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Die
Erfindung betrifft eine Ölkammerdichtungseinheit
eines Schwenkflügelverstellers
einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Ein
Schwenkflügelversteller
dient zur Verstellung einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle
einer Brennkraftmaschine. Hierbei ist zwischen einem drehfest mit
der Kurbelwelle verbundenen Außenrad
und einer Anzahl von Flügeln
eines Flügelrads
beidseitig jedes Flügels
jeweils eine Druckölkammer
angeordnet. Durch Beaufschlagung der Druckölkammern mit Hydrauliköl kann durch
hydraulisches Einspannen der Flügel,
die drehfest mit der Nockenwelle verbunden sind, eine Position der
Nockenwelle stufenlos zur Kurbelwelle eingestellt werden.
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Zur
Abdichtung der Druckölkammern
gegeneinander sind aus der
US
6,484,678 B2 Ölkammerdichtungseinheiten
bekannt, die einen Dichtkörper und
jeweils ein vom Dichtkörper
separat ausgeführtes
Federelement umfassen. Die Ölkammerdichtungseinheiten
sind jeweils in einer Nut des Außenrads oder des Flügelrads
angeordnet und werden durch das Federelement mit ihrer Dichtfläche gegen eine
entsprechende Dichtfläche
des Flügelrads
bzw. des Außenrads
gedrückt.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ölkammerdichtungseinheit
anzugeben, die besonders einfach gefertigt und montiert werden kann.
Sie wird gemäß der Erfindung
durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung geht aus von einer Ölkammerdichtungseinheit
eines Schwenkflügelverstellers
einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Dichtkörper mit
einer äußeren Dichtfläche und
einem von einer Wandung teilweise umschlossenen Innenhohlraum sowie
ein vom Dichtkörper
separates Federelement, das teilweise im Innenhohlraum und gegenüberliegend
zur Dichtfläche über die
Wandung herausragend angeordnet und mit einem Halteelement am Dichtkörper gehalten
ist.
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Es
wird vorgeschlagen, dass der Dichtkörper aus einem Umformblech
hergestellt ist. Durch die Herstellung aus einem Umformblech können spanende
Arbeitsgänge
bei der Herstellung des Dichtkörpers
reduziert oder gänzlich
vermieden und eine sehr preiswerte Herstellung des Dichtkörpers erreicht werden.
Bei einer Verwendung eines glatten Umformblechs kann auf die Nachbearbeitung
der äußeren Dichtfläche verzichtet
werden. Im Gegensatz zu einem spanend bearbeiteten Werkstück verlaufen
die Werkstofffasern in einem gewalzten Umformblech ohne Unterbrechung,
wodurch die Wandung des Dichtkörpers
bei hoher Stabilität
des Dichtkörpers sehr
dünn gehalten
werden kann. Hierdurch kann ein besonders leichter Dichtkörper erreicht
werden. Ein weiterer Vorteil wird durch die Verwendung eines gut schweißbaren Umformblechs
erreicht, das zu einer stoffschlüssigen
Verbindung mit weiteren metallischen Elementen geeignet ist.
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Die
Materialstärke
des Umformblechs des Dichtkörpers
ist an die notwendige Steifigkeit des Dichtkörpers angepasst und zweckmäßigerweise
unterschiedlich zur Materialstärke
des Fe derelements. So kann das Federelement beispielsweise aus einem Federstahl
und der Dichtkörper
aus einem besser in Bauteilkontur formbaren Metall oder aber mit
einer höheren
Materialstärke
für eine
höhere
Steifigkeit hergestellt sein. Durch die Herstellung des Dichtkörpers als
vom Federelement separates Bauteil können, bei beherrschbaren Bauteilspannungen,
große radiale
Spalte zwischen dem Außenrad
und dem Flügelrad
abgedichtet werden. Hierdurch wird eine grob tolerierte und damit
kostengünstige
Herstellung von Teilen des Schwenkflügelverstellers ermöglicht.
Eine Herstellung des Dichtkörpers
und eine verliersichere Verbindung des Federelements in dem Dichtkörper können in
einem Arbeitsgang durch ein Folgeverbundwerkzeug mit einem Stanz-,
Biege- und eventuell Schweiß-,
Löt- oder
Klebewerkzeug erreicht werden.
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Der
Dichtkörper
besteht zweckmäßigerweise aus
einem im Wesentlichen U-förmig
umgeformten Blechstück,
wobei die Dichtfläche
an der Außenseite des
unteren Mittelstücks
angeordnet ist. Das Federelement liegt teilweise in dem vom unteren
Mittelstück und
den beiden Schenkeln gebildeten Innenhohlraum und ragt aus der der
Dichtfläche
gegenüberliegenden
offenen Seite des U-Profils aus dem Innenhohlraum heraus.
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Ölkammerdichtungseinheiten
werden üblicherweise
als Schüttgut
geliefert. Eine gute Vereinzelung der Ölkammerdichtungseinheiten durch
eine Vereinzelungseinrichtung kann erreicht werden, wenn die Wandung
ein Wandteilstück
umfasst, das zumindest im Wesentlichen parallel zur und gegenüber der
Dichtfläche
angeordnet ist. Ein Teil der offenen U-Seite des Dichtkörpers wird
somit durch dieses Wandteilstück überdeckt,
wodurch einem gegenseitigen Verhaken von mehreren Ölkammerdichtungseinheiten
entgegengewirkt werden kann. Anstelle der Parallelität kann ein
Wandteilstück
so ausgeformt sein, dass es einen Teilbereich der offenen Seite
des U-Profils vollständig
von einem U-Schenkel zum anderen U-Schenkel überdeckt.
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Vorteilhafterweise
ist das Halteelement an dem Wandteilstück angeordnet. Auf diese Weise kann
das Federelement besonders einfach im Innenhohlraum gehalten werden.
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Der
Dichtkörper
und das Federelement können
in ihrer Form so aufeinander abgestimmt sein, dass zum Zusammenfügen des
Federelements und des Dichtkörpers
das Federelement elastisch verbogen und in den Innenhohlraum des
Dichtkörpers
eingeführt
wird. Alternativ hierzu ist das Halteelement zweckmäßigerweise
durch ein Blechelement gebildet, das bei einer Montage nach einem
teilweisen Einbringen des Federelements in den Innenhohlraum zum
Federelement verschwenkt wird. Das Federelement kann hierbei durch
ein nur geringfügiges
elastisches oder gar kein Verbiegen in den Innenhohlraum eingelegt
werden, wobei das Herausfallen des Federelements aus dem Dichtkörper durch
ein nachträgliches
Verschwenken des Halteelements erreicht wird. Das Federelement ist
durch einen solchen sehr einfachen und preiswerten Herstellungsschritt
verliersicher im Dichtkörper
gehalten.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung weist das Federelement eine lochförmige Ausnehmung für einen
Eingriff des Halteelements auf. Hierdurch kann das Federelement
besonders präzise platziert
im Dichtkörper
verliersicher gehalten werden.
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Ein
weiterer Vorteil wird erreicht, wenn das Federelement eine von der
Dichtfläche
wegweisende ebene Auflagefläche
zur Abstützung
an einem weiteren Element des Schwenkflügelverstellers umfasst. Durch
die ebene Auflagefläche
kann eine große
Auflagefläche
des Federelements an dem weiteren, eben falls ebenen Element erreicht
werden. Hierdurch kann der Verschleiß, insbesondere der Verschleiß des weiteren
Elements, bei einer Bewegung des Federelements über das Element gering gehalten
werden. Diese Ausführungsform
der Erfindung ist besonders geeignet für solche Elemente, die aus
einem weichen Material, beispielsweise einer Aluminiumlegierung,
hergestellt sind.
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Zur
Versteifung der ebenen Auflagefläche
ist in der Auflagefläche
zweckmäßigerweise
eine Sicke eingeformt. Mit einer solchen Profilierung der Auflagefläche, die
vorteilhafterweise parallel zu einer Längsrichtung des Federelements
ausgerichtet ist, kann eine ebene Ausrichtung der Auflagefläche auch bei
einer Belastung des Federelements zumindest im Wesentlichen aufrechterhalten
werden.
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Es
wird außerdem
vorgeschlagen, dass in das Federelement eine von der Dichtfläche abgewandte
Auflageerhebung zur Auflage an ein weiteres Element des Schwenkflügelverstellers
eingeprägt
ist. Mit der Auflageerhebung kann eine besonders kleine Auflagefläche zwischen
dem Federelement und dem weiteren Element erreicht werden, wodurch
eine besonders reibungsarme Beweglichkeit zwischen dem Federelement
und dem weiteren Element erreicht wird. Diese Ausführungsform
der Erfindung ist besonders geeignet, wenn das weitere Element aus
einem harten und zähen
Werkstoff, insbesondere Edelstahl, angefertigt ist. Die Einprägung kann
durch eine dreidimensionale Ausformung der Auflageerhebung aus einem
Blech des Federelements erreicht werden. Es ist auch möglich, dass
das Federelement im Bereich der Auflagefläche eingeschnitten oder gestanzt
wird und die Auflageerhebung durch ein Verbiegen des Bereichs erreicht
wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist das Halteelement eine Schweißverbindung. Der Dichtkörper kann
sehr einfach gehalten und das Federelement sehr fest mit dem Dichtkörper verbunden
sein.
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Eine
besonders verkippungssichere Positionierung der Ölkammerdichtungseinheit im
Schwenkflügelversteller
kann erreicht werden, wenn das Federelement einen Mittelbereich
und zwei seitliche Außenbereiche
umfasst, wobei der Mittelbereich vom Halteelement im Innenhohlraum
gehalten ist und die Außenbereiche über die
Wandung herausragen. Es werden zwei voneinander beabstandete Auflageflächen des
Federelements zur Abstützung
an einem weiteren Element des Schwenkflügelverstellers erreicht.
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Ein
einfaches Vereinzeln dieser Ausführungsform
aus einem Schüttgut
wird erreicht, wenn die Außenbereiche
jeweils einen Endbereich umfassen, der in den Innenhohlraum hineinragt.
Einem Verhaken von Außenbereichen
von mehreren Ölkammerdichtungseinheiten
kann entgegengewirkt werden.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der Figurenbeschreibung. Die Zeichnung
stellt Ausführungsbeispiele
der Erfindung dar. Die Ansprüche,
die Figuren und die Beschreibung enthalten mehrere Merkmale in Kombination.
Der Fachmann wird diese auch einzeln betrachten und zu zweckmäßigen weiteren Kombinationen
zusammenfassen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
schematische Schnittdarstellung eines Schwenkflügelverstellers,
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2 eine Ölkammerdichtungseinheit
in einer perspektivischen Darstellung,
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3 die Ölkammerdichtungseinheit
aus 2 in einer geschnittenen Darstellung,
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4 die Ölkammerdichtungseinheit
aus 2 in einer Draufsicht,
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5 eine
weitere Ölkammerdichtungseinheit
in einer perspektivischen Ansicht,
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6 die Ölkammerdichtungseinheit
aus 5 in einer geschnittenen Ansicht,
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7 die Ölkammerdichtungseinheit
aus 5 in einer Draufsicht,
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8 eine
weitere Ölkammerdichtungseinheit
in perspektivischer Darstellung,
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9 die Ölkammerdichtungseinheit
aus 8 in einer perspektivischen Draufsicht,
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10 die Ölkammerdichtungseinheit
aus 8 in geschnittener Darstellung,
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11 die Ölkammerdichtungseinheit
aus 8 mit einem abgeänderten Halteelement und
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12 eine
Schnittdarstellung durch das Halteelement aus 11.
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1 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung eines Schwenkflügelverstellers 2 einer Brennkraftmaschine
mit einem Außenrad 4 und
einem Flügelrad 6.
Das Außenrad 4 weist
eine äußere Verzahnung 8 auf,
durch die es mittels einer Steuerkette mit einer Kurbelwelle der
Brennkraftmaschine drehfest verbunden ist. Das Flügelrad 6 ist
mit einer Nockenwelle 10 der Brennkraftmaschine drehfest verbunden.
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Das
Flügelrad 6 weist
vier Flügel 12 auf,
die jeweils in Hohlräumen
des Außenrads 4 angeordnet sind.
Diese Hohlräume
bilden beidseitig der Flügel 12 jeweils
eine Hydraulikölkammer 14.
Die Hydraulikölkammern 14 können jeweils
unabhängig
voneinander mit Hydrauliköl
druckbeaufschlagt werden. Durch ein Eindrücken des Hydrauliköls in die
Hydraulikölkammern 14 kann
die Position des Flügelrads 6 relativ
zum Außenrad 4 stufenlos
eingestellt werden. In den Flügeln 12 und
auf Innenseiten des Außenrads 4 sind
jeweils vier Ölkammerdichtungseinheiten 16 in Nuten
der Flügel 12 bzw.
der Innenseite des Außenrads 4 angeordnet,
die die Hydraulikölkammern 14 gegeneinander
abdichten.
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Eine
solche Ölkammerdichtungseinheit 16 ist
in einer perspektivischen Darstellung in 2 gezeigt.
Die Ölkammerdichtungseinheit 16 umfasst
einen Dichtkörper 18 und
ein Federelement 20. Der Dichtkörper 18 ist aus einem
Blech durch Umformen des Blechs hergestellt und hat im Wesentlichen
die Form eines U-Profils mit einem Mittelstück 22 und zwei Seitenelementen 24, 26.
Das Mittelstück 22 und die
Seitenelemente 24, 26 sind Bestandteil einer Wandung,
die einen Innenhohlraum 28 teilweise umschließt.
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In 3 ist
die Ölkammerdichtungseinheit 16 in
einem Längsschnitt
und in 4 in einer Draufsicht gezeigt. Die Unterseite
des Mittelstücks 22 bildet
eine Dichtfläche 30,
die bei eingebautem Zustand der Ölkammerdichtungseinheit 16 in
beispielsweise das Flügelrad 6 an
der Innenfläche
des Außenrads 4 des
Schwenkflügelverstellers 2 anliegt.
Die Dichtfläche 30 dichtet
eine erste zum Seitenelement 24 benachbarte Hydraulikölkammer 14 gegen
eine zweite zum Seitenelement 26 benachbarte Hydraulikölkammer 14 ab.
Durch das Federelement 20 wird der Dichtkörper 18 gegen
das Außenrad 4 gedrückt. Hierzu
stützt
sich das Federelement 20 in der Nut eines Flügels 12 ab.
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An
das Seitenelement 24 ist ein Wandteilstück 32 und an das Seitenelement 26 ist
ein Wandteilstück 34 angeformt,
wobei beide Wandteilstücke 32, 34 im
wesentlichen parallel und ge genüber
der Dichtfläche 30 angeordnet
sind. In den seitlichen Außenbereichen
ist das U-Profil des Dichtkörpers 18 durch
die Wandteilstücke 32, 34 abgeschlossen,
wodurch einem Verhaken der Ölkammerdichtungseinheit 16 mit
weiteren Einheiten in einem Schüttgut
entgegengewirkt wird. An beiden Wandteilstücken 32, 34 ist
jeweils ein als Blechelement ausgestaltetes Halteelement 36, 38 angeformt.
Vor einem Einlegen des Federelements 20 in den Dichtkörper 18 sind
beide Halteelemente 36, 38 so ausgerichtet, wie
das Halteelement 36 in den 2 und 3 dargestellt ist.
Das Federelement 20 kann von oben teilweise in den Innenhohlraum 28 eingefügt werden
und ragt gegenüberliegend
der Dichtfläche 30 etwas
aus dem Innenhohlraum 28 heraus. Nach dem Einlegen des
Federelements 20 in den Dichtkörper 18 werden die Halteelemente 36, 38 mit
einem Umformwerkzeug nach unten gebogen, so wie dies am Halteelement 38 gezeigt
ist. Das Federelement 20 ist verliersicher am Dichtkörper 18 gehalten.
Alternativ hierzu besteht die Möglichkeit,
die Halteelemente 36, 38 von vornherein so auszuformen,
wie das Halteelement 38 in den 2 und 3 gezeigt
ist, und das Federelement 20 elastisch zusammengepresst
zwischen den Halteelementen 36, 38 hindurchzuführen und
im Innenhohlraum 28 zu entspannen.
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Eine
weitere Ausführungsform
einer Ölkammerdichtungseinheit 40 ist
in den 5–7 gezeigt.
Die Ölkammerdichtungseinheit 40 umfasst
einen aus einem Umformblech hergestellten U-profilförmigen Dichtkörper 42 und
ein Federelement 44, das ebenso wie das Federelement 20 aus
einem Federstahlblech geformt ist. Analog zum Dichtkörper 18 umfasst
der Dichtkörper 42 ein
Mittelstück 46 und Seitenelemente 48, 50,
die einen Innenhohlraum 52 teilweise umschließen. In
das Federelement 44 sind zwei lochförmige Ausnehmungen 54, 56 eingearbeitet,
durch die im montierten Zustand an jeweils ein Wandteilstück 58, 60 angeformte
Blechelemente bzw. Halteelemente 62, 64 hineinragen.
Analog wie zur Ölkammerdichtungseinheit 16 beschrieben,
werden die Halteelemente 62, 64 aus einem wie
beim Halteelement 62 gezeigten hochgeklappten Zustand nach
einem Einlegen des Federelements 44 in den Dichtkörper 42 in
die Ausnehmungen 54, 56 eingeschwenkt, wie dies
am Halteelement 64 gezeigt ist. In 7 sind beide
Halteelemente 62, 64 in einem montierten, eingeschwenkten
Zustand gezeigt. In diesem Zustand ist das Federelement 44 durch
die Halteelemente 62, 64 verliersicher im Dichtkörper 42 gehalten.
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Das
Federelement 44 umfasst eine von einer Dichtfläche 66 wegweisende
ebene Auflagefläche 68,
die zur Anlage an beispielsweise die Innenwand des Außenrads 4 vorgesehen
ist. In diese ebene Auflagefläche 68 ist
eine Sicke 70 eingeprägt,
die parallel zu einer Längsausrichtung
des Federelements 44 verläuft. Die Sicke 70 dient
zur Versteifung der Auflagefläche 68.
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In
den 8–10 ist
eine weitere Ölkammerdichtungseinheit 72 mit
einem Dichtkörper 74 und
einem Federelement 76 gezeigt. Der Dichtkörper 74 ist
als reines U-Profil ausgestaltet, an dessen Mittelstück 78 das
Federelement 76 mit einem als Schweißverbindung ausgestalteten
Halteelement 80 verschweißt ist. Das Federelement 76 umfasst
einen Mittelbereich 82 und zwei Außenbereiche 84, 86,
die aus einem Innenhohlraum 88 herausragend ausgestaltet
sind. Die Außenbereiche 84, 86 umfassen
jeweils einen Endbereich 90, 92. Die Endbereiche 90, 92 ragen
jeweils in den Innenhohlraum 88 von außen wieder hinein. Durch die
Endbereiche 90, 92 wird einem Verhaken von Ölkammerdichtungseinheiten 72 aus
einem Schüttgut
entgegengewirkt. An den von einer Dichtfläche 94 am weitesten
entfernten Stellen umfassen die Außenbereiche 84, 86 jeweils
eine Auflageerhebung 96, 98. Die Auflageerhebungen 96, 98 sind
in das Federstahlblech des Federelements 76 eingeprägt. Die
Auf lageerhebungen 96, 98 sorgen für eine im
Wesentlichen linienförmige
Auflage zwischen beispielsweise der Innenfläche des Außenrads des Schwenkflügelverstellers 2 und
dem Federelement 76. Die Auflageerhebungen 96, 98 sind
in einen von der Breite des Federelements 76 gesehen mittleren Bereich
des Federelements 76 eingeprägt und erstrecken sich nur über einen
Teil der Breite des Federelements 76. Hierdurch wird eine
Formfestigkeit des Federelements 76 nur unwesentlich beeinträchtigt.
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Die 11 und 12 zeigen
ein weiteres Beispiel einer Ölkammerdichtungseinheit 100 mit
einem Dichtkörper 102 und
einem Federelement 104. Das Federelement 104 entspricht
in seiner Ausgestaltung dem Federelement 76, ist jedoch
nicht stoffschlüssig
wie das Federelement 76, sondern formschlüssig mit
dem Dichtkörper 102 verbunden.
Hierzu umfasst der Dichtkörper 102 ein
als Blechelement ausgestaltetes Halteelement 106, das an
ein Seitenelement 108 des U-profilförmigen Dichtkörpers 102 angeformt
ist. Nach einem Einlegen des Federelements 104 in einen
Innenhohlraum 110 des Dichtkörpers 102 wird dieses
Halteelement 106 durch beispielsweise ein Kantwerkzeug
in den Innenhohlraum 110 und zum Federelement 104 hingeschwenkt,
so dass das Federelement 104 zwischen dem Halteelement 106 und
einem Mittelstück 112 des
Dichtkörpers 102 verliersicher
gehalten ist.