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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Schaltventil mit zumindest einer Hydraulikmitteleinlassöffnung und zumindest einer Hydraulikmittelauslassöffnung, von denen eine der beiden Öffnungen über einen Kolben verschließbar ist, wobei eine magnetkraftnutzende Antriebseinheit kraftübertragend mit dem Kolben in Kontakt steht, die eine mit Hydraulikmittel befüllbaren Hohlraum aufweist.
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Unter Schaltventilen werden solche schaltbaren Ventile verstanden, die häufig zur Ansteuerung von zweistufig schaltbaren Motorenelementen verwendet werden. Dabei wird der vorhandene Öldruck im Motorölkreislauf dazu verwendet, einen Verriegelungsmechanismus der schaltbaren Elemente mittels eines 3/2-Wege-Schaltventils zu betätigen. Das 3/2-Wege-Ventil wird entsprechend eines im Motorsteuergerät hinterlegten Kennfeldes, in Abhängigkeit von diversen Parametern, wie Drehzahl, Motorlast, Fahrzeuggeschwindigkeit, Betriebstemperatur, etc. angesteuert.
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Ein Schaltventil wird häufig direkt im Zylinderkopf montiert und in den Ölkreislauf integriert. Es besteht meist aus einem Elektromagneten und einem Hydraulikteil. Bei einem bestromten Ventil fließt Öl von der Ölpumpe zu den Schaltelementen und schaltet die Verriegelungsmechanismen der schaltbaren Motorelemente. Bei einem unbestromtem Ventil wird der Durchgang von der Ölpumpe zu den Schaltelementen geschlossen und das Öl fließt über einen Bypass durch eine Schaltgalerie mit geringerem Druck zurück zu einer Ölwanne. Die Verriegelungsmechanismen gehen dabei zurück in ihre Ausgangsposition.
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Die Schaltzeiten hängen von der Mechanik des Ventils und von der Auslegung des Hydraulikkreislaufs ab. Nicht unerheblich ist für eine gute Schaltqualität, die auftretende Ventilhubvarianz, d.h. die Reproduzierbarkeit der Schaltungen unter sich ändernden Betriebsbedingungen und Systemtoleranzen.
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Aus dem Stand der Technik sind Ventileinsätze für Ventile, insbesondere für ein Steuerventil zur Steuerung von Druckmittelströmen eines Nockenwellenverstellers bekannt. So offenbart bspw. die
DE 10 2010 026 853 A1 einen solchen Ventileinsatz, der ein Einsatzgehäuse umfasst, in dem ein Filter sowie ein Rückschlagventil mit einem Schließelement und einem Sitzelement integriert sind. Eine montagefreundliche Ausbildung des Ventileinsatzes wird dort vorgestellt, nämlich eine solche, in dem zumindest das Einsatzgehäuse, der Filter und das Sitzelement unlösbar miteinander verbunden sind und eine vorgefertigte Baueinheit bilden.
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Aus der
DE 10 2010 025 370 A1 ist ferner ein Fluidschaltventil nach Art eines Sitzventiles bekannt, das ein Ventilgehäuse umfasst, in dem ein Zuführkanal mit einem Einlass und ein Abführkanal mit einem Auslass für ein Druckmittel ausgebildet sind, die strömungstechnisch miteinander verbunden sind. Das Fluidschaltventil umfasst außerdem einen im Ventilgehäuse angeordneten Schließkörper, der in einer Axialrichtung zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position verstellbar ist und in der geschlossenen Position die strömungstechnische Verbindung zwischen dem Zuführkanal und dem Abführkanal unterbricht. Eine radiale Zuführung des Druckmittels wird gewährleistest, indem sich der Zuführkanal im Wesentlichen in einer Radialrichtung erstreckt und durch eine innere Trennwand vom Abführkanal getrennt ist, der den Zuführkanal umgibt und sich im Wesentlichen in der Axialrichtung erstreckt.
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Elektromagnetventile mit Befestigungseinrichtungen und hydraulische Baueinheiten sowie Hydraulikventile zur Bildung einer Baueinheit sind bspw. aus den Druckschriften
EP 1 734 297 B1 und
DE 10 2008 062 166 A1 bekannt.
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Die bekannten Ventile weisen jedoch noch Optimierungsmöglichkeiten auf, insbesondere in puncto der Schaltzeiten. Es soll einerseits ein schnelleres Schalten erreicht werden und andererseits eine bedarfsabhängige Abdichtung der Antriebseinheit vor Eintritt von Hydraulikmittel erreicht werden, insbesondere soll ein Ankerraum abgedichtet werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen den beiden Öffnungen und dem Hohlraum ein den Hohlraum stellungsabhängig verschließendes Rückschlagventil angeordnet ist.
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Durch den Einbau eines solchen Rückschlagventiles, kann der Öldruck im Hohlraum der Antriebseinheit, insbesondere in einem dort vorhandenem Ankerraum gesenkt werden und die Schaltzeit reduziert werden. Das Rückschlagventil verhindert grundsätzlich einerseits, dass Öl in den Ankerraum gelangen kann und ermöglicht andererseits, dass irrtümlich in den Ankerraum gelangtes Öl, sog. Leckage-Öl, zurück in den Innenraum des Kolbens, also den Kolbenraum, fließen kann. Die Optimierung der Funktionen der Performance des Schaltventils ist die Folge. Eine Druckerhöhung im Ankerraum wird verhindert.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn die Antriebseinheit als Magnet- und Ankerbaugruppe ausgebildet ist, die einen Magneten und einen Anker aufweist, wobei der Anker auf den Kolben, diesen verschiebend, einwirkt.
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Auch ist es von Vorteil, wenn der Hohlraum als Ankerraum ausgebildet ist, etwa als ein den Anker aufnehmender Raum.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil eine zumindest abschnittsweise plattenartige Ausprägung aufweist. Gerade durch eine solch plattenartige Ausprägung kann eine gute Abdichtung des Hohlraumes, wie des Ankerraumes, erreicht werden.
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Vorteilhaft ist es ferner, wenn das Rückschlagventil auf der Innenseite des Kolbens angeordnet ist, da dann eine besonders kompakte Bauweise realisiert werden kann.
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Um den Rückfluss von durch Leckage in das Innere des Hohlraums eingedrungenes Hydraulikmittel, wie Öl, aus dem Kolben durch die Hydraulikmittelauslassöffnung hinaus zu ermöglichen, ist es von Vorteil, wenn das Rückschlagventil mit einer im Kolben, vorzugsweise im Kolbengrund befindlichen Hydraulikmitteldurchgangsöffnung, diese fallweise verschließend und öffnend, in Interaktion steht.
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Es ist auch zweckmäßig, wenn das Rückschlagventil einen plattenartigen Verschlussabschnitt aufweist, der über einen biegeweichen Verbindungsabschnitt mit einem Befestigungsabschnitt verbunden ist. Auf diese Weise kann einerseits eine gute Abdichtung erreicht werden, andererseits aber auch ein besonders vorteilhaftes Öffnen der Durchgangsöffnung zum Rückfluss des Öls aus dem Ankerraum realisiert werden.
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Wenn der Verschlussabschnitt eine runde oder ovale Außenkontur aufweist, und/oder der Verbindungsabschnitt als gebogener oder gerader Arm ausgebildet ist, und/oder der Befestigungsabschnitt eine Ausnehmung oder einen Vorsprung aufweist, um in Form- und/oder Kraftschluss mit der Innenseite des Kolbens zu gelangen, so kann eine besonders angepasste Schaltventilvariante für unterschiedliche Nutzungssituationen in bspw. einer Verbrennungskraftmaschine erreicht werden.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn mehrere Ausnehmungen oder Vorsprünge ausgebildet sind, da dann die Möglichkeit der Festlegung erhöht wird, aber auch die Dauerbeständigkeit einer Festlegung des Rückschlagventils im Kolben verbessert wird.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich hierbei herausgestellt, wenn in einer Ausnehmung ein kolbenfester Zapfen eingepasst ist oder je ein Vorsprung an einem Ende des nach Art zweier Fixierarme ausgebildeten Befestigungsabschnitts vorhanden ist.
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Wenn die Vorsprünge in entgegengesetzter Richtung, vorzugsweise radial nach außen weisen, so kann die Montage vereinfacht werden.
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Die Funktionalität wird auch verbessert, wenn eine Feder im Inneren des Kolbens befindlich ist, die vorzugsweise mit dem Rückschlagventil, etwa im Bereich des Befestigungsabschnittes, in Anlage befindlich ist.
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Die Erfindung wird auch nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert, in der mehrere Ausführungsbeispiele visualisiert sind. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Schaltventil mit noch nicht eingesetztem Rückschlagventil in einer Teilschnittansicht,
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2 das Schaltventil aus 1 in um 90° gedrehter Position in einer Ansicht von der Seite, wobei in 1 der Schnitt entlang der Linie I wiedergegeben ist,
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3 eine Ansicht von unten in das Innere des Kolbens aus den 1 und 2 wird bei noch nicht eingesetztem Rückschlagventil,
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4 ein Schnitt durch den Kolben des Schaltventils der 1 und 2,
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5 eine Ansicht von oben, von der Seite der magnetkraftnutzenden Antriebseinheit auf die Außenseite des Kolbens der 3 und 4,
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6 eine Vergrößerung einer Durchgangsöffnung im Kolbengrund an der Stelle VI aus 4,
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7 eine Variante eines Kolbens zu den in den 3 bis 6 gezeigten Kolben,
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8 eine erste Variante eines Rückschlagventiles,
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9 eine zweite Variante eines Rückschlagventiles,
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10 einen Schnitt, entlang der Linie X aus 9 durch die zweite Variante des Rückschlagventils,
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11 eine mögliche Einbausituation der ersten Rückschlagventilvariante in den Kolben der 3 bis 6, und
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12 eine mögliche Einbausituation der zweiten Rückschlagventilvariante aus 9 in einen Kolben der 3 bis 6.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente werden mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein erstes erfindungsgemäßes Schaltventil 1 dargestellt, das eine Hydraulikmitteleinlassöffnung 2 und eine 90° dazu versetzte Hydraulikmittelauslassöffnung 3 aufweist. Die Hydraulikmitteleinlassöffnung 2 ist in Radialrichtung ausgerichtet, wohingegen die Hydraulikmittelauslassöffnung 3 in Axialrichtung, also in Richtung einer Rotationsachse 4 ausgerichtet ist. Das Schaltventil 1 ist nach Art eines Sitzventiles ausgebildet.
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Die beiden Öffnungen 2 und 3 sind über einen Kolben 5 verschließbar. Darunter ist zu verstehen, dass zumindest eine der Öffnungen physisch so verschlossen ist, dass ein Hydraulikmitteldurchfluss unterbunden ist. Der Kolben 5 weist dazu Steuerkanten 6 auf, wobei zwischen den Steuerkanten 6 und der Hydraulikmittelauslassöffnung 3 ein Durchlass 7 nach Art einer unterbrochenen Ringnut ausgebildet ist. Die Hydraulikmitteleinlassöffnung 2 kann als eine Vielzahl von Löchern 8 ausgeformt sein, wie besonders gut in 2 zu erkennen ist. Natürlich kann die Hydraulikmittelauslassöffnung 3 auch als eine Vielzahl von Löcher ausgebildet sein. Ein Federring 9 und ein Ring 10 sind zwischen einem hydraulikmittelauslassöffnungsseitigem Ende des Kolbens 5 und einem distalen Ende 11 eines Ventilgehäuses 12 befindlich.
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Auf der Außenseite des Ventilgehäuses 12 kann in einer Nut 13 eine Dichtung 14, etwa nach Art eines O-Ringes, vorhanden sein.
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Der Kolben 5 weist einen Kolbengrund 15 auf, in dem eine Hydraulikmitteldurchgangsöffnung 16 ausgebildet ist. Zwar ist es grundsätzlich möglich, dass mehrere Hydraulikmitteldurchgangsöffnungen 16 verwendet werden, doch ist es bevorzugt, nur eine Hydraulikmitteldurchgangsöffnung 16 zu verwenden, da dann nur ein einziges, hier nicht gezeigtes Rückschlagventil 19 bzw. nur ein Rückschlagventil mit einem Verschlussabschnitt einzusetzen ist. Sonst müssten mehrere Rückschlagventile oder ein Rückschlagventil mit großem Verschlussabschnitt oder mehreren Verschlussabschnitten eingesetzt werden. Im Inneren des Kolbens 5 ist auch eine Feder 17 vorhanden. Zwischen der Feder 17 und einer hydraulikmittelauslassöffnungsseitigen Kolbenunterseite 18 ist das hier noch nicht eingebaute, daher noch nicht visualisierte Rückschlagventil 19 erfindungsgemäß eingesetzt. Das Rückschlagventil 19 ist in den 8 bis 12 dargestellt.
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In 2 ist im oberen Bereich des Schaltventiles 1 auch ein Stecker 20 vorhanden.
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Während in den 3 bis 6 eine Ausgestaltung eines Kolbens 5 mit nur einer Hydraulikmitteldurchgangsöffnung 16 dargestellt ist, weist der in 7 dargestellte Kolben 5 zumindest zwei Hydraulikmitteldurchgangsöffnungen 16 auf, die ebenfalls mit einem Rückschlagventil 19 oder mehreren Rückschlagventilen verschlossen werden.
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In 8 ist ein singuläres Rückschlagventil 19, mit einem plattenartigen Verschlussabschnitt 21, einem dazu integralem, biegeweichen Verbindungsabschnitt 22, der eine polygonale Form aufweisen kann, und einem mit dem Verbindungsabschnitt 22 integral verbundenem Befestigungsabschnitt 23 dargestellt.
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Im Befestigungsabschnitt 23 sind im Bereich der beiden Enden 24 und 25 je zwei lochartige Ausnehmungen 26 vorhanden. Das Rückschlagventil 19 kann einheitlich aus Kunststoff oder Metall oder Nicht-Eisenwerkstoff oder Edelstahl gefertigt sein, genauso wie das Rückschlagventil 19 der in den 9 und 10 dargestellten zweiten Variante. Anders als in der ersten Variante des Rückschlagventils 19 weist jedoch das Rückschlagventil 19 der Variante zwei an den Enden 24 und 25 des Befestigungsabschnittes 23 je einen radial nach außen ragenden Vorsprung 27 auf. Es ist grundsätzlich möglich, dass die Vorsprünge 27 in Nuten des Kolbens 5 greifen, die auf dessen Innenseite befindlich sind, genauso, wie eine oder mehrere Ausnehmungen 26 durch einen kolbenfesten Zapfen ausgefüllt sein können. Auch eine Kombination aus Vorsprung 27 und Ausnehmung 26 ist möglich.
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Das Rückschlagventil 19 weist eine einheitliche Dicke auf, wie in 10 gut zu erkennen ist. In den 11 und 12 ist eine mögliche Einbausituation der beiden Varianten an Rückschlagventilen 19 der 8 und 9 dargestellt, wobei der Verschlussabschnitt 21 immer die Hydraulikmitteldurchgangsöffnung 16 vollständig verschließend über ihr angeordnet ist.
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Grundsätzlich ist es möglich, dass das Rückschlagventil 19 axial von einer Feder, insbesondere von der Feder 17 gehalten ist.
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Die Antriebseinheit 28 ist in 1 und 2 gut zu erkennen und als Magnet- und Ankerbaugruppe mit einem Hohlraum, insbesondere mit einem Ankerraum, ausgestaltet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltventil
- 2
- Hydraulikmitteleinlassöffnung
- 3
- Hydraulikmittelauslassöffnung
- 4
- Rotationsachse
- 5
- Kolben
- 6
- Steuerkante
- 7
- Durchlass
- 8
- Loch
- 9
- Federring
- 10
- Ring
- 11
- Ende
- 12
- Ventilgehäuse
- 13
- Nut
- 14
- Dichtung
- 15
- Kolbengrund
- 16
- Hydraulikmitteldurchgangsöffnung
- 17
- Feder
- 18
- Kolbenunterseite
- 19
- Rückschlagventil
- 20
- Stecker
- 21
- Verschlussabschnitt
- 22
- Verbindungsabschnitt
- 23
- Befestigungsabschnitt
- 24
- Ende des Befestigungsabschnitts
- 25
- Ende des Befestigungsabschnitts
- 26
- Ausnehmung
- 27
- Vorsprung
- 28
- Antriebseinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010026853 A1 [0005]
- DE 102010025370 A1 [0006]
- EP 1734297 B1 [0007]
- DE 102008062166 A1 [0007]
