DE102008004591A1 - Hydraulisches Steuerventil mit integriertem Rückschlagventil - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Druckmittelsteuerung und betrifft nach ihrer Gattung ein Steuerventil mit einem integrierten Rückschlagventil zur Steuerung von Druckmittelströmen insbesondere für einen Nockenweilenversteller.
- Stand der Technik
- In Brennkraftmaschinen werden Gaswechselventile durch Nocken wenigstens einer durch eine Kurbelwelle in Drehung versetzten Nockenwelle betätigt. Vor dem Hintergrund thermodynamischer Prozesse hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn während des Betriebs der Brennkraftmaschine auf die Steuerzeiten der Gaswechselventile Einfluss genommen wird, was durch eine Änderung der relativen Drehlage zwischen Kurbel- und Nockenwelle erfolgen kann. In modernen Brennkraftmaschinen werden für diesen Zweck an den Ölkreislauf der Brennkraftmaschine angeschlossene Vorrichtungen zur Änderung und Fixie rung der relativen Drehlage zwischen Nocken- und Kurbelwelle eingesetzt, welche meist kurz als "Nockenwellenversteller" bezeichnet werden.
- Nockenwellenversteller umfassen in der Regel ein über ein Antriebsrad mit der Kurbelwelle drehfest verbundenes Antriebsteil und ein nockenwellenfestes Abtriebsteil, sowie einen zwischen An- und Abtriebsteil geschalteten hydraulischen Stelltrieb, welcher das Drehmoment von dem Antriebsteil auf das Abtriebsteil überträgt und eine Verstellung sowie Fixierung der relativen Drehlage zwischen An- und Abtriebsteil bewirkt.
- In einer gängigen Bauart sind Nockenwellenversteller als so genannte Rotationskolbenversteller gestaltet, bei denen das Antriebsteil als Außenrotor ("Stator") und das Abtriebsteil als ein zum Außenrotor konzentrisch angeordneter Innenrotor ("Rotor") ausgebildet sind. Im radialen Zwischenraum zwischen Stator und Rotor sind Druckräume geformt, die durch beispielsweise mit dem Rotor verbundene Trennelemente ("Flügel") jeweils in zwei Druckkammern geteilt werden. Durch gezielte Druckbeaufschlagung der Druckkammern kann der Rotor gegen den Stator hydraulisch verschwenkt werden, wodurch eine Drehung der Nockenwelle und demzufolge eine Änderung der relativen Drehlage zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle erfolgt. Gleichermaßen ist eine hydraulische Verspannung von Stator und Rotor möglich.
- Eine Steuerung des Nockenwellenverstellers erfolgt durch eine elektronische Steuereinheit, welche auf Basis von erfassten Kenndaten der Brennkraftmaschine den Zu- und Abfluss von Druckmittel zu bzw. von den einzelnen Druckkammern steuert. Die Druckmittelströme werden hierbei durch ein von der Steuereinheit über elektrische Signale gesteuertes hydraulisches Steuerventil geregelt.
- Hydraulische Steuerventile in Form von Mehrwege-Schieberventilen zur Steuerung von Druckmittelströmen für Nockenwellenversteller sind als solche hinlänglich bekannt. Sie umfassen als wesentliche Komponenten ein Ventilgehäuse und einen in einem Gehäusehohlraum axial verschiebbar aufgenommenen Steuerkolben, der von einem Aktuator, typischer Weise ein Elektromagnet mit Stößel, betätigt wird.
- In einer gängigen Bauart sind Steuerventile als so genannte Zentralventile gestaltet, welche in eine Zentralbohrung des nockenwellenfesten Abtriebsteils des Nockenwellenverstellers eingesetzt werden. Das Ventilgehäuse eines solchen Zentralventils ist mit einem Gewinde versehen, über welches das Ventilgehäuse in eine entsprechende Gewindebohrung der Nockenwelle eingeschraubt werden kann, um das Abtriebsteil drehfest mit der Nockenwelle zu verbinden. Eine Zufuhr bzw. Abfuhr von Druckmittel zum Druckmittelanschluss bzw. vom Ablaufanschluss des Steuerventils erfolgt durch das Abtriebsteil bzw. die Nockenwelle.
- Nun können während des Betriebs der Brennkraftmaschine an der Nockenwelle Wechselmomente auftreten, die über die Druckkammern als Druckstöße auf das Hydrauliksystem des Nockenwellenverstellers übertragen werden. Um eine Weiterleitung derartiger Druckstöße zu verhindern, werden im Druckmittelzulauf des Nockenwellenverstellers hydraulisch entsperrbare Rückschlagventile eingesetzt. Solche Rückschlagventile sind beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 102004038252 A1 und in der deutschen OffenlegungsschriftDE 102004035035 A1 beschrieben. - Ein gattungsgemäßes Steuerventil mit einem integrierten Rückschlagventil ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 102005052481 A1 der Anmelderin beschrieben. Bei diesem Steuerventil, welches in Form eines Zentralventils ausgebildet ist, ist stromabwärts eines Druckmittelanschlusses (Druckmittelzulauf) ein hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil angeordnet, das mit einem als Kugel geformten Schließelement versehen ist. Die Kugel wird von einem Federelement auf einen Dichtsitz gedrückt und kann durch das Druckmittel entgegen der Federkraft von ihrem Dichtsitz abgehoben werden. - Wie sich in der Praxis gezeigt hat, sperrt ein solches Rückschlagventil aufgrund der relativ großen Massenträgheit der Kugel erst mit einer unerwünscht langen zeitlichen Verzögerung den Rückfluss von Druckmittel, was sich in nachteiliger Weise auf die Verstellgeschwindigkeit des Nockenwellenverstellers auswirkt.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Aufgabe der Erfindung
- Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Steuerventil mit integriertem Rückschlagventil zur Regelung von Druckmittelströmen zur Verfügung zu stellen, durch welches eine schnellere Verstellgeschwindigkeit des Nockenwellenverstellers ermöglicht wird.
- Lösung der Aufgabe
- Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch ein Steuerventil mit einem integrierten Rückschlagventil zur Steuerung von Druckmittelströmen, insbesondere für einen hydraulischen Nockenwellenversteller einer Brennkraftmaschine, mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
- Erfindungsgemäß ist ein hydraulisches Steuerventil mit einem integrierten Rückschlagventil zur Steuerung von Druckmittelströmen gezeigt, welches insbesondere zur Steuerung von Druckmittelströmen eines hydraulischen Nockenwellenverstellers dient.
- Das erfindungsgemäße Steuerventil zur Steuerung von Druckmittelströmen umfasst ein hohl ausgeführtes Ventilgehäuse mit wenigstens einem Zulaufanschluss, wenigstens zwei Arbeitsanschlüssen und wenigstens einem Ablaufanschluss. Es umfasst weiterhin einen innerhalb des Ventilgehäuses axial verschiebbar geführten Steuerkolben, durch welchen positionsabhängig, d. h. je nach axialer Lage des Steuerkolbens, der Zulaufanschluss über wenigstens eine erste Druckmittelleitung mit dem einen oder anderen Arbeitsanschluss verbindbar ist, während der jeweils andere Arbeitsanschluss über wenigstens eine zweite Druckmittelleitung mit dem Ablaufanschluss verbunden ist.
- Es umfasst darüber hinaus wenigstens ein die erste Druckmittelleitung in Zulaufrichtung freigebendes, hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil mit einem Schließelement, durch das eine Ventilöffnung verschließbar ist.
- Das erfindungsgemäße Steuerventil zeichnet sich in wesentlicher Weise dadurch aus, dass das Schließelement mit wenigstens einer Durchbrechung versehen ist, derart, dass ein über wenigstens eine Federzunge federnd gelagertes Verschlussteil zum Verschließen der Ventilöffnung durch das Schließelement geformt ist. Das Schließelement ist zu diesem Zweck plättchenförmig gestaltet.
- Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuerventils ist das Schließelement aus dem Verschlussteil und einem das Verschlussteil wenigstens teilweise umgebenden Außenteil geformt, wobei das Außenteil zur Formung einer Mehrzahl Federzungen mit einer Mehrzahl das Verschlussteil (teil-)spiralförmig umgebenden Durchbrechungen versehen ist.
- Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuerventils ist das Schließelement aus dem Verschlussteil und einem das Verschlussteil wenigstens teilweise umgebenden Außenteil geformt, wobei das Außenteil zur Formung einer Mehrzahl Federzungen mit einer Mehrzahl das Verschlussteil konzentrisch umgebenden, (teil-)kreisringförmigen Durchbrechungen versehen ist.
- Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuerventils ist das Schließelement scheibenförmig ausgebildet.
- Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuerventils ist die wenigstens eine Durchbrechung spaltenförmig ausgebildet und weist eine minimale Spaltbreite von wenigstens 1 mm auf. in diesem Fall ist es bevorzugt, wenn die wenigstens eine Durchbrechung eine minimale Spaltbreite im Bereich von 1 bis 2 mm hat.
- Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuerventils besteht das Schließelement aus Federstahl. In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn der Federstahl eine Stärke im Bereich 0,1 bis 0,5 mm hat.
- Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuerventils ist innerhalb des Ventilgehäuses ein hohl ausgeführter Druckmittelleiteinsatz mit einem Druckmittelkanal zur fluidleitenden Verbindung des Zulaufanschlusses mit einer Steuernut des Steuerkolbens angeordnet, in dessen Hohlraum der Steuerkolben axial verschiebbar aufgenommen ist. Hierbei ist der Druckmittelleiteinsatz mit einem Strukturabschnitt zur Fixierung des Schließelements an einer Sitzfläche versehen. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Sitzfläche von einem in den Gehäusehohlraum eingesetzten Sitzflächeneinsatz geformt wird. Gleichermaßen kann es vorteilhaft sein, wenn der Sitzflächeneinsatz mit einem Halteelement zur relativen axialen Fixierung des Druckmittelleiteinsatzes versehen ist.
- Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung formt der Druckmittelleiteinsatz einen Anschlag für das in Öffnungsstellung befindliche Schließelement, um eine Überdehnung von Federzungen zu vermeiden.
- Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit einem wie oben beschriebenen Steuerventil.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. Gleiche bzw. gleich wirkende Elemente sind in den Zeichnungen mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Es zeigen:
-
1 eine Axialschnittansicht eines Steuerventils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2 ein vergrößerter Ausschnitt des Steuerventils von1 im Bereich des Rückschlagventils; -
3 eine perspektivische Ansicht und eine Axialschnittansicht eines Ausführungsbeispiels der Dichtscheibe des Rückschlagventils des Steuerventils von1 ; -
4 eine perspektivische Ansicht und eines Axialschnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Dichtscheibe des Rückschlagventils des Steuerventils von1 ; -
5 eine perspektivische Ansicht und eines Axialschnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Dichtscheibe des Rückschlagventils des Steuerventils von1 . - Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
- In
1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuerventils gezeigt. Das Steuerventil ist in Form eines Zentralventils ausgebildet und kann zu dessen Verwendung in eine Zentralbohrung des Abtriebsteils (Rotor) eines hydraulischen Nockenwellenverstellers eingesetzt werden. Die Platzierung eines solchen Zentralventils in einem Nockenwellenversteller, sowie dessen Anbindung an das Hydrauliksystem (Ölkreis) einer Brennkraftmaschine ist dem Fachmann an sich bekannt und beispielsweise in der eingangs genannten gattungsbildenden OffenlegungsschriftDE 102005052481 A1 ausführlich beschrieben, so dass sich hier eine weitere Beschreibung erübrigt. Hinsichtlich der Anordnung des erfindungsgemäßen Zentralventils in einem hydraulischen Rotationskolbenversteller und dessen Anbindung an den Druckmittelkreis wird auf die Offenbarung dieser Druckschrift in vollem Umfang Bezug genommen. - Das insgesamt mit der Bezugszahl
1 bezeichnete Steuerventil umfasst ein Ventilgehäuse2 , das entsprechend der Gestaltung des Steuerventils als Zentralventil in Form einer Zentralschraube ausgebildet ist. - Das Ventilgehäuse
2 umfasst demnach einen sich stufenförmig erweiternden Gehäuserumpf3 und einen im Bereich des geringsten Rumpfdurchmessers an den Gehäuserumpf3 angeformten Gehäuseschaft4 , der mit einem Außengewinde5 versehen ist. Der Gehäuseschaft4 kann in eine mit einem entsprechenden Innengewinde versehene Aufnahmebohrung einer Nockenwelle eingeschraubt werden, was in1 nicht dargestellt ist. In dem Steuerventil1 dient lediglich der in einer Zentralbohrung des Abtriebsteils des Nockenwellenverstellers aufzunehmende Gehäuserumpf3 zur Steuerung von Druckmittelströmen. - Das Ventilgehäuse
2 ist im Bereich des Gehäuserumpfes3 mit einem Gehäusehohlraum6 versehen, der in Form einer sacklochartigen Aufnahme ausgebildet ist. Gehäuseschaftseitig sind in den Gehäusehohlraum6 ein Ringfilter10 , ein Sitzflächeneinsatz11 und eine als Schließelement eines insgesamt mit der Bezugszahl13 bezeichneten Rückschlagventils dienende Dichtscheibe12 eingesetzt, welche weiter unten noch näher erläutert wird. - In den Gehäusehohlraum
6 ist ein hohler Druckmittelleiteinsatz7 eingesetzt, welcher in seinem Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Gehäusehohlraums6 angepasst ist. Der Druckmittelleiteinsatz7 umfasst einen hülsenförmigen Einsatzabschnitt14 mit einem gehäuseschaftseitig angeformten Strukturabschnitt15 , der stirnseitig mit einem axialen Stützring16 versehen ist. Der Stützring16 ist innerhalb eines axialen Haltekragens17 aufgenommen, der an einem Sitzflächenkörper19 des Sitzflächeneinsatzes11 angeformt ist. Hierbei gelangt eine Stirnfläche des axialen Stützrings16 zur Anlage gegen die Dichtscheibe12 , die ihrerseits einer vom Sitzflächenkörper19 geformten Sitzfläche20 anliegt. Der Haltekragen17 ist an seinem vom Gehäuseschaft4 abgewandten freien Ende radial einwärts gebogen und hintergreift den Stützring16 an einer vom Strukturabschnitt15 geformten Kehlung18 , wodurch die drei Komponenten Sitzflächeneinsatz11 , Dichtscheibe12 und Druckmittelleiteinsatz7 in ihrer relativen axialen Lage gesichert werden. Mittels eines Sicherungsrings22 ist der Druckmittelleiteinsatz7 innerhalb des Gehäusehohlraums6 axial gesichert. - In den nicht näher bezeichneten Hohlraum des Druckmittelleiteinsatzes
7 ist eine hohlzylindrische Steuerhülse8 eingesetzt, deren Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Druckmittelleiteinsatzes7 angepasst ist. Die Steuerhülse8 ist hierzu mit ihrem gehäuseschaftseitigen Endabschnitt in einer vom Strukturabschnitt15 des Druckmittelleiteinsatzes7 geformten ringnutförmigen Hülsenaufnahme21 aufgenommen und durch den Sicherungsring22 gegen axiales Verschieben gesichert. - In den nicht näher bezeichneten Hohlraum der Steuerhülse
8 ist ein als Hohlkolben mit einem Kolbenhohlraum33 ausgebildeter Steuerkolben9 axial verschiebbar eingesetzt. In die Außenumfangsfläche des Steuerkolbens9 ist eine ringförmige Steuernut24 eingearbeitet, die von in Form eines ersten Ringbunds25 und eines zweiten Ringbunds26 geformten Steuerabschnitten, welche axial voneinander beabstandet sind, begrenzt wird. Der Außendurchmesser des ersten und zweiten Ringbunds25 ,26 ist dem Innendurchmesser der Steuerhülse8 angepasst. An seinem gehäuseschaftseitigen Endabschnitt formt der zweite Ringbund26 des Steuerkolbens9 eine Ringstufe27 , der ein Ende eines Federelements28 anliegt, das sich an seinem anderen Ende in einer vom Strukturabschnitt15 des Druckmittelleiteinsatzes7 geformten Federaufnahme23 abstützt. Ein durch die Federkraft des Federelements28 bewirktes Herausgleiten des Steuerkolbens9 aus dem Hohlraum der Steuerhülse8 wird durch den ersten Ringbund25 , der zur Anlage gegen den Sicherungsring22 gelangt, verhindert. - Der Steuerkolben
9 kann entgegen der Federkraft des Federelements28 innerhalb der Steuerhülse8 axial verschoben werden, zu welchem Zweck an der vom Gehäuseschaft4 abgewandten Stirnseite des Steuerkolbens9 ein Aktuator, beispielsweise ein Elektromagnet mit Stößel, angreift, wie beispielsweise in der oben genannten gattungsbildenden Offenlegungsschrift beschrieben ist. - Das Ventilgehäuse
2 ist im Bereich des Gehäuserumpfes3 mit drei axial beabstandeten Gehäuse-Radialöffnungen29 –31 versehen, nämlich auf der dem Gehäuseschaft4 zugewandten Seite des Gehäuserumpfs3 geformte erste Gehäuse-Radialöffnungen29 , auf der dem Gehäuseschaft4 abgewandten Seite des Gehäuserumpfs3 geformte dritte Gehäuse-Radialöffnungen31 , und zwischen diesen angeordnete zweite Gehäuse-Radialöffnungen30 , welche jeweils in den Gehäusehohlraum6 münden. Der Druckmittelleiteinsatz7 ist mit ersten Einsatz-Radialöffnungen34 und zweiten Einsatz-Radialöffnungen35 versehen, welche jeweils in den Hohlraum des Druckmittelleiteinsatzes münden. Ebenso ist die Steuerhülse8 mit ersten Hülse-Radialöffnungen36 und zweiten Hülse-Radialöffnungen37 versehen, welche jeweils in den Hohlraum der Steuerhülse8 münden. Hierbei sind die zweiten Gehäuse-Radialöffnungen30 , die ersten Einsatz-Radialöffnungen34 und die ersten Hülse-Radialöffnungen36 jeweils radial fluchtend bzw. ineinander mündend angeordnet. Gleichermaßen sind die dritten Gehäuse-Radialöffnungen31 , die zweiten Einsatz-Radialöffnungen35 und die zweiten Hülse-Radialöffnungen37 jeweils radial fluchtend bzw. ineinander mündend angeordnet. Der Gehäusehohlraum6 des Ventilgehäuses2 ist mit einer axialen Gehäusehohlraumöffnung32 versehen, die mit einer axialen Kolbenhohlraumöffnung38 des Kolbenhohlraums33 des Steuerkolbens9 verbunden ist. - In dem Steuerventil
1 dienen die ersten Gehäuse-Radialöffnungen29 als Druckmittelzulauf bzw. Druckmittelanschluss (P) und sollen mit einer Druckmittelpumpe zum Zuführen von Druckmittel zum Steuerventil1 verbunden werden. Die zweiten und dritten Gehäuse-Radialöffnungen30 ,31 dienen jeweils als Arbeitsanschluss (A, B) zur Verbindung mit den Druckkammern des Nockenwellenverstellers, wohingegen die axiale Gehäusehohlraumöffnung32 als Ablaufanschluss (T) zur Verbindung mit einem Druckmitteltank dient. - Strömt Druckmittel durch die ersten Gehäuse-Radialöffnungen
29 in das Steuerventil1 ein, so gelangt es in eine im Sitzflächeneinsatz11 geformte Zentralöffnung39 , passiert das hydraulisch entsperrbare Rückschlagventil13 , gelangt in einen vom Strukturabschnitt15 geformten Druckmittelraum40 und wird über nicht näher dargestellte axiale Fluidkanäle, die von dem Druckmittelleiteinsatz7 geformt bzw. umgriffen werden, zur Steuernut24 des Steuerkolbens9 geleitet. Dem Fachmann ist aus der oben genannten gattungsbildenden deutschen Offenlegungsschrift bekannt bzw. nahegelegt, wie der Druckmittelleiteinsatz7 zur Formung entsprechender axialer Fluidkanäle zu gestalten ist, so dass hier nicht näher darauf eingegangen werden muss. Die von dem Druckmittelleiteinsatz7 geformten axialen Fluidkanäle münden in dritte Hülse-Radialbohrungen41 der Steuerhülse8 , die ihrerseits in die Steuernut24 münden. - Über die Steuernut
24 können, gesteuert durch die in Form von Ringbünden25 ,26 ausgebildeten Steuerabschnitte des Steuerkolbens9 , je nach axialer Position des Steuerkolbens9 , die zweiten oder dritten Gehäuse-Radialöffnungen30 ,31 (Arbeitsanschlüsse) mit den ersten Gehäuse-Radialöffnungen29 (Druckmittelanschluss) verbunden werden, während der jeweils andere Arbeitsanschluss mit der Gehäusehohlraumöffnung32 (Ablaufanschluss) verbunden ist. Somit kann über die Steuernut24 eine erste Druckmittelleitung (fluidleitende Verbindung) zwischen der ersten Gehäuse-Radialöffnung29 (Zulaufanschluss) und der zweiten Gehäuse-Radialöffnung30 (erster Arbeitsanschluss "A") eingerichtet werden, welche die Zentralöffnung39 , den Druckmittelraum40 , die nicht näher dargestellten axialen Fluidkanäle des Druckmittelleiteinsatzes7 , die dritte Hülse-Radialöffnung41 , die Steuernut24 , die erste Hülse-Radialöffnung36 und die erste Einsatz-Radialöffnung34 umfasst. Gleichermaßen kann über die Steuernut24 eine weitere erste Druckmittelleitung (fluidleitende Verbindung) zwischen der ersten Gehäuse-Radialöffnung29 (Zulaufanschluss) und der dritten Gehäuse-Radialöffnung31 (zweiter Arbeitsanschluss "B") eingerichtet werden, welche die Zentralöffnung39 , den Druckmittelraum40 , die nicht näher dargestellten axialen Fluidkanäle des Druckmittelleiteinsatzes7 , die dritte Hülse-Radialöffnung41 , die Steuernut24 , die zweite Hülse-Radialöffnung37 und die zweite Einsatz-Radialöffnung35 umfasst. Gesteuert durch den Steuerkolben, kann ein Ablauf von Druckmittel vom ersten Arbeitsanschluss30 zur Gehäusehohlraumöffnung32 (Ablaufanschluss "T") über eine zweite Druckmittelleitung, die die erste Einsatz-Radialöffnung34 , die erste Hülse-Radialöffnung36 , den Kolbenhohlraum33 und die Kolbenholraumöffnung38 umfasst, erfolgen. Ebenso kann ein Ablauf von Druckmittel vom zweiten Arbeitsanschluss31 zur Gehäusehohlraumöffnung32 (Ablaufanschluss "T") über eine weitere zweite Druckmittelleitung, die die zweite Einsatz-Radialöffnung35 , die zweite Hülse-Radialöffnung37 , den Kolbenhohlraum33 und die Kolbenholraumöffnung38 umfasst, erfolgen. - Durch den Ringfilter
10 können mit dem Druckmittel geführte Schmutzpartikel gefiltert werden, um durch Verschmutzung bedingte funktionelle Beeinträchtigungen das Steuerventils1 und insbesondere des Rückschlagventils13 zu vermeiden. - Wie weiter oben bereits dargestellt wurde, umfasst das Rückschlagventil
13 eine Dichtscheibe12 , die einer vom Sitzflächenkörper19 des Sitzflächeneinsatzes11 geformten ringförmigen Sitzfläche20 anliegt. Über die Stirnfläche des Stützrings16 des Strukturabschnitts15 wird die Dichtscheibe12 ringförmig gegen die Sitzfläche20 gedrückt, wobei der Haltekragen17 eine axiale Lagesicherung bewirkt. - In
3 ist die Dichtscheibe12 des Rückschlagventils12 des Steuerventils1 in einer perspektivischen Ansicht und einer Axialschnittansicht näher dargestellt. Demnach setzt sich die plättchenförmige Dichtscheibe12 aus einem kalottenförmigen Scheibenmittelabschnitt42 und einem ebenen Scheibenaußenabschnitt43 zusammen. Im eingebauten Zustand befindet sich der kalottenförmige Scheibenmittelabschnitt42 innerhalb der Zentralöffnung39 des Sitzflächeneinsatzes11 , während nur der ebene Scheibenaußenabschnitt43 der Sitzfläche20 anliegt. - Die Dichtscheibe
12 ist im Bereich des Scheibenaußenabschnitts43 mit einer Mehrzahl spaltförmiger Durchbrechungen44 versehen, die den Scheibenmittelabschnitt42 in krummliniger Führung jeweils spiralförmig umgeben. Hierdurch wird der Scheibenaußenabschnitt43 in eine Mehrzahl miteinander verbundener Federzungen45 unterteilt, die jeweils unter Weitung der spaltförmi gen Durchbrechungen44 in axialer Richtung elastisch federnd gebogen werden können. Die hierbei zu überwindende Federkraft hängt von Material und Stärke der Dichtscheibe12 , sowie von Anordnung und Abmessung der Durchbrechungen44 ab. - Die Dichtscheibe ist zu diesem Zweck beispielsweise aus Federstahl mit einer Stärke von 0,1 bis 0,5 mm gefertigt. Die Spaltbreite der spaltförmigen Durchbrechungen beträgt vorzugsweise wenigstens 1 mm und liegt beispielsweise in einem Bereich von 1 bis 2 mm, um einen ausreichenden Durchfluss von Druckmittel zu ermöglichen.
- Im eingebauten Zustand befinden sich die spaltförmigen Durchbrechungen
44 der Dichtscheibe12 außerhalb des Bereichs der Zentralöffnung39 . Bei anströmendem Druckmittel wird bei einem ausreichenden hydraulischen Öffnungsdruck der als Verschlussteil zum Verschließen der Zentralöffnung39 dienende Scheibenmittelabschnitt42 gegenüber dem fixierten Rand des Scheibenaußenabschnitts43 bewegt, wobei der nichtfixierte Bereich des Scheibenaußenabschnitts43 von der Sitzfläche20 abgehoben wird und Druckmittel durch die geweiteten Durchbrechungen44 strömen kann und in den Druckmittelraum40 gelangt. Der Scheibenmittelabschnitt42 wird hierbei unter elastischer Verformung der Federzungen45 gegenüber dem fixierten Randbereich des Scheibenaußenabschnitts43 axial bewegt. Eine Überdehnung der Dichtscheibe12 wird durch einen vom Strukturabschnitt15 des Druckmittelleiteinsatzes7 geformten Anschlag46 verhindert. - Bei einem auftretenden Druckstoß in Gegenrichtung bzw. bei einem Rücklauf von Druckmittel legt sich die Dichtscheibe
12 mit ihrem Scheibenaußenabschnitt43 der Sitzfläche20 an und der Scheibenmittelabschnitt42 verschließt die Zentralöffnung39 , so dass das Rückschlagventil13 den Rücklauf von Druckmittel sperrt. - Aufgrund der im Vergleich zu einer Kugel als Schließelement wesentlich kleineren Massenträgheit der Dichtscheibe
12 kann ein besonders schnelles Sperr verhalten des Rückschlagventils13 erzielt werden. Zudem verfügt die Dichtscheibe12 im Vergleich zu einer Kugel über eine wesentlich größere effektive Anströmfläche, so dass der hydraulische Schließdruck der Dichtscheibe12 im Vergleich zu einer Kugel höher ist, was das schnelle Schließverhalten unterstützt. - Die spezielle Gestaltung der Dichtscheibe
12 mit spiralförmigen Durchbrechungen44 im Scheibenaußenabschnitt43 bringt den wesentlichen Vorteil mit sich, dass die Federzungen45 im Vergleich zum Durchmesser der Dichtscheibe12 relativ lang gestaltet werden können, wodurch die Federkraft relativ gering ist und ein entsprechend niedriger Öffnungsdruck realisierbar ist. - Zudem hat sich in praktischen Versuchen zur Langzeitanwendung gezeigt, dass eine in der Praxis ausreichende Dauerbelastbarkeit der Dichtscheibe
12 , bei einer Ausgestaltung der Dichtscheibe, bei der die Zentralöffnung39 durch einen über eine Federzunge an den übrigen Teil der Dichtscheibe angebundenen Deckel verschlossen wird, nicht gegeben ist. - Über den kalottenförmigen Scheibenmittelabschnitt
42 der Dichtscheibe12 kann ein vorteilhaftes Anströmverhalten von Druckmittel an die Dichtscheibe12 erreicht werden, da hierdurch der Scheibenmittelabschnitt42 gleichmäßig ausgelenkt wird und die hydraulische Kraft in dem zum Scheibenaußenabschnitt43 angrenzenden Randbereich des Scheibenmittelabschnitts42 angreift. Zudem kann bei Sperrung des Rückschlagventils13 in vorteilhafter Weise eine Selbstzentrierung der Dichtscheibe12 durch den in die Zentralöffnung39 eindringenden kalottenförmigen Scheibenmittelabschnitt42 erreicht werden. - In
4 ist eine weitere Ausführungsform der Dichtscheibe12 des Rückschlagventils12 des Steuerventils1 in einer perspektivischen Ansicht und einer Axialschnittansicht näher dargestellt. Diese Ausführungsform der Dichtscheibe12 unterscheidet sich von der in3 gezeigten Ausführungsform lediglich dadurch, dass der Scheibenmittelabschnitt43 nicht kalottenförmig, sondern eben geformt ist, so dass der Scheibenmittelabschnitt43 und der Scheibenaußenab schnitt44 gemeinsam ein ebenes Plättchen formen. Auf die Vorteile des kalottenförmigen Scheibenmittelabschnitts43 wird bei dieser Ausführungsform verzichtet, jedoch ermöglicht sie eine einfachere Fertigung der Dichtscheibe12 . - In
5 ist eine weitere Ausführungsform der Dichtscheibe12 des Rückschlagventils12 des Steuerventils1 in einer perspektivischen Ansicht und einer Axialschnittansicht näher dargestellt. Diese Ausführungsform der Dichtscheibe12 unterscheidet sich von der in4 gezeigten Ausführungsform lediglich dadurch, dass die spaltförmigen Durchbrechungen47 des Scheibenaußenabschnitts43 den Scheibenmittelabschnitt42 nicht spiralförmig sondern in Form von konzentrisch angeordneten Ringstücken umgeben, was eine besonders einfache Fertigung der Dichtscheibe12 ermöglicht. - Das erfindungsgemäße Rückschlagventil
13 ermöglicht somit im Vergleich zu den herkömmlich eingesetzten Kugel-Rückschlagventilen aufgrund der geringeren Massenträgheit und der größeren Anströmfläche ein wesentlicher schnelleres Schließverhalten des Rückschlagventils. Da es eine zusätzliche Feder zur Beaufschlagung des Schließkörpers verzichtbar macht, können Material- und Fertigungskosten eingespart werden. Die Dichtscheibe12 kann aus einem preiswerten Material (beispielsweise Federstahl) in einfacher Weise durch Stanzung der Durchbrechungen44 ,47 hergestellt werden. Eine Montage in der industriellen Serienfertigung ist insbesondere im Vergleich zu den Kugel-Rückschlagventilen in besonders einfacher Weise möglich. Aufgrund der speziellen Gestaltung der Dichtscheibe12 mit relativ langen, gegen eine vergleichsweise geringe Federkraft auslenkbaren Federzungen ist eine sichere Langzeitanwendung des Rückschlagventils gewährleistet. -
- 1
- Steuerventil
- 2
- Ventilgehäuse
- 3
- Gehäuserumpf
- 4
- Gehäuseschaft
- 5
- Außengewinde
- 6
- Gehäusehohlraum
- 7
- Druckmittelleiteinsatz
- 8
- Steuerhülse
- 9
- Steuerkolben
- 10
- Ringfilter
- 11
- Sitzflächeneinsatz
- 12
- Dichtscheibe
- 13
- Rückschlagventil
- 14
- hülsenförmiger Einsatzabschnitt
- 15
- Strukturabschnitt
- 16
- Stützring
- 17
- Haltekragen
- 18
- Kehlung
- 19
- Sitzflächenkörper
- 20
- Sitzfläche
- 21
- Hülsenaufnahme
- 22
- Sicherungsring
- 23
- Federaufnahme
- 24
- Steuernut
- 25
- erster Ringbund
- 26
- zweiter Ringbund
- 27
- Ringstufe
- 28
- Federelement
- 29
- erste Gehäuse-Radialöffnung
- 30
- zweite Gehäuse-Radialöffnung
- 31
- dritte Gehäuse-Radialöffnung
- 32
- Gehäusehohlraumöffnung
- 33
- Kolbenhohlraum
- 34
- erste Einsatz-Radialöffnung
- 35
- zweite Einsatz-Radialöffnung
- 36
- erste Hülse-Radialöffnung
- 37
- zweite Hülse-Radialöffnung
- 38
- Kolbenhohlraumöffnung
- 39
- Zentralöffnung
- 40
- Druckmittelraum
- 41
- dritte Hülse-Radialöffnung
- 42
- Scheibenmittelabschnitt
- 43
- Scheibenaußenabschnitt
- 44
- spiralförmige Durchbrechung
- 45
- Federzunge
- 46
- Anschlag
- 47
- ringförmige Durchbrechung
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
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- - DE 102005052481 A1 [0009, 0031]
Claims (13)
- Steuerventil (
1 ) zur Steuerung von Druckmittelströmen, welches umfasst: – ein hohl ausgeführtes Ventilgehäuse (2 ) mit wenigstens einem Zulaufanschluss (29 ), wenigstens zwei Arbeitsanschlüssen (30 ,31 ) und wenigstens einem Ablaufanschluss (32 ), – einen innerhalb des Ventilgehäuses (2 ) axial verschiebbar geführten Steuerkolben (9 ), durch welchen positionsabhängig der Zulaufanschluss (29 ) über wenigstens eine erste Druckmittelleitung (29 ,40 ,41 ,24 ,34 ,36 ;29 ,40 ,41 ,24 ,34 ,37 ,35 ) mit dem einen oder anderen Arbeitsanschluss (30 ,31 ) verbindbar ist, während der jeweils andere Arbeitsanschluss über wenigstens eine zweite Druckmittelleitung (34 ,36 ,33 ,38 ;33 ,37 ,33 ,38 ) mit dem Ablaufanschluss (32 ) verbunden ist, – wenigstens ein die erste Druckmittelleitung in Zulaufrichtung freigebendes, hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil (13 ) mit einem Schließelement (12 ), durch das eine Ventilöffnung (39 ) verschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (12 ) mit wenigstens einer Durchbrechung (44 ) versehen ist, derart, dass ein über wenigstens eine Federzunge (45 ) federnd gelagertes Verschlussteil (42 ) zum Verschließen der Ventilöffnung (39 ) geformt ist. - Steuerventil (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (12 ) aus dem Verschlussteil (42 ) und einem das Verschlussteil wenigstens teilweise umgebenden Außenteil (43 ) geformt ist, wobei das Außenteil (43 ) zur Formung von Federzungen (45 ) mit einer Mehrzahl das Verschlussteil spiralförmig umgebenden Durchbrechungen (44 ) versehen ist. - Steuerventil (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (12 ) aus dem Verschlussteil (42 ) und einem das Veschlussteil wenigstens teilweise umgebenden Außenteil (43 ) geformt ist, wobei das Außenteil zur Formung von Federzungen (45 ) mit einer Mehrzahl das Verschlussteil konzentrisch umgebenden, ringförmigen Durchbrechungen (47 ) versehen ist. - Steuerventil (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (12 ) scheibenförmig ausgebildet ist. - Steuerventil (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Durchbrechung (44 ,47 ) spaltenförmig ausgebildet ist und eine minimale Spaltbreite von wenigstens 1 mm aufweist. - Steuerventil (
1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Durchbrechung (44 ,47 ) eine minimale Spaltbreite im Bereich von 1 bis 2 mm hat. - Steuerventil (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (12 ) aus Federstahl besteht. - Steuerventil (
1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Federstahl eine Stärke im Bereich 0,1 bis 0,5 mm hat. - Steuerventil (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Ventilgehäuses (2 ) ein hohl ausgeführter Druckmittelleiteinsatz (7 ) mit einem Druckmittelkanal zur fluidleitenden Verbindung des Zulaufanschlusses (29 ) mit einer Steuernut (24 ) des Steuerkolbens (9 ) angeordnet ist, in dessen Hohlraum der Steuerkolben axial verschiebbar aufgenommen ist, wobei der Druckmittelleiteinsatz mit einem Strukturabschnitt (15 ) zur Fixierung des Schließelements (12 ) an einer Sitzfläche (20 ) versehen ist. - Steuerventil (
1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzfläche (20 ) von einem in den Gehäusehohlraum (6 ) eingesetzten Sitzflächeneinsatz (11 ) geformt wird. - Steuerventil (
1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitzflächeneinsatz (11 ) mit einem Halteelement (17 ) zur relativen axialen Fixierung des Druckmittelleiteinsatzes (7 ) versehen ist. - Steuerventil (
1 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelleiteinsatz (7 ) einen Anschlag (46 ) für das in Öffnungsstellung befindliche Schließelement formt. - Nockenwellenversteller mit einem Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
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