DE102012208814A1

DE102012208814A1 - Steuerventilanordnung eines Nockenwellenverstellers

Info

Publication number: DE102012208814A1
Application number: DE201210208814
Authority: DE
Inventors: Ali BAYRAKDAR
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2013-11-28

Abstract

Die Erfindung gibt eine Steuerventilanordnung (2) zur Steuerung von Druckmittelströmen eines Nockenwellenverstellers an, welche ein in einer Bohrung (6) eines Bauteils (8) angeordnetes Steuerventil (4) mit einem axial gegen ein Rückstellmittel (16) verschiebbar geführten Steuerkolben (14) und einen in einer Nut (24) des Bauteils (8) angeordneten Sicherungsring (26) zur Gegenlagerung zumindest des Steuerkolbens (14) umfasst. Dabei weisen die Nut (24) und/oder der radial äußere Rand des Sicherungsrings (26) auf der dem Rückstellmittel (16) abgewandten Seite eine zum Rückstellmittel (26) geneigte Schräge (28) zur axialen Spielbegrenzung auf.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Steuerventilanordnung zur Steuerung von Druckmittelströmen eines Nockenwellenverstellers, welche ein in einer Bohrung eines Bauteils angeordnetes Steuerventil mit einem axial gegen ein Rückstellmittel verschiebbar geführten Steuerkolben und einen in einer Nut des Bauteils angeordneten Sicherungsring zur Gegenlagerung zumindest des Steuerkolbens umfasst.
Hintergrund der Erfindung
In einer Verbrennungsmaschine eines Kraftfahrzeugs wird üblicherweise zur Betätigung der Gaswechselventile eine Nockenwelle eingesetzt, welche in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle steht. Dabei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, während des Betriebs der Verbrennungsmaschine Einfluss auf die Öffnungs- und Schließzeiten der Gaswechselventile nehmen zu können. Durch die Einstellung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte, beispielsweise in Abhängigkeit von der aktuellen Drehzahl, können insbesondere der Treibstoffverbrauch gesenkt, das Abgasverhalten positiv beeinflusst und der Motorwirkungsgrad erhöht werden.
Die Variabilität der Gaswechselventilsteuerzeiten wird regelmäßig durch eine relative Änderung der Phasenlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle erzielt. Hierzu wird üblicherweise ein sogenannter Nockenwellenversteller in den Antriebsstrang integriert, über welchen das Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Der Sitz moderner Nockenwellenversteller befindet sich beispielsweise am antriebsseitigen Ende der Nockenwelle, auf einer Zwischenwelle, einem nicht rotierenden Bauteil oder auf der Kurbelwelle.
Der Nockenwellenversteller ist dabei derart ausgebildet, dass während des Betriebs die Phasenlage zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle sicher gehalten und bei Bedarf die Nockenwelle in einem gewissen Winkelbereich gegenüber der Kurbelwelle verdreht werden kann. Dazu ist der Nockenwellenversteller im Wesentlichen mit zumindest zwei gegeneinander wirkenden Druckkammern ausgebildet. Durch gezieltes Verbinden der Druckkammern mit einer Druckmittelpumpe bzw. mit einem Druckmitteltank kann die Phase der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle eingestellt oder gehalten werden.
Die Druckmittelzufuhr zu und die Druckmittelabfuhr von den Druckkammern wird dabei in der Regel mittels eines Steuerventils, meist in Form eines Mehrwege-Schieberventils, gesteuert. Dieses umfasst üblicherweise als wesentliche Komponenten ein Ventilgehäuse und einen in einem Gehäusehohlraum axial verschiebbar aufgenommenen Steuerkolben, der von einem Aktuator, typischerweise ein Elektromagnet, betätigt wird. Außerdem weist das Steuerventil insbesondere einen Druckmittelanschluss, einen Ablaufanschluss sowie Arbeitsanschlüsse auf, über die das Druckmittel in eine Druckkammer eingeleitet bzw. aus einer Druckkammer abgeleitet werden kann. In Abhängigkeit von der Stellung des Steuerkolbens ist beispielsweise eine der Druckkammern über einen der Arbeitsanschlüsse mit dem Zufuhranschluss verbunden und wird mit Druckmittel befüllt. Gleichzeitig kommuniziert die gegenläufige Druckkammer über den ihr zugeordneten Arbeitsanschluss mit dem Ablaufanschluss am Steuerventil und wird dabei entleert.
In einer gängigen Bauart ist ein derartiges Steuerventil beispielsweise als so genanntes Zentralventil ausgestaltet, welches in eine Zentralbohrung des Nockenwellenverstellers eingesetzt und mit der Nockenwelle verschraubt wird.
Eine Steuerventilanordnung der eingangs genannten Art ist beispielsweise in der DE 10 2008 004 591 A1 offenbart. Die gezeigte Steuerventilanordnung zur Steuerung von Druckmittelströmen eines Nockenwellenverstellers einer Brennkraftmaschine umfasst ein Steuerventil, welches in einem durch eine Bohrung gebildeten Gehäusehohlraum eines als Zentralschraube ausgebildeten Bauteils sitzt. In dem Gehäusehohlraum ist eine Steuerhülse eingesetzt. In der Steuerhülse sitzt ein axial gegen ein als Federelement ausgebildetes Rückstellmittel verschiebbar geführter Steuerkolben. Mittels eines in einer Nut der Zentralschraube angeordneten Sicherungsrings, der insbesondere zur Gegenlagerung des Steuerkolbens dient, wird ein axiales Herausgleiten insbesondere des Steuerkolbens verhindert.
Dabei weisen das Steuerventil und insbesondere der Steuerkolben aufgrund von Herstellungs- und Montagetoleranzen üblicherweise ein gewisses axiales Spiel auf, welches sich nachteilig auf die Funktion des Steuerventils auswirken kann.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerventilanordnung anzugeben, bei der das axiale Spiel auf einfache Weise begrenzt werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Steuerventilanordnung zur Steuerung von Druckmittelströmen eines Nockenwellenverstellers, welche ein in einer Bohrung eines Bauteils angeordnetes Steuerventil mit einem axial gegen ein Rückstellmittel verschiebbar geführten Steuerkolben und einen in einer Nut des Bauteils angeordneten Sicherungsring zur Gegenlagerung zumindest des Steuerkolbens umfasst. Dabei weisen die Nut und/oder der radial äußere Rand des Sicherungsrings auf der dem Rückstellmittel abgewandten Seite eine zum Rückstellmittel geneigte Schräge zur axialen Spielbegrenzung auf.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass Bauteile und Baugruppen in einer Serienfertigung auch dahingehend auszulegen und anzuordnen sind, dass sie verhältnismäßig kostengünstig gefertigt und hinsichtlich der Montage einfach zusammengefügt werden können. Weiter geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass es kostengünstiger ist und den Montageprozess vereinfacht, wenn ein bereits vorhandenes Bauteil oder eine ohnehin vorhandene Ausformung genutzt wird, um darüber eine axiale Spielbegrenzung zu ermöglichen, ohne hierfür erst zusätzliche, spezielle Bauteile, welche aufwändig herzustellen sind, vorsehen zu müssen.
Daher sieht die Erfindung vor, dass unmittelbar an der Nut, in welcher der Sicherungsring angeordnet ist und/oder am Sicherungsring eine einfach zu fertigende Schräge ausgeformt ist, über welche eine vom Sicherungsring ausgeübte Radialkraft zumindest teilweise in eine Axialkraft „umgelenkt” wird. Durch diese Axialkraft kann das axiale Spiel des Steuerventils und insbesondere des Steuerkolbens begrenzt werden.
Bei dem Bauteil, in dessen Bohrung das Steuerventil angeordnet ist, kann es sich beispielsweise um eine Zentralschraube, welche einen Nockenwellenversteller mit einer Nockenwelle verbindet, eine Nockenwelle, oder um einen Rotor oder eine Nabe eines Nockenwellenverstellers handeln. Dementsprechend ist die Nut in der durch die Bohrung gebildeten Umfangsfläche insbesondere der Zentralschraube, der Nockenwelle, des Rotors oder der Nabe eingebracht.
Der in der Nut angeordnete Sicherungsring dient dabei insbesondere zur Gegenlagerung des Steuerkolbens und kann ferner weiteren Elementen des Steuerventils oder auch dem Steuerventil insgesamt als axiale Anschlagsfläche dienen.
Die zur axialen Spielbegrenzung geneigte Schräge, welche beispielsweise als eine Fase ausgebildet ist, kann entweder nur an der Nut oder nur an dem Sicherungsring, oder sowohl an der Nut als auch an dem Sicherungsring ausgebildet sein. Dabei ist die Schräge auf der dem Rückstellmittel abgewandten axialen Seite des Sicherungsrings und/oder der Nut angeordnet. An dem Sicherungsring ist die Schräge an dessen radial äußeren Rand ausgebildet, an der Nut insbesondere an deren radial inneren Rand. Die Schräge ist hierbei zum Rückstellmittel hin geneigt, um eine durch den Sicherungsring erzeugte, radial nach außen gerichtete Kraft zumindest teilweise in eine zum Rückstillmittel hin gerichtete Axialkraft umzulenken.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat den Vorteil, dass damit das axiale Spiel auf einfache Weise begrenzt werden kann. Die Schräge lässt sich an der ohnehin vorhandenen Nut und/oder dem ohnehin vorhandenen Sicherungsring durch einfache Fertigungsverfahren und mit einfachen Maschinen und Werkzeugen erzeugen und es muss zudem kein zusätzliches Bauteil zur Verfügung gestellt werden.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist eine Mehrzahl an Sicherungsringen in der Nut angeordnet. Auf diese Weise können insbesondere die Radialkräfte von mehr als einem Sicherungsring genutzt werden, um diese über die Schräge zumindest teilweise in eine dann resultierende größere axiale Kraft „umzulenken”. Dabei kann zumindest einer der Sicherungsringe auch beispielsweise als ein Sprengring oder Rundring ausgebildet sein. Weist ein Sicherungsring eine Schräge auf, so ist diese Schräge insbesondere an dem axial außen liegenden Sicherungsring angeordnet.
Vorteilhafterweise weist die Nut eine Schräge auf, wobei in der Nut ein Sicherungsring mit einem Rundring angeordnet ist. Dabei ist der Rundring insbesondere axial zwischen der Schräge der Nut und dem Sicherungsring platziert. Dadurch kann einerseits eine durch den Rundring ausgeübte Radialkraft genutzt werden und zudem ergibt sich dadurch für einen Sicherungsring ohne Schräge eine verbesserte axiale Anlagefläche gegenüber einer direkten Anlage des Sicherungsrings an der Schräge der Nut.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Bauteil eine im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführte Zentralschraube. Dabei verbindet die Zentralschraube einen Nockenwellenversteller mit einer Nockenwelle, wobei das Steuerventil in der Zentralschraube sitzt. Die Zentralschraube weist an ihrer durch eine Bohrung gebildeten Umfangsfläche eine Nut auf, in welcher der Sicherungsring sitzt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 in einer schematischen Darstellung eine Steuerventilanordnung,
2 in einer schematischen Detailansicht die Anordnung des Sicherungsrings in der Nut gem. 1, und
3 in einer schematischen Detailansicht die Anordnung eines Sicherungsrings in einer Nut in einer alternativen Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Steuerventilanordnung 2 dargestellt. Die Steuerventilanordnung 2 umfasst ein Steuerventil 4, welches in der Bohrung 6 eines als Zentralschraube ausgebildeten Bauteils 8 angeordnet ist. Somit ist die Steuerventilanordnung 2 in Form einer Zentralventilanordnung ausgebildet und kann zu deren Verwendung in eine Zentralbohrung eines Nockenwellenverstellers (nicht dargestellt) eingesetzt werden.
Das Steuerventil 4 umfasst dabei im Wesentlichen eine Ummantelung 10 aus einem Kunststoff. Innerhalb der Ummantelung 10 ist eine hohlzylindrische Steuerhülse 12 angeordnet, deren Außendurchmesser dem Innendurchmesser der Ummantelung 10 angepasst ist. Innerhalb der Steuerhülse 12 ist ein als Hohlkolben ausgebildeter Steuerkolben 14 axial verschiebbar eingesetzt.
Der Steuerkolben 14 kann entgegen der Kraft eines als Feder ausgebildeten Rückstellmittels 16 axial verschoben werden. Zu diesem Zweck kann an der axial außen liegenden Stirnseite des Steuerkolbens 14 ein Aktuator, beispielsweise ein Elektromagnet mit Stößel, angreifen. Aus der eingezeichneten Position kann der Steuerkolben 14 entgegen der Kraft des Rückstellmittels 16 in die Steuerhülse 12 eingeschoben werden.
In der gezeigten Ansicht ist ein zwischen dem Steuerkolben 14 und der Steuerhülse 12 gebildeter Druckmittelraum 18 erkennbar, der beispielsweise über eine Axialbohrung in der Zentralschraube mit einer Druckleitung des hydraulischen Systems verbunden ist. Dazu sind in der Steuerhülse 12 Radialbohrungen 20 eingebracht, die strömungstechnisch mit Axialnuten 22 in der Ummantelung 10 verbunden sind. Die Axialnuten 22 ihrerseits stehen strömungstechnisch mit der beschriebenen Axialbohrung in Verbindung.
In einer als Ringnut ausgebildeten Nut 24 des Bauteils 8 ist ein Sicherungsring 26 angeordnet, der insbesondere zur Gegenlagerung des Steuerkolbens 14 dient und ein axiales Herausgleiten des Steuerkolbens 14 und des Steuerventils 4 insgesamt aus seinem Sitz in der Bohrung 6 verhindert.
In 2 ist in einer schematischen Detailansicht die Anordnung des Sicherungsrings 26 in der Nut 24 gem. 1 gezeigt. Zur Reduzierung eines herstellungs- und montagebedingten Axialspiels von Steuerventil 4 und insbesondere Steuerkolben 14 weisen die Nut 24 und der Sicherungsring 26 jeweils eine Schräge 28 auf, über welche eine vom Sicherungsring 26 ausgeübte Radialkraft zumindest teilweise in eine Axialkraft „umgelenkt” wird.
Dabei ist die jeweilige Schräge 28 auf der dem Rückstellmittel 16 abgewandten axialen Seite des Sicherungsrings 26 und der Nut 24 angeordnet. An dem Sicherungsring 26 ist die Schräge 28 an dessen radial äußeren Rand ausgebildet, an der Nut 24 an deren radial inneren Rand. Die Schräge 28 ist hierbei zum Rückstellmittel 16 hin geneigt, um die durch den Sicherungsring 26 erzeugte, radial nach außen gerichtete Kraft zumindest teilweise in eine zum Rückstillmittel 16 hin gerichtete Axialkraft umzulenken.
Durch diese Axialkraft wird das axiale Spiel des Steuerventils 4 und insbesondere des Steuerkolbens 14 begrenzt. Hierbei lässt sich die jeweilige Schräge 28 an der ohnehin vorhandenen Nut 24 und dem ohnehin vorhandenen Sicherungsring 26 durch einfache Fertigungsverfahren, beispielsweise mittels Drehen oder Fräsen, und mit einfachen Maschinen und Werkzeugen erzeugen und es muss zudem kein zusätzliches Bauteil zur Begrenzung des Axialspiels zur Verfügung gestellt werden.
3 zeigt in einer schematischen Detailansicht die Anordnung eines Sicherungsrings 26 in einer Nut 24 in einer alternativen Ausführungsform. Im Gegensatz zu der in 2 gezeigten Ausführungsform weist hier nur die Nut 24 eine Schräge 28 auf, wobei in der Nut 24 ein Sicherungsring 26 mit einem Rundring 30 angeordnet ist. Dabei ist der Rundring 30 axial zwischen der Schräge 28 der Nut 24 und dem Sicherungsring 26 platziert. Dadurch kann einerseits die durch den Rundring 30 ausgeübte Radialkraft genutzt werden und zudem ergibt sich dadurch für den Sicherungsring 26 ohne Schräge eine verbesserte axiale Anlagefläche gegenüber einer direkten Anlage des Sicherungsrings 26 an der Schräge 28 der Nut 24.
Bezugszeichenliste

2: Steuerventilanordnung
4: Steuerventil
6: Bohrung
8: Bauteil
10: Ummantelung
12: Steuerhülse
14: Steuerkolben
16: Rückstellmittel
18: Druckmittelraum
20: Radialbohrung
22: Axialnut
24: Nut
26: Sicherungsring
28: Schräge
30: Rundring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008004591 A1 [0007]

Claims

Steuerventilanordnung (2) zur Steuerung von Druckmittelströmen eines Nockenwellenverstellers, welche ein in einer Bohrung (6) eines Bauteils (8) angeordnetes Steuerventil (4) mit einem axial gegen ein Rückstellmittel (16) verschiebbar geführten Steuerkolben (14) und einen in einer Nut (24) des Bauteils (8) angeordneten Sicherungsring (26) zur Gegenlagerung zumindest des Steuerkolbens (14) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (24) und/oder der radial äußere Rand des Sicherungsrings (26) auf der dem Rückstellmittel (16) abgewandten Seite eine zum Rückstellmittel (26) geneigte Schräge (28) zur axialen Spielbegrenzung aufweisen.
Steuerventilanordnung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl an Sicherungsringen (26) in der Nut (24) angeordnet ist.
Steuerventilanordnung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (24) eine Schräge (28) aufweist, wobei in der Nut (24) ein Sicherungsring (26) mit einem Rundring (30) angeordnet ist.
Steuerventilanordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (8) eine im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführte Zentralschraube ist.