CN103527279B - 带有液压阀的转动执行器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及带有液压阀的转动执行器。液压阀有阶梯孔，阶梯孔带有由其出发的工作接口。在孔内，被压力平衡的空心活塞可轴向移动。空心活塞以第一外直径在孔区段内可密封地移动。空心活塞跟随该第一外直径相邻地具有‑在其中一个工作接口的轴向的区域中带有大的外直径的包围面和‑在另外的工作接口的区域中带有小的外直径的包围面。各一个流入棱边和一个流出棱边由两个包围面发出。两个流入棱边彼此背离。流出棱边彼此相对，从而使得被引入到空心活塞的空腔中的供应压力一方面加载投影的圆面。该圆面由小的外直径形成，从而使得力在轴向上作用。供应压力另一方面加载投影的环面。环面由大的外直径扣除第一外直径形成。通过使圆面等于环面，空心活塞被压力平衡。

Description

带有液压阀的转动执行器
技术领域
本发明涉及一种带有液压阀的转动执行器。
背景技术
由DE10 2005 041 393A1公知一种用于转动执行器的液压阀。该液压阀与本发明一致具有可纵向移动地布置在孔内的活塞。从阀的内壁发出有
-压力介质接口P和
-两个轴向直接跟随该压力介质接口的工作接口A和B。活塞具有压力室流入通道和与该流入通道分开地布置的压力室流出通道。在一种即将提到的设计方案中，活塞同样可由合成材料或以粉末冶金注塑方法来制造。在此，作为例子举出了金属注射成型方法。
DE196 37 174A1示出了一种用于转动执行器的液压阀，其中活塞可纵向移动地布置在带有纵轴线的孔内。从孔的内壁发出有两个工作接口A、B和一个压力介质接口P。在此，压力介质接口P轴向布置在两个工作接口A、B之间。
由DE198 53 670B4同样公知一种用于转动执行器的液压阀。从孔的内壁发出有两个工作接口A、B和一个油箱出口T。在此，油箱出口T轴向布置在两个工作接口A、B之间。布置在液压阀端侧处的压力介质接口P将压力输送给孔或者内部的空心活塞。
由DE10 2004 038 252A1公知另一种用于转动执行器的液压阀。从孔的内壁轴向依次发出有压力介质接口P、油箱出口T和两个工作接口A、B。
发明内容
本发明的任务是，创造一种带有液压阀的转动执行器，其压力介质接口P与在共同的侧上的两个工作接口A、B轴向相邻。
根据本发明的一个优点，压力介质接口P直接跟随第一工作接口A(B)。该第一工作接口A直接或间接跟随第二工作接口B(A)。“间接“意味着，还有一个油箱出口T可处在两个工作接口A、B之间。由于两个工作接口A、B的直接或间接相邻的布置，在例如相对转动执行器布置在中心的液压阀的情形中转动执行器可轴向相应狭长地实施。在此，两个工作接口A和B的命名是任意的。
根据本发明的另一优点，压力介质接口P轴向布置在两个工作接口A、B之后或者之前。因此，该压力介质接口P可在转动执行器之外被联接到在液压阀中的、可将供应压力由流体输送泵输送至工作接口A或者B的通道处。因此，在转动执行器中的、将供应压力由流体输送泵引导至在转动执行器内的压力介质接口P的孔不是必需的。这样的尤其穿过转动执行器的转子的孔提高了加工花费且削弱了转子。在特别有利的方式中，因此液压流体被引导通过阀的空心活塞。
液压阀具有阶梯孔，该阶梯孔具有从该阶梯孔发出的工作接口A、B。在该孔内，被压力平衡的空心活塞可被轴向移动。空心活塞以第一外直径在孔区段内可密封地在一定公差下移动。空心活塞跟随该第一外直径相邻地具有
-在其中一个工作接口的轴向的区域中带有大的外直径的包围面和
-在另外的工作接口的区域中带有小的外直径的包围面。各一个流入棱边和一个流出棱边从两个包围面发出。两个流入棱边彼此背离地指向。流出棱边彼此相对地指向，从而使得被引入到空心活塞的空腔中的供应压力一方面加载在投影的圆面处。该圆面由小的外直径形成，从而使得力在轴向上起作用。与之相反，供应压力另一方面加载在投影的环面处。该环面由较大的外直径扣除第一外直径形成。
通过使圆面等于环面，空心活塞被压力平衡。
为了达到精确的压力平衡，这些面彼此处在具体的比例中。经由圆面积公式得出活塞的三个附属的外直径D1、D2、D3：
D1=4×K
D2=5×K
D3=3×K
在此，K是任意的常数。外直径D1是小的外直径。外直径D2是大的外直径。外直径D3是第一外直径。因此，上述的环面由在两个外直径D2、D3处的圆面积差形成。
除了两个工作接口A、B之外同样可设置有一个或两个旁路接口A1、B1。以此实现根据DE10 2006 012 733A1的一种方法，其借助于止回阀使得流向油箱出口的液压流体可供转动执行器用于枢转运动。
液压阀不须作为中心的液压阀径向布置在转动执行器内。替代将压力介质接口P布置在工作接口A、B之间，将压力介质接口P轴向布置在工作接口A、B旁边也在液压阀的外部的或者非中心的布置的情形中带来优点。在这样的外部的布置的情形中，液压阀例如被固定在
-气缸盖，
-气缸罩，
-在气缸盖与转动执行器之间的隔板或者隔片或
-布置在转动执行器之前的罩中。在非中心的布置的情形中的使用是特别有利的，这是因为非中心的液压阀通常具有被固定地连结到液压阀处的电磁调整元件。这样的电磁调整元件具有被压力平衡的磁衔铁。为了压力平衡，磁衔铁具有连接在磁衔铁之前的运动空间与在磁衔铁之后的运动空间的凹部。磁衔铁在被联接在液压阀的油箱出口处的衔铁内腔中运动。因为没有决定性的压力来自该油箱出口，所以运动空间没有压力且调整元件不从液压阀推开。相对地，在两个轴向的端部处带有供应接口的液压阀例如以P-B-T-A-P的顺序给运动空间施加以供应压力，从而使得调整元件和液压阀被彼此背离地按压。因此，根据本发明的作为非中心的液压阀的实施方式结合了如下优点：
-液压阀的轴向较短的结构空间和
-调整元件的没有力的联结。
空心活塞在阶梯孔中被轴向引导。该孔可以特别有利的方式被添加在插装阀的衬套中。然而，孔同样可布置在壳体中。在一种特别有利的实施方式中，孔被直接添加到中心螺栓中，该中心螺栓将转动执行器的转子与凸轮轴旋拧。
附图说明
下面借助三个实施例对本发明作详细阐述。
其中：
图1以截面图示形式示出了转动执行器，
图2以截面图示形式示出了一种在转动执行器中得到使用的液压阀的电磁调整元件，且
图3以截面图示形式示出了一种在转动执行器的情形中得到使用的液压阀。
具体实施方式
利用根据图1的转动执行器14，在内燃机的运行期间在凸轮轴18处相对驱动轮2的角度位置被无级地改变。通过凸轮轴18的扭转，换气阀的开启时刻和关闭时刻被如此地变换，即，内燃机在各个转速中带来其最佳的功率。转动执行器14具有圆柱形的定子1，其抗相对转动地与驱动轮2连接。在该实施例中，驱动轮2是经由其引导的未详细示出的链条的链轮。驱动轮2然而同样可以是齿带轮，驱动皮带作为驱动元件经由其被引导。经由该驱动元件和驱动轮2，定子1与曲轴驱动连接。
定子1包括圆柱形的定子基体3，在定子基体内侧上径向向内等间隔地伸出接片4。在相邻的接片4之间形成有间隙5，经由在图2中详细示出的布置在中心的液压阀12控制地，压力介质被带入到该间隙中。在相邻的接片4之间竖立有叶片6，其从转子8的圆柱形的转子轮毂7径向向外伸出。该叶片6将在接片4之间的间隙5相应地划分成两个压力室9和10。其中一个压力室9配属于在“提早”的方向上的调节装置，与之相反另一压力室配属于在“延迟”的方向上的调节装置。
接片4以其端侧密封地贴靠在转子轮毂7的外包围面上。在叶片方面，叶片6以其端侧密封地贴靠在定子基体3的圆柱形的内壁上。
转子8抗相对转动地与凸轮轴18连接。为了改变在凸轮轴18与驱动轮2之间的角度位置，转子8相对于定子1被转动。为此，按照期望的转动方向在压力室9或10中的压力介质被置于压力之下，而相应地另一压力室10或9被向油箱T卸载。为了将转子8相对定子1逆时针地枢转到示出的位置中，在转子轮毂7中的环状的第一转子通道19被液压阀12置于压力之下。由该第一转子通道19，另外的通道11于是通到压力室10中。该第一转子通道19配属于第一工作接口A。为了与之相反地顺时针地枢转转子8，在转子轮毂7中的环状的第二转子通道20被液压阀12置于压力之下，通到通道13中。该第二转子通道20配属于第二工作接口B。这两个转子通道19、20关于中轴线22轴向彼此间隔地布置，从而使得其在图1的附图平面中彼此覆盖地叠置。
转动执行器14被安放到实施成空心管16的装配式凸轮轴18上。为此，转子8被插到凸轮轴18上。空心管16具有孔23、24，其将配属于两个工作接口A、B的转子通道19、20液压地与在液压阀12的衬套27中的横向孔25,26连接。
因此，转动执行器14可借助于在图2中可见的液压阀12摆动。
在衬套27内的中心的孔28具有两个不同的内径29、30，这两个不同的内径经由圆锥形的孔区域31相互过渡。衬套27的第一横向孔25从较大的内径29发出且因此配属于第一工作接口A。衬套27的第二横向孔26从较小的内径30发出且因此配属于第二工作接口B。在衬套27内，空心活塞32可移动。为此，空心活塞32具有在端侧结束该空心活塞的、用于电磁调整元件34的贴靠面33。电磁调整元件34的挺杆35在中间贴靠在该贴靠面33上。在另一端侧的端部处，螺旋压力弹簧36贴靠在空心活塞32处，该螺旋压力弹簧支撑在衬套27的支撑元件处。在此，螺旋压力弹簧36贴靠在空心活塞32的端环面81上。因此，空心活塞32可用电磁调整元件34克服螺旋压力弹簧36的弹簧力轴向地相对衬套27移动。空心活塞32具有流入通道37和流出通道38。流入通道37是在空心活塞32内的空腔80中且经由中心的孔28在小的内径30的区域中通向轴向被引入到衬套27中的压力介质接口P。与之相反，流出通道38通向油箱出口T。流入通道37与流出通道38的划界经由在空心活塞32内的大致上倾斜地延伸的壁40实现。该倾斜的延伸部将四个控制棱边41、42、43、44分开。这些控制棱边41、42、43、44布置在径向背离空心活塞32地延伸的环形接片45、46上。两个环形接片45、46轴向彼此间隔。靠近调整元件34的环形接片45具有带有大的外直径D2的包围面47，且在中心的孔28中在较大的内径29的区域中被引导。远离调整元件34的环形接片46具有带有小的外直径D1的包围面48且在中心的孔28中在小的内径30的区域中被引导。两个控制棱边42、43限定了环形接片45、46的彼此面对的侧面。两个另外的控制棱边41、44限定了环形接片45、46的彼此背离的侧面。
流出通道38由两个彼此面对的控制棱边42、43通向油箱出口T。与之相反，流入通道37通向两个彼此背离的控制棱边41、44。因此，两个彼此面对的控制棱边42、43形成流出棱边，与之相反彼此背离的控制棱边41、44形成流入棱边。
在液压阀12的图2中示出的截止中间位置中，两个彼此面对的控制棱边42、43具有与衬套27的相对较大的重合部50、51。与之相反，在液压阀12的该截止中间位置中两个彼此背离的控制棱边41、44不具有与衬套27的重合部。因此根据流出棱边控制的原理如下被确保，即，转子8相对定子1在确定的角度位置中被压紧。流出棱边控制的原理在DE198 23619A1中被详细阐述。
空心活塞32的第一外直径D3在孔区段71中可密封地在一定公差下移动。该孔区段71由套管64形成，其与衬套27固定地连接。为此，套管64被压入到衬套27中。空心活塞32的第一外直径D3大致上与套管64的第一内径70相符。第一外直径D3在由调整元件34朝向压力介质接口P轴向指向的方向上跟随有
-在其中一个工作接口A的区域中带有大的外直径D2的包围面47和
-在另外的工作接口B的区域中带有较小的外直径的包围面48。
空心活塞32以特别有利的方式被压力平衡，从而使得转动执行器14的位置调节可高品质地实施。为此，作用到空心活塞32上的轴向力相互抵消。也就是说不依赖于在压力介质接口P上的供应压力，在附图中向左作用的力F1等于向右作用的力F2。
从压力介质接口P被引入到空心活塞32的流入通道37中的供应压力一方面在整个平面上加载在投影的圆面60上。该圆面60由空心活塞32的较小的外直径D1形成。圆面60由端环面81和倾斜地延伸的壁40投影到垂直于中轴线22的平面上。因此形成作用到调整元件34上的力F1。相反的力F2经由供应压力作用在环面61上，该环面由在大的外直径D2处的环面83扣除在第一外直径D3处的环面99形成。如在图2的下半图中可见的那样，由该差值形成作为投影到垂直于中轴线22的平面上的面的环面61。
衬套27的较小的内径30大致上与在包围面48处的小的外直径D1相符。因此，小的外直径D1大致上定义了圆面60，其与在压力介质接口P处的压强相乘则预先给定了在轴向方向上，在附图中向左作用的力F1。在相反方向上起作用的力F2由环面61确定，该环面在被压入到衬套27中的套管64的端侧63处形成。该端侧63与环形接片45的端侧62对置。
因此，流入通道37建立了在圆面60与环面61之间的液压连接。圆面60和环面61为了压力平衡具有相同的大小。因此达到没有任何力，其使得调整元件调节位置尤其在示出的中间位置中变得容易。由该中间位置或者截止中间位置被调节。
从截止中间位置出来和返回到其中的短暂的轻微运动顺时针或者逆时针枢转转子8。
在图2中示出了接口顺序或者端口顺序P-B-A-T。因此依次为：
-压力介质接口P，
-其中一个工作接口B，
-另外的工作接口A和最后
-油箱出口T。
在此，供应接口P的输送轴向地实现。
在图2中还以虚线示出了接口的两种另外的备选的可能性。因此，替代油箱出口T，至油箱的出口可实施成油箱出口T1。在此，油箱出口T1轴向布置在两个工作接口A、B之间。在该情况中，至油箱出口T的流出通道38同样可根据虚线87被封闭。
如下备选也是可能的，即，以如下方式径向安置轴向的接口，即，将凹部设置在衬套中或者在空心活塞32中。这借助供应接口P1或者油箱出口T3示出。
在一种备选的设计方案中，凸肩不以套管64来实现。作为替代可设置另一设计方案，利用该设计方案能够实现可装配性。例如，衬套27可实施成两件式被旋拧在一起的构件，这作为套管64的替代具有一件式的凸肩。旋拧平面于是确保了可装配性。
作为衬套的替代同样可在壳体内设置孔。
在一种备选的设计方案中，压力介质接口P不被轴向引入到衬套27中。作为替代，压力介质接口P被径向引入。为此，例如横向孔或凹部可设置在衬套27的壁中。该横向孔于是处在螺旋压力弹簧36的轴向的区域中。
液压阀可根据该实施例实施成中心的液压阀，其也被称作中心阀。然而，其同样可实施成非中心的液压阀。液压阀同样可实施成插装液压阀。
图3对于仅带有部分示出的液压件113的非中心的液压阀112而言显示了电磁调整元件134。该调整元件134在内部被压力平衡。因此，通道120由油箱出口T通向在调整元件134内的环腔136，在该环腔中磁衔铁135轴向可移动地布置。磁衔铁135具有凹部137，由此磁衔铁135被压力平衡。因为没有决定性的压力来自油箱出口T，所以磁衔铁135的运动空间没有压力且调整元件134不背离液压零件113地被按压。
相对地，在两个轴向的端部处带有供应接口P的液压阀的液压零件例如以P-B-T-A-P的顺序对运动空间施加以供应压力，从而使得调整元件和液压阀彼此背离地被按压。
凸轮轴可例如是装配式凸轮轴。
油箱出口不须布置在端侧。因此如下同样是可能的，即，油箱出口实施成在活塞中和/或在衬套中的径向孔。
液压阀可实施成在转子轮毂内或者在凸轮轴的中间的凹部内的中心阀。在此，凸轮轴可以是装配式凸轮轴，在其中凸轮被安放到管上。
用于中心阀的电磁调整元件在设计上不须根据图2。尤其如下是可能的，即，以如下方式防止由于贴靠面33相对挺杆35的转动运动带来的问题，即，挺杆35被倒圆地仅点状地贴靠在贴靠面33上。如下同样是可能的，即，挺杆35的端部是滚动支承球，该滚动支承球贴靠在贴靠面33上。例如DE10 2010 060 180A1示出了这样用于中心阀的、带有滚动支承球的电磁调整元件。
备选地如下同样是可能的，即，将液压阀实施成远程阀或者实施成非中心的液压阀。
用于调节转动执行器的压力可来自流体输送泵。该流体输送泵可尤其是用于内燃机的润滑介质供应的油泵。然而如果为了转动执行器的高的调节速度而应该施加相对较高的压力，那么流体输送泵仅可配属于
转动执行器或可配属于
转动执行器和另外的液压组件。
在该情况中，流体输送泵例如可实施成叶片泵。备选地，齿轮泵、径向活塞泵和新月泵(Mondsichelpumpen)是可能的。
显然，两个工作接口以字母A或B的命名是任意的且可彼此交换。
活塞可由金属或由合成材料生产。合成材料以注塑方式来制造。在使用合成材料的情形中，纤维增强的合成材料同样是有利的，如其已经在未公开的DE10 2007 026 831中示出的那样。
为了制造活塞可使用带有滑块的模具。
所描述的实施方式仅是示例性的设计方案。不同的实施方式的所描述的特征的组合同样是可能的。属于本发明的装置部分的另外的尤其未描述的特征由装置部分的在附图中示出的几何结构得悉。

Claims (11)

1.带有液压阀(12)的转动执行器(14)，液压阀具有阶梯孔(28)和由阶梯孔出发的第一工作接口(A)和第二工作接口(B)，其中，被压力平衡的空心活塞(32)能轴向移动地设置在所述孔(28)内且以第一外直径(D3)在孔区段(71)内密封地安装，其中，所述空心活塞(32)跟随所述第一外直径地具有
-带有大的外直径(D2)的包围面(47)和
-在第二工作接口(B)的区域中带有小的外直径(D1)的包围面(48)，被引入到所述空心活塞(32)的空腔(80)中的供应压力一方面加载在投影的由小的外直径(D1)形成的圆面(60)处，从而使得力(F1)在轴向上起作用，而所述供应压力另一方面加载在投影的环面(61)处，其由所述大的外直径(D2)扣除所述第一外直径(D3)形成。
2.根据权利要求1所述的带有液压阀(12)的转动执行器(14)，其特征在于，所述空心活塞(32)具有在第一工作接口(A)的轴向的区域中带有大的外直径(D2)的包围面(47)，相应的第一流入棱边和第一流出棱边由带有大的外直径的包围面出发，第二流入棱边和第二流出棱边由带有小的外直径的包围面出发，其中，第一流入棱边和第二流入棱边彼此背离地指向且第一流出棱边和第二流出棱边彼此相对地指向。
3.根据权利要求1或2所述的带有液压阀(12)的转动执行器(14)，其特征在于，所述供应压力在整个面上加载在所述投影的圆面(60)上。
4.根据权利要求1或2所述的带有液压阀(12)的转动执行器(14)，其特征在于，所述圆面(60)的面积等于所述环面(61)的面积。
5.根据权利要求1所述的带有液压阀(12)的转动执行器(14)，其特征在于，所述第二工作接口(B)和第一工作接口(A)跟随压力介质接口(P)，第一油箱出口(T)跟随压力介质接口(P)。
6.根据权利要求1所述的带有液压阀(12)的转动执行器(14)，其特征在于，第二工作接口(B)跟随压力介质接口(P)，第二油箱出口(T1)跟随第二工作接口(B)，第一工作接口(A)跟随第二油箱出口(T1)。
7.根据权利要求1或2所述的带有液压阀(12)的转动执行器(14)，其特征在于，在孔区段(71)处为了建立用于第一外直径(D3)的内径(70)设置有套管(64)，其被不动地插入到所述孔(28)中，从而使得所述空心活塞(32)在安装所述套管(64)的时间之前能被装到所述孔(28)中。
8.根据权利要求1或2所述的带有液压阀(12)的转动执行器(14)，其特征在于，流入通道(37)与流出通道(38)在所述空心活塞(32)内的划界经由在所述空心活塞(32)内的大致上倾斜地延伸的壁(40)实现，其中，所述壁的倾斜的延伸部将四个控制棱边(41、42、43、44)分开，这些控制棱边布置在径向背离所述空心活塞(32)地延伸的环形接片(45、46)上，其中，靠近调整元件(34)的环形接片(45)具有带有大的外直径(D2)的包围面(47)，其中，所述环形接片(45)在中心的孔(28)中在大的内径(29)的区域中被引导，其中，远离所述调整元件(34)的环形接片(46)具有带有小的外直径(D1)的包围面(48)且在中心的孔(28)中在小的内径(30)的区域中被引导。
9.根据权利要求5或6所述的带有液压阀(12)的转动执行器(14)，其特征在于，所述液压阀(12)实施成在转子轮毂(7)内的中心阀，其中，所述供应压力轴向由实施成空心管(16)的装配式凸轮轴被输送给所述空心活塞(32)。
10.根据权利要求1或2所述的带有液压阀(12)的转动执行器(14)，其特征在于，所述液压阀实施成非中心的液压阀，其电磁的调整元件具有带有用于内部的压力平衡的凹部(137)的磁衔铁(135)。
11.根据权利要求1或2所述的带有液压阀(12)的转动执行器(14)，其特征在于，所述小的外直径是常数(K)的四倍，其中，所述大的外直径是所述常数(K)的五倍，其中，所述第一外直径是所述常数(K)的三倍。
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