DE102005048732A1

DE102005048732A1 - Hydraulisches Wegeventil

Info

Publication number: DE102005048732A1
Application number: DE102005048732A
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Hoppe; Andreas Dipl.-Ing. Röhr
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-10-12
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2007-04-19
Also published as: CN101287894A; US20080245983A1; US7959128B2; CN101287894B; WO2007042361A1; KR20080048530A; JP2009511837A; EP1937944A1; KR101292388B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stelleinheit (10) eines hydraulischen Wegeventils (9) mit einem Anker (18), der innerhalb eines Ankerraums (30) axial verschiebbar angeordnet ist, und einem Polkern (29), der in einer Aufnahme (27a) angeordnet ist und den Ankerraum (30) in einer Bewegungsrichtung des Ankers (18) begrenzt. Es werden Mittel vorgeschlagen, Ablagerungen auf einer Führungsfläche des Ankers (18) zu vermeiden, wodurch die Dynamik und das Ansprechverhalten der Stelleinheit (10) erhöht und Hystereseeffekte und die Gefahr einer Funktionsstörung der Stelleinheit minimiert werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stelleinheit eines hydraulischen Wegeventils mit einem Anker, der innerhalb eines Ankerraums axial verschiebbar angeordnet ist und einem Polkern, der in einer Aufnahme angeordnet ist und den Ankerraum in einer Bewegungsrichtung des Ankers begrenzt.

Derartige Wegeventile werden in Brennkraftmaschinen beispielsweise zur Ansteuerung von hydraulischen Nockenwellenverstellern verwendet. Die Wegeventile bestehen aus einer elektromagnetischen Stelleinheit und einem Ventilabschnitt. Der Ventilabschnitt stellt den hydraulischen Abschnitt des Wegeventils dar, wobei an diesem zumindest ein Zulaufanschluss, mindestens ein Arbeitsanschluss und ein Tankanschluss ausgebildet sind. Mittels der elektromagnetischen Stelleinheit können bestimmte Anschlüsse des Ventilabschnitts hydraulisch miteinander verbunden und somit die Druckmittelströme gelenkt werden.

Derartige Wegeventile können einteilig ausgebildet sein, wobei die elektromagnetische Stelleinheit ortsfest mit dem Ventilabschnitt verbunden ist. In diesen Fällen ist das Wegeventil in einer, beispielsweise an einem Zylinderkopf oder einem Zylinderkopfdeckel ausgebildeten, Aufnahme positioniert und über Druckmittelleitungen mit den Druckkammern des Nockenwellenverstellers verbunden.

In einer weiteren Ausführungsform sind die elektromagnetische Stelleinheit und der Ventilabschnitt als separate Bauteile ausgeführt, wobei der Ventilabschnitt radial innerhalb eines Innenrotors des Nockenwellenverstellers angeordnet ist. Dabei ist es beispielsweise denkbar, den Ventilabschnitt innerhalb einer Aufnahme anzuordnen, die an dem Innenrotor, einer Nockenwelle oder einer Verlängerung der Nockenwelle ausgebildet ist. Der Ventilabschnitt ist in diesem Fall koaxial zu der Nockenwelle und dem Innenrotor angeordnet und rotiert gemeinsam mit diesen um die gemeinsame Rotationsachse.

In axialer Richtung zu dem Ventilabschnitt ist die elektromagnetische Stelleinheit angeordnet, wobei diese ortsfest beispielsweise an einem Kettenkasten oder ähnlichem befestigt ist. Die elektromagnetische Stelleinheit kontrolliert die axiale Position einer Stößelstange, die wiederum die axiale Position eines Steuerkolbens des Ventilabschnitts kontrolliert.

Für den Einsatz eines Wegeventils zur Steuerung eines Nockenwellenverstellers ist dieses im Normalfall als 4/3- oder 4/2-Proportionalwegeventil ausgebildet. Ein derartiges Proportionalventil ist beispielsweise aus der DE 102 11 467 A1 bekannt. Die elektromagnetische Stelleinheit besteht in diesem Fall aus einem Magnetjoch (Polkern), einer Spule, einem Gehäuse, einem Anker und einem Anschlusselement, welches eine elektrische Steckverbindung aufnimmt, die zur Stromversorgung der Spule dient.

Die Spule und der Polkern sind innerhalb des Gehäuses der elektromagnetischen Stelleinheit koaxial zueinander angeordnet. Innerhalb der Spule ist ein Ankerraum ausgebildet, der in radialer Richtung von der Umspritzung der Spule und in axialer Richtung einenends von dem Gehäuse und anderenends von dem in dem Ankerraum aufgenommenen Polkern begrenzt wird. Innerhalb des Ankerraums ist ein in axialer Richtung verschiebbarer Anker angeordnet, an dem eine Stößelstange befestigt ist, die durch eine Öffnung des Polkerns greift und in dieser Öffnung in radialer Richtung unterstützt wird. Der Anker, das Ge häuse und der Polkern bilden einen Flusspfad für die magnetischen Flusslinien, welche durch Bestromen der Spule hervorgerufen werden.

Der Ventilabschnitt besteht aus einem Ventilgehäuse und einem darin axial verschiebbar angeordneten Steuerkolben. Das Ventilgehäuse ist als Zentralschraube ausgeführt, welche innerhalb eines Innenrotors eines Nockenwellenverstellers angeordnet ist und diesen drehfest mit einer Nockenwelle verbindet. Auf dem Innenrotor ist ein drehbar zu diesem gelagerter Außenrotor angeordnet, der in der dargestellten Ausführungsform mittels eines Kettentriebes in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle steht.

An der Außenmantelfläche des Ventilgehäuses sind mehrere Druckmittelanschlüsse ausgebildet, die als Zu-, Ablaufanschluss und Arbeitsanschlüsse dienen. Die Arbeitsanschlüsse kommunizieren mit innerhalb des Nockenwellenverstellers ausgebildeten, gegeneinander wirkenden Druckkammern.

Im Inneren des Ventilgehäuses ist ein Steuerkolben axial verschiebbar angeordnet, wobei der Außendurchmesser des Steuerkolbens dem Innendurchmesser des Ventilgehäuses angepasst ist. An der Außenmantelfläche des Steuerkolbens sind Ringnuten ausgebildet, über welche benachbarte Druckmittelanschlüsse miteinander verbunden werden können.

Durch Bestromen der Spule wird der Anker in Richtung des Polkerns gedrängt, wobei diese Bewegung mittels einer am Anker angebrachten Stößelstange auf den Steuerkolben übertragen wird. Dieser wird nun gegen eine sich am Ventilgehäuse abstützende Feder in axialer Richtung bewegt, wodurch der Druckmittelstrom von dem Zulaufanschluss zu einem der Arbeitsanschlüsse und von dem anderen Arbeitsanschluss zum Ablaufanschluss gesteuert wird. Dadurch wird den Druckkammern des Nockenwellenverstellers Druckmittel zu- bzw. aus diesen abgeführt, wodurch die Phasenlage der Nockenwelle zu einer Kurbelwelle variiert werden kann.

Um ein leichtgängiges axiales Verschieben des Ankers während des Betriebs zu gewährleisten, ist vorgesehen dem Ankerraum eine geringe Menge Schmiermittel zuzuführen. Dies wird dadurch erreicht, dass eine geringe Le ckage von Motoröl in das Innere der Stelleinheit zugelassen wird.

Während der Lebensdauer der Stelleinheit führt die geringe Zirkulation von Schmiermittel in der Stelleinheit dazu, dass sich Ablagerungen, beispielsweise gealtertes Motoröl, oder Fremdkörper an der Lauffläche des Ankers absetzen oder sich Ölschlamm innerhalb der Stelleinheit ansammelt. Dies führt zu einem verschlechterten Ansprechverhalten der Stelleinheit, höheren Hystereseeffekten und geringerer Dynamik und kann bis zum Klemmen des Ankers und damit zum Ausfall der Stelleinheit und damit des Nockenwellenverstellers führen.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde diese geschilderten Nachteile zu vermeiden und somit eine elektromagnetische Stelleinheit zu schaffen, die dauerhaft ein hohes Ansprechverhalten und eine hohe Dynamik bei geringen Hystereseffekten aufweist, wobei die Lebensdauer erhöht und die Kosten und der Herstellungsaufwand verringert oder zumindest nicht erhöht werden sollen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zumindest ein Abflusskanal vorgesehen ist, der sowohl mit dem Ankerraum als auch mit dem Äußeren der Stelleinheit kommuniziert.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass mit dem Anker eine Stößelstange verbunden ist, die sich durch eine Öffnung im Polkern erstreckt und von dieser radial abgestützt wird.

Ein Ankerraum der Stelleinheit wird in radialer Richtung und in axialer Richtung zumindest teilweise von einer Spule umgeben, die über ein Anschlusselement bestromt werden kann. Innerhalb des Ankerraums ist ein in axialer Richtung verschiebbarer Anker angeordnet, der auf einer der Außenkontur des Ankers angepassten Führungsfläche gelagert ist. Die axiale Position des Ankers innerhalb des Ankerraums kann durch Bestromen der Spule gezielt eingestellt werden. Die Führungsfläche kann beispielsweise von einer Ankerführungshülse, die zumindest teilweise von einer Umspritzung der Spule abgestützt ist, oder von der Umspritzung selbst gebildet werden. In einer axialen Richtung des Ankers, vorzugsweise in einer dem Ventilabschnitt zugewandten Richtung, wird der Ankerraum durch einen Polkern begrenzt. Der Polkern ist in einer Aufnahme angeordnet, die beispielsweise durch die Ankerführungshülse, die Umspritzung der Spule oder in einem Gehäuse, das die Stelleinheit zumindest teilweise umfasst, ausgebildet sein kann. Der Polkern kann beispielsweise mittels einer Presspassung in der Aufnahme dreh- und ortsfest befestigt sein. Die Stelleinheit ist mittels an dem Gehäuse ausgebildeten Haltelaschen an einer Umgebungskonstruktion, beispielsweise einem Kettenkasten, befestigt, wobei die Haltelaschen derart angeordnet und ausgebildet sind, dass die Stelleinheit nur in einer Orientierung an der Umgebungskonstruktion angebracht werden kann.

Die Bewegung des Ankers wird mittels einer mit diesem verbundenen Stößelstange auf einen Steuerkolben eines axial zur Stelleinheit angeordneten Ventilabschnitts übertragen. Dabei durchgreift die Stößelstange eine an dem Polkern ausgebildete Öffnung, in der die Stößelstange radial abgestützt und axial geführt wird.

Um ein hohe Ansprechdynamik und geringe Hystereseeffekte zu erreichen, ist vorgesehen, dem Ankerraum während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine geringe Menge an Schmiermittel, in Form von Motoröl, zuzuführen.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, an der Stelleinheit einen Abfluss auszubilden, über den das Motoröl im Ankerraum aus der Stelleinheit herausgeleitet werden kann. Dadurch tritt eine Spülwirkung innerhalb des Ankerraums ein. Diese verhindert, dass sich an der Führungsfläche oder dem Anker Ablagerungen, beispielsweise gealtertes Motoröl oder Fremdkörper, ablagern. Des Weiteren werden Fremdkörper, beispielsweise Urschmutz der Brennkraftmaschine oder Abrieb, aus der Stelleinheit ausgeschwemmt und ein Ansammeln von Ölschlamm innerhalb der Stelleinheit verhindert. Dadurch erfolgt die Bewegung des Ankers im Ankerraum gegen einen geringeren Widerstand und es besteht nicht die Gefahr eines Verklemmens des Ankers. Das Ansprechverhalten und die Dynamik der Bewegung des Ankers bleiben dauerhaft hoch und Hystereseeffekte und die Gefahr von Ausfällen werden deutlich reduziert.

In einer Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abflusskanal an einer geodätisch tiefsten Stelle in den Ankerraum mündet.

Dadurch, dass die Mündung des Abflusskanals in den Ankerraum an einer Stelle vorgesehen ist, an der sich das in der Stelleinheit befindliche Motoröl auf Grund der Gravitation sammelt, wird die Stelleinheit in den besonders kritischen Phasen, den Betriebspausen der Brennkraftmaschine, funktionssicher entleert. In diesen Betriebsphasen wird das Motoröl, da der Anker keine Bewegungen ausführt, nicht ständig umgewälzt. Ablagerungseffekte erfolgen vorzugsweise in diesen Phasen. Durch die vollständige, selbständige Entleerung der Stelleinheit wird diese Gefahr beseitigt.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abflusskanal in einen Kettenkasten mündet.

Im Falle von kettengetriebenen Nockenwellenverstellern durchgreift die Stelleinheit einen Flanschabschnitt eines Kettenkastens. Um zu vermeiden, dass das aus der Stelleinheit abgeführte Motoröl in den Motorraum eines Fahrzeugs gelangt, muss sichergestellt sein, dass dieses ohne Leckage in das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine zurückgeführt wird. Eine kostengünstige Lösung wird dadurch erreicht, dass sich der Abflusskanal ebenfalls durch die Öffnung des Flanschabschnitts des Kettenkastens erstreckt und in dessen Inneres mündet.

In einer Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, den Abflusskanal als Abflussbohrung im Polkern auszubilden. Alternativ kann vorgesehen sein, den Abflusskanal zwischen dem Polkern und einer Wandung der Aufnahme des Polkerns auszubilden. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Abflusskanal als Axialnut an einer Außenmantelfläche des Polkerns oder an einer Innenmantelfläche einer Wandung der Aufnahme ausgebildet ist. Alternativ kann der Polkern kraftschlüssig innerhalb einer Aufnahmeöffnung eines Gehäuses befestigt sein, wobei der Abflusskanal als Ringkanal zwischen dem Polkern und der Aufnahme ausgebildet ist und über eine Aussparung an einer Innenmantelfläche der Aufnahmeöffnung, eine Aussparung an der Außenmantelfläche des Pol kerns oder eine Gehäuseöffnung mit dem Äußeren der Stelleinheit kommuniziert.

Die vorgeschlagenen Ausführungsformen stellen kostengünstig bzw. kostenneutral zu realisierende Lösungen dar, welche den Herstellungsaufwand nicht oder kaum erhöhen. Während der Herstellung der Komponenten kann der Abflusskanal durch geringfügige Modifikationen am Herstellungswerkzeug berücksichtigt werden.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Stelleinheit ein als Zentralventil ausgebildetes Wegeventil steuert, wobei das Wegeventil radial innerhalb eines Innenrotors einer Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine angeordnet ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen
1 einen auf einer Nockenwelle montierten Nockenwellenversteller mit einem als Zentralventil ausgeführten Wegeventil im Längsschnitt,
2a eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stelleinheit im Längsschnitt,
2b einen Draufsicht auf die erfindungsgemäße Stelleinheit aus 2a entlang des Pfeils IIB,
3a eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stelleinheit im Längsschnitt,
3b einen Draufsicht auf die erfindungsgemäße Stelleinheit aus 3a entlang des Pfeils IIIB,
4a eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stelleinheit im Längsschnitt,
4b einen Draufsicht auf die erfindungsgemäße Stelleinheit aus 4a entlang des Pfeils IVB,
5a eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stelleinheit im Längsschnitt,
5b einen Draufsicht auf die erfindungsgemäße Stelleinheit aus 5a entlang des Pfeils VB,
6a eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stelleinheit im Längsschnitt,
6b einen Draufsicht auf die erfindungsgemäße Stelleinheit aus 6a entlang des Pfeils VIB.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist ein Nockenwellenversteller 1 dargestellt, der an einem antriebsseitigen Ende einer Nockenwelle 2 angeordnet ist. Der Nockenwellenversteller 1 besteht aus einem Innenrotor 3, einem Außenrotor 4 und zwei Seitendeckeln 5. Der Innenrotor 3 ist drehfest mit der Nockenwelle 2 verbunden und koaxial zum Außenrotor 4 angeordnet. Die Seitendeckel 5 begrenzen den Nockenwellenversteller 1 in axialer Richtung. An einer Innenmantelfläche des Außenrotors 4 sind Ausnehmungen 6 vorgesehen, die von dem Außenrotor 4, dem Innenrotor 3 und den Seitendeckeln 5 druckdicht begrenzt werden. An einer Außenmantelfläche des Innenrotors 3 sind Flügel 7 angeordnet, wobei jeder Flügel 7 in eine der Ausnehmungen 6 eingreift und diese in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern teilt.
Über ein an einer Außenmantelfläche des Außenrotors 4 ausgebildetes Kettenrad 8 steht der Außenrotor 4 in Antriebsverbindung mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle. Über eine durch die Druckkammern und den Flügel 7 gebildete hydraulische Stellvorrichtung wird das auf den Außenrotor 4 übertragene Drehmoment der Kurbelwelle auf den Innenrotor 3 und somit die Nockenwelle 2 übertragen. Durch Druckmittelzufuhr bzw. -abfuhr zu bzw. von einzelnen Druckkammern kann eine Phasenlage zwischen dem Außenrotor 4 und dem Innenrotor 3 innerhalb eines gewissen Winkelbereichs eingestellt bzw. gehalten werden. Dadurch ist die Phasenlage der Nockenwelle 2 relativ zur Kurbelwelle in einem gewissen Rahmen variabel einstellbar.
Die Ausbildung derartiger Nockenwellenversteller 1 und deren Funktionsweise sind dem Fachmann hinlänglich bekannt und beispielsweise in der DE 103 55 502 A1 beschrieben.
Zur Steuerung der Phasenlage der Nockenwelle 2 relativ zur Kurbelwelle ist ein hydraulisches Wegeventil 9 vorgesehen, welches aus einer elektromagnetischen Stelleinheit 10 und einem Ventilabschnitt 11 besteht. Das Wegeventil 9 ist als Zentralventil ausgebildet, wobei der Ventilabschnitt 11 radial innerhalb des Innenrotors 3 und koaxial zu diesem angeordnet ist und entweder um die gemeinsame Rotationsachse mit diesem rotieren oder stillstehen kann.
Der Ventilabschnitt 11 setzt sich aus einem Ventilgehäuse 12 und einem Steuerkolben 13 zusammen, wobei der Ventilabschnitt 11 innerhalb der hohl ausgebildeten Nockenwelle 2 angeordnet ist. Das im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführte Ventilgehäuse 12 weist zwei Arbeitsanschlüsse A, B, einen Zulaufanschluss P und zwei Ablaufanschlüsse T auf. Innerhalb des Ventilgehäuses 12 ist axial verschiebbar der Steuerkolben 13 aufgenommen. Durch geeignetes Positionieren des Steuerkolbens 13 relativ zum Ventilgehäuse 12 kann jeder der Arbeitsanschlüsse A, B entweder mit dem Zulaufanschluss P oder dem Ablaufanschluss T verbunden werden. Die Arbeitsanschlüsse A, B stehen über Druckmittelleitungen 14 mit den Druckkammern in hydraulischer Verbin dung. Durch geeignetes Positionieren des Steuerkolbens 13 innerhalb des Ventilgehäuses 12 kann selektiv einzelnen Druckkammern des Nockenwellenverstellers 1 Druckmittel zugeführt bzw. aus diesem abgeführt werden und somit die Phasenlage der Nockenwelle 2 relativ zur Kurbelwelle eingestellt werden.
Die noch näher zu erläuternde elektromagnetische Stelleinheit 10 ist in axialer Richtung zur Nockenwelle 2 und dem Ventilabschnitt 11 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform durchgreift die Stelleinheit 10 einen Flanschabschnitt 15b eines Kettenkasten 15 mit dem diese über Haltelaschen 16 orts- und drehfest verschraubt ist. Dabei sind mehrere Haltelaschen 16 vorgesehen, die derart angeordnet sind, dass die Stelleinheit 10 nur in einer definierten Orientierung zum Kettenkasten 15 montiert werden kann.
Der Außendurchmesser eines die Stelleinheit 10 umgreifenden Gehäuses 26 ist dem Innendurchmesser der Öffnung des Flanschabschnitts 15b angepasst, wobei an der Dichtstelle zwischen den Bauteilen ein erstes Dichtelement 15a angeordnet ist.
Mittels einer Stößelstange 17 kann die axiale Bewegung eines Ankers 18 auf den Steuerkolben 13 übertragen und dieser somit gegen die Kraft eines Federelements 19 in axialer Richtung verschoben werden. Dadurch können die hydraulischen Verbindungen zwischen den Arbeitsanschlüssen A, B, dem Zulaufanschluss P und den Ablaufanschlüssen T gezielt gesteuert und somit Einfluss auf die Phasenlage der Nockenwelle 2 relativ zur Kurbelwelle genommen werden.
Anhand von 2a wird im Folgenden der Aufbau der elektromagnetischen Stelleinheit 10 und deren Funktionsweise erläutert.
Die elektromagnetische Stelleinheit 10 weist einen Spulenkörper 20 und ein einteilig mit diesem ausgebildetes Anschlusselement 21 auf. Der Spulenkörper 20 trägt eine aus mehreren Windungen eines geeigneten Drahtes bestehende Spule 22 und ist zumindest teilweise von einer Umspritzung 23 aus nichtmagnetisierbarem Material umgeben. An der nockenwellenabgewandten Seite des Spulenkörpers 20 ist ein Magnetjoch 24 angeordnet, das in der dargestellten Ausführungsform einen scheibenartigen und einen hülsenartigen Abschnitt 24a, 24b aufweist. Der hülsenartige Abschnitt 24b greift in einen Hohlraum radial innerhalb der Umspritzung 23 der Spule 22 ein, wobei dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser der Umspritzung 23 angepasst ist. Der scheibenartige Abschnitt 24a legt sich in axialer Richtung an die Umspritzung 23 an und bestimmt somit die axiale Position des Magnetjochs 24. Alternativ ist es auch denkbar, den hülsenartigen Abschnitt 24b bei der Herstellung der Umspritzung 23 in diese zu integrieren.
Radial innerhalb des hülsenartigen Abschnitts 24b und der Umspritzung 23 ist eine topfförmige Ankerführungshülse 25 angeordnet, deren offenes Ende der Nockenwelle 2 zugewandt ist und die sich in axialer Richtung über den Spulenkörper 20 und die Umspritzung 23 hinaus erstreckt. Das offene Ende der Ankerführungshülse 25 erstreckt sich ringförmig nach außen.
Der Spulenkörper 20 ist weiterhin in einem topfförmigen Gehäuse 26 angeordnet, in dessen Boden eine Aufnahmeöffnung 27 vorgesehen ist. Das offene Ende der Ankerführungshülse 25 erstreckt sich in radialer Richtung zwischen dem Boden des Gehäuses 26 und der Umspritzung 23, wobei ein zweites Dichtelement 28 vorgesehen ist, der eine Dichtstelle zwischen der Ankerführungshülse 25 und dem Gehäuse 26 abdichtet.
Die Aufnahmeöffnung 27 ist teil einer Aufnahme 27a in der ein Polkern 29 aufgenommen ist. In der dargestellten Ausführungsform ist der Polkern 29 mittels einer Presspassung mit der Aufnahmeöffnung 27 am Gehäuse 26 befestigt und ragt in axialer Richtung in die Ankerführungshülse 25 hinein.
Die Ankerführungshülse 25 und der Polkern 29 begrenzen einen Ankerraum 30, in dem ein axial verschiebbarer Anker 18 angeordnet ist. Die mit dem Anker 18 verbundene Stößelstange 17 erstreckt sich durch eine am Polkern 29 ausgebildete Öffnung 32, wobei ein Ende der Stößelstange 17 im montierten Zustand der Stelleinheit 10 an dem Steuerkolben 13 anliegt. Innerhalb der Öff nung 32 kann, wie in der 2a dargestellt, eine Gleithülse 33 vorgesehen sein, um Reibungsverluste an dieser Stelle zu minimieren.
Während des Betriebs der Brennkraftmaschine regelt ein Steuergerät die Bestromung der Stelleinheit 10, wodurch ein Magnetfeld innerhalb der Stelleinheit 10 generiert wird. Der Polkern 29, das Gehäuse 26, das Magnetjoch 24 und der Anker 18 dienen dabei als Flusspfad, der durch einen Luftspalt zwischen dem Anker 18 und dem Polkern 29 komplettiert wird. Dabei wirkt eine Kraft in Richtung des Polkerns 29 auf den Anker 18, die abhängig von der Höhe der Bestromung der Spule 22 ist. Durch Ausbalancieren der magnetischen Kraft, die auf den Anker 18 wirkt, und der Federkraft, die auf den Steuerkolben 13 wirkt, kann der Anker 18 und damit der Steuerkolben 13 in jeder beliebigen Stellung zwischen zwei Extremstellungen positioniert werden.
Sowohl in dem Polkern 29 als auch in dem Anker 18 sind axial verlaufende Bohrungen 34a, 34b ausgebildet. Mittels der Druckausgleichsbohrungen 34a im Anker 18 kann während einer Verschiebung des Ankers 18 im Ankerraum 30 ein Druckausgleich zwischen den Räumen vor und hinter dem Anker 18 stattfinden. Über die Leckagebohrungen 34b im Polkern 29 wird der Ankerraum 30 drucklos mit Leckageöl versorgt. Durch diese Zufuhr von Schmiermittel in den Ankerraum 30 wird die Reibung zwischen dem Anker 18 und der Ankerführungshülse 25 verringert und somit die Ansprechzeit und die Hysterese der Stelleinheit 10 minimiert.
Wird das Schmiermittel im Ankerraum 30 nicht ständig ausgetauscht, so besteht die Gefahr, dass sich an den Ankerlagerflächen im Schmiermittel enthaltene Ablagerungen absetzen, bzw. dass sich Ölschlamm in der Stelleinheit 10 ansammelt. Diese Fremdkörper können dazu führen, dass das Ansprechverhalten der Stelleinheit 10 verschlechtert wird, bis zu einem Klemmen des Ankers 18 in der Ankerführungshülse 25 und damit zu einem Funktionsausfall des Wegeventils 9.
Um einen ständigen Abfluss des Schmiermittels aus der Stelleinheit 10 zu ge währleisten, ist in der in den 2a und 2b dargestellten Ausführungsform an der geodätisch tiefsten Stelle, d. h. an der Stelle an der sich das Schmiermittel aufgrund der Gravitation sammelt, der Ankerführungshülse 25 ein Abflusskanal 35 in Form einer Axialnut 35a ausgebildet. Alternativ kann die Axialnut 35a an einer Außenmantelfläche des Polkerns 29 ausgebildet sein, wobei diese wiederum am geodätisch tiefsten Punkt der Ankerführungshülse 25 vorgesehen ist. Die Axialnut 35a verbindet den Ankerraum 30 mit dem Äußeren der Stelleinheit 10.
In die Stelleinheit 10 eintretendes Schmiermittel sammelt sich, vor allem während der Betriebspausen der Brennkraftmaschine, an der Stelle, an der die Axialnut 35a in den Ankerraum 30 mündet, wodurch dieses in den Kettenkasten 15 zurückgeführt werden kann. Vorteilhafterweise ist entweder die Ankerführungshülse 25 oder der Anker 18 mit axial verlaufenden Ein- bzw. Ausbuchtungen versehen, so dass hinter dem Anker 18 vorhandenes Motoröl zur Axialnut 35a gelangen kann. Dadurch können gealtertes Motoröl, Ölschlamm und Fremdkörper aus der Stelleinheit 10 austreten, wodurch das Ansprechverhalten und die Dynamik der Stelleinheit 10 dauerhaft auf hohem Niveau gehalten werden können, Hystereseeffekte minimiert und die Funktionssicherheit erhöht werden.
Da das Schmiermittel während der Betriebspausen der Brennkraftmaschine vollständig aus der Stelleinheit 10 ablaufen kann, ist vorteilhafterweise der Anker 18 oder die Ankerführungshülse 25 mit einer Gleitschicht versehen die eine Notlaufeigenschaft des Ankers 18 in der Ankerführungshülse 25 bereitstellt um Verschleiß an dieser Stelle vorzubeugen.
Die 3a und 3b zeigen eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stelleinheit 10, die ähnlich zu der in den 2a und 2b dargestellten Stelleinheit 10 ausgebildet ist. Im Unterschied dazu ist in dieser Ausführungsform ein Teil der Führungsfläche des Ankers 18 durch den Polkern 29 ausgebildet. Der Abflusskanal 35 ist in Form einer am Polkern 29 ausgebildeten Abflussbohrung 35b ausgeführt, die einerseits an der geodätisch tiefsten Stelle des Ankerraums 30 in diesen und anderenends in den Kettenkasten 15 mündet.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform, die in den 4a und 4b dargestellt ist, wird wiederum ein Teil der Führungsfläche des Ankers 18 durch einen sich axial erstreckenden Abschnitt des Polkerns 29 gebildet. Der Innendurchmesser des Abschnitts der Ankerführungshülse 25, der an dem Boden des Gehäuses 26 anliegt, ist geringfügig größer ausgeführt als der Außendurchmesser des Polkerns 29. Dadurch wird ein als Ringkanal 35c ausgebildeter Abflusskanal 35 ausgebildet, der über eine ringförmige Öffnung mit dem Inneren der Ankerführungshülse 25, insbesondere an einer geodätisch tiefsten Stelle des Ankerraums 30, kommuniziert. Der Durchmesser des Ringkanals 35c steigt entlang dessen axialer Erstreckung, ausgehend von der ringförmigen Öffnung, stetig bis zu einem Maximalwert an. Über eine Aussparung 36 an der Innenmantelfläche der Aufnahmeöffnung 27 des Gehäuses 26, kann der Ringkanal 35c mit dem Äußeren der Stelleinheit 10 kommunizieren. Alternativ kann der Ringkanal 35c über eine Aussparung 36 an der Außenmantelfläche des Polkerns 29 mit dem Äußeren der Stelleinheit 10 kommunizieren. In beiden Fällen ist die Aussparung 36 wiederum am geodätisch tiefsten Punkt des Ringkanals 35c angeordnet.
Die 5a und 5b zeigen eine, zu der in den 4a und 4b dargestellte, alternative Ausführungsform, in der der Ringkanal 35c über eine Gehäuseöffnung 37, die in dem Boden des Gehäuses 26 ausgebildet ist, mit dem Äußeren der Stelleinheit 10 kommuniziert. Die Gehäuseöffnung 37 ist wiederum am geodätisch tiefsten Punkt des Ringkanals 35c ausgebildet.
Die 6a und 6b zeigen eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stelleinheit 10 in der zwischen dem Polkern 29 und der Ankerführungshülse 25 wiederum ein Ringkanal 35c ausgebildet ist, über den das Druckmittel zu einer Gehäuseöffnung 37 geleitet wird. Die Gehäuseöffnung 37 ist in diesem Fall an dem zylindrischen Abschnitt des Gehäuses 26 ausgebildet, wobei zwischen dem Boden des Gehäuses 26 und der Umspritzung 23 ein radial verlaufender Kanal 38 ausgebildet ist, der sowohl mit dem Ringkanal 35c als auch mit der Gehäuseöffnung 37 kommuniziert. Der Kanal 38 mündet am geodätisch tiefsten Punkt des Ringkanals 35c in diesen und die Gehäuseöffnung 37 ist unterhalb dieses Mündungsbereichs angeordnet.
Alle Ausführungsformen haben gemeinsam, dass ein Abflusskanal 35 vorgesehen ist, der am geodätisch tiefsten Punkt in den Ankerraum 30 mündet und diesen mit dem Äußeren der Stelleinheit 10, vorzugsweise mit dem Inneren eines Kettenkastens 15, verbindet. In den Ankerraum 30 eintretende Schmiermittel gelangt nun kontinuierlich, vor allem auch während der Betriebspausen der Brennkraftmaschine, zurück in den Kettenkasten 15 wodurch die Gefahr von Ablagerungen, beispielsweise von gealtertem Motoröl oder Fremdkörpern, innerhalb der Ankerführungshülse 25 beseitigt wird und somit die Funktionssicherheit der Stelleinheit 10 gewährleistet ist.

1: Nockenwellenversteller
2: Nockenwelle
3: Innenrotor
4: Außenrotor
5: Seitendeckel
6: Ausnehmung
7: Flügel
8: Kettenrad
9: Wegeventil
10: Stelleinheit
11: Ventilabschnitt
12: Ventilgehäuse
13: Steuerkolben
14: Druckmittelleitung
15: Kettenkasten
15a: erstes Dichtelement
15b: Flanschabschnitt
16: Haltelasche
17: Stößelstange
18: Anker
19: Federelement
20: Spulenkörper
21: Anschlusselement
22: Spule
23: Umspritzung
24: Magnetjoch
24a: scheibenartiger Abschnitt
24b: hülsenartiger Abschnitt
25: Ankerführungshülse
26: Gehäuse
27: Aufnahmeöffnung
27a: Aufnahme
28: zweites Dichtelement
29: Polkern
30: Ankerraum
32: Öffnung
33: Gleithülse
34a: Druckausgleichsbohrung
34b: Leckagebohrung
35: Abflusskanal
35a: Axialnut
35b: Abflussbohrung
35c: Ringkanal
36: Aussparung
37: Gehäuseöffnung
38: Kanal
A: Arbeitsanschluss
B: Arbeitsanschluss
P: Zulaufanschluss
T: Ablaufanschluss

Claims

Elektromagnetische Stelleinheit (10) eines hydraulischen Wegeventils (9) mit – einem Anker (18), der innerhalb eines Ankerraums (30) axial verschiebbar angeordnet ist und – einem Polkern (29), der in einer Aufnahme (27a) angeordnet ist und den Ankerraum (30) in einer Bewegungsrichtung des Ankers (18) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass – zumindest ein Abflusskanal (35) vorgesehen ist, der sowohl mit dem Ankerraum (300) als auch mit dem Äußeren der Stelleinheit (10) kommuniziert.
Elektromagnetische Stelleinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Anker (18) eine Stößelstange (17) verbunden ist, die sich durch eine Öffnung (32) im Polkern (29) erstreckt und von dieser radial abgestützt wird.
Elektromagnetische Stelleinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abflusskanal (35) an einer geodätisch tiefsten Stelle in den Ankerraum (30) mündet.
Elektromagnetische Stelleinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abflusskanal (35) in einen Kettenkasten (15) mündet.
Elektromagnetische Stelleinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abflusskanal (35) als Abflussbohrung (35b) im Polkern (29) ausgebildet ist.
Elektromagnetische Stelleinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abflusskanal (35) zwischen dem Polkern (29) und einer Wandung der Aufnahme (27a) des Polkerns (29) ausgebildet ist.
Elektromagnetische Stelleinheit (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abflusskanal (35) als Axialnut (35a) an einer Außenmantelfläche des Polkerns (29) ausgebildet ist.
Elektromagnetische Stelleinheit (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abflusskanal (35) als Axialnut (35c) an einer Innenmantelfläche einer Wandung der Aufnahme (27a) ausgebildet ist.
Elektromagnetische Stelleinheit (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Polkern (29) kraftschlüssig innerhalb einer Aufnahmeöffnung (27) eines Gehäuses (26) befestigt ist, wobei der Abflusskanal (35) als Ringkanal (35c) zwischen dem Polkern (29) und der Aufnahme (27a) ausgebildet ist und über eine Aussparung (36) an einer Innenmantelfläche der Aufnahmeöffnung (27), eine Aussparung (36) an der Außenmantelfläche des Polkerns (29) oder eine Gehäuseöffnung (37) mit dem Äußeren der Stelleinheit (10) kommuniziert.
Elektromagnetische Stelleinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (10) ein als Zentralventil ausgebildetes Wegeventil steuert, wobei das Wegeventil radial innerhalb eines Innenrotors einer Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine angeordnet ist.