DE102004028015A1

DE102004028015A1 - Hydraulischer Schwenkmotor

Info

Publication number: DE102004028015A1
Application number: DE200410028015
Authority: DE
Inventors: Jörg Dipl.-Ing. Hinze; Jörg Dipl.-Ing. Pätzold; Marcel Dipl.-Ing.(FH) Preibisch
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: HINZE, JOERG, DIPL.-ING., 14974 LUDWIGSFELDE, DE; Paetzold Joerg Dipl-Ing 01328 Dresden De; Preibisch Marcel Dipl-Ing (fh) 39365 Somm De
Priority date: 2004-06-08
Filing date: 2004-06-08
Publication date: 2006-01-19

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Schwenkmotor (1) mit einem antriebsseitigen Rotor (3), einem abtriebsseitigen Rotor (2), der mindestens einen, zur Erzeugung einer Drehbewegung fest mit einer Abtriebswelle verbundenen Gegenflügel (7) aufweist, und mindestens einer Verriegelungseinrichtung (10) zum Verriegeln der beiden Rotoren (2, 3) miteinander, wobei die Verriegelungsvorrichtung (10) aus einem von einem Stellelement (12) beaufschlagten Sperrelement (11) besteht, das in einer in einem der Rotoren (2, 3) angeordneten Führung (13) geführt wird und zur Verriegelung mit einer halbkugelförmigen Fläche mittelbar oder unmittelbar in den anderen Rotor (2, 3) eingreift. DOLLAR A Um einen hydraulischen Schwenkmotor zu schaffen, dessen Verriegelungsvorrichtung ein schnelles und spielfreies Verriegeln sowie ein schnelles und zuverlässiges Entriegeln des Nockenwellenverstellers bei geringem Verschleiß ermöglicht, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die halbkugelförmige Fläche des Sperrelementes (11) spielfrei in einen Konus (16) eingreift, wobei im Falle von Verschleiß das Sperrelement (11) innerhalb der Führung (13) in die Rastaufnahme nachrücken kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Schwenkmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein gattungsgemäßer hydraulischer Schwenkmotor ist aus der DE 100 31 974 A1 bekannt, wobei der Schwenkmotor als hydraulische Drehwinkel-Verstellvorrichtung für eine Steuerwelle einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist, bei der ein antriebseitiger Rotor und ein steuerwellenseitig drehfest verbundener Rotor mittels stirnseitigen Abdeckungen von Flügeln unterteilte, gesteuert befüllbare Verstellkammern begrenzen, und beide mittels eines federbelasteten Sperrelementes gegeneinander verriegelbaren Rotoren hydraulisch entriegelbar sind. Das Sperrelement ist eine Kugel, die mit beiden Rotoren zur Verriegelung über ihren Äquatorbereich zusammenwirkt. Nachteilig dabei ist, dass bei toleranzbedingt zu geringem Eintauchen des Sperrelementes in die Verriegelungsaufnahme die Gefahr des Abhebens droht. Dies führt zu einem selbständigen Entriegeln. Weiterhin kann ein toleranz- oder verschleißbedingt zu tiefes Eintauchen in die Verriegelungsaufnahme zu einem Verklemmen des Sperrelementes führen, das ein gewolltes Entriegeln verhindert.

Zum allgemeinen technischen Hintergrund wird noch auf die EP 1 136 656 A2 , die DE 196 06 724 A1 und die EP 1 357 262 A2 verwiesen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen hydraulischen Schwenkmotor zu schaffen, dessen Verriegelungsvorrichtung ein zuverlässiges Ver- und Entriegeln des Nockenwellenverstellers bei sehr geringem Verschleiß ermöglicht und zugleich verschleißkompensierend wirkt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafterweise ermöglicht der hydraulische Schwenkmotor mit seiner Verriegelungsvorrichtung ein zuverlässiges und schnelles Ver- und Entriegeln bei sehr geringem Verschleiß, da das Sperrelement weder abheben noch verklemmen kann. Der Konus (Einrast-Kontur) ist derart ausgelegt, dass der Winkel dieser Einrast-Kontur zur anliegenden Kugelkontur selbsthemmend wirkt, so dass die zu übertragende Kraft nicht zum Abheben der Kugel führt. Ferner ist eine spielfreie Verriegelung möglich, wobei beispielsweise im Falle von Verschleiß im Konus ein Ausgleich durch das nachrückende Sperrelement möglich ist. Die Positionierung der zu verriegelnden Bauteile bei der Montage des Nockenwellenverstellers ist mit geringem Aufwand realisierbar. Es ist kein Einstellen eines Verriegelungsspieles notwendig.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden in sechs Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert, und zwar zeigen:

1 eine Draufsicht auf einen als Nockenwellenversteller ausgebildeten hydraulischen Schwenkmotor, der zwei Rotoren mit Flügeln und zwei Ringdeckel, welche hydraulisch beaufschlagbare Arbeitskammern begrenzen, und eine Verriegelungsvorrichtung zur Ver- und Entriegelung der beiden Rotoren aufweist, wobei der obere Ringdeckel hier nicht dargestellt ist,

2 die Verriegelungsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform, wobei die Vorrichtung aus einem von einem Stellelement beaufschlagten Sperrelement besteht, das in einer Führung geführt wird, die als zylindrische Bohrung ausgebildet ist,

3 die Verriegelungsvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform, wobei die Führung als Stufenbohrung ausgebildet ist,

4 einen Schnitt A-A durch den Nockenwellenversteller aus 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung in einer verriegelten Position des Nockenwellenverstellers,

5 die Verriegelungsvorrichtung aus 2 in einer entriegelten Position des Nockenwellenverstellers,

6 die Verriegelungsvorrichtung aus 2 in einer entriegelten und zusätzlich verdrehten Position des Nockenwellenverstellers,

7 die Verriegelungsvorrichtung in einer dritten Ausführungsform, wobei das Verriegelungselement mit einem zusätzlichen Führungsschaft ausgeführt ist.

Gleiche Bauteile in den Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Der erfindungsgemäße hydraulische Schwenkmotor mit Verriegelungsvorrichtung ist auf mehreren Gebieten einsetzbar. Im folgenden soll sein Einsatz als Nockenwellenversteller beschrieben werden.
Der als Nockenwellensteller 1 ausgebildete hydraulische Schwenkmotor weist zwei zur Verstellung gegeneinander verdrehbare Rotoren auf, einen abtriebsseitigen Innenkörper 2 und einen antriebsseitigen Außenkörper 3. Der Innenkörper 2 ist drehfest auf einer Nockenwelle 4 (Abtriebswelle) befestigt. Dem Innenkörper 2 ist der Außenkörper 3 zugeordnet, der an seinem Außenumfang Verzahnungen 5 aufweist, über die, bezogen auf Drehrichtung und Drehzahl mit fester Zuordnung, die Nockenwelle 4 von der hier nicht dargestellten Kurbelwelle (Antriebswelle) der angedeuteten Brennkraftmaschine angetrieben wird. Anstelle des hier angedeuteten und angesprochenen Kettentriebes können selbstverständlich auch andere Antriebsverbindungen treten, wie beispielsweise Zahnriemenantriebe oder auch Zahnradantriebe.
Der Außenkörper 3 weist über seinen Umfang verteilt radial nach innen ragende Stellmittel in Form von Gehäuseflügeln 6 auf, denen seitens des Innenkörpers 2 als Stellmittel Gegenflügel 7 zugeordnet sind, wobei jeweils zwei Gegenflügel 7 einen Aufnahmeraum 8 in Form eines Ringsektors begrenzen, in dem ein Gehäuseflügel 6 des Außenkörpers 3 liegt, wobei der Außenkörper 3 mit seinen ihm zugeordneten Gehäuseflügeln 6 quasi einen Flügelrotor bildet, der gegenüber dem Innenkörper 2 über einen Winkelbereich verstellbar ist, welcher durch die Gegenflügel 7 eines Aufnahmeraumes 8 begrenzt ist.
Innerhalb des jeweiligen Aufnahmeraumes 8 begrenzen Gehäuseflügel 6 und Gegenflügel 7 jeweils zwei Arbeitskammern 8a und 8b, die hydraulisch beaufschlagbar sind, wobei die Arbeitskammer 8b in der dargestellten Stellung von Gehäuseflügel 6 und Gegenflügel 7 aus einem Spalt besteht.
Die Arbeitskammern 8a, 8b in den Aufnahmeräumen 8 sind seitlich durch Ringdeckel 9 (siehe 4 bis 6) geschlossen. Die Ringdeckel 9 sind über hier nicht sichtbare axiale Spannschrauben an den Stirnflächen des Außenkörpers 3 fixiert und gegen die Stirnflächen des Innenkörpers 2 mit engem Spalt anliegend gehalten.
Um das Antriebsmoment der Kurbelwelle auf die Nockenwelle 4 übertragen zu können, ist wie bereits erwähnt der Innenkörper 2 des Nockenwellenverstellers 1 drehfest mit der Nockenwelle 4 verbunden. Das Antriebsmoment wird durch den Außenkörper 3 in den Nockenwellenversteller 1 eingebracht und über die Arbeitskammern 8a, 8b auf den Innenkörper 2 übertragen. Die Zuführung von Druckmittel auf die jeweilige Arbeitskammer 8a, 8b erfolgt von der Nockenwelle 4 über ein nicht dargestelltes Steuerventil.
Beim Start der Brennkraftmaschine ist eine definierte Grundstellung der mindestens einen Nockenwelle 4 einzuhalten. Hierzu ist bis zum Aufbau des Motoröldrucks nach dem Start ein mechanisches Verriegeln des Nockenwellenverstellers 1 bis zum möglichen hydraulischen Einspannen mittels aufgebautem Motoröldruck erforderlich. Diese Verriegelung findet zwischen den Rotoren 2 oder 3 unmittelbar oder wie im vorliegenden Fall mittelbar über Gehäusebauteile des Nockenwellenverstellers 1 wie beispielsweise Ringdeckel 9 statt.
Gemäß 2 bis 7 weist der Nockenwellenversteller 1 zur Verriegelung eine hydraulisch beaufschlagbare Verriegelungsvorrichtung 10 aus Sperrelement 11 und Stellelement 12 auf, die durch axiale Bewegung des Sperrelementes 11 eine feste Verbindung zwischen Innenkörper 2 und Ringdeckel 9 herstellt, wobei die feste Verbindung bei Fixierung der Ringdeckel am Innenkörper 2 auch zwischen Außenkörper 3 und Ringdeckel 9 oder aber direkt zwischen den beiden Rotoren 2 und 3 denkbar wäre. Im Innenkörper 2 befinden sich hintereinander angeordnet das Sperrelement 11 und das Stellelement 12, die in einer Führung 13 geführt werden, wobei es sich hierbei vorzugsweise um eine zylindrische Bohrung 13a gemäß 2 oder eine Stufenbohrung 13b gemäß 3 handelt. Die Führung 13 kann aber auch einen anderen Querschnitt aufweisen. Im Fall der Stufenbohrung 13b kann ein Bereich 14a der Bohrung 13b mit größerem Durchmesser für das Sperrelement 11 mit der zumindest halbkugelförmigen Fläche und ein Bereich 14b der Bohrung 13b mit kleinerem Durchmesser für das Stellelement 12 vorgesehen sein, wodurch insbesondere bei Verwendung einer Feder als Stellelement vermieden wird, dass die Feder 12 ausknickt oder auf Block geht.
Die Führung 13 unabhängig von deren Ausgestaltung kann vorteilhafterweise in einem gehärteten Einsatz 15 (3) ausgebildet sein, der in einem der beiden Rotoren 2, 3 eingebracht ist. Beim Sperrelement 11 handelt es sich vorzugsweise um eine Kugel. Es kann aber auch ein Sperrbolzen o.ä. mit einer zumindest halbkugelförmigen Fläche eingesetzt werden. Beim Stellelement 12 handelt es sich vorzugsweise um eine Druckfeder, die unter Vorspannung in die Bohrung 13 eingesetzt wird. Außer einem mechanischen Stellelement 12 kann aber auch ein hydraulisches und/oder pneumatisches und/oder ein elektromotorisches Stellelement eingesetzt werden.
Im Ringdeckel 9 des Nockenwellenverstellers 1 ist der Führung 13 gegenüberliegend in gleicher Position ein Konus beispielsweise in Form einer konischen Bohrung oder einer näherungsweise quer zur Relativbewegung ausgerichteten Nut 16 eingebracht. In Verriegelungsposition gemäß 4 rastet die Kugel 11 durch Federkraft in den Konus 16 ein. Bei der Verriegelung mit einem zumindestens näherungsweise kugelförmigen Sperrelement 11 bewegt sich die Äquatorlinie 17 des Sperrelementes 11 erfindungsgemäß nicht über die Trennfläche 18 der zu verriegelnden Bauteile 2, 9 hinaus, sondern bleibt stets innerhalb seiner Führung 13. Bei der Verriegelung mit einem Sperrelement 11, dass gemäß 7 neben einer zumindest halbkugelförmigen Sperrkontur 20 zusätzlich einen Führungsschaft 21 aufweist, kann die Weite des aufnehmenden Konus ungleich der maßgebenden Weite der Führung 21 sein, wenn bei größerer Weite die Führungsbohrung 13 gestuft ausgeführt wird, wobei in jedem Fall sich die zumindest halbkugelförmige Sperrkontur 20 des Sperrelementes 11 auch über deren Äquatorlinie hinaus aus der Führungsbohrung 13 bzw. der Stufenbohrung hinausbewegen kann.
Der Öffnungswinkel α des Konus (Einrast-Kontur) 16 sollte spitz ausgeführt sein (0° < α < 90°), und zugleich sollte der Winkel so ausgeführt sein, dass der Winkel α der Einrast-Kontur 16 im Zusammenspiel mit den Reibkoeffizienten der Verriegelungspartner selbsthemmend ist, so dass die zu übertragende Kraft (das Verdrehmoment, der beiden gegeneinander verdrehten Rotoren 2, 3) nicht zum selbstätigen Anheben des Sperrelementes 11 aus dem Konus 16 führt. Der Konus 16 kann in einem gehärteten Einsatz 19 (2 bis 5) ausgebildet sein, der in einem der beiden Ringdeckel 9 oder aber einem der beiden Rotoren 2, 3 eingebracht ist. Der Konus kann aber in den genannten Teilen auch unmittelbar dargestellt sein.
Zur Entriegelung gemäß 5 wird diese Verbindung durch die gezielte Beaufschlagung des Nockenwellenverstellers 1 mit Druckmittel gelöst, d.h. das Sperrelement 11 wird vorteilhafterweise durch hydraulische Beaufschlagung vollständig in die Führung 13 unterhalb der Trennlinie 18 zurückbewegt und eine Verstellung der Rotoren 2, 3 wird freigegeben. Im Falle der Verriegelung in einer konischen Nut kann diese gleichzeitig der für die Entriegelung benötigte Druckmittelkanal sein. 6 zeigt die nach der Entriegelung gemäß 5 verstellte Position des Nockenwellenverstellers 1.
Die Anordnung der Verriegelungsvorrichtung 10 kann sowohl axial als auch radial erfolgen. Der Konus 16 kann sich bei gleichem Wirkprinzip sowohl im Gehäuse des Nockenwellenverstellers z.B. Ringdeckel 9 als auch in einem der beiden Rotoren 2, 3 des Nockenwellenverstellers 1 befinden. Das Sperrelement 11 kann sich im jeweils gegenüberliegenden, dem anderen Drehpartner zugeordneten Teil befinden. Die Verriegelungsvorrichtung 10 kann über dem gesamten Schwenkwinkel des Nockenwellenverstellers 1 angeordnet werden. Bei Mehrfachanordnung der Verriegelungsvorrichtung 10 mit gleichzeitiger Verriegelung kann mehr Verriegelungskraft realisiert werden. Bei Mehrfachanordnung der Verriegelungsvorrichtung 10 mit Verriegelung einzelner Positionen können mehrere fixierte Winkelpositionen realisiert werden. Zusätzlich zu der Anwendung der Verriegelungsvorrichtung 10 in einem Nockenwellenversteller 1 kann diese auch als Ausfallsicherung in hydraulischen oder elektrohydraulischen Motoren, als Rückfallsicherung in einem aktiven Fahrwerk o.ä. eingesetzt werden.

Claims

Hydraulischer Schwenkmotor (1) mit einem antriebsseitigen Rotor (3), einem antriebsseitigen Rotor (2), der mindestens einen, zur Erzeugung einer Drehbewegung fest mit einer Abtriebswelle verbundenen Gegenfluegel (7) aufweist, und mindestens einer Verriegelungseinrichtung (10) zum Verriegeln der beiden Rotoren (2, 3) miteinander, wobei die Verriegelungsvorrichtung (10) aus einem von einem Stellelement (12) beaufschlagten Sperrelement (11) besteht, das in einer in einem der Rotoren (2, 3) angeordneten Führung (13) geführt wird und zur Verriegelung mit einer zumindest halbkugelförmigen Fläche unmittelbar oder mittelbar in den anderen Rotor (2, 3) eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest halbkugelförmige Fläche des Sperrelementes (11) spielfrei in einen Konus (16) eingreift.
Hydraulischer Schwenkmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Konus (16) als Bohrung oder als näherungsweise quer zur Relativbewegungsrichtung ausgerichtete Nut ausgebildet ist.
Hydraulischer Schwenkmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (11) als Kugel ausgebildet ist.
Hydraulischer Schwenkmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Äquatorlinie (17) des Sperrelementes (11) innerhalb der Führung (13) bewegt.
Hydraulischer Schwenkmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (11) als zylindrischer Bolzen mit zumindest halbkugelförmigem Verriegelungskopf ausgebildet ist.
Hydraulischer Schwenkmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (13) in einem gehärteten Einsatz (15) ausgebildet ist, der in einem der beiden Rotoren (2, 3) oder in einem Gehäusebauteil des Nockenwellenverstellers (1) fest eingesetzt ist.
Hydraulischer Schwenkmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Konus (16) in einem gehärteten Einsatz (19) ausgebildet ist, der in einem der Rotoren (2, 3) oder in einem Gehäusebauteil des Nockenwellenverstellers (1) eingesetzt ist.
Hydraulischer Schwenkmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Stellelement (12) um ein hydraulisches, mechanisches, pneumatisches und/oder elektromotorisches Stellelement handelt.
Hydraulischer Schwenkmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Stellelement (12) um eine Druckfeder handelt.
Hydraulischer Schwenkmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Führung (13) um eine zylindrische Bohrung (13a) oder eine Stufenbohrung (13b) handelt.
Hydraulischer Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (13) einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweisen kann.
Hydraulischer Schwenkmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsvorrichtung (10) als Ausfallsicherung in einem hydraulischen oder elektrohydraulischen Motor oder als Rückfallsicherung in einem aktiven Fahrwerk einsetzbar ist.
Hydraulischer Schwenkmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsmechanismus bei Verwendung einer Kugel als Sperrelement verschleiß- und reibungsarm wirkt.
Hydraulischer Schwenkmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle von Verschleiß am Sperrelement und/oder der Einrast-Kontur das Sperrelement innerhalb seiner Führung in die Einrast-Kontur nachrücken kann und somit den Verschleiß kompensiert.
Brennkraftmaschine mit einem hydraulischen Schwenkmotor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Schwenkmotor als Nockenwellenversteller einsetzbar ist.
Kraftfahrzeug mit einem hydraulischen Schwenkmotor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Schwenkmotor in einem aktiven Fahrwerk einsetzbar ist.