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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Steuerventil zur Steuerung von Druckmittelströmen eines Nockenwellenverstellers, welches eine im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführte Steuerhülse, die innerhalb einer Ummantelung angeordnet ist und einen innerhalb der Steuerhülse entgegen einer Federkraft eines Federelements axial verschiebbar geführten Steuerkolben umfasst. Dabei ist im Bereich eines axialen Endes der Steuerhülse ein Fortsatz der Ummantelung ausgebildet, der einen axialen Endanschlag für den Steuerkolben bildet.
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Gebiet der Erfindung
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Hintergrund der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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 eine Steuerhülse und einen in der Steuerhülse axial gegen die Federkraft eines Federelements 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. Zur schaltbaren Verteilung des Druckmittels auf die Arbeitsanschlüsse ist weiter eine Ummantelung vorgesehen, die entsprechende Druckmittelkanäle zu einem über den Steuerkolben betätigbaren Druckraum aufweist. 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.
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In einer gängigen Bauart ist ein derartiges Steuerventil beispielsweise als ein sogenanntes Zentralventil ausgestaltet, welches in eine Zentralbohrung des Nockenwellenverstellers eingesetzt und mit der Nockenwelle verschraubt wird.
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Ein Steuerventil der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
DE 10 2010 026 853 A1 bekannt. Dabei umfasst das dargestellte Steuerventil, das als Zentralventil ausgebildet ist, als Ummantelung ein hohl ausgeführtes zylindrisches Ventilgehäuse. Innerhalb des Ventilgehäuses ist eine als Steuerhülse ausgebildete, hohlzylindrische Hülse angeordnet, in der ein Steuerkolben mit einem axial einseitig offenen Kolbenhohlraum entgegen der Federkraft eines Federelements axial verschiebbar aufgenommen ist. Im Bereich eines axialen Endes der Steuerhülse ist ein Fortsatz der Ummantelung ausgebildet, der insbesondere einen axialen Endanschlag für den Steuerkolben bildet.
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In der
DE 10 2008 004 591 A1 ist ebenfalls ein Steuerventil zur Steuerung von Druckmittelströmen eines Nockenwellenverstellers offenbart. Das Steuerventil sitzt in einem Gehäusehohlraum einer Zentralschraube. In dem Gehäusehohlraum ist innerhalb einer als Druckmittelleiteinsatz ausgebildeten Ummantelung eine Steuerhülse eingesetzt. In der Steuerhülse sitzt ein axial gegen ein Federelement verschiebbar geführter Steuerkolben. Zur Abstützung des Federelements und als axialer Endanschlag für den Steuerkolben ist eine separate, massiv geformte Federaufnahme vorgesehen, die sich an der Ummantelung abstützt. Mittels eines in einer Nut der Zentralschraube angeordneten Sicherungsrings, der insbesondere zur Gegenlagerung des Steuerkolbens dient, wird ein axiales Herausgleiten insbesondere des Steuerkolbens verhindert.
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Nachteiligerweise hat sich gezeigt, dass sich im Steuerventil befindliche Schmutzpartikel im Bereich eines axialen Endanschlags ansammeln können, was zu einer Reduzierung der axialen Stellbewegung und zu einem Verklemmen des Steuerkolbens führen kann.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil der eingangs genannten Art dahingehend weiter zu bilden, dass es durch Schmutzpartikel im Steuerventil möglichst nicht zu einer merklichen Reduzierung der Stellbewegung und zu einem Verklemmen des Steuerkolbens kommen kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Steuerventil zur Steuerung von Druckmittelströmen eines Nockenwellenverstellers, welches eine im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführte Steuerhülse, die innerhalb einer Ummantelung angeordnet ist und einen innerhalb der Steuerhülse entgegen einer Federkraft eines Federelements axial verschiebbar geführten Steuerkolben umfasst, wobei im Bereich eines axialen Endes der Steuerhülse ein Fortsatz der Ummantelung ausgebildet ist, der einen axialen Endanschlag für den Steuerkolben bildet. Dabei ist an der dem Steuerkolben zugewandten Stirnseite des Fortsatzes eine Ausnehmung zur Aufnahme von Schmutzpartikeln ausgebildet.
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Die Erfindung geht dabei in einem ersten Schritt von der Überlegung aus, dass in dem Druckmittel häufig Schmutzpartikel enthalten sind, die über die Druckmittelzufuhr oder die Ableitung aus einer Druckkammer teilweise auch in das Steuerventil gelangen. Zudem werden die Arbeitsanschlüsse im Steuerventil über Steuerkanten an der Steuerhülse und am Steuerkolben angesteuert. Um hierbei eine möglichst exakte Ansteuerung zu erreichen, sind diese Steuerkanten mit sehr engen Toleranzen versehen und möglichst „scharfkantig” ausgeführt, das heißt, mit einem möglichst geringem Kantenradius versehen. Dadurch kann es im Steuerventil zu einem Abrieb und somit zu weiteren Schmutzpartikeln innerhalb des Steuerventils kommen.
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In einem weiteren Schritt geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass diese Schmutzpartikel durch die Bewegung des Steuerkolbens auch in Richtung des Fortsatzes der Ummantelung, der einen axialen Endanschlag für den Steuerkolben bildet, mit bewegt werden und sich dort mit der Zeit ansammeln. Dies kann zu einer Reduzierung der axialen Stellbewegung in Richtung des Fortsatzes führen, wodurch eine exakte Ansteuerung der Arbeitsanschlüsse nicht mehr gewährleistet ist. Ferner kann dies auch zu einem Verklemmen des Steuerkolbens führen.
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Daher sieht die Erfindung vor, an der dem Steuerkolben zugewandten Stirnseite des Fortsatzes eine Ausnehmung zur Aufnahme von Schmutzpartikeln auszubilden. Diese Ausnehmung wirkt als eine Art „Schmutztasche”, in der sich die Schmutzpartikel ansammeln können, so dass diese die Kolbenbewegung und den Kolbenendanschlag nicht beeinträchtigen.
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Die Ausnehmung ist insbesondere umlaufend entlang des gesamten Fortsatzes ausgebildet. Dabei ist die Ausnehmung insbesondere in dem Bereich der axial innen liegenden Stirnfläche des Fortsatzes ausgebildet, der dem Steuerkolben als Anschlagsfläche dient.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat den Vorteil, dass damit Schmutzpartikel im Steuerventil im Wesentlichen nicht zu einer merklichen Reduzierung der Stellbewegung und zu einem Verklemmen des Steuerkolbens führen. Die Schmutzpartikel können sich in der Ausnehmung ansammeln, wodurch es zu keiner Beeinträchtigung der Kolbenbewegung kommt. Zudem lässt sich die Ausnehmung fertigungstechnisch einfach und kostengünstig erzeugen und es muss ferner kein zusätzliches Bauteil zur Verfügung gestellt werden.
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Vorteilhafterweise weist der Fortsatz radial außen eine Anschlagsfläche für den Steuerkolben auf, wobei die Ausnehmung im Bereich der Anschlagsfläche ausgebildet ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Ausnehmung als eine umlaufende Nut ausgebildet. Diese lässt sich besonders einfach und damit kostengünstig fertigen. Die Nut kann beispielsweise einen rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Ferner kann beispielsweise auch nur eine Nutflanke im Wesentlichen parallel und die andere Nutflanke kann schräg zur Mantelflächenlinie des Steuerkolbens verlaufen. Außerdem kann der Nutgrund beispielsweise auch gewölbt ausgestaltet sein.
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Zweckmäßigerweise bildet die radial innen liegende Mantelfläche der Steuerhülse zumindest einen Teil einer Nutflanke. Damit ist die Nut am radial außen liegenden Ende des Fortsatzes angeordnet. Hierbei kann die radial innen liegende Mantelfläche der Steuerhülse die vollständige radial außen liegende Nutflanke der Nut bilden. Die radial innen liegende Mantelfläche der Steuerhülse kann aber auch nur einen Teil der radial außen liegenden Nutflanke bilden, wobei der übrige Teil der Nutflanke von dem Fortsatz gebildet wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in einem Längsschnitt ein Steuerventil,
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2 in einer Detailansicht die in einem Fortsatz einer Ummantelung ausgebildete Ausnehmung, und
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3 in einer Detailansicht die in einem Fortsatz einer Ummantelung ausgebildete Ausnehmung in einer alternativen Ausführungsform.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 ist in einem Längsschnitt ein Steuerventil 2 in Form eines Zentralventils dargestellt. Das Steuerventil 2 kann in eine Zentralbohrung eines Nockenwellenverstellers oder in eine Zentralschraube eingesetzt werden.
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Das Steuerventil 2 umfasst im Wesentlichen eine hohlzylindrisch ausgeführte Steuerhülse 4, die in einer Ummantelung 6 aus einem Kunststoff aufgenommen ist. Im Inneren der Steuerhülse 4 ist ein als Hohlkolben ausgebildeter Steuerkolben 8 axial verschiebbar gelagert. Der Steuerkolben 8 ist dabei mittels eines Federelements 10 vorgespannt. Aus der eingezeichneten Position kann der Steuerkolben 8 entgegen der Federkraft des Federelements 10 in die Steuerhülse 4 eingeschoben werden.
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Zur Betätigung des Steuerkolbens 8 kann an seiner axial außenliegenden Stirnseite ein Aktuator, beispielsweise ein Elektromagnet mit einem Stößel, angreifen. Ein insbesondere durch die Federkraft des Federelements 10 bewirktes axiales Herausgleiten von Steuerkolben 8 oder Steuerhülse 4 aus der Ummantelung 6 wird durch einen Sicherungsring 12 verhindert.
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Ein zwischen dem Steuerkolben 8 und der Steuerhülse 4 gebildeter Druckmittelraum 14 ist beispielsweise über eine Axialbohrung in der Nockenwelle oder in einer Zentralschraube mit einer Druckleitung des hydraulischen Systems verbunden. Weiter sind an der Steuerhülse 4 Radialbohrungen 16, die mit in der Ummantelung 6 gebildeten Arbeitsanschlüssen A, B für die gegenläufigen Druckmittelkammern eines Nockenwellenverstellers in Verbindung stehen, erkennbar. Durch Verschieben des Steuerkolbens 8 werden die Arbeitsanschlüsse A, B abwechselnd strömungstechnisch mit dem Druckmittelraum 14 verbunden. Zum Auslass eines Druckmittels, wie beispielsweise Öl, sind an der axial außen liegenden Stirnseite des Steuerkolbens 8 Auslässe 18 vorgesehen, die in einen Tankauslass T des hydraulischen Systems münden.
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An einem axialen Ende der Steuerhülse 4 ist ein Fortsatz 20 der Ummantelung 6 ausgebildet, der insbesondere einen axialen Endanschlag für den Steuerkolben 8 bildet. Ferner bildet der Fortsatz 20 eine axiale Anlagefläche für das Federelement 10. Das andere Ende des Federelements 10 wirkt gegen einen Bund im Inneren des Steuerkolbens 8.
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In dem Steuerventil 2 und insbesondere in dem Hohlraum der Steuerhülse 4 sind häufig Schmutzpartikel enthalten, welche durch die Bewegung des Steuerkolbens 8 auch in Richtung des Fortsatzes 20 der Ummantelung 6 mit bewegt werden und sich dort mit der Zeit ansammeln. Dies kann zu einer Reduzierung der axialen Stellbewegung in Richtung des Fortsatzes 22 und zu einem Verklemmen des Steuerkolbens 8 führen.
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Deshalb weist die dem Steuerkolben 8 zugewandte Stirnseite des Fortsatzes 20 radial außen in dem Bereich, der dem Steuerkolben 8 als Anschlagsfläche 22 dient, eine als umlaufende Nut ausgestaltete Ausnehmung 24 zur Aufnahme der Schmutzpartikel auf.
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Die Ausnehmung 24 wirkt hier als eine Art „Schmutztasche”, in der sich die Schmutzpartikel ansammeln können, so dass diese insbesondere den Kolbenendanschlag nicht beeinträchtigen. Dadurch können die im Steuerventil 2 enthaltenen Schmutzpartikel im Wesentlichen nicht zu einer Reduzierung der Stellbewegung und zu einem Verklemmen des Steuerkolbens 8 führen. Zudem lässt sich die Ausnehmung 24 fertigungstechnisch einfach und kostengünstig erzeugen und es muss ferner kein zusätzliches Bauteil zur Verfügung gestellt werden.
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In 2 ist in einer Detailansicht die in dem Fortsatz 20 der Ummantelung 6 ausgebildete Ausnehmung 24 gezeigt. Dabei ist zu erkennen, dass die Ausnehmung 24 derart angeordnet ist, dass die beiden Nutflanken durch den Fortsatz 20 gebildet werden. Ferner ist der gewölbte Nutgrund zu sehen.
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3 zeigt in einer Detailansicht die in einem Fortsatz 20 einer Ummantelung 6 ausgebildete Ausnehmung 24 in einer alternativen Ausführungsform. Dabei wird die radial außen liegende Nutflanke durch die radial innen liegende Mantelfläche der Steuerhülse 4 gebildet. Zudem weist die Ausnehmung 24 einen rechteckigen Querschnitt auf.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Steuerventil
- 4
- Steuerhülse
- 6
- Ummantelung
- 8
- Steuerkolben
- 10
- Federelement
- 12
- Sicherungsring
- 14
- Druckraum
- 16
- Radialbohrung
- 18
- Auslass
- 20
- Fortsatz
- 22
- Anschlagsfläche
- 24
- Ausnehmung
- A, B
- Arbeitsanschluss
- T
- Tankauslass
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010026853 A1 [0007]
- DE 102008004591 A1 [0008]
