DE102008035908A1

DE102008035908A1 - Hydraulisches Wegeventil

Info

Publication number: DE102008035908A1
Application number: DE102008035908A
Authority: DE
Inventors: Jens Hoppe; Stefan Konias
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-08-02
Filing date: 2008-08-02
Publication date: 2010-02-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Wegeventil (1) mit einem Ventilgehäuse (6) und einem Ringfilter (13), wobei das Ventilgehäuse (6) eine im Wesentlichen zylindrische Außenmantelfläche (8) aufweist, an der zumindest ein Druckmittelanschluss (A, B, P, T) ausgebildet ist, wobei der Ringfilter (13) zumindest ein Rahmenelement (14) und ein Filtergewebe (15) aufweist, wobei der Ringfilter (13) die Außenmantelfäche (8) im Bereich des Druckmittelanschlusses (A, B, P, T) in Umfangsrichtung umgreift und eine innere Mantelfläche (20) des Rahmenelements (14) zumindest teilweise dem Querschnitt der Außenmantelfläche (8) im Bereich des Rahmenelementes (14) angepasst ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft hydraulisches Wegeventil mit einem Ventilgehäuse und einem Ringfilter, wobei das Ventilgehäuse eine im Wesentlichen zylindrische Außenmantelfläche aufweist, an der zumindest ein Druckmittelanschluss ausgebildet ist wobei der Ringfilter zumindest ein Rahmenelement und ein Filtergewebe aufweist, wobei der Ringfilter die Außenmantelfläche im Bereich des Druckmittelanschlusses in Umfangsrichtung umgreift und eine innere Mantelfläche des Rahmenelements zumindest teilweise dem Querschnitt der Außenmantelfläche im Bereich des Rahmenelementes angepasst ist.
Derartige Wegeventile werden in Brennkraftmaschinen beispielsweise zur Ansteuerung von hydraulischen Nockenwellenverstellern oder schaltbaren Nockenfolgern, beispielsweise schaltbaren Schlepphebeln, Tassenstößeln oder Rollenstößeln, eingesetzt. Die Wegeventile bestehen aus einer Stelleinheit und einem Ventilabschnitt. Die Stelleinheit kann beispielsweise eine elektromagnetische oder hydraulische Stelleinheit sein. Der Ventilabschnitt stellt den hydraulischen Abschnitt des Wegeventils dar, wobei an diesem üblicherweise ein Zu laufanschluss, 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.
Für den Einsatz eines Wegeventils zur Steuerung eines Nockenwellenverstellers ist dieses im Normalfall als 4/3-Proportionalwegeventil ausgebildet. Ein derartiges Proportionalventil ist beispielsweise in der DE 100 27 080 A1 offenbart.
Der Ventilabschnitt besteht aus einem Ventilgehäuse und einem darin axial verschiebbar angeordneten Steuerkolben. Das Ventilgehäuse ist üblicherweise innerhalb einer zylindrischen, sacklochartigen Aufnahme des Zylinderkopfes angeordnet. An der Außenmantelfläche des Ventilgehäuses sind vier Ringnuten ausgebildet, in deren Nutgründen Öffnungen ausgebildet sind, welche als Druckmittelanschlüsse dienen. In dem Zylinderkopf ist pro Ringnut ein Druckmittelkanal ausgebildet ist, der in die jeweilige Ringnut mündet. Über die Anschlüsse kann Druckmittel in das Innere des Ventilgehäuses gelangen bzw. aus dem Inneren des Ventilgehäuses austreten. Im Inneren des Ventilgehäuses ist ein Steuerkolben axial verschiebbar angeordnet, wobei der Außendurchmesser des Steuerkolbens dem Innendurchmesser des Ventilgehäuses angepasst ist. Des Weiteren sind am Steuerkolben ebenfalls Ringnuten ausgebildet, über welche benachbarte Druckmittelanschlüsse miteinander verbunden werden können.
Im Inneren der Stelleinheit sind eine Spule und ein Anker angeordnet. Durch Bestromen der Spule wird der Anker in axialer Richtung verschoben, 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.
Wegeventile zur Ansteuerung von schaltbaren Nockenfolgern sind meist als Schaltventile ausgebildet. Ein derartiges Schaltventil ist, in einer Ausführung als 3/2-Schaltventil, beispielsweise aus der DE 103 59 363 A1 bekannt. Die Funkti on und die Ausbildung der elektromagnetischen Stelleinheit sind in weiten Teilen analog zu der des Proportionalventils.
An dem Ventilabschnitt sind in diesem Fall ein Zulaufanschluss, ein Arbeitsanschluss und ein Tankanschluss ausgebildet. Der Arbeitsanschluss kommuniziert über jeweils eine als Ventilsitz ausgebildete Öffnung sowohl mit dem Zulauf- als auch mit dem Tankanschluss. Innerhalb des Ventilgehäuses ist weiterhin ein Steuerkolben angeordnet, an welchem zwei Schließelemente ausgebildet sind. Jedes Schließelement kann, abhängig von der Position des Steuerkolbens innerhalb des Ventilgehäuses, den Druckmittelfluss durch einen der Ventilsitze sperren oder freigeben. Abhängig von der axialen Position des Steuerkolbens kann so der Arbeitsanschluss selektiv mit dem Zulaufanschluss oder mit dem Tankanschluss verbunden werden. Die axiale Lage des Steuerkolbens wird dabei wiederum über die axiale Position des Ankers relativ zum zweiten Magnetjoch festgelegt.
In der DE 100 27 080 A1 ist jedem der hydraulischen Anschlüsse ein Ringfilter zugeordnet. Jeder Ringfilter ist in einer der Ringnuten positioniert, wobei sich jeder Ringfilter entlang der gesamten Umfangsrichtung des kreisrunden Nutgrundes erstreckt. Die Ringfilter weist ein Rahmenelement aus einem elastischen Kunststoff auf. Das Rahmenelement weist zwei sich in Umfangsrichtung des Ventilgehäuses erstreckende Teilelemente auf, die sich in axialer Richtung gegenüberstehen und über Querstreben miteinander verbunden sind. Zwischen den Teilelementen und den Querstreben sind Filtergewebe angeordnet.
Nachteilig an dieser Ausführungsform ist, dass die Querstreben des Rahmenelements, bei einer geringen Fehlorientierung des Ringfilters zu dem Ventilgehäuse, radial zu den Öffnungen der Anschlüsse oder direkt benachbart zu der Öffnung des im Zylinderkopf ausgebildeten Druckmittelkanals, mit dem die Ringnut kommuniziert, angeordnet sein können. Dies kann beispielsweise durch eine unsachgemäße Montage der Ringfilter auf dem Ventilgehäuse erfolgen. Selbst bei korrekt orientierten Ringfiltern besteht während des Betriebs der Brennkraftmaschine die Gefahr, dass der Ringfilter auf Grund der Strömungs kräfte des Druckmediums und des Spiels zwischen Ringnut und Rahmenelement in eine Position verdreht wird, in der die Querstreben die Anschlüsse oder die Öffnung des zylinderkopfseitigen Druckmittelkanals überdecken. Daraus resultiert eine erhebliche Drosselung des Druckmittelstroms durch das Wegeventil, was zu einer ungewollten, zeitlich veränderlichen Veränderung der Wegeventilcharakteristik, und damit im schlimmsten Fall zum Ausfall der Steuerung des angeschlossenen hydraulischen Verbrauchers führt.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde diese geschilderten Nachteile zu vermeiden und somit ein hydraulisches Wegeventil zu schaffen, das zumindest einen Ringfilter zum Schutz einer der hydraulischen Anschlüsse aufweist, wobei die vorgesehene Ventilcharakteristik über die gesamte Lebensdauer der Brennkraftmaschine erhalten bleiben soll.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Außenmantelfläche im Bereich des Rahmenelementes von einer Kreisform abweicht. Somit ist ein ungewolltes Verdrehen des Ringfilters während des Betriebs der Brennkraftmaschine durch die Strömungskräfte ausgeschlossen. Die relative Position des Ringfilters zu dem Ventilgehäuse in Umfangsrichtung bleibt während der gesamten Lebensdauer der Brennkraftmaschine konstant.
In einer Konkretisierung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Außenmantelfläche im Bereich des Rahmenelementes zumindest einen geradlinigen Abschnitt aufweist.
Das Rahmenelement kann beispielsweise zumindest zwei sich in Umfangsrichtung des Ventilgehäuses erstreckende Teilelemente aufweisen, die mittels axialer Querstreben miteinander verbunden sind.
In dieser Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Querstreben derart an den Teilelementen angeordnet sind, dass diese in der bzw. den möglichen Orientierungen des Ringfilters zu dem Ventilgehäuse eine Öff nung eines in den jeweiligen Anschluss mündenden Druckmittelkanals und/oder den jeweiligen Anschluss nicht überdecken.
Kann der Ringfilter auf Grund dem von der Kreisform abweichenden Querschnitts der Außenmantelfläche im Bereich des Rahmenelementes und der daran angepassten inneren Mantelfläche des Rahmenelements in Umfangsrichtung nur in einer Position relativ zu dem Ventilgehäuse positioniert werden, so sind die Querstreben derart anzuordnen, dass diese die Öffnung der Umgebungskonstruktion, die mit dem Anschluss kommuniziert, nicht oder nur minimal überdecken.
Sind mehrere diskrete Positionen des Rahmenelements in Umfangsrichtung relativ zu der Außenmantelfläche im Bereich des Rahmenelementes möglich, so sind die Querstreben derart anzuordnen, dass diese die Öffnung der Umgebungskonstruktion, die mit dem Anschluss kommuniziert, in keiner der möglichen Positionen überdecken. Vorteilhafterweise sind die Querstreben auch derart angeordnet, dass diese den jeweiligen Anschluss nicht überdecken.
Somit ist eine Fehlmontage des Ringfilters auf dem Ventilgehäuse ausgeschlossen.
In einer Konkretisierung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass an der Außenmantelfläche des Ventilgehäuses eine Ringnut vorgesehen ist, in der der Anschluss ausgebildet und der Ringfilter angeordnet ist.
Die Außenmantelfläche im Bereich des Rahmenelementes kann beispielsweise ellipsenförmig ausgebildet ist. Somit sind nur vier Orientierungen des Rahmenelements relativ zu der Außenmantelfläche des Ventilgehäuses möglich. Somit liegt ein hoher Freiheitsgrad bei der Anordnung der Querstreben vor.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Außenmantelfläche im Bereich des Rahmenelementes polygonförmig ausgebildet ist. Polygonförmige Strukturen zeichnen sich durch eine hohe Symmetrie in Umfangsrichtung aus. Somit wird die Auslegung der Querstreben, unter Berücksichtigung unerwünschter Positionen, erheblich vereinfacht.
In einer Konkretisierung der Erfindung ist die Außenmantelfläche im Bereich des Rahmenelementes n-eckig mit n > 2 ausgebildet. Die Außenmantelfläche im Bereich des Rahmenelementes kann beispielsweise dreieckig, viereckig, fünf eckig, sechseckig, siebeneckig, achteckig oder mehr als achteckig ausgebildet sein.
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 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen hydraulischen Wegeventils, welches in einer Umgebungskonstruktion angeordnet ist,
2a einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Wegeventil aus 1 entlang der Linie II-II,
2b einen Querschnitt durch eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wegeventils aus 1 entlang der Linie II-II,
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt ein erfindungsgemäßes hydraulisches Wegeventil 1 in einer perspektivischen Ansicht, am Beispiel eines als 4/3-Wegeproprtionalventils ausgeführten Wegeventils 1. Das Wegeventil 1 besteht aus einer Stelleinheit 2 und einem Ventilabschnitt 3. Derartige Wegeventile 1 werden beispielsweise zur Steuerung von hydraulischen Nockenwellenverstellern eingesetzt.
Der Ventilabschnitt 3 des Wegeventils 1 ist in einer Aufnahme 4 einer Umgebungskonstruktion 5, beispielswiese einem Zylinderkopf oder einem Zylinderkopfdeckel, aufgenommen. Der Ventilabschnitt weist ein im Wesentlichen zylindrisch ausgeführtes Ventilgehäuse 6 und einen Steuerkolben 7 auf. Das Ven tilgehäuse 6 ist als separates Bauteil ausgebildet und mit der Stelleinheit 2 verbunden.
An der Außenmantelfläche 8 des Ventilgehäuses 6 sind mehrere Ringnuten 9 ausgebildet, welche über in den Nutgründen 10 der Ringnuten 9 ausgebildete Öffnungen 11 mit dem Inneren des im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführten Ventilgehäuses 6 kommunizieren. Die Öffnungen 11 der Ringnuten 9 und die der elektromagnetischen Stelleinheit 2 abgewandte Öffnung 11 im Ventilgehäuse 6 dienen als Druckmittelanschlüsse A, B, P, T. Die mittlere Ringnut 9, in der der Zulaufanschluss P ausgebildet ist, kommuniziert über einen ersten Druckmittelkanal 18, der in der Umgebungskonstruktion 5 ausgebildet ist mit einer nicht dargestellten Druckmittelpumpe. Die Öffnungen 11 der beiden äußeren Ringnuten 9, welche als Arbeitsanschlüsse A, B dienen, kommunizieren über zweite Druckmittelkanäle 19 mit Verbrauchern, beispielsweise mit jeweils einer Druckkammer oder einer Gruppe von gegeneinander wirkenden Druckkammern eines ebenfalls nicht dargestellten Nockenwellenverstellers. Der axiale Anschluss (Tankanschluss T) kommuniziert mit einem ebenfalls nicht dargestellten Druckmittelreservoir.
Innerhalb des Ventilgehäuses 6 ist der Steuerkolben 7 axial verschiebbar angeordnet. An der Außenmantelfläche des Steuerkolbens 7 sind als Ringstege ausgeführte Steuerabschnitte 12 ausgebildet. Der Außendurchmesser der Steuerabschnitte 12 ist dem Innendurchmesser des Ventilgehäuses 6 angepasst. Durch eine geeignete axiale Positionierung des Steuerkolbens 7 relativ zum Ventilgehäuse 6 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. Auf diese Weise kann gezielt den einzelnen Druckkammern des Nockenwellenverstellers Druckmittel zugeführt oder aus diesen abgeleitet werden.
Der Steuerkolben 7 wird einenends mit der Kraft eines nicht dargestellten Federelements in Richtung der elektromagnetischen Stelleinheit 2 beaufschlagt. Am anderen axialen Ende des Steuerkolbens 7 liegt eine nicht dargestellte Stößelstange an, welche mit einem nicht dargestellten Anker der Stelleinheit 2 verbunden ist.
Im unbestromten Zustand der Stelleinheit 2 wird der Steuerkolben 7 aufgrund der Kraft des Federelements in Richtung der elektromagnetischen Stelleinheit 2 gedrängt. Durch Bestromung der Stelleinheit 2 wird der Steuerkolben 7 gegen die Kraft des Federelements verschoben.
Innerhalb der mittleren Ringnut 9 ist ein Ringfilter 13 angeordnet, der sich entlang des gesamten Umfangs der Ringnut 9 erstreckt. Der Ringfilter 13 weist ein Rahmenelement 14 und ein Filtergewebe 15 auf. Das Rahmenelement umfasst zwei sich in Umfangsrichtung des Ventilgehäuses 6 erstreckende Teilelemente 16, die mittels axial verlaufenden Querstreben 17 miteinander verbunden sind. Zwischen den Teilelementen 16 und den Querstreben 17 ist das Filtergewebe 15 angeordnet. Druckmittel, welches von der nicht dargestellten Druckmittelpumpe über den ersten Druckmittelkanal 18 zu der mittleren Ringnut 9 gefördert wird, gelangt durch das Filtergewebe 15 zu den Öffnungen 11 und damit in das Innere des Wegeventils 1, wobei im Druckmittel befindliche Fremdkörper von dem Inneren des Wegeventils ferngehalten werden.
Die Außenmantelfläche 8 des Ventilgehäuses 6 ist im Bereich des Nutgrunds 10 sechseckig ausgebildet (2). Dabei liegt eine polygonförmige (hexagonale) Querschnittsform vor. Die Ecken durch geradlinige Abschnitte 21 verbunden. Gleichzeitig ist die Querschnittsform einer inneren Mantelfläche 20 zumindest eines Teilelements 16 der Querschnittsform des Nutgrundes 10 angepasst. Somit ist ausgeschlossen, dass der Ringfilter 13 durch Strömungskräfte des Druckmittels in Umfangsrichtung relativ zu dem Ventilgehäuse 6 verdreht werden kann. Die Querstreben 17 sind in dem Bereich zwischen den Öffnungen 11 angeordnet. Somit überdecken diese nur ein Minimum der Strömungsfläche der Öffnungen 11. Die Querstreben 17 sind weiterhin ausschließlich an den Ecken der inneren Mantelfläche 20 des Teilelements 16 ausgebildet. Gleichzeitig sind die Öffnungen 11 in den geradlinigen Abschnitten zwischen den Ecken der Außenmantelfläche 8 des Nutgrunds 10 ausgebildet. Somit kann eine Fehlmontage des Ringfilters 13 dahingehend vermieden werden, dass die Querstreben 17 die Öffnungen 11 maximal überdecken. Dies gilt für jede der sechs möglichen Einbaupositionen. Gleichzeitig wird sichergestellt, dass nach dem Einbau des Wegeventils in die Aufnahme 4 der Umgebungskonstruktion 5 keine der Querstreben 17 die Öffnung des ersten Druckmittelkanals 18 überdeckt. Dabei wird die relative Position des Wegeventils 1 zu der Aufnahme 4 in Umfangsrichtung durch einen Montageflansch 21 festgelegt, der zur Befestigung des Wegeventils 1 an der Umgebungskonstruktion 5 mittels einer nicht dargestellten Schraube dient.
Ebenso denkbar sind Ausführungsformen mit vier-, fünf-, sieben- oder mehreckigen Querschnittsformen des Nutgrundes 10 und der inneren Mantelfläche des Teilelements 16.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist die Außenmantelfläche 8 des Ventilgehäuses 6 in der Ringnut 9 und die innere Mantelfläche 20 zumindest eines Teilelements 16 elliptisch ausgebildet. Die Querstreben sind wiederrum derart angeordnet, dass diese in jeder möglichen Einbausituation nicht die Öffnung des ersten Druckmittelkanals 18 und die Öffnungen 11 nur minimal überdecken.
Alternativ oder zusätzlich können in beiden Ausführungsformen Ringfilter 13 in den äußeren Ringnuten 9 vorgesehen sein.

1: Wegeventil
2: Stelleinheit
3: Ventilabschnitt
4: Aufnahme
5: Umgebungskonstruktion
6: Ventilgehäuse
7: Steuerkolben
8: Außenmantelfläche
9: Ringnut
10: Nutgrund
11: Öffnung
12: Steuerabschnitt
13: Ringfilter
14: Rahmenelement
15: Filtergewebe
16: Teilelemente
17: Querstrebe
18: erster Druckmittelkanal
19: zweiter Druckmittelkanal
20: innere Mantelfläche
21: geradliniger Abschnitt
P: Zulaufanschluss
T: Tankanschluss
A: erster Arbeitsanschluss
B: zweiter Arbeitsanschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10027080 A1 [0003, 0008]
- DE 10359363 A1 [0006]

Claims

Hydraulisches Wegeventil (1) mit einem Ventilgehäuse (6) und einem Ringfilter (13), – wobei das Ventilgehäuse (6) eine im Wesentlichen zylindrische Außenmantelfläche (8) aufweist, an der zumindest ein Druckmittelanschluss (A, B, P, T) ausgebildet ist – wobei der Ringfilter (13) zumindest ein Rahmenelement (14) und ein Filtergewebe (15) aufweist, – wobei der Ringfilter (13) die Außenmantelfläche (8) im Bereich des Druckmittelanschlusses (A, B, P, T) in Umfangsrichtung umgreift und eine innere Mantelfläche (20) des Rahmenelements (14) zumindest teilweise dem Querschnitt der Außenmantelfläche (8) im Bereich des Rahmenelementes (14) angepasst ist, – dadurch gekennzeichnet, dass die Außenmantelfläche (8) im Bereich des Rahmenelementes (114) von einer Kreisform abweicht.
Hydraulisches Wegeventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenmantelfläche (8) des Ventilgehäuses (6) eine Ringnut (9) vorgesehen ist, in der der Anschluss (A, B, P, T) ausgebildet und der Ringfilter (13) angeordnet ist.
Hydraulisches Wegeventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenmantelfläche (8) im Bereich des Rahmenelementes (14) ellipsenförmig ausgebildet ist.
Hydraulisches Wegeventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenmantelfläche (8) im Bereich des Rahmenelementes (14) polygonförmig ausgebildet ist.
Hydraulisches Wegeventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenmantelfläche (8) im Bereich des Rahmenelementes (14) n-eckig mit n > 2, insbesondere dreieckig, viereckig, fünfeckig, sechseckig, siebeneckig, achteckig oder mehr als achteckig ausgebildet ist.
Hydraulisches Wegeventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenmantelfläche (8) im Bereich des Rahmenelementes (14) zumindest einen geradlinigen Abschnitt (21) aufweist.
Hydraulisches Wegeventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmenelement (14) zumindest zwei sich in Umfangsrichtung des Ventilgehäuses (6) erstreckende Teilelemente (16) aufweist, die mittels axialer Querstreben (17) miteinander verbunden sind, wobei die Querstreben (17) derart an den Teilelementen (16) angeordnet sind, dass diese in der bzw. den möglichen Orientierungen des Ringfilters (9) zu dem Ventilgehäuse (6) eine Öffnung eines in den jeweiligen Anschluss (A, B, P, T) mündenden Druckmittelkanals (18, 19) und/oder den jeweiligen Anschluss (A, B, P, T) nicht oder minimal überdecken.