[0001] Die Erfindung betrifft ein Hydraulikventil für einen Schwenkmotorversteller einer
Nockenwelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
[0002] Hydraulikventile für Schwenkmotorenversteller einer Nockenwelle sind hinlänglich
bekannt. Die Hydraulikventile weisen einen Ventilkolben auf, welcher in einem Ventilgehäuse
des Hydraulikventils axial bewegbar ist. Üblicherweise sind am Ventilgehäuse ein erster
Arbeitsanschluss, ein zweiter Arbeitsanschluss und ein Versorgungsanschluss ausgebildet.
Der erste Arbeitsanschluss und der zweite Arbeitsanschluss sind mit dem Schwenkmotorenversteller
verbunden und über diese Anschlüsse ist ein Hydraulikfluid sowohl in das Hydraulikventil
als auch aus dem Hydraulikventil förderbar. Zur Versorgung des Hydraulikventils mit
dem mit Hilfe einer Fördereinrichtung geförderten Hydraulikfluid weist das Ventilgehäuse
den Versorgungsanschluss auf. Das Hydraulikfluid kann mit Hilfe eines durchströmbaren
Kanalsystems des Ventilkolbens das Hydraulikventil unterschiedlich durchströmen. Zur
Nutzung von Nockenwellenwechselmomente weist das Hydraulikventil im Bereich der Arbeitsanschlüsse
mindestens ein Rückschlagventil auf. Des Weiteren ist in einem Strömungsbereich des
Versorgungsanschlusses ein Rückschlagventil ausgebildet. Somit kann mit Hilfe der
Rückschlagventile das Hydraulikfluid im Hydraulikventil druckabhängig gesteuert werden.
[0003] Rückschlagventile für Hydraulikventile, deren Schließelemente bandförmig ausgebildet
sind, sind ebenfalls bekannt. So geht aus der französischen Patentschrift
FR 525 481, welche bereits im Jahr 1921 veröffentlicht wurde, ein Rückschlagventil hervor, welches
ein bandförmiges Schließelement aufweist.
[0004] Die Patentschrift
DE 101 43 433 B4 offenbart ein bandförmiges Schließelement eines Hydraulikventils, wobei das Schließelement
federnd gelagert Schließklappen aufweist.
[0005] Ein bandförmiges Schließelement eines Rückschlagventils für ein Hydraulikventil kann
auch der Patentschrift
EP 2 503 201 B1 entnommen werden. Das offenbarte Schließventil zeichnet sich dadurch aus, dass es
zur Begrenzung seiner Ausdehnung einen Anschlag an einem Bandende aufweist. Da das
Schließelement aufgrund des Anschlags nur begrenzt durchströmbar ist, sind Durchströmöffnungen
in unterschiedliche Weisen vorgesehen.
[0006] Der Offenlegungsschrift
US 2013 206 088 A1 ist ein Hydraulikventil zu entnehmen, dessen Rückschlagventil mit einem federbasierten
Schließelement ausgestattet und im Ventilkolben aufgenommen ist.
[0007] Ebenso sind Rückschlagventile mit einem bandförmigen Schließelement für Schwenkmotorenversteller
für Nockenwellen bekannt. Die Offenlegungsschriften
DE 10 2010 061 337 A1 und
DE 10 2010 019 004 A1 offenbaren Hydraulikventile mit einem bandförmigen Schließelement des Rückschlagventils.
Im Gegensatz zum dem aus der
DE 10 2010 061 337 A1 bekannten Hydraulikventil, welches jeweils ein Rückschlagventil für den ersten Arbeitsanschluss
und den zweiten Arbeitsanschluss nutzt, weist das in der
DE 10 2010 019 004 A1 offenbarte Hydraulikventil ein einziges Rückschlagventil auf, mit dessen Hilfe der
erste Arbeitsanschluss und der zweiter Arbeitsanschluss je nach Positionierung des
entlang einer Längsachse des Ventilgehäuses axial verschiebbaren Ventilkolbens im
Ventilgehäuse des Hydraulikventils beaufschlagt werden kann. Der Arbeitsanschluss
und der zweite Arbeitsanschluss sind dabei axial voneinander beabstandet, wobei der
Versorgungsanschluss des Ventilgehäuses zwischen dem ersten Arbeitsanschluss und dem
zweiten Arbeitsanschluss angeordnet ist. Zur Durchströmung des Hydraulikventils sind
den Anschlüssen Ringnuten im Ventilgehäuse zugeordnet.
[0008] Das Rückschlagventil ist am im Ventilgehäuse bewegbaren Ventilkolben in einer den
Ringnuten zugewandt ausgebildeten Positioniernut des Ventilkolben, welche mit dem
Kanalsystem durchströmbar verbunden ist, angeordnet. Aufgrund der axialen Verschiebbarkeit
des Ventilkolbens ist die Möglichkeit gegeben, das erste Rückschlagventil für beide
Arbeitsanschlüsse zu nutzen.
[0009] Das Hydraulikfluid kann mit Hilfe des durchströmbaren Kanalsystems das Hydraulikventil
unterschiedlich durchströmen, wobei ein erster Tankanschluss des Hydraulikventils
zum Abfließen des Hydraulikfluids aus dem Hydraulikventil am Ventilgehäuse ausgebildet
ist.
[0010] Zur schnellen Verstellung der Nockenwelle ist ein schnelles und ungehindertes Ansprechen
des Hydraulikventils, mit anderen Worten eine schnelle axiale Verschiebung des Ventilkolbens
im Ventilgehäuse erforderlich. Hierzu ist es notwendig, dass das Schließelement des
Rückschlagventils im Betrieb des Schwenkmotorenverstellers nicht am Ventilgehäuse
anschlägt.
[0011] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hydraulikventil für einen Schwenkmotorversteller
einer Nockenwelle bereitzustellen, welches ein verbessertes Ansprechverhalten aufweist.
[0012] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Hydraulikventil für einen Schwenkmotorversteller
einer Nockenwelle mit den Merkmalen das Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen
Unteransprüchen angegeben.
[0013] Das erfindungemäße Hydraulikventil für einen Schwenkmotorversteller einer Nockenwelle
weist ein das Rückschlagventil zumindest teilweise umfassendes Begrenzungselement
zur Begrenzung einer radialen Ausdehnung des Rückschlagventils auf. Durch die zumindest
teilweise Umfassung des Rückschlagventils, insbesondere eines Schließelement des Rückschlagventils,
ist das Rückschlagventil in seiner radialen Ausdehnung, welche es im Betrieb des Hydraulikventils
aufweist, begrenzt. Dies führt zu einem verbesserten, weil schnelleren Ansprechverhalten
des Hydraulikventils, da ein Anschlagen bzw. eine Berührung des Rückschlagventils
am Ventilgehäuse unterbunden ist.
[0014] In Abhängigkeit eines am Rückschlagventil ausgebildeten Druckverhältnisses öffnet
sich das Rückschlagventil. Da das Schließelement des Rückschlagventils bandförmig,
die Positioniernut über deren Umfang umfassend ausgebildet ist, dehnt es sich in Abhängigkeit
des Druckverhältnisses in radialer Richtung aus. Das heißt mit anderen Worten, dass
sich das Schließelement zumindest teilweise in Richtung des Ventilgehäuses ausdehnt.
Dem anliegenden Druckverhältnis entsprechend ist diese radiale Ausdehnung ausgeprägt.
Ein großes Druckverhältnis führt zu einer starken Ausdehnung, das heißt, dass das
Schließelement sich zumindest teilweise radial soweit aus der Positioniernut ausdehnen
kann, dass sich das Schließelement an einer der Positioniernut zugewandt ausgebildeten
Ventilinnenfläche anlegen kann, bzw. diese berühren kann. Diese Berührung kann zu
einer Beschädigung des Ventilgehäuses und/oder zu einer Behinderung der axialen Bewegung
des Ventilkolbens führen.
[0015] Das Begrenzungselement verhindert eine entsprechende Berührung des Rückschlagelementes
mit dem Ventilgehäuse, da es das Rückschlagelement zumindest teilweise umfassend ausgebildet
ist, somit ein Hindernis des Rückschlagelementes in dessen radialer Ausdehnung darstellt.
[0016] Zur effektiven Begrenzung des Rückschlagelementes ist das Begrenzungselement sich
am Ventilkolben abstützend ausgebildet. Dadurch bleibt sowohl die radiale Anordnung
als auch die axiale Anordnung des Begrenzungselementes relativ zum Rückschlagelement
in jeder Position des Ventilkolbens erhalten, so dass eine Verhinderung einer Berührung
oder eines Anschlagens des Rückschlagelementes bzw. dessen Schließelementes an dem
Ventilgehäuse gesichert ist. Wäre das Begrenzungselement bspw. am Ventilgehäuse vorgesehen,
so würde die zu einer Änderung der axialen Anordnung relativ zum Rückschlagelement
bei einer axialen Verschiebung des Ventilkolbens führen, und das Rückschlagelement
könnte in einem nicht vom Begrenzungselement umfassten Bereich an dem Ventilgehäuse
anschlagen.
[0017] Das Begrenzungselement ist, wie das Rückschlagventil, in der Positioniernut des Ventilkolbens
angeordnet. Zur Sicherstellung eines radialen Abstandes zwischen dem Schließelement
des Rückschlagventils und dem Begrenzungselement, welcher notwenig ist, damit sich
das Rückschlagventil innerhalb dieses radialen Abstandes öffnen kann, ist das Begrenzungselement
an einem ersten Absatz und einem zweiten Absatz der Positioniernut aufgenommen, welche
in dem notwendigen radialen Abstand zum Schließelement des Rückschlagventils an Wandungen
der Positioniernut ausgebildet sind.
[0018] Damit das Hydraulikfluid in die vom Rückschlagventil freigegebene Richtung strömen
kann, weist das Begrenzungselement mindestens eine Durchlassöffnung auf. Idealerweise
sind über einen Umfang des Begrenzungselementes verteilt Durchlassöffnungen angeordnet.
Diese Durchlassöffnungen sind so auszubilden, dass ein Strömungswiderstand, welcher
zwangsläufig durch das Begrenzungselement im Strömungsweg des Hydraulikfluids vorliegt,
so klein wie möglich ist. Das heißt, dass ein effektiver Strömungsquerschnitt des
Begrenzungselementes, welcher sich aus der Summe der einzelnen effektiven Strömungsquerschnitte
der Durchlassöffnungen ergibt, zumindest näherungsweise dem effektiven Strömungsquerschnitt
der Positioniernut entsprechen sollte. Dies ist erforderlich, damit Druckverluste
bzw. Strömungsverluste, welche durch das Begrenzungselement herbeigeführt werden können,
so weit wie möglich vermieden werden.
[0019] Zur einfachen Montage des Begrenzungselementes ist das Begrenzungselement aus einem
Band hergestellt. Das Band wird die Absätze umfassend in die Positioniernut gebogen,
somit unter einer geringen Vorspannung, eingebracht, wobei zur Herstellung einer hohlzylindrischen
Form des Begrenzungselementes ein erster Bandbereich des Bandes und ein zweiter Bandbereich
des Bandes im eingebauten Zustand sich überlappend angeordnet sind.
[0020] Vorteilhafterweise ist ein zweiter Tankanschluss des Hydraulikventils am Ventilgehäuse
ausgebildet, so dass dem ersten Arbeitsanschluss und dem zweiten Arbeitsanschluss
je ein Tankanschluss unabhängig voneinander zuordenbar ist.
[0021] In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hydraulikventils weist der
Ventilkolben ein Drosselelement zur Drosselung eines Fluidabflußes des Hydraulikfluids
am Ventilkolben, insbesondere diesen über seinen radialen Umfang umfassend auf. Üblicherweise
sind Drosselelemente am Ventilgehäuse in Bereichen von Stirnseiten des Ventilkolbens
angeordnet. Diese Anordnung führt zu einer auf die entsprechend beaufschlagte Stirnseite
des Ventilkolbens wirkenden Axialkraft. Wird das Drosselelement wie vorgeschlagen
am Ventilkolben, insbesondere an dessen Umfang ausgebildet, ist eine Ausbildung der
Axialkraft eliminiert, so dass eine Positionsänderung des Ventilkolben im Hydraulikventil
schnell herbeiführbar ist, da der Ventilkoben nicht gegen eine durch das Drosselement
erwirkte Axialkraft verschoben werden muss.
[0022] In einer kostengünstigen Variante weist das Drosselelement einen polygonartig ausgebildeten
Umfang auf. Dieser polygonartige Umfang ist auf einfache Weise bspw. durch so genanntes
Schlagdrehen zu realisieren.
[0023] Das Hydraulikventil ist vorteilhafterweise als Zentralventil ausgeführt, so dass
gegenüber einem externen Hydraulikventil zum einen ein Bauraumvorteil und zum anderen
ein verbessertes Ansprechverhalten realisiert ist, da Leitungswege des Hydraulikfluids
kurz gehalten werden können.
[0024] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend
in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend
in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale
und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern
auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der
Erfindung zu verlassen. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische
Bezugszeichen zugeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist es möglich, dass die
Elemente nicht in allen Figuren mit ihrem Bezugszeichen versehen sind, ohne jedoch
ihre Zuordnung zu verlieren. Es zeigen:
- Fig. 1
- in einem Querschnitt einen Schwenkmotorversteller,
- Fig. 2
- in einem Längsschnitt ein erfindungsgemäßes Hydraulikventil,
- Fig. 3
- in einem Ausschnitt ein Längsschnitt des Hydraulikventils gem. Fig. 2,
- Fig. 4
- in einem Längsschnitt eine 3-dimensionale Darstellung eines Ventilkolbens des Hydraulikventils
gem. Fig. 2,
- Fig. 5
- in einer perspektivischen Darstellung einen Käfig des Hydraulikventils gem. Fig. 2,
und
- Fig. 6
- in einer perspektivischen Darstellung den Ventilkolben gem. Fig. 4.
[0025] Ein Schwenkmotorversteller 1 gemäß Fig. 1 erlaubt während des Betriebes eines nicht
näher dargestellten Verbrennungsmotors eine Änderung von Öffnungs- und Schließzeiten
von Gaswechselventilen des Verbrennungsmotors herbeizuführen. Hierzu wird mit Hilfe
des Schwenkmotorverstellers 1 eine relative Winkellage einer nicht näher dargestellten
Nockenwelle des Verbrennungsmotors gegenüber einer nicht näher dargestellten Kurbelwelle
des Verbrennungsmotors stufenlos verändert, wobei die Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle
verdreht wird. Durch Verdrehen der Nockenwelle werden die Öffnungs- und Schließzeitpunkte
der Gaswechselventile so verschoben, dass der Verbrennungsmotor bei der jeweiligen
Drehzahl seine optimale Leistung bringt.
[0026] Der Schwenkmotorversteller 1 weist einen zylindrischen Stator 2 auf, der drehfest
mit einem Antriebsrad 3 der Nockenwelle verbunden ist. Im Ausführungsbeispiel ist
das Antriebsrad 3 ein Kettenrad, über das eine nicht näher dargestellte Kette als
Antriebselement geführt wird. Das Antriebsrad 3 kann aber auch ein Zahnriemenrad sein,
über das ein Antriebsriemen als Antriebselements geführt ist. Über dieses Antriebselement
und das Antriebsrad 3 ist der Stator 2 mit der Kurbelwelle antriebsverbunden.
[0027] Der Stator 2 weist einen zylindrischen Statorgrundkörper 4 auf, an welchem auf dessen
Innenseite 5 sich radial nach innen erstreckende Stege 6 in regelmäßigen Abständen
ausgebildet sind, derart, dass zwischen jeweils zwei benachbarten Stegen 6 ein Zwischenraum
7 gebildet ist. In diesen Zwischenraum 7 wird ein Druckmedium, im Allgemeinen ein
Hydraulikfluid, mit Hilfe eines in Fig. 2 näher dargestellten Hydraulikventil 20 gesteuert
eingebracht.
[0028] In den Zwischenraum 7 hineinragend ist ein Flügel 8 positioniert, welcher an einer
Rotornabe 9 eines Rotors 10 angeordnet ist. Der Anzahl der Zwischenräume 7 entsprechend
weist die Rotornabe 9 eine Anzahl von Flügel 8 auf.
[0029] Mit Hilfe der Flügel 8 sind somit die Zwischenräume 7 jeweils in eine erste Druckkammer
11 und eine zweite Druckkammer 12 unterteilt. Zur Reduzierung eines Druckverlustes
in der ersten Druckkammer 11 und der zweiten Druckkammer 12 sind die Stege 6 mit ihren
ersten Stirnseiten 13 an eine Außenmantelfläche 14 der Rotornabe 9 dichtend anliegend
ausgebildet. Ebenso liegen die Flügel 8 mit ihren zweiten Stirnseiten 15 dichtend
an einer der Außenmantelfläche 14 gegenüberliegend positionierten Innenwand 16 des
Statorgrundkörpers 4 an.
[0030] Der Rotor 10 ist drehfest mit der Nockenwelle des Verbrennungsmotors verbunden. Um
die Winkellage zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle zu verändern, wird der
Rotor 10 relativ zum Stator 2 gedreht. Hierzu wird je nach gewählter Drehrichtung
das Druckmedium in der ersten Druckkammer 11 oder in der zweiten Druckkammer 12 unter
Druck gesetzt, während die zweite Druckkammer 12 bzw. die erste Druckkammer 11 entlastet
wird. Die Entlastung erfolgt mit Hilfe eines Tankzugangs, welcher zur Entlastung geöffnet
ist. Es kann sich dabei um einen einzigen für die erste Druckkammer 11 und die zweite
Druckkammer 12 zugänglichen Tankzugang handeln, oder wie im Ausführungsbeispiel gem.
Fig. 2 dargestellt, ist der ersten Druckkammer 11 ein erster Tankzugang T1 und der
zweiten Druckkammer 12 ein zweiter Tankzugang T2 zugeordnet.
[0031] Damit der Rotor 10 gegenüber dem Stator 2 in Richtung des Uhrzeigersinns verdreht
wird, werden mit Hilfe des Hydraulikventils 20 radiale erste Nabenbohrungen 17 unter
Druck gesetzt, welche über den Umfang der Rotornabe 9 regelmäßig verteilt angeordnet
sind. Zur Verdrehung des Rotors 10 gegenüber dem Stator 2 entgegen dem Uhrzeigersinn
werden mit Hilfe des Hydraulikventils 20 radiale zweite Nabenbohrungen 18 unter Druck
gesetzt, welche ebenfalls über den Umfang der Rotornabe 9 verteilt angeordnet sind,
wobei diese zweiten Nabenbohrungen 18 axial von den ersten Nabenbohrungen 17 beabstandet
positioniert sind.
[0032] In Fig. 2 ist das erfindungsgemäße Hydraulikventil 20 in einem Längsschnitt in einer
ersten Ventilstellung dargestellt. Das Hydraulikventil 20 ist ähnlich einem Cartridge-Ventil
aufgebaut und weist ein Ventilgehäuse 21 auf, innerhalb dessen ein Ventilkolben 22
axial verschiebbar angeordnet ist.
[0033] Zur Verschiebung des Ventilkolbens 22 ist eine vom Verbrennungsmotor abgewandt ausgebildete
erste Stirnfläche 23 des Ventilkolbens 22 geschlossen, so dass ein Stößel 24 eines
elektromagnetischen Linearaktors 25 an dieser ersten Stirnfläche 23 anliegen kann.
Eine Bestromung des Linearaktors 25 führt zur axialen Verschiebung des Ventilkolbens
22 in Richtung des Verbrennungsmotors, wobei ein an einer zweiten Stirnfläche 26 des
Ventilkolbens 22, welche von der ersten Stirnfläche 23 abgewandt ausgebildet ist,
angebrachtes Rückhalteelement 27 eine Rückhaltekraft auf den Ventilkolben 22 ausübt,
gegen die der Ventilkolben 22 zu verschieben ist. Das Rückhalteelement 27, in diesem
Ausführungsbeispiel in Form einer Schraubendruckfeder ausgebildet, stützt sich an
einem Hohlzylinder 28 ab, welcher im Bereich einer dem Verbrennungsmotor zugewandt
ausgebildeten Gehäusestirnfläche 29 mit Presssitz im Ventilgehäuse 21 angeordnet ist.
[0034] Das buchsenartig ausgebildete Ventilgehäuse 21 weist einen Versorgungsanschluss P,
einen ersten Arbeitanschluss A und einen zweiten Arbeitsanschluss B auf. Dem Versorgungsanschluss
P, dem ersten Arbeitsanschluss A und dem zweiten Arbeitsanschluss B sind eine erste
Ringnut 30, eine zweite Ringnut 31 bzw. eine dritte Ringnut 32 zugeordnet, die jeweils
über nicht näher dargestellte Anschlusskanäle mit den Anschlüssen verbunden sind.
Die Anschlusskanäle sind eine Gehäusewand 34 des Ventilgehäuses 21 vollständig durchdringend
ausgebildet.
[0035] Der Versorgungsanschluss P ist zur Verbindung mit einer nicht näher dargestellten
Ölpumpe ausgestaltet, so dass das Hydraulikventil 20 mit dem Hydraulikfluid, welches
in diesem Ausführungsbeispiel Öl ist, versorgbar ist. Der erste Arbeitsanschluss A
ist mit den ersten Nabenbohrungen 17, der zweite Arbeitsanschluss B ist mit den zweiten
Nabenbohrungen 18 verbindbar. Der erste Tankzugang T1 ist an der Gehäusestirnfläche
29 angeordnet. Der zweite Tankzugang T2 ist mit einer axial vom Versorgungsanschluss
B beabstandeten vierten Ringnut 33 des Ventilgehäuses 21 mit Hilfe eines weiteren
in die vierte Ringnut 33 mündenden nicht näher dargestellten Anschlusskanals verbindbar.
Die vierte Ringnut 33 ist zwischen der ersten Stirnfläche 23 und der dritten Ringnut
32 angeordnet.
[0036] Der Ventilkolben 22 ist durchströmbar ausgebildet und weist ein Kanalsystem 35 auf,
welches vom Hydraulikfluid durchströmbar ist. Entlang einer Längsachse 36 des Ventilkolbens
22 liegt ein Versorgungskanal 37 des Kanalsystems 35 vor, welchen eine erste Kanalgruppe
38, eine zweite Kanalgruppe 39 und eine dritte Kanalgruppe 40, jeweils axial beabstandet
voneinander, durchqueren. Die erste Kanalgruppe 38, die zweite Kanalgruppe 39 und
die dritte Kanalgruppe 40 sind mit Hilfe des Versorgungskanals 37 strömungstechnisch
miteinander verbunden, so dass Hydraulikfluid aus bspw. der erste Kanalgruppe 38 über
den Versorgungskanal 37 in die zweite Kanalgruppe 39 und/oder dritte Kanalgruppe 40
strömen kann. Eine Kanalgruppe setzt sich in diesem Ausführungsbeispiel aus jeweils
zwei sich kreuzenden und senkrecht zueinander positionierten Querbohrungen zusammen,
welche sich über einen Durchmesser D des Ventilkolbens 22, diesen vollständig durchdringend,
erstreckend ausgebildet sind. Ebenso könnte die Kanalgruppe auch eine andere Anzahl
an Querbohrungen aufweisen.
[0037] An den einer Mantelfläche 41 des Ventilkolbens 22 zugewandt ausgebildeten Enden der
ersten Kanalgruppe 38, der zweiten Kanalgruppe 39 und der dritten Kanalgruppe 40 weist
der Ventilkolben 22 jeweils eine ringförmig ausgebildete Nut, d.h. eine Positioniernut
42, eine fünfte Ringnut 42a und eine sechste Ringnut 42b auf, wobei die Enden der
erste Kanalgruppe 38 in die Positioniernut 42, die Enden der zweiten Kanalgruppe 39
in die fünfte Ringnut 42a und die Enden der dritten Kanalgruppe 40 in die sechste
Ringnut 42b münden. In der Positioniernut 42 ist ein erstes Rückschlagventil 43 aufgenommen,
dessen Schließelement bandförmig ausgebildet ist. Ein Rückschlagventil mit einem bandförmigen
Schließelement ist bekannt und kann bspw. der
EP 1 703 184 B1 oder entnommen werden. An dieser Stelle sei daraufhin zu gewiesen, dass per definitionem
ein Rückschlagventil grundsätzlich aus einem Gehäuse und einem eine Durchströmöffnung
des Gehäuses öffnendes oder schließendes Schließelement besteht. Im Fall eines bandförmigen
Schließelementes können die Durchströmöffnung begrenzende Wandungen genutzt werden,
das Gehäuse des Rückschlagventils für das bandförmige Schließelement zu bilden, wie
das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt. Daher sei im Weiteren unter dem ersten
Rückschlagventil 43 das ausgebildete Schließelement zu verstehen und umgekehrt.
[0038] Das erste Rückschlagventil 43 verhindert ein Einströmen des Hydraulikfluids aus der
ersten Ringnut 30, aus der zweiten Ringnut 31 und aus der dritten Ringnut 32 in die
erste Kanalgruppe 38. Dahingegen öffnet das erste Rückschlagventil 43 sofern Hydraulikfluid
über die erste Kanalgruppe 38 aus dem Versorgungskanal 37 strömt. Mit anderen Worten
schließt das erste Rückschlagventil 43 in Richtung auf den Versorgungskanal 37 und
öffnet in Richtung auf die Ringnuten 30, 31, 32.
[0039] Ein zweites Rückschlagventil 4 ist außerhalb des Ventilgehäuses 21 zwischen dem Versorgungsanschluss
P und der Ölpumpe zur Verhinderung eines Rückströmens des Hydraulikfluids in die Ölpumpe
vorgesehen.
[0040] Die in der Fig. 2 dargestellte erste Ventilstellung des Hydraulikventils 20 entspricht
einer Ventilstellung in einem unbestromten Zustand des Linearaktors 25. In diesem
Zustand überdeckt die fünfte Ringnut 42a zumindest teilweise die zweite Ringnut 31,
so dass das Hydraulikfluid aus den ersten Druckkammern 11 über die ersten Nabenbohrungen
17, den ersten Arbeitsanschluss A und die zweite Ringnut 31 in die fünfte Ringnut
42a und weiter in die zweite Kanalgruppe 39 strömen kann, vorausgesetzt ein erster
Druck in den ersten Druckkammern 11 überschreitet einen im Kanalsystem 35 anliegenden
zweiten Druck. Das aus der zweiten Ringnut 31 ausströmende Hydraulikfluid teilt sich
im Bestreben eines Druckausgleiches in einen ersten Fluidstrom und einen zweiten Fluidstrom.
[0041] Der erste Fluidstrom kann aus der zweiten Ringnut 31 aufgrund der teilweisen Überdeckung
mit der fünften Ringnut 42a und der zweiten Ringnut 31 über einen ersten Spalt 44a
in den ersten Tankzugang T1 gemäß der Pfeilrichtung PR1 abfließen, s. Fig. 3, wobei
der erste Spalt 44a im Bereich zwischen der zweiten Stirnfläche 26 und der fünften
Ringnut 42a zwischen der Mantelfläche 41 und einer Ventilinnenfläche 49 des Ventilgehäuses
21 ausgebildet ist. Der Spalt 44a ist abschnittsweise über dem Umfang des Ventilkolbens
22 ausgebildet.
[0042] Der zweite Fluidstrom strömt gemäß der zweiten Pfeilrichtung PR2 in die zweite Kanalgruppe
39 und von dort in den Versorgungskanal 37, wobei er in die dritte Ringnut 32 über
das erste Rückschlagventil 43 gelangt. Die dritte Ringnut 32 wird in dieser ersten
Ventilstellung zumindest teilweise von der Positioniernut 42 überdeckt, so dass die
Einströmung des Hydraulikfluids aus der ersten Kanalgruppe 38 über die Positioniernut
42 in die dritte Ringnut 32 erfolgen kann. Das aus dem Versorgungsanschluss P auf
das erste Rückschlagelement 43 strömende Hydraulikfluid strömt über einen dritten
Spalt 44e, welcher in dieser ersten Ventilstellung zwischen der Positioniernut 42
und der Ventilinnenfläche 49 ausgebildet ist, gemäß der dritten Pfeilrichtung PR3
in die dritte Ringnut 32.
[0043] Das Hydraulikfluid gelangt somit über den zweiten Arbeitsanschluss B in die zweiten
Nabenbohrungen 18, welche mit den zweiten Druckkammern 12 in Verbindung stehen, so
dass sich der Druck in den zweiten Druckkammern 12 erhöht und das Antriebsrad 3 relativ
zum Stator 2 gegen den Uhrzeigersinn verdreht wird.
[0044] Sobald die Nockenwelle infolge von deren Wechselmomenten bestrebt ist, in die zu
verstellende Richtung zu drehen, erhöht sich der Druck in den ersten Druckkammern
11. Wenn dieser Druck so groß ist, dass das vorgespannte erste Rückschlagventil 43
öffnet, werden über dem zweiten Arbeitsanschluss B den zweiten Druckkammern 12, welche
aufgrund eines Unterdruckes einen Saugeffekt aufweisen, ausreichend Hydraulikfluid
zur Verfügung gestellt, so dass eine Verdrehung des Rotors 10 erfolgt. Es erfolgt
eine schnelle Verdrehung, wie es alleine mit der Ölpumpe nicht realisierbar wäre.
[0045] Eine zweite Ventilstellung ist mit Hilfe einer Bestromung des Linearaktors 25 einzustellen.
Der Ventilkolben 22 wird gegen die Kraft des Rückhalteelementes 27 in Richtung des
ersten Tankzugangs T1 in seine Endstellung geschoben. In dieser Endstellung liegt
die zweite Stirnfläche 26 an dem Hohlzylinder 28 an. Dabei wurde der Ventilkolben
22 soweit axial verschoben, dass die Überdeckung der fünften Ringnut 42a und der zweiten
Ringnut 31 aufgehoben wurde, so dass die zweite Ringnut 31 mit Hilfe der Mantelfläche
41 verschlossen ist.
[0046] Aufgrund der axialen Verschiebung des Ventilkolbens 22 stellt sich eine Überdeckung
der Positioniernut 42 und der zweiten Ringnut 31 sowie der ersten Ringnut 30 ein,
so dass ein Überströmen des Hydraulikfluids aus dem Versorgungsanschluss P in den
ersten Arbeitsanschluss A erfolgt. Des Weiteren ist eine zumindest teilweise Überdeckung
der sechsten Ringnut 42b und der dritten Ringnut 32 hergestellt. Das Hydraulikfluid,
welches nun aus dem zweiten Arbeitsanschluss B strömt, teilt sich in einen dritten
Fluidstrom und einen vierten Fluidstrom, wobei der dritte Fluidstrom über die dritte
Kanalgruppe 40 und den Versorgungskanal 37 in die erste Kanalgruppe 38 eintreten kann.
[0047] Nach Öffnen des ersten Rückschlagventils 43 strömt der dritte Fluidstrom weiter aus
der Positioniernut 42 in die zweite Ringnut 31. Der vierte Fluidstrom strömt über
einen zwischen der Ventilinnenfläche 49 und der Mantelfläche 41 ausgebildeten zweiten
Spalt 44b in den zweiten Tankanschluß T2.
[0048] Dieser Zusammenhang und das grundsätzliche Prinzip des Hydraulkventils 20 sind auch
näher in der
DE 10 2010 019 004 A1 erläutert, so dass an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen wird.
[0049] In der Fig. 4 ist der Ventilkolben 22 in einem Längsschnitt entlang der Längsachse
36 3-dimensional dargestellt. Die Positioniernut 42 ist stufenförmig ausgestaltet,
derart, dass in ihrer radialen Erstreckung an ihrer der ersten Stirnfläche 26 zugewandt
ausgebildeten ersten Wandung 50 ein erster Absatz 51 und an ihrer der ersten Wandung
50 gegenüberliegend positionierten zweiten Wandung 52 ein zweiter Absatz 53 ausgebildet
ist, so dass die Positioniernut 42 eine erste axiale Erstreckung E1 und eine zweite
axiale Erstreckung E2 aufweist, wobei die erste axiale Erstreckung E1 kleiner ausgebildet
ist als die zweite axiale Erstreckung E2.
[0050] Das erste Rückschlagventil 43 ist in dem Bereich der Positioniernut 42 aufgenommen,
welcher die erste Erstreckung E1 aufweist, wobei die erste Wandung 50 und die zweite
Wandung 52 einer axialen Sicherung des ersten Rückschlagventils 43 dienen. Axiale
Endbereiche des bandförmigen Schließelementes des Rückschlagventils 43 sind einander
geringfügig überlappend, damit ein Öffnungsdruck gering gehalten werden kann.
[0051] Zur Begrenzung einer radialen Ausdehnung des Rückschlagventils 43 bzw. des Schließelementes
des Rückschlagventils 43, ist ein ringförmiges Begrenzungselement 45 das Rückschlagventil
43 umfassend am Ventilkolben 22 angeordnet. Das Begrenzungselement 45 ist in Fig.
5, einer perspektivischen Darstellung, näher dargestellt. Das Begrenzungselement 45
ist aus einem Band 45d hergestellt, welches zwischen einer erste Längsstrebe 45a des
Bandes 45d und einer zweiten Längsstrebe 45b des Bandes 45d angeordnete Querstreben
45c des Bandes 45d aufweist, wobei die Querstreben 45c die erste Längsstrebe 45a und
die zweite Längsstrebe 45b miteinander verbinden ausgebildet sind.
[0052] Zur Positionierung des Begrenzungselementes 45 am Ventilkolben 22 und somit zur Umfassung
des ersten Rückschlagventils 43 wird das bandförmige Begrenzungselement 45 soweit
gebogen, dass ein erster Bandendbereich 46 und ein zweiter Bandendbereich 47 einander
überlappen und das Band 45d in Form eines Ringes am Ventilkolben 22 anliegt.
[0053] Zwischen den Querstreben 45c und den Längsstreben 45a, 45b sind Durchlassöffnungen
48 des Begrenzungselementes 45 für einen freien Durchtritt des Hydraulikfluids in
diesem Ausführungsbeispiel rechteckig ausgebildet.
[0054] Beispielsweise könnte das Begrenzungselement 45 auch aus einem bandförmigen Lochblech
hergestellt sein, sodass das mit zahlreichen Durchlassöffnungen 48 versehene Begrenzungselement
45 ähnlich einem Sieb aufgebaut ist. Es sind weitere Modifikationen des Begrenzungselementes
45 denkbar, wobei die Durchlassöffnungen 48 so zu gestalten sind, dass ein Druckverlust,
welcher durch das Begrenzungselement 45 im Strömungsweg des Hydraulikfluids aus der
ersten Kanalgruppe 38 in die Positioniernut 42 entstehen kann, möglichst gering gehalten
bzw. eliminiert ist.
[0055] Das Begrenzungselement 45 ist sich am erster Absatz 51 und am zweiten Absatz 52 mit
Hilfe der ersten Längsstrebe 45a bzw. der zweiten Längsstrebe 45b abstützend am Ventilkolben
22 angeordnet. Mit anderen Worten liegen die erste Längsstrebe 45a und die zweite
Längsstrebe 45b zumindest teilweise in ihrer axialen Erstreckung auf dem ersten Absatz
51 bzw. dem zweiten Absatz 52 auf, wobei die Durchlassöffnungen 48 einen freien Strömungsquerschnitt
für das Hydraulikfluid bilden. Eine radiale Ausdehnung des ersten Rückschlagventils
43 ist mit Hilfe der Querstreben 45c begrenzt, so dass ein Kontakt des ersten Rückschlagventils
43 bzw. des Schließelementes des Rückschlagventils 43 mit der Ventilinnenfläche 49
verhindert wird.
[0056] Eine Realisierung einer axialkraftfreien Androsselung der Strömung des Hydraulikfluids
in den ersten Tankzugang T1 und in den zweiten Tankzugang T2 erfolgt mit Hilfe eines
ersten Drosselelementes 54 bzw. eines zweiten Drosselelementes 55. Das erste Drosselelement
54 ist zwischen der fünften Ringnut 42a und der zweiten Stirnfläche 26 an die fünfte
Ringnut 42a angrenzend und das zweite Drosselelement 55 ist zwischen der sechsten
Ringnut 42b und der ersten Stirnfläche 23 an die sechste Ringnut 42b angrenzend ausgeführt.
Diese Drosselelemente 54, 55 umfassen den radialen Umfang des Ventilkolbens 22 vollständig.
[0057] Das erste Drosselelement 54 und das zweite Drosselelement 55 weisen einen polygonartig
ausgebildeten radialen Umfang auf, s. insbesondere Fig. 6, so dass über den radialen
Umfang der Ventilinnenfläche 49 abwechselnd der erste Spalt 44a und eine erste Dichtfläche
44c bzw. der zweite Spalt 44b und eine zweite Dichtfläche 44d mit Hilfe des ersten
Drosselelementes 54 bzw. mit Hilfe des zweiten Drosselelementes 55 ausgestaltet sind.
[0058] Das erste Drosselelement 54 erstreckt sich angrenzend an die fünfte Ringnut 42a über
eine axiale erste Länge L1 und das zweite Drosselelement 22b erstreckt sich angrenzend
an die sechste Ringnut 42b über eine axiale zweite Länge L2. In diesem Ausführungsbeispiel
entspricht die erste Länge L1 der zweiten Länge L2. Ebenso könnte die erste Länge
L1 von der zweiten Länge L2 abweichend sein. Die erste Länge L1 und die zweite Länge
L2 entsprechen einer gewünschten Drosselwirkung.
[0059] Der polygonartig ausgebildete radiale Umfang weist die Form eines Fünfecks auf. Ebenso
könnte er auch die Form eines anderen Polygons aufweisen, wobei aufgrund der Reduzierung
des Druckverlustes der polygonartige radiale Umfang des ersten Drosselelementes 54
und des zweiten Drosselelementes 55 nicht weniger als fünf Polygonkanten aufweisen
sollte. Ebenso sollte die Anzahl der Polygonkanten eine bestimmte, abhängig vom Durchmesser
D des Ventilkolbens 22 Anzahl nicht überschreiten. Dies würde eine zu geringe Differenzierung
zwischen dem kreisförmigen radialen Umfang des Ventilkolbens 22 bedeuten, so dass
ein Abfließen des Hydraulikfluids über den ersten Tankanschluss T1 und den zweiten
Tankanschluss T2 zu stark angedrosselt wäre.
[0060] Wie insbesondere in den Figuren 2 und 3 dargestellt, ist mit Hilfe des polygonartigen
des ersten Drosselelementes 54 der erste Spalt 44a herbeigeführt. Dieser erste Spalt
44a erstreckt sich nicht vollumfänglich über den radialen Umfang des Ventilkolbens
22, sondern das erste Drosselelement 54 ist teilweise an der Ventilinnenfläche 49
anliegende. Somit ist der erste Spalt 44a nur abschnittsweise ausgebildet.
[0061] Im Bereich der sechsten Ringnut 42b ist mit Hilfe des polygonartigen radialen Umfangs
des zweiten Drosselelementes 55 ein zweiter Spalt 44b realisiert, so dass das Hydraulikfluid
aus dem dritten Kanalgruppe 40 über den zweiten Spalt 44b in den zweiten Tankzugang
T2 gedrosselt strömen kann.
Bezugszeichenliste
[0062]
- 1
- Schwenkmotorversteller
- 2
- Stator
- 3
- Antriebsrad
- 4
- Statorgrundkörper
- 5
- Innenseite
- 6
- Steg
- 7
- Zwischenraum
- 8
- Flügel
- 9
- Rotornabe
- 10
- Rotor
- 11
- erste Druckkammer
- 12
- zweite Druckkammer
- 13
- erste Stirnseiten
- 14
- Außenmantelfläche
- 15
- zweite Stirnseiten
- 16
- Innenwand
- 17
- erste Nabenbohrungen
- 18
- zweite Nabenbohrungen
- 20
- Hydraulikventil
- 21
- Ventilgehäuse
- 22
- Ventilkolben
- 23
- erste Stirnfläche
- 24
- Stößel
- 25
- Linearaktor
- 26
- zweite Stirnfläche
- 27
- Rückhalteelement
- 28
- Hohlzylinder
- 29
- Gehäusestirnfläche
- 30
- erste Ringnut
- 31
- zweite Ringnut
- 32
- dritte Ringnut
- 33
- vierte Ringnut
- 34
- Gehäusewand
- 35
- Kanalsystem
- 36
- Längsachse
- 37
- Versorgungskanal
- 38
- erste Kanalgruppe
- 39
- zweite Kanalgruppe
- 40
- dritte Kanalgruppe
- 41
- Mantelfläche
- 42
- Positioniernut
- 42a
- fünfte Ringnut
- 42b
- sechste Ringnut
- 43
- erstes Rückschlagventil
- 44a
- erster Spalt
- 44b
- zweiter Spalt
- 44c
- erste Dichtfläche
- 44d
- zweite Dichtfläche
- 44e
- dritter Spalt
- 45
- Begrenzungselement
- 45a
- erste Längsstrebe
- 45b
- zweite Längsstrebe
- 45c
- Querstrebe
- 45d
- Band
- 46
- erster Bandbereich
- 47
- zweiter Bandbereich
- 48
- Durchlassöffnung
- 49
- Ventilinnenfläche
- 50
- erste Wandung
- 51
- erster Absatz
- 52
- zweite Wandung
- 53
- zweiter Absatz
- 54
- erstes Drosselelement
- 55
- zweites Drosselelelement
- A
- erster Arbeitsanschluss
- B
- zweiter Arbeitsanschluss
- D
- Durchmesser
- DI
- Innendurchmesser
- E1
- erste axiale Erstreckung
- E2
- zweite axiale Erstreckung
- L1
- erste Länge
- L2
- zweite Länge
- P
- Versorgungsanschluss
- PR1
- erste Pfeilrichtung
- PR2
- zweite Pfeilrichtung
- PR3
- dritte Pfeilrichtung
- T1
- erster Tankzugang
- T2
- zweiter Tankzugang
1. Hydraulikventil für einen Schwenkmotorversteller einer Nockenwelle, mit einem Ventilgehäuse
(21) mit einer Längsachse (36) und einen im Ventilgehäuse (21) entlang der Längsachse
(36) axial verschiebbar positionierten Ventilkolben (22), wobei mit Hilfe des Ventilkolben
(22) ein erster Arbeitsanschluss (A) des Ventilgehäuses (21) und ein zweiter Arbeitsanschluss
(B) des Ventilgehäuses (21) zu öffnen und zu schließen sind, wobei der erste Arbeitsanschluß
(A) und der zweite Arbeitsanschluß (B) axial voneinander beabstandet sind, und mit
einem Versorgungsanschluss (P) des Ventilgehäuses (21), welche einer Versorgung des
Hydraulikventils (21) mit einem mit Hilfe einer Fördereinrichtung geförderten Hydraulikfluid
dient, wobei das Hydraulikfluid mit Hilfe eines durchströmbaren Kanalsystem (35) des
Ventilkolbens (22) das Hydraulikventil (20) unterschiedlich durchströmen kann, und
wobei ein erster Tankanschluss (T1) des Hydraulikventils (20) zum Abfließen des Hydraulikfluids
aus dem Hydraulikventil (20) am Ventilgehäuse (21) ausgebildet sind, und wobei am
Ventilkolben (22) ein erstes Rückschlagventil (43) in einer Positioniernut (42) des
Ventilkolben (22) positioniert ist zur Vermeidung eines Abfließen von Hydraulikfluid
aus der Positioniernut (42) in das Kanalsystem (35),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Hydraulikventil (20) ein das erste Rückschlagventil (43) zumindest teilweise umfassendes
Begrenzungselement (45) zur Begrenzung einer radialen Ausdehnung des ersten Rückschlagventils
(43) aufweist.
2. Hydraulikventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Begrenzungselement (45) sich am Ventilkolben (22) abstützend ausgebildet ist.
3. Hydraulikventil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ventilkolben (22) einen Absatz (51; 53) zur Positionierung des Begrenzungselementes
(45) aufweist.
4. Hydraulikventil nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Begrenzungselement (45) hohlzylinderartig ausgebildet ist und über seinen Umfang
verteilt mindestens eine Durchlassöffnung (48) aufweist.
5. Hydraulikventil nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Begrenzungselement (45) in Form eines gebogenen Bandes (45d) ausgeführt ist.
6. Hydraulikventil nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein erster Bandbereich (46) des Bandes (45d) und ein zweiter Bandbereich (47) des
Begrenzungselementes (45) im eingebauten Zustand sich überlappend angeordnet sind.
7. Hydraulikventil nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
am Ventilgehäuse (21) ein zweiter Tankanschluss (T2) des Hydraulikventils (20) ausgebildet
ist.
8. Hydraulikventil nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ventilkolben (22) ein Drosselelement (54; 55) zur Drosselung eines Fluidabflußes
des Hydraulikfluids aufweist.
9. Hydraulikventil nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Drosselelement (54; 55) abschnittsweise einen zwischen einer Ventilinnenfläche
(49) des Ventilgehäuses (21) und einer Mantelfläche (41) des Ventilkolbens (22) ausgebildeten
Spalt (44a, 44b) für den Fluidabfluß des Hydraulikfluids bereitstellt.
10. Hydraulikventil nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Drosselelement (54; 55) einen polygonartig ausgebildeten radialen Umfang aufweist.
11. Hydraulikventil nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Hydraulikventil (20) als ein Zentralventil eines Schwenkmotorverstellers (1) ausgebildet
ist.