DE102006042215B4

DE102006042215B4 - Elektromagnetische Stelleinheit

Info

Publication number: DE102006042215B4
Application number: DE102006042215.5A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Hoppe Jens; Dipl.-Ing. Konias Stefan; Dipl.-Ing. Ross Christoph
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2006-09-08
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2026-09-09
Also published as: DE102006042215A1; WO2008028802A1

Abstract

Elektromagnetische Stelleinheit (2) eines Hydraulikventils (1) mit- einem Anker (16) und einer als massives Bauteil gestalteten Stößelstange (33),- wobei der Anker (16) innerhalb der Stelleinheit (2) verschiebbar angeordnet ist und- wobei ein Abschnitt der Stößelstange (33) in einer durch den Anker (16) verlaufenden Bohrung (23) angeordnet ist,- wobei an einer Außenmantelfläche der Stößelstange (33) zumindest eine Nut (40) ausgebildet ist,- die Außenmantelfläche der Stößelstange (33) abgesehen von dem Nutbereich der Innenmantelfläche der Bohrung (23) angepasst ist,- wobei die Nut (40) sich bis zum ankerseitigen Ende der Stößelstange (33) erstreckt, am ankerseitigen Ende der Stößelstange (33) offen ist und mit einem sich über die Stößelstange (33) hinaus erstreckenden Teil der Zentralbohrung des Ankers (16) kommuniziert und wobei deren axiale Erstreckung größer als die Eindringtiefe der Stößelstange (33) in dem Anker (16) ausgeführt ist, wobei die Stößelstange (33) mit dem Anker (16) fest verbunden ist, wobei ein Abschnitt der Stößelstange (33) in einer Bohrung (23) des Ankers (16) angeordnet ist und wobei ein Lagerelement (37) vorgesehen ist, das eine Lagerfläche (39) aufweist, wobei die Stößelstange (33) das Lagerelement (37) durchgreift und wobei eine äußere Mantelfläche der Stößelstange (33) und die Lagerfläche (39) eine Lagerstelle des Systems Anker-Stößelstange (16, 33) bilden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft elektromagnetische Stelleinheiten eines Hydraulikventils nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 oder 5.
Derartige Hydraulikventile, beispielsweise Proportionalwegeventile, werden in Brennkraftmaschinen beispielsweise zur Ansteuerung von hydraulischen Nockenwellenverstellern oder schaltbaren Nockenfolgern eingesetzt. Die Hydraulikventile 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 gezielt bestimmte Anschlüsse des Ventilabschnitts hydraulisch miteinander verbunden und somit die Druckmittelströme gelenkt werden.
Ein derartiges Hydraulikventil ist in der DE 199 00 995 A1 gezeigt. Dargestellt ist ein Hydraulikventil mit einem Gehäuse und einem im Gehäuse gelagerten Anker, der eine zentrale Bohrung umfasst. An einem Ende der Bohrung liegt eine Stößelstange an, die eine sich in axialer Richtung erstreckende Nut aufweist.
Ein weiteres derartiges Hydraulikventil ist beispielsweise in der DE 199 34 846 A1 offenbart. Das Hydraulikventil weist einen Ventilabschnitt und eine elektromagnetische Stelleinheit auf.
Die elektromagnetische Stelleinheit dieses Hydraulikventils umfasst innerhalb eines Gehäuses ein erstes Magnetjoch, eine auf einem Spulenkörper angeordnete Spule, ein zweites Magnetjoch (Polkern), einen Anker und eine Stößelstange (Ankerstößel).
Die Spule, das erste und das zweite Magnetjoch sind innerhalb des Gehäuses der elektromagnetischen Stelleinheit koaxial zueinander angeordnet. Das erste und das zweite Magnetjoch sind dabei in axialer Richtung zueinander versetzt. In dem Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Magnetjoch befindet sich radial innerhalb des ersten Magnetjochs der Anker, wobei dieser in radialer Richtung von der Spule umgeben ist. Der Anker, das Gehäuse, das erste und das zweite Magnetjoch 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 innerhalb einer Aufnahmeöffnung des zweiten Magnetjochs angeordnet und ortsfest mit diesem verbunden. An der Außenmantelfläche des Ventilgehäuses sind drei Druckmittelanschlüsse ausgebildet. Im Inneren des Ventilgehäuses ist ein Steuerkolben axial verschiebbar angeordnet, wobei der Außendurchmesser des Steuerkolbens dem Innendurchmesser des Ventilgehäuses angepasst ist. Des Weiteren sind an dem Steuerkolben Steuerabschnitte ausgebildet, mittels derer, abhängig von der relativen Stellung des Steuerkolbens zum Ventilgehäuse, benachbarte Druckmittelanschlüsse wahlweise miteinander verbunden oder getrennt werden können.
Durch Bestromen der Spule wird der Anker in Richtung des zweiten Magnetjochs 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 in eine definierte Position bewegt und somit die Druckmittelströme innerhalb des Ventilabschnitts gesteuert.
Die Stößelstange ist rohrförmig aus einem ebenen, dünnen Blech, als Stanzbiegeteil oder Tiefziehteil, hergestellt, innerhalb einer Ankerbohrung angeordnet und fest mit dem Anker verbunden. Die Stößelstange durchgreift unter Bildung eines Radialspaltes eine zentral durch das zweite Magnetjoch hindurchgehende Axialbohrung und liegt an dem Steuerkolben des Ventilabschnitts an. Über eine Axialbohrung der Stößelstange und die zentral Bohrung des Ankers kann Öl von zwischen den beidseitig des Magnetankers liegenden Teilräumen ausgetauscht werden.
Nachteilig an dieser Ausführungsform ist der Umstand, dass die Lagerung des Systems Anker-Stößelstange ausschließlich über die Außenmantelfläche des Ankers erfolgt. Kleinste Verkippungen des Ankers, auf Grund von Fertigungstoleranzen, können auf Grund der Länge des Systems, zum Verklemmen der Stößelstange führen.
Des Weiteren ist die Herstellung der rohrförmigen Stößelstange relativ aufwändig. Weitere Probleme können beim Einpressen der Stößelstange in die Zentralbohrung des Ankers entstehen. Auf Grund der geringen Wandstärke des Blechmaterials der Stößelstange kann es unter Krafteinwirkung zu Verbiegungen der Stößelstange kommen, wodurch die kraftschlüssige Verbindung zwischen Anker und Stößelstange geschwächt werden kann und ein Verklemmen der Stößelstange im zweiten Magnetjoch nicht ausgeschlossen werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde diese geschilderten Nachteile zu vermeiden und somit eine elektromagnetische Stelleinheit eines Hydraulikventils zu schaffen, wobei Schmiermittel zwischen den beidseitig des Ankers liegenden Teilräumen ausgetauscht werden kann und der bei der Bewegung des Anker auftretende Druckunterschied ausgeglichen werden kann. Dabei sollen die Herstellungskosten nicht negativ beeinflusste werden und die Montage erleichtert und prozesssicherer gestaltet werden.
In einer elektromagnetischen Stelleinheit eines Hydraulikventils mit einem Anker und einer Stößelstange, wobei der Anker innerhalb der Stelleinheit verschiebbar angeordnet ist und wobei ein Abschnitt der Stößelstange in einer durch den Anker verlaufenden Bohrung angeordnet ist, wobei an einer Außenmantelfläche der Stößelstange zumindest eine Nut ausgebildet ist, wobei die Nut sich bis zum ankerseitigen Ende der Stößelstange erstreckt, am ankerseitigen Ende der Stößelstange offen ist und mit einem sich über die Stößelstange hinaus erstreckenden Teil der Zentralbohrung des Ankers kommuniziert und wobei deren axiale Erstreckung größer als die Eindringtiefe der Stößelstange in dem Anker ausgeführt ist.
Elektromagnetische Stelleinheiten eines Hydraulikventils dienen dazu, eine Stellbewegung zu erzeugen und auf eine Komponente des zu dem Hydraulikventil gehörenden Ventilabschnitts zu übertragen. Zu diesem Zweck befindet sich innerhalb eines Magnetkreises, der unter anderem eine Spule beinhaltet, ein verschiebbarer Anker. Durch Bestromen der Spule kann der Anker innerhalb einer Ankerführungshülse, mittels derer der Anker gelagert ist, verschoben werden. Über eine Stößelstange, die fest mit dem Anker verbunden ist, wird die Bewegung des Ankers auf ein Stellglied des Ventilabschnitts übertragen. Der Anker ist mit einer Bohrung, üblicherweise einer Zentralbohrung, ausgebildet. Die Stößelstange ist üblicherweise in die Zentralbohrung des Ankers eingesteckt und kraftschlüssig mit dem Anker verbunden. Alternativ kommen auch form- oder stoffschlüssige Verbindungen in Betracht.
Der Anker trennt zwei in den Bewegungsrichtungen des Ankers liegende Teilräume voneinander. Bei einer Bewegung des Ankers entsteht eine Druckdifferenz zwischen den Teilräumen, die sich negativ auf die Performance des Hydraulikventils im Hinblick auf Ansprechverhalten, aufzubringender Kraft und Hysterese auswirkt. Gleiches gilt für Schmiermittel, welches sich in den Teilräumen befindet. Um diesen negativen Auswirkungen entgegenzuwirken ist die Zentralbohrung zu beiden Teilräumen hin offen ausgeführt. Die Stößelstange ist mit zumindest einer Nut versehen, welche sich in axialer Richtung erstreckt. Dabei kann die Form eine beliebige Form annehmen, beispielsweise eine Spiralnut oder eine rein in axialer Richtung verlaufende Nut.
Die Nut ist am ankerseitigen Ende der Stößelstange offen, d.h. sie kommuniziert mit dem sich über die Stößelstange hinaus erstreckenden Teil der Zentralbohrung des Ankers und damit dem ersten Teilraum, der auf der Stößelstangenabgewandten Seite des Ankers liegt. Des Weiteren erstreckt sich die Nut in axialer Richtung über eine Länge die zumindest geringfügig größer ausgeführt ist, als die Eindringtiefe der Stößelstange in dem Anker, d.h. sie kommuniziert ebenfalls mit dem Teilraum, durch den die Stößelstange hindurch greift. Somit kann zu jeder Zeit der Druck zwischen den beiden Teilräumen ausgeglichen werden und Schmiermittel zwischen den Teilräumen verbracht werden.
Durch die Ausbildung der Stößelstange als massives Bauteil kann deren kraftschlüssige Montage in dem Anker prozesssicher durchgeführt werden. Ein Verbiegen der Stößelstange oder ungenügende kraftschlüssige Verbindung können verhindert werden.
Die Stößelstange ist mit dem Anker fest verbunden.
Weiterhin ist ein Lagerelement vorgesehen, das eine Lagerfläche aufweist, wobei die Stößelstange das Lagerelement durchgreift und wobei eine äußere Mantelfläche der Stößelstange und die Lagerfläche eine Lagerstelle des Systems Anker-Stößelstange bilden. Dadurch wird zusätzlich zu der ersten Lagerstelle des Systems Anker-Stößelstange eine zu der ersten Lagerstelle beabstandete, zweite Lagerstelle eingeführt. Dadurch und durch die massive Ausführung der Stößelstange wird die Lagerung robuster und somit ein Verklemmen des Systems verhindert.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass sich die Nut entlang der gesamten Länge der Stößelstange erstreckt. Da die Stößelstange in den Ventilabschnitt des Hydraulikventils eingreift, kommuniziert die Nut in diesem Ausführungsbeispiel auch mit dem Ventilabschnitt. In dem Ventilabschnitt vorhandenes Druckmittel, in der Regel Motoröl, kann nun über die Nut zu dem Anker und der Lagerstelle des Stößels geführt werden, wodurch diese Gleitlagerstellen ausreichend mit Schmiermittel versorgt werden.
Es kann vorgesehen sein, die Stößelstange als spanlos hergestelltes Bauteil auszubilden. Dabei ist die die Stößelstange vorzugsweise mittels eines Zieh- oder Strangpressverfahrens hergestellt. Diese Herstellungsverfahren stellen eine kostengünstige Möglichkeit zur Produktion des Bauteils Stößelstange in hohen Stückzahlen bei geringem Zeit- und Arbeitsaufwand dar.
Figurenliste
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen

1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stelleinheit eines Hydraulikventils, am Beispiel eines 4/3-Wegeproprtionalventils,
2 die Einzelheit A aus 1,
3 die Einzelheit B aus 1,
4a eine perspektivische Darstellung das System Anker-Stößelstange,
4b einen Längsschnitt durch das System Anker-Stößelstange,
5 die Einzelheit C aus 1.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stelleinheit 2 am Beispiel eines als 4/3-Wegeproprtionalventils ausgeführten Hydraulikventils 1. Ebenso denkbar sind die Anwendungen der erfindungsgemäßen Stelleinheit 2 in anderen Hydraulikventilen, wie 3/2-Wegeproportionalventilen oder Schaltventilen.
Das Hydraulikventil 1 weist eine elektromagnetische Stelleinheit 2 und einen Ventilabschnitt 3 auf.
Die elektromagnetische Stelleinheit 2 weist einen Spulenkörper 4 auf. Der Spulenkörper 4 setzt sich aus einem Spulenträger 4a, einem Schließkörper 4b und einem Anschlusselement 4c zusammen.
Der Spulenträger 4a trägt eine aus mehreren Windungen eines geeigneten Drahtes bestehende Spule 7. Die radial äußere Mantelfläche der Spule 7 wird von einer hülsenförmigen Materialschicht 8 umgeben, welche aus einem nicht magnetisierbaren Material besteht. Die Materialschicht 8 kann beispielsweise aus einem geeigneten Kunststoff bestehen und auf die gewickelte Spule 7 aufgespritzt werden.
Innerhalb des Anschlusselements 4c ist eine elektrische Steckverbindung 9 aufgenommen, über welche die Spule 7 mit Strom beaufschlagt werden kann.
Der Spulenkörper 4 ist zumindest teilweise innerhalb eines topfförmig ausgebildeten Gehäuses 14 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform befindet sich der Spulenträger 4a und ein Teilbereich des Schließköpers 4b innerhalb des Gehäuses 14.
Das Gehäuse 14 weist einen Boden 20 auf, dem in axialer Richtung eine Einführöffnung 14a gegenüberliegt. Des Weiteren weist das Gehäuse 14 ausgehend von der Einführöffnung 14a einen ersten axialen Bereich 14b geringerer Wandstärke auf, der in axialer Richtung über eine Einführfase 14c in einen zweiten Bereich 14d größerer Wandstärke übergeht. Dabei ist der Innendurchmesser des Gehäuses 14 im ersten Bereich 14b größer ausgeführt, als der Innendurchmesser des zweiten Bereichs 14d.
Über die Einführöffnung14a kann während der Montage der Spulenkörper 4 in das Gehäuse 14 eingeführt werden. Dem Schließkörper 4b kommt in dieser Ausführungsform die Aufgabe zu, das Innere der Stelleinheit 2 vor dem Eindringen von aggressiven Medien über die Einführöffnung 14a zu verhindern. Zu diesem Zweck ist der Außendurchmesser des Schließkörpers 4b im Wesentlichen dem Innendurchmesser des zweiten Bereichs 14d des Gehäuses 14 angepasst. Zusätzlich ist an einer Außenmantelfläche des Schließköpers 4b eine Ringnut 5 ausgebildet, in der ein Dichtelement 6 angeordnet ist. Das Dichtelement 6 kann beispielsweise als ein aus einem Elastomer bestehender Dichtring ausgebildet sein. Das Dichtelement 6 liegt zum einen an den Begrenzungsflächen der Ringnut 5 und zum anderen an der Innenmantelfläche des zweiten Bereichs 14d des Gehäuses 14 an (2). Dadurch wird eine Dichtstelle zwischen dem Schließkörper 4b und dem Gehäuse 14 realisiert, wodurch das Eindringen von aggressiven Medien in das Innere der Stelleinheit 2 an dieser Stelle wirkungsvoll unterbunden wird.
Während der Montage der Spulenkörpers 4 in dem Gehäuse 14 wird zunächst das Dichtelement 6 in die Ringnut 5 eingelegt. Anschließend wird der Spulenkörper 4 über die Einführöffnung 14a in das Gehäuse 14 eingeführt. Durch die Ausbildung des ersten Bereichs 14b des Gehäuses 14 mit einem größeren Außendurchmesser wird dieser Vorgang wesentlich vereinfacht. Zunächst tritt der Dichtring 6 in den ersten Bereich 14b größeren Innendurchmessers ein. Der Innendurchmesser dieses Bereichs 14b ist größer als der Außendurchmesser des Dichtelements 6 ausgeführt. Somit wird verhindert, dass das Dichtelement 6 entlang seines gesamten Umfangs an der Innenwandung des ersten Bereichs 14b zum Anliegen kommt und somit auf dieses eine entgegen der Einführbewegung gerichtete Kraft ausgeübt wird. Im Bereich der Einführfase 14c wird kommt das Dichtelement 6 an seinem gesamten Umfang zum Anliegen an das Gehäuse 14, wodurch dieser plastisch verformt wird. Durch die Ausbildung der Einführfase 14c zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich 14b, d des Gehäuses 14 wird eine Schädigung des Dichtelements 6 während des Übertritts vom ersten in den zweiten Bereich 14b,d wirkungsvoll verhindert. Ist der Innendurchmesser des ersten Bereichs 14b des Gehäuses 14 ist kleiner Ausgeführt als der Außendurchmesser des Schließköpers 4b vergrößert um die radiale Dicke d des Materials des Dichtelements 6 in entspanntem Zustand wird ein Austritt des Dichtelements 6 aus der Ringnut 5 und damit ein Abscheren wirkungsvoll verhindert.
An der Einführöffnung des Gehäuses 14 sind sich zunächst in axialer Richtung erstreckende Laschen 15 ausgebildet, die einen Absatz des Schließkörpers 4b in axialer Richtung überragen und in radialer Richtung zumindest teilweise umgreifen. Somit ist der Spulenkörper 4 fest innerhalb des Gehäuses 14 fixiert.
Das Gehäuse 14 kann beispielsweise mittels eines kostengünstigen, spanlosen Umformprozesses, beispielsweise eines Tiefziehverfahrens, aus einem geeigneten Rohling, beispielsweise einem geeigneten Blechteil gefertigt werden.
Der Spulenkörper 4 ist mit einer im Wesentlichen zylinderförmigen, sacklochartigen Ausnehmung 10 ausgeführt, welche konzentrisch zur Spule 7 ausgebildet ist. Des Weiteren nimmt der Spulenkörper 4 am bodenseitigen Ende der Ausnehmung 10 ein hülsenförmig ausgeführtes erstes Magnetjoch 11 auf. Innerhalb der Ausnehmung 10 ist eine topfförmige Ankerführungshülse 12 angeordnet, die einen Ankerraum definiert. Das bodenseitige Ende der Ankerführungshülse 12 ist mit sich axial nach innen erstreckenden Anschlägen 13 versehen. Des Weiteren erstreckt sich die Ankerführungshülse 12 in axialer Richtung entlang der gesamten Ausnehmung 10 und umgreift den Spulenkörper 4 an dessen Öffnung in radialer Richtung zumindest teilweise.
Innerhalb der Ankerführungshülse 12 ist ein Anker 16 in axialer Richtung verschiebbar angeordnet. Der Außendurchmesser des Ankers 16 ist dem Innendurchmesser der Ankerführungshülse 12 angepasst, wodurch eine Lagerung des Ankers 16 in der Ankerführungshülse 12 realisiert ist. Der Verschiebeweg des Ankers 16 wird in der einen Richtung durch die Anschläge 13 und in der anderen Richtung durch ein zweites Magnetjoch 17 begrenzt.
Der Anker 16 trennt den durch die Ankerführungshülse 12 definierten Ankerraum in einen ersten und einen zweiten Teilraum 35, 36. Der erste Teilraum 35 erstreckt sich zwischen dem Boden der Ankerführungshülse 12 und dem Anker 16. Der zweite Teilraum 36 erstreckt sich zwischen dem zweiten Magnetjoch 17 und dem Anker 16.
Der Anker 16 weist eine in axialer Richtung verlaufene Bohrung 23 auf, über die die zwei durch den Anker 16 getrennte Teilräume 35, 36 miteinander kommunizieren. In der dargestellten Ausführungsform ist diese Bohrung 23 als zentrische Bohrung ausgeführt, die entlang der Längsachse des Ankers 16 verläuft.
Das zweite Magnetjoch 17 weist einen rohrförmigen Abschnitt 18 und einen sich in axialer Richtung daran anschließenden ringförmigen Abschnitt 19 auf. Der rohrförmige Abschnitt 18 erstreckt sich durch eine in dem Boden 20 des Gehäuses 14 ausgebildete Öffnung 21 in die Ankerführungshülse 12. Dabei ist der Außendurchmesser des rohrförmigen Abschnitts 18 dem Durchmesser der Öffnung 21, bis auf ein eventuell vorhandenes Spiel, angepasst.
Das Gehäuse 14 stützt sich über einen Montageflansch 22 an dem ringförmigen Abschnitt 19 ab. Der Montageflansch 22 dient zur Befestigung des Hydraulikventils 1 an einer nicht dargestellten Umgebungskonstruktion, beispielsweise einem Zylinderkopfdeckel.
In 3 ist die Verbindungsstelle zwischen dem Gehäuse 14 und dem zweiten Magnetjoch 17 dargestellt. Es handelt sich dabei um eine Verstemmung 25. Diese kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass nach dem Positionieren des Montageflansches 22 und des Gehäuses 14 auf dem zweiten Magnetjoch 17 Material von der Außenumfangsfläche des zweiten Magnetjochs 17 in axialer Richtung auf das Gehäuse 14 zu verdrängt wird und formfüllend in die Verbindungsstelle zwischen diesen Bauteilen verbracht wird. Dabei werden Materialanhäufungen an dem rohrförmigen Abschnitt 18 im Bereich der Verbindungsstelle ausgebildet, welche sich in radialer Richtung nach außen über einen Rand 24 der Öffnung 21 hinaus erstrecken. Neben einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Gehäuse 14 und dem zweiten Magnetjoch 17 werden gleichzeitig kraftschlüssige Verbindungen zwischen diesen Bauteilen und dem dazwischen angeordneten Montageflansch 22 hergestellt.
Des Weiteren wird das Gehäuse 14 und der Montageflansch 22 durch diese Verbindungsmethode zum zweiten Magnetjoch 17 zentriert. Während des Verstemmvorgangs wird Material des zweiten Magnetjochs 17 in den Zwischenraum zwischen diesen Bauteilen gedrängt und so das Spiel eliminiert. Zwischen dem rohrförmigen Abschnitt 18 des zweiten Magnetjochs 17 und der Ankerführungshülse 12 ist ein Dichtring 26 angeordnet. Dieser verhindert, dass in der Ankerführungshülse 12 vorhandenes Schmiermittel zum Spulenkörper 4 gelangt, wodurch dieser vor Schädigungen durch das Schmiermittel geschützt wird.
Wie in 1 zu erkennen ist, besteht der Ventilabschnitt 3 des als 4/3-Wegeproportionalventil ausgeführten Hydraulikventils 1 aus einem Ventilgehäuse 27 und einem Steuerkolben 28. Das Ventilgehäuse 27 ist in dieser Ausführungsform einteilig mit dem zweiten Magnetjoch 17 ausgebildet. Denkbar sind aber auch Ausführungsformen in denen das Ventilgehäuse 27 als separates Bauteil ausgebildet und mit dem zweiten Magnetjoch 17 ortsfest verbunden ist.
An der Außenmantelfläche des Ventilgehäuses 27 sind mehrere Druckmittelanschlüsse A, B, P ausgebildet, welche über Aussparungen 30 mit dem Inneren des im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführten Ventilgehäuses 27 kommunizieren. Zusätzlich dient die der elektromagnetischen Stelleinheit 2 abgewandte Öffnung des Ventilgehäuses 27 als Ablaufanschluss T. Der mittlere Druckmittelanschluss P, welcher als Zulaufanschluss dient, kommuniziert über eine nicht dargestellte Druckmittelleitung mit einer ebenfalls nicht dargestellten Druckmittelpumpe. Die beiden äußeren Druckmittelanschlüsse A, B, dienen als Arbeitsanschlüsse. Der Ablaufanschluss T kommuniziert mit einem ebenfalls nicht dargestellten Druckmittelreservoir.
Innerhalb des Ventilgehäuses 27 ist ein Steuerkolben 28 axial verschiebbar angeordnet. An der Außenmantelfläche des Steuerkolbens 28 sind ringstegartige Steuerabschnitte 31 ausgebildet. Der Außendurchmesser der Steuerabschnitte 31 ist dem Innendurchmesser des Ventilgehäuses 27 angepasst. Durch eine geeignete axiale Positionierung des Steuerkolbens 28 relativ zum Ventilgehäuse 27 können benachbarte Druckmittelanschlüsse A, B, P miteinander verbunden werden. Der jeweils nicht mit dem Zulaufanschluss P verbundene Arbeitsanschluss A, B ist gleichzeitig mit dem Tankanschluss T verbunden.
In dieser Ausführungsform besteht das Bauteil Ventilgehäuse-zweites Magnetjoch 27,17 aus einem geeigneten magnetisierbaren Stahl. Das Bauteil kann so alle geforderten Funktionen erfüllen, wie die Führung des Steuerkolbens 28, die Magnetfeldbeeinflussung als Teil des magnetischen Kreises und als Bindeglied zwischen dem hydraulischen und dem magnetischen Teil des Hydraulikventils 1.
Der Steuerkolben 28 wird einenends mit der Kraft eines Federelements 32 in Richtung der elektromagnetischen Stelleinheit 2 beaufschlagt. Am anderen axialen Ende des Steuerkolbens 28 liegt eine Stößelstange 33 an, welche sich durch eine in einer Bohrung des zweiten Magnetjochs 17 angeordnete Gleithülse (Lagerelement) 37 erstreckt (5). Das dem Steuerkolben 28 abgewandte Ende der Stößelstange 33 greift in die Bohrung 23 des Ankers 16 ein und ist fest mit diesem verbunden (4a). Die Verbindung zwischen Anker 16 und Stößelstange 33 kann beispielsweise form-, kraft, oder stoffschlüssiger Natur sein. Eine Bewegung des Ankers 16 wird somit direkt auf die Stößelstange 33 und somit auf den Steuerkolben 28 übertragen.
Die Gleithülse 37 kann beispielsweise durch ein spanloses Umformverfahren aus einem Blechrohling eines nicht magnetisierbaren Materials hergestellt sein.
Das ankerseitige Ende der Gleithülse 37 ist in der dargestellten Ausführungsform mit einem in radialer Richtung verlaufenden, ringförmigen Bord 38 versehen (5). Der Bord 38 dient zum einen als Montageanschlag, welcher mit dem ankerseitigen Ende des zweiten Magnetjochs 17 zusammenwirkt. Des Weiteren definiert dieser einen minimalen Abstand, den der Anker 16 relativ zum zweiten Magnetjoch 17 einnehmen kann und verhindert somit einen direkten Kontakt zwischen diesen Bauteilen.
An dem dem Anker 16 abgewandten Ende der Gleithülse 37 ist eine Lagerfläche 39 ausgebildet. Die Lagerfläche 39 ist im Wesentlichen der Außenmantelfläche der Stößelstange 33 in diesem Bereich angepasst. Die Lagerfläche 39 und die Außenmantelfläche der Stößelstange 33 bilden eine zusätzliche Lagerstelle, über die das System Anker-Stößelstange 16, 33 zusätzlich gelagert ist.
Zusätzlich ist die Außenmantelfläche der Stößelstange 33 zumindest im Bereich deren Eingriffs in die Bohrung 23 des Ankers 16 im Wesentlichen der Innenmantelfläche der Bohrung 23 angepasst.
Abweichend davon sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in die Außenmantelfläche der Stößelstange 33 zwei axial verlaufende Nuten 40 eingebracht (4a, b), die sich entlang er gesamten Länge der Stößelstange 33 erstrecken. Denkbar sind auch Ausführungsformen mit nur einer, drei oder mehr als drei Nuten 40. Mittels der Nuten 40 kann Schmiermittel von dem Ventilabschnitt 3 über die Lagerstelle an der Gleithülse 37 in den Ankerraum eintreten. Gleichzeitig kommunizieren die Nuten 40 mit der Bohrung 23, wodurch Schmiermittel zwischen den zwei Teilräumen 35, 36 hin und her transportiert werden kann. Zusätzlich kann über diesen Weg ein Druckausgleich zwischen den Teilräumen 35, 36 stattfinden, wenn sich der Anker 16 axial bewegt.
Da die Außenmantelfläche der Stößelstange 33 im Bereich der Lagerstelle, von den Nuten 40 abgesehen, der Lagerfläche 39 des Gleitlagers angepasst ist, steht zur Lagerung der Stößelstange 33 eine relativ große Fläche zur Verfügung. Dadurch werden Schädigungen der Lagerfläche 39 während des Betriebes vermieden wird. Gleichzeitig wird über die große Lagerfläche 39 eine robuste Lagerung des Systems Anker-Stößelstange 16, 33 ermöglicht und über die Nuten 40 ein ständiger Zufluss von Schmiermittel zu der Lagerstelle sichergestellt.
Da weiterhin die Außenmantelfläche der Stößelstange 33, die in die Bohrung 23 hineinragt, von den Nuten 40 abgesehen, der Innenmantelfläche der Bohrung 23 angepasst ist, kann auf Grund der relativ großen Überdeckungsfläche kostengünstig eine robuste kraftschlüssige Verbindung durch Einpressen der Stößelstange 33 in den Anker 16 hergestellt werden. Über die Nuten 40 und die durchgehenden Bohrung 23 wird gleichzeitig ein Druckausgleich zwischen den beiden Teilräumen 35, 36 ermöglicht.
Diese Ausführungsform stellt eine kostengünstige und einfach herzustellende Lösung für die Lagerung des Systems Anker-Stößelstange 16,33, bei gleichzeitiger Schmiermittelführung in die und innerhalb der Stelleinheit 2 dar. Durch die Gleichzeitige Lagerung des Systems Anker-Stößelstange 16, 33 über die Ankerführungshülse 12 und die Gleithülse 37, stehen zwei zueinander beabstandete Lagerstellen zur Verfügung. Dadurch wird die Lagerung robuster und ein Verkippen des Systems Anker-Stößelstange wird vermieden.
Bei der Stößelstange 33 handelt es sich in der dargestellten Ausführungsform um ein massives Bauteil, wodurch die Robustheit der Stelleinheit 2 deutlich erhöht wird. Die Stößelstange 33 kann kostengünstig mittels eines spanlosen Umformverfahrens aus einem geeigneten Rohling hergestellt werden. Geeignete Herstellungsverfahren sind beispielsweise Strangpress- oder Ziehverfahren, bei denen ein geeigneter Rohling, beispielsweise ein Draht geeigneter Dicke, durch eine Matrize gepresst oder gezogen wird, wobei die Matrize die endgültige äußere Form der Stößelstange 33 festlegt.
Die erfindungsgemäße Ausführung einer elektromagnetischen Stelleinheit 2 kann natürlich auch in Hydraulikventilen 1 Anwendung finden, in denen der Ventilabschnitt 3 nicht fest mit der Stelleinheit 2 verbunden ist, sondern ohne feste Verbindung in axialer Richtung zu der Stelleinheit 2 angeordnet ist. Derartige Hydraulikventile 1 finden beispielsweise als Zentralventil für Nockenwellenversteller Einsatz, in denen der Ventilabschnitt 3 innerhalb einer Nockenwelle angeordnet ist und sich mit dieser dreht, während die Stelleinheit 2 in axialer Richtung dazu, beispielsweise an einem Zylinderkopf oder einem Zylindekopfdeckel befestigt ist.
Bezugszeichenliste

1: Hydraulikventil
2: Stelleinheit
3: Ventilabschnitt
4: Spulenkörper
4a: Spulenträger
4b: Schließköper
4c: Anschlusselement
5: Ringnut
6: Dichtelement
7: Spule
8: Materialschicht
9: Steckverbindung
10: Ausnehmung
11: erstes Magnetjoch
12: Ankerführungshülse
13: Anschlag
14: Gehäuse
14a: Einführöffnung
14b: erster Bereich
14c: Einführfase
14d: zweiter Bereich
15: Lasche
16: Anker
17: zweites Magnetjoch
18: rohrförmiger Abschnitt
19: ringförmiger Abschnitt
20: Boden
21: Öffnung
22: Montageflansch
23: Bohrung
24: Rand
25: Verstemmung
26: Dichtring
27: Ventilgehäuse
28: Steuerkolben
30: Aussparungen
31: Steuerabschnitt
32: Federelement
33: Stößelstange
35: erster Teilraum
36: zweiter Teilraum
37: Gleithülse
38: Bord
39: Lagerfläche
40: Nut
P: Zulaufanschluss
T: Tankanschluss
A: erster Arbeitsanschluss
B: zweiter Arbeitsanschluss
d: Dicke

Claims

Elektromagnetische Stelleinheit (2) eines Hydraulikventils (1) mit - einem Anker (16) und einer als massives Bauteil gestalteten Stößelstange (33), - wobei der Anker (16) innerhalb der Stelleinheit (2) verschiebbar angeordnet ist und - wobei ein Abschnitt der Stößelstange (33) in einer durch den Anker (16) verlaufenden Bohrung (23) angeordnet ist, - wobei an einer Außenmantelfläche der Stößelstange (33) zumindest eine Nut (40) ausgebildet ist, - die Außenmantelfläche der Stößelstange (33) abgesehen von dem Nutbereich der Innenmantelfläche der Bohrung (23) angepasst ist, - wobei die Nut (40) sich bis zum ankerseitigen Ende der Stößelstange (33) erstreckt, am ankerseitigen Ende der Stößelstange (33) offen ist und mit einem sich über die Stößelstange (33) hinaus erstreckenden Teil der Zentralbohrung des Ankers (16) kommuniziert und wobei deren axiale Erstreckung größer als die Eindringtiefe der Stößelstange (33) in dem Anker (16) ausgeführt ist, wobei die Stößelstange (33) mit dem Anker (16) fest verbunden ist, wobei ein Abschnitt der Stößelstange (33) in einer Bohrung (23) des Ankers (16) angeordnet ist und wobei ein Lagerelement (37) vorgesehen ist, das eine Lagerfläche (39) aufweist, wobei die Stößelstange (33) das Lagerelement (37) durchgreift und wobei eine äußere Mantelfläche der Stößelstange (33) und die Lagerfläche (39) eine Lagerstelle des Systems Anker-Stößelstange (16, 33) bilden.
Elektromagnetische Stelleinheit (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nut (40) entlang der gesamten Länge der Stößelstange (33) erstreckt.
Elektromagnetische Stelleinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößelstange (33) als spanlos hergestelltes Bauteil ausgebildet ist.
Elektromagnetische Stelleinheit (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößelstange (33) mittels eines Zieh- oder Strangpressverfahrens hergestellt ist.