DE102007026831B3 - Electrohydraulic valve has plastic composite material of piston with mean thermal expansion coefficient which in specific temp. range deviates by 50% max. from mean linear thermal expansion coefficients of aluminum alloy of sleeve - Google Patents

Electrohydraulic valve has plastic composite material of piston with mean thermal expansion coefficient which in specific temp. range deviates by 50% max. from mean linear thermal expansion coefficients of aluminum alloy of sleeve Download PDF

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Abstract

The electrohydraulic valve (1) has a piston (4) consisting of plastic composite material which is axially movable in a sleeve (8) of aluminum alloy. The mean thermal expansion coefficient of the plastic composite material in a temperature range of 0 to 100 degrees C deviates at most by 50% from the mean linear thermal expansion coefficients of the aluminum alloy in the said temperature range.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Ventil gemäß dem einteiligen Patentanspruch 1.The The invention relates to an electro-hydraulic valve according to the one-piece Claim 1.

Aus der DE 10 2005 003 446 A1 ist bereits ein elektrohydraulisches Ventil bekannt, welches in Übereinstimmung mit der Erfindung einen Kolben aus einem Kunststoffverbundwerkstoff aufweist, der innerhalb einer Buchse axial verschieblich gelagert ist, so dass ein hydraulischer Druck oder Volumenstrom über eine Ablaufkante steuerbar ist.From the DE 10 2005 003 446 A1 An electrohydraulic valve is already known, which in accordance with the invention comprises a piston made of a plastic composite material, which is mounted axially displaceably within a bush, so that a hydraulic pressure or volume flow is controllable via a discharge edge.

Ferner ist aus der DE 697 22 686 T2 ein Ventil zur Steuerung eines Fluides bekannt. Das Ventil weist dazu einen elektromagnetischen Aktor mit einem Gehäuse aus Aluminium auf. Dieses Gehäuse ist gemäß der Zeichnung einteilig mit einer Buchse, in welcher ein hydraulisch betätigbarer Kolben angeordnet ist.Furthermore, from the DE 697 22 686 T2 a valve for controlling a fluid known. For this purpose, the valve has an electromagnetic actuator with an aluminum housing. This housing is according to the drawing in one piece with a socket in which a hydraulically actuated piston is arranged.

In der DE 10 2004 056 764 A1 wird für eine Drosselklappe eine Anzahl von Werkstoffen aufgeführt, die unter anderem Polyethersulfon umfassen.In the DE 10 2004 056 764 A1 For a butterfly valve, a number of materials are listed, including polyethersulfone.

Ferner ist aus der DE 10 2005 050 887 B3 ein elektrohydraulisches Ventil bekannt, bei welchem ein Kolben innerhalb einer Buchse axial verschieblich gelagert ist, so dass Hydraulikfluid über eine Ablaufkante steuerbar ist.Furthermore, from the DE 10 2005 050 887 B3 an electrohydraulic valve is known in which a piston is mounted axially displaceably within a bush, so that hydraulic fluid can be controlled via a discharge edge.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges elektrohydraulisches Ventil zu schaffen.task The invention is an inexpensive electro-hydraulic To create a valve.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.These Task is according to the invention with the Characteristics of claim 1 solved.

Gemäß einem Vorteil der Erfindung ermöglicht ein Kunststoffverbundwerkstoff eine kostengünstige Fertigung des Kolbens für das Ventil.According to one Advantage of the invention allows a plastic composite cost-effective production of the piston for the Valve.

Es findet ein Kunststoffverbundwerkstoff Anwendung, der hohe Leckageverluste vermeidet, indem dieser Kunststoffverbundwerkstoff im relevanten Temperaturbereich die ähnliche Wärmeausdehnung aufzeigt, wie die Aluminiumlegierung der mit dem Kolben eine Passung bildenden Buchse. Dabei wird ein Kunststoffverbundwerkstoff mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten gewählt, der an den Wärmeausdehnungskoeffizienten einer Aluminiumlegierung mit einem hohem Siliziumanteil angepasst ist. Eine solcher hoher Siliziumanteil ist notwendig, um bleihaltige Aluminiumlegierungen zu ersetzen. Blei wird hinsichtlich Recycling/Umwelt als kritisch angesehen. In vorteilhafter Weise trifft den Kolben aus Kunststoffverbundwerkstoff im Gegensatz zu einem Kolben aus einer Aluminiumlegierungen nicht das Problem des Ersatzes von Blei durch Silizium.It finds a plastic composite application, the high leakage losses avoids this plastic composite in the relevant temperature range shows the similar thermal expansion, as the aluminum alloy of the piston forming a fit Rifle. This is a plastic composite material with a thermal expansion coefficient selected the at the thermal expansion coefficient adapted to an aluminum alloy with a high silicon content is. Such a high silicon content is necessary to lead-containing To replace aluminum alloys. Lead becomes recycling / environment considered critical. Advantageously, the piston hits made of plastic composite material as opposed to a piston Aluminum alloys are not the problem of lead replacement through silicon.

Der Kunststoffverbundwerkstoff weist dabei in besonders vorteilhafter Weise eine Faserverstärkung auf. Faserverstärkungen verleihen dem Kunststoffverbundwerkstoff Festigkeit und Abriebsfestigkeit. Die Fasern können Kohlefasern und/oder Glasfasern sein. Ebenso sind andere Fasern – beispielsweise Aramidfasern oder Kevlarfasern – möglich.Of the Plastic composite material has in particular advantageous Do a fiber reinforcement on. fiber reinforcements give the plastic composite strength and abrasion resistance. The fibers can Carbon fibers and / or glass fibers. Likewise, other fibers - for example Aramid fibers or Kevlar fibers - possible.

Die Werkstoffanteile gemäß der Erfindung tragen dem Umstand Rechnung, dass besondere Festigkeit verleihende Fasern markterhältlich sind, die einen geringeren Wärmeausdehungskoeffizienten als übliche Aluminiumlegierungen aufweisen.The Wear material shares according to the invention account for the fact that special strength-conferring fibers markterhältlich are those that have a lower thermal expansion coefficient as usual Have aluminum alloys.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervor.Further Advantages of the invention will become apparent from the other claims, the Description and the drawing forth.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.The The invention is explained below with reference to an embodiment.

Die einzige Zeichnung zeigt ein elektrohydraulisches Ventil 1, dass zur Steuerung eines Flügelzellennockenwellenverstellers vorgesehen ist. Ein solcher Flügelzellennockenwellenversteller ist beispielsweise in der DE 10 2005 026 553 B3 dargestellt. Dabei wird dem Ventil 1 über ein Zuleitung P ein Öldruck von einer nicht näher dargestellten Ölpumpe zugeführt. Das Ventil 1 leitet den Öldruck auf einen von zwei Steuerkanälen B, A. In einem Zwischenstadium wird der Öldruck von der Zuleitung P auf beide Steuerkanäle B, A verteilt. Dabei wird der Volumenstrom geregelt. Das Ventil wird entsprechend seiner Bauform auch als Cartridgeventil bezeichnet.The only drawing shows an electrohydraulic valve 1 that is provided for controlling a Flügelzellnockenwellenverstellers. Such a Flügelzellennockenwellenwellenversteller is for example in the DE 10 2005 026 553 B3 shown. This is the valve 1 fed via a feed line P, an oil pressure from an oil pump, not shown. The valve 1 directs the oil pressure to one of two control channels B, A. In an intermediate stage, the oil pressure from the supply line P is distributed to both control channels B, A. The volume flow is regulated. The valve is called according to its design as a cartridge valve.

Das Ventil 1 umfasst einen Anschluss 2, an den ein nicht näher dargestellter Stecker angeschlossen werden kann, so dass eine Spannung an einen Elektromagneten angelegt werden kann, der innerhalb eines Aktorgehäuses 3 angeordnet ist. Mit diesem linear wirkenden Elektromagneten wird ein Kolben 4 gegen eine Federkraft einer Schraubendruckfeder 5 verschoben. Die Schraubendruckfeder 5 stützt sich

  • – einerseits an dem einen Ende 6 des Kolbens 4 und
  • – andererseits über einen Stützring 7 an einer Buchse 8, welche bewegungsfest mit dem Aktorgehäuse 3 verbunden ist,
ab.The valve 1 includes a connection 2 to which a non-illustrated connector can be connected, so that a voltage can be applied to an electromagnet, the inside of an actuator housing 3 is arranged. With this linear acting electromagnet becomes a piston 4 against a spring force of a helical compression spring 5 postponed. The helical compression spring 5 based
  • - on the one hand at one end 6 of the piston 4 and
  • - On the other hand, a support ring 7 on a socket 8th , which are resistant to movement with the actuator housing 3 connected is,
from.

Die Buchse 8 führt dabei den koaxial innen liegenden Kolben 4. Dazu weist die Buchse 8 eine zentrische Bohrung auf.The socket 8th leads the coaxial inside piston 4 , For this purpose, the socket 8th a centric bore on.

Die Buchse 8 weist drei Querbohrungen 9, 10, 11 auf. Die axial mittige Querbohrung 10 dient als Zuleitung P und ist mit einer Rückschlagfeder in der einen Strömungsrichtung verschlossen. Die axial vor und hinter der mittigen Querbohrung 10 liegenden Querbohrungen 9, 11 bilden die beiden Steuerkanäle B, A. Um den einen Steuerkanal A bzw. B zu schließen, wenn der andere Steuerkanal B bzw. A geöffnet ist, weist der Kolben 4 zwei Absätze 12, 13 größeren Durchmessers auf, die eine Passung gegenüber der Bohrung aufweisen. Der Kolben 4 weist an dem der Schraubendruckfeder 5 gegenüber liegendem Ende ein Fenster 14 zum Druckausgleich auf. Auf Seiten der Schraubendruckfeder 5 liegt ein Abfluss T zum Tank.The socket 8th has three cross holes 9 . 10 . 11 on. The axially central transverse bore 10 serves as a supply line P and is equipped with a return spring in the closed a flow direction. The axially in front of and behind the central transverse bore 10 lying transverse bores 9 . 11 form the two control channels B, A. To close the one control channel A and B, when the other control channel B or A is opened, the piston has 4 two paragraphs 12 . 13 larger diameter, which have a fit against the bore. The piston 4 indicates that of the helical compression spring 5 opposite window a window 14 to equalize the pressure. On the side of the helical compression spring 5 there is an outlet T to the tank.

Die Buchse 8 weist einen O-Ring 15 zur Abdichtung gegenüber einem nicht näher dargestellten Gehäuseteil eines Zylinderkopfes auf, in dessen Bohrung die Buchse 8 eingeschoben ist. Ein Flanschblech 16 des Ventils 1 ist dabei mit dem Gehäuseteil des Zylinderkopfes verschraubt.The socket 8th has an O-ring 15 for sealing against a housing part of a cylinder head, not shown, in the bore of the socket 8th is inserted. A flange plate 16 of the valve 1 is bolted to the housing part of the cylinder head.

Die Buchse 8 ist aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Der Kolben ist hingegen aus einem Polyethersulfon mit Kohlefasern und Glasfasern hergestellt. Dieser Kunststoffverbundwerkstoff weist im Temperaturbereich von 0°C bis 100°C einen mittleren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der in diesem Temperaturbereich größenordnungsmäßig beim mittleren linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Aluminiumlegierung liegt, die für die Buchse 8 verwendet wird.The socket 8th is made of an aluminum alloy. The piston, however, is made of a polyether sulfone with carbon fibers and glass fibers. This plastic composite material has a mean thermal expansion coefficient in the temperature range of 0 ° C to 100 ° C, which is the order of magnitude in this temperature range at the mean linear thermal expansion coefficient of the aluminum alloy, for the socket 8th is used.

Dabei wird der Wärmeausdehnungskoeffizient als mittlerer linearer Wärmeausdehnungskoeffizient in einem Temperaturbereich angegeben, da der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminiumlegierung mit steigender Temperatur größer wird. Übliche Legierungselemente haben darüber hinaus ebenfalls einen Einfluss auf den Wärmeausdehnungskoeffizenten.there becomes the thermal expansion coefficient as the mean linear thermal expansion coefficient given in a temperature range, since the thermal expansion coefficient of Aluminum alloy becomes larger with increasing temperature. Have common alloying elements about that also an influence on the thermal expansion coefficient.

Polyethersulfon ist ein zur Gruppe der Polysulfon gehörender thermoplastischer Kunststoff. Er ist hydrolysefest und chemisch beständig. Das Polyethersulfon ist beispielsweise gegenüber Polysulfon chemikalienbeständiger und schlagzäher. Er ist thermisch hochbelastetbar. Polyethersulfon und Polysulfon sind sehr steif und weisen eine hohe Beständigkeit gegenüber dem Öl auf. Polyethersulfon und Polysulfon können in der Extrusion oder im Spritzguss zum Kolben gefertigt werden.polyether sulfone is a belonging to the group of polysulfone thermoplastic. It is resistant to hydrolysis and chemically resistant. The polyethersulfone is for example, opposite Polysulfone more chemical resistant and toughened. He is thermally highly loaded. Polyethersulfone and polysulfone are very stiff and have a high resistance to the oil. polyether sulfone and polysulfone can be made in the extrusion or injection molding to the piston.

Für den Kolben sind beliebige Kunststoffverbundwerkstoffe denkbar, die im relevanten Temperaturbereich einen mittleren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, der an die Leckageanforderungen des jeweiligen Einsatzzweckes des Ventils angepasst ist.For the piston are any plastic composites conceivable in the relevant Temperature range a mean thermal expansion coefficient that conforms to the leakage requirements of the particular application of the valve is adjusted.

Zwischen der Schraubendruckfeder und dem Kolben kann eine Verstärkung – beispielsweise eine Stahlscheibe – vorgesehen sein.Between the helical compression spring and the piston can be a gain - for example, a Steel disc - provided be.

Die Anwendung ist nicht auf Ventile für Nockenwellenversteller beschränkt. Es ist der Einsatz bei beliebigen anderen elektrohydraulischen Ventilen – insbesondere im Kraftfahrzeugbereich – denkbar.The Application is not limited to valves for camshaft adjusters. It is the use in any other electro-hydraulic valves - in particular in the automotive sector - conceivable.

Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.Further, in particular not described features of the device parts belonging to the invention, are the geometries of the device parts shown in the drawings refer to.

Claims (5)

Elektrohydraulisches Ventil (1) mit einem Kolben (4) aus Kunststoffverbundwerkstoff, der innerhalb einer Buchse (8) aus einer Aluminiumlegierung axialverschieblich gelagert ist, so dass ein hydraulischer Druck oder Volumenstrom über eine Ablaufkante steuerbar ist, wobei der mittlere Wärmeausdehnungskoeffizient des Kunststoffverbundwerkstoffs in einem Temperaturbereich von 0°C bis 100°C maximal 50% vom mittleren linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Aluminiumlegierung in dem besagten Temperaturbereich abweicht, wobei der Kunststoffverbundwerkstoff – einen Thermoplast mit einem im besagten Temperaturbereich liegenden mittleren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der über 50% höher liegt als der mittlere lineare Wärmeausdehnungskoeffizient der Aluminiumlegierung und – zusätzlich einen Faseranteil mit einem mittleren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der unterhalb des mittleren linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Aluminiumlegierung liegt.Electrohydraulic valve ( 1 ) with a piston ( 4 ) made of plastic composite, which within a socket ( 8th ) is axially displaceably mounted from an aluminum alloy, so that a hydraulic pressure or volume flow is controllable via a drainage edge, wherein the average coefficient of thermal expansion of the plastic composite in a temperature range of 0 ° C to 100 ° C maximum 50% of the mean linear thermal expansion coefficient of the aluminum alloy in the said Temperature range deviates, wherein the plastic composite material - a thermoplastic having a lying in said temperature range average coefficient of thermal expansion which is greater than 50% higher than the average coefficient of linear expansion of the aluminum alloy and - additionally having a fiber content with an average coefficient of thermal expansion, which is below the average coefficient of linear expansion of the Aluminum alloy lies. Elektrohydraulisches Ventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Wärmeausdehnungskoeffizient des Kunststoffverbundwerkstoffs maximal 10% vom mittleren linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Aluminiumlegierung abweicht.Electrohydraulic valve according to claim 1, characterized in that the mean thermal expansion coefficient of Plastic composite maximum 10% of the average coefficient of linear thermal expansion the aluminum alloy deviates. Elektrohydraulisches Ventil nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast ein Polyethersulfon ist.Electrohydraulic valve according to claim 1 or 2, characterized in that the thermoplastic is a polyethersulfone is. Elektrohydraulisches Ventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faseranteil Kohlefasern und/oder Glasfasern umfasst.Electrohydraulic valve according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber content of carbon fibers and / or glass fibers includes. Elektrohydraulisches Ventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrohydraulische Ventil einen Zulauf (P), einen ersten Steuerkanal (A) für eine Drehung eines Nockenwellenverstellers im Uhrzeigersinn und einen Steuerkanal (B) für die Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn, aufweist.Electrohydraulic valve according to one of the preceding claims, characterized in that the electrohydraulic valve ent (P), a first control channel (A) for a rotation of a camshaft adjuster in a clockwise direction and a control channel (B) for the rotation ent counterclockwise, has.
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