DE102015219154A1

DE102015219154A1 - Steuerventil für eine hydraulische Vorrichtung

Info

Publication number: DE102015219154A1
Application number: DE102015219154.0A
Authority: DE
Inventors: Mihaly Kovacs; Dumitru-Gabriel Dima; Markus Kinscher; David Köhler; Stefan Kramer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-10-05
Filing date: 2015-10-05
Publication date: 2017-04-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für eine hydraulische Vorrichtung, insbesondere Zentralventil eines Nockenwellenverstellers für einen Brennkraftmaschine, umfassend ein Ventilgehäuse (1), an dessen Innenumfangsfläche (2) zumindest mittelbar eine Ventilhülse (3) angeordnet ist, wobei innerhalb der Ventilhülse (3) ein axial verschiebbarer Steuerkolben (4) angeordnet ist, wobei das Steuerventil einen Zuflussanschluss (P), mehrere Arbeitsanschlüsse (A, B) und einen Tankanschluss (T) aufweist, und wobei der Steuerkolben (4) dazu vorgesehen ist, einen Hydraulikmittelfluss vom Zuflussanschluss (P) zu den Arbeitsanschlüssen (A, B) zu steuern. Erfindungsgemäß ist zumindest radial zwischen der Ventilhülse (3) und dem Ventilgehäuse (1) ein Dichtungselement (5) zur fluidtechnischen Abdichtung zwischen dem Zuflussanschluss (P), den Arbeitsanschlüssen (A, B) und dem Tankanschluss (T) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für eine hydraulische Vorrichtung, insbesondere Zentralventil eines Nockenwellenverstellers für eine Brennkraftmaschine, umfassend ein Ventilgehäuse, an dessen Innenumfangsfläche zumindest mittelbar eine Ventilhülse angeordnet ist, wobei innerhalb der Ventilhülse ein axial verschiebbarer Steuerkolben angeordnet ist, wobei das Steuerventil einen Zuflussanschluss, mehrere Arbeitsanschlüsse und einen Tankanschluss aufweist, und wobei der Steuerkolben dazu vorgesehen ist, einen Hydraulikmittelfluss vom Zuflussanschluss zu den Arbeitsanschlüssen zu steuern.
Gebiet der Erfindung
Nockenwellenversteller werden in Brennkraftmaschinen zur Variation der Steuerzeiten der Brennraumventile eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Die Anpassung der Steuerzeiten an die aktuelle Last und Drehzahl senkt den Verbrauch und die Emissionen. Zu diesem Zweck sind Nockenwellenversteller in einen Antriebsstrang integriert, über welche ein Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb ausgebildet sein.
Bei einem hydraulischen Nockenwellenversteller bilden das Abtriebselement und das Antriebselement ein oder mehrere Paare gegeneinander wirkende Druckkammern aus, welche mit Hydraulikmittel beaufschlagbar sind. Das Antriebselement und das Abtriebselement sind koaxial angeordnet. Durch die Befüllung und Entleerung einzelner Druckkammern wird eine Relativbewegung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement erzeugt.
Aus der DE 10 2012 202 520 A1 geht ein Zentralventil für einen Nockenwellenversteller hervor. Das Zentralventil weist ein Gehäuse und ein innerhalb des Gehäuses angeordneten Steuerkolben auf. Ferner hat das Zentralventil einen Zuflussanschluss, mehrere Arbeitsanschlüsse und einen Tankanschluss, wobei der Steuerkolben den Hydraulikmittelfluss vom Zuflussanschluss zu den Arbeitsanschlüssen steuert. Das Gehäuse ist als Schraube mit einem Schraubenkopf, einem Schraubenschaft und einem Gewinde ausgebildet.
Des Weiteren geht auch aus der DE 10 2012 208 591 A1 ein Steuerventil für einen Nockenwellenversteller hervor. Das Steuerventil weist ein Gehäusebauteil, einen Steuerkolben und einen Sicherungsring auf, wobei der Steuerkolben einerseits von einer Feder belastet und andererseits mittels des Sicherungsringes begrenzt, verschiebbar gelagert ist. Der Sicherungsring überragt den Steuerkolben in radialer Richtung und ist in einer Ausnehmung am Gehäusebauteil in axialer Richtung fixierbar. Ferner sind zwischen dem Steuerkolben und dem Gehäusebauteil eine Steuerhülse und eine diese umgebende Kunststoffhülle vorgesehen. Der Sicherungsring ist zusätzlich zur Fixierbarkeit am Gehäusebauteil an der Kunststoffhülle und/oder an der Steuerhülse axial festlegbar, wobei die Verschiebung des Steuerkolbens gegenüber der Steuerhülse und/oder der Kunststoffhülle begrenzt ist.
Nachteilig an dem zuvor genannten Stand der Technik ist, dass es bei einem hohen hydraulischen Drücken im Steuerventil zu Leckagen, insbesondere zwischen dem Gehäusebauteil und der Kunststoffhülle kommen kann.
Aufgabenstellung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Steuerventil der zuvor genannten Art weiterzuentwickeln und insbesondere die Dichtigkeit bei hohen hydraulischen Drücken zu erhöhen, um Leckagen zu verhindern.
Erfindungsgemäße Lösung
Erfindungsgemäß ist zumindest radial zwischen der Ventilhülse und dem Ventilgehäuse ein Dichtungselement zur fluidtechnischen Abdichtung zwischen dem Zuflussanschluss, den Arbeitsanschlüssen und dem Tankanschluss angeordnet. Das Dichtungselement erstreckt sich im Wesentlichen axial zum Ventilgehäuse und dichtet insbesondere die Flächen zwischen der Ventilhülse und dem Ventilgehäuse fluidtechnisch ab. Die Ventilhülse ist vorzugsweise aus einer metallischen Steuerhülse und einer die Steuerhülse zumindest teilweise umhüllende Kunststoffhülle ausgebildet. Die Steuerhülse ist zur axialen Führung des Steuerkolbens vorgesehen, wobei die Kunststoffhülle zur Aufnahme der Ventilhülse im Ventilgehäuse vorgesehen ist. Mithin kommt die Ventilhülse mit der Kunststoffhülle an dem am Ventilgehäuse angeordnetem Dichtungselement abdichtend zur Anlage.
Vorzugsweise ist das Dichtungselement drehfest und axialfest an der Innenumfangsfläche des Ventilgehäuses angeordnet. Mithin ist das Dichtungselement im Ventilgehäuse fixiert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Dichtungselement an der Innenumfangsfläche des Ventilgehäuses geklebt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Dichtungselement an der Innenumfangsfläche des Ventilgehäuses gespritzt. Insbesondere wird das Dichtungselement spritzgusstechnisch im Gehäuse ausgebildet. Beide Ausführungsformen verhindern ein Verrutschen des Dichtungselements im Ventilgehäuse.
Besonders bevorzugt ist das Dichtungselement aus einem Elastomerwerkstoff ausgebildet. Der Elastomerwerkstoff ist dabei weicher und somit nachgiebiger als die Kunststoffhülle. Das erlaubt eine elastische Stauchung des Dichtungselements beim Aufpressen der Kunststoffhülle. Die Dichtwirkung wird dadurch erheblich erhöht.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Dichtungselement an einer Innenumfangsfläche konisch ausgebildet ist, wobei sich ein Innendurchmesser des Dichtungselements von einem ersten distalen Ende zu einem zweiten distalen Ende hin verjüngt. Mit anderen Worten ist das Dichtungselement an einer Außenumfangsfläche zylindrisch ausgebildet, wobei die Innenumfangsfläche konisch ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich über die axiale Länge des Dichtungselements eine Zunahme der Wandstärke des Dichtungselements. Vorzugsweise ist die Wandstärke des Dichtungselements an dem zweiten distalen Ende mindestens doppelt so groß wie die Wandstärke des Dichtungselements an dem ersten distalen Ende. Ferner bevorzugt beträgt die Wandstärke des Dichtungselements an dem zweiten distalen Ende höchstens das Zehnfache der Wandstärke des Dichtungselements an dem ersten distalen Ende.
Des Weiteren bevorzugt ist die Ventilhülse zumindest an einer Außenumfangsfläche konisch ausgebildet. Insbesondere ist die Außenumfangsfläche der Kunststoffhülle konisch ausgebildet. Somit ist die Außenumfangsfläche im Wesentlichen komplementär zur Innenumfangsfläche des Dichtungselements ausgebildet. Dadurch wird ein axiales Einführen der Ventilhülse in das Ventilgehäuse ermöglicht, wobei aufgrund der konischen Ausbildung des Dichtungselements und der Ventilhülse ein Beaufschlagen der Ventilhülse mit einer axialen Kraft zumindest die Dichtwirkung zwischen Ventilhülse und Dichtelement erhöht.
Ferner bevorzugt ist zumindest stirnseitig an der Ventilhülse ein Sicherungsring zur axialen Fixierung der Ventilhülse angeordnet. Durch die axiale Fixierung der Ventilhülse kann eine zuvor durch Verpressung aufgebrachte Axialkraft auf die Ventilhülse im Wesentlichen konstant gehalten werden. Des Weiteren ist es auch denkbar, dass der Sicherungsring zur Begrenzung der axialen Verschiebung des Steuerkolbens gegenüber der Steuerhülse und/oder der Kunststoffhülle vorgesehen ist. Vorzugsweise kommt der Sicherungsring in einer radial am Ventilgehäuse ausgebildeten Nut zur Anlage.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Die einzige Figur zeigt eine schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Steuerventils.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Gemäß der einzigen Figur weist das erfindungsgemäße Steuerventil, das als Zentralventil eines – hier nicht dargestellten – Nockenwellenverstellers für eine – hier nicht dargestellte – Brennkraftmaschine ausgebildet ist, ein Ventilgehäuse 1 auf, indem ein Steuerkolben 4 innerhalb einer Ventilhülse 3 angeordnet ist. Ferner ist im Ventilgehäuse 1 ein Rückschlagventil 12 mit einem scheibenförmigen Filter angeordnet, wobei das Rückschlagventil 12 axial an der Ventilhülse 3 befestigt ist.
Das Steuerventil umfasst einen Zuflussanschluss P, zwei Arbeitsanschlüsse A, B und einen Tankanschluss T. Insbesondere ist das Steuerventil dazu vorgesehen, einen Hydraulikmittelfluss vom Zuflussanschluss P zu den Arbeitsanschlüssen A, B zu steuern. An einer Innenumfangsfläche 2 des Ventilgehäuses 1 ist ein Dichtungselement 5 drehfest und axialfest angeordnet. Die Ventilhülse 3 umfasst eine Steuerhülse 3a und eine die Steuerhülse 3a zumindest teilweise umhüllende Kunststoffhülle 3b. Die Steuerhülse 3a ist zur axialen Führung des Steuerkolbens 4 vorgesehen, wobei die Kunststoffhülle 3b zur Aufnahme der Ventilhülse 3 im Ventilgehäuse 1 vorgesehen ist. Die Kunststoffhülle 3b kommt dichtend an dem Dichtungselement 5 zur Anlage. Mithin ist das Dichtungselement 5 zur fluidtechnischen Abdichtung zwischen dem Zuflussanschluss P, den Arbeitsanschlüssen A, B und dem Tankanschluss T vorgesehen.
Das Dichtungselement 5 ist aus einem Elastomerwerkstoff ausgebildet und vorzugsweise spritzgusstechnisch an der Innenumfangsfläche 2 des Ventilgehäuses 1 ausgebildet. Ferner ist das Dichtungselement 5 an einer Innenumfangsfläche 6 konisch ausgebildet, wobei sich ein Innendurchmesser des Dichtungselements 5 von einem ersten distalen Ende 7a zu einem zweiten distalen Ende 7b hin verjüngt. Die Wandstärke des Dichtungselements 5 an dem zweiten distalen Ende 7b ist dreimal so groß wie die Wandstärke des Dichtungselements 5 an dem ersten distalen Ende 7a. Ferner ist auch die Ventilhülse 3, insbesondere die Kunststoffhülle 3b der Ventilhülse 3 an einer Außenumfangsfläche 8 konisch ausgebildet. Mithin verjüngt sich die Kunststoffhülle 3b am Außendurchmesser in Richtung des Zuflussanschlusses P. Dadurch lässt sich die Ventilhülse 3 axial in das Ventilgehäuse 1 einschieben. Das zur Anlage kommen der Kunststoffhülle 3b am Dichtungselement 5 realisiert eine fluidtechnische Abdichtung zwischen dem Ventilgehäuse 1 und der Ventilhülse 3. Zur Erhöhung der Dichtwirkung zwischen dem Ventilgehäuse 1 und der Ventilhülse 3 wird die Ventilhülse 3 axial in das Ventilgehäuse 1 gepresst, wobei das Dichtungselement 5 zumindest teilweise elastisch gestaucht wird. Diese axiale Position der Ventilhülse 3 im Ventilgehäuse 1 wird durch einen Sicherungsring 9, der stirnseitig zumindest an der Ventilhülse 3 angeordnet ist, fixiert. Der Sicherungsring 9 kommt dabei in einer radial am Ventilgehäuse 1 ausgebildeten Nut 10 zur Anlage. Ferner dient der Sicherungsring 9 auch als axialer Anschlag für den Steuerkolben 4, wobei eine Druckfeder 11 den Steuerkolben 4 mit einer Axialkraft beaufschlagt, wodurch der Steuerkolben 4 gegen den Sicherungsring 9 anschlägt. Die Druckfeder 11 kommt axial zwischen der Kunststoffhülle 3b und dem Steuerkolben 4 zur Anlage. Ferner ist der Steuerkoben 4 zur fluidtechnischen Verbindung der beiden Arbeitsanschlüsse A, B mit dem Tankanschluss T hohlzylindrisch ausgebildet.
Bezugszeichenliste

1: Ventilgehäuse
2: Innenumfangsfläche
3: Ventilhülse
4: Steuerkolben
5: Dichtungselement
6: Innenumfangsfläche
7a, 7b: distales Ende
8: Außenumfangsfläche
9: Sicherungsring
10: Nut
11: Druckfeder
12: Rückschlagventil
A: Arbeitsanschluss
B: Arbeitsanschluss
P: Zuflussanschluss
T: Tankanschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012202520 A1 [0004]
DE 102012208591 A1 [0005]

Claims

Steuerventil für eine hydraulische Vorrichtung, insbesondere Zentralventil eines Nockenwellenverstellers für einen Brennkraftmaschine, umfassend ein Ventilgehäuse (1), an dessen Innenumfangsfläche (2) zumindest mittelbar eine Ventilhülse (3) angeordnet ist, wobei innerhalb der Ventilhülse (3) ein axial verschiebbarer Steuerkolben (4) angeordnet ist, wobei das Steuerventil einen Zuflussanschluss (P), mehrere Arbeitsanschlüsse (A, B) und einen Tankanschluss (T) aufweist, und wobei der Steuerkolben (4) dazu vorgesehen ist, einen Hydraulikmittelfluss vom Zuflussanschluss (P) zu den Arbeitsanschlüssen (A, B) zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest radial zwischen der Ventilhülse (3) und dem Ventilgehäuse (1) ein Dichtungselement (5) zur fluidtechnischen Abdichtung zwischen dem Zuflussanschluss (P), den Arbeitsanschlüssen (A, B) und dem Tankanschluss (T) angeordnet ist.
Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (5) drehfest und axialfest an der Innenumfangsfläche (2) des Ventilgehäuses (1) angeordnet ist.
Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (5) an der Innenumfangsfläche (2) des Ventilgehäuses (1) geklebt ist.
Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (5) an der Innenumfangsfläche (2) des Ventilgehäuses (1) gespritzt ist.
Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (5) aus einem Elastomerwerkstoff ausgebildet ist.
Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (5) an einer Innenumfangsfläche (6) konisch ausgebildet ist, wobei sich ein Innendurchmesser des Dichtungselements (5) von einem ersten distalen Ende (7a) zu einem zweiten distalen Ende (7b) hin verjüngt.
Steuerventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandstärke des Dichtungselements (5) an dem zweiten distalen Ende (7b) mindestens doppelt so groß ist wie eine Wandstärke des Dichtungselements (5) an dem ersten distalen Ende (7a).
Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhülse (3) zumindest an einer Außenumfangsfläche (8) konisch ausgebildet ist.
Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest stirnseitig an der Ventilhülse (3) ein Sicherungsring (9) zur axialen Fixierung der Ventilhülse (3) angeordnet ist.
Steuerventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsring (9) in einer radial am Ventilgehäuse (1) ausgebildeten Nut (10) zur Anlage kommt.