DE10239207A1

DE10239207A1 - Elektromagnetisches Hydraulikventil, insbesondere Proportionalventil zur Steuerung einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10239207A1
Application number: DE2002139207
Authority: DE
Inventors: Eduard Dipl.-Ing. Golovatai-Schmidt
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2004-03-11
Also published as: AU2003251639A1; WO2004020796A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Hydraulikventil (1), welches im Wesentlichen aus einem Elektromagneten (2) und einem Ventilteil (7) besteht. Der Elektromagnet (2) weist ein Magnetgehäuse (3) auf, in dem eine Spulenwicklung (4), ein axial beweglicher Magnetanker (5) sowie ein erster Polschuh (6) und ein zweiter Polschuh angeordnet sind. Das Ventilteil (7) wird durch ein hohlzylindrisches Gehäuse (8) gebildet, in dessen Hohlzylinder (9) ein vom Magnetanker (5) über eine Stößelstange (10) axial verschiebbarer Steuerkolben (11) aufgenommen ist. Das Ventilgehäuse (8) weist an seinem Außenumfang mehrere Ringnuten (12, 13, 14) mit mehreren Radialöffnungen (15, 16, 17) auf und der Steuerkolben (11) weist an seinem Außenumfang zwei ringförmige Steuerabschnitte (21, 22) auf, welche die Radialöffnungen (15, 17) der Ringnuten (12, 14) im Ventilgehäuse (8) über- oder unterdecken. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist der Steuerkolben (11) des Ventilteils (12) als ein aus mehreren Einzelteilen zusammensetzbares Montagebauteil ausgebildet, bei dem die ringförmigen Steuerabschnitte (21, 22) als vorgefertigte Einzelteile auf einem hohlzylindrischen Grundkörper mit vorgefertigten radialen Fenstern (24) aufsetzbar sind.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Elektromagnetisches Hydraulikventil, insbesondere Proportionalventil zur Steuerung einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine
Beschreibung Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Hydraulikventil nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1, und sie ist insbesondere vorteilhaft an einem Proportionalventil zur Steuerung einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine realisierbar.
Hintergrund der Erfindung
Durch die DE 198 53 670 A1 ist ein gattungsbildendes elektromagnetisches Hydraulikventil bekannt, welches als Proportionalventil zur Steuerung einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist und im Wesentlichen aus einem Elektromagneten und aus einem an diesem befestigten hydraulischen Ventilteil besteht. Der Elektromagnet weist dabei ein hohlzylindrisches Magnetgehäuse auf, in dem zumindest eine Spulenwicklung und ein axial beweglicher Magnetanker angeordnet sind und welches von einem ersten Polschuh sowie von einem zweiten Polschuh mit einem elektrischen Kontakt axial begrenzt ist. Das Ventilteil des Proportionalventils wird demgegenüber durch ein stirnseitig offenes hohlzylindrisches Ventilgehäuse gebildet, in dessen Hohlzylinder ein vom Magnetanker des Elektromagneten über eine Stößelstange axial verschiebbarer Steuerkolben aufgenommen ist. Darüber hinaus weist das Ventilgehäuse an seinem Außenumfang mehrere axial zueinander beabstandete umlaufende Ringnuten auf, in die jeweils mehrere in den Hohlzylinder des Ventilgehäuses mündende und als Querbohrungen ausgebildete Radialöffnungen eingearbeitet sind. Der zylindrisch ausgebildete Steuerkolben des Ventilteils steht dabei mit einer Stirnseite mit der Stößelstange des Magnetankers sowie mit der anderen Stirnseite mit einer entgegen der Kraft des Magentankers wirkenden Druckfeder in Wirkverbindung und weist an seinem Außenumfang zwei ringförmige Steuerabschnitte auf, welche je nach Bestromung des Elektromagneten die Radialöffnungen von zumindest zwei Ringnuten im Ventilgehäuse über- oder unterdecken. Darüber hinaus weist der Steuerkolben axial einen als Längsbohrung ausgebildeten Hohlraum auf, der druckfederseitig offen und stößelstangenseitig über mehre als Radialbohrungen ausgebildete radiale Fenster mit dem Hohlzylinder des Ventilgehäuses verbunden und zur Weiterleitung des Hydraulikmittels innerhalb des Ventilgehäuses vorgesehen ist.
Nachteilig bei diesem bekannten Hydraulikventil ist es jedoch, dass der im Ventilgehäuse aufgenommene Steuerkolben des Hydraulikventils in herkömmlicher Weise aus einem stangenförmigen Aluminiumrohling gebildet wird, dessen Außen- und Innenkonturen durch aufwendige spanende Bearbeitung hergestellt werden. Diese spanende Bearbeitung erfolgt im Wesentlichen zumeist derart, dass zunächst die Steuerabschnitte und die Stirnseiten des Steuerkolbens durch Drehen hergestellt und danach der axiale Hohlraum sowie die radialen Fenster des Steuerkolbens durch Bohren gefertigt werden. Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit des Steuerkolbens werden anschließend noch dessen Steuerabschnitte hartanodisiert und an ihrem Außendurchmesser überschliffen. Eine solche Herstellungsweise des Steuerkolbens verursacht somit durch die relativ langen Maschinentaktzeiten, die notwendigen Werkzeuge und Vorrichtungen und durch das verwendete Material einen erheblichen Ferti gungsaufwand der sich letztlich als unwirtschaftlich erwiesen hat und die Herstellungskosten für das Hydraulikventil in nachteiliger Weise erhöht. Da darüber hinaus die genaue Über- oder Unterdeckung der Steuerabschnitte des Steuerkolbens zu den Radialöffnungen im Ventilgehäuse eine große Bedeutung im Hinblick auf die Realisierung einer Linearität zwischen der elektrischen Spannung des Elektromagneten und dem Hydraulikmitteldurchfluss durch das Ventilteil hat und somit eine absolut exakte Fertigung der Abstände der Steuerabschnitte zueinander sowie zu der mit der Stößelstange des Magentankers in Wirkverbindung stehenden Stirnfläche des Steuerkolbens erfordert, ist die spanende Bearbeitung des Steuerkolbens auch hinsichtlich der im Toleranzbereich von wenigen Hundertsteln liegenden geforderten Fertigungsgenauigkeiten ungeeignet zur Herstellung des Steuerkolbens.
Aufgabe der Erfindung.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Hydraulikventil, insbesondere Proportionalventil zur Steuerung einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, zu konzipieren, dessen im Ventilgehäuse angeordneter Steuerkolben mit einem geringen Fertigungsaufwand und somit niedrigen Herstellungskosten herstellbar ist und dabei eine hohe Präzision hinsichtlich der geforderten Abstände der Steuerabschnitte zueinander sowie zu der mit der Stößelstange des Magentankers in Wirkverbindung stehenden Stirnfläche des Steuerkolbens aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem elektromagnetischen Hydraulikventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass der im Ventilgehäuse aufgenommene Steuerkolben des Ventilteils als ein aus mehreren Einzelteilen zusammensetzbares Montagebauteil gebildet ist, bei dem die ringförmigen Steuerabschnitte als vorgefertigte Einzelteile auf einem hohlzylindrischen Grundkörper mit vorgefertigten radialen Fenstern aufsetzbar sind.
In zweckmäßiger Weiterbildung des erfindungsgemäß ausgebildeten elektromagnetischen Hydraulikventils ist der hohlzylindrische Grundkörper des Steuerkolbens dabei als patronenförmige Hülse ausgebildet, deren Boden die an der Stößelstange des Magnetankers anliegende Stirnfläche bildet. Der am gegenüberliegenden Ende offene Profilquerschnitt der patronenförmigen Hülse bildet dementsprechend die mit der Druckfeder des Steuerkolbens in Wirkverbindung stehende Stirnfläche, die in konkreter Ausführung jedoch lediglich als Kreisringfläche mit einer der Wandstärke der Hülse entsprechenden Ringbreite ausgebildet ist. Um auf einer solchen Kreisringfläche eine sichere axiale Anlage der Druckfeder zu gewährleisten ist es somit zweckmäßig, eine Druckfeder zu verwenden, die zumindest an ihrer ersten, am Steuerkolben anliegenden Windung auch einen etwa dem Innendurchmesser der Hülse entsprechenden Innendurchmesser und einen etwa der Wandstärke der Hülse entsprechenden Windungsquerschnitt aufweist. Zur Erzeugung einer linearen Federkennlinie als Voraussetzung für die Proportionalität zwischen der Spannung am Elektromagnete und der Durchflussmenge durch das Ventilteil des Hydraulikventils ist es jedoch von Vorteil, alle Windungen der Druckfeder mit dem gleichen Innendurchmesser und dem gleichen Windungsquerschnitt wie bei der ersten Windung auszubilden.
Hinsichtlich der Herstellung des Grundkörpers des Steuerkolbens hat es sich in geeigneter Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten elektromagnetischen Hydraulikventils als besonders vorteilhaft erwiesen, als Material für die patronenförmige Hülse einen Baustahl zu verwenden und die Hülse zusammen mit den radialen Fenstern zur Verbindung des Hohlraumes des Steuerkolbens mit dem Hohlzylinder des Ventilgehäuses durch Tiefziehen und Stanzschälen als Folgeoperationen auf einer Tiefziehpresse spanlos herzustellen. Die Verwendung eines Baustahls für den Grundkörper des Steuerkolbens ist dabei aufgrund der guten Umformeigenschaften dieses Materials besonders in fertigungstechnischer Hinsicht von Vorteil und verringert gegenüber der bisherigen Verwendung von Aluminium für den Steuerkolben zugleich die Materialkosten. Darüber hinaus wird durch die Anwendung spanloser Fertigungsverfahren beim Tiefziehen der Hülse und beim Stanzschälen der radialen Fenster der Fertigungsaufwand gegenüber den bisher üblichen spannenden Bearbeitungsverfahren durch Drehen und Bohren deutlich verringert, so dass bereits bei der Herstellung des Grundkörpers des Steuerkolbens erhebliche Kostenvorteile erzielbar sind.
Die radialen Fenster des Steuerkolbens sind dabei in weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten elektromagnetischen Hydraulikventüs bevorzugt als zwei aus dem Boden und der angrenzenden Umfangswand der Hülse ausgearbeitete Ausnehmungen ausgebildet, die sich gerade gegenüberliegend angeordnet sind und durch besagtes Stanzschälen mittels zweier seitlich an der Hülse eingreifenden Schälstempel herstellbar sind. Die beiden Ausnehmungen sind dabei bevorzugt spiegelgleich mit einem mittigen Abstand zueinander angeordnet, so dass zwischen diesen ein gleichmäßiger, aus Teilen der Umfangswand und des Bodens der Hülse bestehender Brückensteg verbleibt, der als Kontaktbügel zur Stößelstange des Magentankers des Elektromagneten vorgesehen ist. Gegenüber den an dieser Stelle angeordneten Radialbohrungen im Steuerkolben weisen die beiden derart ausgestanzten radialen Fenster den Vorteil auf, dass diese einen deutlich größeren Öffnungsquerschnitt aufweisen und somit einen geringeren hydraulischen Widerstand und höheren Durchfluss des Hydraulikmittels innerhalb des Ventilgehäuses bewirken. Alternativ zu zwei derart ausgebildeten radialen Fenstern ist es jedoch auch möglich, in den Boden und in die Umfangswand der Hülse drei oder mehr gleichartige Fenster geringerer Größe durch Stanzschälen einzuarbeiten oder die radialen Fenster, ähnlich wie die bekannten Radialbohrungen im Steuerkolben, als nur in die Umfangswand der Hülse eingearbeitete einfache Stanzlöcher beliebiger Form auszubilden.
Die ringförmigen Steuerabschnitte am Außenumfang des Steuerkolbens werden dagegen in zweckmäßiger Weiterbildung des erfindungsgemäß ausgebildeten elektromagnetischen Hydraulikventils jeweils durch identisch ausgebildete gesonderte Steckringe gebildet, die zumindest mit einem Teil ihrer Innenumfangsflächen durch Presssitz auf der Umfangswand der den Grundkörper des Steuerkolbens bildenden patronenförmigen Hülse befestigt sind. Die Außenumfangsflächen dieser Steckringe sind dabei eben ausgebildet und weisen vor ihrer Endbearbeitung zunächst einen Außendurchmesser auf, der geringfügig größer als der Innendurchmesser des Hohlzylinders des Ventilgehäuses ist. Ebenso sind die Steckringe mit Ebenen axialen Seitenflächen ausgebildet, die vor ihrer Endbearbeitung zunächst einen die Höhe der Steckringe bildenden Abstand zueinander aufweisen, der geringfügig größer als der axiale Öffnungsquerschnitt der Radialöffnungen in den Ringnuten des Ventilgehäuses ist.
Eine Besonderheit der Innenumfangsflächen der Steckringe des Steuerkolbens ist es darüber hinaus, dass diese als weiteres Merkmal des erfindungsgemäß ausgebildeten Hydraulikventils bevorzugt eine aus vier Abschnitten bestehende Kontur aufweisen. Diese Kontur ist uneben ausgebildet und besteht aus einem anfänglichen Fasenabschnitt, mit dem das Aufstecken der Steckringe auf den Grundkörper des Steuerkolbens erleichtert wird. Der Fasenabschnitt der Innenumfangsfläche geht dann in einen mittleren Zylinderabschnitt über, der einen geringfügig kleineren Innendurchmesser als der Außendurchmesser der Umfangswand des Grundkörpers des Steuerkolbens aufweist und zur Realisierung des Presssitzes der Steckringe vorgesehen ist. An den Zylinderabschnitt schließt sich letztlich ein verrundeter Übergang mit einem durchmesservergrößerten Endabschnitt an, der am magnetseitigen Steckring des Steuerkolbens zur Optimierung des Strömungsflusses des Hydraulikmittels in den Hohlraum des Steuerkolbens und am federseitigen Steckring des Steuerkolbens zur radialen Fixierung der am Steuerkolben anliegenden Druckfeder dient.
Hinsichtlich der Herstellung der die Steuerabschnitte des Steuerkolbens bildenden Steckringe hat es sich in weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten elektromagnetischen Hydraulikventils als vorteilhaft erwiesen, als Material für die Steckringe einen Vergütungsstahl zu verwenden und die Steckringe mit ihren Innen- und Außenkonturen durch Stanzziehen oder Fließpressen in einem Folgewerkzeug vorzufertigen. Nach der spanlosen Vorfertigung folgt dann eine Wärmebehandlung der Steckringe durch Härten, an das sich letztlich ein Höhenschleifen der axialen Seitenflächen der Steckringe an schließt, mit dem die endgültige, exakt dem axialen Öffnungsquerschnitt der Radialöffnungen in den Ringnuten des Ventilteils entsprechende Breite bzw. Höhe der Steckringe hergestellt wird. Die Verwendung eines Vergütungsstahls für die Steckringe ist dabei aufgrund der Härtbarkeit dieses Materials besonders von Vorteil, da das Härten der Steckringe als Maßnahme zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit des Steuerkolbens wesentlich einfacher und kostengünstiger ist, als das bekannte Hartanodisieren der Steuerabschnitte an einem Aluminium-Steuerkolben. Dadurch und durch die spanlose Fertigung der Steckringe wird der Fertigungsaufwand für die Steuerkolben gegenüber den bisher üblichen spannenden Bearbeitungsverfahren weiter deutlich verringert, so dass mit der Herstellung der Steuerabschnitte des Steuerkolbens aIs gesonderte Steckringe weitere Einsparungen bei den Herstellungskosten des Hydraulikventils möglich sind.
Die Montage und Endfertigung des Steuerkolbens des elektromagnetischen Hydraulikventils erfolgt in erfindungsgemäßer Verfahrensweise schließlich derart, dass zunächst der federseitige Steckring auf die patronenförmige Hülse aufgesteckt wird, bis der verrundete Übergang zum Endabschnitt der Kontur seiner Innendurchmesserfläche an die Stirnseite der Hülse angrenzt. Danach wird der magnetseitige Steckring am anderen Ende der patronenförmigen Hülse vormontiert und ein die Hülse umschließendes Höhenkalibrierwerkzeug zwischen die Steckringe eingesetzt. Anschließend erfolgt das Einstellen des exakten Abstandes der Steuerabschnitte des Steuerkolbens zueinander durch Aufpressen des magnetseitigen Steckringes auf die Hülse bis dieser auf dem Höhenkalibrierwerkzeug aufliegt. Die Toleranzen der Presspassungen der beiden Steckringe können dabei so grob gewählt werden, dass es auch zu einer geringfügigen plastischen Verformung der patronenförmigen Hülse kommen kann. Nach dem Einstellen des Abstandes der Steuerabschnitte des Steuerkolbens zueinander wird der Brückensteg am magnetseitigen Ende der patronenförmigen Hülse dann in einem Biegewerkzeug derart in axialer Richtung plastisch verformt, dass auch der exakte Abstand des Brückensteges zu den Steuerabschnitten des Steuerkolbens hergestellt ist. Als letztes wird der so montierte Steuerkolben an den Außenumfangsflächen der Steckringe bevor zugt durch Centerless-Schleifen endbearbeitet, um eventuelle Exzentrizitäten der Steuerabschnitte zu beseitigen und den Außendurchmesser der Steuerabschnitte auf ein mit dem Innendurchmesser des Hohlzylinders des Ventilgehäuses korrespondierendes Maß zu verringern.
Als alternative Fertigungsvariante für den Steuerkolben des erfindungsgemäß ausgebildeten Hydraulikventils ist es darüber hinaus auch denkbar, den Grundkörper des Steuerkolbens nicht durch eine patronenförmige Hülse sondern durch einen zylindrischen Rohrabschnitt zu bilden. Der Kontaktbügel zur Stößelstange des Magnetankers am magnetseitigen Ende des Steuerkolbens wird dann als weiteres separates Montagebauteil konzipiert, das in einem Biegewerkzeug hergestellt und während des ansonsten identischen Montageprozesses zusätzlich am Grundkörper des Steuerkolbens verschweißt wird.
Das erfindungsgemäß ausgebildete elektromagnetische Hydraulikventil, insbesondere Proportionalventil zur Steuerung einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, weist somit gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Hydraulikventilen den Vorteil auf, dass durch die Ausbildung des im Ventilgehäuse aufgenommenen Steuerkolbens als ein aus mehreren Einzelteilen zusammensetzbares Montagebauteil die Anwendung spanloser Fertigungsverfahren und der Einsatz kostengünstiger Werkstoffe für die Herstellung der Einzelteile möglich ist, so dass im Vergleich zu dem bekannten, spanend hergestellten Aluminium-Steuerkolben erhebliche Einsparungen bei den Herstellungskosten des Hydraulikventils erzielbar sind. Darüber hinaus hat ein aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzter Steuerkolben den Vorteil, dass es bei Verwendung identischer Einzelteile auch möglich ist, lediglich durch Änderung der Montageparameter eine Vielzahl verschiedener Steuerkolben mit unterschiedlichen Abständen zwischen den Steuerabschnitten herzustellen. Durch die Verwendung eines Kalibrierwerkzeuges und eines einstellbaren Biegewerkzeuges wird dabei in jedem Fall eine hohe Präzision hinsichtlich der geforderten Abstände der Steuerabschnitte des Steuerkolbens zueinander sowie zu dem mit der Stößelstange des Magnetankers in Wirkverbindung stehenden Brückensteg des Steuerkolbens gewährleistet. Die Anordnung von lediglich zwei großflächigen Ausnehmung am Boden und der anschließenden Umfangswand des Grundkörpers des Steuerkolbens anstelle der Radialbohrungen im Steuerkolben hat dabei zusätzlich den Vorteil, dass durch deren große Fensterquerschnitte der hydraulische Widerstand innerhalb des Hydraulikventils verringert wird und somit ein höherer Durchfluss an Hydraulikmittel möglich ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert und ist in den zugehörigen Zeichnungen schematisch dargestellt. Dabei zeigen:
1 eine Gesamtansicht des erfindungsgemäß ausgebildeten elektromagnetischen Hydraulikventils mit einem Teillängsschnitt durch den Elektromagneten und das Ventilteil;
2 einen vergrößerten Längsschnitt durch den Steuerkolben des erfindungsgemäß ausgebildeten elektromagnetischen Hydraulikventils im Montagezustand;
3 eine vergrößerte dreidimensionale Explosionsdarstellung des Steuerkolbens des erfindungsgemäß ausgebildeten elektromagnetischen Hydraulikventils.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Aus 1 geht deutlich ein elektromagnetisches Hydraulikventil 1 hervor, welches als Proportionalventil zur Steuerung einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist und im Wesentlichen aus einem Elektromagneten 2 und aus einem an diesem befestigten hydraulischen Ventilteil 7 besteht. Klar erkennbar weist der Elektromagnet 2 dabei ein hohlzylindrisches Magnetgehäuse 3 auf, in dem eine Spulenwicklung 4 und ein axial beweglicher Magnetanker 5 angeordnet sind und welches von einem ersten Polschuh 6 sowie von einem in der Zeichnung nicht sichtbaren zweiten Polschuh axial begrenzt ist. Das Ventilteil 7 des Hydraulikventils 1 wird demgegenüber durch ein stirnseitig offenes hohlzylindrisches Ventilgehäuse 8 gebildet, in dessen Hohlzylinder 9 ein vom Magnetanker 5 des Elektromagneten 2 über eine Stößelstange 10 axial verschiebbarer Steuerkolben 11 aufgenommen ist. Darüber hinaus weist das Ventilgehäuse 8 an seinem Außenumfang mehrere axial zueinander beabstandete umlaufende Ringnuten 12, 13, 14 auf, in die jeweils mehrere in den Hohlzylinder 9 des Ventilgehäuses 8 mündende, als rechteckige Fenster ausgebildete Radialöffnungen 15, 16, 17 eingearbeitet sind. Desweiteren ist in 1 zu sehen, dass der zylindrisch ausgebildete Steuerkolben 11 des Ventilteils 7 mit einer Stirnseite 18 mit der Stößelstange 10 des Magentankers 5 sowie mit der anderen Stirnseite 19 mit einer entgegen der Kraft des Magnetankers 5 wirkenden Druckfeder 20 in Wirkverbindung steht und an seinem Außenumfang zwei ringförmige Steuerabschnitte 21, 22 aufweist, welche je nach Bestromung des Elektromagneten 2 die Radialöffnungen 15, 17 der Ringnuten 12, 14 im Ventilgehäuse 8 über- oder unterdecken. Außerdem weist der Steuerkolben 11 zur Weiterleitung des Hydraulikmittels innerhalb des Ventilgehäuses 8 axial einen zylindrischen Hohlraum 23 auf, der druckfederseitig offen und stößelstangenseitig über radiale Fenster 24 mit dem Hohlzylinder 9 des Ventilgehäuses 8 verbunden ist.
In den 2 und 3 wird darüber hinaus gezeigt, dass der im Ventilgehäuse 8 aufgenommene Steuerkolben 11 des Ventilteils 7 erfindungsgemäß als ein aus mehreren Einzelteilen zusammensetzbares Montagebauteil ausgebildet ist, bei dem die ringförmigen Steuerabschnitte 21, 22 als vorgefertigte Einzelteile auf einen Hohlzylindrischen Grundkörper mit den vorgefertigten radialen Fenstern 24 aufsteckbar sind. Der hohlzylindrische Grundkörper ist dabei deutlich sichtbar als patronenförmige Hülse 25 ausgebildet, deren Boden 26 die an der Stößelstange 10 des Magnetankers 5 anliegende Stirnfläche 18 bildet und deren am gegenüberliegenden Ende offener Profilquerschnitt als die mit der Druckfeder 20 in Wirkverbindung stehende Stirnfläche 19 ausgebildet ist. Die ringförmigen Steuerabschnitte 21, 22 des Steuerkolbens 11 werden dagegen durch jeweils identisch ausgebildete, gesonderte Steckringe 28, 29 mit ebenen Außenumfangsflächen 30, 31 gebildet, die zumindest mit einem Teil ihrer Umfangsflächen 32, 33 durch Presssitz auf der Umfangswand 27 der patronenförmigen Hülse 25 befestigt sind.
Durch die Explosionsdarstellung des Steuerkolbens 11 in 3 wird darüber hinaus besonders deutlich, dass die den Grundkörper des Steuerkolbens 11 bildende patronenförmige Hülse 25 zusammen mit den radialen Fenstern 24 zur Verbindung des Hohlraums 23 des Steuerkolbens 11 mit dem Hohlzylinder 9 des Ventilgehäuses 8 durch Tiefziehen herstellbar ist und deshalb bevorzugt aus einem Baustahl besteht. Die radialen Fenster 24 des Steuerkolbens 11 sind dabei als zwei aus dem Boden 26 und der angrenzenden Umfangswand 27 der Hülse ausgearbeitete Ausnehmungen ausgebildet, die sich gerade gegenüberliegend angeordnet sind und durch Stanzschälen mittels zweier seitlich an der Hülse 25 eingreifender Schälstempel herstellbar sind. Diese beiden Fenster 24 sind, wie aus 2 ersichtlich ist, spiegelgleich mit einem mittigen Abstand zueinander angeordnet, so dass zwischen diesen ein gleichmäßiger Brückensteg 34 als Kontaktbügel zur Stößelstange 10 des Magnetankers 5 verbleibt.
Aus der vergrößerten Darstellung des Steuerkolbens 11 in 2 geht ebenfalls besonders klar hervor, dass die Steckringe 28, 29 des Steuerkolbens 11 an ihren Innenumfangsflächen 32, 33 einen besondere Kontur aufweisen, die bei der Vorfertigung der Steckringe 28, 29 durch Stanzziehen oder Fließpressen hergestellt wird. Diese, auch in 3 abgebildete Kontur der Innenumfangsflächen 32, 33 ist vierteilig ausgebildet und besteht an jedem Steckring 28, 29 aus einem anfänglichen Fasenabschnitt 35, 36, mit dem das Aufstecken der Steckringe 28, 29 auf den Grundkörper des Steuerkolbens 11 erleichtert wird. Der Fasenabschnitt 35, 36 geht dann jeweils in einen mittleren Zylinderabschnitt 37, 38 über, der zur Realisierung des Presssitzes der Steckringe 28, 29 auf dem Grundkörper des Steuerkolbens 11 vorgesehen ist. An den Zylin derabschnitt 37, 38 schließt sich dann ein verrundeter Übergang 39, 40 zu einem druchmesservergrößerten Endabschnitt 41, 42 an, der am magnetseitigen Steckring 29 zur Optimierung des Strömungsflusses des Hydraulikmittels durch die Fenster 24 in den Hohlraum 23 des Steuerkolbens 11 dient und am federseitigen Steckring 28 die radiale Fixierung der an der Stirnseite 19 des Steuerkolbens 11 axial anliegenden Druckfeder 20 bildet. Die derart ausgebildeten Steckringe 28, 29 werden zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit der Steuerabschnitte 21, 22 des Steuerkolbens 11 aus einem Vergütungsstahl hergestellt und nach einer Wärmebehandlung durch Härten an ihren axialen Seitenflächen 43, 44, 45, 46 letztlich noch höhengeschliffen, um die exakt dem Öffnungsquerschnitt der Radialöffnungen 15, 17 in den Ringnuten 12, 14 des Ventilgehäuses 8 entsprechende Breite hergestellt.
Die Montage und Endfertigung des Steuerkolbens 11 des elektromagnetischen Hydraulikventils 1 wird durch die Darstellung in 3 veranschaulicht und erfolgt schließlich derart, dass zunächst der federseitige Steckring 28 auf die patronenförmige Hülse 25 aufgepresst wird, bis der verrundete Übergang 39 zum Endabschnitt 41 seiner Innendurchmesserfläche 32 an die Stirnseite 19 der Hülse 25 angrenzt. Danach wird der magnetseitige Steckring 29 am anderen Ende der Hülse 25 vormontiert und ein die Hülse 25 umschließendes Höhenkalibrierwerkzeug zwischen die Steckringe 28, 29 eingesetzt. Anschließend erfolgt das Einstellen des exakten Abstandes der Steuerabschnitte 21, 22 des Steuerkolbens 11 zueinander durch Aufpressen des magnetseitigen Steckringes 29 auf die Hülse 25 bis dieser auf dem Höhenkalibriennrerkzeug aufliegt. Danach erfolgt das Einstellen des exakten Abstandes des Brückensteges 34 des Steuerkolbens 11 zu den Steuerabschnitten 21, 22, indem der Brückensteg 34 in einem Biegewerkzeug in axialer Richtung plastischer verformt wird. Als letztes wird der so montierte Steuerkolben 11 an den Außenumfangsflächen 30, 31 der Steckringe 28, 29 auf einer Centerless-Schleifmaschine überschliffen, um den Außendurchmesser der Steuerabschnitte 21, 22 auf ein mit dem Innendurchmesser des Hohlzylinders 9 des Ventilgehäuses 8 korrespondierendes Maß zu verringern.

1: Hydraulikventil
2: Elektromagnet
3: Magnetgehäuse
4: Spulenwicklung
5: Magnetanker
6: Polschuh
7: Ventilteil
8: Ventilgehäuse
9: Hohlzylinder
10: Stößelstange
11: Steuerkolben
12: Ringnut
13: Ringnut
14: Ringnut
15: Radialöffnung
16: Radialöffnung
17: Radialöffnung
18: Stirnseite
19: Stirnseite
20: Druckfeder
21: Steuerabschnitt
22: Steuerabschnitt
23: Hohlraum
24: radiale Fenster
25: Hülse
26: Boden
27: Umfangswand
28: Steckring
29: Steckring
30: Außenumfangsfläche
31: Außenumfangsfläche
32: Innenumfangsfläche
33: Innenumfangsfläche
34: Brückensteg
35: Fasenabschnitt
36: Fasenabschnitt
37: Zylinderabschnitt
38: Zylinderabschnitt
39: Übergang
40: Übergang
41: Endabschnitt
42: Endabschnitt
43: Seitenfläche
44: Seitenfläche
45: Seitenfläche
46: Seitenfläche

Claims

Elektromagnetisches Hydraulikventil, insbesondere Proportionalventil zur Steuerung einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, mit folgenden Merkmalen: – das Hydraulikventil (1) besteht zum einen aus einem Elektromagnet (2) mit einem hohlzylindrischen Magnetgehäuse (3), zumindest einer Spulenwicklung (4) und einem axial beweglichen Magnetanker (5) sowie mit einem ersten Polschuh (6) und einem zweiten Polschuh, – das Hydraulikventil (1) besteht zum anderen aus einem Ventilteil (7) mit einem hohlzylindrischen Ventilgehäuse (8), in dessen Hohlzylinder (9) ein vom Magnetanker (5) des Elektromagneten (2) über eine Stößelstange (10) axial verschiebbarer Steuerkolben (11) aufgenommen ist, – das Ventilgehäuse (8) ist stirnseitig offen und weist an seinem Außenumfang mehrere axial zueinander beabstandete Ringnuten (12, 13, 14) auf, in welche jeweils mehrere in den Hohlzylinder (9) des Ventilgehäuses (8) mündende Radialöffnungen (15, 16, 17) eingearbeitet sind, – der Steuerkolben (11) ist zylindrisch ausgebildet und steht mit einer Stirnseite (18) mit der Stößelstange (10) des Magnetankers (5) sowie mit der anderen Stirnseite (19) mit einer entgegen der Kraft des Magnetankers (5) wirkenden Druckfeder (20) in Wirkverbindung, – der Steuerkolben (11) weist an seinem Außenumfang zumindest zwei ringförmige Steuerabschnitte (21, 22) auf, welche je nach Bestromung des Elektromagneten (2) die Radialöffnungen (15, 17) von zumindest zwei Ringnuten (12, 14) im Ventilgehäuse (8) über- oder unterdecken, – zur Weiterleitung des Hydraulikmittels innerhalb des Ventilgehäuses (8) weist der Steuerkolben (11) axial einen zylindrischen Hohlraum (23) auf, der druckfederseitig offen und stößelstangentseitig über radiale Fenster (24) mit dem Hohlzylinder (9) des Ventilgehäuses (8) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der im Ventilgehäuse (8) aufgenommene Steuerkolben (11) des Ventilteils (7) als ein aus mehreren Einzelteilen zusammensetzbares Montagebauteil ausgebildet ist, bei dem die ringförmigen Steuerabschnitte (21, 22) als vorgefertigte Einzelteile auf einen hohlzylindrischen Grundkörper mit vorgefertigten radialen Fenstern (24) aufsetzbar sind.
Elektromagnetisches Hydraulikventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hohlzylindrische Grundkörper des Steuerkolbens als patronenförmige Hülse (25) ausgebildet ist, deren Boden (26) die an der Stößelstange (10) des Magnetankers {5) anliegende Stirnfläche (18) bildet und deren gegenüberliegender offener Profilquerschnitt als die mit der Druckfeder (20) in Wirkverbindung stehende Stirnfläche {19) ausgebildet ist.
Elektromagnetisches Hydraulikventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen Steuerabschnitte (21, 22) des Steuerkolbens (11) jeweils durch identisch ausgebildete, gesonderte Steckringe (28, 29) mit ebenen Außenumfangsflächen (30, 31) gebildet werden, die zumindest mit einem Teil ihrer Innenumfangsflächen (32, 33} durch Preßsitz auf der Umfangswand (27) der patronenförmigen Hülse (25) befestigt sind.
Elektromagnetisches Hydraulikventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den Grundkörper der Steuerkolbens (11) bildende patro nenförmige Hülse (25) bevorzugt aus einem Baustahl besteht und zusammen mit den radialen Fenstern (24) zur Verbindung des Hohlraumes (23) des Steuerkolbens (11) mit dem Hohlzylinder (9) des Ventilgehäuses (8) durch Tiefziehen und Stanzschälen spanlos herstellbar ist.
Elektromagnetisches Hydraulikventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Fenster (24) des Steuerkolbens (11) bevorzugt als zwei aus dem Boden (26) und der angrenzenden Umfangswand (27) der Hülse (25) ausgestanzte, sich gegenüberliegend angeordnete Ausnehmungen ausgebildet sind, zwischen denen ein gleichmäßiger Brückensteg (34) als Kontaktbügel zur Stößelstange (10) des Magnetankers (5) verbleibt.
Elektromagnetisches Hydraulikventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckringe (28, 29) des Steuerkolbens (11) an ihren Innenumfangsflächen (32, 33) bevorzugt eine vierteilige Kontur aufweisen, die aus einem anfänglichen Fasenabschnitt (35,36), einem mittleren Zylinderabschnitt (37, 38) und aus einem verrundeten Übergang (39, 40) mit einem durchmesservergrößerten Endabschnitt (41, 42) besteht.
Elektromagnetisches Hydraulikventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die die Steuerabschnitte (21, 22) des Steuerkolbens (11) bildenden Steckringe (28, 29) bevorzugt aus einem Vergütungsstahl bestehen und durch Stanzziehen oder Fließpressen vorgefertigt sowie durch anschließendes Härten und Höhenschleifen ihrer axialen Seitenflächen (43, 44, 45, 46) mit einer exakten Breite herstellbar sind.
Verfahren zur Herstellung des Steuerkolbens eines elektromagnetischen Hydraulikventils nach den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Aufpressen des federseitigen Steckringes (28) auf die patronenförmige Hülse (25) bis der Übergang (37) zum Endabschnitt (38) seiner Innenumfangsfläche (32) an die Stirnseite (19) der Hülse (25) angrenzt; b) Vormontage des magnetseitigen Steckringes (29) auf der patronenförmigen Hülse (25) und Einsetzen eines die Hülse (25) umschließenden Höhenkalibrierwerkzeuges zwischen die Steckringe (28, 29); c) Einstellen des exakten Abstandes der Steuerabschnitte (21, 22) des Steuerkolbens (11) zueinander durch Aufpressen des magnetseitigen Steckringes (29) auf die Hülse (25) bis zur Auflage auf dem Höhenkalibrierwerkzeug; d) Einstellen des exakten Abstandes des Brückensteges (34) des Steuerkolbens (11) zu den Steuerabschnitten (21, 22) durch axiale plastische Verformung des Brückensteges (34) in einem Biegewerkzeug; e) Herstellen des exakten Außendurchmesers der Steuerabschnitte (21, 22) des Steuerkolbens (11) durch Schleifen der Außenumfangsflächen (30, 31) der Steckringe (28, 29) auf einer Centerless-Schleifmaschine.