DE102013209862A1

DE102013209862A1 - Anordnung eines Elektromagneten zur Ansteuerung eines Zentralventils

Info

Publication number: DE102013209862A1
Application number: DE102013209862.6A
Authority: DE
Inventors: Jens Hoppe; Markus Kinscher
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-05-28
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2014-12-04
Also published as: US9822899B2; US20160116079A1; CN105247175B; CN105247175A; WO2014190982A1

Abstract

Es ist eine Anordnung eines Elektromagneten (6) zur Ansteuerung eines Zentralventils (2) offenbart. Ein Druckstift (4) ist mit dem Elektromagneten (6) gekoppelt und derart entlang einer ersten Achse (A) bewegbar ist, so dass ein Steuerkolben (1) des Zentralventils (2) über den bewegbaren Druckstift (4) in einem Zentralventilgehäuse (8) entlang einer zweiten Achse (B) verschiebbar ist. Erfindungsgemäß verläuft die erste Achse (A) des Druckstifts (4) parallel und mit einem radialen Abstand (10) zur zweiten Achse (B) des Steuerkolbens (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung eines Elektromagneten zur Ansteuerung eines Zentralventils. Ein Druckstift ist mit dem Elektromagneten gekoppelt und derart entlang einer ersten Achse bewegbar, so dass ein Steuerkolben des Zentralventils über den bewegbaren Druckstift in einem Zentralventilgehäuse entlang einer zweiten Achse verschiebbar ist.
Hintergrund der Erfindung
In Brennkraftmaschinen werden zur Betätigung der so genannten Gaswechselventile Nockenwellen eingesetzt. Die Nocken der Nockenwellen liegen für gewöhnlich an Nockenfolgern an. Wird eine Nockenwelle in Drehung versetzt, so wälzen die Nocken auf den Nockenfolgern ab, die wiederum die Gaswechselventile betätigen. Die Winkelverschiebung der Nockenwelle in Bezug auf eine Kurbelwelle zur Erzielung optimierter Steuerzeiten für verschiedene Drehzahl- und Lastzustände wird als Nockenwellenverstellung bezeichnet. Eine konstruktive Variante eines Nockwellenverstellers arbeitet beispielsweise nach dem bekannten Schwenkmotorprinzip.
Der Nockwellenversteller ist dabei fest an der Nockenwelle montiert. Ein Zentralventil steuert dabei den Austausch von Öl zwischen dem Nockenwellenversteller und dem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine. Die Zugangsöffnungen bzw. die Ausgänge des Zentralventils sind in einem Zentralventilgehäuse ausgebildet. In einem Innenraum des Zentralventilgehäuses wird ein Steuerkolben geführt. Der Steuerkolben ist als ein zylindrischer Körper mit einem Hohlraum ausgebildet. Der Steuerkolben ist über einen Druckstift mit einem Elektromagneten gekoppelt, wobei der Elektromagnet dafür eingerichtet ist, den Steuerkolben axial in dem Zentralventilgehäuse zu bewegen. Dies ist beispielsweise in den deutschen Offenlegungsschriften DE 10 2011 080 421 A1 , DE 10 2010 050 813 A1 und DE 10 2006 027 349 A1 offenbart.
Bei den bekannten Zentralventilanwendungen wird versucht die beiden Gleitpartner, d. h. Druckstift und Steuerkolben, ohne Achsversatz zu verbauen. Somit ist eine Kontaktfläche zwischen Steuerkolben und Druckstift zentrisch am Steuerkolben des Zentralventils ausgebildet. Durch diese zentrische bzw. wenig exzentrische (im Rahmen der zulässigen Lageabweichung) Ausrichtung der beiden Gleitpartner entsteht keine (bei zentrischer Lage) oder nur eine geringe Relativbewegung zwischen Steuerkolben und Druckstift. Bei der sich ausbildenden Relativbewegung rotiert der Steuerkolben und der Druckstift ist fest. Die geringe bzw. fehlende Gleitgeschwindigkeit der Gleitpartner zueinander verhindert bzw. behindert den Aufbau eines stabilen hydrodynamischen Schmierfilms und begünstigt so den Verschleiß der Gleitpaarung aufgrund mangelnder Schmierung und erhöhter Reibung. Somit kommt es zu einer Trockenreibung, wobei dabei insbesondere die Oberflächenrauhigkeit des Steuerkolbens zum Verschleiß des Druckstifts führt.
Eine Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist daher, eine Anordnung eines Elektromagneten zur Ansteuerung eines Zentralventils derart zu modifizieren, so dass ein stabiler hydrodynamischer Schmierfilm erzeugt und ein Verschleiß einer Kontaktfläche der Gleitpartner Steuerkolben und Druckstift stark minimiert bzw. verhindert ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung eines Elektromagneten zur Ansteuerung eines Zentralventils gelöst, der die Merkmale im Anspruch 1 umfasst.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung eines Elektromagneten zur Ansteuerung eines Zentralventils ist ein Druckstift mit dem Elektromagneten gekoppelt und derart entlang einer ersten Achse bewegbar, so dass ein Steuerkolben des Zentralventils über den bewegbaren Druckstift in einem Zentralventilgehäuse entlang einer zweiten Achse verschiebbar ist.
Erfindungsgemäß verläuft die erste Achse des Druckstifts parallel und mit einem radialen Abstand zur zweiten Achse des Steuerkolbens.
Durch diesen radialen Abstand, sprich einen Versatz, der ersten Achse in Bezug zur zweiten Achse ist eine Relativbewegung zwischen einer Kontaktfläche des Steuerkolbens und einer Frontfläche des Druckstifts ausgebildet. Insbesondere beschreibt dabei die erste Achse des Druckstifts während des Betriebs auf der Kontaktfläche des Steuerkolbens eine Kreisbahn.
Um die Einbaulage, d. h. den erfindungsgemäßen radialen Abstand der ersten Achse zu der zweiten Achse der Anordnung zu erreichen, ist daher der Elektromagnet des Druckstifts zum Zentralventil bewusst exzentrisch und über der aus dem Stand der Technik bekannten Montagegenauigkeit üblichen Lageabweichungen eingebaut, so dass die erste Achse des Druckstifts zur zweiten Achse des Steuerkolbens parallel und voneinander beabstandet verläuft.
Die aus der Einbaulage resultierende Relativbewegung zwischen der Kontaktfläche des Steuerkolbens und der Frontfläche des Druckstifts, d. h. durch die Kreisbahn des Druckstifts auf der Kontaktfläche des Steuerkolben, bildet aufgrund der hohen Gleitgeschwindigkeit des Druckstifts auf den Steuerkolben einen stabilen hydrodynamischen Schmierfilm aus. Durch diesen stabilen hydrodynamischen Schmierfilm lässt sich eine Reibung zwischen den Gleitpartnern, bestehend aus Steuerkolben und Druckstift verringern. Dies führt somit dazu, dass ein Verschleiß an der Kontaktfläche der Gleitpartner vermindert bzw. verhindert ist.
Insbesondere ist die Frontfläche des Druckstifts kleiner als die Kontaktfläche des Steuerkolbens.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:
1 einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Anordnung eines Elektromagneten zur Ansteuerung eines Zentralventils im Einbaufall;
2 eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Anordnung in einer Kontaktsituation von Druckstift und Steuerkolben; und
3 eine schematische Darstellung des Bereichs, im dem der Druckstift und der Steuerkolben im Betrieb zusammenwirken und einen hydrodynamischen Schmierfilm erzeugen.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Anordnung eines Elektromagneten zur Ansteuerung eines Zentralventils ausgestaltet sein kann und stellen somit keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar.
1 zeigt einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Anordnung eines Elektromagneten 6 zur Ansteuerung eines Zentralventils 2 im Einbaufall. Dabei ist ein Druckstift 4 mit dem Elektromagneten 6 gekoppelt, so dass der Druckstift 4 entlang einer ersten Achse A bewegbar ist. Der Druckstift 4 wirkt in seiner axialen Bewegung auf einen Steuerkolben 1 des Zentralventils 2. Über den beweglichen Druckstift 4 ist der Steuerkolben 1 in einem Zentralventilgehäuse 8 entlang einer zweiten Achse B verschiebbar.
Erfindungsgemäß verläuft die erste Achse A des Druckstifts 4 parallel und mit einem radialen Abstand 10 zur zweiten Achse B des Steuerkolbens 1.
Somit ermöglicht diese beabstandete Anordnung der ersten Achse A in Bezug zur zweiten Achse B, dass sich im Betrieb eine Relativgeschwindigkeit zwischen einer Kontaktfläche 12 des Steuerkolbens 1 und einer Frontfläche 13 des Druckstifts 4 ausbildet. Dabei beschreibt dann in einer Kontaktsituation von Druckstift 4 und Steuerkolben 1, wie in 2 gezeigt, die Achse A des Druckstifts 4 auf der Kontaktfläche 12 des Steuerkolbens 1 eine Kreisbahn 14.
Um diese Anordnung insbesondere die Relativbewegung zwischen Druckstift 4 und Steuerkolben 1 zu erreichen, ist der Elektromagnet 6 des Druckstifts 4 zum Zentralventil 2 exzentrisch eingebaut, so dass die erste Achse A des Druckstifts 4 zur zweiten Achse B des Steuerkolbens 1 parallel und von der zweiten Achse B beabstandet verläuft. Durch diesen gezielten exzentrischen Einbau des Elektromagnets 6 des Druckstifts 4 zum Zentralventil 2 oberhalb der sonst üblichen zulässigen Lageabweichungen der Bauteile zueinander, wird die Gleitgeschwindigkeit zwischen Steuerkolben 1 und Druckstift 4 wesentlich erhöht. Dies führt, wie in 3 schematisch dargestellt zur Bildung eines hydrodynamischen Schmierfilms 15 zwischen Steuerkolben 1 und Druckstift 4. Dadurch ist der Verschleiß der Gleitpartner aus der Kontaktfläche 12 des Steuerkolbens 1 und der Frontfläche 13 des Druckstifts 4 vermindert bzw. verhindert ist. Insbesondere ist, wie ebenfalls in 3 dargestellt, die Frontfläche 13 des Druckstifts 4 kleiner als die Kontaktfläche 12 des Steuerkolbens 1.
Bezugszeichenliste

1: Steuerkolben
2: Zentralventil
4: Druckstift
6: Elektromagnet
8: Zentralventilgehäuse
10: Abstand
12: Kontaktfläche Steuerkolben
13: Frontfläche Druckstift
14: Kreisbahn
15: hydrodynamischer Schmierfilm
A: erste Achse
B: zweite Achse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011080421 A1 [0003]
DE 102010050813 A1 [0003]
DE 102006027349 A1 [0003]

Claims

Anordnung eines Elektromagneten (6) zur Ansteuerung eines Zentralventils (2), wobei ein Druckstift (4) mit dem Elektromagneten (6) gekoppelt und derart entlang einer ersten Achse (A) bewegbar ist, so dass ein Steuerkolben (1) des Zentralventils (2) über den bewegbaren Druckstift (4) in einem Zentralventilgehäuse (8) entlang einer zweiten Achse (B) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Achse (A) des Druckstifts (4) parallel und mit einem radialen Abstand (10) zur zweiten Achse (B) des Steuerkolbens (1) verläuft.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei eine Relativbewegung der ersten Achse (A) in Bezug zur zweiten Achse (B) zwischen einer Kontaktfläche (12) des Steuerkolbens (1) und einer Frontfläche (13) des Druckstifts (4) ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die erste Achse (A) des Druckstifts (4) während des Betriebs auf der Kontaktfläche (12) des Steuerkolbens (1) eine Kreisbahn (14) beschreibt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Elektromagnet (6) des Druckstifts (4) zum Zentralventil (2) exzentrisch eingebaut ist, so dass die erste Achse (A) des Druckstifts (4) zur zweiten Achse (B) des Steuerkolbens (1) parallel und voneinander beabstandet verläuft.
Anordnung nach Anspruch 2, wobei mittels der Relativbewegung zwischen der Kontaktfläche (12) des Steuerkolbens (1) und der Frontfläche (13) des Druckstifts (4) ein hydrodynamischer Schmierfilm (15) ausbildbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 5, wobei die Frontfläche (13) des Druckstifts (4) kleiner als die Kontaktfläche (12) des Steuerkolbens (1) ist.