapfen mit Spiel umschließen. Zwischen der äußeren und der inneren Scheibe ist eine Zwischenscheibe vorgesehen, die dichtend auf dem Zapfen geführt ist und mit Spiel im Zentralgehäuse angeordnet ist. Die Zwischenscheibe ist dichtend zwischen der äußeren und inneren Scheibe geführt. Durch diese Ausgestaltung wird einerseits eine Doppelpassung zwischen dem Außenmantel des Steuerkolbens und dem Zapfen vermieden und andererseits eine gute Abdichtung gewährleistet. Die Dichtwirkung kann noch dadurch verbessert werden, dass die Innenscheibe verschiebbar gelagert und über den Hohlraum des Steuerkolbens mit Druckmittel in Verbindung steht. Zu diesem Zweck kann die Innenscheibe einen zum Steuerkolben hin ausgerichteten Flansch aufweisen, der die Dichtwirkung erhöht und eine gute Führung für die Innenscheibe sicherstellt.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beschrieben:
1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Zentralgehäuse und einen Steuerkolben, wobei der Steuerkolben sich in der durch die Feder bestimmten Endstellung befindet und
2 zeigt einen Längsschnitt entsprechend 1, bei der der Kolben entgegen der Kraft der Feder nach innen verschoben ist.
In den 1 und 2 ist mit 1 ein Zentralgehäuse bezeichnet, das als Zentralschraube ausgebildet ist und den nicht dargestellten Nockenwellenversteller mit der nicht dargestellten Nockenwelle verspannt. Am Zentralgehäuse 1 sind Arbeitskammeranschlüsse A und B vorgesehen, die zu entsprechenden Arbeitskammern im Nockenwellenversteller führen. Zwischen den beiden Arbeitskammeranschlüssen ist ein Tankanschluss T vorgesehen, durch den drucklos Druckmittel abgeführt werden kann. Druckmittel wird über einen zentralen Druckanschluss 2 herangeführt. Am äußeren Ende des zentralen Druckanschlusses 2 ist ein mit 3 bezeichnetes Filterelement vorgesehen. Das Filterelement 3 weist einen Filterrahmen auf, der mittels eines nach außen vorstehenden Randes in einer Hinterschneidung eingerastet ist. Am inneren Ende des zentralen Druckanschlusses 2 ist eine Feder 4 eingebaut, die einen anschließenden Steuerkolben 5 in eine dem zentralen Druckanschluss 2 abgewandte Richtung belastet. Der Steuerkolben 5 weist einen Hohlraum 6 auf, der bis zu dem der Feder 4 gegenüberliegenden Ende reicht. An dem der Feder 4 abgewandten Ende des Steuerkolbens 5 ist ein Zapfen 7 angeformt, der über das Ende des Zentralgehäuses 1 hinausragt. Zwischen der zentralen Öffnung des Zentralgehäuses 1 und dem Zapfen 7 ist ein allgemein mit 8 bezeichnetes Dichtelement vorgesehen. Das Dichtelement 8 weist eine äußere Scheibe 9 und eine Innenscheibe 10 auf, wobei die äußere Scheibe 9 im Zentralgehäuse 1 fixiert und die innere Scheibe 10 dichtend geführt ist. Sie umschließen den Zapfen 7 mit Spiel. Zwischen den beiden Scheiben ist eine mit 11 bezeichnete Zwischenscheibe eingebaut, die zwischen den seitlichen Scheiben verspannt und dichtend mit dem Zapfen 7 verbunden ist sowie hinreichendes Spiel zum Zentralgehäuse 1 hat. Dadurch steht eine gute Dichtwirkung zur Verfügung, ohne dass eine Doppelpassung des Zapfens im Dichtelement gegenüber dem Außenmantel des Steuerkolbens entsteht. Die Innenscheibe 10 ist zylindrisch nach innen verlängert, ist verschiebbar geführt und hat eine gute Führung und Dichtwirkung gegenüber dem Zentralgehäuse 1. Die Innenseite der Innenscheibe 10 steht über Bohrungen mit dem Hohlraum 6 des Steuerkolbens in Verbindung und wird dadurch mit Druckmittel beaufschlagt. Am Mantel des Steuerkolbens 5 ist etwa mittig eine breite Ringnut 12 eingearbeitet, die, wie in 1 dargestellt, den Arbeitskammeranschluss A mit dem Tankanschluss T verbinden kann, während die Ringnut 12 in der Position des Steuerkolbens gemäß 2 den Arbeitskammeranschluss B mit dem Tankanschluss T verbindet. Seitlich neben der Ringnut 12 sind Nuten 13 und 14 eingearbeitet, die über im Nutgrund angeordnete Öffnungen 15 und 16 mit dem Hohlraum 6 in Verbindung stehen. In dem Nutgrund der Nuten 13 und 14 sind Rückschlagventile 17 und 18 eingebaut, die als geschlitzte Ringe ausgeführt sind und durch Aufweiten den Querschnitt zwischen den Öffnungen 15 und 16 und den Nuten 13 und 14 freigeben und Rückströmungen in den Hohlraum 6 unterbinden. Wie 1 zu entnehmen ist, kann Druckmittel durch den zentralen Druckanschluss 2, den Hohlraum 6, die Öffnungen 16 durch das Rückschlagventil 18 zu dem Arbeitskammeranschluss B gelangen, wogegen Rückströmungen durch das Rückschlagventil 18 unterbunden werden. In der Stellung des Steuerkolbens 5 gemäß 2 kann über den Hohlraum 6, die Öffnungen 15 und das Rückschlagventil 17 Druckmittel zu dem Arbeitskammeranschluss A gelangen, wobei auch hier eine Rückströmung unterbunden wird.
Bezugszeichenliste

1: Zentralgehäuse
2: zentraler Druckanschluss
3: Filterelement
4: Feder
5: Steuerkolben
6: Hohlraum
7: Zapfen
8: Dichtelement
9: äußere Scheibe
10: Innenscheibe
11: Zwischenscheibe
12: Ringnut
13, 14: Nuten
15, 16: Öffnungen
17, 18: Rückschlagventile
A, B: Arbeitskammeranschlüsse
T: Tankanschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004025215 A1 [0002]

Claims

Steuerventil für einen Nockenwellenversteller einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, das mit Druckmittel beaufschlagbare Arbeitskammern beherrscht, die in gegensinnig wirkende Druckräume unterteilt sind, wobei das Steuerventil zentral in der Nockenwelle oder in einem mit der Nockenwelle verbundenen Einsatz oder in einem Gehäuse angeordnet ist, die im Folgenden Zentralgehäuse (1) genannt werden, wobei das Zentralgehäuse (1) Arbeitskammeranschlüsse (A und B), einen Tankanschluss (T) und einen zentralen Druckanschluss (2) aufweist und mit einem im Zentralgehäuse (1) beweglich geführten, federbelasteten Steuerkolben (5) versehen ist, wobei mit einem Zapfen (7) des Steuerkolbens (5) eine maschinenfest angeordnete Betätigungseinheit in Wirkverbindung steht und der Zapfen (7) mittels eines Stützelements im Zentralgehäuse (1) geführt ist und wobei der Steuerkolben (5) hohl ausgeführt ist und der Hohlraum (6) mit dem zentralen Druckanschluss (2) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (5) Nuten (13, 14) aufweist, die strömungstechnisch mit den Arbeitskammeranschlüssen (A und B) verbindbar sind, wobei in den Nuten (13, 14) Öffnungen (15, 16) eingearbeitet sind, die mit dem Hohlraum (6) in Verbindung stehen und dass in den Nuten (13, 14) Rückschlagventile (17, 18) vorgesehen sind, die die Querschnitte der Öffnungen (15, 16) beherrschen.
Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagventile (17, 18) so ausgebildet und angeordnet sind, dass sie die Arbeitskammeranschlüsse (A und B) in Richtung zu dem zentralen Druckanschluss (2) verschließen.
Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagventile (17, 18) Ventilbleche aufweisen, die ringförmig angeordnet sind.
Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagventile (17, 18) als geschlitzte Federringe ausgeführt sind.
Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände der Nuten (13, 14) in Richtung zum Zentralgehäuse (1) erweiternd ausgeführt sind.
Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem zentralen Druckanschluss (2) zugeordnet am Zentralgehäuse (1) ein Filterelement (3) vorgesehen ist, das einen Filterrahmen mit Rastelementen aufweist, die clipartig in die Öffnung des zentralen Druckanschlusses (2) einrastbar ausgeführt sind.
Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement als Dichtelement (8) ausgeführt ist, eine äußere (9) und eine Innenscheibe (10), die dichtend im Zentralgehäuse (1) angeordnet sind und den Zapfen (7) mit Spiel umschließen, und eine Zwischenscheibe (11) aufweist, die dichtend auf dem Zapfen (7) geführt und mit Spiel im Zentralgehäuse (1) angeordnet ist.
Steuerventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenscheibe (10) flanschartig verlängert und mit Druckmittel beaufschlagbar ist.