EP1945917A1 - Steuerventil für eine vorrichtung zur variablen einstellung der steuerzeiten von gaswechselventilen einer brennkraftmaschine - Google Patents

Steuerventil für eine vorrichtung zur variablen einstellung der steuerzeiten von gaswechselventilen einer brennkraftmaschine

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EP1945917A1
EP1945917A1 EP06807333A EP06807333A EP1945917A1 EP 1945917 A1 EP1945917 A1 EP 1945917A1 EP 06807333 A EP06807333 A EP 06807333A EP 06807333 A EP06807333 A EP 06807333A EP 1945917 A1 EP1945917 A1 EP 1945917A1
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EP
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pressure medium
control valve
valve
medium channel
valve housing
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Definitions

  • the invention relates to a control valve for a device for the variable adjustment of the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine with a hollow valve housing having at least one Zulaufan- circuit, at least one drain port and at least two Häan- conclusions, and with a control piston.
  • camshafts are used to actuate the gas exchange valves.
  • Camshafts are mounted in the internal combustion engine in such a way that cams mounted on them rest against cam followers, for example cup tappets, drag levers or rocker arms. If a camshaft is rotated, the cams roll on the cam followers, which in turn actuate the gas exchange valves.
  • the position and shape of the cams thus define both the opening duration and the opening amplitude, but also the opening and closing times of the gas exchange valves.
  • valve lift and valve opening duration should be variable, up to the complete shutdown of individual cylinders.
  • concepts such as switchable cam followers or electrohydraulic or electric valve actuations are provided.
  • it has been found to be advantageous to be able to influence the opening and closing times of the gas exchange valves during operation of the internal combustion engine. It is particularly desirable to the opening and closing times of the inlet or. Separate valves to be able to influence separately, for example, set specifically a defined valve overlap.
  • the specific fuel consumption can be reduced, the exhaust behavior positively influenced, increases the motor efficiency, the maximum torque and the maximum power become.
  • the described variability of the gas exchange valve control times is achieved by changing the relative phase position of the camshaft to the crankshaft.
  • the camshaft is connected via a chain, belt, gear drive or equivalent drive concepts in drive connection with the crankshaft.
  • a device for variable adjustment of the timing of an internal combustion engine hereinafter also called camshaft ver- plate attached, which transmits the torque from the crankshaft to the camshaft.
  • this device is designed such that during operation of the internal combustion engine, the phase position between crankshaft and camshaft securely held and, if desired, the camshaft can be rotated in a certain angular range relative to the crankshaft.
  • each with one camshaft for the intake and exhaust valves these can each be equipped with one camshaft adjuster.
  • the opening and closing times of the inlet and outlet gas exchange valves can be shifted relative to one another and the valve overlaps can be adjusted in a targeted manner.
  • the seat of modern camshaft adjusters is usually located on the drive end of the camshaft.
  • the camshaft adjuster can also be arranged on an intermediate shaft, a non-rotating component or the crankshaft. This consists of a driven by the crankshaft, a fixed phase relationship to this holding drive wheel, a drive element in driving connection with the camshaft output element and a torque transmitting from the drive wheel to the output element actuating device.
  • the drive wheel may be designed as a chain, belt or gear in the case of a not arranged on the crankshaft camshaft adjuster and is driven by means of a chain, a belt or a gear drive from the crankshaft.
  • the actuating mechanism can be operated electrically, hydraulically or pneumatically.
  • Two preferred embodiments of hydraulically adjustable camshaft adjusters are the so-called axial piston adjuster and rotary piston adjuster.
  • the drive wheel is connected to a piston and this to the driven element in each case via helical gears.
  • the piston separates a cavity formed by the output element and the drive wheel in two axially arranged pressure chambers. If one pressure chamber is acted upon by pressure medium while the other pressure chamber is connected to a tank, then the piston shifts in the axial direction. The axial displacement of the piston is translated by the helical gears in a relative rotation of the drive wheel to the output element and thus the camshaft to the crankshaft.
  • a second embodiment of hydraulic phaser are the so-called Rotationskolbenversteller.
  • the drive wheel is rotatably connected to a stator.
  • the stator and a rotor or output element are arranged concentrically to one another, wherein the rotor is non-positively, positively or materially connected, for example by means of a press fit, a screw or weld connection with a camshaft, an extension of Nockenwel- Ie or an intermediate shaft.
  • a plurality of circumferentially spaced cavities are formed which extend radially outward from the rotor. The cavities are limited pressure-tight in the axial direction by side cover.
  • each of these cavities extends Wing connected to the rotor, which divides the respective cavity into two pressure chambers.
  • Wing connected to the rotor, which divides the respective cavity into two pressure chambers.
  • camshaft adjuster sensors detect the characteristics of the engine such as the load condition and the speed. These data are fed to an electronic control unit which, after comparing the data with a characteristic data field of the internal combustion engine, controls the inflow and outflow of pressure medium to the various pressure chambers.
  • one of the two counteracting pressure chambers of one cavity is connected in hydraulic camshaft adjusters with a pressure medium pump and the other with the tank.
  • the inlet of pressure medium to a chamber in conjunction with the flow of pressure medium from the other chamber moves the pressure chambers separating piston in the axial direction, whereby in Axialkolbenverstellern on the helical gears, the camshaft is rotated relative to the crankshaft.
  • Rotationskolbenverstellem is caused by the pressurization of a chamber and the pressure relief of the other chamber, a displacement of the wing and thus directly a rotation of the camshaft to the crankshaft.
  • both pressure chambers are either connected to the pressure medium pump or separated from both the pressure medium pump and the tank.
  • control valves usually by means of a 4/3-way proportional valve.
  • This has a valve housing, which is each provided with a connection for the pressure chambers (working port) and at least two supply ports. At least one of the supply connections serves as inlet connection, via which the control valve is supplied with pressure medium from a pressure medium pump. Furthermore, a further supply connection serves as an outlet connection, via which the pressure medium emerging from the pressure chambers is dissipated. It can be provided, for example, that the drain connection communicates with a tank.
  • control piston Within the substantially hollow cylindrical valve housing an axially displaceable control piston is arranged.
  • the control piston can be brought axially into any position between two defined end positions by means of an electromagnetic, pneumatic or hydraulic actuating unit, counter to the spring force of a spring element.
  • the control piston is further provided with control portions having control edges, and annular grooves, whereby the terminals can be interconnected or locked against each other.
  • Such a control valve is known from DE 199 44 535 C1.
  • This consists of a substantially hollow cylindrical valve housing and an axially displaceably arranged therein control piston.
  • Two radial working connections, a radial inlet connection and an axial outlet connection are formed on the valve housing.
  • the two working ports and the inlet port are formed as axially spaced openings in the cylindrical surface of the valve housing.
  • the inlet connection lies in the axial direction between the two working connections.
  • a control piston is provided, which can be moved by means of an electromagnetic actuator in the axial direction relative to the valve housing.
  • an annular groove is formed, via which, depending on the position of the control piston to the valve housing, selectively either the first or the second working port can be connected to the inlet port.
  • the drain connection can, depending on the relative position of the control piston within the valve housing via further annular grooves and an axial Hole within the control piston to be connected to either the first or the second working port.
  • the control valve is designed as a central valve, i. the control valve is arranged radially within the output element of the camshaft adjuster.
  • the valve housing is integrally formed with a central screw, by means of which the output element of the camshaft adjuster is rotationally connected to a camshaft.
  • the position of the inlet connection between the working connections requires an elaborate design of a supply line for the supply of pressure medium to the inlet connection of the control valve. This is realized by means of a plurality formed in the valve housing, in each other opening holes, which communicate with a bore in the screw shaft of the central screw, which in turn opens into the hollow camshaft. The interior of the camshaft is acted upon by a pressure medium pump via a camshaft bearing with pressure medium.
  • the invention is therefore based on the object to avoid these disadvantages and thus to provide a hydraulic control valve, can be realized in the oh- ne noteworthy additional effort a variety of pressure fluid logics between the different ports.
  • a maximum of freedom in the design of the pressure fluid logics of the control valve should be achieved without increasing the space requirements, dien manufacturing costs or production costs appreciably.
  • this object is achieved in that disposed within the valve housing a hollow Druckstoffleitrise and at least one substantially extending in the axial direction pressure medium channel is formed, wherein the pressure medium channel is surrounded by the Druckstoffleitrise at least partially, wherein the pressure medium channel with at least one of the terminals and communicates via a radial opening with the interior of the Druckstoffleitcons and wherein the control piston is disposed within the Druckstoffleitmbies.
  • the outer dimensions of the Druckstoffleit tenuouslyes are adapted to the inner dimensions of the valve housing and that the pressure medium channel is formed at the interface between the valve housing and the Druckstoffleitinate.
  • the device is fastened by means of a central screw to a camshaft and the valve housing is formed integrally with the central screw.
  • the at least one pressure medium channel is formed as a recess on an inner circumferential surface of the valve housing, wherein an outer lateral surface of Druckstoffleit conses the pressure medium channel bounded radially inwardly and the interior of the Druckstoffleit tenues communicates with a trained on this radial opening with the pressure medium channel.
  • the at least one pressure medium channel is formed as a depression on an outer circumferential surface of the Druckstoffleitmilaes, wherein an inner circumferential surface of the valve housing bounds the pressure medium channel radially outward and the pressure medium channel over a radial opening formed on the pressure fluid insert communicates with its interior.
  • the Druckstoffleitrise comprises at least an inner and an outer sleeve-shaped member and that the at least one pressure medium channel is formed as a slot in a wall of the outer sleeve-shaped component of Druckstoffleit tenues, wherein an inner lateral surface of the valve housing the pressure medium channel radially outward and the inner sleeve-shaped component of the Druckstoffleit conses the pressure medium channel bounded radially inwardly and the pressure medium channel communication via a formed on the inner sleeve-shaped member radial opening with the interior of the Druckstoffleitmilaes.
  • the outer sleeve-shaped component as an injection molded part and to form the inner sleeve-shaped component as an insert component, which is encapsulated by the latter during the injection molding process of the outer sleeve-shaped component.
  • the pressure medium channel connects the inlet connection with the interior of the Druckstoffleitun.
  • a check valve and / or a filter element can be arranged upstream of the pressure medium channel within the control valve.
  • the filter element and / or parts of the check valve are integrally connected to the Druckstoffleitun. Additionally or alternatively, it can be provided that the check valve has a closing element acted upon by a spring element with a force, wherein the spring element is supported on a spring bearing formed integrally with the pressure medium conductive insert. In an alternative embodiment, the non-return valve has a closure element acted upon by a spring element with a force, a spring bearing and a valve seat, wherein at least the spring bearing or the valve seat is designed as a component separate from the pressure medium insert.
  • a piston pressure spring element may be provided, which acts on the control piston in an axial direction with a force, which is supported on a piston spring bearing formed integrally with the Druckmitmitelleitrus or on a separately formed for Druckstoffleitnosti piston spring bearing.
  • the control valve according to the invention is characterized in that the control piston is not applied directly to an inner circumferential surface of the valve housing, but that a Druckstoffleitrus is disposed between these components.
  • the valve housing continues to serve in this embodiment as a connection element of the control valve to the surrounding structures. It establishes the connection to the pressure medium lines formed, for example, in an output element of a camshaft adjuster, which lead to the hydraulic consumers (pressure chambers).
  • the connection to at least one supply line, such as a supply or a drain line, manufactured, which may be formed for example in a camshaft or a connection component.
  • the pressure medium line insert exercises the function of connecting its interior to at least one of the connections via at least one essentially axially extending pressure medium channel. Furthermore, the pressure medium insert together with the control piston fulfills the control function of the pressure medium flows within the valve.
  • the control piston is arranged axially displaceable within the Druckstoffleitinate, wherein on the control piston control sections are formed whose outer dimensions are adapted to the inner dimensions of the Druckstoffleitinate.
  • the pressure medium supply line can be considerably simplified by the control valve according to the invention.
  • the pressure medium guide insert assumes the task of supplying the pressure medium supplied to the inlet connection at one point to the effective region of the control collar, which lies axially between the two working connections.
  • the line of the pressure medium can be made via easy-to-manufacture structures of Druckstoffleit tenues.
  • These pressure medium channels can be formed, for example, at the interface between the Druckstoffleitrus and the valve housing.
  • depressions or axial grooves on the Druckstoffleitrus or the valve housing are provided which communicate on the one hand with one of the terminals and on the other hand via suitable radial openings with the interior of the Druckstoffleitinate.
  • the depressions formed on the pressure medium insert can be introduced into these at no cost during the production process of the Druckstoffleitinate. This can be achieved, for example, in a plastic version of the pressure fluid insert that the pressure fluid channels are already taken into account in the injection mold.
  • pressure medium conductor inserts consisting of steel or another metal, for example aluminum.
  • Conceivable in this context would be a machining or a production in a suitable metal injection molding process.
  • the formation of the pressure medium insert from a steel sheet by means of a non-cutting forming process, such as a deep drawing process, in which case the pressure medium channels can in turn be formed cost neutral during the forming process.
  • inlet connection communicates via the pressure medium channels with the interior of the Druckstoffleitmbies
  • other oil logics can be realized, such as a connection of the interior of the Druckstoffleit conses with the drain port or one or more of the working ports. It is important in this context only that it is ensured that the pressure medium channels communicate exclusively with the provided terminals, wherein the pressure medium at the other terminals, which lie in the axial region of the pressure medium channels, is passed without being a direct connection to these.
  • an inner and an outer component could be provided, wherein the inner component is disposed within the outer member.
  • the pressure medium channels are formed in the outer component, while the inner component delimits them from the interior of the pressure medium guide insert and carries the radial opening for introducing the pressure medium into the interior of the pressure medium guide insert.
  • the inner component can be made, for example, a non-cutting steel sleeve and the outer component made of plastic by means of an injection molding process.
  • the steel sleeve acts as an insert, which is encapsulated during the Her- process of the outer component with this.
  • other material combinations and positive, positive or cohesive connections or adhesive bonds are also conceivable are other material combinations and positive, positive or cohesive connections or adhesive bonds.
  • control valve filter elements or non-return valves may be arranged. These may be formed separately from the components of the control valve and materially connected to one or more components, or designed as an insert. Likewise conceivable are embodiments in which at least parts of the check valve or the filter element are formed integrally with components of the control valve. For example, it may be provided in the case of a pressure medium insert or an inner component made of sheet steel, a spring bearing of the check valve integral with the respective component, whereby a further cost reduction can be achieved.
  • FIG. 1 shows very schematically an internal combustion engine
  • FIG. 2a shows a longitudinal section through a device for the variable adjustment of the timing of an internal combustion engine with a control valve according to the invention
  • FIG. 2b shows a cross section through the device from FIG. 2a, without a control valve, along the line IIB-IIB,
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through a first embodiment of a control valve according to the invention along the line III-III of FIG. 2b, FIG.
  • FIG. 3 a shows the pressure medium guide insert from FIG. 3 in a perspective representation
  • FIG. 5 shows a longitudinal section through a third embodiment of a control valve according to the invention
  • FIG. 5 a shows a longitudinal section through the pressure medium guide insert from FIG. 5.
  • an internal combustion engine 100 is outlined, wherein a piston 102 seated on a crankshaft 101 is indicated in a cylinder 103.
  • the crankshaft 101 is in the illustrated embodiment via a respective traction drive 104 and 105 with an intake camshaft 106 and exhaust camshaft 107 in conjunction, with a first and a second device 1 for relative rotation between the crankshaft 101 and cam shafts 106, 107 can provide.
  • Cams 108, 109 of the camshafts 106, 107 actuate an inlet gas exchange valve 110 or an outlet gas exchange valve 11.
  • only one of the camshafts 106, 107 can be provided with a device 1 or only one camshaft 106, 107 can be provided. which is provided with a device 1.
  • FIGS. 2 a, 2 b show a first embodiment of a device 1 for variably setting the control times of gas exchange valves 11, 11 of an internal combustion engine 100.
  • An adjusting device 1 a consists essentially of a drive wheel 5, a stator 2 and a driven element arranged concentrically therewith.
  • the driven element 3 consists of a wheel hub 4, on whose outer circumference five wings 6 are formed, which extend radially outwards.
  • the actuator 1 a is provided with a central bore 4b, in the assembled state of the device 1, a camshaft 3a, in the illustration of Figure 2a, from the left, engages. In the assembled state of the device 1, this can, for example by means of a force, friction, form, or cohesive connection or by means of fastening means, rotatably connected to the camshaft 3a.
  • the device 1 is rotatably connected by means of a central screw 17 with the camshaft 3a.
  • the stator 2 is designed as a thin-walled sheet-metal part, the latter consisting of inner circumferential walls 7 and outer peripheral walls 8, which are connected to one another via side walls 9.
  • the inner and outer circumferential walls 7, 8 extend substantially in the direction of the circumference.
  • the stator 2 is rotatably mounted on the driven element 3.
  • the side walls 9 extend outwardly in a substantially radial direction and merge into the outer circumferential walls 8.
  • a plurality of, in the illustrated embodiment, five pressure chambers 10 are formed, which are sealed in a pressure-tight manner in the axial direction by the drive wheel 5 and a sealing disk 12.
  • the vanes 6 are arranged on the outer circumferential surface of the output element 3 in such a way that precisely one vane 6 extends into each pressure chamber 10.
  • the wings are 6 in the radial direction of the outer peripheral walls 8 of the
  • the width of the wings 6 is designed such that these in the axial
  • each wing 6 divides a pressure chamber 10 into two counteracting pressure chambers 14, 15.
  • the stator 2 and the driven element 3 are arranged within a pot-shaped housing 1 1, which encapsulates these components by the interaction with the drive wheel 5 pressure medium tight.
  • the open end of the housing 1 1 is oil-tightly connected to the drive wheel 5.
  • the connection between the drive wheel 5 and the housing 11 can be realized by means of a sealing joining method or by the use of a sealant.
  • a circumferential circumferential weld joint 16a is provided.
  • a central screw 17 passes through the opening 16 and the central bore 4b, wherein a threaded portion of the central screw 17 engages in an internally threaded receptacle 18 of the camshaft 3a.
  • the central screw 17 is further formed on the side facing away from the camshaft of the device 1 with a stepped portion 19 a, via which the central screw 17 in the assembled state via a separately manufactured Anschraubbund 19 either directly or indirectly supported on the output element 3 and thus this rotatably connected to the camshaft 3a.
  • the advantage of a separately manufactured bolted collar 19 is the lower production costs and the lower production costs.
  • the central screw 17, which is simultaneously formed as a valve housing 22 of a control valve 20, is usually produced by a rotation process.
  • the collar must be designed with a certain minimum outer diameter.
  • the region of the central screw 17, which is arranged within the output element 3, is designed as a control valve 20. This region of the central screw 17 extends within the central bore 4b, which acts as a valve seat 4a.
  • the central screw 17 is shown in an enlarged form. This is provided with a blind hole-like receptacle 21, whose opening is arranged on the camshaft remote axial end of the central screw 17.
  • the resulting cylindrical circumferential surface of the control valve 20 fulfills the function of a valve housing 22.
  • the outer diameter of the valve housing 22 is adapted to the inner diameter of the driven element 3.
  • the control valve 20 is provided with four ports A, B, P, T, wherein three of the ports A, B, P are formed as radial openings in the cylindrical lateral surface of the valve housing 22.
  • the inlet port P is formed on the valve housing 22 such that it is arranged in the mounted state of the control valve 20 within the receptacle 18 of the camshaft 3a.
  • the receptacle 18 of the camshaft 3 a is designed such that between the central screw 17 and an inner circumferential surface of the receptacle 18, an annular channel 24 is formed, which camshaft end side of the central shaft screw 17 is closed.
  • the annular channel 24 communicates on the one hand with the inlet port P and on the other hand via radial bores 25, which are formed in the region of a camshaft bearing 26 on the camshaft 3a, with a pressure medium pump, not shown.
  • the inlet port P and the working ports A, B are arranged axially offset from one another, wherein the inlet port P on the camshaft side facing the working ports A, B is arranged.
  • the line of the pressure medium is carried out, as will be described, by means of a Druckstoffleit devises 27 within the control valve 20.
  • the working ports A, B communicate, as shown in Figure 2a, with annular channels 3b, which are formed on the central bore 4b of the output element 3 and over Pressure medium lines 3c communicate with the pressure chambers 14, 15.
  • a substantially hollow-cylindrical pressure medium guide insert 27 is arranged, the outer diameter of the pressure medium guide insert 27 being adapted to the inner diameter of the valve housing 22.
  • the pressure medium guide insert 27 rests at one end on a shoulder 28 formed on the valve housing 22 and at the other end is positioned axially inside the valve housing 22 by means of a securing ring 29.
  • the camshaft-side axial opening of the pressure medium insert 27 is in direct communication with the inlet port P, wherein, as shown in FIG. 3, a filter element 27a (in this case a ring filter element) and / or a check valve 27b is arranged between the inlet port P and the pressure medium insert 27 can be.
  • the filter element 27a prevents dirt particles entering the control valve 20 with the entering into the control valve 20 pressure fluid, whereby both the control valve 20 and the device 1 are effectively protected against malfunction.
  • the implementation of the check valve 27b improves in various operating points of an internal combustion engine 100, the function of the device 1 considerably. The response and the adjustment speed of the device 1 can be increased and an idling of the device 1 during the operating pauses of the internal combustion engine 100 can be avoided.
  • a spring bearing 30 is arranged, which closes the axial bore of the Druckstoffleit tenues 27 pressure-tight in the axial direction and on which a spring element 31 is supported, which acts on a closing body 32 of the check valve 27b with an axial force.
  • first radial openings 33a are provided in the cylindrical lateral surface of the Druckstoffleit tenues.
  • Each of the first radial openings 33a opens into a pressure medium channel 34, which is designed as formed on the outer circumferential surface of the Druckstoffleitnoues 27, extending in the axial direction depression.
  • Each pressure medium channel 34 opens at the side facing away from the camshaft 3a side of the spring bearing 30 via a respective second radial opening 33b in the interior of the Druckstoffleit tenues 27.
  • the third and fourth radial openings 33c, 33d can communicate with the working ports A, B either directly, or via further pressure medium channels 34 formed on the pressure medium guide insert 27, essentially axially extending.
  • a substantially hollow cylinder-shaped control piston 35 is arranged axially displaceable.
  • the control piston 35 is acted upon by an axial force on the camshaft side by means of a piston pressure spring element 36, the piston pressure spring element 36 being supported on a piston spring bearing 30, which is formed integrally with the spring bearing 30, and the control piston 35.
  • an electrical actuating unit 37 is formed, which can move the control piston 35 against the force of the piston compression spring element 36 in the axial direction via a push rod 38.
  • the control piston 35 is designed as a substantially hollow cylindrical component, wherein on the outer circumferential surface of which two control sections 39 of larger outer diameter are formed, which are separated from one another by an annular groove 40. It is provided that the second radial openings 33b open in the region of the annular groove 40 in the interior of the Druckmitffenleit tenues 27.
  • the outer diameter of the control sections 39 is adapted to the inner diameter of the Druckstoffleitunes 27, whereby via the second radial openings 33b in the annular groove 40 pressure fluid, depending on the relative position of the control piston 35 to the Druckstoffleitrus 27, to the third or fourth radial openings 33c, 33d and thus can get to the working ports A, B.
  • control piston 35 communicates camshaft side via an axial opening 41 with the interior of the Druckstoffleitunes 27 and on the other hand via radial openings 41 with the exterior of the central screw 17th
  • the pressure medium now passes through the third or fourth radial openings 33c, 33d either to the first or the second working port A, B and from there to the respective pressure chambers 14, 15 of the device 1. From the pressure chambers 14,15 Backflowing pressure medium enters via the respective working port A, B and the corresponding radial opening 33c, 33d in the interior of the Druckstoffleitvones 27 a. Via the working port A entering pressure medium is passed through the interior of the control piston 35 and the radial openings 41 to a pressure medium reservoir of the internal combustion engine 100, not shown. Pressure medium entering via the working connection B passes directly on the control section 39, which faces away from the camshaft 3a, to the pressure medium reservoir.
  • the pressure medium guide insert 27 can be made in one piece, for example, from a suitable steel, aluminum or plastic. In this case, it may be provided, for example, to produce the pressure medium guide insert 27 by means of a non-cutting shaping method or by means of an injection molding method.
  • the spring bearing 30 is formed as a separate component, which is subsequently fixed in the bore of the Druckmitmititstrictes 27. It is conceivable, for example, form the spring bearing 30 as a non-cutting forming part and non-positively or materially connected to the Druckstoffleitrus 27. Alternatively, the spring bearing 30 can be poured into the Druckstoffleitrus 27 during the injection molding process. Also conceivable is a one-piece design of the spring bearing 30 with the pressure medium guide insert 27th
  • the check valve 27b or the filter element 27a may be formed separately from the pressure medium guide insert 27 or in one piece therewith. In the case of a separate embodiment, it is proposed to connect the filter element 27a or the check valve 27b to the pressure medium guide insert 27 by means of a cohesive connection, such as ultrasonic welding.
  • FIG. 4 shows a further embodiment according to the invention of a control valve 20, the latter being largely identical to the embodiment shown in FIG.
  • the pressure medium channels 34 are formed as depressions or long grooves on the inner circumferential surface of the valve housing 22 in this embodiment.
  • the radial openings 33a-33d are formed.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a control valve 20 according to the invention, in which case the pressure medium guide insert 27 is in two parts, in the form of an inner and an outer sleeve-shaped component 44, 45. Both the inner and the outer sleeve-shaped component 44, 45 have the aligned third radial openings 33c. The fourth radial openings 33d are only in the inner sleeve-shaped component
  • first radial openings 33a are exclusively in the outer sleeve-shaped component 45 and the second radial openings 33b are formed exclusively in the inner sleeve-shaped component 44. Both the first and the second radial openings 33b open into the pressure medium channels 34. These are in this case designed as elongated holes 46, which on the outer surface of the outer sleeve-shaped component
  • FIG. 5 a shows the pressure medium guide insert 27 of the embodiment of a control valve 20 shown in FIG. 5 in an enlarged sectional illustration, the sectional plane deviating from that in FIG.
  • the spring bearing 30 may be formed in this embodiment both as a separate component, as shown in Figure 5, or, as shown in Figure 5a in one piece with the inner sleeve-shaped member 44.
  • the one-piece embodiment can be produced for example by means of a chipless forming process from a suitable sheet steel blank.
  • the filter element 27a is formed separately therefrom, wherein a frame 47 of the filter element 27a is connected to the pressure medium guide insert 27 by means of a material connection.
  • the frame 47 of the filter element 27a acts as a valve seat for a closing body 32, not shown.
  • the outer sleeve-shaped component 45 is produced as a plastic injection-molded part, wherein the made of a steel inner sleeve-shaped member 44 during the injection molding process of the outer sleeve-shaped member 45 is encapsulated by this. Also conceivable are various other material pairings, wherein fuel or positive connections between the two sleeve-shaped components 44, 45 come into question.
  • the pressure medium channels 34 connect the drain port T with the interior of the Druckstoffleitmilaes 27, while pressure medium can be passed through an axial inlet port P within the control piston 35 either to the working port A or the working port B.
  • the working ports A, B can be connected via second pressure medium channels 34 and the third and fourth radial openings 33c, respectively. 33d communicate with the interior of the pressure fluid feed insert 27.
  • this has the advantage that the proven internal embodiment of a control valve 20 can be maintained, wherein complex and costly pressure medium guides within the Abw Drive elements 3 of the device 1 or a camshaft 3a or the valve housing 22 of the control valve 20 can be omitted.
  • the pressure medium channels 34 formed in the pressure medium guide insert 27 allow the connections A, B, P, T to be arranged almost arbitrarily on the valve housing 22.
  • the valve housing 22 can thus be adapted to the surrounding construction and not vice versa.
  • control valve 20 and thus the device 1, which is controlled by the control valve 20 can be increased by the integration of further functionalities in the pressure medium guide insert 27, such as filter elements 27a or check valves 27b.
  • the costs and assembly costs are hardly increased by the integration of additional functions.
  • the pressure medium ducts 34 would be formed at an interface between the pressure medium guide insert 27 and the surrounding structure, for example the output element 3, a camshaft 3a, which engages the output element 3 or a valve receptacle formed on a cylinder head or a cylinder head cover.
  • the control valve 20 communicates with all pressure medium lines 3c of all pressure chambers.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil (20) für eine Vorrichtung (1) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (110, 111) einer Brennkraftmaschine (100) mit einem hohl ausgeführten Ventilgehäuse (22), das mindestens einen Zulaufanschluss (P), mindestens einen Ablaufanschluss (T) und mindestens zwei Arbeitsanschlüsse (A, B) aufweist und mit einem Steuerkolben (35). Um eine höhere Flexibilität bei der Ausgestaltung der Steuerventilkomponenten (22, 35) zu erhalten und die Anbindung des Steuerventils (20) an die Umgebungskonstruktion (3) zu vereinfachen wird vorgeschlagen, innerhalb des Ventilgehäuses (22) einen hohl ausgeführter Druckmittelleiteinsatz (27) anzuordnen und mindestens einen im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufenden Druckmittelkanal (34) auszubilden, wobei der Druckmittelkanal (34) von dem Druckmittelleiteinsatz (27) zumindest teilweise umgriffen wird, wobei der Druckmittelkanal (34) mit mindestens einem der Anschlüsse (A, B, P, T) und über eine Radialöffnung (33b-d) mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes (27) kommuniziert und wobei der Steuerkolben (35) innerhalb des Druckmittelleiteinsatzes (27) angeordnet ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Steuerventil für eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von
Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem hohl ausgeführten Ventilgehäuse, das mindestens einen Zulaufan- schluss, mindestens einen Ablaufanschluss und mindestens zwei Arbeitsan- Schlüsse aufweist, und mit einem Steuerkolben.
In Brennkraftmaschinen werden zur Betätigung der Gaswechselventile Nockenwellen eingesetzt. Nockenwellen sind in der Brennkraftmaschine derart angebracht, dass auf ihnen angebrachte Nocken an Nockenfolgern, beispiels- weise Tassenstößeln, Schlepphebeln oder Schwinghebeln, anliegen. Wird eine Nockenwelle in Drehung versetzt, so wälzen die Nocken auf den Nockenfolgern ab, die wiederum die Gaswechselventile betätigen. Durch die Lage und die Form der Nocken sind somit sowohl die Öffnungsdauer als auch die Öffnungsamplitude aber auch die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventi- Ie festgelegt.
Moderne Motorkonzepte gehen dahin, den Ventiltrieb variabel auszulegen. Einerseits sollen Ventilhub und Ventilöffnungsdauer variabel gestaltbar sein, bis hin zur kompletten Abschaltung einzelner Zylinder. Dafür sind Konzepte wie schaltbare Nockenfolger oder elektrohydraulische oder elektrische Ventilbetätigungen vorgesehen. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, während des Betriebs der Brennkraftmaschine Einfluss auf die Öffnungs- und Schließzeiten der Gaswechselventile nehmen zu können. Dabei ist es insbe- sondere wünschenswert auf die Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkte der Einlassbzw. Auslassventile getrennt Einfluss nehmen zu können, um beispielsweise gezielt eine definierte Ventilüberschneidung einzustellen. Durch die Einstellung der Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkte der Gaswechselventile in Abhängigkeit vom aktuellen Kennfeldbereich des Motors, beispielsweise von der aktuellen Drehzahl bzw. der aktuellen Last, können der spezifische Treibstoffverbrauch gesenkt, das Abgasverhalten positiv beeinflusst, der Motorwirkungsgrad, das Maximaldrehmoment und die Maximalleistung erhöht werden.
Die beschriebene Variabilität der Gaswechselventilsteuerzeiten wird durch eine Änderung der relativen Phasenlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle erreicht. Dabei steht die Nockenwelle über einen Ketten-, Riemen-, Zahnradtrieb oder gleichwirkende Antriebskonzepte in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle. Zwischen dem von der Kurbelwelle angetriebenen Ketten-, Riemen- oder Zahn- radtrieb und der Nockenwelle ist eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine, im folgenden auch Nockenwellenvers- teller genannt, angebracht, die das Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle überträgt. Dabei ist diese Vorrichtung derart ausgebildet, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine die Phasenlage zwischen Kur- belwelle und Nockenwelle sicher gehalten und, wenn gewünscht, die Nockenwelle in einem gewissen Winkelbereich gegenüber der Kurbelwelle verdreht werden kann.
In Brennkraftmaschinen mit je einer Nockenwelle für die Einlass- und die Aus- lassventile können diese mit je einem Nockenwellenversteller ausgerüstet werden. Dadurch können die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Einlass- und Auslassgaswechselventile relativ zueinander verschoben und die Ventilüberschneidungen gezielt eingestellt werden.
Der Sitz moderner Nockenwellenversteller befindet sich meist am antriebsseiti- gen Ende der Nockenwelle. Der Nockenwellenversteller kann aber auch auf einer Zwischenwelle, einem nicht rotierenden Bauteil oder der Kurbelwelle angeordnet sein. Dieser besteht aus einem von der Kurbelwelle angetriebenen, eine feste Phasenbeziehung zu dieser haltenden Antriebsrad, einem in Antriebsverbindung mit der Nockenwelle stehenden Abtriebselement und einer das Drehmoment vom Antriebsrad auf das Abtriebselement übertragende Stellvorrichtung. Das Antriebsrad kann im Fall eines nicht an der Kurbelwelle ange- ordneten Nockenwellenverstellers als Ketten-, Riemen- oder Zahnrad ausgeführt sein und wird mittels eines Ketten-, eines Riemen- oder eines Zahnradtriebs von der Kurbelwelle angetrieben. Der Stellmechanismus kann elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betrieben werden.
Zwei bevorzugte Ausführungsformen hydraulisch verstellbarer Nockenwellen- versteller stellen die so genannten Axialkolbenversteller und Rotationskolben- versteller dar.
Bei den Axialkolbenverstellern steht das Antriebsrad mit einem Kolben und die- ser mit dem Abtriebselement jeweils über Schrägverzahnungen in Verbindung. Der Kolben trennt einen durch das Abtriebselement und das Antriebsrad gebildeten Hohlraum in zwei axial zueinander angeordnete Druckkammern. Wird die eine Druckkammer mit Druckmittel beaufschlagt, während die andere Druckkammer mit einem Tank verbunden wird, so verschiebt sich der Kolben in axia- ler Richtung. Die axiale Verschiebung des Kolbens wird durch die Schrägverzahnungen in eine relative Verdrehung des Antriebsrades zum Abtriebselement und damit der Nockenwelle zur Kurbelwelle übersetzt.
Eine zweite Ausführungsform hydraulischer Nockenwellenversteller sind die so genannten Rotationskolbenversteller. In diesen ist das Antriebsrad drehfest mit einem Stator verbunden. Der Stator und ein Rotor bzw. Abtriebselement sind konzentrisch zueinander angeordnet, wobei der Rotor kraft-, form- oder stoffschlüssig, beispielsweise mittels eines Presssitzes, einer Schraub- oder Schweißverbindung mit einer Nockenwelle, einer Verlängerung der Nockenwel- Ie oder einer Zwischenwelle verbunden ist. Im Stator sind mehrere, in Umfangs- richtung beabstandete Hohlräume ausgebildet, die sich ausgehend vom Rotor radial nach außen erstrecken. Die Hohlräume sind in axialer Richtung durch Seitendeckel druckdicht begrenzt. In jeden dieser Hohlräume erstreckt sich ein mit dem Rotor verbundener Flügel, der den jeweiligen Hohlraum in zwei Druckkammern teilt. Durch gezieltes Verbinden der einzelnen Druckkammern mit einer Druckmittelpumpe bzw. mit einem Tank kann die Phase der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle verstellt bzw. gehalten werden.
Zur Steuerung des Nockenwellenverstellers erfassen Sensoren die Kenndaten des Motors wie beispielsweise den Lastzustand und die Drehzahl. Diese Daten werden einer elektronischen Kontrolleinheit zugeführt, die nach Vergleich der Daten mit einem Kenndatenfeld der Brennkraftmaschine den Zu- und den Ab- fluss von Druckmittel zu den verschiedenen Druckkammern steuert.
Um die Phasenlage der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle zu verstellen wird in hydraulischen Nockenwellenverstellern eine der zwei gegeneinander wirkenden Druckkammern eines Hohlraums mit einer Druckmittelpumpe und die andere mit dem Tank verbunden. Der Zulauf von Druckmittel zur einen Kammer in Verbindung mit dem Ablauf von Druckmittel von der anderen Kammer verschiebt den die Druckkammern trennenden Kolben in axiale Richtung, wodurch in Axialkolbenverstellern über die Schrägverzahnungen die Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle verdreht wird. In Rotationskolbenverstellem wird durch die Druckbeaufschlagung der einen Kammer und die Druckentlastung der anderen Kammer eine Verschiebung des Flügels und damit direkt eine Verdrehung der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewirkt. Um die Phasenlage zu halten werden beide Druckkammern entweder mit der Druckmittelpumpe verbunden oder sowohl von der Druckmittelpumpe als auch vom Tank getrennt.
Die Steuerung der Druckmittelströme zu bzw. von den Druckkammern erfolgt mittels Steuerventilen, meist mittels eines 4/3-Wegeproportionalventils. Dieses weist ein Ventilgehäuse auf, welches mit je einem Anschluss für die Druckkammern (Arbeitsanschluss) und zumindest zwei Versorgungsanschlüssen versehen ist. Zumindest einer der Versorgungsanschlüsse dient als Zulaufan- schluss, über den dem Steuerventil Druckmittel von einer Druckmittelpumpe zugeführt wird. Des Weiteren dient ein weiterer Versorgungsanschluss als Ab- laufanschluss, über den das aus den Druckkammern austretende Druckmittel abgeführt wird. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Ablaufan- schluss mit einem Tank kommuniziert.
Innerhalb des im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführten Ventilgehäuses ist ein axial verschiebbarer Steuerkolben angeordnet. Der Steuerkolben kann mit- tels einer elektromagnetischen, pneumatischen oder hydraulischen Stelleinheit, entgegen der Federkraft eines Federelements axial in jede Position zwischen zwei definierte Endstellungen gebracht werden. Der Steuerkolben ist weiterhin mit Steuerabschnitten, die Steuerkanten aufweisen, und Ringnuten versehen, wodurch die Anschlüsse miteinander verbunden oder gegeneinander gesperrt werden können. Durch gezielte Verbindung der Arbeitsanschlüsse mit den Versorgungsanschlüssen können somit die einzelnen Druckkammern oder Gruppen von Druckkammern wahlweise mit der Druckmittelpumpe oder dem Tank verbunden werden. Ebenso kann eine Stellung des Steuerkolbens vorgesehen sein, in der die Druckmittelkammern sowohl von der Druckmittelpumpe als auch vom Druckmitteltank getrennt sind.
Ein derartiges Steuerventil ist aus der DE 199 44 535 C1 bekannt. Dieses besteht aus einem im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführten Ventilgehäuse und einem darin axial verschiebbar angeordneten Steuerkolben. An dem Ventil- gehäuse sind zwei radiale Arbeitsanschlüsse, ein radialer Zulaufanschluss und ein axialer Ablaufanschluss ausgebildet. Die zwei Arbeitsanschlüsse und der Zulaufanschluss sind als axial zueinander beabstandete Öffnungen in der zylindrischen Mantelfläche des Ventilgehäuses ausgebildet. Dabei liegt der Zulaufanschluss in axialer Richtung zwischen den beiden Arbeitsanschlüssen.
Innerhalb des Ventilgehäuses ist ein Steuerkolben vorgesehen, der mittels einer elektromagnetischen Stelleinheit in axialer Richtung relativ zum Ventilgehäuse verschoben werden kann. An der Außenmantelfläche des Steuerkolbens ist eine Ringnut ausgebildet, über welche, abhängig von der Position des Steuer- kolbens zum Ventilgehäuse, selektiv entweder der erste oder der zweite Ar- beitsanschluss mit dem Zulaufanschluss verbunden werden kann. Der Ablaufanschluss kann abhängig von der relativen Stellung des Steuerkolbens innerhalb des Ventilgehäuses über weitere Ringnuten und eine axiale Bohrung innerhalb des Steuerkolbens entweder mit dem ersten oder mit dem zweiten Arbeitsanschluss verbunden werden.
Das Steuerventil ist als Zentralventil ausgeführt, d.h. das Steuerventil ist radial innerhalb des Abtriebselements des Nockenwellenverstellers angeordnet. Dabei ist das Ventilgehäuse einteilig mit einer Zentralschraube ausgebildet, mittels derer das Abtriebselement des Nockenwellenverstellers verdrehfest mit einer Nockenwelle verbunden ist.
Die Lage des Zulaufanschlusses zwischen den Arbeitsanschlüssen erfordert eine aufwändige Ausbildung einer Versorgungsleitung zur Zufuhr von Druckmit- tel zum Zulaufanschluss des Steuerventils. Diese ist mittels mehrerer im Ventilgehäuse ausgebildeter, ineinander mündender Bohrungen realisiert, welche mit einer Bohrung im Schraubenschaft der Zentralschraube kommunizieren, wobei diese wiederum in die hohl ausgebildete Nockenwelle mündet. Das Innere der Nockenwelle wird über ein Nockenwellelager von einer Druckmittelpumpe mit Druckmittel beaufschlagt.
Die Ausbildung dieser Bohrungen in der Wandung des Ventilgehäuses ist sehr kostenintensiv und fehleranfällig. Neben dem hohen Herstellungsaufwand der dünnen Bohrungen innerhalb des dünnwandigen Ventilgehäuses, was zu einem erheblichen Produktionskostenbeitrag führt, steigt in dieser Ausführungsform der Produktionsausschuss auf Grund von fehlerhaften oder nicht fluchtender Bohrungen. Darüber hinaus leidet die Prozesssicherheit, da die dünnen Bohrer während der Ausbildung der Bohrungen zum Abbrechen neigen, was zu einer weiteren Erhöhung der Ausschussquote und weiter erhöhten Produktionskosten führt.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde diese geschilderten Nachteile zu vermeiden und somit ein hydraulisches Steuerventil zu schaffen, in dem oh- ne nennenswerten Mehraufwand verschiedenste Druckmittellogiken zwischen den verschiedenen Anschlüssen realisiert werden können. Im Speziellen soll erreicht werden, dass unabhängig von der axialen Anordnung der Druckmittelanschlüsse am Ventilgehäuse eine einfache und kostengünstige Ausführung eines Zentralventils und der zugehörigen Versorgungsleitungen ermöglicht wird. Dabei soll ein Höchstmaß an Freiheit bei der Ausgestaltung der Druckmittellogiken des Steuerventils erreicht werden, ohne den Bauraumbedarf, dien Herstellungsaufwand oder die Herstellungskosten nennenswert zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass innerhalb des Ventilgehäuses ein hohl ausgeführter Druckmittelleiteinsatz angeordnet und mindestens ein im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufender Druckmittelkanal ausbildet ist, wobei der Druckmittelkanal von dem Druckmittelleiteinsatz zumin- dest teilweise umgriffen wird, wobei der Druckmittelkanal mit mindestens einem der Anschlüsse und über eine Radialöffnung mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes kommuniziert und wobei der Steuerkolben innerhalb des Druckmittelleiteinsatzes angeordnet ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die äußeren Abmessungen des Druckmittelleiteinsatzes den inneren Abmessungen des Ventilgehäuses angepasst sind und dass der Druckmittelkanal an der Grenzfläche zwischen dem Ventilgehäuse und dem Druckmittelleiteinsatz ausgebildet ist.
In einer weiteren Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung mittels einer Zentralschraube an einer Nockenwelle befestigt ist und das Ventilgehäuse einteilig mit der Zentralschraube ausgebildet ist.
In einer ersten Ausführungsform ist der mindestens eine Druckmittelkanal als Vertiefung an einer Innenmantelfläche des Ventilgehäuses ausgebildet, wobei eine Außenmantelfläche des Druckmittelleiteinsatzes den Druckmittelkanal radial nach innen begrenzt und das Innere des Druckmittelleiteinsatzes über eine an diesem ausgebildete Radialöffnung mit dem Druckmittelkanal kommuniziert.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mindestens eine Druckmittelkanal als Vertiefung an einer Außenmantelfläche des Druckmittelleiteinsatzes ausgebildet ist, wobei eine Innenmantelfläche des Ventilgehäuses den Druckmittelkanal radial nach außen begrenzt und der Druckmittelkanal über eine am Druckmittelleiteinsatz ausgebildete Radialöffnung mit dessen Inneren kommuniziert.
Dabei ist es vorstellbar den Druckmittelleiteinsatz einstückig und aus Stahl o- der Kunststoff auszubilden.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Druckmittelleiteinsatz zumindest ein inneres und ein äußeres hülsenförmiges Bauteil umfasst und dass der mindestens eine Druckmittelkanal als Langloch in einer Wandung des äußeren hülsenförmigen Bauteils des Druckmittelleiteinsatzes ausgebildet ist, wobei eine Innenmantelfläche des Ventilgehäuses den Druckmittelkanal radial nach außen und das innere hülsenförmige Bauteil des Druckmittelleiteinsatzes den Druckmittelkanal radial nach innen begrenzt und der Druckmittelkanal über eine an dem inneren hülsenförmigen Bauteil ausgebildete Radialöff- nung mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes kommuniziert.
Dabei kann vorgesehen sein, das innere hülsenförmige Bauteil separat zum äußeren hülsenförmigen Bauteil herzustellen und mittel einer kraft- oder formschlüssigen Verbindung oder einer Klebeverbindung mit diesem verbunden ist.
Alternativ ist vorgesehen, das äußere hülsenförmige Bauteil als Spritzgussteil herzustellen und das innere hülsenförmige Bauteil als Einlegebauteil auszubilden, das während des Spritzgussprozesses des äußeren hülsenförmigen Bauteils von diesem umspritzt wird.
In einer Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Druckmittelkanal den Zulaufanschluss mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatz verbindet. Dabei kann in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung innerhalb des Steuerventils stromaufwärts zu dem Druckmittelkanal ein Rückschlagventil und/oder ein Filterelement angeordnet sein.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Filterelement und/oder Teile des Rückschlagventils stoffschlüssig mit dem Druckmittelleiteinsatz verbunden sind. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Rückschlagventil einen von einem Federelement mit einer Kraft beaufschlagten Schließkörper aufweist, wobei sich das Federelement an einem einteilig mit dem Druckmittel- leiteinsatz ausgebildeten Federlager abstützt. In einer alternativen Ausführungsform weist das Rückschlagventil einen von einem Federelement mit einer Kraft beaufschlagten Schließkörper, ein Federlager und einen Ventilsitz auf, wobei zumindest das Federlager oder der Ventilsitz als zum Druckmittelleiteinsatz separates Bauteil ausgebildet ist. Ebenso kann ein Kolbendruckfederelement vorgesehen sein, welches den Steuerkolben in einer axialen Richtung mit einer Kraft beaufschlagt, wobei sich dieses an einem einteilig mit dem Druckmittelleiteinsatz ausgebildeten Kolbenfederlager oder an einem separat zum Druckmittelleiteinsatz ausgebildeten Kolbenfederlager abstützt.
In einer Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, sowohl ein Kolbenfederlager als auch ein einteilig mit diesem ausgebildetes Federlager vorzusehen.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, den Druckmittelleit- einsatz ortsfest zum Ventilgehäuse innerhalb des Ventilgehäuses anzuordnen, wobei zu diesem Zweck am Druckmittelleiteinsatz und am Ventilgehäuse formschlüssige Mittel vorgesehen sein können, die zur axialen Fixierung des Druckmittelleiteinsatzes zum Ventilgehäuse und/oder deren ortsfester Fixierung in Umfangshchtung dienen.
Das erfindungsgemäße Steuerventil zeichnet sich dadurch aus, dass der Steuerkolben nicht direkt an einer Innenmantelfläche des Ventilgehäuses anliegt, sondern dass ein Druckmittelleiteinsatz zwischen diesen Bauteilen angeordnet ist. Das Ventilgehäuse dient in dieser Ausführungsform weiterhin als An- Schlusselement des Steuerventils zu den Umgebungskonstruktionen. Es stellt die Verbindung zu den, beispielsweise in einem Abtriebselement eines No- ckenwellenverstellers ausgebildeten, Druckmittelleitungen her, die zu den hydraulischen Verbrauchern (Druckkammern) führen. Des Weiteren wird über das Ventilgehäuse die Verbindung zu mindestens einer Versorgungsleitung, wie einer Zu- oder einer Ablaufleitung, hergestellt, die beispielsweise in einer Nockenwelle oder einem Anschlussbauteil ausgebildet sein können. Der Druckmittelleiteinsatz übt zum einen die Funktion aus, dessen Inneres über mindestens einen im Wesentlichen axial verlaufenden Druckmittelkanal mit mindestens einem der Anschlüsse mit zu verbinden. Des Weiteren erfüllt der Druckmittelleiteinsatz zusammen mit dem Steuerkolben die Steuerfunktion der Druckmittelströme innerhalb des Ventils. Zu diesem Zweck ist der Steuerkolben axial verschiebbar innerhalb des Druckmittelleiteinsatz angeordnet, wobei an dem Steuerkolben Steuerabschnitte ausgebildet sind, deren äußere Abmessungen den Inneren Abmessungen des Druckmittelleiteinsatz angepasst sind. Durch axiales Verschieben des Steuerkolbens relativ zum Druckmittelleiteinsatz können die verschiedenen, mit den einzelnen Anschlüssen kommunizierenden Radialöffnungen verbunden oder voneinander getrennt werden. Durch die Ausbildung von im Wesentlichen axial verlaufenden Druckmittelkanälen innerhalb des Steuerventils können verschiedenste Druckmittellogiken innerhalb des Steuerventils realisiert werden, wobei weder der Bauraumbedarf noch die Herstellungskosten oder der Herstellungsaufwand negativ beeinflusst werden. Auf diese Weise müssen nicht mehr die Umgebungskonstruktionen dem Ventilgehäuse angepasst werden. Im Gegenteil, mit nur geringem Mehraufwand kann die Lage der Anschlüsse am Ventilgehäuse den Umgebungskonstruktionen angepasst werden. Die aufwändigen Druckmittelleitungen innerhalb des Abtriebselements oder die im Stand der Technik vorgeschlagenen aufwändigen und fehlerträchtigen Bohrungen werden durch einfach herzustellende Strukturen ersetzt, die an dem Druckmittelleiteinsatz bzw. dem Druckmittelleiteinsatz und dem Ventilgehäuse ausgebildet werden.
Im Falle eines Zentralventils, welches radial innerhalb eines Abtriebselements angeordnet ist, kann durch das erfindungsgemäße Steuerventil beispielsweise die Druckmittelzuleitung erheblich vereinfacht werden. Dabei übernimmt der Druckmittelleiteinsatz die Aufgabe, das dem Zulaufanschluss zugeführte Druckmittel an einer Stelle dem Wirkbereich des Steuerkobens zuzuführen, die axial zwischen den beiden Arbeitsanschlüssen liegt. Anstatt der kostenintensiv und aufwändig zu fertigenden Bohrungen innerhalb des Abtriebselements oder des Ventilgehäuses kann die Leitung des Druckmittels über einfach herzustellende Strukturen des Druckmittelleiteinsatzes erfolgen.
Diese Druckmittelkanäle können beispielsweise an der Grenzfläche zwischen dem Druckmittelleiteinsatz und dem Ventilgehäuse ausgebildet werden. Zu diesem Zweck sind Vertiefungen oder axiale Nuten am Druckmittelleiteinsatz oder dem Ventilgehäuse vorgesehen, die einerseits mit einem der Anschlüsse und andererseits über geeignete Radialöffnungen mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatz kommunizieren. Die an dem Druckmittelleiteinsatz ausgebildeten Vertiefungen können kostenneutral während des Herstellungsprozesses des Druckmittelleiteinsatz in diesen eingebracht werden. Dies kann bei einer Kunststoffausführung des Druckmittelleiteinsatz beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Druckmittelkanäle bereits in der Spritzgussform Berücksichtigung finden. Ebenso denkbar sind Druckmittelleiteinsätze bestehend aus Stahl oder einem anderen Metall, beispielsweise Aluminium. Denkbar in diesem Zusammenhang wäre eine spanende Formgebung oder eine Herstellung in einem geeigneten Metall-Spritzgussverfahren. Ebenso denkbar ist die Ausbildung des Druckmittelleiteinsatz aus einem Stahlblech mittels eines spanlosen Umformverfahrens, wie beispielsweise eines Tiefziehverfahrens, wobei in diesem Fall die Druckmittelkanäle wiederum kostenneutral während des Formgebungsprozesses ausgebildet werden können.
Neben der Ausführungsform in der der Zulaufanschluss über die Druckmittelkanäle mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes kommuniziert, können auch andere Öllogiken realisiert werden, wie beispielsweise eine Verbindung des Inneren des Druckmittelleiteinsatzes mit dem Ablaufanschluss oder einem oder mehrerer der Arbeitsanschlüsse. Wichtig ist in diesem Zusammenhang nur, dass sichergestellt ist, dass die Druckmittelkanäle ausschließlich mit den vorgesehenen Anschlüssen kommunizieren, wobei des Druckmittel an den anderen Anschlüssen, die in dem axialen Bereich der Druckmittelkanäle liegen, vorbeigeleitet wird, ohne dass eine direkte Verbindung zu diesen besteht.
Neben einer einteiligen Ausführung des Druckmittelleiteinsatzes sind auch mehrteilige Ausführungsformen denkbar. Beispielsweise könnten ein inneres und ein äußeres Bauteil vorgesehen sein, wobei das innere Bauteil innerhalb des äußeren Bauteils angeordnet ist. Die Druckmittelkanäle sind in dem äußeren Bauteil ausgebildet, während das innere Bauteil diese gegenüber dem Inne- ren des Druckmittelleiteinsatzes abgrenzt und die Radialöffnung zum Einleiten des Druckmittels in das Innere des Druckmittelleiteinsatzes trägt. In diesem Fall kann das innere Bauteil beispielsweise eine spanlos hergestellte Stahlhülse und das äußere Bauteil aus Kunststoff mittels eines Spritzgussverfahrens gefertigt sein. Dabei fungiert die Stahlhülse als Einlegeteil, welches während des Her- Stellungsprozesses des äußeren Bauteils mit diesem umspritzt wird. Ebenso denkbar sind andere Werkstoffpaarungen und kraft-, form- oder stoffschlüssige Verbindungen oder Klebeverbindungen.
Innerhalb des Steuerventils können Filterelemente oder Rückschlagventile an- geordnet sein. Diese können separat zu den Komponenten des Steuerventils ausgebildet und mit einer oder mehrer Komponenten stoffschlüssig verbunden, oder als Einlegeteil konzipiert sein. Ebenso denkbar sind Ausführungsformen, in denen zumindest Teile des Rückschlagventils oder des Filterelements einteilig mit Komponenten des Steuerventils ausgebildet sind. Beispielsweise kann es vorgesehen sein im Falle eines Druckmittelleiteinsatzes oder eines inneren Bauteils aus Stahlblech, ein Federlager des Rückschlagventils einteilig mit der jeweiligen Komponente auszuführen, wodurch eine weitere Kosten red uktion erreicht werden kann.
Da in Umfangshchtung des Steuerventils abwechselnd Druckmittelkanäle und Radialöffnungen angeordnet sind, zwischen denen keine direkte Verbindung bestehen soll, muss die Montage des Druckmittelleiteinsatz in dem Ventilgehäuse in einer bestimmten Orientierung der Bauteile zueinander erfolgen. Um die orientierte Montage zu erleichtern und Fehlmontagen auszuschließen wird vorgeschlagen an dem Druckmittelleiteinsatz und dem Ventilgehäuse formschlüssige Elemente im Sinne einer Nut-Feder Verbindung vorzusehen, wodurch der Druckmittelleiteinsatz nur in einer Orientierung in das Ventilgehäuse eingebracht werden kann. Diese Nut-Feder Verbindungen wirken während des Betriebs der Brennkraftmaschine zusätzlich als Verdrehsicherung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
Figur 1 nur sehr schematisch eine Brennkraftmaschine,
Figur 2a einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Steuerventil,
Figur 2b einen Querschnitt durch die Vorrichtung aus Figur 2a, ohne Steuerventil, entlang der Linie IIB-IIB,
Figur 3 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuerventils entlang der Linie Ill-Ill aus in Figur 2b,
Figur 3a den Druckmittelleiteinsatz aus Figur 3 in einer perspektivischen Darstellung,
Figur 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuerventils,
Figur 5 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuerventils,
Figur 5a einen Längsschnitt durch den Druckmittelleiteinsatz aus Figur 5. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist eine Brennkraftmaschine 100 skizziert, wobei ein auf einer Kurbelwelle 101 sitzender Kolben 102 in einem Zylinder 103 angedeutet ist. Die Kurbelwelle 101 steht in der dargestellten Ausführungsform über je einen Zugmitteltrieb 104 bzw. 105 mit einer Einlassnockenwelle 106 bzw. Auslassnockenwelle 107 in Verbindung, wobei eine erste und eine zweite Vorrichtung 1 für eine Relativdrehung zwischen Kurbelwelle 101 und Nockenwellen 106, 107 sorgen können. Nocken 108, 109 der Nockenwellen 106, 107 betätigen ein Ein- lassgaswechselventil 1 10 bzw. ein Auslassgaswechselventil 1 1 1. Ebenso kann vorgesehen sein nur eine der Nockenwellen 106, 107 mit einer Vorrichtung 1 auszustatten, oder nur eine Nockenwelle 106, 107 vorzusehen, welche mit einer Vorrichtung 1 versehen ist.
Die Figuren 2a, 2b zeigen eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen 1 10, 1 1 1 einer Brennkraftmaschine 100.
Eine Stellvorrichtung 1 a besteht im Wesentlichen aus einem Antriebsrad 5, einem Stator 2 und einem konzentrisch dazu angeordneten Abtriebselement 3. Das Abtriebselement 3 besteht aus einer Radnabe 4, an deren Außenumfang fünf Flügel 6 ausgebildet sind, welche sich radial nach außen erstrecken. Weiterhin ist die Stellvorrichtung 1 a mit einer Zentralbohrung 4b versehen, in die im montierten Zustand der Vorrichtung 1 eine Nockenwelle 3a, in der Darstellung der Figur 2a, von links, eingreift. Im montierten Zustand der Vorrichtung 1 kann diese, beispielsweise mittels einer kraft-, reib-, form-, oder stoffschlüssigen Verbindung oder mittels Befestigungsmitteln, drehfest mit der Nockenwelle 3a verbunden werden. In der dargestellten Ausführungsform ist die Vorrichtung 1 mittels einer Zentralschraube 17 mit der Nockenwelle 3a drehfest verbunden. Der Stator 2 ist als dünnwandiges Blechteil ausgebildet, wobei dieser aus inne- ren Umfangswänden 7 und äußeren Umfangswänden 8 besteht, welche über Seitenwände 9 miteinander verbunden sind. Die inneren und die äußeren Um- fangswände 7, 8 erstrecken sich im Wesentlichen in Umfangshchtung. Über die inneren Umfangswände 7, welche an einer zylindrischen Umfangswand des Abtriebselements 3 anliegen, ist der Stator 2 drehbar auf dem Abtriebselement 3 gelagert. Ausgehend von den inneren Umfangswänden 7 erstrecken sich die Seitenwände 9 im Wesentlichen in radialer Richtung nach außen und gehen in die äußeren Umfangswände 8 über. Durch diesen Aufbau sind mehrere, in der dargestellten Ausführungsform fünf, Druckräume 10 ausgebildet, welche in a- xialer Richtung von dem Antriebsrad 5 und einer Dichtscheibe 12 druckdicht abgeschlossen werden.
Die Flügel 6 sind derart an der Außenmantelfläche des Abtriebselements 3 an- geordnet, dass sich in jeden Druckraum 10 genau ein Flügel 6 erstreckt. Dabei liegen die Flügel 6 in radialer Richtung an den äußeren Umfangswänden 8 des
Stators 2 an. Die Breite der Flügel 6 ist derart ausgeführt, dass diese in axialer
Richtung an dem Antriebsrad 5 und der Dichtscheibe 12 anliegen. Dadurch teilt jeder Flügel 6 einen Druckraum 10 in zwei gegeneinander wirkende Druck- kammern 14, 15.
Der Stator 2 und das Abtriebselement 3 sind innerhalb eines topfförmigen Gehäuses 1 1 angeordnet, welches diese Bauteile durch das Zusammenwirken mit dem Antriebsrad 5 druckmitteldicht kapselt. Zu diesem Zweck ist das offene Ende des Gehäuses 1 1 öldicht mit dem Antriebsrad 5 verbunden. Die Verbindung zwischen dem Antriebsrad 5 und dem Gehäuse 11 kann mittels eines abdichtenden Fügeverfahrens oder durch den Einsatz eines Dichtmittels realisiert werden. In der dargestellten Ausführungsform ist eine in Umfangshchtung umlaufende Schweißverbindung 16a vorgesehen.
An einem Boden 13 des Gehäuses 1 1 ist eine konzentrisch zur Zentralbohrung 4b angeordnete Öffnung 16 vorgesehen. Eine Zentralschraube 17 durchgreift die Öffnung 16 und die Zentralbohrung 4b, wobei ein mit einem Gewinde versehener Teil der Zentralschraube 17 in eine mit einem Innengewinde versehene Aufnahme 18 der Nockenwelle 3a eingreift. Die Zentralschraube 17 ist weiterhin auf der nockenwellenabgewandten Seite der Vorrichtung 1 mit einem gestuften Bereich 19a ausgebildet, über den sich die Zentralschraube 17 im montiertem Zustand über einen separat gefertigten Anschraubbund 19 entweder direkt oder indirekt an dem Abtriebselement 3 abstützt und somit dieses drehfest mit der Nockenwelle 3a verbindet. Der Vorteil eines separat gefertigten Anschraubbundes 19 liegt in dem geringeren Herstellungsaufwand und den geringeren Herstellungskosten. Die Zentralschraube 17, die gleichzeitig als Ventilgehäuse 22 eines Steuerventils 20 ausgebildet ist, wird üblicherweise durch einen Drehpro- zess hergestellt. Aus Festigkeitsgründen muss der Bund mit einem bestimmten minimalen Außendurchmesser ausgebildet sein. Durch die Verwendung eines separaten Anschraubbundes 19 kann der minimale Außendurchmesser des gestuften Bereichs 19a deutlich kleiner ausgebildet sein, wodurch der Herstel- lungsaufwand und damit die Herstellungskosten signifikant gesenkt werden können.
Der Bereich der Zentralschraube 17, der innerhalb des Abtriebselements 3 angeordnet ist, ist als Steuerventil 20 ausgebildet. Dieser Bereich der Zentral- schraube 17 erstreckt sich innerhalb der Zentralbohrung 4b, die als Ventilaufnahme 4a wirkt.
In Figur 3 ist die Zentralschraube 17 in einer vergrößerten Form dargestellt. Diese ist mit einer sacklochartigen Aufnahme 21 versehen, deren Öffnung am nockenwellenabgewandten axialen Ende der Zentralschraube 17 angeordnet ist. Die dadurch entstandene zylinderförmige Mantelfläche des Steuerventils 20 erfüllt die Funktion eines Ventilgehäuses 22. Dabei ist der Außendurchmesser des Ventilgehäuses 22 dem Innendurchmesser des Abtriebselements 3 ange- passt.
Das Steuerventil 20 ist mit vier Anschlüssen A, B, P, T versehen, wobei drei der Anschlüsse A, B, P als radiale Öffnungen in der zylinderförmigen Mantelfläche des Ventilgehäuses 22 ausgebildet sind. Der Zulaufanschluss P ist derart an dem Ventilgehäuse 22 ausgebildet, dass dieser im montierten Zustand des Steuerventils 20 innerhalb der Aufnahme 18 der Nockenwelle 3a angeordnet ist. Die Aufnahme 18 der Nockenwelle 3a ist derart ausgebildet, dass zwischen der Zentralschraube 17 und einer Innenmantelfläche der Aufnahme 18 ein Ringkanal 24 ausgebildet ist, welcher nockenwellenendseitig von der Zentral- schraube 17 verschlossen ist. Der Ringkanal 24 kommuniziert einerseits mit dem Zulaufanschluss P und andererseits über Radialbohrungen 25, die im Bereich eines Nockenwellenlagers 26 an der Nockenwelle 3a ausgebildet sind, mit einer nicht dargestellten Druckmittelpumpe. Der Zulaufanschluss P und die Arbeitsanschlüsse A, B sind zueinander axial versetzt angeordnet, wobei der Zulaufanschluss P auf der nockenwellenzugewandten Seite der Arbeitsanschlüsse A, B angeordnet ist. Daraus resultiert der Vorteil, dass auf aufwändige Druckmittelleitungen innerhalb des Abtriebselements 3 oder des Ventilgehäuses 22, wie im Stand der Technik offenbart, ver- ziehtet werden kann, die das Druckmittel an einem der Arbeitsanschlüsse A, B in axialer Richtung vorbeileiten, ohne direkt mit diesem zu kommunizieren. Die Leitung des Druckmittel erfolgt, wie noch zu beschreiben ist, mittels eines Druckmittelleiteinsatzes 27 innerhalb des Steuerventils 20. Die Arbeitsanschlüsse A, B kommunizieren, wie in Figur 2a dargestellt, mit Ringkanälen 3b, die an der Zentralbohrung 4b des Abtriebselements 3 ausgebildet sind und über Druckmittelleitungen 3c mit den Druckkammern 14, 15 kommunizieren.
Innerhalb des Ventilgehäuses 22 ist ein im Wesentlichen hohlzylindrisch ausge- führter Druckmittelleiteinsatz 27 angeordnet, wobei der Außendurchmesser des Druckmittelleiteinsatzes 27 dem Innendurchmesser des Ventilgehäuses 22 an- gepasst ist. Der Druckmittelleiteinsatz 27 liegt einenends an einer am Ventilgehäuse 22 ausgebildeten Schulter 28 an und ist anderenends mittels eines Sicherungsrings 29 axial innerhalb des Ventilgehäuses 22 positioniert. Die no- ckenwellenseitige axiale Öffnung des Druckmittelleiteinsatzes 27 steht in direkter Verbindung mit dem Zulaufanschluss P, wobei wie in Figur 3 dargestellt, zwischen dem Zulaufanschluss P und dem Druckmittelleiteinsatz 27 ein Filterelement 27a (in diesem Fall ein Ringfilterelement) und/oder ein Rückschlagventil 27b angeordnet sein kann. Mittels des Filterelements 27a, wird verhindert, dass mit dem in das Steuerventil 20 eintretenden Druckmittel Schmutzpartikel in das Steuerventil 20 gelangen, wodurch sowohl das Steuerventil 20 als auch die Vorrichtung 1 wirkungsvoll vor Funktionsstörungen geschützt werden. Die Implementierung des Rückschlagventils 27b verbessert in verschiedenen Betriebs- punkten einer Brennkraftmaschine 100 die Funktion der Vorrichtung 1 erheblich. Das Ansprechverhalten und die Verstellgeschwindigkeit der Vorrichtung 1 können erhöht und ein Leerlaufen der Vorrichtung 1 während der Betriebspausen der Brennkraftmaschine 100 vermieden werden. Innerhalb des Druckmittelleiteinsatzes 27 ist ein Federlager 30 angeordnet, welches die axiale Bohrung des Druckmittelleiteinsatzes 27 in axialer Richtung druckdicht verschließt und an dem sich ein Federelement 31 abstützt, welches einen Schließkörper 32 des Rückschlagventils 27b mit einer Axialkraft beaufschlagt.
In axialer Richtung zwischen dem der Nockenwelle 3a zugewandten Endes des Druckmittelleiteinsatzes 27 und dem Federlager 30 sind in der zylinderförmigen Mantelfläche des Druckmittelleiteinsatzes 27 erste Radialöffnungen 33a vorgesehen. Jede der ersten Radialöffnungen 33a mündet in einen Druckmittelkanal 34, welcher als an der Außenmantelfläche des Druckmittelleiteinsatzes 27 ausgebildete, sich in axialer Richtung erstreckende Vertiefung ausgeführt ist. Jeder Druckmittelkanal 34 mündet an der von der Nockenwelle 3a abgewandten Seite des Federlagers 30 über je eine zweite Radialöffnung 33b in das Innere des Druckmittelleiteinsatzes 27. Des Weiteren sind dritte und vierte Radialöffnungen 33c, 33d an dem Druckmittelleiteinsatz 27 ausgebildet, die mit jeweils einem der Arbeitsanschlüsse A, B kommunizieren. Dabei ist vorgesehen, dass die dritten und vierten Radialöffnungen 33c, 33d relativ zu den ersten Radialöffnungen 33a, den zweiten Radialöffnungen 33b und den Druckmittelkanälen 34 in Umfangshchtung versetzt zueinander angeordnet sind (Figur 3a). Die dritten und vierten Radialöffnungen 33c, 33d können entweder direkt, oder über weitere an dem Druckmittelleiteinsatz 27 ausgebildete, im Wesentlichen axial verlaufende zweite Druckmittelkanäle 34 mit den Arbeitsanschlüsse A, B kommunizieren. Dadurch ist es möglich die Arbeitsanschlüsse A, B versetzt zu den dritten und vierten Radialöffnungen 33c, 33d anzuordnen, wobei weitere Freiheitsgrade bei der Auslegung des Ventilgehäuses 22 vorhanden sind. Innerhalb des Druckmittelleiteinsatzes 27 ist ein im Wesentlichen hohlzylind- risch ausgeführter Steuerkolben 35 axial verschiebbar angeordnet. Der Steuerkolben 35 wird nockenwellenseitig mittels eines Kolbendruckfederelements 36 mit einer axialen Kraft beaufschlagt, wobei sich das Kolbendruckfederelement 36 an einem Kolbenfederlager 30, welches einteilig mit dem Federlager 30 ausgebildet ist, und dem Steuerkolben 35 abstützt.
Wie in Figur 2a zu erkennen ist, ist an der von der Nockenwelle 3a abgewandten Seite des Steuerventils 20 eine elektrische Stelleinheit 37 ausgebildet, die über eine Stößelstange 38 den Steuerkolben 35 gegen die Kraft des Kolben- druckfederelements 36 in axialer Richtung verschieben kann.
Der Steuerkolben 35 ist als im Wesentlichen hohlzylindrisches Bauteil ausgeführt, wobei an dessen Außenmantelfläche zwei Steuerabschnitte 39 größeren Außendurchmessers ausgebildet sind, welche durch eine Ringnut 40 voneinander getrennt sind. Dabei ist vorgesehen, dass die zweiten Radialöffnungen 33b im Bereich der Ringnut 40 in das Innere des Druckmittelleiteinsatzes 27 münden. Der Außendurchmesser der Steuerabschnitte 39 ist dem Innendurchmesser des Druckmittelleiteinsatzes 27 angepasst, wodurch über die zweiten Radialöffnungen 33b in die Ringnut 40 geleitetes Druckmittel, abhängig von der relativen Stellung des Steuerkolbens 35 zum Druckmittelleiteinsatz 27, zu den drit- ten oder den vierten Radialöffnungen 33c, 33d und damit zu den Arbeitsanschlüsse A, B gelangen kann.
Das Innere des Steuerkolbens 35 kommuniziert nockenwellenseitig über eine axiale Öffnung 41 mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes 27 und andererseits über radiale Öffnungen 41 mit dem Äußeren der Zentralschraube 17.
Im Folgenden wird auf die Funktionsweise des Steuerventils 20 eingegangen. Über das Nockenwellenlager 26 und die Radialbohrungen 25 kann von einer nicht dargestellten Druckmittelpumpe gefördertes Druckmittel in den Ringkanal 24 gelangen. Von dort tritt das Druckmittel über den Zulaufanschluss P in das Innere des Ventilgehäuses 22 ein, durchtritt das Filterelement 27a und gelangt unter Zurückdrängung des Schließkörpers 32 in die axiale Bohrung des Druckmittelleiteinsatzes 27. Anschließend wird das Druckmittel über die erste Radialöffnung 33a, den Druckmittelkanal 34 und die zweite Radialöffnung 33b in die Ringnut 40 des Steuerkolbens 35 geleitet. Abhängig von der Stellung des Steuerkolbens 35 gelangt das Druckmittel nun über die dritten oder vierten Radialöffnungen 33c, 33d entweder zum ersten oder zum zweiten Arbeitsanschluss A, B und von dort zu den jeweiligen Druckkammern 14, 15 der Vorrichtung 1. Von den Druckkammern 14,15 zurückströmendes Druckmittel tritt über den jeweiligen Arbeitsanschluss A, B und die korrespondierende Radialöffnung 33c, 33d in das Innere des Druckmittelleiteinsatzes 27 ein. Über den Arbeitsanschluss A eintretendes Druckmittel wird über das Innere des Steuerkolbens 35 und die Radialöffnungen 41 zu einem nicht dargestellten Druckmittelreservoir der Brennkraftmaschine 100 geleitet. Über den Arbeitsanschluss B eintretendes Druckmittel gelangt direkt an dem von der Nockenwelle 3a abgewandten Steuerabschnitt 39 vorbei zu dem Druckmittelreservoir.
Der Druckmittelleiteinsatz 27 kann wie in der in Figur 3 dargestellten Ausfüh- rungsform einteilig beispielsweise aus einem geeigneten Stahl, Aluminium oder Kunststoff hergestellt sein. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein den Druckmittelleiteinsatz 27 mittels eines spanlosen Formgebungsverfahrens oder mittels eines Spritzgussverfahres herzustellen.
In der dargestellten Ausführungsform ist das Federlager 30 als separates Bauteil ausgebildet, welches nachträglich in der Bohrung des Druckmittelleiteinsatzes 27 befestigt wird. Dabei ist es beispielsweise denkbar das Federlager 30 als spanloses Umformteil auszubilden und kraft- oder stoffschlüssig mit dem Druckmittelleiteinsatz 27 zu verbinden. Alternativ dazu kann das Federlager 30 während des Spritzgussprozesses in den Druckmittelleiteinsatz 27 eingegossen werden. Ebenso denkbar ist eine einteilige Ausbildung des Federlagers 30 mit dem Druckmittelleiteinsatz 27.
Da weder der Druckmittelleiteinsatz 27 noch das Ventilgehäuse 22 bezüglich einer Längsachse des Steuerventils 20 rotationssymmetrisch ausgebildet sind, sind vorteilhafterweise Mittel zur Verdrehsicherung der beiden Bauteile gegeneinander vorgesehen. Dies kann beispielsweise mittels einer Feder-Nut Verbindung 43 realisiert werden. Die Feder-Nut Verbindung 43 dient gleichzeitig als Montagehilfe, und stell sicher, dass der Druckmittelleiteinsatz 27 nur in einer, der korrekten, Orientierung innerhalb des Ventilgehäuses 22 montiert werden kann.
Das Rückschlagventil 27b bzw. das Filterelement 27a können separat zum Druckmittelleiteinsatz 27 oder einteilig mit diesem ausgebildet sein. Im Falle einer separaten Ausbildung wird vorgeschlagen das Filterelement 27a bzw. das Rückschlagventil 27b mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, wie beispielsweise Ultraschallschweißen, mit dem Druckmittelleiteinsatz 27 zu verbinden.
Figur 4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Steuer- ventils 20, wobei diese in weiten Teilen identisch zu der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform ist. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform sind in dieser Ausführungsform die Druckmittelkanäle 34 als Vertiefungen oder Langnuten an der Innenmantelfläche des Ventilgehäuses 22 ausgebildet. An dem Druckmittelleiteinsatz 27 sind lediglich die Radialöffnungen 33a-33d ausgebildet.
In Figur 5 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Steuerventils 20 dargestellt, wobei der Druckmittelleiteinsatz 27 in diesem Fall zweiteilig, in Form eines inneren und eines äußeren hülsenförmigen Bauteils 44, 45 ausgebildet ist. Sowohl das innere als auch das äußere hülsenförmige Bauteil 44, 45 weisen die zueinander ausgerichteten dritten Radialöffnungen 33c auf. Die vierten Radialöffnungen 33d sind nur in dem inneren hülsenförmigen Bauteil
44 ausgebildet und münden in zweite Druckmittelkanal 34, die an dem äußeren hülsenförmigen Bauteil 45 ausgeformt sind. Die ersten Radialöffnungen 33a sind ausschließlich im äußeren hülsenförmigen Bauteil 45 und die zweiten Ra- dialöffnungen 33b sind ausschließlich im inneren hülsenförmigen Bauteil 44 ausgebildet. Sowohl die ersten, als auch die zweiten Radialöffnungen 33b münden in die Druckmittelkanäle 34. Diese sind in diesem Fall als Langlöcher 46 ausgeführt, welche an der Mantelfläche des äußeren hülsenförmigen Bauteils
45 ausgebildet sind. Die Druckmittelkanäle 34 werden radial nach außen durch die Innenmantelfläche des Ventilgehäuses 22 und radial nach innen durch das innere hülsenförmige Bauteil 44 begrenzt. Figur 5a zeigt den Druckmittelleiteinsatz 27 der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform eines Steuerventils 20 in einer vergrößerten Schnittdarstellung, wobei die Schnittebene von der in Figur 5 abweicht. Das Federlager 30 kann in dieser Ausführungsform sowohl als separates Bauteil, wie in Figur 5 dargestellt, oder, wie in Figur 5a dargestellt einteilig mit dem inneren hülsenförmigen Bauteil 44 ausgebildet sein. Die einteilige Ausführungsform kann beispielsweise mittels eines spanlosen Umformprozesses aus einem geeigneten Stahlblechrohling hergestellt werden. In der in Figur 5a dargestellten Ausführungsform eines Druckmittelleiteinsatzes 27 ist das Filterelement 27a separat zu diesem ausgebildet, wobei ein Rahmen 47 des Filterelements 27a mittels einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem Druckmittelleiteinsatz 27 verbunden ist. In der dargestellten Ausführungsform wirkt der Rahmen 47 des Filterelements 27a als Ventilsitz für einen nicht dargestellten Schließkörper 32.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das äußere hülsenförmige Bauteil 45 als Kunststoffspritzgussteil hergestellt, wobei das aus einem Stahlblech gefertigte innere hülsenförmige Bauteil 44 während des Spritzgussprozesses des äußeren hülsenförmigen Bauteils 45 von diesem umspritzt wird. Ebenso denkbar sind verschiedene andere Werkstoffpaarungen, wobei kraft- stoff- oder formschlüssige Verbindungen zwischen den beiden hülsenförmigen Bauteilen 44, 45 in Frage kommen.
Durch die Verwendung des vorgeschlagenen Druckmittelleiteinsatzes 27 zwi- sehen dem Ventilgehäuse 22 und dem Steuerkolben 35 eines Steuerventils 20 und die Ausbildung von im Wesentlichen axial verlaufenden Druckmittelkanälen 34 innerhalb des Steuerventils 20 mit Hilfe des Druckmittelleiteinsatzes 27 lassen sich praktisch beliebige Öllogiken zwischen Anschlüssen A, B, P, T realisieren, ohne den axialen Bauraumbedarf, den Herstellungsaufwand und die Her- Stellungskosten des Steuerventils 20 nennenswert zu erhöhen. Die benötigten Druckmittelkanäle 34 können während des Formgebungsprozesses des Druckmittelleiteinsatzes 27 kostenneutral in diesen eingebracht werden. Neben der in den Ausführungsbeispielen gezeigten Ausführungsformen wäre es bei- spielsweise ebenso denkbar, dass die Druckmittelkanäle 34 den Ablaufan- schluss T mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes 27 verbinden, während Druckmittel über einen axialen Zulaufanschluss P innerhalb des Steuerkolben 35 entweder zum Arbeitsanschluss A oder dem Arbeitsanschluss B geleitet werden kann.
Zusätzlich zu der Verbindung des Arbeitsanschlusses P mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes 27 über erste Druckmittelkanäle 34 können ebenso, wie beispielsweise in den Figuren 3 und 3a dargestellt, die Arbeitsanschlüsse A, B über zweite Druckmittelkanäle 34 und die dritten bzw. vierten Radialöffnun- gen 33c, 33d mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes 27 kommunizieren.
Durch die Ausbildung der Druckmittelkanäle 34 an einer Grenzfläche zwischen dem Druckmittelleiteinsatz 27 und dem Ventilgehäuse 22 kann der Herstellungsaufwand des Druckmittelleiteinsatzes 27 weiter verringert werden. Weiter- hin können zur Fertigung des Druckmittelleiteinsatzes 27 weitere Werkstoffe, wie beispielsweise Stahlbleche verwendet werden.
Die Verwendung der einfach auszubildenden und günstig herzustellenden Druckmittelkanäle 34 an der Grenzfläche zwischen dem Druckmittelleiteinsatz 27 und dem Ventilgehäuse 22 ermöglicht die Darstellung verschiedenster Öllo- giken. Gleichzeitig werden die Freiheitsgrade bei der Konzipierung der einzelnen Komponenten der Steuerventile 20, wie beispielsweise des Ventilgehäuses 22 signifikant erhöht. Anstatt der sonst üblichen aufwändigen konstruktiven Maßnahmen in den Um- gebungskonstruktionen des Steuerventils 20 oder im Steuerventil 20 selbst, um den Zulaufanschluss P, der in der Regel zwischen den beiden Arbeitsanschlüssen A und B angeordnet ist, mit der Druckmittelpumpe zu verbinden, wird in diesem Ausführungsbeispiel der Volumenstrom mittels eines kostengünstig herzustellenden Druckmittelleiteinsatzes 27 innerhalb des Steuerventils 20 ge- leitet.
Speziell im Falle von Zentralventilen hat dies den Vorteil, dass die bewährte interne Ausführungsform eines Steuerventils 20 beibehalten werden kann, wobei aufwändige und kostenintensive Druckmittelführungen innerhalb des Ab- triebselements 3 der Vorrichtung 1 oder einer Nockenwelle 3a oder dem Ventilgehäuse 22 des Steuerventils 20 entfallen können.
Die in dem Druckmittelleiteinsatz 27 ausgebildeten Druckmittelkanäle 34 erlauben es die Anschlüsse A, B, P, T nahezu beliebig an dem Ventilgehäuse 22 anzuordnen. Das Ventilgehäuse 22 kann also der Umgebungskonstruktion an- gepasst werden und nicht umgekehrt.
Weiterhin kann durch die Integration von weiteren Funktionalitäten in den Druckmittelleiteinsatz 27, wie beispielsweise Filterelemente 27a oder Rück- schlagventile 27b, die Performance des Steuerventils 20 und damit Vorrichtung 1 , die durch das Steuerventil 20 angesteuert wird, erhöht werden. Dabei werden die Kosten und der Montageaufwand durch die Integration der Zusatzfunktionen kaum erhöht.
Bei entsprechender Auslegung des Druckmittelleiteinsatzes 27 und der Ventilaufnahme 4a wäre es ebenso eine Ausführungsform ohne Ventilgehäuse 22 denkbar. In diesem Fall würden die Druckmittelkanäle 34 an einer Grenzfläche zwischen dem Druckmittelleiteinsatz 27 und der Umgebungskonstruktion, beispielsweise dem Abtriebselement 3, einer Nockenwelle 3a, die in das Abtriebs- element 3 eingreift oder einer an einem Zylinderkopf oder einem Zylinderkopfdeckel ausgebildeten Ventilaufnahme, ausgebildet. Im Falle eines Zentralventils müsste sichergestellt werden, dass das Steuerventil 20 mit allen Druckmittelleitungen 3c aller Druckkammern kommuniziert. Dies könnte beispielsweise dadurch gelöst werden, dass pro Druckmittelleitung 3c entweder eine dritte oder vierte Radialöffnung 33c, 33d am Druckmittelleiteinsatz 27 ausgebildet ist, wobei diese Radialöffnungen 33c, 33d an den Öffnungen der Druckmittelleitungen 3c auszurichten wären. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, nur einen Druckmittelkanal 34 auszubilden, der den Zulaufanschluss P mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes 27 verbindet. An der restlichen Umfangsfläche des Druckmittelleiteinsatzes 27 können in diesem Fall zwei axial zueinander versetzt angeordnete Umfangsnuten vorgesehen sein, die jeweils einerseits mit den dritten oder vierten Radialöffnungen 33c, 33d und andererseits mit den Druckmittelleitungen 3c der ersten oder zweitem Druckkammern 14, 15 kommunizieren.
Bezugszeichen
1 Vorrichtung
1 a Stellvorrichtung
2 Stator
3 Abtriebselement
3a Nockenwelle
3b Ringkanal
3c Druckmittelleitung
4 Radnabe
4a Ventilaufnahme
4b Zentralbohrung
5 Antriebsrad
6 Flügel
7 innere Umfangswand
8 äußere Umfangswand
9 Seitenwand
10 Druckraum
11 Gehäuse
12 Dichtscheibe
13 Boden
14 erste Druckkammer
15 zweite Druckkammer
16 Öffnung
16a Schweißverbindung
17 Zentralschraube
18 Aufnahme
19 Anschraubbund
19a gestufter Bereich
20 Steuerventil
21 Aufnahme
22 Ventilgehäuse
24 Ringkanal 25 Radialbohrung
26 Nockenwellenlager
27 Druckmittelleiteinsatz
27a Filterelement
27b Rückschlagventil
28 Schulter
29 Sicherungsring
30 Federlager
31 Federelement
32 Schließkörper
33a erste Radialöffnung
33b zweite Radialöffnung
33c dritte Radialöffnung
33d vierte Radialöffnung
34 Druckmittelkanal
35 Steuerkolben
36 Kolbendruckfederelement
37 Stelleinheit
38 Stößelstange
39 Steuerabschnitt
40 Ringnut
41 Öffnung
43 Feder-Nut- Verbindung
44 inneres hülsenförmiges Bauteil
45 äußeres hülsenförmiges Bauteil
46 Langloch
47 Rahmen
100 Brennkraftmaschine
101 Kurbelwelle
102 Kolben
103 Zylinder
104 Zugmitteltrieb 105 Zugmitteltrieb
106 Einlassnockenwelle
107 Auslassnockenwelle
108 Nocken 109 Nocken
110 Einlassgaswechselventil
11 1 Auslassgaswechselventil A Arbeitsanschluss
B Arbeitsanschluss P Zulaufanschluss
T Ablaufanschluss

Claims

Patentansprüche
1. Steuerventil (20) für eine Vorrichtung (1 ) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (110, 11 1 ) einer Brennkraftmaschine (100) mit
- einem hohl ausgeführten Ventilgehäuse (22),
- das mindestens einen Zulaufanschluss (P), mindestens einen Ablaufan- schluss (T) und mindestens zwei Arbeitsanschlüsse (A, B) aufweist, und mit einem Steuerkolben (30), dadurch gekennzeichnet, dass - innerhalb des Ventilgehäuses (22) ein hohl ausgeführter Druckmittelleiteinsatz (27) angeordnet und mindestens ein, im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufender Druckmittelkanal (34) ausbildet ist,
- wobei der Druckmittelkanal (34) von dem Druckmittelleiteinsatz (27) zumindest teilweise umgriffen wird, - wobei der Druckmittelkanal (34) mit mindestens einem der Anschlüsse (A, B, P, T) und über eine Radialöffnung (33b-d) mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes (27) kommuniziert und
- wobei der Steuerkolben (35) innerhalb des Druckmittelleiteinsatzes (27) angeordnet ist.
2. Steuerventil (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Abmessungen des Druckmittelleiteinsatzes (27) den inneren Abmessungen des Ventilgehäuses (22) angepasst sind und dass der Druckmittelkanal (34) an der Grenzfläche zwischen dem Ventilgehäuse (22) und dem Druckmittelleiteinsatz (27) ausgebildet ist.
3. Steuerventil (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) mittels einer Zentralschraube (17) an einer Nockenwelle (3a) befestigt ist und das Ventilgehäuse (22) einteilig mit der Zentralschraube (17) ausgebildet ist.
4. Steuerventil (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Druckmittelkanal (34) als Vertiefung an einer Innenmantelfläche des Ventilgehäuses (22) ausgebildet ist, wobei eine Außenmantelfläche des Druckmittelleiteinsatzes (27) den Druckmittelkanal (34) radial nach innen begrenzt und das Innere des Druckmittelleiteinsatzes (27) über eine an diesem ausgebildete Radialöffnung (33b-d) mit dem Druckmittelkanal (34) kommuniziert.
5. Steuerventil (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Druckmittelkanal (34) als Vertiefung an einer Außenmantelfläche des Druckmittelleiteinsatzes (27) ausgebildet ist, wobei eine Innenmantelfläche des Ventilgehäuses (22) den Druckmittelkanal (34) radial nach außen begrenzt und der Druckmittelkanal (34) über eine am Druckmittelleiteinsatz (27) ausgebildete Radialöffnung (3b-d) mit dessen Inneren kommu- niziert.
6. Steuerventil (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelleiteinsatz (207) zumindest ein inneres und ein äußeres hülsen- förmiges Bauteil (44, 45)umfasst und dass der mindestens eine Druckmittel- kanal (34) als Langloch in einer Wandung des äußeren hülsenförmigen Bauteils (45) des Druckmittelleiteinsatzes (27) ausgebildet ist, wobei eine Innenmantelfläche des Ventilgehäuses (22) den Druckmittelkanal (34) radial nach außen und das innere hülsenförmige Bauteil (44) des Druckmittelleiteinsatzes (27) den Druckmittelkanal (34) radial nach innen begrenzt und der Druckmittelkanal (34) über eine an dem inneren hülsenförmigen Bauteil (44) ausgebildete Radialöffnung (33b-d) mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatzes (27) kommuniziert.
7. Steuerventil (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelleiteinsatz (27) einstückig und aus Stahl ausgebildet ist.
8. Steuerventil (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelleiteinsatz (27) einstückig und aus Kunststoff ausgebildet ist.
9. Steuerventil (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das innere hülsenförmige Bauteil (44) separat zum äußeren hülsenförmigen
Bauteil (45) hergestellt und mittel einer kraft- oder formschlüssigen Verbindung oder einer Klebeverbindung mit diesem verbunden ist.
10. Steuerventil (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere hülsenförmige Bauteil (45) als Spritzgussteil hergestellt und das innere hülsenförmige Bauteil (44) als Einlegebauteil ausgebildet ist, das während des Spritzgussprozesses des äußeren hülsenförmigen Bauteils (45) von diesem umspritzt wird.
11. Steuerventil (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelkanal (34) den Zulaufanschluss (P) mit dem Inneren des Druckmittelleiteinsatz (27) verbindet.
12. Steuerventil (20) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass inner- halb des Steuerventils (20) stromaufwärts zu dem Druckmittelkanal (34) ein Rückschlagventil (27b) angeordnet ist.
13. Steuerventil (20) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Steuerventils (20) stromaufwärts zu dem Druckmittelkanal (34) ein Filterelement (27a) angeordnet ist.
14. Steuerventil (20) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das
Rückschlagventil (27b) einen von einem Federelement (31 ) mit einer Kraft beaufschlagten Schließkörper (32) aufweist, wobei sich das Federelement (31 ) an einem einteilig mit dem Druckmittelleiteinsatz (27) ausgebildeten
Federlager (30) abstützt.
15. Steuerventil (20) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das
Rückschlagventil (27b) einen von einem Federelement (31 ) mit einer Kraft beaufschlagten Schließkörper (32), ein Federlager (30) und einen Ventilsitz aufweist, wobei zumindest das Federlager (30) oder der Ventilsitz als zum Druckmittelleiteinsatz separates Bauteil ausgebildet ist.
16. Steuerventil (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolbendruckfederelement (36) vorgesehen ist, welches den Steuerkolben (35) in einer axialen Richtung mit einer Kraft beaufschlagt, wobei sich dieses an einem einteilig mit dem Druckmittelleiteinsatz (27) ausgebildeten Kolbenfederlager (30) abstützt.
17. Steuerventil (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolbendruckfederelement (36) vorgesehen ist, welches den Steuerkolben (35) in einer axialen Richtung mit einer Kraft beaufschlagt, wobei sich dieses an einem separat zum Druckmittelleiteinsatz (27) ausgebildeten Kolbenfederlager (30) abstützt.
18. Steuerventil (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sowohl ein Kolbenfederlager (30) als auch ein einteilig mit diesem ausgebildetes Federlager (30) vorgesehen ist.
19. Steuerventil (20) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (27a) und/oder Teile des Rückschlagven- tils (27b) stoffschlüssig mit dem Druckmittelleiteinsatz (27) verbunden sind.
20. Steuerventil (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelleiteinsatz (27) ortsfest zum Ventilgehäuse (22) innerhalb des Ventilgehäuses (22) angeordnet ist.
21. Steuerventil (20) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass am Druckmittelleiteinsatz (27) und am Ventilgehäuse (22) formschlüssige Mittel (43) vorgesehen sind, die zur axialen Fixierung des Druckmittelleiteinsatzes (27) zum Ventilgehäuse (22) und/oder deren ortsfester Fixierung in Um- fangsrichtung dienen.
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