DE102015200976A1

DE102015200976A1 - Betätigungselement für ein Zentralventil

Info

Publication number: DE102015200976A1
Application number: DE102015200976.9A
Authority: DE
Inventors: Ali BAYRAKDAR
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2016-07-28
Anticipated expiration: 2035-01-23
Also published as: DE102015200976B4

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Nockenwellenverstelleinheit für Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit einem Nockenwellenversteller (1), dessen Verdrehbewegung von einem hydraulischen Steuerventil (3) mit einem axial verschiebbaren, federbelasteten Steuerkolben (4) beherrscht ist, mit einer maschinenfest angeordneten, elektromagnetischen Betätigungseinheit (7), die einen längs verschiebbaren Anker (6) aufweist, und mit einer Stößelstange (5), die zwischen dem Anker (6) und dem Steuerkolben (4) angeordnet ist, wobei die Stößelstange (5) am Anker (6) und am Steuerkolben (4) schwenkbar und am Anker (6) und/oder Steuerkolben (4) drehbar gelagert ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Nockenwellenverstelleinheit für Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit einem Nockenwellenversteller, dessen Verdrehbewegung von einem hydraulischen Steuerventil mit einem axial verschiebbaren, federbelasteten Steuerkolben beherrscht ist, mit einer maschinenfest angeordneten, elektromagnetischen Betätigungseinheit, die einen längs verschiebbaren Anker aufweist, und mit einer Stößelstange, die zwischen dem Anker und dem Steuerkolben angeordnet ist.
Derartige Nockenwellenverstelleinheiten sind allgemein bekannt. Die Nockenwellenverstelleinheit gemäß DE 10 2008 061 396 A1 weist eine elektromagnetische Betätigungseinheit mit einem längs verschiebbaren Anker auf, wobei die Stößelstange fest mit dem Anker verbunden ist. Da die Stößelstange mit dem anderen freien Ende mit dem Steuerkopf in Wirkverbindung steht und dieser Bestandteil eines in der Nockenwelle fixierten Steuerventils ist, besteht das Problem, dass die axiale geometrische Abstimmung zwischen der Stößelstange und dem Steuerkopf bzw. der Kontaktfläche der Stößelstange an dem Steuerkopf mit Toleranzen behaftet ist. Zwar wird versucht, den Achsversatz zwischen der Stößelstange und der Achse des Steuerkolbens bzw. Steuerkopfes gering zu halten und die Stößelstange dort zu härten. Das Steuerventil mit Steuerkolben und Steuerkopf rotieren um die Nockenwellenachse. Dabei kann der Fall eintreten, dass aufgrund der Toleranzkette die Bauteile so verbaut sindt, dass der Steuerkopf um die Nockenwellenachse taumelt. Daher kann der Verschleiß zwischen Steuerkopf und Stößelstange nicht dauerhaft gewährleistet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Nockenverstelleinheit der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, bei der die beschriebenen Nachteile behoben werden. Dies soll mit einfachen kostengünstigen Mitteln erfolgen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Stößelstange am Anker und am Steuerkolben schwenkbar und am Anker und/oder Steuerkolben drehbar gelagert ist. Dadurch kann die schwenkbare Stößelstange möglichen Achsversatz ausgleichen. Dabei weist der Anker eine tiefe, mit sicherem Abstand bis zur inneren Wand des Ankers reichende Ausnehmung auf, deren Wände in Richtung zum Steuerventil kegelig sich erweiternd ausgeführt sind. Der Anker wird nur einmal am äußeren Bereich in der Betätigungseinheit gelagert. Dadurch, dass die Stößelstange in der Tiefe des Ankers, die durch die Ausnehmung gegeben ist, angreift, treten auf den Anker keine Kippkräfte auf, so dass die Lagerung des Ankers entlastet ist. Der Abstand der Ausnehmung von der hinteren Wand des Ankers ist so gewählt, dass eine hinreichende Sicherheit auch gegen Verschleiß gegeben ist. Die Stößelstange ist in ihrer Schwenkbewegung komplett frei. Am Grund der Ausnehmung im Anker ist vorzugsweise eine Kugelkalotte eingearbeitet. Es können aber auch andere Kontaktierungen zwischen dem Grund der Ausnehmung und der Stößelstange vorgesehen sein. Die Stößelstange hat zumindest an einem Ende, vorzugsweise an beiden Enden, einen Kugelkopf, der zu verschiedenen Schalenformen passt. Am Steuerkopf des Steuerkolbens ist ebenfalls eine Kugelkalotte oder eine kegelige Vertiefung angebracht, die mit dem Ende der Stößelstange in Verbindung steht. Im Steuerkopf kann auch eine Öffnung/Bohrung eingearbeitet sein, wobei deren Durchmesser kleiner ist als die maximale Abmessung des Endes der Stößelstange oder des Kugelkopfes an der Stößelstange. Dadurch ist eine gute Fixierung der Stößelstange am Steuerkolben gegeben.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass am/im Steuerkolben eine Aufnahmescheibe für die Stößelstange eingebaut ist, die ihrerseits eine passende Kugelkalotte, eine kegelige Vertiefung oder eine Öffnung/Bohrung zur Aufnahme der Stößelstange aufweist. Da bei dieser Ausgestaltung der Steuerkopf entfällt und die Aufnahmescheibe tief in den Steuerkolben eingebaut werden kann, wird auch die Lagerung des Steuerkolbens im Steuerventil gegen Kippmomente entlastet. Die Aufnahmescheibe hat Durchtrittsöffnungen, damit Hydraulikfluid aus dem Steuerkolben entweichen kann, was wichtig ist, wenn das Innere des Steuerkolbens mit dem Tankanschluss verbunden ist. Die Aufnahmescheibe kann an einer Stufe in einer Öffnung im Steuerkolben anliegen, sie kann eingeklipst oder eingepresst festgelegt sein.
Insbesondere für Montagezwecke ist es wichtig, dass die Stößelstange unverlierbar an einem Bauteil festgelegt ist. Zu diesem Zweck weist die Stößelstange dem Rand der Ausnehmung des Ankers benachbart, eine Haltescheibe auf.
Weiterhin ist an dem dem Steuerventil benachbarten Ende der Betätigungseinheit ein Ring fixiert. Dadurch, dass die Außenabmessung der Haltescheibe größer ist als die Öffnung in dem Ring, ist die Stößelstange an der Betätigungseinheit verliersicher befestigt.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beschrieben:
1 zeigt einen Schnitt durch eine Nockenverstelleinheit mit Teilschnitt durch eine Nockenwelle und durch eine Betätigungseinheit,
2 zeigt Schnitte entsprechend 1 mit modifizierter Ausgestaltung des Steuerkolbens und
3 zeigt Schnitte entsprechend 1 mit weiter modifiziertem Steuerkolben.
In den 1 bis 3 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 ein Nockenwellenversteller bezeichnet, der mittels einer Zentralschraube an einer Nockenwelle 2 befestigt ist. Die Funktionsweise des Nockenwellenverstellers 1 wird im Folgenden nicht beschrieben, da sie allgemein bekannt ist. Innerhalb des Nockenwellenverstellers 1 ist ein mit 3 bezeichnetes Steuerventil eingebaut, das mit Anschlüssen für den hydraulischen Nockenwellenversteller 1, mit einem Hydraulikmittelzufluss und einem Tankanschluss in Wirkverbindung steht. Innerhalb des Steuerventils 3 ist ein mit 4 bezeichneter Steuerkolben axial verschiebbar eingebaut, der von einer Druckfeder einerseits belastet ist und andererseits sich an einer Stößelstange 5 abstützt. Die Stößelstange 5 ist weiterhin abgestützt an einem Anker 6 und einer allgemein mit 7 bezeichneten elektromagnetischen Betätigungseinheit, die maschinenfest an der Brennkraftmaschine angebaut ist. Der Anker 6 ist in einer Hülse geführt und aufgrund der Kraftwirkung einer Spule axial verschiebbar. Der Anker 6 weist eine Ausnehmung 8 auf, die nach außen erweiternde kegelförmige Wände aufweist. Der Grund der Ausnehmung kann kalottenförmig oder kegelig ausgebildet sein. Die Stößelstange hat vorzugsweise beidseitig eine Kugelkopfform, so dass sie sicher in der Ausnehmung 8 und am Steuerkolben 4 fixiert ist. Der Steuerkolben 4 hat einen Steuerkopf 9, der gemäß 1 eine kegelförmige Vertiefung aufweist.
Gemäß 2 ist im Steuerkopf 9 eine Öffnung/Bohrung vorgesehen, dessen bzw. deren Durchmesser kleiner ist als die Stößelstange 5 oder der Kopf der Stößelstange, so dass diese in der Öffnung/Bohrung fixiert ist. In 3 ist der Steuerkolben 4 modifiziert. Statt des Steuerkopfes ist in der zentralen Öffnung des Steuerkolbens 4 eine Aufnahmescheibe 10 eingebaut, die eine zentrale kegelige Vertiefung aufweist, in der das Ende der Stößelstange 5 fixiert ist. Die Aufnahmescheibe 10 stützt sich an einer Innenschulter des Steuerkolbens ab und ist mit leichter Pressung eingesetzt. Die Aufnahmescheibe kann aber auch eingeklipst oder anderweitig befestigt sein. Sie hat weiterhin Durchgangsöffnungen 11, die einen freien Durchgang der Hydraulikflüssigkeit sicherstellen, da in der vorliegenden Ausgestaltung des Steuerventils 3 die zentrale Öffnung im Steuerkolben 4 mit dem Tankanschluss in Verbindung steht. Am Ende der Hülse der Betätigungseinheit 7 ist ein Ring 12 befestigt, durch dessen Öffnung die Stößelstange 5 geführt ist. Die Öffnung ist dabei so groß, dass die Bewegung der Stößelstange 5 nicht behindert wird. Am Ende der Ausnehmung 8 im Anker 6 ist auf der Stößelstange 5 eine Haltescheibe 13 befestigt, deren Außendurchmesser größer ist als die Öffnung im Ring 12, so dass die Stößelstange 5 gegen Herausfallen an der Betätigungseinheit 7 befestigt ist.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist daher sowohl geeignet Desachsierungen zwischen der Achse des Ankers 6 und des Steuerkolben 4 aufzunehmen, als auch Winkelabweichungen der Betätigungseinheit 7 gegenüber der Achse der Nockenwelle 2.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellenversteller
2: Nockenwelle
3: Steuerventil
4: Steuerkolben
5: Stößelstange
6: Anker
7: Betätigungseinheit
8: Ausnehmung
9: Steuerkopf
10: Aufnahmescheibe
11: Durchgangsöffnungen
12: Ring
13: Haltescheibe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008061396 A1 [0002]

Claims

Nockenwellenverstelleinheit für Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit einem Nockenwellenversteller (1), dessen Verdrehbewegung von einem hydraulischen Steuerventil (3) mit einem axial verschiebbaren, federbelasteten Steuerkolben (4) beherrscht ist, mit einer maschinenfest angeordneten, elektromagnetischen Betätigungseinheit (7), die einen längs verschiebbaren Anker (6) aufweist, und mit einer Stößelstange (5), die zwischen dem Anker (6) und dem Steuerkolben (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößelstange (5) am Anker (6) und am Steuerkolben (4) schwenkbar und am Anker (6) und/oder Steuerkolben (4) drehbar gelagert ist.
Nockenwellenverstelleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (6) eine tiefe, mit sicherem Abstand zur inneren Wand des Ankers (6) reichende Ausnehmung (8) aufweist, deren Wände in Richtung zum Steuerventil (3) kegelig sich erweiternd ausgeführt sind.
Nockenwellenverstelleinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Grund der Ausnehmung (8) im Anker (6) eine Kugelkalotte oder eine kegelige Vertiefung eingearbeitet sind.
Nockenwellenverstelleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößelstange (5) zumindest an einem Ende einen Kugelkopf aufweist.
Nockenwellenverstelleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (4) einen Steuerkopf (9) aufweist, der der Stößelstange (5) zugewandt eine Kugelkalotte oder eine kegelige Vertiefung aufweist.
Nockenwellenverstelleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (4) einen Steuerkopf aufweist, der eine Öffnung/Bohrung beinhaltet, dessen Durchmesser kleiner als die maximale Abmessung der Stößelstange (5) oder des Kugelkopfes derselben ausgeführt ist.
Nockenwellenverstelleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am/im Steuerkolben (4) eine Aufnahmescheibe (10) für die Stößelstange (5) eingebaut ist, die eine Kugelkalotte, eine kegelige Vertiefung oder eine Öffnung/Bohrung aufweist.
Nockenwellenverstelleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmescheibe (10) Durchgangsöffnungen (11) für Hydraulikmittel aufweist.
Nockenwellenverstelleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmescheibe (10) im Steuerkolben (4) eingeklipst oder leicht eingepresst festgelegt ist.
Nockenwellenverstelleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Stößelstange (5), dem Rand der Ausnehmung (8) des Ankers (6) benachbart, eine Haltescheibe (13) und an dem dem Steuerventil (3) benachbarten Ende der Betätigungseinheit (7) ein Ring (12) befestigt sind, wobei die Außenabmessung der Haltescheibe (13) größer ist als die Öffnung im Ring (12).