DE10230966A1

DE10230966A1 - Elektromagnetisches Hydraulikventil, insbesondere Proportionalventil zur Steuerung einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10230966A1
Application number: DE2002130966
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. Wilhelm; Stefan Dipl.-Ing. Heß
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2004-01-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Hydraulikventil (1), welches zum einen aus einem Elektromagnet (2) mit einem Magnetgehäuse (3) besteht, in dem eine Spulenwicklung (4), ein Magnetanker (5) sowie ein erster Polschuh (6) und ein zweiter Polschuh (7) angeordnet sind und welches zum anderen ein Ventilteil (8) mit einem hohlzylindrischen Ventilgehäuse (9) aufweist, in dessen Hohlzylinder (10) ein vom Magnetanker (5) des Elektromagneten (2) über eine Stößelstange (11) axial verschiebbarer Steuerkolben (12) aufgenommen ist. Die Rückstellung des Steuerkolbens (12) erfolgt durch eine Druckfeder (13), die einenends am Steuerkolben (12) anliegt und anderenends auf einem im Hohlzylinder (10) des Ventilgehäuses (9) befestigten Stützelement (14) aufliegt. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist die Druckfeder (13) als mit deren Stützelement (14) und dessen Befestigung im Ventilgehäuse (9) kombiniertes Integralbauteil ausgebildet, die eine in eine Ringnut (16) im Hohlzylinder (10) einschnappbare und als Haltering ausgebildete erste Windung aufweist, an welche sich eine direkt auf der ersten Windung aufliegende, nicht federnd ausgebildete und als Stützring vorgesehene zweite Windung anschließt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Hydraulikventil nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1, und sie ist insbesondere vorteilhaft an einem Proportionalventil zur Steuerung einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine realisierbar.

Hintergrund der Erfindung

Ein derartiges elektromagnetisches Hydraulikventil ist gattungsbildend aus der DE-OS 100 56 200 A1 vorbekannt. Dieses als Proportionalventil ausgebildete Hydraulikventil ist zur Steuerung einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine geeignet und besteht im Wesentlichen aus einem Elektromagneten und aus einem an diesem befestigten hydraulischen Ventilteil. Der Elektromagnet weist dabei ein hohlzylindrisches Magnetgehäuse auf, in dem eine Spulenwicklung und ein axial beweglicher Magnetanker angeordnet sind und welches von einem ersten Polschuh mit einem elektrischen Kontakt sowie von einem zweiten Polschuh axial begrenzt ist. Das Ventilteil des Proportionalventils wird demgegenüber durch ein hohlzylindrisches Ventilgehäuse gebildet, in dessen Hohlzylinder ein vom Magnetanker des Elektromagneten über eine Stößelstange axial verschiebbarer Steuerkolben aufgenommen ist und welches am Außenumfang mehrere umlaufende Ringnuten mit in dessen Hohlzylinder mündenden Radialbohrungen für den Zu- und Abfluß des Hydraulikmittels aufweist. Die Rückstellung des Steuerkolbens erfolgt dabei durch eine entgegen der Kraft des Magnetankers wirkende Druckfeder, die einenends am Steuerkolben anliegt und anderenends auf einem im Hohlzylinder des Ventilgehäuses befestigten Stützelement aufliegt. Dieses Stützelement wird in konkreter Ausführung durch einen lose in den Hohlzylinder des Ventilgehäuses eingesetzten Stützring mit einer abgewinkelten umlaufenden Randpartie gebildet, der mit seiner Randpartie die Druckfeder radial fixiert und durch einen in eine Ringnut im Hohlzylinder des Ventilgehäuses eingeklipsten Sicherungsring axial gehalten wird.

Eine andere Möglichkeit, die einenends am Steuerkolben des Ventilteils anliegende Druckfeder mit ihrem anderen Ende im Hohlzylinder des Ventilgehäuses abzustützen ist durch die in der DE 199 38 884 A1 offenbarte Lösung bekannt. Bei diesem, im Wesentlichen aus den gleichen Bauteilen bestehenden elektromagnetischen Hydraulikventil ist die dem Steuerkolben im Ventilgehäuse rückstellende Druckfeder kegelförmig ausgebildet, wobei deren den größeren Durchmesser aufweisendes anderes Ende ohne gesonderten Stützring auf einem ebenfalls in eine Ringnut im Hohlzylinder eingeklipsten Sicherungsring mit einer größeren Ringbreite aufliegt und radial an der Wandung des Hohlzylinders des Ventilgehäuses fixiert wird.

Darüber hinaus ist es durch die DE 197 27 180 A1 und durch die EP 0 667 459 A1 auch bekannt, bei einem elektromagnetischen Hydraulikventil das im Hohlzylinder des Ventilgehäuses befestigte Stützelement für die Rückstell-Druckfeder des Steuerkolbens durch einen ohne Sicherungsring gehaltenen Stützring mit abgewinkelter Randpartie zu bilden, der entweder mit Preßsitz in den Hohlzylinder des Ventilgehäuses eingesetzt wird oder mit einem Außengewinde versehen ist und in ein entsprechendes Innengewinde im Hohlzylinder des Ventilgehäuses eingeschraubt wird.

Nachteilig bei diesen bekannten elektromagnetischen Hydraulikventilen ist es jedoch, dass die Abstützung der Rückstell-Druckfeder des Steuerkolbens im Hohlzylinder des Ventilgehäuses jeweils zusätzliche Bauteile, wie einen Stützring und einen Sicherungsring oder auch nur einen Stützring oder einen verbreiterten Sicherungsring, erfordert, deren Fertigung und Montage durch die erforderlichen Taktzeiten, die notwendigen Werkzeuge und das verwendete Material einen erhöhten Aufwand und damit erhöhte Herstellungskosten für das jeweilige Hydraulikventil verursacht. Darüber hinaus wird durch die aus der Verwendung mehrerer nacheinander angeordneter Einzelteile resultierende Differenzialbauweise die Maß- und Toleranzkette des Hydraulikventils in nachteiliger Weise verlängert und die Anzahl möglicher Fehlerquellen unvorteilhaft erhöht. Bei dem mit Preßsitz im Ventilgehäuse befestigten Stützring besteht zudem die Gefahr, dass sich beim Einpressen des zumeist aus einem Stahlblech bestehenden Stützrings in das zumeist aus Aluminium bestehende Ventilgehäuse unerwünschte Späne bilden, die beim Eindringen in den Hydraulikkreislauf zu Fehlfunktionen des Hydraulikventils oder der nachgeschalteten Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung führen können.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Hydraulikventil, insbesondere Proportionalventil zur Steuerung einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, zu konzipieren, welches eine auf ein Minimum reduzierte Anzahl der notwendigen Bauteile zur Abstützung der Rückstell-Druckfeder des Steuerkolbens im Hohlzylinder des Ventilgehäuses aufweist und sich durch einen geringen Fertigungs- und Montageaufwand sowie reduzierte Herstellungskosten auszeichnet.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem elektromagnetischen Hydraulikventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass die Druckfeder als mit deren Stützelement und dessen Befestigung im Ventilgehäuse kombiniertes Integralbauteil ausgebildet ist, dass heißt, dass die Druckfeder selbst die drei Funktionsteile Feder, Stützring und Halterung in sich vereint und keinerlei weitere Bauteile für deren Abstützung und Befestigung im Ventilgehäuse mehr erfordert. Dies wird realisiert, indem die Druckfeder an ihrem steuerkolbenabgewandten Ende eine als Haltering der Druckfeder ausgebildete erste Windung aufweist, die in eine an sich bekannte Ringnut in der Wandung des Hohlzylinders des Ventilgehäuses eingeschnappt werden kann und somit die Druckfeder axial im Ventilgehäuse fixiert. An diese erste Windung der Druckfeder schließt sich dann eine zumindest örtlich direkt auf der ersten Windung aufliegende, nicht federnd ausgebildete zweite Windung an, die als Stützring für die übrigen Windungen der Druckfeder vorgesehen ist. Die zweite Windung der Druckfeder ist somit als Totwindung mit integrierter Stützfunktion für die übrigen Windungen der Druckfeder ausgebildet, mit denen letztlich je nach Gestaltung eine lineare oder eine progressive oder auch eine aus beiden Eigenschaften kombinierte Federkennlinie erzeugbar ist.

In zweckmäßiger Weiterbildung des erfindungsgemäß ausgebildeten Hydraulikventils ist dabei die gegenüber der zweiten Windung der Druckfeder einen größeren Durchmesser aufweisende erste Windung zur Auflage der zweiten Windung bevorzugt mit zwei deren Kreisform abflachenden Windungsabschnitten ausgebildet, auf denen sich die zweite Windung der Druckfeder jeweils mehrfach punktförmig abstützt. Der größere Durchmesser der ersten Windung der Druckfeder entspricht dabei dem Außendurchmesser der Ringnut in der Wandung des Hohlzylinders des Ventilgehäuses, in welches die Druckfeder bei ihrer Montage eingeschnappt wird, während die zweite Windung ebenso wie die übrigen Windungen der Druckfeder einen Durchmesser aufweist, der annähernd dem Durchmesser einer Federaufnahmebohrung in der Stirnseite des Steuerkolbens des Hydraulikventils entspricht. Die Anordnung von zwei abgeflachten Windungsabschnitten an der ersten Windung der Druckfeder stellt jedoch nur eine bevorzugte Ausführungsform dar, da es auch denkbar ist, diese mit drei oder vier solcher abgeflachten Windungsabschnitte auszubilden, auf denen sich die zweite Windung der Druckfeder abstützt.

Als vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten Hydraulikventils wird es schließlich noch vorgeschlagen, die abgeflachten Windungsabschnitte der ersten Windung der Druckfeder bevorzugt derart auszubilden, dass sie gerade verlaufen und parallel zueinander angeordnet sind oder dass sie bogenförmig verlaufen und sich gegenüberliegend angeordnet sind. unabhängig von dieser Ausbildung weisen die abgeflachten Windungsabschnitte dabei einen größten Abstand zueinander auf, der gleich oder kleiner dem Innendurchmesser der zweiten Windung bzw. der übrigen Windungen der Druckfeder ist, um eine optimale Anzahl von Abstützpunkten der zweiten Windung auf der ersten Windung der Druckfeder zu erreichen. Besonders vorteilhaft hat es sich deshalb erwiesen, den größten Abstand der abgeflachten Windungsabschnitte der ersten Windung etwa um zwei bis vier Federdrahtdurchmesser kleiner als den Innendurchmesser der zweiten Windung zu wählen, da somit der als Stützring für die übrigen Windungen ausgebildeten zweiten Windung der Druckfeder eine größtmögliche Stabilität verliehen wird.

Das erfindungsgemäß ausgebildete elektromagnetische Hydraulikventil, insbesondere Proportionalventil zur Steuerung einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Hydraulikventilen den Vorteil auf, dass für die Abstützung der Rückstell-Druckfeder des Steuerkolbens im Hohlzylinder des Ventilgehäuses keinerlei zusätzliche Bauteile, wie Stütz- und/oder Sicherungsringe mehr notwendig sind, da die Funktionen dieser Bauteile nunmehr in die Druckfeder selbst integriert sind. Dadurch entfallen sowohl die für deren Fertigung bisher notwendigen Taktzeiten, die erforderlichen Werkzeuge und das verwendete Material als auch die bei deren Montage im Hydraulikventil bisher notwendigen Montageschritte, so dass der Fertigungs- und Montageaufwand für das erfindungsgemäß ausgebil dete Hydraulikventil erheblich verringert wird. Da darüber hinaus durch die nunmehr einstöckig ausgebildete Druckfeder keine nacheinander angeordneten Einzelteile mehr existieren und die dadurch bedingte Verkürzung der Maß- und Toleranzkette des Hydraulikventils eine geringere Fertigungsgenauigkeit zuläßt, tritt insgesamt eine Senkung der Herstellungskosten für das erfindungsgemäß ausgebildete Hydraulikventil ein, die erheblich größer als der Mehraufwand für die nunmehr als Integralbauteil ausgebildete Druckfeder ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und ist in den zugehörigen Zeichnungen schematisch dargestellt. Dabei zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes elektromagnetisches Hydraulikventil;
2 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X gemäß 1;
3 einen Schnitt A-A nach 2 durch das Ventilgehäuse des erfindungsgemäß ausgebildeten Hydraulikventils.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Aus 1 geht deutlich ein elektromagnetisches Hydraulikventil 1 hervor, welches als Proportionalventil zur Steuerung einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist und im Wesentlichen aus einem Elektromagnet 2 und aus einem an diesem befestigten Ventilteil 8 besteht. Der Elektromagnet 2 weist dabei ein hohlzylindrisches Magnetgehäuse 3 auf, in dem einen Spulenwicklung 4 und ein axial beweglicher Magnetanker 5 angeordnet sind und welches von einem ersten Polschuh 6 mit einem nicht näher bezeichneten elektrischen Kontakt sowie von einem zweiten Polschuh 7 axial begrenzt wird. Das Ventilteil 8 wird demgegenüber durch ein hohlzylindrisches Ventilgehäuse 9 gebildet, in dessen Hohlzylinder 10 ein vom Magnetanker 5 des Elektromagneten 2 über eine Stößelstange 11 axial verschiebbare Steuerkolben 12 aufgenommen ist und welches am Außenumfang mehrere, ebenfalls nicht näher bezeichnete umlaufende Ringnuten mit in dessen Hohlzylinder 10 mündenden Radialbohrungen für den Zu- und Abfluß des Hydraulikmittels aufweist. Die Rückstellung des Steuerkolbens 12 erfolgt dabei durch eine entgegen der Kraft des Magnetankers 5 wirkende Druckfeder 13, die einenends in einer Federaufnahmebohrung 22 an der Stirnseite des Steuerkolbens 12 anliegt und anderenends auf einem im Hohlzylinder 10 des Ventilgehäuses 9 befestigten Stützelement 14 aufliegt.
In der in 2 gezeigten vergrößerten Darstellung der Einzelheit X in 1 ist des weiteren erkennbar, dass die Druckfeder 13 zur Reduzierung der Anzahl der zu ihrer Abstützung im Hohlzylinder 10 im Ventilgehäuses 9 notwendigen Bauteile erfindungsgemäß als mit deren Stützelement 14 und dessen Befestigung im Ventilgehäuse 9 kombiniertes Integralbauteil ausgebildet ist und somit die ansich üblichen einzelnen Funktionsteile Feder, Stützring und Befestigung in sich vereint. Dabei ist deutlich zu sehen, dass die Druckfeder 13 an ihren steuerkolbenabgewandten Ende 15 eine als Haltering der Druckfeder 13 ausgebildete erste Windung 17 aufweist, die in eine Ringnut 16 in der Wandung des Hohlzylinders 10 des Ventilgehäuses 9 einschnappbar ist und die Druckfeder 13 axial im Ventilgehäuse 9 fixiert. An diese erste Windung 17 schließt sich dann eine zumindest örtlich direkt auf der ersten Windung 17 aufliegende, nicht federnd ausgebildete zweite Windung 18 an, die als Stützring für die übrigen, eine lineare und/oder progressive Federkennlinie der Druckfeder 13 erzeugenden Windungen 19 der Druckfeder 13 vorgesehen ist.
Durch 3 wird dabei deutlich, dass zur Realisierung der Auflage der zweiten Windung 18 auf der ersten Windung 17 die gegenüber der zweiten Windung 18 einen größeren Durchmesser aufweisende erste Windung 17 der Druckfeder 13 mit zwei deren Kreisform abflachenden Windungsabschnitten 20, 21 ausgebildet ist, auf denen sich die zweite Windung 18 der Druckfeder 13 jeweils mehrfach punktförmig abstützt. Der größere Durchmesser der ersten Windung 17 der Druckfeder 13 entspricht dabei deutlich sichtbar dem Außendurchmesser der Ringnut 16 in der Wandung des Hohlzylinders 10 des Ventilgehäuses 9, während der kleinere Durchmesser der zweiten Windung 18 ebenso wie der der übrigen Windungen 19 der Druckfeder 13 annähernd dem Durchmesser der Federaufnahmebohrung 22 in der Stirnseite des Steuerkolbens 12 entspricht. Die abgeflachten Windungsabschnitte 20, 21 der ersten Windung 17 der Druckfeder 13 sind dabei, wie ebenfalls aus 3 ersichtlich ist, gerade sowie parallel zueinander verlaufend ausgebildet und weisen einen Abstand zueinander auf, der etwa zwei Federdrahtdurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der zweiten Windung 18 bzw. der übrigen Windungen 19 der Druckfeder 13 ist und somit für die als Stützring für die übrigen Windungen 19 ausgebildete zweite Windung 18 der Druckfeder 13 eine größtmögliche Stabilität gewährleistet.

1: Hydraulikventil
2: Elektromagnet
3: Magnetgehäuse
4: Spulenwicklung
5: Magnetanker
6: erster Polschuh
7: zweiter Polschuh
8: Ventilteil
9: Ventilgehäuse
10: Hohlzylinder
11: Stößelstange
12: Steuerkolben
13: Druckfeder
14: Stützelement
15: kolbenabgewandtes Ende
16: Ringnut
17: erste Windung
18: zweite Windung
19: übrige Windungen
20: Windungsabschnitt
21: Windungsabschnitt
22: Federaufnahmebohrung

Claims

Elektromagnetisches Hydraulikventil, insbesondere Proportionalventil zur Steuerung einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, mit folgenden Merkmalen: – das Hydraulikventil (1) besteht zum einen aus einem Elektromagnet (2) mit einem hohlzylindrischen Magnetgehäuse (3), zumindest einer Spulenwicklung (4) und einem axial beweglichen Magnetanker (5) sowie mit einem ersten Polschuh (6) und einem zweiten Polschuh (7), – das Hydraulikventil (1) besteht zum anderen aus einem Ventilteil (8) mit einem hohlzylindrischen Ventilgehäuse (9), in dessen Hohlzylinder (10) ein vom Magnetanker (5) des Elektromagneten (2) über eine Stößelstange (11) axial verschiebbarer Steuerkolben (12) aufgenommen ist, – die Rückstellung des Steuerkolbens (12) erfolgt durch eine entgegen der Kraft des Magnetankers (5) wirkende Druckfeder (13), die einenends am Steuerkolben (12) anliegt und anderenends auf einem im Hohlzylinder (10) des Ventilgehäuses (9) befestigten Stützelement (14) aufliegt, dadurch gekennzeichnet, dass – die Druckfeder (13) als mit deren Stützelement (14) und dessen Befestigung im Ventilgehäuse (9) kombiniertes Integralbauteil ausgebildet ist, die an ihrem kolbenabgewandten Ende (15) eine in eine Ringnut (16) im Hohlzylinder (10) des Ventilgehäuses (9) einschnappbare und als Haltering der Druckfeder (13) ausgebildete erste Windung (17) aufweist, – an welche sich eine zumindest örtlich direkt auf der ersten Windung (17) aufliegende, nicht federnd ausgebildete zweite Windung (18) anschließt, die als Stützring für die übrigen, eine lineare und/oder progressive Federkennlinie der Druckfeder (13) erzeugenden Windungen (19) der Druckfeder (13) vorgesehen ist.
Hydraulikventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die gegenüber der zweiten Windung (18) der Druckfeder (13) einen größeren Durchmesser aufweisende erste Windung (17) zur Auflage der zweiten Windung (18) bevorzugt mit zwei deren Kreisform abflachenden Windungsabschnitten (20, 21) ausgebildet ist, auf denen sich die zweite Windung (18) der Druckfeder (13) jeweils mehrfach punktförmig abstützt.
Hydraulikventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die abgeflachten Windungsabschnitte (20, 21) der ersten Windung (17) der Druckfeder (13) bevorzugt parallel zueinander oder sich bogenförmig gegenüberliegend verlaufen und einen größten Abstand zueinander aufweisen, der gleich oder kleiner dem Innendurchmesser der zweiten Windung (18) bzw. der übrigen Windungen (19) der Druckfeder (13) ist.