DE102010050812A1

DE102010050812A1 - Ventilgehäuse für ein Steuerventil eines Nockenwellenverstellsystems, sowie Verfahren zur Herstellung eines Ventilgehäuses

Info

Publication number: DE102010050812A1
Application number: DE102010050812A
Authority: DE
Inventors: Philipp Bittel; Stefan Först; Markus Weiss; Josef Gröschel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2012-05-10
Also published as: WO2012062493A1; CN103210187A; MX2013003747A; CN103210187B; BR112013008004A2; US20130284129A1; US9284860B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventilgehäuse (31, 51) für ein Steuerventil eines Nockenwellenverstellers, umfassend einen Gehäuseflansch (33, 55) zur Befestigung an einer Steuereinheit, sowie eine im Wesentlichen zylindrische Gehäusekomponente (1, 53) zur Aufnahme eines Steuerkolbens. Hierbei ist vorgesehen, dass die Gehäusekomponente (1, 53) durch eine formschlüssige Verbindung drehfest am Gehäuseflansch (33, 55) fixiert ist. Ein derartiges Ventilgehäuse (31, 51) ist unter Gewährleistung seiner Betriebssicherheit kostengünstig und mit geringem Gewicht herzustellen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines vorgenannten Ventilgehäuses (31, 51).

Description

Bezeichnung der Erfindung
Ventilgehäuse für ein Steuerventil eines Nockenwellenverstellsystems, sowie Verfahren zur Herstellung eines Ventilgehäuses
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Ventilgehäuse für ein Steuerventil eines Nockenwellenverstellsystems, umfassend einen Gehäuseflansch zur Befestigung an einer Steuereinheit sowie ein im Wesentlichen zylindrische Gehäusekomponente zur Aufnahme eines Steuerkolbens.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines vorgenannten Ventilgehäuses.
Hintergrund der Erfindung
Ein Nockenwellenversteller dient als Teil eines Nockenwellenverstellsystems der gezielten Verstellung der Phasenlage zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle in einer Brennkraftmaschine und ermöglicht so die optimierte Einstellung der Ventilsteuerzeiten. Hierdurch kann beispielsweise die Leistung einer Brennkraftmaschine erhöht oder der Verbrauch gesenkt werden kann.
Ein Nockenwellenversteller umfasst üblicherweise einen drehfest mit der Kurbelwelle verbundenen Stator und einen in diesem Stator gehaltenen Rotor. Der Rotor ist wiederrum drehfest mit der Nockenwelle verbunden und kann gegenüber dem Stator verstellt werden. Die Verstellung des Rotors wird durch die Beaufschlagung von im Stator ausgebildeten Druckkammern mit einer Hydraulikflüssigkeit hervorgerufen.
Um diese Druckbeaufschlagung gewährleisten zu können, werden Steuerventile eingesetzt. Derartige Steuerventile bestehen üblicherweise aus einen Ventilgehäuse und einem in dem Ventilgehäuse positionierten elektromagnetisch betätigten Steuerkolben. Durch die Ansteuerung dieses Kolbens kann die Zu- und Abfuhr der Hydraulikflüssigkeit eingestellt und Einfluss auf die Ventilsteuerzeiten genommen werden. Optimale Ventilsteuerzeiten wirken sich hierbei direkt auf Fahrleistung sowie auf den Kraftstoffverbrauch und die damit verbundenen Emissionen aus.
Gängige Steuerventile werden hierbei häufig mit Ventilgehäusen hergestellt, die aufgrund ihrer Ausführung als massive Drehteile ein hohes Gewicht aufweisen. Im Hinblick auf die stetig steigenden Anforderungen der Kraftfahrzeugindustrie an eine Gewichtsreduktion der eingesetzten Bauteile und die Kostenminimierung bei deren Herstellung stellen massive Ventilgehäuse somit keine dauerhafte Lösung für ein Ventilgehäuse eines Steuerventils dar.
Aufgabe der Erfindung
Es ist demnach eine erste Aufgabe der Erfindung, ein Ventilgehäuse für ein Steuerventil anzugeben, welches unter Gewährleistung seiner Funktion kostengünstig mit möglichst geringem Gewicht herzustellen ist.
Eine zweite Ausgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines vorgenannten Ventilgehäuses anzugeben.
Lösung der Aufgabe
Die erste Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Ventilgehäuse für ein Steuerventil eines Nockenwellenverstellsystems, umfassend einen Gehäuseflansch zur Befestigung an einer Steuereinheit, sowie eine im Wesentlichen zylindrische Gehäusekomponente zur Aufnahme eines Steuerkolbens. Hierbei ist vorgesehen, dass die Gehäusekomponente durch eine formschlüssige Verbindung drehfest am Gehäuseflansch fixiert ist.
Die Erfindung berücksichtigt, dass den stetig steigenden Anforderungen hinsichtlich des Gewichts und der Kosten bei der Herstellung eines Steuerventils durch den Einsatz massiv gefertigter Ventilgehäuse keine Rechnung getragen werden kann. Eine Möglichkeit der Gewichtsverringerung bietet sich aber durch die Fertigung von separaten Einzelteilen, die miteinander verbunden werden. Dadurch können dort leichtere und kostengünstigere Materialien gewählt werden, wo geringere Ansprüche zu erfüllen sind.
Allerdings treten bei einer mechanischen Verbindung der Einzelteile bisweilen Schwierigkeiten insbesondere hinsichtlich eines unerwünschten Verdrehens der Bauteile zueinander auf. Derartige Bewegungen können im eingebauten Zustand einen negativen Einfluss auf die Ansteuerung des Nockenwellenverstellers haben, so dass dessen Betriebssicherheit nicht gewährleistet werden kann.
Auch andere Möglichkeiten zur Verbindung von Bauteilen, wie beispielsweise ein Umspritzen der gebildeten Bauteilgruppe, stellen vor dem Hintergrund des erhöhten Logistikaufwands und der Investitions- und Herstellungskosten ebenfalls keine sinnvolle Alternative dar.
Die Erfindung erreicht eine drehfeste Fixierung zwischen der Gehäusekomponente und dem Gehäuseflansch durch einen Formschluss zwischen den beiden Bauteilen. Durch den Formschluss kann eine Relativbewegung zwischen der Gehäusekomponente und dem Gehäuseflansch verhindert werden, so dass die beiden Bauteile drehfest aneinander fixiert sind. Zusätzlich kann die formschlüssige Verbindung besonders hohe Kräfte übertragen und bietet die gewünschte Sicherheit gegen ein unerwünschtes Lösen der Bauteile voneinander.
Dank der formschlüssigen Verbindung und der damit verbundenen Verdrehsicherung kann auf eine einstückige und massive Fertigung des Ventilgehäuses oder aufwändige Herstellungsschritte zur Verbindung der Gehäusekomponente mit dem Gehäuseflansch verzichtet werden.
Als Teil eines Steuerventils dient das Ventilgehäuse der Positionierung eines Steuerkolbens. Über die Steuerung des Steuerkolbens innerhalb des Ventilgehäuses und damit über die Dosierung des Hydraulikmediums lässt sich die gewünschte Verstellung des Nockenwellenverstellers erreichen. Der Steuerkolben wird hierzu üblicherweise elektromagentisch angesteuert, wobei die Ansteuerung über ein am Gehäuseflansch befestigte Steuereinheit umgesetzt werden kann. Diese umfasst üblicherweise einen Magneten, der den Steuerkolben bei elektrischer Bestromung verschiebt. Auf diese Weise wird der Druck zwischen den Hydraulikkammern des Nockenwellenverstellers geschaltet. Die jeweils nicht beaufschlagte Hydraulikkammer ist mit einem Rücklauf verbunden, so dass Hydraulikflüssigkeit in den Kreislauf zurückfließen kann.
Der Steuerkolben ist üblicherweise in der Gehäusekomponente des Ventilgehäuses axial verschiebbar gelagert. Die Gehäusekomponente ist vorzugsweise mittels eines Spritzgussverfahrens einteilig aus einem Kunststoff hergestellt. Durch die Verwendung eines Kunststoffes kann ein geringes Gewicht des Ventilgehäuses gewährleistet werden. Weiterhin lässt sich durch die Wahl des Kunststoffes die Härte und die Korrosionsbeständigkeit der Gehäusekomponente beeinflussen.
Die Gehäusekomponente kann beispielsweise in Form eines Gitters ausgebildet sein, wobei im Gitter ein Filterelement eingebracht werden kann. Ein Filterelement dient der Filterung von Schmutzpartikeln aus dem Hydraulikmedium, welches zur Nockenwellenverstellung benötigt wird. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Partikel in den in die Hydraulikkammern des Nockenwellenverstellers gelangen.
Weiterhin kann innerhalb des Ventilgehäuses bzw. innerhalb der Gehäusekomponente eine Hülse angeordnet sein, die der Führung des Steuerkolbens dient und die zweckmäßigerweise ebenfalls mit einer Gitterstruktur ausgebildet ist. Die Gitteröffnungen der Hülse können hierbei im eingebauten Zustand unterschiedlich weit zu den Gitteröffnungen der Gehäusekomponente sein. In allen Ausgestaltungen ist insbesondere gewährleistet, dass die zur Dosierung von Hydraulikflüssigkeit zur Verfügung stehenden Gitteröffnungen ausreichend groß bemessen sind. Alternativ oder zusätzlich kann auch in den Öffnungen der Hülse ein Filterelement positioniert sein. Die Hülse ist vorzugsweise aus einem Stahl gefertigt.
Der Gehäuseflansch ist vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Der metallische Werkstoff kann hierbei den Umgebungsbedingungen und den auf ihn wirkenden Kräften entsprechend gefertigt sein. Vorzugsweise wird ein Stahl verwendet. Hierdurch kann die notwendige Stabilität des Ventilgehäuses gewährleistet werden.
Insgesamt kann durch die Wahl unterschiedlicher Materialien für die Gehäusekomponente und den Gehäuseflansch das Gewicht des Ventilgehäuses verringert werden. Zusätzlich kann der jeweilige Bereich des resultierenden Bauteils spezifisch an die vorgesehen Einsatz angepasst werden. Ein derartiges Ventilgehäuse kann entsprechend kostengünstig und kundenorientiert hergestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Gehäusekomponente durch die formschlüssige Verbindung zusätzlich axial am Gehäuseflansch festgelegt. Auf diese Weise kann durch die Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung gleichzeitig sowohl eine Verdrehsicherung der Bauteile zueinander als auch eine axiale Festlegung der Bauteile aneinander gewährleistet werden.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Gehäuseflansch einen Kragen, in den die Gehäusekomponente mit einem Bund eingesetzt ist. Der Kragen kann in unterbrochener Form vorliegen oder den Gehäuseflansch vorzugsweise ganz umlaufen. Der Bund der Gehäusekomponente ist als Abschlussring der Gehäusekomponente ausgebildet. Zur Montage wird der Bund in den Kragen eingesetzt. Zweckmäßigerweise weist der Kragen hierzu einen gegenüber dem Außendurchmesser des Bunds geringfügig vergrößerten Innendurchmesser auf, so dass eine einfache Montage möglich ist.
Besonders bevorzugt weist der Bund der Gehäusekomponente entlang seines Außenumfangs eine Anzahl von Vertiefungen auf, über die der Gehäuseflansch mit der Gehäusekomponente verstemmt ist. Auf diese Weise lässt sich eine Verdrehsicherung des Gehäuseflansches und der Gehäusekomponente zueinander erreichen und ein axialer Versatz der Bauteile verhindern.
Grundsätzlich lassen sich durch einen Verstemmprozess alle plastisch verformbaren Materialien miteinander verbinden, was die Möglichkeit bietet, auch unterschiedliche Werkstoffe zusammenzufügen. Hierdurch können die Materialeigenschaften der Bauteile entsprechend den Nutzungsanforderungen kombiniert werden. Der beim Verstemmen zustande kommende Formschluss zwischen dem Gehäuseflansch und der Gehäusekomponente ermöglicht eine sichere Befestigung aneinander. Die plastische Verformung zumindest eines der Bauteile bewirkt, dass sich diese unlösbar ineinander verkeilen. Bei einem Ventilgehäuse mit einer Kunststoffgehäusekomponente und mit einem metallischen Gehäuseflansch kann so eine sichere Verbindung der beiden Bauteile bei möglichst geringem Gewicht des Ventilgehäuses umgesetzt werden.
Die Vertiefungen bieten die Möglichkeit, Material des Gehäuseflansches aufzunehmen. Durch das Verstemmen taucht das Material in die Vertiefungen der Gehäusekomponente ein und bildet so die gewünschte formschlüssige Verbindung aus. Die Vertiefungen können hierzu grundsätzlich verschiedenartig ausgebildet sein, beispielsweise in Form von Taschen oder Nuten. Sie erstrecken sich radial in das Material des Bundes hinein und können bei der Fertigung der Gehäusekomponente, beispielsweise in einem Spritzgussverfahren, einteilig mit dieser hergestellt werden. Die Vertiefungen sind weiterhin vorzugsweise gleichmäßig über den Außenumfang der Gehäusekomponente verteilt, um eine gleichmäßige Befestigung zu gewährleisten.
Bevorzugt ist die oder jede Vertiefung als Randausnehmung am axial vom Kragen abgewandten Rand des Bundes ausgebildet. Die Ausbildung als Randausnehmung an dieser Stelle des Außenumfangs bietet den Vorteil, dass an dem axial zum Kragen hingewandten Rand des Bundes eine ausreichende Wandstärke verbleibt. Auf diese Weise kann den im Betrieb eines Nockenwellenverstellers auf das Ventilgehäuse wirkenden Kräften bzw. den bei der Ansteuerung eines Steuerkolbens entstehenden hohen Belastungsspitzen standgehalten werden, ohne dass das Material des Bundes wegbricht.
Zur Axialsicherung der Gehäusekomponente am Gehäuseflansch kann in der oder jeder Vertiefung zusätzlich jeweils eine sich radial nach außen erstreckende Noppe ausgebildet sein. Die Noppe wird im verstemmten Zustand vom Material des Gehäuseflansches umschlossen und verhindert so bei Betriebsbelastungen einen Axialversatz, also ein axiales Verschieben der Bauteile zueinander. Die axiale Fixierung kann hierbei insbesondere durch ein punktuelles Quetschen der Noppen bei der Montage der Gehäusekomponente am Gehäuseflansch erreicht werden. Die Größe der Noppe ist hierbei insbesondere an die Ausgestaltung der Vertiefung angepasst. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass innerhalb einer Vertiefung mehrere Noppen angeordnet sind, die der axialen Fixierung der Gehäusekomponente am Gehäuseflansch dienen. Alternativ oder zusätzlich können beispielsweise auch anders ausgeformte Elemente zur Axialsicherung vorgesehen sein.
Vorzugsweise umfasst die Gehäusekomponente eine Anzahl voneinander axial beabstandeter Ringkörper, die durch axiale Stege miteinander verbunden sind. Sowohl die axialen Stege als auch die voneinander beabstandeten Ringkörper verlaufen bevorzugt parallel zueinander, so dass ein stabiles Gitter entsteht. Die Gitteröffnungen können zur Einbringung von Filterelementen dienen. Die Anzahl der Axialstreben und der Ringe kann hierbei in Abhängigkeit der an die Gehäusekomponente gestellten Anforderungen, beispielsweise hinsichtlich der Größe des Ventilgehäuses, variieren.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Kragenteil des Gehäuseflansches um den Bund der Gehäusekomponente umgebördelt und liegt zur drehfesten Fixierung an den axialen Stegen an. Der Kragen erstreckt sich in axialer Richtung derart, dass er den Bund der Gehäusekomponente aufnehmen kann. Die am Kragen ausgebildeten Kragenteile sind beispielsweise in Form von sich in axialer Richtung erstreckenden Laschen ausgebildet. Sie sind zweckmäßigerweise derart am Kragen ausgebildet, dass sie sich durch ein Umbördeln bei der Montage um den Bund am Kunststoffteil legen und dabei beidseitig zwischen den axialen Stegen zur Anlage kommen. Durch das Umbördeln der Kragenteile und der daraus resultierenden seitlichen Anlage an den axialen Stegen können die Gehäusekomponente und der Gehäuseflansch kann eine drehfeste Fixierung ebenso wie eine Axialsicherung der Bauteile erreicht werden.
Um eine gleichmäßige Positionierung der Gehäusekomponente am Gehäuseflansch zu erreichen, ist der Kragen bevorzugt mit einer Mehrzahl in gleichmäßigem Abstand zueinander über seinen Umfang ausgebildeten sich axial erstreckenden Kragenteile ausgebildet. Die Anzahl der Kragenteile ist entsprechend vorzugsweise auf die Anzahl der axialen Stege abgestimmt, so dass jeweils zwischen zwei dem Bund der Gehäusekomponente zulaufenden axialen Stegen ein Kragenteil um gebördelt werden kann.
Weiter bevorzugt ist der Ringkörper an einem axialen Ende der Gehäusekomponente als Bund ausgebildet ist, wobei die dem Bund zulaufenden axialen Stege jeweils eine axiale Anlagefläche für den Kragen des Gehäuseflansches bilden. Im montierten Zustand ermöglicht diese Ausgestaltung, insbesondere in Kombination mit den Randausnehmungen im Außenumfang des Bundes der Gehäusekomponente, eine Axialsicherung der Bauteile aneinander in beiden Richtungen.
Die zweite Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Ventilgehäuses für ein Steuerventil, wobei ein Gehäuseflansch zur Befestigung an einer Steuereinheit hergestellt wird, wobei eine im Wesentlichen zylindrische Gehäusekomponente zur Aufnahme eines Steuerkolbens hergestellt wird, und wobei die Gehäusekomponente durch eine formschlüssige Verbindung drehfest am Gehäuseflansch fixiert wird.
Dieses Verfahren bietet eine kostengünstige und einfach handhabbare Möglichkeit, ein Ventilgehäuse herzustellen, welches sich aufgrund seines geringen Gewichts insbesondere zur Anwendung in einem Steuerventil eignet. Die drehfeste Anbindung der Bauteile aneinander wird durch einen Formschluss erreicht.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Ventilgehäuse derart hergestellt, dass der Gehäuseflansch mit einem Kragen hergestellt wird, entlang dessen Außenumfang eine Anzahl von Vertiefungen mit jeweils einer sich radial nach außen erstreckenden Noppe ausgebildet wird, und der Bund der Gehäusekomponente in den Kragen des Gehäuseflansches eingesetzt wird, wobei ein Material des Kragens in die Vertiefungen des Bunds verstemmt wird.
Der Bund der Gehäusekomponente wird mit dem Kragen des Gehäuseflansches derart verstemmt, dass das Material des Kragens in die Vertiefungen der Gehäusekomponente eintaucht. Durch die hierbei ausgebildete formschlüssige Verbindung kann die Gehäusekomponente zusätzlich zur drehfesten Fixierung am Gehäuseflansch axial an diesem festgelegt werden. Mit anderen Worten ermöglicht der Formschluss gleichzeitig eine Verdrehsicherung der Bauteile zueinander ebenso wie eine axiale Festlegung des Gehäuseflansches an der Gehäusekomponente.
Durch das Verstemmen besteht die Möglichkeit, die Gehäusekomponente und den Gehäuseflansch aus verschiedenen Materialien zu fertigen. Entsprechend kann der jeweilige Bereich des resultierenden Ventilgehäuses spezifisch an die vorgesehen Einsatz angepasst werden. Ein auf diese Weise hergestelltes Ventilgehäuse kann entsprechend kostengünstig und kundenorientiert hergestellt werden. Die Gehäusekomponente ist hierbei bevorzugt aus einem Kunststoff in einem Spritzgussverfahren gemeinsam mit den Vertiefungen und den Noppen in einer hierfür vorgesehen Form hergestellt, wohingegen der Gehäuseflansch beispielsweise als ein Drehteil ausgeführt ist.
Zum Verstemmen eignet sich die Verwendung eines entsprechenden Verstemmwerkzeugs. Der Gehäuseflansch kann hierzu beispielsweise in eine Halterung eingespannt werden und die Gehäusekomponente mit ihrem Bund in dessen Kragen eingesetzt werden. Das Verstemmwerkzeug wird dann derart um den Umfang der ineinander eingesetzten Bauteile positioniert, dass das Verstemmwerkzeug an den jeweils zu verstemmenden Stellen, am Umfang des Kragens des Gehäuseflansches ansetzt. Es handelt sich hierbei vorzugsweise um ein Werkzeug, mit welchem ein sogenannter segmentierter Verstemmprozess durchführbar ist. Das Verstemmwerkzeug bzw. dessen Verstemmkomponenten setzten entsprechend nur an den Stellen am Umfang an, an denen im Bund des Gehäuseflansches die Vertiefungen zur Materialaufnahme ausgebildet sind.
Durch die Ausübung von Druck auf den Kragen des Gehäuseflansches wird an den vorgesehenen Stellen das Material des Kragens in die Vertiefungen der Gehäusekomponente gedrückt. Das Material taucht in die Vertiefungen ein und umschließt dort die innerhalb der Vertiefungen ausgebildeten Noppen. Der hierbei hergestellte Formschluss gewährleistet die notwendige axiale und radiale Sicherung der Bauteile aneinander und erhöht somit die Betriebssicherheit eines Nockenwellenverstellers.
Insgesamt können durch die Integration von Vertiefungen und Noppen in Kombination mit dem zur Verbindung der Bauteile angewandten segmentierten Verstemmprozess die funktionalen Anforderungen an das Ventilgehäuse kostengünstig umgesetzt werden.
Zusätzlich kann bei der Herstellung des Ventilgehäuses eine Hülse eingebracht werden, die vor dem Einsatz des Bunds der Gehäusekomponente in den Kragen des Gehäuseflansches mit dem Gehäuseflansch verpresst wird. Die Gehäusekomponente wird dann nach dem Verpressen auf die Hülse geschoben und mit dem Gehäuseflansch verstemmt. Die Hülse ist bevorzugt aus einem Stahl mit einer Gitterstruktur gefertigt und kann beispielsweise alternativ oder zusätzlich zur Gehäusekomponente mit einem Filterelement versehen sein.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Ventilgehäuse derart hergestellt, dass der Gehäuseflansch mit einem Kragen hergestellt wird, dass die Gehäusekomponente mit einem Bund und einer Anzahl dem Bund zulaufenden axialen Stegen hergestellt wird, dass der Bund der Gehäusekomponente in den Kragen des Gehäuseflansches eingesetzt wird, wobei zumindest ein Kragenteil derart um den Bund umgebördelt wird, dass dieser zur drehfesten Fixierung an den axialen Stegen anliegt.
Durch das Umbördeln eines oder mehrerer Kragenteile um den Bund der Gehäusekomponente kann eine axiale Sicherung der Bauteile aneinander umgesetzt werden. Die Kragenteile werden hierbei nach dem Einsetzen des Bundes zwischen den axialen Stegen umgebördelt, so dass sie beidseitig an diesen zur Anlage kommen. Auf diese Weise wird die notwendige axiale Befestigung der Bauteile aneinander ebenso erreicht wie eine drehfeste Fixierung zueinander.
Die für das Ventilgehäuse gennannten Vorteile können sinngemäß auf beide Verfahren übertragen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Gehäusekomponente für ein Ventilgehäuse in einer dreidimensionalen Darstellung,
2 eine Detailansicht der Gehäusekomponente gemäß 1,
3 ein Ventilgehäuse für ein Steuerventil mit einer Gehäusekomponente gemäß den 1 und 2 in einer dreidimensionalen Darstellung,
4 ein weiteres Ventilgehäuse für ein Steuerventil in einem Längsschnitt,
5 eine Detailansicht des Ventilgehäuses gemäß 4, sowie
6 das Ventilgehäuse gemäß den 4 und 5 in einer dreidimensionalen Darstellung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt ein Gehäusekomponente 1 für ein Ventilgehäuse in einer dreidimensionalen Darstellung. Die Gehäusekomponente 1 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und in einem Spritzgussverfahren aus einem Kunststoff gefertigt. Die Gehäusekomponente 1 dient der Aufnahme eines elektrisch gesteuerten Steuerkolbens im eingebauten Zustand. Durch diesen axial verschiebbaren Steuerkolben kann Hydraulikflüssigkeit zum Betrieb eines Nockenwellenverstellers dosiert werden.
Die Gehäusekomponente 1 besteht aus fünf voneinander axial beabstandeten Ringkörpern 3, die durch vier axiale Stege 5 miteinander verbunden sind. Die axialen Stege 5 verlaufen parallel zueinander, so dass ein Gitter entsteht. In den Gitteröffnungen 7 können Filterelemente zur Filterung der Hydraulikflüssigkeit eingebracht werden.
An einem ihrer axialen Enden ist die Gehäusekomponente 1 mit einem Ringkörper 3 ausgebildet, der einen sich in axialer Richtung verjüngenden Querschnitt aufweist. Dieser Ringkörper 3 dient als Anschlag 9 für einen in der Gehäusekomponente 1 axial verschiebbar gelagerten Steuerkolben im Betrieb eines Nockenwellenverstellers.
Am anderen die Gehäusekomponente 1 abschließenden Ende ist der Ringkörper 3 als ein Bund 11 ausgebildet. Der Außendurchmesser des Bundes 11 ist kleiner als der Außendurchmesser der übrigen Ringkörper 3, wodurch an den mit dem Bund 11 verbundenen axialen Stegen 5 jeweils eine axiale Anlagefläche 13 für den Kragen eines Gehäuseflansches im montierten Zustand eines Ventilgehäuses entsteht. Ein Ventilgehäuse in einer montierten Darstellung ist in 3 gezeigt.
Der Bund 11 weist entlang seines Außenumfangs 15 drei Vertiefungen 17 auf, die im gleichen Abstand zueinander eingebracht sind. Die Vertiefungen 17 sind als Randausnehmungen am axial abgewandten Rand 19 des Bundes 11 ausgebildet und dienen der drehfesten Fixierung an einem Gehäuseflansch. In den Randausnehmungen 17 ist zusätzlich jeweils eine sich radial nach außen erstreckende Noppe 21 zur Axialsicherung der Gehäusekomponente an einem Gehäuseflansch ausgebildet.
Durch die Vertiefungen 17 und die Noppen 21 kann im montierten Zustand einer die formschlüssige Verbindung der Gehäusekomponente 1 an einem Gehäuseflansch erreicht werden, die zusätzlich zu einer Verdrehsicherung die axiale Festlegung der Bauteile aneinander ermöglicht.
Zur Verdeutlichung zeigt 2 eine Detailansicht der Gehäusekomponente 1 gemäß 1. Die Vertiefungen 17 und die Noppen 21 sind hier deutlich zu erkennen. In den Vertiefungen 17 kann beim Verbinden mit einem Gehäuseflansch Material des Gehäuseflansches aufgenommen werden, so dass sich eine formschlüssige Verbindung zwischen diesem und der Gehäusekomponente 1 ausbildet. Diese formschlüssige Verbindung kann besonders hohe Kräfte übertragen und bietet eine hohe Sicherheit gegen ein unerwünschtes Lösen der Bauteile voneinander.
Durch die Ausbildung der Vertiefungen 17 als Randausnehmungen verbleibt an dem axial zum Kragen hingewandten Rand des Bundes 13 eine ausreichende Wandstärke, die bei der Ansteuerung eines Steuerkolbens im Betrieb den entstehenden hohen Belastungsspitzen standhält.
Die Noppe 21 werden im verstemmten Zustand vom Material des Gehäuseflansches umschlossen und verhindern so bei Betriebsbelastungen einen Axialversatz, also ein axiales Verschieben der Bauteile zueinander. Die axiale Fixierung kann hierbei insbesondere durch ein punktuelles Quetschen der Noppen 21 bei der Montage der Gehäusekomponente 1 am Gehäuseflansch erreicht werden.
Deutlich ist in der 2 auch die axiale Anlagefläche 13 für den Kragen eines Gehäuseflansches zu erkennen. An der axialen Anlagefläche 13 kann der Kragen eines Gehäuseflansches axial gesichert werden. In Kombination mit den Randausnehmungen 17 im Außenumfang 15 des Bundes 11 kann so im montierten Zustand eine Axialsicherung in beide Richtungen erreicht werden.
3 zeigt ein Ventilgehäuse 31 für ein Steuerventil in einer dreidimensionalen Darstellung im montierten Zustand. Das Ventilgehäuse besteht aus einer Gehäusekomponente 1 gemäß den 1 und 2, einem Gehäuseflansch 33 sowie einer Hülse 35. Die Gehäusekomponente 1 ist in den 1 und 2 ausführlich beschrieben, so dass an dieser Stelle hierauf verwiesen wird.
Der aus einem metallischen Werkstoff gefertigte Gehäuseflansch 33 hat einen Kragen 37, in den die Gehäusekomponente 1 mit ihrem Bund 11 eingesetzt ist. Der Innendurchmesser des Kragens 37 ist gegenüber dem Außendurchmesser des Bundes 11 der Gehäusekomponente 1 geringfügig vergrößert, so dass ein einfaches Einsetzen des Bundes 11 in den Kragen 37 möglich ist. Der Kragen 37 kommt beim Einsetzen der Gehäusekomponente 1 an den in 3 nicht zu sehenden axialen Anlageflächen 13 zur Anlage und ist dort gegen ein Verschieben in axialer Richtung gesichert. In Kombination mit den als Randausnehmungen ausgebildeten Vertiefungen 17 im Außenumfang 17 des Bundes 13 kann so im montierten Zustand eine Axialsicherung in beiden axialen Richtungen erreicht werden.
Über die Vertiefungen 17, die entlang des Außenumfangs 15 im Bund 11 der Gehäusekomponente 1 ausgebildet sind, ist der Gehäuseflansch 33 mit der Gehäusekomponente 1 unter Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung verstemmt.
Dies wird durch die Verwendung eines Verstemmwerkzeugs erreicht. Zur Montage der beiden Bauteile aneinander wird die Gehäusekomponente 1 mit ihrem Bund 11 in den Kragen 37 des Gehäuseflansches 33 eingesetzt. Das Verstemmwerkzeug verstemmt dann den Bund 11 und den Kragen 37 jeweils an den Stellen, an welchem die Vertiefungen 17 mit den Noppen 21 im Außenumfang 15 des Bundes 11 ausgebildet sind. Durch den Druck wird des Verstemmwerkzeugs wird das Material des Kragens 37 in die Vertiefungen 17 im Bund 11 gedrückt. Das in die Vertiefungen 17 eintauchende Material umschließt dann ebenfalls die dort ausgebildeten Noppen 21. Die axiale Festlegung der Bauteile aneinander wird durch ein punktuelles Quetschen der Noppen 21 erreicht.
Der bei diesem Prozess hergestellte Formschluss zwischen dem Kragen 37 und dem Bund 11 ermöglicht zusätzlich zur drehfesten Fixierung eine axiale Festlegung der Gehäusekomponente 1 am Gehäuseflansch 33.
Vor dem Verstemmen der Gehäusekomponente 1 und dem Gehäuseflansch 33 ist vorliegend noch die Hülse 35 mit dem Gehäuseflansch 33 verpresst. Die Gehäusekomponente wird hierbei erst nach dem Verpressen auf die Hülse 35 geschoben und schließlich der vorbeschriebene Verstemmprozess durchgeführt. Die Hülse 35 ist, wie auch die Gehäusekomponente 1, in Form eines Gitters aus einem Stahl ausgebildet. In den Gitteröffnungen können Filterelemente zur Filterung von Hydraulikflüssigkeit eingebracht werden, was vorliegend nicht gezeigt ist. Die Gitteröffnungen der Hülse 35 liegen im montierten Zustand mit den Gitteröffnungen 9 der Gehäusekomponente 1 übereinander, so dass die zur Dosierung von Hydraulikflüssigkeit benötigten Öffnungen ausreichend groß sind.
4 zeigt ein Ventilgehäuse 51 für ein Steuerventil mit einer Gehäusekomponente in einem Längsschnitt. Das Ventilgehäuse 51 besteht wie auch das Ventilgehäuse 31 aus 3 aus einer Gehäusekomponente 53 und einem Gehäuseflansch 55, die formschlüssig miteinander verbunden sind. Hierzu ist der Bund 57 der Gehäusekomponente 53 in den Kragen 59 des Gehäuseflansches 55 eingesetzt.
Weiterhin weist das Ventilgehäuse 51 eine Hülse 61 auf, die vor der Montage der Gehäusekomponente 53 in den Kragen 59 des Gehäuseflansches 55 eingepresst ist. Die Hülse 61 ist aus einem Stahl gefertigt und weist Gitteröffnungen 63 auf, durch die im Betrieb Hydraulikflüssigkeit zur Verstellung eines Nockenwellenverstellers dosiert werden kann.
Die Gehäusekomponente 53 besteht aus fünf Ringkörpern 65 und drei mit diesen verbundenen axialen Streben 67. Der letzte Ringkörper 65 an einem axialen Ende der Gehäusekomponente 53 ist als der Bund 57 ausgebildet, der in dem Kragen 59 des Gehäuseflansches 55 aufgenommen ist. Der Bund 57 hat vorliegend den gleichen Außendurchmesser wie die übrigen Ringkörper 65.
Der am anderen axialen Ende der Gehäusekomponente 53 ausgebildete Ringkörper 65 ist mit einem sich in axialer Richtung verjüngenden Querschnitt ausgebildet und dient als Anschlag 69 für einen nicht gezeigten, axial innerhalb der Hülse 61 geführten Steuerkolben.
Die formschlüssige Verbindung zwischen der Gehäusekomponente 53 und dem Gehäuseflansch 55 in 4 kommt durch die Ausgestaltung des Kragens 59 zustande. Nach dem Einsatz des Bundes 57 der Gehäusekomponente 53 in den Gehäuseflansch 55 umschließt dessen Kragen 59 den Bund 57. Zur Fixierung des Bunds 57 weist der Kragen 59 drei Kragenteile 71 auf, die in gleichmäßigem Abstand voneinander an dessen Umfang ausgebildet sind. Von den Kragenteilen 71 ist aufgrund der Darstellung nur ein Kragenteil 71 zu sehen.
Die Kragenteile 71 sind als Laschen ausgebildet und erstrecken sich im unverbauten Zustand in axialer Richtung zwischen die dem Bund 57 zulaufenden axialen Stege 67 der Gehäusekomponente 53. Zur Fixierung werden die Kragenteile 71 um deren Bund 57 umgebördelt, so dass sie den Bund 57 in den Bereichen zwischen den axialen Stegen 67 umschließen. Durch das Umbördeln der Kragenteile 71 und der seitlichen Anlage an den axialen Stegen 67 kann eine drehfeste Fixierung ebenso wie eine Axialsicherung der Bauteile erreicht werden. Auf diese Weise kann insbesondere bei hohen Beanspruchungen im Betrieb eines Nockenwellenverstellers eine ausreichende Sicherheit gewährleistet werden.
In 5 ist eine Detailansicht des Ventilgehäuses 51 gemäß 4 gezeigt. Hierbei erkennt man deutlich eines der drei Kragenteile 71, welches um den Bund 57 der Gehäusekomponente 53 umgebördelt ist. Ein axiales Verschieben der Bauteile zueinander ist nicht möglich und durch die seitliche Anlage der umgebördelten Kragenteile 71 an den axialen Streben 67 sind die Gehäusekomponente 53 und der Gehäuseflansch 55 drehsicher aneinander fixiert.
6 zeigt das Ventilgehäuse 51 gemäß der 4 und 5 in einer dreidimensionalen Darstellung. Das Ventilgehäuse 51 in den 4 und 5 ausführlich beschrieben, so dass an dieser Stelle hierauf verwiesen wird.
In 6 ist der Formschluss zwischen der Gehäusekomponente 53 und dem Gehäuseflansch 55 durch die Ausbildung des Kragens 59 deutlich zu erkennen. Der Kragen 59 weist drei Kragenteile 71 auf, von denen jeweils eines zwischen den axialen Stegen 67 umgebördelt ist. Die Kragenteile 71 sind im montierten Zustand entsprechend so um den Bund 57 der Gehäusekomponente 53 gelegt, dass die axialen Stege 67 der Gehäusekomponente 53 an den umgelegten Kragenteilen 71 anschlagen, sobald die Bauteile gegeneinander verdreht werden.
Insgesamt bietet der beim Umbördeln hergestellte Formschluss zwischen den Kragenteilen 71 des Gehäuseflansches 55 und dem Bund 57 der Gehäusekomponente 53 die benötigte Verdrehsicherung der Bauteile zueinander und zusätzlich deren axiale Sicherung aneinander.
Bezugszeichenliste

1: Gehäusekomponente
3: Ringkörper
5: axiale Stege
7: Gitteröffnungen
9: Anschlag
11: Bund
13: axiale Anlagefläche
15: Außenumfang
17: Vertiefungen
19: Rand
21: Noppen
31: Ventilgehäuse
33: Gehäuseflansch
35: Hülse
37: Kragen
51: Ventilgehäuse
53: Gehäusekomponente
55: Gehäuseflansch
57: Bund
59: Kragen
61: Hülse
63: Gitteröffnungen
65: Ringkörper
67: axiale Stege
69: Anschlag
71: Kragenteile

Claims

Ventilgehäuse (31, 51) für ein Steuerventil eines Nockenwellenverstellsystems, umfassend einen Gehäuseflansch (33, 55) zur Befestigung an einer Steuereinheit, sowie eine im Wesentlichen zylindrische Gehäusekomponente (1, 53) zur Aufnahme eines Steuerkolbens, wobei die Gehäusekomponente (1, 53) durch eine formschlüssige Verbindung drehfest am Gehäuseflansch (33, 55) fixiert ist.
Ventilgehäuse (31, 51) nach Anspruch 1, wobei die Gehäusekomponente (1, 53) durch die formschlüssige Verbindung zusätzlich axial am Gehäuseflansch (33, 55) festgelegt ist.
Ventilgehäuse (31, 51) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Gehäuseflansch (33, 55) einen Kragen (37, 59) umfasst, in den die Gehäusekomponente (1, 53) mit einem Bund (11, 57) eingesetzt ist.
Ventilgehäuse (31, 51) nach Anspruch 3, wobei der Bund (11, 57) der Gehäusekomponente (1, 53) entlang seines Außenumfangs (15) eine Anzahl von Vertiefungen (17) aufweist, über die der Gehäuseflansch (33, 55) mit der Gehäusekomponente (1, 53) verstemmt ist.
Ventilgehäuse (31, 51) nach Anspruch 4, wobei die oder jede Vertiefung (17) als eine Randausnehmung am axial vom Kragen (37, 59) abgewandten Rand (19) des Bundes (11, 57) ausgebildet ist.
Ventilgehäuse (31, 51) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gehäusekomponente (1, 53) eine Anzahl voneinander axial beabstandeter Ringkörper (5, 65) umfasst, die durch axiale Stege (5, 67) miteinander verbunden sind.
Ventilgehäuse (31, 51) nach Anspruch 6, wobei zumindest ein Kragenteil (71) des Gehäuseflansches (33, 55) um den Bund (11, 57) der Gehäusekomponente (1, 53) umgebördelt ist und zur drehfesten Fixierung an den axialen Stegen (5, 67) anliegt.
Ventilgehäuse (31, 51) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Ringkörper (5) an einem axialen Ende der Gehäusekomponente (1, 53) als Bund (11, 57) ausgebildet ist, und wobei die dem Bund (11, 57) zulaufenden axialen Stege (5, 67) jeweils eine axiale Anlagefläche (13) für den Kragen (37, 59) des Gehäuseflansches (33, 55) bilden.
Verfahren zur Herstellung eines Ventilgehäuse (31, 51) für ein Steuerventil, – wobei ein zur Befestigung an einer Steuereinheit vorgesehener Gehäuseflansch (33, 55) hergestellt wird, – wobei eine zur Aufnahme eines Steuerkolbens vorgesehene, im Wesentlichen zylindrische Gehäusekomponente (1, 53) hergestellt wird, und – wobei die Gehäusekomponente (1, 53) durch eine formschlüssige Verbindung drehfest am Gehäuseflansch (33, 55) fixiert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Ventilgehäuse (31, 51) nach Anspruch 9, – wobei der Gehäuseflansch (33, 55) mit einem Kragen (37, 59) hergestellt wird, – wobei die Gehäusekomponente (1, 53) mit einem Bund (11, 57) hergestellt wird, entlang dessen Außenumfang (15) eine Anzahl von Vertiefungen (17) ausgebildet wird, – wobei der Bund (11) der Gehäusekomponente (1, 53) in den Kragen (37, 59) des Gehäuseflansches (33, 55) eingesetzt wird, und – wobei ein Material des Kragens (37, 59) in die Vertiefungen (17) des Bunds (11, 57) verstemmt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Ventilgehäuse (31, 51) nach Anspruch 9, – wobei der Gehäuseflansch (33, 55) mit einem Kragen (37) hergestellt wird, – wobei die Gehäusekomponente (1, 53) mit einem Bund (11, 57) und einer Anzahl dem Bund (11, 57) zulaufenden axialen Stegen (5, 67) hergestellt wird, – wobei der Bund (11, 57) der Gehäusekomponente (1, 53) in den Kragen (37, 59) des Gehäuseflansches (33) eingesetzt wird, und – wobei zumindest ein Kragenteil (71) derart um den Bund (11, 57) umgebördelt wird, dass dieser zur drehfesten Fixierung an den axialen Stegen (5, 67) anliegt.