DE102010018211A1

DE102010018211A1 - Steuerventil, insbesondere Proportionalventil

Info

Publication number: DE102010018211A1
Application number: DE102010018211A
Authority: DE
Inventors: Jens Hoppe; Lars Buchmann
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2011-10-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil, insbesondere Proportionalventil zur Steuerung einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, mit einem hohlzylindrisch ausgebildeten Ventilgehäuse (1) zur Aufnahme eines axial verschiebbaren Steuerkolbens (2). Erfindungsgemäß besitzt das hohlzylindrisch ausgebildete Ventilgehäuse (1) einen Abschnitt A mit einem konstanten Außendurchmesser D, auf welchem wenigstens ein ringförmiges elastisch verformbares Dichtelement (3) zwischen zwei ringförmigen Stützkörpern (4, 13) angeordnet ist, von denen wenigstens ein Stützkörper (4) axial verschiebbar ist, so dass der axiale Abstand der ringförmigen Stützkörper (4, 13) zueinander durch Aufbringen einer axialen Vorspannkraft derart veränderbar ist, dass das zwischenliegende Dichtelement (3) eine radiale Aufweitung erfährt, und, dass Mittel (5) zum Aufbringen einer axialen Vorspannkraft auf den wenigstens einen axial verschiebbaren Stützkörper (4) vorgesehen sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Steuerventil, insbesondere ein Proportionalventil zur Steuerung einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ein derartiges Steuerventil weist ein hohlzylindrisch ausgebildetes Ventilgehäuse zur Aufnahme eines axial verschiebbaren Steuerkolbens auf, über dessen axiale Verschiebung einer hydraulischen Verbindung eines ersten Ventilanschlusses mit wenigstens einem weiteren Ventilanschluss herstellbar oder trennbar ist. Hierzu sind außenumfangseitig am Steuerkolben mehrere Steuerkanten in Form ringförmiger Erhebungen ausgebildet, die mit umfangsseitig angeordneten Durchbrechungen des Ventilgehäuses zusammenwirken. In der Regel umfassen derartige Steuerventile wenigstens einen Druckmittelanschluss, zwei Arbeitsanschlüsse und einen Tankanschluss, die durch axiales Verschieben des Steuerkolbens wahlweise miteinander verbindbar sind.
Eingesetzt werden derartige Steuerventile beispielsweise zur Steuerung einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine. Die Nockenwelle dient dabei der Betätigung der Gaswechselventile, deren Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkt es in Abhängigkeit vom aktuellen Kennfeldbereich des Motors, insbesondere in Abhängigkeit von dessen aktueller Drehzahl oder Last, zur Optimierung des Motorwirkungsgrads einzustellen gilt. Die Nockenwelle kann hierzu, vorzugsweise an ihrem antriebsseitigen Ende, mit einem Nockenwellen- bzw. Phasenversteller ausgestattet sein, der elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbar ist. Bei einer hydraulischen Betätigung wird wenigstens einer Druckkammer der Verstellvorrichtung ein Hydraulikfluid zugeführt, während wenigstens eine weitere Druckkammer entlastet wird, so dass die Beaufschlagung mit einem Druckmittel eine Verstellung der Nockenwelle in eine bestimmte Drehrichtung bewirkt. Um eine Verstellung in die andere Drehrichtung vorzunehmen, wird die jeweils andere Druckkammer mit einem Druckmittel beaufschlagt bzw. entlastet. Ein zur Steuerung dieses Vorgangs einsetzbares Steuerventil ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Stand der Technik
Aus der DE 100 27 080 A1 geht ein gattungsgemäßes Steuerventil hervor, das beispielsweise in eine Aufnahmebohrung eines Nockendeckels einsetzbar ist. Der Ventilkörper ist als Hohlzylinder ausgeführt, in welchem ein Steuerkolben gleitfähig eingesetzt ist. Außenumfangseitig weist der hohlzylindrische Ventilkörper Ringnuten zur Ausbildung mehrerer Anschlüsse auf. Im Bereich der Ringnuten ist der Ventilkörper mit Filterelementen verbindbar, die in die außenumfangseitigen Ringnuten eingelegt oder in die Aufnahmebohrung des Nockendeckels oder eines anderen Aufnahmeteils eingesetzt werden, wobei dann die Verbindung der Filterelemente mit dem Ventilkörper erst mit Einsetzen des Steuerventils in die Aufnahmebohrung erfolgt. Zwischen den Filterelementen können Dichtungselemente aus einem elastischen Material angeordnet sein, die eine Abdichtung des in die Aufnahmebohrung eingesetzten Ventilkörpers gegenüber der Aufnahmebohrung im Bereich zwischen zwei als Ringnuten ausgebildeten Anschlüssen bewirken sollen. Vorzugsweise sind hierzu die Dichtungselemente mit einem Pressverhältnis von 8 bis 30% zwischen der Innenfläche der Bohrung und einem Außenumfang des Ventilkörpers angeordnet. Dabei gilt es zu beachten, dass eine zu hohe Presskraft das Einsetzen des Steuerventils in die Aufnahmebohrung erschwert, während eine zu geringe Presskraft ggf. keine ausreichende Abdichtung gewährleistet.
Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen, die insbesondere bei Ventilgehäusen aus Kunststoff aufgrund typischer Werkstoffeigenschaften wie Hygroskopizität, Wärmeausdehnung und Kriechen (Setzeffekte) auftreten, können jedoch dazu führen, dass ein angestrebtes Pressverhältnis nicht eingehalten werden kann. Die Folge kann eine mangelhafte Abdichtung sein, die wiederum mit hohen Leckageverlusten einhergehen kann, so dass ggf. die Funktionsfähigkeit des Steuerventils nicht mehr gewährleistet ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuerventil der vorstehend genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass es unempfindlicher gegenüber etwaiger Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen ist. Ferner soll das Steuerventil einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar sein.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Steuerventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß besitzt das hohlzylindrisch ausgebildete Ventilgehäuse einen Abschnitt A mit einem konstanten Außendurchmesser D, auf welchem wenigstens ein ringförmiges elastisch verformbares Dichtelement zwischen zwei ringförmigen Stützkörpern angeordnet ist, von denen wenigstens ein Stützkörper axial verschiebbar ist, so dass der axiale Abstand der ringförmigen Stützkörper zueinander durch Aufbringen einer axialen Vorspannkraft derart veränderbar ist, dass das zwischenliegende Dichtelement eine radiale Aufweitung erfährt. Ferner sind Mittel zum Aufbringen einer axialen Vorspannkraft auf den wenigstens einen axial verschiebbaren Stützkörper vorgesehen.
Der Vorteil eines zwischen zwei Stützkörpern angeordneten elastisch verformbaren Dichtelementes besteht darin, dass durch eine axiale Verschiebung wenigstens eines Stützkörpers die Querschnittsform des Dichtelementes derart veränderbar ist, dass dieser sich in radialer Richtung aufweitet oder zusammenzieht. Der Außendurchmesser des ringförmigen Dichtelementes kann demnach zum Ausgleich von Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen vergrößert oder verkleinert werden. Hierzu bedarf es lediglich der Beaufschlagung wenigstens eines Stützkörpers mit einer in axialer Richtung wirksamen Druckkraft, die eine Verschiebung des Stützkörpers in Richtung des anderen Stützkörpers bewirkt, so dass sich deren Abstand zueinander um ein bestimmtes Maß verringert. Das Dichtelement wirkt dabei wie ein Federelement, dessen Federkraft es bei der Verschiebung des Stützkörpers zu überwinden gilt. Demnach ist über die Mittel zum Aufbringen der axialen Vorspannkraft sicherzustellen, dass die Federkraft überwunden und eine axiale Verschiebung wenigstens eines Stützkörpers bzw. eine damit einhergehende Verformung des Dichtelementes bewirkt werden kann.
Um eine ausreichende Abdichtung des Ventilgehäuses gegenüber einer Aufnahmebohrung sicherzustellen, sind vorzugsweise mehrere Dichtelemente außenumfangseitig auf dem Ventilgehäuse angeordnet. Weiterhin vorzugsweise folgt auf jeweils ein Dichtelement ein Stützkörper, so dass die Anordnung von Stützkörpern und Dichtelementen jeweils im Wechsel erfolgt. Zwischen zwei Stützkörpern kommt somit jeweils ein elastisch verformbares Dichtelement zu liegen. Bei Aufbringung einer ausreichenden axialen Vorspannkraft kann demnach ein Zusammenschieben sämtlicher Stützkörper und damit einhergehend eine gleichmäßige Verformung sämtlicher zwischenliegender Dichtelemente bewirkt werden. Ein derartiges Verspannen der Stützkörper und Dichtelemente in axialer Richtung hat ferner eine Lagefixierung der Stützkörper und Dichtelemente zur Folge. Die Mittel zum Aufbringen der axialen Vorspannkraft dienen somit gleichzeitig der Lagefixierung der Stützkörper und Dichtelemente auf dem Ventilgehäuse. Dadurch ist gewährleistet, dass ein zwischen zwei Stützkörpern angeordnetes Dichtelement, dass beispielsweise der Trennung zweier am Ventilgehäuse ausgebildeter Anschlüsse dient, auch nach dem Einsetzen des Steuerventils in eine Aufnahmebohrung sich in der ursprünglichen Einbaulage befindet, um eine wirksame Trennung bzw. Abdichtung zu bewirken.
Ein erfindungsgemäßes Steuerventil bildet eine Baugruppe aus, da die Stützkörper und das wenigstens eine Dichtelement über die Mittel zum Aufbringen einer axialen Vorspannkraft derart mit dem Steuerventil verbindbar sind, dass sämtliche Teile als Einheit in eine Aufnahmebohrung einsetzbar. Das Steuerventil ist somit einfach verbaubar. Zudem kann das Maß der radialen Aufweitung des wenigstens einen Dichtelementes über die Mittel zum Aufbringen einer axialen Vorspannkraft bestimmt werden, so dass hierüber ein Ausgleich etwaiger Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen möglich ist. Vorzugsweise sind die Mittel zum Aufbringen der axialen Vorspannkraft derart gestaltet, dass eine Einstellung bzw. Änderung der axialen Vorspannkraft auch im eingebauten Zustand noch möglich ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Mittel zum Aufbringen einer axialen Vorspannkraft auf einen Stützkörper eine kraft- und/oder formschlüssig mit dem Ventilgehäuse verbundene Hülse. Die kraft- und/oder formschlüssige Verbindung mit dem Ventilgehäuse erfolgt vorzugsweise über eine Press- oder Schraubverbindung. Letztere ermöglicht in einfacher Weise eine Einstellung der axialen Vorspannkraft, da durch eine Drehung der Hülse um die Längsachse des Ventilgehäuses zugleich deren axiale Verschiebung bewirkt werden kann. Vorzugsweise ist an der Hülse ein Axialanschlag ausgebildet, mittels welcher die Hülse an einem Stützkörper oder einem Dichtelement anliegt. Mit einer axialen Verschiebung der Hülse wird demnach auch eine axiale Verschiebung des anliegenden Stützkörpers oder eine Verschiebung und/oder Verformung des anliegenden Dichtelementes bewirkt. Die Einstellung der axialen Vorspannkraft über eine Schraubverbindung weist weiterhin den Vorteil auf, dass sie stufenlos erfolgen kann Zur Herstellung der Schraubverbindung ist ein an der Hülse ausgebildetes Innengewinde in Eingriff mit einem am Ventilgehäuse ausgebildeten Außengewinde zu bringen. Alternativ oder ergänzend kann an der Hülse ferner ein Außengewinde vorgesehen sein, das mit einem Innengewinde einer Aufnahmebohrung in der Weise zusammenwirkt, dass eine formschlüssige Verbindung des Steuerventils mit der Aufnahmebohrung herstellbar ist. Dadurch kann zum Einen die Einbaulage des Steuerventils innerhalb der Aufnahmebohrung fixiert werden. Zum Anderen kann mit Einschrauben der Hülse in die Aufnahmebohrung ebenfalls eine axiale Vorspannkraft auf die Stützkörper und das Dichtelement bzw. die Dichtelemente aufgebracht werden, wenn beispielsweise die Aufnahmebohrung als Stufenbohrung oder als Sacklochbohrung gestaltet und die Stufe oder der Boden der Bohrung als Gegenlager einsetzbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Querschnittsprofil wenigstens eines Stützkörpers im Wesentlichen C-förmig. Es umfasst einen am Ventilgehäuse anliegenden, sich im Wesentlichen axial erstreckenden ersten Abschnitt sowie den ersten Abschnitt einfassende, sich im Wesentlichen nach radial außen erstreckende Stegabschnitte. Zwischen den Stegabschnitten bildet jeder Stützkörper eine außenumfangseitige Ringnut aus, die als Fluidanschluss dienen kann. Um den Fluidanschluss mit einem weiteren, vorzugsweise als Ringnut ausgebildeten Fluidanschluss des Steuerventils zu verbinden, weist das Ventilgehäuse jeweils im Bereich einer solchen Ringnut umfangseitig verteilt mehrere Durchbrechungen auf. Das Ventilgehäuse kann dementsprechend als einfacher Hohlzylinder mit im Wesentlichen konstantem Durchmesser ausgebildet sein, auf welchen die Stützkörper und das wenigstens eine Dichtelement zur Fertigung der Baugruppe einfach aufgeschoben werden können.
Die Stegabschnitte dienen ferner der Ausbildung in axialer Richtung wirksamer Stützflächen. Die Stützflächen zweier benachbarter Stützkörper sind beabstandet zueinander und bilden jeweils eine Ringnut zur Aufnahme eines elastisch verformbaren Dichtelementes aus. Die Breite der Ringnut bestimmt das Maß der Verformung des hierin angeordneten Dichtelementes.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind an wenigstens zwei Stützkörpern sich gegenüberliegende, schräg zur Längsachse des Ventilgehäuses angeordnete Stützflächen zur Ausbildung einer keilförmigen Ringnut ausgebildet, in welcher ein Dichtelement aufgenommen ist. Die Keilform ist vorzugsweise dergestalt, dass sich die Ringnut nach radial außen hin öffnet. Die Querschnittsform der Ringnut unterstützt somit eine radiale Aufweitung des hierin aufgenommenen Dichtelementes, wenn der axiale Abstand der schräg verlaufenden Stützflächen zueinander durch eine axiale Verschiebung wenigstens eines Stützkörpers verringert wird.
Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass an wenigstens einem Stützkörper ein sich im Wesentlichen axial erstreckendes Distanzstück zur Einhaltung eines axialen Mindestabstandes zwischen dem Stützkörper und einem weiteren Stützkörper ausgebildet ist. Das Distanzstück gewährleistet, dass ein Zusammenschieben der Stützkörper nur beschränkt möglich ist, so dass ein Mindestabstand erhalten bleibt. Der Mindestabstand definiert ferner die maximale radiale Aufweitung eines zwischenliegenden Dichtelementes unabhängig von der jeweils aufgebrachten axialen Vorspannkraft. Das Distanzstück ist vorzugsweise radial innen liegend am Stützkörper angeordnet, so dass es zwischen einem Dichtelement und dem Ventilgehäuse zu liegen kommt und eine Aufweitung des Dichtelementes nach radial außen nicht behindert.
Zur Lagesicherung der Stützkörper und/oder des wenigstens einen Dichtelementes in axialer Richtung ist vorzugsweise außenumfangseitig am Ventilgehäuse ein Axialanschlag ausgebildet. Der Axialanschlag dient bei Aufbringen einer axialen Vorspannkraft auf die Stützkörper als Gegenlager, so dass ein Verspannen der Stützkörper und des Dichtelementes bzw. der Dichtelemente überhaupt möglich ist. Der Axialanschlag kann beispielsweise Bestandteil eines mit dem Ventilgehäuse kraft- und/oder formschlüssig verbundenen Stützkörpers sein, dessen Einbaulage in axialer Richtung fixiert ist. Zum Beispiel kann eine am Stützkörper ausgebildete Stützfläche als Axialanschlag dienen, die sowohl senkrecht als auch schräg zur Längsachse des Ventilgehäuses verlaufen kann. Der zur Ausbildung des Axialanschlags vorgesehene Stützkörper kann ferner eine von den übrigen Stützkörpern abweichende Gestaltung aufweisen. Beispielsweise kann der Stützkörper als Deckelteil ausgebildet sein, das endseitig auf das Ventilgehäuse aufgesetzt und mit diesem kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist. Alternativ kann der Axialanschlag auch an dem Ventilgehäuse selbst ausgebildet sein und die Form eines nach radial außen vorspringenden Absatzes aufweisen.
Vorteilhafterweise ist zumindest ein Stützkörper zugleich als Filterelement ausgebildet. Alternativ kann der Stützkörper auch derart ausgebildet sein, dass er zumindest die Aufnahme eines Filterelementes ermöglicht. Sofern der Stützkörper zur Ausbildung einer als Fluidanschluss dienenden Ringnut ein C-förmiges Querschnittsprofil besitzt, ist das Filterelement vorzugsweise im Bereich des sich im Wesentlichen axial erstreckenden ersten Abschnitts des C-förmigen Querschnittsprofils ausgebildet bzw. aufgenommen.
Vorzugsweise ist wenigstens ein Dichtelement ein aus einem Elastomermaterial bestehender auf das Ventilgehäuse aufgesetzter Formdichtring. Zur Montage wird der Formdichtring einfach auf das Ventilgehäuse aufgeschoben. Vorzugsweise erfolgt das Aufschieben eines Dichtelementes jeweils im Wechsel mit einem Stützkörper. Abschließend werden Stützkörper und Dichtelemente über die Mittel zum Aufbringen einer axialen Vorspannkraft in ihrer jeweiligen Einbaulage auf dem Ventilgehäuse fixiert. Alternativ kann das Dichtelement auch im Spritzgussverfahren, vorzugsweise im Zweikomponenten-Spritzgussverfahren, hergestellt sein. In diesem Fall ist eine Montage des Dichtelementes entbehrlich, da mit Herstellung des Dichtelementes vorzugsweise auch gleich dessen Positionierung erfolgt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1a, 1b jeweils einen Längsschnitt durch ein erstes erfindungsgemäßes Steuerventil im nicht eingebauten sowie im eingebauten Zustand,
2a, 2b jeweils einen Längsschnitt durch ein zweites erfindungsgemäßes Steuerventil im nicht eingebauten sowie im eingebauten Zustand und
3a, 3b jeweils einen Längsschnitt durch ein drittes erfindungsgemäßes Steuerventil im nicht eingebauten sowie im eingebauten Zustand.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Den 1a und 1b ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuerventils zu entnehmen, das gemäß 1b insbesondere in eine als Stufenbohrung ausgeführte Aufnahmebohrung 17 einer Nockenwelle einsetzbar ist. Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, dass die Aufnahmebohrung 17 als Stufenbohrung und/oder in einer Nockenwelle ausgebildet ist. Das dargestellte Steuerventil weist ein hohlzylindrisch ausgebildetes Ventilgehäuse 1 auf, in welchem ein ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildeter und axial verschiebbarer Steuerkolben 2 aufgenommen ist. Eine Verschiebung des Steuerkolbens 2 wird in eine erste Richtung durch ein nicht dargestelltes Betätigungselement einer Betätigungseinheit und in einer zweiten Richtung durch die Druckkraft einer Feder 21 bewirkt, mittels welcher der Steuerkolben 2 gegenüber dem nicht dargestellten Betätigungselement axial vorgespannt ist.
Das Ventilgehäuse 1 weist einen Abschnitt A mit konstantem Außendurchmesser D auf, wobei sich der Abschnitt A vorliegend über die gesamte Länge des Ventilgehäuses 1 erstreckt. Das Ventilgehäuse 1 ist somit als einfacher glatter Hohlzylinder ausgebildet. Außenumfangseitig auf dem Ventilgehäuse 1 sind zwischen einer Hülse 6 und einem zur Ausbildung eines Axialanschlags 12 endseitig aufgesetzten Stützkörper 13 weitere Stützkörper 4 im Wechsel mit ringförmigen elastisch verformbaren Dichtelementen 3 angeordnet. Die Hülse 6 dient als Mittel 5 zum Aufbringen einer axialen Vorspannkraft auf die Stützkörper 4, wobei die Vorspannkraft in Richtung des Axialanschlages 12 wirkt. Wird die axiale Lage der Hülse 6 beispielsweise derart verändert, dass sie sich dem Axialanschlag 12 nähert, verringert sich der Abstand der Stützkörper 4, 13 zueinander und damit die Breite der zwischen den Stützkörpern 4, 13 zur Aufnahme der Dichtkörper 3 ausgebildeten Ringnuten 10. Die Dichtelemente 3 erfahren daraufhin eine Verformung, bei welcher sie sich nach radial außen aufweiten. Der Axialanschlag 12 dient dabei als Gegenlager, was voraussetzt, dass der Stützkörper 13, an welchem der Axialanschlag 12 ausgebildet ist, lagefest mit dem Ventilgehäuse 1 verbunden oder seine axiale Lage in Bezug auf das Ventilgehäuse auf sonstige Weise festgelegt ist. Wie 1b zu entnehmen ist, erfolgt die endgültige Festlegung der axialen Lage des Stützkörpers 13 in Bezug auf das Ventilgehäuse 1 mit Anlage an einer Stufe 18 der als Stufenbohrung ausgeführten Aufnahmebohrung 17. Ergänzend ist ferner eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung des Stützkörpers 13 mit dem Ventilgehäuse 1 vorgesehen, insbesondere, um ein verliersicheres Einsetzen des Steuerventils in die Aufnahmebohrung 17 zu gewährleisten. Vorliegend erfolgt die Verbindung über einen Stoffschluss mit dem am Axialanschlag 12 anliegenden Dichtelement 3. Die Verbindung kann aber auch über eine Press-, Schraub- und/oder Rastverbindung erfolgen. Die Hülse 6 kann auf entsprechende Weise mit dem Ventilgehäuse 1 verbunden sein, wobei die Verbindung eine axiale Verschiebung der Hülse 6 gegenüber dem Ventilgehäuse 1 zulassen sollte. Bei dem in den 1a und 1b gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Verbindung der Hülse 6 mit dem Ventilgehäuse 1 über eine Presspassung.
Mit Einsetzen der aus Steuerventil, Stützkörpern 4, 13, Dichtelementen 3 und der Hülse 6 bestehenden Baugruppe in die Aufnahmebohrung 17 gelangt ein an der Hülse 6 ausgebildetes Außengewinde 19 in Eingriff mit einem Innengewinde 20 der Aufnahmebohrung 17. Das weitere Einsetzen erfordert nunmehr eine Drehbewegung der Hülse 6 um die Längsachse des Ventilgehäuses 1 bis der Stützkörper 13 in Anlage mit der Stufe 18 der Aufnahmebohrung 17 gelangt. Weitere Schraubbewegungen der Hülse 6 bewirken, dass die Stützkörper 4, 13 zusammengeschoben werden, wobei die in den Ringnuten 10 zwischen den Stützkörpern 4, 13 angeordneten Dichtelemente 3 eine elastische Verformung erfahren. Dabei weiten sich die Dichtelemente 3 nach radial außen auf, so dass sie in dichtende Anlage mit dem Innendurchmesser der Aufnahmebohrung 17 gelangen.
Die Stützkörper 4 des Steuerventils der 1a und 1b weisen einen C-förmigen Querschnitt auf, der sich aus einem flachen ersten Abschnitt 7 und beidseits dieses Abschnitts 7 angeordneten Stegabschnitten 8 zusammensetzt. Der Außendurchmesser der Stegabschnitte 8 ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Aufnahmebohrung 17 gewählt, um ein einfaches Einsetzen der Baugruppe in die Aufnahmebohrung 17 zu gewährleisten. An den Stegabschnitten 8 sind jeweils Stützflächen 9 ausgebildet, welche zugleich die Nutflanken der Ringnuten 10 ausbilden, in denen die Dichtelemente 3 aufgenommen sind. Aufgrund des C-förmigen Querschnitts bildet jedes Stützelement 4 jeweils eine weitere Ringnut 22 aus, welche als Fluidanschluss dient. Entsprechend der axialen Lage der Ringnuten 22 sind daher im Ventilgehäuse 1 umfangseitig verteilt Durchbrechungen 16 angeordnet, die eine Verbindung verschiedener Fluidanschlüsse miteinander ermöglichen. Um den Eintrag von Schmutzpartikeln über die Fluidanschlüsse zu verhindern, sind in den Ringnuten 22 ferner Filterelemente 14 angeordnet.
Das in den 2a und 2b dargestellte Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Steuerventils unterscheidet sich von dem der 1a und 1b dadurch, dass die Dichtelemente 3 aus Formdichtringen 15 bestehen, die auf das Ventilgehäuse 1 im Wechsel mit jeweils einem Stützelement 4 aufgeschoben werden. Ferner ist als weiterbildende Maßnahme ein Distanzstück 11 an jeweils einer Stützfläche 9 eines Stützkörpers 4 vorgesehen, der die Einhaltung eines Mindestabstandes zwischen zwei Stützkörpern 4 bzw. die Einhaltung einer Mindestbreite der Ringnut 10 gewährleistet. Da das Distanzstück 11 radial innen liegend angeordnet ist, wird eine radiale Aufweitung des in der Ringnut 10 aufgenommenen Dichtelementes 3 nicht behindert. Jedes Distanzstück 11 besitzt die Funktion eines Axialanschlags, so dass hierüber eine gleichmäßige radiale Vorspannung der Dichtelemente 3 gegenüber der Aufnahmebohrung 17 sichergestellt werden kann.
Das Ausführungsbeispiel der 3a und 3b unterscheidet sich wiederum von den vorhergegangenen dadurch, dass die an den Stützkörpern 4, 13 ausgebildeten Stützflächen 9 schräg verlaufend zur Längsachse des Ventilgehäuses 1 ausgebildet sind. Es ergeben sich somit keilförmige Ringnuten 10, die sich nach radial außen hin öffnen. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 1a und 1b bestehen die Dichtelemente 3 aus einem Zweikomponentenmaterial, das mittels eines Spritzverfahrens in die Ringnuten 10 eingebracht wurde. Die Dichtelemente 3 besitzen somit einen korrespondierend zu den Ringnuten 10 ausgebildeten, keilförmigen Querschnitt. Die Keilform der Ringnuten 10 soll bei einer Verringerung der Breite der Ringnuten 10 eine radiale Aufweitung der hierin ausgebildeten Dichtelemente 3 unterstützen.
Die zeichnerisch angegebenen Ausführungsbeispiele zeigen, dass ein erfindungsgemäßes Steuerventil in der Lage ist, etwaige Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen mit Einbau des Steuerventils in eine Aufnahmebohrung 17 zu kompensieren, da die axiale Vorspannkraft, mittels welcher die Stützkörper 4, 13 und die Dichtelemente 3 auf dem Ventilgehäuse 1 axial verspannt sind, verringert oder vergrößert werden kann, wobei eine Verringerung oder Vergrößerung des Außendurchmessers der Dichtelemente 3 erfolgt. Eine dichtende Anlage der Dichtelemente 3 am Innendurchmesser der Aufnahmebohrung 17 ist somit gewährleistet. Das erfindungsgemäße Steuerventil erweist sich somit als unempfindlich gegenüber etwaiger Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen. Aufgrund einfacher Geometrien ist ein solches Steuerventil zudem kostengünstig herstellbar.
Bezugszeichenliste

1: Ventilgehäuse
2: Steuerkolben
3: Dichtelement
4: Stützkörper
5: Mittel zum Aufbringen einer axialen Vorspannkraft
6: Hülse
7: Abschnitt
8: Stegabschnitt
9: Stützfläche
10: Ringnut
11: Distanzstück
12: Axialanschlag
13: Stützkörper
14: Filterelement
15: Formdichtring
16: Durchbrechung
17: Aufnahmebohrung
18: Stufe
19: Außengewinde
20: Innengewinde
21: Feder
22: Ringnut

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10027080 A1 [0003]

Claims

Steuerventil, insbesondere Proportionalventil zur Steuerung einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, mit einem hohlzylindrisch ausgebildeten Ventilgehäuse (1) zur Aufnahme eines axial verschiebbaren Steuerkolbens (2), dadurch gekennzeichnet, dass das hohlzylindrisch ausgebildete Ventilgehäuse (1) einen Abschnitt A mit einem konstanten Außendurchmesser D besitzt, auf welchem wenigstens ein ringförmiges elastisch verformbares Dichtelement (3) zwischen zwei ringförmigen Stützkörpern (4, 13) angeordnet ist, von denen wenigstens ein Stützkörper (4) axial verschiebbar ist, so dass der axiale Abstand der ringförmigen Stützkörper (4, 13) zueinander durch Aufbringen einer axialen Vorspannkraft derart veränderbar ist, dass das zwischenliegende Dichtelement (3) eine radiale Aufweitung erfährt, und, dass Mittel (5) zum Aufbringen einer axialen Vorspannkraft auf den wenigstens einen axial verschiebbaren Stützkörper (4) vorgesehen sind.
Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (5) zum Aufbringen einer axialen Vorspannkraft auf einen Stützkörper (4) eine kraft- und/oder formschlüssig mit dem Ventilgehäuse (1) verbundene Hülse (6) umfassen.
Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Querschnittsprofil wenigstens eines Stützkörpers (4) im Wesentlichen C-förmig ist und einen am Ventilgehäuse (1) anliegenden, sich im Wesentlichen axial erstreckenden ersten Abschnitt (7) sowie den ersten Abschnitt (7) einfassende, sich im Wesentlichen nach radial außen erstreckende Stegabschnitte (8) zur Ausbildung in axialer Richtung wirksamer Stützflächen (9) umfasst.
Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens zwei Stützkörpern (4, 13) sich gegenüberliegende, schräg zur Längsachse des Ventilgehäuses (1) angeordnete Stützflächen (9) zur Ausbildung einer keilförmigen Ringnut (10) ausgebildet sind, in welcher ein Dichtelement (3) aufgenommen ist.
Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einem Stützkörper (4) ein sich im Wesentlichen axial erstreckendes Distanzstück (11) zur Einhaltung eines axialen Mindestabstandes zwischen dem Stützkörper (4) und einem weiteren Stützkörper (4, 13) ausgebildet ist.
Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außenumfangseitig am Ventilgehäuse (1) ein Axialanschlag (12) zur Lagesicherung der Stützkörper (4) und/oder des wenigstens einen Dichtelementes (3) in axialer Richtung ausgebildet ist.
Steuerventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialanschlag (12) Bestandteil eines mit dem Steuerventil kraft- und/oder formschlüssig verbundenen Stützkörpers (13) ist.
Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Stützkörper (4) zugleich als Filterelement (14) oder zur Aufnahme eines solchen ausgebildet ist.
Steuerventil nach einem der vorhergenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Dichtelement (3) ein aus einem Elastomermaterial bestehender aufgesetzter Formdichtring (15) oder im Spritzgussverfahren, vorzugsweise im Zweikomponenten-Spritzgussverfahren, hergestelltes Dichtelement ist.