DE10229912B4

DE10229912B4 - Elektromagnetisches Hydraulikventil, insbesondere Proportionalventil zur Steuerung einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10229912B4
Application number: DE2002129912
Authority: DE
Inventors: Dr. Wilhelm Klaus; Dipl.-Ing. Heß Stefan
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2022-07-05
Also published as: AU2003281280A1; WO2004005678A1; DE10229912A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Hydraulikventil (1), welches zum einen aus einem Elektromagnet (2) mit einem Magnetgehäuse (3) besteht, in dem eine Spulenwicklung (4), ein Magnetanker (5) sowie ein erster Polschuh (6) und ein zweiter Polschuh (7) angeordnet sind und welches zum anderen ein Ventilteil (8) mit einem hohlzylindrischen Ventilgehäuse (9) aufweist, in dessen Hohlzylinder (10) ein vom Magnetanker (5) des Elektromagneten (2) gegen die Kraft einer Feder (12) axial verschiebbare Steuerkolben (13) aufgenommen ist. Das Ventilgehäuse (9) ist in eine axiale Aufnahmebohrung (14) im zweiten Polschuh (7) des Elektromagneten (2) eingesteckt, so dass der Elektromagnet (2) und das Ventilteil (8) des Hydraulikventils (1) radial und axial zueinander lagefixiert sind. Die Verbindung des Elektromagneten (2) mit dem Ventilteil (8) erfolgt erfindungsgemäß durch unmittelbar neben der Umfangsfläche (11) des Ventilgehäuses (9) keilförmig in die ventilseitige Stirnseite (15) des zweiten Polschuhs (7) eingepresste örtliche Einkerbungen (16), mit denen punktförmig Material aus der Stirnfläche (15) des zweiten Polschuhs (7) in die Aufnahmebohrung (14) für das Ventilgehäuse (9) verdrängt wird.

Description

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 199 56 160 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 Ventilteil besteht. Der Elektromagnet weist dabei ein hohlzylindrisches Magnetgehäuse auf, in dem eine Spulenwicklung und ein axial beweglicher Magnetanker angeordnet sind und welches von einem ersten und einem zweiten Polschuh axial begrenzt wird. Das Ventilteil wird demgegenüber durch ein hohlzylindrisches Ventilgehäuse gebildet, in dessen Hohlzylinder ein vom Magnetanker des Elektromagneten gegen die Kraft einer Feder axial verschiebbarer Steuerkolben aufgenommen ist. Die Verbindung zwischen dem Elektromagneten und dem Ventilteil des Hydraulikventils erfolgt dabei derart, dass der ventilseitig angeordnete zweite Polschuh des Elektromagneten mit einer axialen Aufnahmebohrung für das Ventilgehäuse und mit einer koaxialen Verlängerung dieser Aufnahmebohrung versehen wird, die an ihrer freien umlaufenden Randpartie dünnwandig ausgebildet ist. Am magnetseitigen Endbereich des Ventilgehäuses sind dann in dessen Umfangsfläche ein oder zwei umlaufende Ringnuten oder mehrere ringförmig angeordnete Vertiefungen eingearbeitet, in welche die dünnwandige Randpartie der Verlängerung der Aufnahmebohrung des zweiten Polschuhs entweder eingebördelt, einrolliert oder örtlich verstemmt wird und somit den Elektromagneten und das Ventilteil formschlüssig miteinander verbindet.
Eine andere Möglichkeit, den Elektromagneten und das Ventilteil eines elektromagnetischen Hydraulikventils miteinander zu verbinden, ist durch die in der DE 41 31 384 C2 offenbarte Lösung bekannt. Bei diesem, im Wesentlichen aus den gleichen Bauteilen bestehenden Hydraulikventil wird das Ventilgehäuse des Ventilteils ebenfalls in eine axiale Aufnahmebohrung im ventilseitigen Polschuh des Elektromagneten eingesetzt und am magnetseitigen Endbereich mit einer umlaufenden Ringnut in dessen Umfangsfläche ausgebildet. Mit einem Bördelwerkzeug, welches das Ventilgehäuse umschließt und an seiner unteren Stirnseite mit auf der Stirnfläche des ventilseitigen Polschuhs aufsetzbaren Schneiden versehen ist, wird dann am gesamten Umfang des Ventilgehäuses Material aus der Stirnfläche des Polschuhs in die umlaufende Ringnut im Ventilgehäuse verdrängt und somit ebenfalls eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Elektromagneten und dem Ventilteil des Hydraulikventils geschaffen.
Nachteilig bei diesem bekannten Hydraulikventilen ist es jedoch, dass die jeweilige Fügeverbindung zwischen dem Elektromagneten und dem Ventilteil eine oder mehrere umlaufende Ringnuten oder andere Vertiefungen in der Umfangsfläche des Ventilgehäuses erfordert, deren Fertigung durch die erforderlichen Taktzeiten und notwendigen Werkzeuge einen erhöhten Aufwand und damit erhöhte Herstellungskosten für das Hydraulikventil verursacht. Da darüber hinaus das Ventilgehäuse des Ventilteils zumeist aus Aluminium und der zu dessen Befestigung vorgesehene ventilseitige Polschuh des Elektromagneten zumeist aus einem Automatenstahl bestehen und Aluminium gegenüber Stahl eine ca. 2,5-fach höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, können solche rein formschlüssigen Fügeverbindungen auch keine ausreichende Sicherheit gewährleisten, dass das Ventilteil und der Elektromagnet unter Einfluss der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine sich über deren gesamte Lebensdauer nicht zueinander verdrehen oder lockern.
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, bei welchem die Fügeverbindung zwischen dem Elektromagneten und dem Ventilteil einfach und kostengünstig ohne zusätzliche Ringnuten oder Vertiefungen im Ventilgehäuse herstellbar ist und auch unter Einfluss der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine eine ausreichende Sicherheit gegen das Verdrehen oder Lockern über die gesamte Lebensdauer des Hydraulikventils gewährleistet.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Hydraulikventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass zur Verbindung des Elektromagneten mit dem Ventilteil des Hydraulikventils unmittelbar neben der Umfangsfläche des Ventilgehäuses keilförmig in die ventilseitige Stirnfläche des zweiten Polschuhs eingepresste örtliche Einkerbungen vorgesehen sind, mit denen punktförmig Material aus der Stirnfläche des zweiten Polschuhs in die Aufnahmebohrung für das Ventilgehäuse verdrängt und somit das Ventilgehäuse in der Aufnahmebohrung durch eine radial kraftschlüssige Einspannung arretiert wird.
In zweckmäßiger Weiterbildung des erfindungsgemäß ausgebildeten Hydraulikventils erfolgt die radial kraftschlüssige Einspannung des Ventilgehäuses in der Aufnahmebohrung des zweiten Polschuhs dabei bevorzugt durch drei um 120° versetzt zueinander angeordnete Einkerbungen, die in oder geringfügig unterhalb der Ebene der Stirnfläche des zweiten Polschuhs das Material des Polschuhs in die Aufnahmebohrung verdrängen. Die Anzahl von drei Einkerbungen in der Stirnfläche des Polschuhs und deren symmetrische Anordnung um das Ventilgehäuse hat sich dabei als besonders geeignet erwiesen, um eine aus den entstehenden Materialspannungen im Polschuh resultierende gleichmäßig hohe Vorspannkraft auf das Ventilgehäuse zu erzeugen, mit der auch unter Einfluss der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine eine ausreichende Dauerfestigkeit der Verbindung zwischen dem Elektromagnet und dem Ventilteil gewährleistet ist. Gleichzeitig wird mit drei symmetrisch angeordneten Einkerbungen im Polschuh ein Verkanten des Ventilgehäuses in der Aufnahmebohrung im Polschuh bzw. ein axialer Versatz des den Steuerkolben des Ventilteils führenden Hohlzylinders des Ventilgehäuses zum Magnetanker des Elektromagneten vermieden, um daraus resultierende Funktionsbeeinträchtigungen des Hydraulikventils auszuschließen. Vom Schutzumfang der Erfindung eingeschlossen sollen jedoch auch solche Verbindungen zwischen dem Elektromagneten und dem Ventilteil eines Hydraulikventils sein, bei denen mehr oder auch weniger als drei sowohl symmetrisch als auch unsymmetrisch um das Ventilgehäuse angeordnete Einkerbungen in die Stirnfläche des Polschuhs eingepresst werden.
Als vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten Hydraulikventils wird es darüber hinaus noch vorgeschlagen, die um 120° versetzt zueinander angeordneten Einkerbungen bevorzugt als in der Ebene der Stirnfläche des zweiten Polschuhs rechteckförmige Vertiefungen auszubilden, die einen dreieckigen Profilquerschnitt aufweisen und mit ihren Längskanten koaxial zur Umfangsfläche des Ventilgehäuses verlaufend angeordnet sind. Durch eine derartige Form der Einkerbungen erfolgt die Verdrängung des Materials des Polschuhs nur zu einem geringen Anteil in Axialrichtung und in Umfangsrichtung des Polschuhs, sondern hauptsächlich in Radialrichtung des Polschuhs nach außen und nach innen, wobei der letztgenannte Anteil durch die unmittelbare Nähe zur Aufnahmebohrung des Polschuhs den Hauptanteil der Materialverdrängung bildet, mit dem die kraftschlüssige Einspannung des Ventilgehäuses in der Aufnahmebohrung des Polschuhs realisiert wird. Gleiche oder zumindest ähnliche Wirkung lassen sich jedoch auch erzielen, wenn die Einkerbungen als in der Ebene der Stirnfläche des zweiten Polschuhs runde oder mehrkantförmige Vertiefungen ausgebildet werden, die sich in ihrer Tiefe punktförmig verjüngen.
Hinsichtlich der Herstellung der Einkerbungen in die Stirnfläche des zweiten Polschuhs des Elektromagneten des erfindungsgemäß ausgebildeten Hydraulikventils wird es schließlich noch vorgeschlagen, diese mittels einer kreisringförmigen Verstemm-Matrize einzupressen, welche das Ventilgehäuse umschließt und an ihrer unteren Stirnseite drei um 120° versetzt zueinander angeordnete keilförmige Zähne aufweist. Entsprechend der bevorzugten Form der Einkerbungen im Polschuh des Elektromagneten weisen diese Zähne dreieckige Seitenflächen und rechteckige Längsflächen auf, von denen zwei Längsflächen jeweils eine senkrecht auf den Polschuh aufsetzbare Umformkante bilden. Eine derartige Verstemm-Matrize hat sich besonders vorteilhaft hinsichtlich ihrer einfachen und kostengünstigen Herstellbarkeit erwiesen und weist darüber hinaus eine hohe Werkzeugstandzeit auf, da die keilförmigen Zähne symmetrisch zueinander angeordnet sind und somit nur einem geringen Verschleiß unterliegen.
Das erfindungsgemäß ausgebildete elektromagnetische Hydraulikventil, insbesondere Proportionalventil zur Steuerung einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Hydraulikventilen den Vorteil auf, dass für die Fügeverbindung zwischen dem Elektromagneten und dem Ventilteil keinerlei vorbereitende Maßnahmen, wie Ringnuten oder Vertiefungen am magnetseitigen Ende des Ventilgehäuses oder Verlängerungen der Aufnahmebohrung im ventilseitigen Polschuh, mehr notwendig sind. Für die Fügeverbindung zwischen dem Elektromagneten und dem Ventilteil sind nunmehr nur noch das mit einem gleichbleibenden Außendurchmesser ausgebildete Ventilgehäuse und die bereits vorhandene Aufnahmebohrung im ventilseitigen Polschuh erforderlich, die durch einfache örtliche Einkerbungen in der Stirnfläche des Polschuhs bzw. durch die daraus resultierenden punktförmigen plastischen Verformungen im Polschuh miteinander verbunden werden. Dadurch entfallen die für die Fertigung zusätzlicher Ringnuten, Vertiefungen oder Verlängerungen erforderlichen Taktzeiten und Werkzeuge, so dass die Herstellungskosten für das Hydraulikventil erheblich gesenkt werden. Die anstelle eines Bördelwerkzeuges benötigte Verstemm-Matrize ist durch ihren einfachen Aufbau ebenfalls kostengünstig in ihrer Herstellung und Unterhaltung und trägt somit zur weiteren Senkung der Herstellungskosten für das erfindungsgemäß ausgebildete Hydraulikventil bei. Darüber hinaus sind mit der kraftschlüssigen Verstemmung zwischen dem Ventilgehäuse und dem ventilseitigen Polschuh gegenüber dem formschlüssigen Verbördeln wesentlich höher Festigkeiten bei der Verbindung des Elektromagneten mit dem Ventilteil realisierbar, die auch unter Einfluß der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine eine ausreichende Sicherheit gegen Verdrehen oder Verlockern der Verbindung über die gesamte Lebensdauer des Hydraulikventils gewährleisten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und ist in den dazugehörigen Zeichnungen schematisch dargestellt. Dabei zeigen:
1 eine Gesamtansicht des erfindungsgemäß ausgebildeten Hydraulikventils mit einem Teilschnitt durch den Elektromagneten und das Ventilteil;
2 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X nach 1;
3 eine Ansicht A nach 1 auf die Unterseite des erfindungsgemäß ausgebildeten 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 Elektromagnet 2 und aus einem Ventilteil 8 besteht. Der Elektromagnet 2 weist dabei ein hohlzylindrisches Magnetgehäuse 3 auf, in dem eine Spulenwicklung 4 und ein axial beweglicher Magnetanker 5 angeordnet sind und welches durch einen ersten Polschuh 6 und durch einen zweiten Polschuh 7 axial begrenzt wird. Das Ventilteil 8 wird demgegenüber durch ein hohlzylindrisches Ventilgehäuse 9 gebildet, in dessen Hohlzylinder 10 ein vom Magnetanker 5 des Elektromagneten 2 gegen die Kraft einer Feder 12 axial verschiebbare Steuerkolben 13 aufgenommen ist. Dieses Ventilteil 8 ist deutlich sichtbar in eine axiale Aufnahmebohrung 14 im ventilseitig angeordneten zweiten Polschuh 7 des Elektromagneten 2 eingesetzt, über welche der Elektromagnet 2 und das Ventilteil 8 des Hydraulikventils 1 radial und axial zueinander lagerfixiert sind.
In der in 2 gezeigten vergrößerten Darstellung der Einzelheit X in 1 ist desweiteren erkennbar, dass zur Verbindung des Elektromagneten 2 mit dem Ventilteil 8 des Hydraulikventils 1 erfindungsgemäß unmittelbar neben der Umfangsfläche 11 des Ventilgehäuses 9 mehrere keilförmig in die ventilseitige Stirnseite 15 des zweiten Polschuhs 7 eingepresste örtliche Einkerbungen 16 vorgesehen sind, mit denen punktförmig Material aus der Stirnfläche 15 des zweiten Polschuhs 7 in die Aufnahmebohrung 14 für das Ventilgehäuse 9 gedrängt wird. Die Materialverdrängung im ventilseitigen Polschuh 7 erfolgt dabei hauptsächlich radial nach innen in Richtung der Aufnahmebohrung 14 im ventilseitigen Polschuh 7, so dass das Ventilgehäuse, wie in der Zeichnung zu sehen ist, durch eine radial kraftschlüssige Einspannung in der Aufnahmebohrung 14 des Polschuhs arretiert wird. Aus 3 ist dabei ersichtlich, dass die radial kraftschlüssige Einspannung des Ventilgehäuses durch drei um 120° versetzt zueinander angeordnete Einkerbungen 16 erfolgt, die in oder geringfügig unterhalb der Ebene der Stirnfläche 15 des zweiten Polschuhs 7 das Material des Polschuhs 7 in die Aufnahmebohrung 14 verdrängen. Hinsichtlich ihrer Geometrie sind diese um 120° versetzt zueinander angeordneten Einkerbungen 16, wie in 3 angedeutet, als in der Ebene der Stirnfläche 15 des zweiten Polschuhs 7 eine Rechteckform aufweisende Vertiefungen ausgebildet, die einen in 2 erkennbaren dreieckigen Profilquerschnitt aufweisen und mit ihren Längskanten 17 koaxial zur Umfangsfläche 11 des Ventilgehäuses 9 verlaufen.
Die Herstellung der Einkerbungen 16 in der Stirnfläche 15 des zweiten Polschuhs 7 erfolgt im übrigen durch eine in den Zeichnungen nicht dargestellte, kreisringförmige Verstemm-Matrize, die beim Pressvorgang das Ventilgehäuse 9 umschließt und an ihrer unteren Stirnseite drei um 120° versetzt zueinander angeordnete Zähne mit dreieckigen Seitenflächen und rechteckigen Längsflächen aufweist.
Bezugszeichenliste

1: Hydraulikventil
2: Elektromagnet
3: Magnetgehäuse
4: Spulenwicklung
5: Magnetanker
6: erster Polschuh
7: zweiter Polschuh
8: Ventilteil
9: Ventilgehäuse
10: Hohlzylinder
11: Umfangsfläche
12: Feder
13: Steuerkolben
14: Aufnahmebohrung
15: Stirnfläche
16: Einkerbungen
17: Längskanten

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 (7), – das Hydraulikventil (1) besteht zum anderen aus einem Ventilteil (8) mit einem hohlzylindrischen Ventilgehäuse (9), in dessen Hohlzylinder (10) ein vom Magnetanker (5) des Elektromagneten (2) gegen die Kraft einer Feder (12) axial verschiebbarer Steuerkolben (13) aufgenommen ist, – der ventilseitig angeordnete zweite Polschuh (7) des Elektromagneten (2) weist eine axiale Aufnahmebohrung (14) für das Ventilgehäuse (9) auf, über welche der Elektromagnet (2) und das Ventilteil (8) des Hydraulikventils (1) radial und axial zueinander lagefixiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass – zur Verbindung des Elektromagneten (2) mit dem Ventilteil (8) des Hydraulikventils (1) unmittelbar neben der Umfangsfläche (11) des Ventilgehäuses (9) keilförmig in die ventilseitige Stirnfläche (15) des zweiten Polschuhs (7) eingepresste örtliche Einkerbungen (16) vorgesehen sind, – mit denen punktförmig Material aus der Stirnfläche (15) des zweiten Polschuhs (7) in die Aufnahmebohrung (14) für das Ventilgehäuse (9) verdrängbar und somit das Ventilgehäuse (9) in der Aufnahmebohrung (14) durch eine radial kraftschlüssige Einspannung arretierbar ist.
Hydraulikventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radial kraftschlüssige Einspannung des Ventilgehäuses (9) in der Aufnahmebohrung (14) des zweiten Polschuhs (7) bevorzugt durch drei um 120° versetzt zueinander angeordnete Einkerbungen (16) erfolgt, die in oder geringfügig unterhalb der Ebene der Stirnfläche (15) des zweiten Polschuhs (7) das Material des zweiten Polschuhs (7) in die Aufnahmebohrung (14) verdrängen.
Hydraulikventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die um 120° verseht zueinander angeordneten Einkerbungen (16) bevorzugt als in der Ebene der Stirnfläche (15) des zweiten Polschuhs (7) rechteckigförmige Vertiefungen ausgebildet sind, die einen dreieckigen Profilquerschnitt aufweisen und mit ihren Längskanten (17) koaxial zur Umfangsfläche (11) des Ventilgehäuses (9) verlaufend angeordnet sind.
Hydraulikventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkerbungen (16) in der Stirnfläche (15) des zweiten Polschuhs (7) bevorzugt durch eine kreisringförmige, das Ventilgehäuse (9) umschließende Verstemm-Matrize herstellbar sind, die an ihrer unteren Stirnseite drei um 120° versetzt zueinander angeordnete keilförmige Zähne mit dreieckigen Seitenflächen und rechteckigen Längsflächen aufweist.