DE102008006377A1

DE102008006377A1 - Hydraulisches Ventilteil eines Steuerventils

Info

Publication number: DE102008006377A1
Application number: DE200810006377
Authority: DE
Inventors: Ali Bayrakdar; Jens Hoppe
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2009-07-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Ventilteil (1) eines Steuerventils zur Steuerung von Druckmittelströmen, mit den folgenden Merkmalen: das Ventilteil (1) umfasst ein Ventilgehäuse (2) mit einer Mehrzahl Fluidkanäle (15; 16, 19; 17, 20), welche die Gehäusewand durchdringen und in einen axial einseitig offenen Gehäusehohlraum (3) münden, sowie einen im Gehäusehohlraum (3) axial verschiebbar aufgenommenen zylindrischen Steuerkolben (4) mit einem axial einseitig offenen Kolbenhohlraum (7); der Steuerkolben (4) ist mit einer von einer ersten und zweiten Steuerkante (28, 29) begrenzten Steuernut (18) versehen; der Steuerkolben (4) weist an seiner ersten und zweiten Stirnseite jeweils zumindest zwei den Steuerkolben im Ventilgehäuse führende erste bzw. zweite Axialstege (33; 36) auf, wobei zwischen den ersten bzw. zweiten Axialstegen in den Kolbenhohlraum (7) mündende erste bzw. zweite Aussparungen (34; 37) geformt sind, wobei benachbarte erste bzw. zweite Axialstege (33; 36) miteinander verbindende Randabschnitte der ersten bzw. zweiten Aussparungen (34; 37) jeweils dritte bzw. vierte Steuerkanten (30; 31) formen; durch die Steuernut (18) ist, je nach axialer Position des Steuerkolbens (4), ein erster Fluidkanal (15) mit einem zweiten oder dritten Fluidkanal (16, 19; 17, 20) verbindbar, während der jeweils andere Fluidkanal über die ersten oder zweiten Aussparungen (34; 37) mit dem Kolbenhohlraum (7) verbunden ist; wenigstens eine Steuerkante (30, 31) des ...

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Steuerventile und betrifft nach ihrer Gattung ein durch einen Aktuator betätigtes hydraulisches Ventilteil eines Steuerventils zur Steuerung von Druckmittelströmen.
Stand der Technik
In Brennkraftmaschinen werden die Gaswechselventile durch die Nocken einer durch die Kurbelwelle in Drehung versetzten Nockenwelle betätigt. Vor dem Hintergrund thermodynamischer Prozesse hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn während des Betriebs der Brennkraftmaschine auf die Steuerzeiten der Gaswechselventile Einfluss genommen wird, welche durch die relative Drehlage zwischen Nocken- und Kurbelwelle vorgegeben sind. Hinlänglich bekannt ist die Anwendung von Vorrichtungen zur Änderung und Fixierung der relativen Drehlage zwischen Nocken- und Kurbelwelle, die gemeinhin als "Nockenwellenversteller" bezeichnet werden.
Hydraulische Nockenwellenversteller umfassen in der Regel ein über ein Antriebsrad mit der Kurbelwelle drehfest verbundenes Antriebsteil und ein nockenwellenfestes Abtriebsteil, sowie einen zwischen An- und Abtriebsteil geschalteten hydraulischen Stellantrieb, welcher das Drehmoment von dem Antriebsteil auf das Abtriebsteil überträgt und eine Verstellung sowie Fixierung der relativen Drehlage zwischen An- und Abtriebsteil ermöglicht. Nockenwellenversteller sind beispielsweise als Rotationskolbenversteller ausgestaltet, bei denen das Antriebsteil als Außenrotor ("Stator") und das Abtriebsteil als ein zum Außenrotor konzentrischer Innenrotor ("Rotor") ausgebildet sind. Im radialen Zwischenraum zwischen Stator und Rotor sind Druckräume geformt, die durch beispielsweise mit dem Rotor verbundene Trennelemente jeweils in zwei Druckkammern geteilt werden. Durch gezielte Druckbeaufschlagung der Druckkammern kann der Rotor gegen den Stator hydraulisch verschwenkt werden, wodurch eine Drehung der Nockenwelle und demzufolge auch eine Änderung der relativen Drehlage zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle bewirkt wird.
Eine Steuerung eines hydraulischen Nockenwellenverstellers erfolgt durch eine Steuereinheit, welche auf Basis von erfassten Kenndaten der Brennkraftmaschine den Zu- und Abfluss von Druckmittel zu bzw. von den einzelnen Druckkammern steuert. Die Druckmittelströme werden hierbei durch ein von der Steuereinheit gesteuertes Steuerventil geregelt.
Steuerventile in Form von Mehrwege-Schieberventilen zur Steuerung der Druckmittelströme für Nockenwellenversteller sind als solche hinlänglich bekannt. Sie umfassen als wesentliche Komponenten ein hydraulisches Ventilteil mit einem Ventilgehäuse und einem in einem Gehäusehohlraum axial verschiebbar aufgenommenen Steuerkolben, sowie einen Aktuator, typischer Weise ein Elektromagnet mit Stößel, welcher zur Betätigung des Steuerkolbens dient.
Derartige Steuerventile sind beispielsweise in dem deutschen Patent DE 19727180 C2 und dem deutschen Patent DE 19616973 C2 beschrieben.
In einer typischen Bauweise umfasst ein hydraulisches Ventilteil eines Steuerventils zur Steuerung von Druckmittelströmen ein Ventilgehäuse mit einem axial einseitig offenen Ventilgehäusehohlraum und einer Mehrzahl Bohrungen, die jeweils die Gehäusewand durchdringen und in den Ventilgehäusehohlraum münden. Die in den Ventilgehäusehohlraum mündenden Bohrungen gehen jeweils in eine im Innenumfang des Ventilgehäuses eingearbeitete Ringnut über, was den Vorteil hat, dass die Bohrungen, je nach Anwendungsfall, in Umfangsrichtung variabel platzierbar sind. In einer möglichen Anschlussbelegung dienen die Bohrungen und Ringnuten als Druckmittelanschluss bzw. Arbeitsanschlüsse für das Steuerventil, während die Gehäusehohlraumöffnung des Ventilgehäuses als Ablaufanschluss dient.
Das Ventilteil umfasst weiterhin einen im Ventilgehäusehohlraum axial verschiebbar aufgenommenen zylindrischen Steuerkolben mit einem axial einseitig offenen Steuerkolbenhohlraum. Der Steuerkolben ist mit einer von zwei Ringbünden begrenzten Steuernut versehen, durch welche, je nach axialer Lage des Steuerkolbens, der Druckmittelanschluss mit dem einen oder anderen Arbeitsanschluss verbunden werden kann, während der jeweils andere Arbeitsanschluss über den Kolbenhohlraum mit dem Ablaufanschluss verbunden ist. Die Umfangsflächen der beiden Ringbünde sind so geformt, dass sie die jeweiligen Ringnuten der beiden Arbeitsanschlüsse überdecken bzw. freigeben können, um auf diese Weise über eine Änderung deren Öffnungsquerschnitte die Durchflussmenge von Druckmittel zu regeln. Zu diesem Zweck formen die beiden Ringbünde jeweils ringförmige Steuerkanten, durch welche der Durchfluss von Druckmittel gesteuert werden kann.
Wird in einem solchen Steuerventil der Steuerkolben axial verschoben, so wird über die ringförmigen Steuerkanten der beiden Ringbünde des Steuerkolbens gemeinsam mit den Ringnuten im Innenumfang der Ventilhülse ein in etwa lineares Steuerverhalten erzielt, mit der Folge, dass der Druckmittelfluss mit der axialen Verschiebung des Steuerkolbens in etwa proportional ansteigt oder abfällt. In der praktischen Anwendung der Steuerventile zur Steuerung der Druckmittelströme von Nockenwellenverstellern hat sich dies jedoch als nachteilig erwiesen, da in vielen Fällen gerade ein nichtlineares Änderungsverhalten des Druckmittelflusses durch die Arbeitsanschlüsse wünschenswert wäre, etwa um bei einer gleichmäßigen Verschiebung des Steuerkolbens zur Freigabe einer Ringnut einen anfänglich überproportionalen Anstieg und anschließend abfallenden Anstieg des Druckmittelflusses zu realisieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein hydraulisches Ventilteil eines Steuerventils zur Regelung von Druckmittelströmen zur Verfügung zu stellen, durch welches ein linearer Anstieg oder Abfall des Druckmittelflusses bei einer Freigabe der Arbeitsanschlüsse vermieden werden kann.
Lösung der Aufgabe
Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch ein hydraulisches Ventilteil eines Steuerventils zur Steuerung von Druckmittelströmen, insbesondere für einen hydraulischen Nockenwellenversteller einer Brennkraftmaschine, mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein hydraulisches Ventilteil eines Steuerventils zur Steuerung von Druckmittelströmen gezeigt, welches insbesondere zur Steuerung von Druckmittelströmen eines hydraulischen Nockenwellenverstellers dient.
Das erfindungsgemäße Ventilteil umfasst ein Ventilgehäuse mit einem ersten, zweiten und dritten Fluidanal, welche die Gehäusewand durchdringen und in einen Gehäusehohlraum münden. Der Gehäusehohlraum kann an einer axialen Ventilgehäusehohlraumöffnung axial einseitig offenen ausgebildet sein. Insbe sondere münden der zweite und dritte Fluidkanal in vorteilhafter Weise jeweils in eine in die Innenumfangsfläche des Ventilgehäuses bzw. Wand des Gehäusehohlraums eingearbeitete Ringnut. Es umfasst weiterhin einen im Gehäusehohlraum axial verschiebbar aufgenommenen zylindrischen Steuerkolben, der einen Kolbenhohlraum aufweisen kann. Der Kolbenhohlraum kann an einer axialen Kolbenhohlraumöffnung axial einseitig offenen ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Kolbenhohlraumöffnung mit einer eventuell vorhandenen Gehäusehohlraumöffnung (fluidleitend) verbunden sein.
Der Steuerkolben ist mit einer von einer ersten Steuerkante und einer zweiten Steuerkante begrenzten Steuernut versehen.
Der Steuerkolben weist weiterhin an seiner einen Stirnseite zumindest zwei (insbesondere im Wesentlichen zueinander diametral angeordnete) den Steuerkolben im Ventilgehäuse führende erste Axialstege auf, welche sich im Wesentlichen in axiale Richtung erstrecken. Zwischen den ersten Axialstegen sind jeweils erste Aussparungen geformt, die in einen eventuell vorhandenen Kolbenhohlraum münden können. Hierbei formen benachbarte erste Axialstege miteinander verbindende Randabschnitte der ersten Aussparungen jeweils dritte Steuerkanten.
Der Steuerkolben weist weiterhin an seiner anderen Stirnseite zumindest zwei (insbesondere im Wesentlichen zueinander diametral angeordnete) den Steuerkolben im Ventilgehäuse führende zweite Axialstege auf, welche sich im Wesentlichen in axiale Richtung erstrecken. Zwischen den zweiten Axialstegen sind jeweils zweite Aussparungen geformt, die in einen eventuell vorhandenen Kolbenhohlraum münden können. Hierbei formen benachbarte zweite Axialstege miteinander verbindende Randabschnitte der zweiten Aussparungen jeweils vierte Steuerkanten.
Die ersten und dritten Steuerkanten sind vorteilhaft von einem ersten Steuerabschnitt geformt, während die zweiten und vierten Steuerkanten vorteilhaft von einem zweiten Steuerabschnitt geformt sind.
In dem erfindungsgemäßen Ventilteil sind, je nach axialer Position des Steuerkolbens, der erste Fluidkanal über die Steuernut mit dem zweiten oder dritten Fluidkanal des Ventilgehäuses (fluidleitend) verbindbar, wobei der jeweils andere Fluidkanal mit den zwischen den Axialstegen geformten ersten oder zweiten Aussparungen verbunden ist. Diese können beispielsweise mit dem Kolbenhohlraum und damit mit dem Gehäusehohlraum (fluidleitend) verbunden sein. Alternativ können die Aussparungen beispielsweise mit radialen Öffnungen verbunden sein. Die erste und dritten Steuerkanten sind hierbei dem zweiten Fluidkanal zu dessen Steuerung zugeordnet, wohingegen die zweite und vierten Steuerkanten dem dritten Fluidkanal zu dessen Steuerung zugeordnet sind.
Das erfindungsgemäße hydraulische Ventilteil zeichnet sich in wesentlicher Weise dadurch aus, dass wenigstens eine Steuerkante des Steuerkolbens in axialer Richtung (bezogen auf den zylindrischen Steuerkolben) bauchig gekrümmt ist bzw. in Umfangsrichtung einen nicht-geradlinigen Verlauf, beispielsweise kreisbogenförmigen bzw. sichelförmigen Verlauf, hat.
Durch den nicht-geradlinigen Verlauf der wenigstens einen bauchig gekrümmten Steuerkante des Steuerkolbens kann in vorteilhafter Weise bei eine gleichmäßigen Bewegung des Steuerkolbens eine nicht-lineare Flussänderung von Druckmittel erreicht werden.
In dem Ventilteil können bei einer ersten Anschlussbelegung der erste Fluidkanal als ein Druckmittelanschluss zur Verbindung mit einer Druckmittelpumpe, der zweite und dritte Fluidkanal jeweils als ein Arbeitsanschluss (Arbeitsanschlüsse A, B) und die axiale Gehäuseöffnung des axial einseitig offenen Ventilgehäuses als ein Ablaufanschluss zur Verbindung mit einem Druckmitteltank dienen. Alternativ können zwei Ablaufanschlüsse vorgesehen sein, die Gehäusewand radial durch dringen. Gleichermaßen ist es möglich, dass bei einer alternativen zweiten Anschlussbelegung der erste Fluidkanal als ein Ablaufanschluss, der zweite und dritte Fluidkanal jeweils als ein Arbeitsanschluss (Ar beitsanschlüsse A, B) und die axiale Gehäuseöffnung des axial einseitig offenen Ventilgehäuses als ein Druckmittelanschluss dienen.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventilteils sind die dritten und zugleich vierten Steuerkanten jeweils in axialer Richtung bauchig gekrümmt. Ist in diesem Fall das Ventilteil so mit einer Druckmittelpumpe und einem Ablauf verbunden, dass der erste Fluidkanal als Druckmittelanschluss und die axiale Gehäuseöffnung als Ablaufanschluss dienen, so kann über die bauchig gekrümmten dritten und vierten Steuerkanten gezielt Einfluss auf die Flussänderung von Druckmittel beim Ablauf von Druckmittel durch den zweiten oder dritten Fluidkanal (Arbeitsanschlüsse) genommen werden. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn beispielsweise in einem Nockenwellenversteller eine Druckmittelsteuerung durch Ablauf von Druckmittel aus den Druckkammern realisiert ist ("Ablaufsteuerung"). Ist jedoch das Ventilteil so mit einer Druckmittelpumpe und einem Ablauf verbunden, dass der erste Fluidkanal als Ablaufanschluss und die axiale Gehäuseöffnung als Druckmittelanschluss dienen, so kann über die bauchig gekrümmten dritten und vierten Steuerkanten gezielt Einfluss auf die Flussänderung von Druckmittel beim Zulauf von Druckmittel durch die Arbeitsanschlüsse genommen werden. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn beispielsweise in einem Nockenwellenversteller eine Druckmittelsteuerung durch Zulauf von Druckmittel zu den Druckkammern realisiert ist ("Zulaufsteuerung").
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventilteils sind die dritten und vierten Steuerkanten jeweils zur anderen Stirnseite hin bauchig gekrümmt. Hierbei kann bei einer gleichmäßigen axialen Verschiebung des Steuerkolbens zur Freigabe des zugeordneten Fluidkanals eine Flussänderung von Druckmittel realisiert werden, bei der anfänglich mit beginnender Freigabe des zugeordneten Fluidkanals eine große Änderung des Druckmittelflusses erfolgt, welche fortan mit zunehmender axialen Verschiebung des Steuerkolbens kleiner wird.
Bei einer hierzu alternativen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventilteils sind die dritten und vierten Steuerkanten jeweils zur eigenen Stirnseite hin bauchig gekrümmt. Hierbei kann bei einer gleichmäßigen axialen Verschiebung des Steuerkolbens zur Freigabe des zugeordneten Fluidkanals eine Flussänderung von Druckmittel realisiert werden, bei der anfänglich mit beginnender Freigabe des zugeordneten Fluidkanals eine kleine Änderung des Druckmittelflusses erfolgt, welche fortan mit zunehmender axialer Verschiebung des Steuerkolbens größer wird.
Die Erfindung erstreckt sich ferner auf ein Steuerventil zur Druckmittelsteuerung, insbesondere für einen hydraulischen Nockenwellenversteller einer Brennkraftmaschine, das ein wie oben beschriebenes Ventilteil und einen Aktuator, insbesondere in Form eines Elektromagneten, umfasst. Der Aktuator umfasst ein Stellglied, beispielsweise in Form eines Stößels, das mit dem Steuerkolben des Ventilteils derart in Wirkverbindung steht, dass der Steuerkolben entgegen der Federkraft einer Druckfeder axial verschiebbar ist.
Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit einem wie oben beschriebenen Steuerventil.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. Gleiche bzw. gleich wirkende Elemente sind in den Zeichnungen mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Es zeigen:
1 eine Axialschnittansicht eines hydraulischen Ventilteils eines Steuerventils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine weitere Axialschnittansicht des Ventilteil von 1;
3 eine weitere Axialschnittansicht des Ventilteils von 1;
4 eine perspektivische Ansicht des Steuerkolbens des Ventilteils von 1.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In den beigefügten 1 bis 4 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydraulischen Ventilteils gezeigt.
Seien zunächst die 1 bis 3 betrachtet, worin das hydraulische Ventilteil in verschiedenen Axialschnittansichten dargestellt ist. Demnach umfasst das insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichnete Ventilteil eines Steuerventils, welches zur Druckmittelregelung eines hydraulischen Nockenwellenverstellers dient, ein im Wesentlichen hohlzylindrisches Ventilgehäuse 2 mit einem Gehäusehohlraum 3, welcher an einer in 1 bis 3 linken Gehäusestirnseite über eine axiale Gehäusehohlraumöffnung 5 axial einseitig offen ist.
Koaxial zur Zylinderachse 6 des Ventilgehäuses 2 ist im Gehäusehohlraum 3 ein im Wesentlichen hohlzylindrischer Steuerkolben 4 axial verschiebbar aufgenommen. Der Steuerkolben 4 liegt in Form eines Hohlkolbens vor, mit einem Kolbenhohlraum 7, der an einer in 1 bis 3 linken Kolbenstirnseite über eine in den Gehäusehohlraum 3 mündende axiale Kolbenhohlraumöffnung 8 axial einseitig offen ist. Die Kolbenhohlraumöffnung 8 ist der Gehäusehohlraumöffnung 5 zugewandt, so dass die Kolbenhohlraumöffnung 8 mit der Gehäusehohlraumöffnung 5 (fluidleitend) verbunden ist.
An einer Kolbenstirnfläche 23 des Steuerkolbens 4 greift ein lediglich teilweise dargestellter Stößel 9 an, welcher durch eine Durchbrechung 24 eines Ventilgehäusedeckels 25 hindurchgeführt ist. Der Stößel 9 ist an einem in 1 bis 3 nicht dargestellten Magnetanker eines Elektromagneten (elektromagnetischer Aktuator) starr befestigt. Wenn der Magnetanker bestromt wird, wird der Stößel 9 in axialer Richtung zum Ventilteil 1 verschoben und verschiebt hierbei den Steuerkolben 4 axial entgegen der Federkraft einer Druckfeder 10. Die Druck feder 10 liegt zu diesem Zweck an ihrem einen Ende an einer sich radial erweiternden ersten Ringstufe 11 dem stößelabgewandten Ende des Steuerkolbens 4 an und ist an ihrem anderen Ende in einer sich radial erweiternden zweiten Ringstufe 12 aufgenommen. Die zweite Ringstufe 12 wird von einem in den Gehäusehohlraum 3 eingesetzten ringförmigen Stützelement 13 geformt, welches seinerseits durch einen Sicherungsring 14 einseitig axial gesichert ist. Die Druckfeder 10 ist hier beispielsweise als Schraubenfeder ausgebildet, kann jedoch auch von jedem anderen geeigneten Federtyp sein. Wird der Magnetanker nicht bestromt, so dass der Stößel 9 vom Elektromagneten nicht betätigt wird, stellt die Druckfeder 10 den Steuerkolben 4 zurück (in den 1 bis 3 nach rechts).
In das Ventilgehäuse 2 sind drei axial beabstandete Radialbohrungen 15–17 gebohrt, nämlich eine erste Radialbohrung 15, die sich zwischen einer zweiten Radialbohrung 16 und einer dritten Radialbohrung 17 befindet. Die Radialbohrungen 15–17 münden jeweils in den Gehäusehohlraum 3. Zudem münden die zweite und dritte Radialbohrung 16, 17 jeweils in eine in die Innenumfangsfläche 21 des Gehäusehohlraums 3 eingearbeitete Ringnut 19, 20, wobei die zweite Radialbohrung 16 in eine erste Ringnut 19 und die dritte Radialbohrung 17 in eine zweite Ringnut 20 mündet. Die erste Radialbohrung 15 formt einen ersten Fluidkanal, wohingegen die zweite Radialbohrung 16 und die erste Ringnut 19 einen zweiten Fluidkanal und die dritte Radialbohrung 17 und die zweite Ringnut 20 einen dritten Fluidkanal formen.
Der Steuerkolben 4 ist mit einer in seine Außenumfangsfläche 22 eingearbeiteten Steuernut 18 versehen, welche so angeordnet ist, dass sie bei jeder axialen Position des Steuerkolbens 4 mit der ersten Radialbohrung 11 (fluidleitend) verbunden ist.
Die Steuernut 18 wird von einem ersten Steuerabschnitt 26 und einem zweiten Steuerabschnitt 27 begrenzt, deren Umfangsflächen jeweils so ausgebildet sind, dass sie die erste bzw. zweite Ringnut 19, 20 dichtend überdecken bzw. freigeben können, um auf diese Weise über eine Änderung von deren Öff nungsquerschnitten die Durchflussmenge von Druckmittel (beispielsweise Öl) zu regeln. Eine Einstellung der Öffnungsquerschnitte der ersten bzw. zweiten Ringnuten 19, 20 erfolgt über jeweilige Steuerkanten der beiden Steuerabschnitte 26, 27, welche nun unter Bezugnahme auf 4, worin der Steuerkolben 4 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt ist, näher erläutert werden.
Demnach umfasst der erste Steuerabschnitt 26 auf seiner stößelabgewandten Seite einen Teil bzw. Abschnitt, der in Form eines ersten Ringbunds 32 ausgebildet ist. Der erste Ringbund 32 formt auf seiner dem Stößel 9 abgewandten Kante bzw. Rand eine ringförmige erste Steuerkante 28. Auf der stößelzugewandten Seite des ersten Ringbunds 32 sind an den ersten Ringbund 32 drei erste Axialstege 33 angeformt, welche sich, in Umfangsrichtung mit einem gleichmäßigen Zwischenabstand verteilt, in axiale Richtung erstrecken. Die ersten Axialstege 33 strahlen in die Kolbenstirnfläche 23 ein und verjüngen hierbei den stößelzugewandten Endabschnitt des Steuerkolbens 4. Zwischen den ersten Axialstegen 33 sind jeweils erste Aussparungen 34 ausgespart, in die jeweils in den Kolbenhohlraum 7 mündende Durchtrittsöffnungen 38 eingearbeitet sind, so dass ein Durchtritt von Druckmittel zum Kolbenhohlraum 7 bzw. zum Gehäusehohlraum 3 ermöglicht ist. Die jeweils zwei benachbarte erste Axialstege 33 miteinander verbindenden Randabschnitte der ersten Aussparungen 34 formen jeweils eine dritte Steuerkante 30.
Der zweite Steuerabschnitt 27 formt auf seiner stößelzugewandten Seite einen Teil bzw. Abschnitt, der in Form eines zweiten Ringbunds 35 ausgebildet ist. Der zweite Ringbund 35 formt auf seiner dem Stößel 9 zugewandten Kante bzw. Rand eine ringförmige zweite Steuerkante 29. Auf der stößelabgewandten Seite des zweiten Ringbunds 35 sind an den zweiten Ringbund 35 drei zweite Axialstege 36 angeformt, welche sich, in Umfangsrichtung mit einem gleichmäßigen Zwischenabstand verteilt, in axiale Richtung erstrecken. Zwischen den zweiten Axialstegen 36 sind jeweils zweite Aussparungen 37 ausgespart, die in den Kolbenhohlraum 7 münden, so dass ein Durchtritt von Druckmittel zum Kolbenhohlraum 7 bzw. zum Gehäusehohlraum 3 ermöglicht ist. Die jeweils zwei benachbarte zweite Axialstege 36 miteinander verbindenden Randab schnitte der zweiten Aussparungen 37 formen jeweils eine vierte Steuerkante 31.
Sowohl die ersten Axialstege 33 als auch die zweiten Axialstege 36 dienen jeweils einer Führung des Steuerkolbens 4 innerhalb des Ventilgehäuses 2.
Die dritten und vierten Steuerkanten 30, 31 sind jeweils in axialer Richtung gebaucht, d. h. sie haben in Umfangsrichtung betrachtet einen nicht-geradlinigen (gekrümmten) Verlauf. Hierbei sind die auf der stößelzugewandten Seite (Endabschnitt) des Steuerkolbens 4 geformten dritten Steuerkanten 30 in Richtung zur stößelabgewandten Seite des Steuerkolbens 4 bauchig (sichelförmig) geformt und steuern den zweiten Fluidkanal von der stößelzugewandten Stirnseite her, wohingegen die auf der stößelabgewandten Seite (Endabschnitt) des Steuerkolbens 4 geformten vierten Steuerkanten 31 in Richtung zur stößelzugewandten Seite des Steuerkolbens 4 bauchig (sichelförmig) geformt sind und den dritten Fluidkanal von der stößelabgewandten Stirnseite her steuern.
In den 1 bis 3 sind jeweils verschiedene axiale Stellungen des Steuerkolbens 4 in Bezug auf das Ventilgehäuse 2 gezeigt. In 1 befindet sich der Steuerkolben 4 in einer Position, bei der die Steuernut 18 mit dem aus zweiter Ringnut 20 und dritter Radialbohrung 17 zusammengesetzten dritten Fluidkanal (fluidleitend) verbunden ist, während die ersten Aussparungen 34 mit dem aus zweiter Radialbbohrung 16 und erster Ringnut 19 zusammengesetzten zweiten Fluidkanal (fluidleitend) verbunden ist. Andererseits befindet sich in 2 der Steuerkolben 4 in einer Position, bei der die Steuernut 18 mit dem zweiten Fluidkanal (fluidleitend) verbunden ist, während die zweiten Aussparungen 37 mit dem dritten Fluidkanal (fluidleitend) verbunden sind. 3 zeigt eine Situation, bei der sich die Steuernut 18 in einer Mittenposition zwischen dem zweiten und dritten Fluidkanal befindet und mit diesen nicht verbunden ist.
In einer ersten Anschlussbelegung, bei welcher die erste Radialbohrung 15 mit einer Druckmittelpumpe verbunden werden soll, so dass der erste Fluidkanal als Druckmittelanschluss dient, und die Gehäusehohlraumöffnung 5 mit einem Druckmitteltank verbunden werden soll, so dass die Gehäusehohlraumöffnung 5 als ein Ablaufanschluss dient, ergeben sich die folgenden funktionellen Zusammenhänge: Über die als Druckmittelanschluss dienende erste Radialbohrung 15 wird die Steuernut 18 mit Druckmittel gespeist, so dass in 1 der dritte Fluidkanal als Arbeitsanschluss mit Druckmittel beaufschlagt wird, während der zweite Fluidkanal als weiterer Arbeitsanschluss über die ersten Aussparungen 34 mit dem Ablaufanschluss verbunden ist. In 2 ist der zweite Fluidkanal mit der Steuernut 18 verbunden, so dass er mit Druckmittel beaufschlagt wird, während der dritte Fluidkanal über die zweiten Aussparungen 37 mit dem Ablaufanschluss verbunden ist.
Somit wird bei der ersten Anschlussbelegung, je nach axialer Stellung des Steuerkolbens 4, über die bauchig geformten dritten Steuerkanten 30 der Öffnungsquerschnitt der ersten Ringnut 19 für einen Ablauf von Druckmittel durch die Gehäusehohlraumöffnung 5 oder über die bauchig geformten vierten Steuerkanten 31 der Öffnungsquerschnitt der zweiten Ringnut 20 für einen Ablauf von Druckmittel durch die Gehäusehohlraumöffnung 5 eingestellt. Da die dritten und vierten Steuerkanten 30, 31 jeweils zur zugehörigen Ringnut hin gebaucht sind, kann bei einer Öffnung der jeweiligen Ringnut ein Flussänderungsverhalten erreicht werden, bei dem die Flussänderung (Änderung der pro Zeiteinheit transportierten Druckmittelmenge) anfangs groß ist und mit zunehmender Freigabe des Öffnungsquerschnitts der Ringnut abnimmt. Eine anfänglich große Flussänderung kann bei einer Verwendung des Steuerventils bei einem Nockenwellenversteller wünschenswert sein, da dies ein schnelles Verstellen in den Endlagen und eine feine Regelung um die Mittellage erlaubt. In der ersten Anschlussbelegung erfolgt zu diesem Zweck vorteilhaft eine Ablaufsteuerung des Nockenwellenverstellers.
In einer hierzu alternativen zweiten Anschlussbelegung, bei welcher der erste Fluidkanal mit einem Druckmitteltank und die Gehäusehohlraumöffnung 5 mit einer Druckmittelpumpe verbunden ist, ergeben sich die funktionellen Zusammenhänge in analoger Weise: In 1 wird über die als Druckmittelanschluss dienende Gehäusehohlraumöffnung 5 der zweite Fluidkanal mit Druckmittel gespeist, während der dritte Fluidkanal über die Steuernut 18 mit dem Ablaufanschluss verbunden ist. In 2 ist der dritte Fluidkanal mit dem Druckmittelanschluss verbunden, während der zweite Fluidkanal über die Steuernut 18 mit dem Ablaufanschluss verbunden ist.
Somit wird bei der zweiten Anschlussbelegung, je nach axialer Stellung des Steuerkolbens 4, über die bauchig geformten dritten Steuerkanten 30 der Öffnungsquerschnitt der ersten Ringnut 19 oder über die bauchig geformten vierten Steuerkanten 31 der Öffnungsquerschnitt der zweiten Ringnut 20 für einen Zulauf von Druckmittel eingestellt. In beiden Fällen erfolgt eine anfänglich große und anschließend abnehmende Flussänderung von Druckmittel. Mit der zweiten Anschlussbelegung erfolgt vorteilhaft eine Zulaufsteuerung des Nockenwellenverstellers.
Obgleich in den Ausführungsbeispielen ein Verschiebungsmechanismus veranschaulicht ist, bei dem der Steuerkolben 4 durch einen mittels eines Elektromagneten betätigten Stößel 9 verschoben wird, kann ebenso ein anderer Aktuator zu Betätigung des Stößels 9, wie beispielsweise ein elektrischer Stellmotor, vorgesehen sein.
Obgleich das hydraulische Ventilteil und das zugehörige Steuerventil in der Verwendung zur Druckmittelsteuerung für einen Nockenwellenversteller einer Brennkraftmaschine beschrieben wurde, können Ventilteil bzw. Steuerventil gleichermaßen zur Steuerung von Druckmittelströmen in anderen Vorrichtungen eingesetzt werden.

1: Ventilteil
2: Ventilgehäuse
3: Gehäusehohlraum
4: Steuerkolben
5: Gehäusehohlraumöffnung
6: ylinderachse
7: olbenhohlraum
8: olbenhohlraumöffnung
9: Stößel
10: Druckfeder
11: erste Ringstufe
12: zweite Ringstufe
13: Stützelement
14: Sicherungsring
15: erste Radialbohrung
16: zweite Radialbohrung
17: dritte Radialbohrung
18: Steuernut
19: erste Ringnut
20: zweite Ringnut
21: Innenumfangsfläche
22: Kolbenaußenumfangsfläche
23: Kolbenstirnfläche
24: Durchbrechung
25: Ventilgehäusedeckel
26: erster Steuerabschnitt
27: zweiter Steuerabschnitt
28: erste Steuerkante
29: zweite Steuerkante
30: dritte Steuerkante
31: vierte Steuerkante
32: erster Ringbund
33: erste Axialstege
34: erste Aussparungen
35: zweiter Ringbund
36: zweite Axialstege
37: zweite Aussparungen
38: Durchtrittsöffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19727180 C2 [0006]
- DE 19616973 C2 [0006]

Claims

Hydraulisches Ventilteil (1) eines Steuerventils zur Steuerung von Druckmittelströmen, mit den folgenden Merkmalen: – das Ventilteil (1) umfasst ein Ventilgehäuse (2) mit einer Mehrzahl Fluidkanäle (15; 16, 19; 17, 20), welche die Gehäusewand durchdringen und in einen Gehäusehohlraum (3) münden, sowie einen im Gehäusehohlraum (3) axial verschiebbar aufgenommenen zylindrischen Steuerkolben (4), – der Steuerkolben (4) ist mit einer von einer ersten und zweiten Steuerkante (28, 29) begrenzten Steuernut (18) versehen, – der Steuerkolben (4) weist an seiner ersten und zweiten Stirnseite jeweils zumindest zwei den Steuerkolben im Ventilgehäuse führende erste bzw. zweite Axialstege (33; 36) auf, wobei zwischen den ersten bzw. zweiten Axialstegen erste bzw. zweite Aussparungen (34; 37) geformt sind, wobei benachbarte erste bzw. zweite Axialstege (33; 36) miteinander verbindende Randabschnitte der ersten bzw. zweiten Aussparungen (34; 37) jeweils dritte bzw. vierten Steuerkanten (30; 31) formen, – durch die Steuernut (18) ist, je nach axialer Position des Steuerkolbens (4), ein erster Fluidkanal (15) mit einem zweiten oder dritten Fluidkanal (16, 19; 17, 20) verbindbar, während der jeweils andere Fluidkanal mit den ersten oder zweiten Aussparungen (34; 37) verbunden ist, – wenigstens eine Steuerkante (30, 31) des Steuerkolbens (4) ist in axialer Richtung bauchig gekrümmt.
Ventilteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten und vierten Steuerkanten (30; 31) jeweils in axialer Richtung bauchig gekrümmt sind.
Ventilteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten und vierten Steuerkanten (30; 31) jeweils zur anderen Stirnseite des Steuerkolbens hin bauchig gekrümmt sind.
Ventilteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten und vierten Steuerkanten (30; 31) jeweils zur gleichen Stirnseite des Steuerkolbens hin bauchig gekrümmt sind.
Ventilteil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten und vierten Steuerkanten (30; 31) im Wesentlichen kreisbogenförmig gekrümmt sind.
Ventilteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite und dritte Fluidkanal (16, 19; 17, 20) jeweils eine in der Innenumfangsfläche (21) des Ventilgehäuses (2) geformte Ringnut (19; 20) umfassen.
Ventilteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuernut (18) des Steuerkolbens in Form einer Ringnut ausgebildet ist.
Ventilteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluidkanal (15) als ein Druckmittelanschluss, der zweite und dritte Fluidkanal (16, 19; 17, 20) jeweils als ein Arbeitsanschluss und eine axiale Gehäusehohlraumöffnung (5) des Gehäusehohlraums (3) als ein Ablaufanschluss dienen.
Ventilteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluidkanal (15) als ein Ablaufanschluss, der zweite und dritte Fluidkanal (16, 19; 17, 20) jeweils als ein Arbeitsanschluss und eine axiale Gehäusehohlraumöffnung (5) des Gehäusehohlraums (3) als ein Druckmittelanschluss dienen.
Ventilteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusehohlraum (3) einseitig offen ausgebildet ist.
Ventilteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenhohlraum (7) einseitig offen ausgebildet ist.
Ventilteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten bzw. zweiten Aussparungen (34; 37) in den Kolbenhohlraum (7) münden.
Steuerventil, welches einen Aktuator und ein vom Aktuator betätigtes Ventilteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.
Nockenwellenversteller mit einem Steuerventil nach Anspruch 10.