DE102013200399A1

DE102013200399A1 - Zentralschraube mit einem Ventil für einen Nockenwellenversteller

Info

Publication number: DE102013200399A1
Application number: DE201310200399
Authority: DE
Inventors: Ali BAYRAKDAR
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-01-14
Filing date: 2013-01-14
Publication date: 2014-07-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zentralschraube (1) mit einem Ventil (20) für einen Nockenwellenversteller zur Steuerung eines über eine Druckmittelpumpe aus einem Druckmittelreservoir zugeführten Druckmittels, mit:
– einer Durchflussöffnung (21), in der das Ventil (20) angeordnet ist, und
– einem Rückschlagventil (22), welches ein Zuströmen des Druckmittels von der Druckmittelpumpe in das Ventil (20) ermöglicht und ein Rückströmen des Druckmittels von dem Ventil (20) zu der Druckmittelpumpe verhindert, wobei das Rückschlagventil (22) ein Einsatzgehäuse (9) und ein in dem Einsatzgehäuse (9) gehaltenes Sitzelement (10) mit einem ersten Durchbruch (11) und einem den ersten Durchbruch (11) an einer ersten Seite des Sitzelementes (10) verschließenden ersten federelastischen Schließelement (14) aufweist, wobei
– das Rückschlagventil (22) mit dem Einsatzgehäuse (9) unmittelbar an der Innenwandung der Durchflussöffnung (21) der Zentralschraube (1) dichtend anliegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentralschraube mit einem Ventil für einen Nockenwellenversteller mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Nockenwellenversteller werden im Allgemeinen in Ventiltrieben von Brennkraftmaschinen verwendet, um die Ventilöffnungs- und Schließzeiten zu verändern, wodurch die Verbrauchswerte der Brennkraftmaschine und das Betriebsverhalten im Allgemeinen verbessert werden können.
Eine in der Praxis bewährte Ausführungsform des Nockenwellenverstellers weist einen Flügelzellenversteller mit einem Statur und einem Rotor auf, welche einen Ringraum begrenzen, der durch Vorsprünge und Flügel in mehrere Arbeitskammern unterteilt ist. Die Arbeitskammern sind wahlweise mit einem Druckmittel beaufschlagbar, welches in einem Druckmittelkreislauf über eine Druckmittelpumpe aus einem Druckmittelreservoir in die Arbeitskammern an einer Seite der Flügel des Rotors zugeführt und aus den Arbeitskammern an der jeweils anderen Seite der Flügel wieder in das Druckmittelreservoir zurückgeführt wird. Die Steuerung des Druckmittelflusses und damit der Verstellbewegung des Nockenwellenverstellers erfolgt z. B. mittels eines Ventils mit einer komplexen Struktur von Durchflussöffnungen und Steuerkanten und einem in dem Ventil verschiebbaren Ventilkörper, welcher die Durchflussöffnungen in Abhängigkeit von seiner Stellung verschließt oder freigibt.
In der Zuströmöffnung des Druckmittels zu dem Ventil ist ferner ein Rückschlagventil vorgesehen, welches bei einer Betätigung der Druckmittelpumpe und einer dadurch bedingten Zuströmung des Druckmittels öffnet und in die entgegengesetzte Richtung schließt, so dass das Druckmittel aus dem Ventil nicht mehr zurückströmen kann.
Aus der DE 10 2010 026 853 A1 ist ein Ventil bekannt, bei dem das Rückschlagventil eine Blende mit einem federbelasteten Schließelement und einen Filter umfasst und als vorgefertigte Baueinheit ausgebildet ist. Das Rückschlagventil umfasst ferner ein Einsatzgehäuse, an dem die Blende, das Schließelement und der Filter gehalten sind, und mit dem das Rückschlagventil an einem Ventilgehäuse des Ventils befestigbar ist. Das Ventil selbst ist mit dem Ventilgehäuse in einer Zentralschraube mit einer Durchflussöffnung gehalten, durch welche das Druckmittel zu dem Ventil hinströmt. Das Rückschlagventil ist als vorgefertigte Baugruppe mit dem Einsatzgehäuse an dem Ventil gehalten und zusammen mit dem Ventil in der Zentralschraube montierbar. Da das Ventil zusammen mit dem Rückschlagventil vormontiert in die Zentralschraube eingeführt werden muss, muss zwangsläufig ein gewisses Mindestspiel zwischen dem Rückschlagventil und der Zentralschraube vorgesehen sein. Aufgrund dieses vorhandenen Mindestspiels ist eine an dem Rückschlagventil vorbeiströmende Leckage des Druckmittels nicht zu vermeiden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Losung zu finden, mittels derer die Zentralschraube mit dem Ventil und dem Rückschlagventil kostengünstig montiert werden kann, wobei gleichzeitig die Leckage des Druckmittels aus dem Ventil verringert werden soll.
Zur Lösung der Aufgabe wird gemäß dem Grundgedanken der Erfindung vorgeschlagen, dass das Rückschlagventil mit dem Einsatzgehäuse unmittelbar an der Innenwandung der Durchflussöffnung des Zentralventils dichtend anliegt. Der Vorteil der vorgeschlagenen Losung ist darin zu sehen, dass die Durchflussöffnung durch die unmittelbare Anlage des Einsatzgehäuses an der Innenwandung vollständig dichtend verschlossen wird. Das Rückschlagventil ist damit unmittelbar der Durchflussöffnung in dem Zentralventil und nicht mehr der Durchströmöffnung in dem Ventil zugeordnet, so dass keine Leckage zwischen der Innenwandung der Zentralschraube und dem Ventil, an dem Rückschlagventil vorbei zu der Druckmittelpumpe hinströmen kann. Die Durchflussöffnung in dem Zentralventil ist damit bei geschlossenem Rückschlagventil vollständig und spaltfrei in Richtung der Zuströmung des Druckmittels verschlossen und zwar unabhängig von Herstellgenauigkeiten und Montagefehlern. Ferner können das Zentralventil und das Rückschlagventil als Baugruppe hergestellt werden, so dass als weiterer Montageschritt nur noch das Ventil mit dem bewegbaren Ventilkörper eingesetzt zu werden braucht. Grundsätzlich ist die Zentralschraube aufgrund ihrer zusätzlichen Funktion, nämlich den Rotor an der Stirnseite der Nockenwelle zu verspannen, aus einem sehr festen Werkstoff, wie z. B. Stahl, hergestellt. Da sich das Rückschlagventil mit dem Einsatzgehäuse unmittelbar an der Innenwandung der Zentralschraube abstützt, kann das Sitzelement aus einem sehr viel steiferen Werkstoff bzw. mit einer sehr viel größeren Wandstärke ausgeführt werden, da die erheblich steifere Zentralschraube sehr viel größere Reaktionskräfte bei der Montage des Rückschlagventils aufnehmen kann, ohne dabei selbst zerstört oder verformt zu werden. Das Rückschlagventil könnte demnach z. B. auch in das Zentralventil eingepresst werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass in dem Sitzelement ein zweiter Durchbruch vorgesehen ist, welcher durch ein zweites Schließelement verschließbar ist, welches den zweiten Durchbruch an einer zweiten, der Zuströmung des Druckmittels von der Druckmittelpumpe zugewandten Seite des Sitzelementes federelastisch verschließt. Der zweite Durchbruch mit dem zweiten Schließelement bildet ein Überdruckventil, mittels dessen Druckstöße in dem Nockenwellenversteller bzw. in dem Ventil reduziert werden können, indem das Druckmittel in diesen Fällen kurzzeitig zurück in die zu der Druckmittelpumpe führende Druckmittelleitung geleitet wird. Das Sitzelement wird in diesem Fall sowohl für das Rückschlagventil als auch für das Überdruckventil genutzt, so dass das Überdruckventil allein durch den zweiten Durchbruch und die Anordnung des zweiten Schließelementes realisiert werden kann.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das Einsatzgehäuse durch eine Kunststoffumspritzung des Sitzelementes gebildet ist. Durch die vorgeschlagene Lösung kann das Einsatzgehäuse sehr kostengünstig hergestellt werden, und die Bauteile des Rückschlagventils besonders einfach als Baugruppe zusammengehalten werden. Außerdem kann durch die Umspritzung eine besonders einfache Verdrehsicherung der Einzelteile des Rückschlagventils oder auch des Überdruckventils oder eines vorgesehenen Filters verwirklicht werden. Ferner können auch zusätzliche Formgestaltungen, wie z. B. axiale Finger zur Verdrehsicherung des Rückschlagventils, oder mechanische Formcodierungen zur Vorgabe der Montageposition des Rückschlagventils oder des Zentralventils selbst mit angeformt werden.
In diesem Fall kennen das erste und/oder das zweite Schließelement konstruktiv besonders einfach durch ein Federblech gebildet sein, welche mit einem Randabschnitt durch die Kunststoffumspritzung gegenüber dem Sitzelement fixiert sind. Der gegenüberliegende Randabschnitt des Federbleches ist in diesem Falle frei beweglich und dient dem federelastischen Verschluss der Durchbrüche.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Rückschlagventil derart geformt und angeordnet ist, dass es sich mit dem Einsatzgehäuse über den stirnseitigen Rand der Zentralschraube hinaus erstreckt. Durch die vorgeschlagene Weiterentwicklung kann das Einsatzgehäuse beim Verspannen des Rotors mit der Nockenwelle zwischen dem Zentralventil und der Nockenwelle eingespannt werden, so dass es zusätzlich fixiert wird. Ferner kann das Einsatzgehäuse dadurch zusätzlich als Anschlag zur Begrenzung der Einschraubtiefe der Zentralschraube genutzt werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das Sitzelement und die Zentralschraube einstückig ausgebildet sind. Durch die vorgeschlagene Lösung kann die Teileanzahl und der Herstellaufwand weiter verringert werden. Die Zentralschraube kann z. B. in einem Tiefziehverfahren hergestellt werden, wobei das Sitzelement in diesem Fall der tiefgezogene Boden der Zentralschraube ist. Da das Sitzelement mit den Durchbrüchen für die Funktion des Rückschlagventils das entscheidende feststehende Teil ist und durch die vorgeschlagene Lösung in einer festen räumlichen Zuordnung zu der Zentralschraube angeordnet ist, kann das Rückschlagventil dadurch auch seine Funktion optimal ausfüllen und es entfällt die Fehlerquelle einer Falschausrichtung des Rückschlagventils durch Herstelltoleranzen oder Montagefehler.
In diesem Fall sind in einem an die Innenwandung der Zentralschraube angrenzenden Randabschnitt des Sitzelementes vorzugsweise Öffnungen zum Umspritzen des Sitzelementes mit Kunststoff vorgesehen. Durch die Öffnungen kann der Kunststoff beim Umspritzen von einer Wandseite des Sitzelementes auf die andere Wandseite überströmen, was insbesondere zur Befestigung der Schließelemente des Rückschlagventils sinnvoll ist, sofern der Kunststoff nur von einer Seite, und zwar von der jeweils anderen Seite, eingespritzt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen die Figuren im Einzelnen:
1: eine Zentralschraube mit einem Ventil;
2: eine Zentralschraube mit einem Rückschlagventil; und
3: ein Ende eines Zentralventils mit einem einstückig an das Zentralventil angeformten Sitzelement.
In der 1 ist eine Zentralschraube 1 mit einer Durchflussöffnung 21 und einem in der Durchflussöffnung 21 angeordneten Ventil 20 für einen Nockenwellenversteller zu erkennen. Das Druckmittel strömt dem Ventil 20 bei einer Betätigung einer nicht dargstellten Druckmittelpumpe in Pfeilrichtung P zu und wird über eine komplexe Struktur aus Steuerkanten und Durchströmöffnungen in dem Ventil 20 in eine Gruppe von Arbeitskammern A oder B des Nockenwellenverstellers eingeleitet und aus der jeweils anderen Gruppe von Arbeitskammern A oder B in ein Druckmittelreservoir in Pfeilrichtung T abgelassen.
Das Ventil 20 umfasst einen formstabilen Grundkörper 3, z. B. aus Stahl, eine Ventilumspritzung 4 aus Kunststoff, eine sich an der Ventilumspritzung 4 abstützende Feder 6 und einen gegen die von der Feder 6 ausgeübte Federkraft in dem Grundkörper 3 verschiebbaren Ventilkörper 2. Das gesamte Ventil 20 ist in der Zentralschraube 1 über einen Sicherungsring 5 gegen Herausrutschen gesichert.
Die Zentralschraube 1 umfasst ferner einen Profilkopf 8 zum Ansetzen eines Werkzeuges und ein Gewinde 7, mit dem sie in ein Innengewinde einer nicht dargestellten Nockenwelle eingeschraubt wird. Die Zentralschraube 1 dient neben der Aufnahme des Ventils 20 zusätzlich dem Verspannen des Rotors des Nockenwellenverstellers, welcher durch das Einschrauben der Zentralschraube 1 in das Innengewinde der Nockenwelle zwischen dem Profilkopf 8 der Zentralschraube 1 und der Stirnseite der Nockenwelle eingeklemmt wird.
Die Durchflussöffnung 21 in dem Zentralventil 1 ist an der dem zuströmenden Druckmittel zugewandten Seite mittels eines Rückschlagventils 22 verschlossen. Das Rückschlagventil 22 umfasst ein einstückig an die Zentralschraube 1 angeformtes Sitzelement 10 mit zwei Durchbrüchen 11 und 12 und zwei die Durchbrüche 11 und 12 auf unterschiedlichen Seiten des Sitzelementes 10 verschließende Schließelemente 13 und 14 in Form von einseitig eingespannten Federblechen. Ferner umfasst das Rückschlagventil 22 einen Filter 15, welcher stromaufwärts zu dem Sitzelement 10 angeordnet ist. Der Filter 15, das Sitzelement 10 und die Schließelemente 13 und 14 sind mittels eines Einsatzgehäuses 9 in Form einer Kunststoffumspritzung zu einer Baugruppe zusammengehalten. Das Einsatzgehäuse 9 liegt unmittelbar an der Innenwandung der Zentralschraube 1 an und dichtet die Durchflussöffnung 21 zur Außenseite hin ab. Da das Rückschlagventil 22 erfindungsgemäß mit dem Einsatzgehäuse 9 unmittelbar an der Innenwandung der Zentralschraube 1 anliegt, ist der Durchbruch 12 der einzig mögliche Strömungsweg für das Druckmittel aus dem Zentralventil 1 heraus, welcher durch das Schließelement 13 verschlossen ist. Ein Umströmen des Rückschlagventils 22, wie dies bei der im Stand der Technik bekannten Lösung möglich war, ist hier jedenfalls nicht möglich.
Das Einsatzgehäuse 9 weist ferner eine Mehrzahl von axialen Fingern 16 mit axialen Anschlägen 17 auf, welche die Einschubtiefe des Ventils 20 begrenzen und gleichzeitig eine Verdrehsicherung für das Ventil 20 gegenüber dem Rückschlagventil 22 und umgekehrt bilden, wie in der 2 zu erkennen ist.
In der 3 ist die Zentralschraube 1 ohne das Ventil 20 und ohne die Einzelteile des Rückschlagventils 22 zu erkennen. Das Sitzelement 10 ist einstückig an die Zentralschraube 1 angeformt und bildet den Boden der Zentralschraube 1, welche z. B. in einem Tiefziehverfahren hergestellt ist. In der Grundfläche des Sitzelementes 10 sind die zwei Durchbrüche 11 und 12 vorgesehen. Die Grundfläche ist an der Außenseite durch einen umlaufenden Wulst des Sitzelementes 10 begrenzt, welcher an zwei Steilen durch Ausnehmungen 18 unterbrochen ist. Ferner sind in dem durch den Wulst gebildeten Randabschnitt des Sitzelementes mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Öffnungen 19 vorgesehen.
Bei der Herstellung der Zentralschraube 1 mit dem Rückschlagventil 22 wird das erste Schließelement 14 zuerst an der dem Inneren der Zentralschraube 1 zugewandten Seite des Sitzelementes 10 positioniert. Anschließend wird an der zur Außenseite hin gerichteten Seite des Sitzelementes 10 das zweite Schließelement 13 aufgelegt, und zwar in einer derartigen Ausrichtung, dass es mit den Enden in die Ausnehmungen 18 eingreift und den zweiten Durchbruch 12 abdeckt. Schließlich wird der Filter 15 auf den Wulst des Sitzelementes 10 aufgelegt. Aufgrund des Wulstes ist zwischen dem zweiten Schließelement 13 und dem Filter 15 ein Spalt vorhanden, welcher den erforderlichen Freiraum für die Bewegung des zweiten Schließelementes 14 bildet.
Nachdem die Einzelteile positioniert sind, werden diese mit Kunststoff umspritzt, wobei der Kunststoff durch die Öffnungen 19 von einer Seite des Sitzelementes 10 auf die andere Seite des Sitzelementes 10 überströmen kann, so dass durch die Kunststoffumspritzung anschließend beide Schließelemente 13 und 14 und auch der Filter 15 gegenüber dem Sitzelement 10 fixiert sind. Dabei werden die Schließelemente 13 und 14 bewusst nur an einem Ende umspritzt, so dass sie mit dem anderen Ende frei beweglich sind und die Durchbrüche 11 und 12 federvorgespannt verschließen. Dazu können die Federbleche entsprechend vorgeformt sein, so dass sie auch ohne eine anliegende Druckdifferenz die Durchbrüche 11 und 12 in einer Neutralstellung verschließen.
Bezugszeichenliste

1: Zentralschraube
2: Ventilkörper
3: Grundkörper
4: Ventilumspritzung
5: Sicherungsring
6: Feder
7: Gewinde
8: Profilkopf
9: Einsatzgehäuse
10: Sitzelement
11: Durchbruch
12: Durchbruch
13: Schließelement
14: Schließelement
15: Filter
16: Arm
17: Anschläge
18: Ausnehmung
19: Öffnungen
20: Ventil
21: Durchflussöffnung
22: Rückschlagventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010026853 A1 [0005]

Claims

Zentralschraube (1) mit einem Ventil (20) für einen Nockenwellenversteller zur Steuerung eines über eine Druckmittelpumpe aus einem Druckmittelreservoir zugeführten Druckmittels, mit: – einer Durchflussöffnung (21), in der das Ventil (20) angeordnet ist, und – einem Rückschlagventil (22), welches ein Zuströmen des Druckmittels von der Druckmittelpumpe in das Ventil (20) ermöglicht und ein Rückströmen des Druckmittels von dem Ventil (20) zu der Druckmittelpumpe verhindert, wobei das Rückschlagventil (22) ein Einsatzgehäuse (9) und ein in dem Einsatzgehäuse (9) gehaltenes Sitzelement (10) mit einem ersten Durchbruch (11) und einem den ersten Durchbruch (11) an einer ersten Seite des Sitzelementes (10) verschließenden ersten federelastischen Schließelement (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Rückschlagventil (22) mit dem Einsatzgehäuse (9) unmittelbar an der Innenwandung der Durchflussöffnung (21) der Zentralschraube (1) dichtend anliegt.
Zentralschraube (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – in dem Sitzelement (10) ein zweiter Durchbruch (12) vorgesehen ist, welcher durch ein zweites Schließelement (13) verschließbar ist, welches den zweiten Durchbruch (12) an einer zweiten der Zuströmung des Druckmittels von der Druckmittelpumpe zugewandten Seite des Sitzelementes (10) federelastisch verschließt.
Zentralschraube (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Einsatzgehäuse (9) durch eine Kunststoffumspritzung des Sitzelementes (10) gebildet ist.
Zentralschraube (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2 und nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – das erste und/oder das zweite Schließelement (14, 13) durch ein Federblech gebildet sind, welche an einem Randabschnitt durch die Kunststoffumspritzung gegenüber dem Sitzelement (10) fixiert sind.
Zentralschraube (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Rückschlagventil (22) derart geformt und angeordnet ist, dass es sich mit dem Einsatzgehäuse (9) über den stirnseitigen Rand der Zentralschraube (1) hinaus erstreckt.
Zentralschraube (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass – das Sitzelement (10) und die Zentralschraube (1) einstückig ausgebildet sind.
Zentralschraube (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – in einem an die Innenwandung der Zentralschraube (1) angrenzenden Randabschnitt des Sitzelementes (10) Öffnungen (19) zum Umspritzen des Sitzelementes (10) mit Kunststoff vorgesehen sind.