DE102010019005A1 - Hydraulikventil - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Schwenkmotornockenwellenversteller mit einem Hydraulikventil (12). Dieser weist eine Buchse (52) und einen innerhalb dieser mittels eines Stellgliedes (43) gegen die Kraft einer Schraubendruckfeder (58) axial verschiebbaren Hohlkolben (54) mit einem Kolbenboden (51) auf. An diesem Kolbenboden (51) liegt das Stellglied (43) an. Innerhalb des Hohlkolbens (54) ist eine buchsenfeste Hülse (55) relativ zu diesem verschiebbar angeordnet. Die Wand dieser Hülse (55) weist einen Durchbruch (59) auf, der zu zumindest einer Öffnung (60) des Hohlkolbens (54) führt, die einen innerhalb der Hülse (55) anliegenden Versorgungsdruck (P) alternativ zu zwei Druckkammern des Schwenkmotornockenwellenverstellers (14) führen kann. Die Hülse (55) weist einen den Innenraum des Hohlkolbens (54) verschließenden Hülsenboden (15) auf.
Description
- kann ein begrenztes Axialspiel und Radialspiel vorgesehen sein, das ein Verklemmen der gegeneinander beweglichen Teile verhindert bzw. Toleranzen ausgleicht. Die Hülse weist einen den Innenraum des Hohlkolbens verschließenden Hülsenboden auf. Dieser Hülsenboden ist somit fest gegenüber der Buchse abgestützt, so dass die sich aus dem Druck vom Versorgungsanschluss P ergebenden Kräfte über den Hülsenboden und die Hülse an der Buchse abgestützt sind. Damit wirken diese Kräfte nicht auf den Kolbenboden des Hohlkolbens, welcher der Abstützung für ein Stellglied dient. Da somit der Hohlkolben frei von Axialkräften aus dem Versorgungsdruck ist, ist die Axialstellung des Hohlkolbens vom Stellglied regelbar, ohne dass der Versorgungsdruck berücksichtigt werden muss. Dies ist von besonderem Vorteil, da der Versorgungsdruck je nach Art seiner Bereitstellung schwanken kann. Da üblicherweise eine vom Verbrennungsmotor mechanisch angetriebene Ölpumpe verwendet wird, schwankt der Versorgungsdruck je nach Motordrehzahl und Temperatur bzw. Viskosität des Öls. Auch weitere Verbraucher können eine Rolle spielen.
- Die erfindungsgemäß erreichbare besonders hohe Regelgüte bietet einen besonderen Vorteil, wenn sie mit einem hydraulischen Aufbau kombiniert wird, der die Nockenwellenwechselmomente zur Unterstützung der Winkelverstellung mittels des Schwenkmotornockenwellenverstellers nutzt. Diese Nutzung stellt nämlich höhere Anforderungen an die Regelung des Hydraulikventils, da diese Nockenwellenwechselmomente ungleichfömig und schnell wechselnd wirksam sind. Eine solche Funktion zur Nutzung der Nockenwellenwechselmomente ist aus der
DE 10 2006 012 733 B4 und derDE 10 2006 012 775 B4 bereits bekannt. Das erfindungsgemäße Hydraulikventil kann demgemäß derart ausgestaltet sein, dass es in besonders vorteilhafter Weise ermöglicht, Druckschwankungen in den dem ersten Arbeitsanschluss B zugeordneten Druckkammern des Schwenkmotornockenwellenverstellers zu nutzen, um die der entgegen gerichteten Drehrichtung zugeordneten Druckkammern mit ausreichend fluidischen Volumenstrom zu versorgen. Diese Druckschwankungen resultieren aus den Nockenwellenwechselmomenten, die sich an der Nockenwelle in Reaktion auf die Gaswechselventilkräfte einstellen. Je geringer die Anzahl der Brennräume pro Nockenwelle, desto stärker sind die Nockenwellenwechselmomente, so dass die Vorteile der Nutzung der Nockenwellenwechselmomente im besonderen Maße bei Verbrennungsmotoren mit wenigen – beispielsweise drei – Zylindern zum Tragen kommen. Ferner sind Einflussparameter noch die Stärke der Gaswechselventilfedern und die Nockenwellendrehzahl. - Die Phasenverstellung der Nockenwelle kann somit schnell erfolgen. Überdies ist es infolge der Nutzung von Nockenwellenwechselmomenten in vorteilhafter Weise möglich, eine Verstellung mit einem relativ geringen Öldruck zu ermöglichen. Eine damit mögliche geringe Dimensionierung der Ölpumpe verbessert den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors. Der eingesparte Volumenstrom an Hydraulikfluid steht anderen Verbrauchern, wie beispielsweise einer hydraulischen Ventilhubverstellung zur Verfügung.
- Die Nutzung der Nockenwellenwechselmomente kann für beide Drehrichtungen oder aber nur für die eine Drehrichtung erfolgen. In dem Fall der Nutzung der Nockenwellenwechselmomente nur in der einen Drehrichtung kann eine Spiralfeder gemäß
DE 10 2006 036 052 A1 verwendet werden, die dann die zusätzlichen Verstellkräfte in der einen Drehrichtung kompensiert. - Die Nutzung der Nockenwellenwechselmomente erfolgt dabei mittels eines Rückschlagventils, dass insbesondere bandförmig ausgeführt sein kann.
- Das Hydraulikventil kann dabei in einer besonders bevorzugten Ausführungsform als Zentralventil ausgeführt sein, wobei der Versorgungsdruck über die Nockenwelle zugeführt wird. Ein solches Zentralventil hat Bauraumvorteile. Das Gegenteil von einem Zentralventil sind die externen Hydraulikventile zur Betätigung des Schwenkmotornockenwellenverstellers. Beim externen Hydraulikventil verlaufen die Hydraulikkanäle zur Nockenwellenverstellung vom Schwenkmotornockenwellenversteller zu einem gesonderten Steuertriebdeckel mit dem dort eingeschraubten Hydraulikventil oder aber zum Zylinderkopf mit dem dort eingeschraubten Hydraulikventil. Das ebenfalls hydraulische Zentralventil ist hingegen radial innerhalb der Rotornabe des Schwenkmotornockenwellenverstellers angeordnet. Beim Zentralventil kommt das in der eingangs genannten
DE 10 2006 012 733 B4 und dieDE 10 2006 012 775 B4 aufgeführte Verfahren zur schnelleren Verstellung des Schwenkmotornockenwellenverstellers besonders zum Tragen, da das Hydraulikfluid von den der einen Drehrichtung zugeordneten Kammern in die der anderen Drehrichtung zugeordneten Kammern einen kurzen Weg hat. Würde das Hydraulikfluid hingegen einen langen Weg von der Rotornabe zu einem externen Hydraulikventil haben, so würden die Leitungsverluste den Vorteil mit zunehmender Leitungslänge aufzehren. Allerdings gehen mit der direkten Einwirkung der Nockenwellenwechselmomente über ein Zentralventil anstelle über eine Dämpfungsstrecke die regelungstechnischen Herausforderungen einher, welche dem druckausgeglichenen Hohlkolben gemäß der Erfindung einen besonderen Vorteil verschaffen. - Die Buchse eines Zentralventils kann in besonders vorteilhafter Weise mit einem Gewinde zur Verschraubung des Rotors mit der Nockenwelle ausgeführt sein, so dass sich eine sogenannte Zentralschraube bildet.
- Der Versorgungsdruck muss aber nicht axial stirnseitig in die Buchse eingeführt werden. Es ist auch möglich, den Versorgungsanschluss radial vorzusehen, so dass der Versorgungsdruck auch radial in das Hydraulikventil hinein erfolgt. Die Zuführung des Versorgungsdruckes muss aber nicht stirnseitig in die Hülse erfolgen. Es ist auch möglich, den Druck über eine Querbohrung in die Buchse einzuleiten, die dann in den Innenraum der Hülse führt. Dabei kann die Zuführung in die Hülse in deren stirnseitige Öffnung oder aber in einen Öffnung in der besagten Wand der Hülse erfolgen.
- Die Hülse muss erfindungsgemäß fest gegenüber der Buchse sein. Das bedeutet, dass die Hülse fest gegenüber der Buchse abgestützt ist. Dabei erfolgt die Abstützung der Druckentlastungshülse vorzugsweise nur in axialer Richtung. Hingegen weist die Hülse in einer vorteilhaften Ausgestaltung ein radiales Spiel auf, damit die Gängigkeit des Hydraulikkolbens gewährleistet ist. Um trotz eines großen Radialspieles zwischen der Buchse und der Hülse eine Dichtheit zu gewährleisten, die es verhindert, dass Hydraulikfluid vom Versorgungsanschluss an der Buchse außen vorbei gelangen kann, ist in besonders vorteilhafter Weise im Bereich dieses Radialspiels ein Dichtring vorgesehen, der das Radialspiel kompensiert.
- Wenn der Versorgungsdruck im normalen Betrieb des Hydraulikventils ständig am Hülsenboden anliegt, dann kann auch eine Abstützung ausschließlich in diese Richtung ausreichen, da eine Verschiebung der Hülse in der vom Stellglied hinfort weisenden Richtung dann vom Versorgungsdruck verhindert wird. Dies gilt umso mehr, wenn die Hülse in der Buchse mit einer Passung aufgenommen ist, so dass auch noch Reibkräfte zwischen der Hülse und der Buchse wirken. Diese Reibkräfte sind demzufolge mittels entsprechender Materialpaarungen, Toleranzen, Bauteiloberflächen und konstruktiver Maßnahmen gering zu halten.
- Der Hohlkolben ist in besonders vorteilhafter Weise komplett druckausgeglichen. Es ist jedoch auch möglich, den Hohlkolben mit geringfügig variierenden Außendurchmessern auszuführen. In diesem Fall leider zwar die Regelbarkeit ein wenig. Im Gegenzug vereinfacht sich die Montage, da der Hohlkolben vorzugsweise derart ausgestaltet ist, dass sein zunächst einzuführender Bereich einen kleineren Durchmesser aufweist, als sein daraufhin einzuführender Bereich. Die Wahrscheinlichkeit der Beschädigung der Funktionsflächen/Dichtflächen bei der Montage wird insbesondere bei manueller Montage verringert.
- Die Patentansprüche 9 und 10 weisen besonders vorteilhafte Ausgestaltungen auf, die über ein radiales bzw. axiales Spiel fertigungsbedingte Toleranzen ausgleichen, so dass es nicht zum Verklemmen des Hohlkolbens kommen kann.
- Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.
- Die Erfindung ist nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
- Dabei zeigen
-
1 einen Schwenkmotornockenwellenversteller in einer geschnittenen Ansicht, -
2 in einer ersten Ventilstellung in einem Halbschnitt ein Hydraulikventil zur Verstellung eines Schwenkmotornockenwellenverstellers gemäß1 , -
3 das Hydraulikventil aus2 in einer zweiten Ventilstellung zur Verstellung in die andere Drehrichtung, -
4 das Hydraulikventil aus2 und3 in einer Sperr-Mittelstellung und -
5 in einer weiteren Ausführungsform ein Hydraulikventil zur Verstellung eines Schwenkmotornockenwellenverstellers gemäß1 . - Mit einem Schwenkmotornockenwellenversteller
14 gemäß1 wird während des Betrieben eines Verbrennungsmotors die Winkellage an der Nockenwelle verändert. Durch Verdrehen der Nockenwelle werden die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile so verschoben, dass der Verbrennungsmotor bei der jeweiligen Drehzahl seine optimale Leistung bringt. Der Schwenkmotornockenwellenversteller14 ermöglicht dabei eine stufenlose Verstellung der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle. Der Schwenkmotornockenwellenversteller14 weist einen zylindrischen Stator1 auf, der drehfest mit einem Antriebsrad2 verbunden ist. Im Ausführungsbeispiel ist das Antriebsrad2 ein Kettenrad, über das eine nicht näher dargestellte Kette geführt ist. Das Antriebsrad2 kann aber auch ein Zahnriemenrad sein, über das eine Antriebsriemen als Antriebselement geführt ist. Über dieses Antriebselement und das Antriebsrad2 ist der Stator1 mit der Kurbelwelle antriebsverbunden. - Der Stator
1 umfasst einen zylindrischen Statorgrundkörper3 , an dessen Innenseite radial nach innen in gleichen Abständen Stege4 abstehen. Zwischen benachbarten Stegen4 werden Zwischenräume5 gebildet, in die, über ein in2 näher dargestelltes Hydraulikventil12 gesteuert, Druckmedium eingebracht wird. Zwischen benachbarten Stegen4 ragen Flügel6 , die radial nach außen von einer zylindrischen Rotornabe7 eines Rotors8 abstehen. Diese Flügel6 unterteilen die Zwischenräume5 zwischen den Stegen4 jeweils in zwei Druckkammern9 und10 . - Die Stege
4 liegen mit ihren Stirnseiten dichtend an der Außenmantelfläche der Rotornabe7 an. Die Flügel6 ihrerseits liegen mit ihren Stirnseiten dichtend an der zylindrischen Innenwand des Statorgrundkörpers3 an. - Der Rotor
8 ist drehfest mit der nicht näher dargestellten Nockenwelle verbunden. Um die Winkellage zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle zu verändern, wird der Rotor8 relativ zum Stator1 gedreht. Hierzu wird je nach gewünschter Drehrichtung das Druckmedium in den Druckkammern9 oder10 unter Druck gesetzt, während die jeweils anderen Druckkammern10 oder9 zum Tank hin entlastet werden. Um den Rotor8 gegenüber dem Stator1 entgegen dem Uhrzeigersinn in die dargestellte Stellung zu verschwenken, werden vom Hydraulikventil12 radiale Nebenbohrungen11 in der Rotornabe7 unter Druck gesetzt. Um den Rotor8 hingegen im Uhrzeigersinn zu verschwenken, werden vom Hydraulikventil12 weitere radiale Nebenbohrungen13 in der Rotornabe7 unter Druck gesetzt. Diese weiteren radialen Nebenbohrungen13 sind axial und umfangsmäßig versetzt zu den erstgenannten Nebenbohrungen11 angeordnet. Das Hydraulikventil12 ist als sogenanntes Zentralventil in die Rotornabe7 eingesteckt und mit der dahinter liegenden Nockenwelle verschraubt. - Der Rotor
8 ist in zeichnerisch nicht dargestellter Weise mittels einer als Kompensationsfeder wirkenden Spiralfeder gegen den Stator1 drehelastisch vorgespannt. -
2 zeigt dabei das Hydraulikventil12 . Dieses weist eine schraubenförmige Buchse52 mit einem axialen Versorgungsanschluss P auf, von dem aus der von einer nicht näher dargestellten Ölpumpe kommende Hydraulikdruck wechselweise auf einen ersten Arbeitsanschluss A oder einen zweiten Arbeitsanschluss B leitbar ist. Diese beiden Arbeitsanschlüsse A, B führen dabei in Ringnuten31 ,32 in der Rotornabe7 . Der erste Arbeitsanschluss A führt dabei über die diesem zugeordnete erste Ringnut31 in die besagten radialen Nebenbohrungen11 . Hingegen führt der zweite Arbeitsanschluss B über die diesem zugeordnete32 Ringnut in die weiteren Nebenbohrungen13 . - In die dem ersten Arbeitsanschluss A zugeordnete erste Ringnut führt noch ein der Nutzung von Nockenwellenwechselmomenten zugeordneter Anschluss A1, der von einer Querbohrung
21 in der Buchse52 gebildet wird. - Zudem weist die Buchse
52 noch zwei radiale Tankanschlüsse T1, T2 und einen axialen Tankanschluss T3 auf. Die ersten beiden radialen Tankanschlüsse T1, T2 sind axial benachbart zueinander neben den beiden Arbeitsanschlüsse A, B angeordnet. Dabei ist die Reihenfolge der radialen Anschlüsse vom Verbrennungsmotor zu einem Stellglied43 aufeinanderfolgend T1-T2-A-A1-B. Der axiale bzw. dritte Tankanschluss T3 führt hingegen an einem Schraubenkopf49 der schraubenförmig ausgeführten Buchse52 aus dem Hydraulikventil12 heraus. - Der erste radiale Tankanschluss T1 dient dabei nicht der Abfuhr von Öl aus den jeweils zu entlastenden Druckkammern
9 bzw.10 . Stattdessen dient dieser erste Tankanschluss T1 als Volumenausgleich bzw. zur Entlüftung. - Die Buchse
52 endet motorseitig mit einem Außengewinde53 , welches in ein Innengewinde der nicht näher dargestellten Nockenwelle eingeschraubt ist und den Rotor8 gegen die Nockenwelle reibschlüssig drehfest verspannt. Dazu liegt die Rotornabe7 einerseits über eine dünne Reibscheibe an dem stirnseitigen Ende der Nockenwelle und andererseits an dem Schraubenkopf49 der Buchse52 an. Eine solche Reibscheibe – jedoch mit Ölführungen – ist beispielsweise Gegenstand derDE 10 2009 050 779.5 . - Innerhalb der Buchse
52 ist ein Hohlkolben54 verschiebbar. Dazu liegt ein nur in2 ansatzweise dargestellter Stößel48 eines elektromagnetischen linearen Stellglieds43 an einem Kolbenboden51 des Hohlkolbens54 an. In dem dargestellten stromlosen Zustand des Stellgliedes wird der von einem axialen Versorgungsanschluss P kommende hydraulische Druck auf einen zweiten Arbeitsanschluss B geführt. Von diesem zweiten Arbeitsanschluss B werden die in1 gezeigten Druckkammern9 über die Nabenbohrungen13 mit Hydraulikdruck beaufschlagt. Das damit zwangsläufig aus den entgegen gerichteten Druckkammern10 über die Nabenbohrungen11 auf den ersten Arbeitsanschluss A geführte Hydraulikfluid ist vom Hydraulikventil12 auf den zweiten Tankanschluss T2 ableitbar. - Der von eine Ölpumpe des Verbrennungsmotors beispielsweise über die Nockenwelle kommende Versorgungsanschluss P ist axial. Eine topfförmig geschlossene Hülse
55 ist in den in Form eines Sackloches56 ausgehöhlten Hohlkolben54 eingesetzt. Deren Hülsenboden50 verhindert, dass ein Druck des Versorgungsanschlusses P auf den Sacklochgrund57 wirkt und damit den Hohlkolben54 zusätzlich zu einer Schraubendruckfeder58 mit einer Kraft beaufschlagt. Damit muss das den Stößel48 ausrückende elektromagnetische linear wirksame Stellglied43 nicht eine Kraft gegen den variierenden Druck des Versorgungsanschlusses P aufbringen. Die Ansteuerung bzw. Regelgüte des Zentralventils ist damit sehr gut. Der Hülsenboden50 ist dazu über eine Wand23 der Hülse55 an der Buchse52 abgestützt. Demzufolge ist die gesamte Hülse55 buchsenfest. Die Hülse55 weist auf deren von dem Stößel48 abgewandter Seite einen radial nach außen kragenden Bund25 auf, der auf seiner der Stößel48 zugewandter Seite26 an einem Absatz24 der Buchse52 anliegt. Auf der anderen Seite27 der Buchse52 liegt ein Axialsicherungsring29 an, der in eine Innenringnut der Buchse52 eingesetzt ist. Damit ist die Hülse55 in beiden Richtungen gegen eine axiale Verschiebung entlang einer Zentralachse22 gesichert. - Die Hülse
55 ist mit länglichen Schlitzen59 versehen, die so lang sind, dass sie in sämtlichen axialen Stellungen des gegenüber der axialfesten Hülse55 verschiebbaren Hohlkolbens54 einen Zufluss zu Querbohrungen60 im Hohlkolben54 ermöglichen. Radial außerhalb dieser Querbohrungen60 ist ein bandförmiges Rückschlagventil61 vorgesehen, das radial auf dem Hohlkolben54 anliegt und dabei die Querbohrungen60 verdeckt. Dieses radial außen anliegende Rückschlagventil61 hat dabei die Funktion eines Pumpenrückschlagventils. Damit kann ein hydraulischer Druck vom axialen Versorgungsanschluss P durch die Schlitze59 und das Rückschlagventil61 in einen Ringraum62 radial außerhalb des Rückschlagventils61 gelangen. Hingegen wird ein Rückfluss aus diesem Ringraum62 zum Versorgungsanschluss P verhindert, indem ein Innendruck, der über dem Druck am Versorgungsanschluss P liegt, vom Rückschlagventil61 gesperrt wird. - In der in
2 dargestellten ersten Ventilstellung des Hohlkolbens54 gegenüber der Buchse52 wird somit Hydraulikfluid von der Ölpumpe über den Versorgungsanschluss P und das Rückschlagventil61 zum zweiten Arbeitsanschluss B gefördert. Dabei werden die Druckkammern9 über die Nabenbohrungen13 aufgedrückt, so dass der Rotor8 gegenüber dem Stator1 in die eine Drehrichtung verschwenkt. Die sich dabei zwangsläufig verkleinernden Druckkammern10 drücken das Hydraulikfluid über den Nebenbohrungen11 zum ersten Arbeitsanschluss A. Von dort gelangt das Hydraulikfluid über eine Ringnut16 am Hohlkolben54 zum Tankanschluss12 . Der von der Ölpumpe im Ringraum62 eingebrachte Druck wird von dem als Pumpenrückschlagventil arbeitenden Rückschlagventil61 und einem weiteren Rückschlagventil33 eingesperrt, so dass dieser Druck nur über einen Spalt38 in die Druckkammern9 hinein entlastet werden kann. Dieser Druck im Ringraum62 verhindert gemeinsam mit dem weiteren Rückschlagventil33 das Eindringen von Hydraulikfluid aus der Querbohrung21 , welche über den Anschluss A1 mit den Druckkammern10 in Verbindung steht. Das Hydraulikfluid aus den Druckkammern10 wird demzufolge ausschließlich über den ersten Arbeitsanschluss A zum zweiten Tankanschluss T2 geführt, solange der Innendruck in den Druckkammern10 bzw. der Querbohrung21 nicht über den Druck im Ringraum62 ansteigt. - Sobald die Nockenwelle infolge von deren Wechselmomenten bestrebt ist, in die zu verstellende Richtung zu drehen, erhöht sich der Druck in den Druckkammern
10 und der Querbohrung21 schlagartig und stark. Sobald dieser Druck so weit über dem Druck im Ringraum62 erhöht ist, das Verluste an dem ersten Arbeitsanschluss A und dem vorgespannten weiteren Rückschlagventil33 überwunden sind, stellt der Ringraum62 über den zweiten Arbeitsanschluss B den Hydraulikfluid „saugenden” Druckräumen9 ausreichend Volumenstrom für eine schnelle Verstellung zur Verfügung, wie es die Ölpumpe alleine nicht bereitzustellen vermag. Dieser Zusammenhang ist auch in derDE 10 2006 012 775 A1 näher erläutert. - Die besagte Ringnut
16 am Hohlkolben54 wird beiderseits von jeweils einem Führungssteg36 bzw.30 begrenzt. Der zweite Führungssteg30 bildet gemeinsam mit einem weiteren Führungssteg28 eine weitere Ringnut47 , welche die radial innere Begrenzung des Ringraumes62 bildet. Damit weist der Hohlkolben54 in der vom Verbrennungsmotor auf das lineare Stellglied43 weisenden Richtung drei axial aufeinander folgende Führungsstege36 ,30 ,28 auf, mit denen der Hohlkolben54 innerhalb der Buchse52 geführt ist. Der erste Führungssteg36 ist damit motorseitig vom mittigen bzw. zweiten Führungssteg30 angeordnet. Hingegen ist der dritte Führungssteg28 stellgliedseitig vom mittigen bzw. zweiten Führungssteg30 angeordnet. Die vom Versorgungsanschluss P kommende Querbohrung60 im Hohlkolben54 ist axial zwischen dem zweiten Führungssteg30 und dem dritten Führungssteg28 angeordnet. Die Funktion der letztgenannten beiden Führungsstege30 ,28 ist folgende:
Wird das lineare Stellglied43 maximal bestromt, so wird der Hohlkolben54 gegen die Kraft der Schraubendruckfeder58 in seine Endstellung verschoben, die zudem die zweite Ventilstellung ist. Dabei schließt der dritte Führungssteg28 den Spalt38 und gibt entsprechen3 einen Spalt37 auf seiner dem linearen Stellglied43 zugewanden Seitenfläche39 frei. Mit diesem dann geöffneten Spalt37 ist der zuvor durch einen Dichtspalt41 verschlossene Zugang zum Ringraum62 geschaffen. Somit kann der vom Versorgungsanschluss P kommende Versorgungsdruck zum ersten Arbeitsanschluss A geleitet werden. Der Rotor8 schwenkt dabei in der entgegen gesetzten Drehrichtung. Der zweite Arbeitsanschluss B wird dabei gegen den dritten Tankanschluss T3 entlastet. Dazu gibt der dritte Führungssteg28 an einer Querbohrung35 des zweiten Arbeitsanschlusses B einen Spalt34 frei. Von dort fließt das Hydraulikfluid außen entlang dem Hohlkolben54 zum dritten Tankanschluss T3. Dabei ist der Hohlkolben54 an diesem Ende mit einer Querbohrung46 versehen, die mehrere Funktionen hat. Zum einen kann das bei axialer Verschiebung des Hohlkolbens54 von dem Hülsenboden50 verdrängte Volumen von Hydraulikfluid durch die Querbohrung46 zum dritten Tankanschluss T3 abfließen. Zum anderen wirkt der geringfügige Druck des vom zweiten Arbeitsanschluss B zum dritten Tankanschluss T3 abfließenden Hydraulikfluids beidseitig des Kolbenbodens51 , so dass der Hohlkolben54 auch diesbezüglich druckausgeglichen ist. - Eine Nutzung der Nockenwellenwechselmomente ist im Gegensatz zur Ventilstellung gemäß
2 nicht vorgesehen. Spitzendrücke infolge von Nockenwellenwechselmomenten werden unmittelbar vom zweiten Arbeitsanschluss B zum dritten Tankanschluss T3 geleitet. -
4 zeigt eine zwischen den beiden dargestellten extremen Ventilstellungen des Hohlkolbens54 liegende Sperr-Mittelstellung. In dieser Sperr-Mittelstellung werden die beiden Arbeitsanschlüsse A, B von den beiden Führungsstegen28 ,30 verschlossen. Damit wird das Hydraulikfluid in den beiden Drehrichtungen zugeordneten Druckkammern9 ,10 eingesperrt. Allenfalls ein geringer Volumenstrom drängt sich aus dem Ringraum62 an den Führungsstegen28 ,30 vorbei zu den beiden Arbeitsanschlüssen A, B und gleicht Leckageverluste aus und sorgt für ein gedämpftes Verschwenken des Rotors8 entsprechend derDE 198 23 619 A1 . - Das Hydraulikfluid fließt von den Tankanschlüssen T1, T2, T3 in den Steuertriebkasten. Insbesondere wenn dieser Steuertrieb mit einer Kette ausgeführt ist, schmiert das Hydraulikfluid zugleich den Steuertrieb. Es sind zudem nasse Riementriebe bekannt.
- Am stellgliedseitigen Ende weist die Buchse
52 eine innenseitige Ringnut auf, in die ein Axialsicherungsring40 gesetzt ist. Diese Axialsicherungsring40 dient bei unbestromten Stellglied43 als Axialanschlag für die Ventilsstellung gemäß2 . In einer alternativen Ausgestaltung könnte sich das Rückschlagventil61 auch vom zweiten Führungssteg30 zum dritten Führungssteg28 erstrecken, wobei dann eine weitere Axialsicherung42 nicht vorgesehen ist. - Zwischen dem zweiten Führungssteg
30 und dem dritten Führungssteg28 ist eine sich ringförmig vom Hohlkolben54 radial nach außen erstreckende Axialsicherung42 vorgesehen. Damit sichert diese Axialsicherung42 einerseits und der dritte Führungssteg28 andererseits die Rückschlagfeder61 axial. Damit wird verhindert, dass die Rückschlagfeder61 so weit verschoben werden kann, dass sie nicht mehr die Querbohrung60 ausreichend abdeckt. - Die Ringnut
16 ist gegenüber einer auf den Versorgungsanschluss P weisenden Stirnseite44 des Hohlkolbens54 über einen Dichtspalt45 abgedichtet. Das Hydraulikventil12 würde zwar grundsätzlich auch ohne den Bereich des Hohlkolbens54 funktionieren, der sich nach dem mittigen Führungssteg30 bis zum ersten Führungssteg36 erstreckt. In diesem Fall würde die Schraubendruckfeder58 axial am Führungssteg30 anliegen. Jedoch ermöglicht die in2 bis4 dargestellte Formgebung des Hohlkolbens54 mit dem ersten Führungssteg36 eine besonders hohe Regelgüte. So ist insbesondere in2 ersichtlich, dass der vom ersten Arbeitsanschluss A zum zweiten Tankanschluss T2 fließende Hydraulikstrom auf die ersten beiden Führungsstege36 ,30 in den axial entgegen gesetzten Richtungen die gleiche Kraft aufbringt. D. h. der Hohlkolben54 ist auch diesbezüglich druckausgeglichen. Ein Druck in der Ringnut16 kann sich dabei aufbauen, da der zweite Tankanschluss T2 mit abnehmender Durchflussquerschnitt eine Drosselstelle bildet. Würde auf den ersten Führungssteg36 verzichtet, so könnte der zu den ersten beiden Tankanschlüssen T1, T2 fließende stirnseitig des Hohlkolbens54 anliegen und eine Kraft in die auf das Stellglied43 weisende Richtung bewirken. - Die Schraubendruckfeder
58 ist in einem ringförmigen Raum64 radial außerhalb der Hülse55 angeordnet, welcher über eine Öffnung63 in der Buchse52 zu einem Tankanschluss T1 führt. -
5 zeigt ein Hydraulikventil112 in einer weiteren Ausführungsform. Dabei ist kein zusätzlicher Anschluss zur besonderen. Nutzung von Nockenwellenwechselmomenten vorgesehen. Der Hohlkolben154 schlägt in der auf das Stellglied weisenden Richtung an einem gelochten Deckel76 an, der an der Buchse152 befestigt ist. Anstelle der aus Blech tiefgezogenen Hülse55 der vorangegangenen Ausführungsform ist die Hülse155 als Drehteil mit einer Längsbohrung74 und einer Querbohrung75 ausgeführt. Der Hohlkolben154 ist nicht einteilig mit einem Kolbenboden151 ausgeführt, sondern als Einsatz65 axialfest in den durchgehend gebohrten Hohlkolben154 eingepresst. Dieser Einsatz65 ist außerhalb der Zentralachse122 mit Bohrungen146 durchbohrt, welche analog den Querbohrungen46 der vorangegangenen Ausführungsform einen Raum66 zwischen dem Kolbenboden151 und dem Hülsenboden150 zum zweiten Tankabfluss T2 hin entlastet. Diese Entlastung ist notwendig, da es infolge der Relativverschiebung zwischen dem Hohlkolben154 und der Hülse155 zur Volumenänderung des Raumes66 kommt, die durch die Bohrungen146 mit Öl und/oder Luft ausgeglichen werden muss. - Die Hülse
155 weist an deren vom Stellglied abgewandten Ende67 eine Ringnut69 auf, in der ein als O-Ring ausgeführter Dichtring68 aufgenommen ist. Der Außendurchmesser der Hülse155 an diesem Ende67 weist ein großes radiales Spiel zur zugehörigen Aufnahmebohrung70 der Buchse152 auf. Dieses große Spiel wird durch den Dichtring68 ausgeglichen, so dass Öl trotz dieses Spiels keine hydraulische Leckageverbindung zwischen - – dem Versorgungsanschluss P und
- – dem ersten Tankabfluss T1 bzw. sogar dem ersten Arbeitsanschluss A
- Wie in dieser Ausführungsform kann auch in der vorangegangenen Ausführungsform ein Dichtring
68 zum Ausgleich von fertigungsbedingten Toleranzen Anwendung finden. Die Ringnut69 zur Aufnahme des Dichtringes68 kann sowohl in der Hülse55 bzw.155 als auch in der Buchse52 bzw.152 vorgesehen sein. - Die Rückschlagventile können mit oder ohne Überlappung ausgeführt sein. Aus der
EP 1 703 184 B1 ist bereits eine Ausgestaltungsalternative eines bandförmigen Rückschlagventils bekannt. Anstelle der in dieser Europäischen Patentschrift beanspruchten unsymmetrischen Verteilung der vom Rückschlagventil zu verschließenden Durchgangsöffnungen ist es auch möglich, auf eine Überlappung zu verzichten und eine Verdrehsicherung am Rückschlagventil vorzusehen. - Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Stator
- 2
- Antriebsrad
- 3
- Statorgrundkörper
- 4
- Stege
- 5
- Zwischenräume
- 6
- Flügel
- 7
- Rotornabe
- 8
- Rotor
- 9
- Druckkammern
- 10
- Druckkammern
- 11
- Nebenbohrungen
- 12
- Hydraulikventil
- 13
- Nebenbohrung
- 14
- Schwenkmotornockenwellenversteller
- 15
- Ringnut
- 16
- Ringnut
- 17
- Ringnut
- 18
- Ringnut
- 19
- Querbohrung
- 20
- Querbohrung
- 21
- Querbohrung
- 22
- Zentralachse
- 23
- Wand
- 24
- Absatz
- 25
- Bund
- 26
- Seite
- 27
- andere Seite
- 28
- dritter Führungssteg
- 29
- Axialsicherungsring
- 30
- zweiter Führungssteg
- 31
- Ringnut
- 32
- Ringnut
- 33
- Rückschlagventil
- 34
- Spalt
- 35
- Querbohrung
- 36
- erster Führungssteg
- 37
- Spalt
- 38
- Spalt
- 39
- Seitenfläche
- 40
- Axialsicherungsring
- 41
- Dichtspalt
- 42
- Axialsicherung
- 43
- Stellglied
- 44
- Stirnseite
- 45
- Dichtspalt
- 46
- Querbohrung
- 47
- Ringnut
- 48
- Stößel
- 49
- Schraubenkopf
- 50
- Hülsenboden
- 51
- Kolbenboden
- 52
- Buchse
- 53
- Außengewinde
- 54
- Hohlkolben
- 55
- Hülse
- 56
- Sackloch
- 57
- Sacklochgrund
- 58
- Schraubendruckfeder
- 59
- Schlitze
- 60
- Querbohrung
- 61
- Rückschlagventil
- 62
- Ringraum
- 63
- Öffnung
- 64
- Raum
- 65
- Einsatz
- 66
- Raum
- 67
- Ende
- 68
- Dichtring
- 69
- Ringnut
- 70
- Aufnahmebohrung
- 71
- Anschlag
- 72
- Anschlag
- 73
- Anschlaghülse
- 74
- Längsbohrung
- 75
- Querbohrung
- 76
- Deckel
- 112
- Hydraulikventil
- 122
- Zentralachse
- 124
- Absatz
- 146
- Bohrungen
- 150
- Hülsenboden
- 151
- Kolbenboden
- 152
- Buchse
- 154
- Hohlkolben
- 155
- Hülse
- T1
- Tankabfluss
- T2
- Tankabfluss
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- EP 1703184 B1 [0047]
Claims (13)
- Schwenkmotornockenwellenversteller (
14 ) mit einem Hydraulikventil (12 ), das eine Buchse (52 ) und einen innerhalb dieser mittels eines Stellgliedes (43 ) gegen die Kraft einer Schraubendruckfeder (58 ) axial verschiebbaren Hohlkolben (54 ) mit einem Kolbenboden (51 ) aufweist, an dem das Stellglied (43 ) anliegt, wobei innerhalb des Hohlkolbens (54 ) eine buchsenfeste Hülse (55 ) relativ zu diesem verschiebbar angeordnet ist, deren Wand einen Durchbruch (59 ) aufweist, der zu zumindest einer Öffnung (60 ) des Hohlkolbens (54 ) führt, die einen innerhalb der Hülse (55 ) anliegenden Versorgungsdruck (P) alternativ zu zwei Druckkammern (9 ,10 ) des Schwenkmotornockenwellenverstellers (14 ) führen kann, wobei die Hülse (55 ) einen den Innenraum des Hohlkolbens (54 ) verschließenden Hülsenboden (50 ) aufweist. - Schwenkmotornockenwellenversteller (
14 ) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (59 ) in Richtung einer Zentralachse (22 ) des Hydraulikventils (12 ) so lang sind, dass die Öffnung (60 ) in den beiden Kolbenstellungen (2 ,3 ) zur Beaufschlagung der beiden Druckkammern (9 ,10 ) in den Durchbruch (59 ) mündet. - Schwenkmotornockenwellenversteller (
14 ) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (60 ) radial außen von einem bandförmig umlaufenden Rückschlagventil (61 ) verdeckt ist. - Schwenkmotornockenwellenversteller (
14 ) nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (61 ) ein Pumpenrückschlagventil ist, welches den Rückfluss aus einem Ringraum (62 ) in den Versorgungsanschluss (P) sperrt, wenn der Druck im Ringraum (62 ) nahezu gleich dem Druck vom Versorgungsanschluss (P) ist, wobei dieses Rückschlagventil (61 ) axial mittels sich radial vom Hohlkolben (54 ) erstreckenden Stegen (42 ,28 ) gesichert ist. - Schwenkmotornockenwellenversteller (
14 ) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (52 ) zur Verstellung der beiden Druckkammern (9 ,10 ) axial zueinander beabstandet Arbeitsanschlüsse (A, B) aufweist, zwischen denen ein Anschluss (A1) zur Nutzung von Nockenwellenwechselmomenten vorgesehen ist. - Schwenkmotornockenwellenversteller (
14 ) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkolben (54 ) zwei Führungsstege (30 ,28 ) aufweist, zwischen denen die Öffnung (60 ) angeordnet ist, wobei von den beiden Führungsstegen (30 ,28 ) der von der Öffnung (60 ) kommende Hydraulikdruck auf den einen Arbeitsanschluss (B bzw. A) leitbar ist, während der vom anderen Arbeitsanschluss (A bzw. B) kommende Hydraulikdruck von dem einen der beiden Führungsstege (30 bzw.28 ) auf einen von zwei Tankanschlüssen (T2, T3) leitbar ist. - Schwenkmotornockenwellenversteller (
14 ) nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Versorgungsanschluss (P) näher stehende Arbeitsanschluss (A) über eine Ringnut (16 ) des Hohlkolbens (54 ) auf den Tankanschluss (T2) führbar ist, welche gegenüber einer auf den Versorgungsanschluss (P) weisenden Stirnseite (44 ) des Hohlkolbens (54 ) über einen Dichtspalt (45 ) abgedichtet ist. - Schwenkmotornockenwellenversteller (
14 ) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubendruckfeder (58 ) in einem ringförmigen Raum (64 ) radial außerhalb der Hülse (55 ) angeordnet ist, welcher über eine Öffnung (63 ) in der Buchse (52 ) zu einem Tankanschluss (T1) führt. - Schwenkmotornockenwellenversteller (
14 ) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (155 ) an deren vom Stellglied abgewandten Ende (67 ) gegenüber der Buchse (152 ) ein radiales Spiel aufweist, das mittels einer elastisch verformbaren Dichtung (68 ) überbrückt ist, so dass ein Spalt zwischen der Hülse (155 ) und der Buchse (152 ) abgedichtet ist. - Schwenkmotornockenwellenversteller (
14 ) nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (55 ,155 ) gegenüber der Buchse (52 ,152 ) eine begrenzte axiale Verschiebbarkeit aufweist. - Schwenkmotornockenwellenversteller (
14 ) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Hohlkolbens (54 ) zwischen dem Hülsenboden (50 ) und dem Kolbenboden (51 ) ein Raum (66 ) gebildet ist, der mittels Ausnehmungen (Querbohrungen46 ) gegenüber einem Tankanschluss (T2) entlastet ist. - Schwenkmotornockenwellenversteller (
14 ) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikventil (12 ) ein Zentralventil ist - Schwenkmotornockenwellenversteller (
14 ) nach einem der Patentansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikventil (12 ) ein Cartridgeventil ist.
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