DE102017106938A1

DE102017106938A1 - Hydraulikventil für einen Schwenkmotorversteller einer Nockenwelle

Info

Publication number: DE102017106938A1
Application number: DE102017106938.0A
Authority: DE
Inventors: Mustafa Mudassir Mohammed; Günther Benischek; Fatih Dogan
Original assignee: Eco Holding 1 GmbH
Current assignee: Eco Holding 1 GmbH
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2018-10-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hydraulikventil für einen Schwenkmotorversteller einer Nockenwelle, umfassend ein Gehäuse (12) und einen sich entlang einer ersten Längsachse (14) des Gehäuses (12) erstreckenden Zentralöffnung (18) axial bewegbaren Kolben (16), und wobei das Gehäuse (12) Anschlussöffnungen (19, 20, 29) aufweist, die Arbeitsanschlüssen (A, B) und einem Versorgungsanschluss (P) zugeordnet sind, und wobei entsprechend einer Positionierung des Kolbens (16) die Anschlussöffnungen (19, 20, 29) geöffnet und gesperrt sind, und wobei zur Vermeidung eines unerwünschten Rückströmens von das Gehäuse (12) durchströmenden Hydraulikfluids den Arbeitsanschlüssen (A, B) und dem Versorgungsanschluss (P) Rückschlagventile (48, 50, 30) zugeordnet sind, und wobei zum Abfließen von Hydraulikfluid aus dem Gehäuse (12) das Gehäuse (12) zumindest eine dritte Anschlussöffnung (21) aufweist, die mit einem Tankanschluss (T) durchströmbar verbindbar ist.
Erfindungsgemäß weist die dritte Anschlussöffnung (21) und/oder ein durchströmbar mit der dritten Anschlussöffnung (21) verbundener Abströmkanal (104) eine freie Querschnittsfläche (58) auf, die in ihrer Größe veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydraulikventil für einen Schwenkmotorversteller einer Nockenwelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Hydraulikventile für Schwenkmotorversteller von Nockenwellen für Verbrennungsmotoren sind wohlbekannt. Das Hydraulikventil weist einen in einem Gehäuse des Hydraulikventils axial bewegbaren Kolben auf, mit dessen Hilfe eine hydraulische Beaufschlagung des Schwenkmotorverstellers geregelt wird. Es gibt Hydraulikventile unterschiedlicher Bauarten. Das Gehäuse ist in der Regel hohlzylinderartig ausgebildet. Der Kolben kann hohlzylindrisch oder massiv ausgestaltet sein. Die Regelung des Schwenkmotorverstellers erfolgt hydraulisch mit Hilfe der Positionierung des Kolbens und einer entsprechenden Freigabe bzw. einem entsprechenden Verschließen von am Gehäuse ausgebildeten Anschlüssen.
Im Gehäuse sind Rückschlagventile vorgesehen, die eine Durchströmung der Arbeitsanschlüsse und des Versorgungsanschlusses, über den das Hydraulikfluid in das Hydraulikventil einströmt, in eine Richtung blockieren. Mittels dieser Rückschlagventile werden Nockenwellenwechselmomente genutzt, um den Schwenkmotorversteller besonders schnell und/oder mit einem relativ geringen Öldruck verstellen zu können. Zum Abfließen von Hydraulikfluid ist ein Tankanschluss mit einer durchströmbaren Anschlussöffnung vorgesehen. Die Anschlussöffnung weist eine durchströmbare, konstante freie Querschnittsfläche auf.
Ein entsprechendes Hydraulikventil des Standes der Technik kann bspw. der Patentschrift EP 2 375 014 B1 oder der Offenlegungsschrift DE 10 2013 014 573 A1 entnommen werden.
Da die durchströmbare freie Querschnittsfläche, welche in der dem Tankanschluss zugeordneten Anschlussöffnung oder in einem dieser Anschlussöffnung zugehörigen Anschlusskanal ausgebildet ist, konstant ist, bedeutet dies, dass die Anschlussöffnung in jedem Betriebspunkt eines Betriebs des Hydraulikventils geöffnet ist. Der Nachteil ist, dass bei einer relativ großen freien Querschnittsfläche ein Tankstrom des Hydraulikfluids bei höheren Drücken des im Hydraulikventil vorliegenden Hydraulikfluids, bzw. größeren anliegenden Nockenwellenmomenten, vergleichbar mit einer kleineren freien Querschnittsfläche ansteigt. Liegt jedoch eine kleinere freie Querschnittsfläche vor, so führt dies zu unzufriedenstellenden Verstellgeschwindigkeiten des Hydraulikventils bei kleineren Drücken, bzw. bei kleineren Nockenwellenmomenten.
Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Hydraulikventil mit einer optimierten Leistung bzw. einer optimierten Querschnittfläche anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Hydraulikventil eines Schwenkmotorverstellers für eine Nockenwelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Hydraulikventil für einen Schwenkmotorversteller einer Nockenwelle umfasst ein Gehäuse und einen sich entlang einer ersten Längsachse des Gehäuses erstreckenden Zentralöffnung axial bewegbaren Kolben. Das Gehäuse weist Anschlussöffnungen auf, die Arbeitsanschlüssen und einem Versorgungsanschluss zugeordnet sind. Entsprechend einer Positionierung des Kolbens sind die Anschlussöffnungen geöffnet und gesperrt. Zur Vermeidung eines unerwünschten Rückströmens von das Gehäuse durchströmenden Hydraulikfluids sind den Arbeitsanschlüssen und dem Versorgungsanschluss Rückschlagventile zugeordnet. Zum Abfließen von Hydraulikfluid aus dem Gehäuse weist das Gehäuse zumindest eine dritte Anschlussöffnung auf, die mit einem Tankanschluss durchströmbar verbindbar ist. Erfindungsgemäß weist die dritte Anschlussöffnung und/oder ein durchströmbar mit der dritten Anschlussöffnung verbundener Abströmkanal eine freie Querschnittsfläche auf, die in ihrer Größe veränderbar ist.
Der Vorteil ist darin zu sehen, dass bei höheren Drücken bzw. höheren Nockenwellenmomenten eine kleinere Querschnittsfläche und bei niedrigeren Drücken bzw. niedrigeren Nockenwellenmomenten eine größere Querschnittsfläche für den Tankstrom zur Verfügung steht.
Durch die variable Einstellung wird der optimierte Tankfluss für alle Kombinationen eingestellt und somit eine optimierte Funktion des Hydraulikventils gewährleistet. Es besteht die Möglichkeit, die Querschnittsfläche vollständig zu schließen. Somit kann der Tankstrom, welcher durch den Tankanschluss abgeführt wird, zur Herbeiführung einer schnellen Verstellung des Schwenkmotorverstellers bspw. bei hohen Nockenwellenmomenten zur Befüllung von Kammern des Schwenkmotorverstellers bei einem Schließen der freien Querschnittsfläche genutzt werden. Die Größenveränderung kann bspw. mit Hilfe von elastischen Wänden der dritten Anschlussöffnung herbeigeführt werden, die je nach Bedarf über ein Regelelement druckbeaufschlagt werden.
In einer kostengünstigen Bereitstellung des erfindungsgemäßen Hydraulikventils ist die freie Querschnittsfläche mit Hilfe eines Schließelementes verschließbar. Das Schließelement kann einer variablen Blende gemäß ausgeführt sein und kann über das Regelelement eingestellt werden. Der Einsatz eines Schließelementes zur Veränderung der Größe des freien Querschnitts beinhaltet eine gesicherte und regelbare Veränderung der Größe, insbesondere ein gesichertes Öffnen oder Schließen.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hydraulikventils ist die Größenänderung der freien Querschnittsfläche selbstregelnd herbeigeführt. Das heißt mit anderen Worten, dass ein Regelelement zur Einstellung und Positionierung des Schließelementes nicht benötigt wird, da die Größenveränderung der freien Querschnittsfläche bspw. mit einem Rückschlagventil, welches selbstregelnd ausgebildet ist, herbeigeführt wird.
Zur Selbstregelung ist es vorteilhaft das Schließen oder Öffnen der freien Querschnittsfläche mit Hilfe des Schließelements in Abhängigkeit eines in der Zentralöffnung anliegenden Druckes des Hydraulikfluids auszuführen.
Da hohe Nockenwellenmomente mit einem hohen Druck des Hydraulikfluids in einem Hydraulikkreislauf des Schwenkmotorverstellers verbunden sind, ist es vorteilhaft das Schließen der freien Querschnittsfläche mit Hilfe des Schließelementes herbeizuführen, sofern das in der Zentralöffnung bzw. im Bereich der dritten Anschlussöffnung vorliegende Hydraulikfluid den Wert eines festgelegten Grenzdrucks übersteigt. Somit sichergestellt, dass bei einem bestimmten Wert des Druckes des Hydraulikfluids in der Zentralöffnung bzw. im Bereich der dritten Anschlussöffnung die freie Querschnittsfläche geschlossen ist.
Zum sicheren Öffnen und Schließen der freien Querschnittsfläche ist es vorteilhaft, das Schließelement mit einem Vorspannelementes zu belasten. Das heißt mit anderen Worten, dass das Schließelement mittelbar oder unmittelbar mit dem Vorspannelement verbunden ist. Das Vorspannelement besitzt den Vorteil, dass es auf einfache Weise bspw. zur Offenhaltung der freien Querschnittsfläche, wie es bei niedrigen Drücken und/oder niedrigen Nockenwellenmomenten gewünscht ist, notwendige Kraft auf das Schließelement ausüben kann. Ebenso kann es zur Ausübung seiner Vorspannkraft auf das Schließelement zum Schließen der freien Querschnittsfläche eingesetzt werden. Dies ist abhängig davon, aus welcher Richtung das Schließelement belastet werden soll. Vorteilhaft kann in einer kostengünstigen Form das Vorspannelement als Federelement, insbesondere als Spiralfeder ausgebildet sein.
In einer montagefreundlichen und somit kostengünstigen Herstellung ist das Schließelement als Rückschlagventil ausgeführt, im Weiteren als Tankrückschlagventil bezeichnet, und ist als Einbauteil ausgebildet. Das heißt mit anderen Worten, dass das Tankrückschlagventil in Kassettenbauweise ausgeführt ist. Es weist ein Gehäuse, bevorzugt eine Hülse auf, die das Schließelement und das Vorspannelement aufnimmt. Diese sind grundsätzlich filigran ausgeführt und würden bei einer Einzelmontage bzw. Einführung der einzelnen Elemente in das Gehäuse zu hohen Montagekosten führen. Sofern das Tankrückschlagventil als Einbauteil ausgebildet ist, kann es bspw. mit Hilfe einer Presspassung in dem Gehäuse oder am Kolben angeordnet werden.
Sofern das Tankrückschlagventil ringförmig ausgebildet ist, kann es in einem Hydraulikventil, dessen Tankanschluss an einem Umfang des Gehäuses ausgebildet ist, eingesetzt werden. Eine zylinderförmige Ausführung des Tankrückschlagventils ist bei einem Tankanschluss zu bevorzugen, der an einer Stirnseite des Hydraulikventils vorliegt.
Vorteilhaft kann mit einem scheibenförmig ausgebildeten Schließelement des Tankrückschlagventils eine große freie Querschnittsfläche sicher geschlossen werden, wobei insbesondere bei geringem Platzangebot ein kugelförmig ausgeführtes Schließelement vorteilhaft ist, da mit Hilfe des kugelförmigen Schließelementes kleine freie Querschnittsflächen sicher zu schließen sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist es möglich, dass die Elemente nicht in allen Figuren mit ihrem Bezugszeichen versehen sind, ohne jedoch ihre Zuordnung zu verlieren. Es zeigen:

1 in einem Längsschnitt ein erfindungsgemäßes Hydraulikventil für einen Schwenkmotorversteller einer Nockenwelle in einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem Tankrückschlagventil in einer ersten Position,
1a in einem Ausschnitt IA das Tankrückschlagventil gem. 1,
2 in einem Längsschnitt das Hydraulikventil gem. 1 mit dem Tankrückschlagventil in einer zweiten Position,
3 in einem Längsschnitt das erfindungsgemäße Hydraulikventil in dem zweiten Ausführungsbeispiel mit einem Tankrückschlagventil in der ersten Position,
4 in einem Längsschnitt das erfindungsgemäße Hydraulikventil gem. 3 mit dem Tankrückschlagventil in der zweiten Position,
5 in einem Längsschnitt das erfindungsgemäße Hydraulikventil in einem dritten Ausführungsbeispiel mit dem Tankrückschlagventil in der ersten Position,
5A in einem Ausschnitt VA das Tankrückschlagventil gem. 5,
6 in einem Längsschnitt das erfindungsgemäße Hydraulikventil gem. 5 mit dem Tankrückschlagventil in der zweiten Position,
7 in einem Längsschnitt das erfindungsgemäße Hydraulikventil in einem vierten Ausführungsbeispiel mit dem Tankrückschlagventil in der ersten Position,
8 in einem Längsschnitt das erfindungsgemäße Hydraulikventil gem. 7 mit dem Tankrückschlagventil in der zweiten Position,
9 in einem Längsschnitt das erfindungsgemäße Hydraulikventil in einem fünften Ausführungsbeispiel mit dem Tankrückschlagventil in der ersten Position,
10 in einem Längsschnitt das erfindungsgemäße Hydraulikventil gem. 9 mit dem Tankrückschlagventil in der zweiten Position,
11 in einem Längsschnitt das erfindungsgemäße Hydraulikventil in einem sechsten Ausführungsbeispiel mit dem Tankrückschlagventil in der ersten Position, und
12 in einem Längsschnitt das erfindungsgemäße Hydraulikventil gem. 11 mit dem Tankrückschlagventil in der zweiten Position.

Ein erfindungsgemäßes Hydraulikventil 10 für einen nicht näher dargestellten Schwenkmotorversteller einer nicht näher dargestellten Nockenwelle ist in einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1, in der es in einem Längschnitt dargestellt ist, ausgebildet. Das Hydraulikventil 10 ist zur Aufnahme in einem nicht näher dargestellten Rotor des Schwenkmotorherstellers als Zentralventil ausgeführt. D.h. mit anderen Worten, dass das Hydraulikventil 10 in einer zentralen Öffnung des Schwenkmotorverstellers von diesem zumindest teilweise umfassend aufgenommen ist.
Das Hydraulikventil 10 weist ein Gehäuse 12 auf, welches durchströmbar ausgebildet ist. Zur hydraulischen Versorgung des Schwenkmotorverstellers sind mehrere Anschlüsse A, B, P, T am Gehäuse 12 vorgesehen. Im Gehäuse 12 ist ein entlang einer ersten Längsachse 14 des Hydraulikventils 10 axial bewegbarer Kolben 16 in einer Zentralöffnung 18 des Gehäuses 12 aufgenommen. Das Gehäuse 12 ist überwiegend rohrformartig ausgeführt.
Der Schwenkmotorversteller erlaubt während des Betriebes eines nicht näher dargestellten Verbrennungsmotors eine Änderung von Öffnungs- und Schließzeiten von Gaswechselventilen des Verbrennungsmotors herbeizuführen. Hierzu wird mit Hilfe des Schwenkmotorverstellers eine relative Winkellage einer nicht näher dargestellten Nockenwelle des Verbrennungsmotors gegenüber einer nicht näher dargestellten Kurbelwelle des Verbrennungsmotors stufenlos verändert, wobei die Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle verdreht wird. Durch Verdrehen der Nockenwelle werden die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile so verschoben, dass der Verbrennungsmotor bei der jeweiligen Drehzahl seine optimale Leistung erbringen kann.
Ein nicht näher dargestellter Stator des Schwenkmotorverstellers ist drehfest mit einem nicht näher dargestellten Antriebsrad der Nockenwelle verbunden. An Innenseiten eines Statorgrundkörpers sind sich radial nach innen erstreckende Stege in regelmäßigen Abständen ausgebildet, derart, dass zwischen jeweils zwei benachbarten Stegen ein Zwischenraum gebildet ist. In den Zwischenraum hineinragend ist ein nicht näher dargestellter Flügel einer nicht näher dargestellten Rotornabe des Rotors angeordnet. Der Anzahl der Zwischenräume entsprechend weist die Rotornabe eine Anzahl von Flügel auf. Somit ist mit Hilfe der Flügel jeder Zwischenraum in zwei Druckkammern teilbar. In diese Teilräume wird ein Druckmedium, im Allgemeinen ein Hydraulikfluid, mit Hilfe des Hydraulikventils 10 gesteuert eingebracht.
Jedem Arbeitsanschluss A, B ist eine Druckkammer des Schwenkmotorverstellers zugeordnet. So ist dem ersten Arbeitsanschluss A die erste Druckkammer und dem zweiten Arbeitsanschluss B die zweite Druckkammer zugeordnet. Um die Winkellage zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle zu verändern, wird das Druckmedium in der ersten Druckkammer oder in der zweiten Druckkammer unter Druck gesetzt, während die zweite Druckkammer bzw. die erste Druckkammer entlastet wird. Die Entlastung erfolgt über den Tankanschluss T, wobei über diesen Tankanschluss T das Hydraulikfluid abfließen kann. Zur Durchströmung der Arbeitsanschlüsse A, B weist das Gehäuse 12 eine erste Anschlussöffnung 19 bzw. eine zweite Anschlussöffnung 20 auf. Eine dritte Anschlussöffnung 21 dient einer Durchströmung des Tankanschlusses T.
Der Kolben 16 ist hohlzylinderförmig ausgebildet und weist eine erste Durchströmöffnung 22, eine zweite Durchströmöffnung 24 und eine dritte Durchströmöffnung 26 auf. Jede Durchströmöffnung 22, 24, 26 ist den Kolben 16 vollständig durchdringend ausgeführt, so dass ausgehend von einem Innenraum 28 des Kolbens 16 das Hydraulikfluid über die Durchströmöffnungen 22, 24, 26 in die Anschlussöffnungen 19, 20, 21 und von dort in die Arbeitsanschlüsse A, B und den Tankanschluss T strömen kann.
Zur Durchströmung des Versorgungsanschlusses P weist das Gehäuse 12 eine vierte Anschlussöffnung 29 auf. Ein Rückströmen des Fluids in den Versorgungsanschluss P ist durch ein erstes Rückschlagventil 30 unterbunden, welches im Bereich eines ersten Endes 32 des Gehäuses 12, im Innenraum 28 die vierte Anschlussöffnung 29 freigebend oder schließend, angeordnet ist.
Zur gesicherten Bewegung des Kolbens 16 weist dieser an seinem ersten Kolbenende 34 ein erstes Vorspannelement 36 auf, welches am ersten Ende 32 mit Hilfe eines ringförmigen Halteelementes 38 gesichert ist. Das erste Vorspannelement 36 in Form einer Spiralfeder stellt sicher, dass der Kolben 16 nicht willkürlich in der Zentralöffnung 18 bewegbar ist. An seinem vom ersten Kolbenende 34 abgewandt ausgebildeten zweiten Kolbenende 40 ist der Kolben16 mit Hilfe eines ringförmigen Arretierelementes 42 gegen ein Überschreiten seiner maximal zulässigen axialen Position in Richtung eines zweiten Endes 44 des Gehäuses 12, welches vom ersten Ende 32 abgewandt ausgebildet ist, gesichert.
Der Kolben 16 steht an seinem vom zweiten Kolbenende 40 in Wirkverbindung mit einem nicht näher dargestellten Aktuator. Am zweiten Kolbenende 40 ist ein Kolbendeckel 46 positioniert, welcher den Innenraum 28 gegen einen Austritt des Fluids verschließt.
Die erste Durchströmöffnung 22 und die zweite Durchströmöffnung 24 sind gegen ein Rückströmen von Hydraulikfluid aus dem Innenraum 28 in die Durchströmöffnungen 22, 24 mit Hilfe zweier Rückschlagventile 48, 50 des Kolbens 16, einem zweiten Rückschlagventil 48, welches der ersten Durchströmöffnung 22 zugeordnet ist und einem dritten Rückschlagventil 50, welches der zweiten Durchströmöffnung zugeordnet ist, gesichert. Die beiden Rückschlagventile 48, 50 sind wie auch das erste Rückschlagventil 30 bandförmig ausgebildet und mit Hilfe eines Abstandhalters 52 axial gesichert.
Die bandförmigen Rückschlagsventile 30, 48, 50 sind besonders geeignet. Das Band ist zu einem Ring geformt. Durch die Selbsthaltung des Bandes öffnen die Rückschlagsventile 30, 48, 50 in die eine Richtung und schließen in die andere Richtung. Sämtliche Querverbindungen, die Anschlussöffnungen 19, 20, 21, die Durchströmöffnungen 22, 24, 26, der Innenraum 28 und die Zentralöffnung 18 innerhalb des Hydraulikventils 10 werden in Form von Querbohrungen und Ausnehmungen im Gehäuse 12 und in dem Kolben 16 realisiert.
Das erste Rückschlagsventil 30 ist als Schutzventil einer nicht näher dargestellten Pumpe ausgestaltet. Zum Schutz für die Pumpe werden ein oder mitunter auch zwei Rückschlagsventile in umgekehrter Richtung, sozusagen gegensperrlich, in das Gehäuse 12 eingebracht. Somit kann immer nur eines der beiden zum Pärchen zusammengefassten Rückschlagsventile öffnen. Das zweite Rückschlagsventil 48 so angeordnet, dass Druckspitzen des ersten Arbeitsanschlusses A durch das Rückschlagsventil 48 durchgeleitet werden. Unterdessen ist das dritte Rückschlagsventil 50 so angeordnet, dass Druckspitzen des zweiten Arbeitsanschlusses B über dieses Rückschlagsventil 50 durchgeleitet werden können. Das Hydraulikventil 10 kann im Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine oder auch im Nockenwellenversteller selber eingebaut werden.
Im Betrieb des Hydraulikventils 10 liegen unterschiedliche Drücke, hervorgerufen durch Schwell- und Wechselmomente im Hydraulikkreislauf des Nockenwellenstellers im Hydraulikventil 10 an. Wechselmomente zeichnen sich gegenüber so genannten Schwellmomenten dadurch aus, dass sie deutlich größere Werte aufweisen. Zur Herbeiführung eines schnellen Wechsels der Steuerzeiten der Gaswechselventile wird bevorzugt das Hydraulikfluid in Abhängigkeit der Position des Kolbens 16 von einem Arbeitsanschluss A; B in den anderen Arbeitsanschluss B; A umgeleitet. Dabei ist es zielführend, die dritte Anschlussöffnung 21 zu sperren, damit das im Hydraulikkreislauf des Nockenwellerstellers vorliegende Hydraulikfluid zur schnellen Verstellung genutzt werden kann. Damit jedoch andererseits bei niedrigen Drücken bzw. niedrigen Momenten im Hydraulikkreislauf Hydraulikfluid schnell abfließen kann, ist erfindungsgemäß in der dritten Anschlussöffnung 21 ein steuerbares viertes Rückschlagventil 54, im Weiteren als Tankrückschlagventil bezeichnet, angeordnet.
Das Tankrückschlagventil 54 öffnet die dritte Anschlussöffnung 21 bei niedrigen Drücken und hält sie bei hohen Drücken geschlossen. Es wird mit Hilfe des im Gehäuse 12 - insbesondere im Bereich der dritten Anschlussöffnung 21 anliegenden Druckes gesteuert. Ebenso könnte es auch elektronisch gesteuert werden, wobei durch die so genannte selbstregelnde Weise des Tankrückschlagventils 54 das Hydraulikventil 10 kostengünstig herzustellen ist.
Im ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hydraulikventils 10 ist das Tankrückschlagventil 54, in Form eines vorgespannten Rückschlagventils ausgebildet. Ein Schließelement 56 des Tankrückschlagventils 54, welches zum Verschließen einer freien Querschnittsfläche 58 der dritten Anschlussöffnung 21 ausgebildet ist, wird mit Hilfe eines zweiten Vorspannelementes 60 gehalten. In 1 ist das Tankrückschlagventil 54 in einer ersten Position, in der die freie Querschnittsfläche 58 geöffnet ist, illustriert.
Das zweite Vorspannelement 60, welches in diesem ersten Ausführungsbeispiel beispielhaft in Form eines Federelements - insbesondere einer Spiralfeder - ausgebildet ist, weist eine Vorspannkraft F_Vor auf. Die Ausführung des zweiten Vorspannelementes 60 ist nicht auf eine Ausführung als Spiralfeder begrenzt. Es können andere gleichwertige Elemente bzw. Federelemente zum Einsatz kommen. Die Vorspannkraft F_Vor wirkt auf das Schließelement 56 derart, dass sie das Schließelement 56 von seinem Elementsitz 82, welcher in diesem Ausführungsbeispiel mit Hilfe einer in der dritten Anschlussöffnung 21 aufgenommenen Hülse 62 ausgebildet ist, wegdrückt. Das bedeutet mit anderen Worten, dass, da die Zentralöffnung 18 vollständig mit Hydraulikfluid befüllt ist, welches einen Druck p_Fluid aufweist, die aus dem Druck p_Fluid auf das Schließelement 56 wirkende Fluidkraft F_Fluid kleiner ist als eine aus der Vorspannkraft F_Vor und einer Gewichtskraft F_G des Schließelementes 56 resultierenden Kraft. In diesem Zustand ist die freie Querschnittsfläche 58 geöffnet.
Das Tankrückschlagventil 54 ist selbstregelnd ausgebildet. Das bedeutet, dass der Druck p_Fluid des Hydraulikfluids in der Zentralöffnung 18 und insbesondere vor dem Tankrückschlagventil 54 in der ersten Position des Tankrückschlagventils 54 kleiner ist als ein festgelegter Grenzdruck p_Grenz des Hydraulikfluids in der Zentralöffnung 18. Der festgelegte Grenzdruck p_Grenz ist in Abhängigkeit von in der Zentralöffnung 18 bzw. im Bereich der dritten Anschlussöffnung 21 (vordem Tankrückschlagventil 54) anliegenden Drücken und dem Erfordernis einer geöffneten dritten Anschlussöffnung 21 oder einer geschlossenen dritten Anschlussöffnung 21 zu bestimmen. Das heißt mit anderen Worten, dass der Grenzdruck p_Grenz der Druck des Hydraulikfluids ist, bei dem das Tankrückschlagventil 54 schließt oder öffnet. Des Weiteren bedeutet dies, dass das zweite Vorspannelement 60 und das Schließelement 56 in Abhängigkeit des festgelegten Grenzdruckes p_Grenz ausgebildet werden müssen.
Das zweite Vorspannelement 60, welches mit dem Schließelement 56 fest verbunden ist, ist bei Drücken p_Fluid in der Zentralöffnung 18, die kleiner sind als der festgelegte Grenzdruck p_Grenz zumindest teilweise, möglicherweise auch vollständig entspannt, so dass das Schließelement 56 von der freien Querschnittsfläche 58 beabstandet positioniert ist und diese frei gibt. Damit kann die dritte Anschlussöffnung 21 durchströmt werden und Hydraulikfluid kann aus dem Innenraum 28 und/oder der Zentralöffnung 18 in den Tankanschluss T strömen.
Es ist vorgeschlagen, dass das Tankrückschlagventil 54 als Einsatzbauteil ausgeführt ist. Das heißt, dass das zweite Vorspannelement 60 bspw. in der hohlzylindrischen Hülse 62, wie es hier dargestellt ist, fest verankert ist und das Schließelement 56 die Hülse 62 an ihrem der Zentralöffnung 18 zugewandt ausgebildeten ersten Hülsenende 88 angeordnet ist. Selbstredend weist die Hülse 62 eine zur dritten Anschlussöffnung 21 komplementär ausgeführte Mantelfläche 64 auf.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist das Tankrückschlagventil 54 des ersten Ausführungsbeispiels in 1a vergrößert illustriert. Zur Sicherung des Schließelementes 60 in der Hülse 62 weist das Schließelement 60 im Bereich seines zweiten Elementendes 80, welches vom ersten Elementende 78 abgewandt ausgebildet ist, ein Anschlagselement 84 auf, mit dessen Hilfe es an der Hülse 62 in seiner axialen Bewegung in Richtung des Kolbens 16 begrenzt ist. Damit die Hülse 62 durchströmbar ist, weist sie an ihrem dem ersten Elementende 78 zugewandt ausgebildeten ersten Hülsenende 88 eine perforierte, und somit durchströmbare Scheibe 90 auf. Somit ist das Schließelement 56 an der Hülse 62 gesichert und die Hülse 62 durchströmbar.
In 2 ist das erfindungsgemäße Hydraulikventil 10 mit dem die dritte Anschlussöffnung 21 schließenden Tankrückschlagventil 54 in einer zweiten Position, in der die freie Querschnittsfläche 58 geschlossen ist, dargestellt. Das heißt, dass der Druck p_Fluid in der Zentralöffnung 18 bzw. vor dem Tankrückschlagventil 54 so groß ist, dass das Schließelement 56 an seinen Elementsitz 82 gedrückt wird und die freie Querschnittsfläche 58 verschließt.
In der 3 ist das erfindungsgemäße Hydraulikventil 10 in einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Schließelement 56 ist bewegbar am Gehäuse 12 aufgenommen, eine Schwenkbewegung um seine im Gehäuse 12 ausgebildete Aufnahmestelle 65 ausführbar. Beispielhaft ist das Schließelement 56 in einer Nut 66 aufgenommen, wobei es an seinem der Nut 66 zugewandt ausgebildeten Ende angefast und in die Nut 66 eingepresst ist, wodurch eine fixierte Verbindung zwischen dem Schließelement 56 und dem Gehäuse 12 hergestellt ist.
Das Schließelement 56 ist hülsenförmig ausgebildet und weist an seiner der dritten Anschlussöffnung 21 zugewandt ausgebildeten ersten Elementfläche 68 ein Kompensationselement 70 zur Druckkompensation auf. Das heißt mit anderen Worten, dass das Kompensationselement 70 in Abhängigkeit des Grenzdruckes p_Grenz ausgebildet ist. Sofern der Grenzdruck p_Grenz in der Zentralöffnung 18 kleiner ist als eine dem Schließelement 56 inhärente Kraft, welche bestimmbar ist aus der Gewichtskraft F_G des Schließelementes 56 sowie des in Abhängigkeit des Kompensationselementes 70 resultierenden Momentes, ist die dritte Anschlussöffnung 21 geöffnet. Sobald der Druck p_Fluid in der Zentralöffnung 18 ansteigt und eine Größe erreicht, welche das Schließelement 56 gegen das Gehäuse 12 an seinen Elementsitz 82 drückt, wie es in 4 illustriert positioniert ist, ist die dritte Anschlussöffnung 21 geschlossen.
Das erfindungsgemäße Hydraulikventil 10 weist in einem dritten Ausführungsbeispiel das im Kolben 16 positioniertes Tankrückschlagventil 54 auf, wie es in den 5 und 6 dargestellt ist. Dabei ist zwischen dem Gehäuse 12 und dem Kolben 16 ein Abströmkanal 104 ausgebildet, der mit der dritten Anschlussöffnung 21 durchströmbar verbunden ist.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist das Tankrückschlagventil 54 des dritten Ausführungsbeispiels vergrößert in 5A dargestellt. Das Schließelement 56 des Tankrückschlagventils 54 des dritten Ausführungsbeispiels ist kugelförmig ausgeführt. Es ist mit Hilfe des zweiten Vorspannelementes 60 die freie Querschnittsfläche 58 aufgrund der Vorspannkraft F_Vor des zweiten Vorspannelementes 60 freigebend, wie in 5, bzw. 5A illustriert ist. Das zweite Vorspannelement 60 übt auf das Schließelement 56 eine größere Kraft auf als das Hydraulikfluid, wodurch das Schließelement 56 an ein dem Kolben 16 zugewandt ausgebildetes erste Hülsenende 88 gedrückt wird. Weist das Hydraulikfluid einen Druck p_Fluid mit einem Wert auf, der gleich oder größer dem Wert des Grenzdruckes p_Grenz ist, wird das Schließelement 56 gegen das zweite Vorspannelement 60 gedrückt und verschließt die freie Querschnittsfläche 58, wie es in 6 dargestellt ist.
In den 7 bis 12 ist das erfindungsgemäße Hydraulikventil 10 in Form eines so genannten Fastphasers ausgeführt. Das heißt mit anderen Worten, dass das Gehäuse 12 zur beschleunigten Befüllung bzw. Entleerung der Kammern zwei weitere Anschlussöffnungen 72, 74 aufweist, wobei die fünfte Anschlussöffnung 72 dem ersten Arbeitsanschluss A und die sechste Anschlussöffnung 74 dem zweiten Arbeitsanschluss B zugeordnet ist.
Der Kolben 16 weist anstelle von durchströmbaren Durchströmöffnungen ringförmige Steuernuten auf, eine erste Steuernut 92, die dem ersten Arbeitsanschluss A zugeordnet ist, eine zweite Steuernut 94, die dem zweiten Arbeitsanschluss B zugeordnet ist und eine dritte Steuernut 96, die dem Versorgungsanschluss P zugeordnet ist.
Die Rückschlagventile 30, 48, 50 sind den Kolben16 umfassend, die Anschlussöffnungen 19, 20, 29 der beiden Arbeitsanschlüsse A, B sowie des Versorgungsanschlusses P schließend oder öffnend in der Zentralöffnung 18 aufgenommen. Die Beaufschlagung der Arbeitsanschlüsse A, B erfolgt nicht, wie bei dem Hydraulikventil 10 der zuvor erläuterten Ausführungsbeispiele, über einen Innenraum 28 des Kolbens 16, da der Kolben 16 des vierten, des fünften und des sechsten Ausführungsbeispiels undurchströmbar ist. Das Hydraulikfluid wird mit Hilfe der Steuernuten 92, 94, 96 über eine Außenfläche 98 des Kolbens 16 geleitet. Auf eine nähere Erläuterung der Durchströmung und Regelung soll hier nicht eingegangen werden, da dies bspw. der Patentschrift EP 2 375 014 B1 entnommen werden kann.
Der Versorgungsanschluss P ist zwischen dem ersten Arbeitsanschluss A und dem zweiten Arbeitsanschluss B angeordnet, wobei die vierte Anschlussöffnung 29 zwischen der ersten Anschlussöffnung 19 und der zweiten Anschlussöffnung 20 positioniert ist. Die dritte Anschlussöffnung 21, welche dem Tankanschluss T zugeordnet ist, befindet sich an einer Stirnseite des Gehäuses 12, am ersten Ende 32. Das Tankrückschlagventil 54 ist zwischen der Stirnseite 32 und dem ersten Vorspannelement 36 in einem koaxial mit der Zentralöffnung 18 im Gehäuse 12 ausgebildeten Austrittskanal 76 platziert. Die Zentralöffnung 18 ist mit dem Austrittskanal 76 durchströmbar ausgebildet, so dass aus der Zentralöffnung 18 Hydraulikfluid in den Tankanschluss T strömen kann. Zur regelbaren Beaufschlagung des Tankanschlusses T ist das Tankrückschlagventil 54 ausgebildet, wobei im vierten Ausführungsbeispiel, wie es in den 7 und 8 illustriert ist, das Schließelement 56 koaxial mit dem Austrittskanal 76 angeordnet ist.
Das Tankrückschlagventil 54 des vierten Ausführungsbeispiels ist prinzipiell ähnlich dem Tankrückschlagventil 54 des ersten Ausführungsbeispiels ausgestaltet. Das Schließelement 56 ist mit Hilfe des zweiten Vorspannelementes 60 in der Hülse 62 axial bewegbar aufgenommen. Das Schließelement 56 ist stempelartig ausgeführt, wobei es an seinem dem Kolben 16 zugewandt ausgebildeten ersten Elementende 78 die freie Querschnittsfläche 58 mit Hilfe seiner ersten Elementfläche 68 vollständig schließbar ausgebildet ist.
Sofern die mit Hilfe des Druckes p_Fluid des Hydraulikfluids auf sein erstes Elementende 78 wirkende Kraft kleiner ist als die Vorspannkraft F_Vor des zweiten Vorspannelementes 60 ist die freie Querschnittsfläche 56 geöffnet, da das zweite Vorspannelement 60 mit seiner Vorspannkraft F_Vor das Schließelement 56 von seinem an der Hülse 62 ausgebildeten Elementsitz 82 weg, d.h. in Richtung des Kolbens 16, drückt. Sobald der Druck p_Fluid einen Wert aufweist, der größer ist als der Wert des Grenzdruckes p_Grenz, wird das Schließelement 56 an seinen Elementsitz 82 gedrückt und die freie Querschnittsfläche 58 ist geschlossen. Somit kann kein Hydraulikfluid in den Tankanschluss T strömen.
Zur Sicherung des Schließelementes 56 in der Hülse 62 weist das Schließelement 56 an seinem zweiten Elementende 80, welches vom ersten Elementende 78 abgewandt ausgebildet ist, das Anschlagselement 84 auf, mit dessen Hilfe es an der Hülse 62 in seiner axialen Bewegung in Richtung des Kolbens 16 begrenzt ist. Damit die Hülse 62 durchströmbar ist, weist sie an ihrem, das zweiten Elementende 80 aufnehmenden zweiten Hülsenende 102 eine perforierte, und somit durchströmbare Scheibe 90 auf.
Das Tankrückschlagventil 54 des vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hydraulikventils 10 ist zylindrisch geformt, wobei die Mantelfläche 64 der Hülse 62 komplementär zu einer Kanalfläche 100 des Austrittskanals 76 ausgebildet ist. Das Tankrückschlagventil 54 ist mit Hilfe einer Presspassung im Austrittskanal 76 fixiert.
In 8 ist das erfindungsgemäße Hydraulikventil 10 des vierten Ausführungsbeispiels mit dem Tankrückschlagventil 54 in die freie Querschnittsfläche 58 schließende, zweiten Position dargestellt. Die freie Querschnittsfläche 58 ist geschlossen, da der auf das Schließelement 60 wirkende Druck p_Fluid größer ist als der Grenzdruck p_Grenz.
In den 9 und 10 ist das erfindungsgemäße Hydraulikventil 10 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel illustriert. Es ist prinzipiell dem Tankrückschlagventil 54 des zweiten Ausführungsbeispiels ähnlich ausgestaltet.
Das Schließelement 56 ist schwenkbar an der Aufnahmestelle 65, welche in diesem Ausführungsbeispiel an der durchströmbaren Hülse 62, die zur Aufnahme des Schließelementes 56 ausgebildet ist, gelagert.
Sofern der Druck p_Fluid auf eine von der ersten Elementfläche 68 abgewandt ausgebildeten zweiten Elementfläche 86 des Schließelements 56 kleiner ist als ein mit Hilfe der Vorspannkraft F_Vor erwirkter Druck des zweiten Vorspannelementes 60 auf die erste Elementfläche 68, ist die freie Querschnittsfläche 58 durchströmbar. Sofern der Druck p_Fluid auf die erste Elementfläche 68 einen Wert aufweist, der größer dem Wert des Grenzdrucks p_Grenz ist, wird das Schließelement 56 gegen seinen in der Hülse 62 ausgebildeten Elementsitz 82 gedrückt und die freie Querschnittsfläche 58 ist geschlossen, wie es in 10 dargestellt ist.
In einem sechsten Ausführungsbeispiel gemäß der 11 und 12 ist das Tankrückschlagventil 54 prinzipiell dem Tankrückschlagventil 54 des dritten Ausführungsbeispiels ähnlich ausgestaltet. Das Schließelement 56 ist ebenfalls kugelförmig ausgeführt und ist mit Hilfe des zweiten Vorspannelementes 60 die freie Querschnittsfläche 58 aufgrund der Vorspannkraft F_Vor des zweiten Vorspannelementes 60 freigebend, wie in 11 illustriert ist.
Die freie Querschnittsfläche 58 ist, wie auch im dritten Ausführungsbeispiel, in der Hülse 62 ausgebildet, die das Schließelement 56 bewegbar aufnehmend ausgeführt ist. Das zweite Vorspannelement 60 übt auf das Schließelement 56 eine größere Kraft auf als das Hydraulikfluid, wodurch das Schließelement 56 an das dem Kolben 16 zugewandt ausgebildete ersten Hülsenende 88 gedrückt wird. Weist das Hydraulikfluid einen Druck p_Fluid mit einem Wert auf, der größer dem Wert des Grenzdruckes p_Grenz ist, wird das Schließelement 56 gegen das zweite Vorspannelement 60 gedrückt und verschließt die freie Querschnittsfläche 58.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2375014 B1 [0004, 0047]
DE 102013014573 A1 [0004]

Claims

Hydraulikventil für einen Schwenkmotorversteller einer Nockenwelle, umfassend ein Gehäuse (12) und einen sich entlang einer ersten Längsachse (14) des Gehäuses (12) erstreckenden Zentralöffnung (18) axial bewegbaren Kolben (16), und wobei das Gehäuse (12) Anschlussöffnungen (19, 20, 29) aufweist, die Arbeitsanschlüssen (A, B) und einem Versorgungsanschluss (P) zugeordnet sind, und wobei entsprechend einer Positionierung des Kolbens (16) die Anschlussöffnungen (19, 20, 29) geöffnet und gesperrt sind, und wobei zur Vermeidung eines unerwünschten Rückströmens von das Gehäuse (12) durchströmenden Hydraulikfluids den Arbeitsanschlüssen (A, B) und dem Versorgungsanschluss (P) Rückschlagventile (48, 50, 30) zugeordnet sind, und wobei zum Abfließen von Hydraulikfluid aus dem Gehäuse (12) das Gehäuse (12) zumindest eine dritte Anschlussöffnung (21) aufweist, die mit einem Tankanschluss (T) durchströmbar verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Anschlussöffnung (21) und/oder ein durchströmbar mit der dritten Anschlussöffnung (21) verbundener Abströmkanal (104) des Hydraulikventils (10) eine freie Querschnittsfläche (58) aufweist, die in ihrer Größe veränderbar ist.
Hydraulikventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die freie Querschnittsfläche (58) mit Hilfe eines Schließelementes (56) verschließbar ist.
Hydraulikventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größenänderung der freien Querschnittsfläche (58) selbstregelnd herbeigeführt ist.
Hydraulikventil nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (56) in Abhängigkeit eines im Bereich der dritten Anschlussöffnung (21) anliegenden Druckes p_Fluid) die freie Querschnittsfläche (58) schließt oder öffnet.
Hydraulikventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (56) die freie Querschnittsfläche (58) schließt, sofern ein in der Zentralöffnung (18) anliegender Druckes (p_Fluid) des Hydraulikfluids den Wert eines festgelegten Grenzdrucks (p_Grenz) übersteigt.
Hydraulikventil nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (56) mit Hilfe eines Vorspannelementes (60) die freie Querschnittsfläche (58) schließbar oder öffnend ausgebildet ist.
Hydraulikventil nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (56) einem Rückschlagventil (54) zugeordnet ist.
Hydraulikventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (54) als Einbauteil ausgebildet ist.
Hydraulikventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (54) ringförmig ausgebildet ist.
Hydraulikventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (54) zylinderförmig ausgebildet ist.
Hydraulikventil nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (56) scheibenförmig ausgebildet ist.
Hydraulikventil nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (56) kugelförmig ausgebildet ist.