DE102005013141B4

DE102005013141B4 - Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005013141B4
Application number: DE102005013141.7A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Weber Jürgen
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2025-03-23
Also published as: DE102005013141A1

Abstract

Vorrichtung (1) zur Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine, die einen mit einer Nockenwelle (2) drehfest verbundenen Innenrotor (3) aufweist, der relativ zu einem mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Außenrotor (4) drehbar verstellbar ist, wobei in den Außenrotor (4) mindestens eine durch Seitenwände (5, 6) begrenzte Hydraulikkammer (7) eingebracht ist und wobei diese durch ein sich vom Innenrotor (3) radial nach außen erstreckendes Element (8) in zwei Teilkammern (9, 10) unterteilt wird, wobei mindestens zwischen zwei gegen den Fluss von Hydrauliköl gegeneinander abzudichtenden und aneinander angrenzenden Bauteilen (3, 4, 5, 6, 8) der Vorrichtung (1) eine Labyrinthdichtung (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtung (11) durch mindestens einen an dem einen Bauteil (3, 4, 5, 6, 8) angeordneten Steg (12, 12', 12'', 12''') gebildet wird, der in eine korrespondierende, kongruente Ausnehmung (14, 14', 14'', 14''') an dem anderen Bauteil (3, 4, 5, 6, 8) eintaucht.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine, die einen mit einer Nockenwelle drehfest verbundenen Innenrotor aufweist, der relativ zu einem mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Außenrotor drehbar verstellbar ist, wobei in den Außenrotor mindestens eine durch Seitenwände begrenzte Hydraulikkammer eingebracht ist und wobei diese durch ein sich vom Innenrotor radial nach außen erstreckendes Element in zwei Teilkammern unterteilt wird.
Hintergrund der Erfindung
Nockenwellenverstellvorrichtungen dieser Art sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Beispielsweise in der DE 198 08 618 A1 , in der DE 199 51 391 A1 und in der DE 102 53 496 A1 sind Lösungen beschrieben, bei denen ein Innenrotor über eine Zentralschraube mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine verschraubt ist. Der Außenrotor steht über eine Kette oder über einen Zahnriemen mit der Kurbelwelle in Wirkverbindung. Zwischen Innenrotor und Außenrotor kann – gesteuert über eine äußere hydraulische Beaufschlagung – eine Relativdrehbewegung eingeleitet werden. Hierzu ist der Innenrotor als Flügelrad ausgebildet, das Nuten für die Aufnahme von Flügeln aufweist. Ebenso denkbar ist eine Ausführungsform, in der die Flügel einteilig mit dem Innenrotor ausgebildet sind. Die Flügel teilen eine Hydraulikkammer in zwei Bereiche. Durch entsprechende Beaufschlagung des jeweiligen Abschnitts der Hydraulikkammer kann eine Verstellung des Innenrotors relativ zum Außenrotor zwischen einem „Frühanschlag” bis zu einem „Spätanschlag” erfolgen.
Um sicherzustellen, dass die Flügel radial nach außen an das radial außenliegende Ende der Hydraulikkammer gedrückt werden, um so die beiden Abschnitte der Hydraulikkammer mittels des Flügels dicht abzugrenzen, ist es aus der DE 199 63 094 A1 , aus der DE 198 08 619 A1 und aus der DE 199 14 047 A1 bekannt, im Nutgrund der die Flügel tragenden Nuten ein Federelement anzuordnen, das eine radial nach außen gerichtete Kraft auf den Flügel ausübt.
Aus der DE 100 15 835 B4 und aus der DE 101 03 876 A1 sind Lösungen bekannt, bei denen zum Erzeugen eines Schmierfilms Ringnuten in einem Bauteil des Nockenwellenverstellers angeordnet sind. Die Ringnuten können an der vorderen Oberfläche der einen Platte angeordnet sein, die die Hydraulikkammern begrenzt und die der axialen Endfläche des Innenrotors zugewandt ist. Das Hydraulikfluid kann dann aus der Hydraulikkammer in die Nut über einen schmalen Spalt zwischen der Oberfläche der Platte und der axialen Endfläche des Innenrotors eintreten. Das Fluid wird in der Ringnut gehalten, um einen Fluidgleitfilm zwischen den Bauteilen aufrecht zu erhalten.
Wenngleich es mit den vorbekannten Lösungen bereits möglich ist, einen guten Wirkungsgrad der Anordnung zu erreichen, stellen Leckageverluste nach wie vor ein Problem derartiger Nockenwellenversteller dar. Aufgrund der fertigungs- und funktionsbedingten Spalte zwischen den einzelnen Komponenten des Nockenwellenverstellers treten sowohl interne als auch externe Leckagen auf. Die interne Leckage ist unter anderem dadurch bedingt, dass Hydraulikfluid von dem einen Bereich der Hydraulikkammer in die Nut eindringt, die den Flügel trägt, und über den Nutgrund zum anderen Bereich der Hydraulikkammer gelangt.
Das Leckageverhalten ist ein wichtiges Qualitätskriterium eines Nockenwellenverstellers, da hierdurch die Größe, also der Einbauraum und das Gewicht, des Verstellers mit bestimmt wird und dadurch auch auf die Auslegung der Ventile, Ölpumpen etc. Einfluss genommen wird.
Nachteilig ist bei den vorbekannten Lösungen, dass die auftretende Leckage insgesamt noch zu hoch ist. Zwar kann die Senkung der internen Leckage durch eine engere Tolerierung der einzelnen Bauteile zueinander erreicht werden. Die dabei benötigte Fertigungsgenauigkeit hat jedoch erheblich höhere Herstellkosten zur Folge, weshalb das kein gangbarer Weg ist, um das Leckageverhalten, insbesondere das interne Leckageverhalten, des Verstellers wesentlich zu verbessern. Kostentreibend sind auch zusätzliche Dichtelemente, die darüber hinaus das Gewicht des Verstellers in nachteiliger Weise erhöhen.
Die JP H11-182 216 A zeigt einen Nockenwellenversteller mit einer Vielzahl von Nuten in einem seiner Bauteile, welche mit einer diesen gegenüberliegenden Fläche eine Labyrinthdichtung ausbilden.
Die DE 198 34 843 A1 zeigt eine Einrichtung zur relativen Drehlagenänderung einer Welle zum Antriebsrad hat eine Verstellvorrichtung mit zwei gegeneinander wirkenden Druckräumen, die über eine Druckmittelpumpe beaufschlagbar sind. Die Verstellvorrichtung besteht aus einem Innenteil mit Stegen, die durch Stege eines Zellenrades gebildeten Räume in die entsprechenden Druckräume unterteilt. In die den Stegen des Innenteils zugewandten Umfangsfläche des Zellenrades sind eine Vielzahl von axial verlaufenden Vertiefungen eingearbeitet, die zur Aufnahme von Schmutzpartikeln dienen, die durch das Druckmittel in die Druckräume eingetragen werden.
Die DE 100 15 835 B4 zeigt eine Ventilzeitensteuerungsvorrichtung, mit einem drehenden Element, welches mit einem von einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine oder einer Nockenwelle davon dreht; einem Drehübertragungselement, welches mit dem anderen von der Nockenwelle oder Kurbelwelle dreht und einen zylindrischen Gehäuseabschnitt, der um die Umfangsfläche des drehenden Elements angeordnet ist, und einen Kreisscheibenabschnitt hat, der an einem Ende des zylindrischen Gehäuseabschnitts befestigt ist und ein Ende des drehenden Elements gleitend berührt; einem an dem drehenden Element vorgesehenen Flügel; einer Druckkammer, die zwischen dem drehenden Element und dem Drehübertragungselement angeordnet und durch den Flügel in eine Voreilkammer und eine Nacheilkammer unterteilt ist; und einer Ölhalteeinrichtung, die zwischen dem Kreisscheibenabschnitt des Drehübertragungselements und dem drehenden Element angeordnet ist.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Nockenwellenversteller der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass insbesondere die internen Leckageverluste reduziert werden. Dabei sollen die Herstellkosten des Verstellers jedoch nicht bzw. nicht nennenswert erhöht werden. Weiterhin soll der Versteller durch die vorgesehenen Maßnahmen nicht schwerer werden. Hinsichtlich der Montage des Verstellers sollen sich die vorgeschlagenen Maßnahmen nicht negativ auswirken. Wichtig ist ferner, dass die vorzuschlagende Lösung wartungsfrei ist, wodurch die Instandhaltungskosten des Verstellers nicht nachteilig beeinflusst werden sollen. Insgesamt soll sich ein höherer Wirkungsgrad des Verstellers ergeben, ohne dass andere Faktoren, wie Gewicht oder Herstellkosten, negativ beeinflusst werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch die Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Es ist es erfindungsgemäß möglich, dass die Labyrinthdichtung durch mindestens einen an dem einen Bauteil angeordneten Steg gebildet wird, der in eine korrespondierende, kongruente Ausnehmung an dem anderen Bauteil eintaucht. Hierbei sind vorzugsweise eine Vielzahl von Stegen bzw. Ausnehmungen vorgesehen.
Die Labyrinthdichtung kann erfindungsgemäß auch durch nur einen an dem einen Bauteil angeordneten Steg gebildet werden, der einer ebenen Fläche am anderen Bauteil gegenüberliegt. Vorzugsweise sind eine Vielzahl von Stegen vorgesehen, die parallel zueinander angeordnet sind.
Die Labyrinthdichtung kann erfindungsgemäß durch mindestens einen an dem einen Bauteil angeordneten Steg gebildet werden, der mindestens einem an dem anderen Bauteil angeordneten Steg gegenüberliegt, wobei auch hier wieder vorzugsweise eine Vielzahl von Stegen vorgesehen ist.
Der mindestens eine Steg und/oder die mindestens eine Ausnehmungen haben bevorzugt im Schnitt eine rechteckige Form, die Form einer Raute und/oder die Form eines Dreiecks. Weiterhin können der mindestens eine Steg und/oder die mindestens eine Ausnehmung im Schnitt die Form eines Sägezahns, eines Trapezes oder eine bogenförmige Form aufweisen. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Stege mittels einer bogenförmigen Struktur ineinander übergehen. Vorzugsweise ist eine selbstreinigende Profilform vorzusehen.
Die Höhe der Stege und/oder die Tiefe der Ausnehmungen liegen bevorzugt zwischen 0,1 mm und 5 mm. Für die Breite der Stege und/oder die Breite der Ausnehmungen haben sich Werte zwischen 0,5 mm und 2,5 mm bewährt.
Die erfindungsgemäße Labyrinthdichtung kann an verschiedenen Stellen bzw. bei verschiedenen Bauteilpaarungen im Nockenwellenversteller zum Einsatz kommen.
Das eine Bauteil kann der Innenrotor und das andere Bauteil eine Seitenwand sein, die die Hydraulikkammer begrenzt.
Das eine Bauteil kann auch der Innenrotor und das andere Bauteil der Außenrotor sein.
Ferner kann die Vorrichtung ein in einer Bohrung des Innenrotors oder des Außenrotors angeordnetes, vorzugsweise zylinderförmiges Verriegelungselement aufweisen, wobei dann die beiden Bauteile, zwischen denen die Labyrinthdichtung angeordnet ist, der Innenrotor oder der Außenrotor und das Verriegelungselement sind.
Besonders bevorzugt ist das sich vom Innenrotor radial nach außen erstreckende Element, das die Hydraulikkammer teilt, ein in einer Nut angeordneter Flügel oder ein einteilig mit dem Innenrotor ausgebildeter Flügel. Dann ist vorgesehen, dass das eine Bauteil der Innenrotor und das andere Bauteil der Flügel ist, zwischen denen die Labyrinthdichtung vorliegt. Genauso kann vorgesehen werden, dass das eine Bauteil eine Seitenwand und das andere Bauteil der Flügel ist.
Der mindestens eine Steg und/oder die mindestens eine Ausnehmung der Labyrinthdichtung können in Achsrichtung oder in radiale Richtung verlaufen.
Stege bzw. Ausnehmungen können auch zumindest abschnittsweise um die Drehachse der Vorrichtung herum verlaufen. Eine spezielle Ausführungsform sieht vor, dass der mindestens eine Steg und/oder die mindestens eine Ausnehmung der Labyrinthdichtung zumindest abschnittsweise um die Drehachse der Vorrichtung spiralförmig verlaufen, wodurch ein Fluidfördereffekt erzielbar ist.
Durch die vorgeschlagene Lösung ergeben sich verschiedene Vorteile: Interne Leckageverluste im Versteller werden erheblich herabgesetzt. Der Leckage-Ölfluss zwischen zwei Bauteilen, die gegen den Fluss von Hydraulikfluid möglichst dicht gehalten werden müssen, kann reduziert werden. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Verstellers erhöht. Reduzierungen der Leckage von bis zu 20% sind erreichbar.
Durch den Erfindungsvorschlag erfolgt dies in fertigungstechnisch sehr einfacher Weise, so dass keine nennenswerten oder gar keine Zusatzkosten durch die Umsetzung der Erfindung entstehen. Im Gegenteil kann es zu Kostensenkungen kommen, wenn auf andere Maßnahmen zur Verminderung der Leckage verzichtet wird. Namentlich ist es möglich, auf eine sehr enge Tolerierung der Bauteile zu verzichten, da durch die vorgeschlagenen Maßnahmen auch bei größerer Toleranz noch hinreichende Dichtigkeit sichergestellt ist.
Die Montage des Verstellers ist positiv beeinflusst, da keine zusätzlichen Bauteile für die Umsetzung der Erfindung nötig sind.
Eine Wartung der erfindungsgemäßen Elemente ist nicht erforderlich, so dass auch insofern keine höheren Kosten fällig sind. Die vorgeschlagene Lösung arbeitet auch ohne jegliche Wartungsmaßnahmen absolut zuverlässig. Ein Nachstellen der Elemente ist nicht erforderlich.
Das Gewicht des Verstellers wird – im Vergleich mit vorbekannten Lösungen – nicht erhöht. Es kann sogar vermindert werden, wenn durch die Erfindung auf aufwändigere und schwerere Lösungen verzichtet werden kann; ferner reduziert sich das Gewicht generell durch die Fortnahme von Material, um die Stege bzw. Ausnehmungen herzustellen.
Die gesamten Abmessungen des Verstellers werden durch den Erfindungsvorschlag nicht verändert, so dass der Bauraum des Verstellers unverändert bleibt. Eine Umsetzung der vorgeschlagenen Lösung in Serienprodukte ist problemlos möglich. Generell kann das Verstellsystem sogar etwas kleiner bauen.
Durch die Reibungsfreiheit der Labyrinthdichtung ergeben sich keine nachteiligen Effekte bezüglich des Wirkungsgrads des Nockenwellenverstellers. Es kommt auch zu einem reduzierten Wärmeaustausch zwischen den Bauteilen durch das an der Grenzfläche der Bauteile angeordnete Labyrinth.
Es sind höhere Verstellgeschwindigkeiten des Nockenwellenverstellers möglich, da die Reibung zwischen den Bauteilen herabgesetzt ist. Durch das Labyrinth ergibt sich auch eine verbesserte Schmierung, so dass der Verschleiß der Bauteile herabgesetzt ist; die Bauteile können schneller gegeneinander „aufschwimmen”, insbesondere auch schon bei geringen Temperaturen, also auch im kalten Zustand.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 die Vorderansicht eines Nockenwellenverstellers (Schnitt C-D gemäß 2), dargestellt ohne Nebenaggregate,
2 die Schnittdarstellung des Nockenwellenverstellers in der Seitenansicht (Schnitt A-B gemäß 1),
3 den Innenrotor des Nockenwellenverstellers in perspektivischer Darstellung,
4 den Außenrotor des Nockenwellenverstellers in perspektivischer Darstellung,
5 einen Flügel des Nockenwellenverstellers in perspektivischer Darstellung,
6 den Ausschnitt des Nockenwellenverstellers in perspektivischer Darstellung,
7 ein Verriegelungselement des Nockenwellenverstellers in perspektivischer Darstellung und
7a eine Vorderansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Nockenwellenverstellers,
8a–h schematisch den Schnitt durch die Labyrinthdichtung in verschiedenen Ausführungsformen.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In 1 und 2 ist teilweise nur schematisch ein Nockenwellenversteller 1 dargestellt. Es weist einen Innenrotor 3 und einen Außenrotor 4 auf, die relativ zueinander mittels einer nicht dargestellten hydraulischen Verstellmechanik zwischen zwei Endpositionen eingestellt werden können. Exemplarisch wird auf die DE 101 35 146 A1 hingewiesen, wo die übliche Wirkungsweise eines hydraulischen Nockenwellenverstellers erläutert ist.
Über eine nicht dargestellte Kette wird eine Wirkverbindung zwischen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und dem Antriebszahnrad 18 hergestellt, das drehfest mit dem Außenrotor 4 verbunden ist und dessen Körper gleichzeitig eine erste Seitenwand 5 bildet. Die nicht dargestellte Verstellmechanik stellt eine relative Drehstellung zwischen Außenrotor 4 und Innenrotor 3 her. Der Innenrotor 3 ist über eine Zentralschraube 19 drehfest mit einer Nockenwelle 2 der Brennkraftmaschine verschraubt. Der Versteller 1 rotiert um die Drehachse 17.
Der Außenrotor 4 weist im Ausführungsbeispiel fünf eingearbeitete Ausnehmungen auf, die Hydraulikkammern 7 bilden. Diese werden – s. 2 – einerseits durch die bereits genannte Seitenwand 5 und andererseits durch eine zweite Seitenwand 6 begrenzt.
In den Innenrotor 3 sind im Ausführungsbeispiel fünf Nuten 16 eingearbeitet, die sich vorliegend in radiale Richtung r und entlang der axialen Richtung a erstrecken. In jede Nut 16 ist ein Flügel 8 eingesteckt. Der Flügel 8 erstreckt sich in seinem montierten Zustand radial bis an die äußere radiale Begrenzung der Hydraulikkammer 7. Dadurch wird die Hydraulikkammer 7 in zwei Teilkammern 9 und 10 unterteilt, die jeweils – was nicht näher dargestellt ist – mit Hydraulikleitungen in Verbindung stehen, über die Hydraulikfluid in die Teilkammern 9, 10 eingeleitet werden kann. Der Flügel 8 kann grundsätzlich auch als Dichtleiste oder ähnliches Element ausgebildet sein, das eine Unterteilung der Hydraulikkammer 7 in zwei Teilkammern 9, 10 bewerkstelligen kann. In axiale Richtung a betrachtet, erstreckt sich der Flügel 8 über eine gewisse Breite (s. 2).
Damit der Flügel 8 dicht an der äußeren radialen Begrenzungsfläche der Hydraulikkammer 7 anliegt, ist im Bereich des Nutgrundes 20 (s. 3) ein Federelement 21 angeordnet, wie es im Stand der Technik bekannt ist.
In den 3 bis 7 ist zu sehen, wie jeweils zwei aneinander angrenzende Bauteile des Nockenwellenverstellers 1, die gegen den Fluss von Hydrauliköl dichtend auszubilden sind, mit einer Labyrinthdichtung 11 versehen sind, um einen möglichst hohen Grad an Dichtigkeit herzustellen.
Der in 3 dargestellte Innenrotor 3 weist an seinen Stirnseiten je eine Labyrinthdichtung 11 auf, wobei in der Figur drei parallel zueinander verlaufende Stege 12, 12', 12'' vorgesehen sind. Im eingebauten Zustand haben die Stege 12, 12', 12'' zu den angrenzenden Seitenwänden 5, 6 einen geringen Abstand, wodurch der Labyrinth-Dichtungseffekt erzeugt wird.
Der Außenrotor 4 gemäß 4 weist gleichermaßen mehrere parallel zueinander verlaufende Stege 12 auf, die die Labyrinthdichtung 11 bilden und die der zylindrischen Außenfläche 22 des Innenrotors 3 (s. 3) eng benachbart gegenüberliegen.
Der in 5 dargestellte Flügel 8 haben in deren beiden Seitenbereichen jeweils Stege 12 der Labyrinthdichtung 11. In der Mitte des Flügels 8 ist eine Ausnehmung 23 vorgesehen, in der das Federelement 21 (s. 2) platziert werden kann. Weiterhin ist die von der Ausnehmung 23 abgewandte Stirnseite des Flügels 8 ebenfalls mit Stegen 12 versehen, wodurch in montiertem Zustand eine Labyrinthdichtung 11 zwischen den Flügeln 8 und dem Außenrotor 4 ausgebildet ist. Dies ist in 6 gezeigt, in der der Nockenwellenversteller 1 in montiertem Zustand dargestellt ist
In 1 ist weiterhin Verriegelungselement 15 zu sehen, das eine im Wesentlichen zylindrische Grundkontur aufweist. Dieses Verriegelungselement 15 ist in einer Aufnahme des Innenrotors 3 aufgenommen und kann in einer definierten Grundstellung des Innenrotors 3 zum Außenrotor 4 in eine an der ersten oder zweiten Seitenwand 5, 6 ausgebildete, nicht dargestellte Kulisse eingreifen. Aus 7 geht hervor, dass das Verriegelungselement 15 gleichermaßen mit Stegen 12 versehen sein kann, so dass sich zwischen ihm und seiner Aufnahmebohrung ebenfalls eine Labyrinthdichtung 11 ergibt.
7a zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung 1. Die Vorrichtung 1 ist im Wesentlichen identisch zu der in 1 gezeigten Ausführungsform, weshalb identische Bauteile nicht erneut beschrieben werden. Der Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform besteht darin, dass die Flügel 8 einteilig mit dem Innenrotor 3 ausgebildet sind. An dem Innenrotor 3 sind an mehreren Stellen Labyrinthdichtungen 11 ausgebildet. Wie in der ersten Ausführungsform bilden in Umfangsrichtung verlaufenden, an der Nabe des Innenrotors 3 ausgebildete Stege 12, an den axialen Seitenflächen der Flügel 8 ausgebildete, radial verlaufende Stege 12 und an den radialen Begrenzungsflächen der Flügel 8 ausgebildete, axial verlaufende Stege 12 jeweils Labyrinthdichtungen 11 aus.
In den 8a bis 8h sind verschiedene schematisch dargestellte Ausgestaltungsmöglichkeiten der Labyrinthdichtung 11 zu sehen.
In 8a ist das obere nur im Ausschnitt dargestellte Bauteil mit einer Anzahl im Querschnitt rechteckiger Stege 12, 12', 12'', 12''' versehen, die einer ebenen Fläche 13 am anderen Bauteil gegenüberliegen, wobei ein enger Spalt von wenigen bis einigen Hunderstel Millimetern gebildet wird.
Die Ausführungsform gemäß 8b zeigt im Querschnitt rautenförmig ausgebildete Stege 12, 12', 12'', 12'''.
Nach 8c können die Stege 12, 12', 12'', 12''' auch in korrespondierende Ausnehmungen 14, 14', 14'', 14''' eintauchen, wobei die Stege 12 und die Ausnehmungen 14 – abgesehen von einem engen Spalt, der zwischen ihnen gebildet wird – kongruent ausgebildet sind.
Gemäß 8d liegen im Querschnitt dreieckförmige Stege 12 solchen mit rechteckigem Querschnitt gegenüber.
Die Lösung gemäß 8e ähnelt derjenigen nach 8c, wobei hier jedoch durch die schmalere Ausbildung der Stege 12 bzw. breitere Ausbildung der Ausnehmungen 14 eine höhere Toleranz gegenüber Bewegungen zur Seite gegeben ist.
Die Ausführungsform gemäß 8f zeigt im Querschnitt trapezförmig ausgebildete Stege 12, 12', 12'', 12''' bzw. Ausnehmungen 14, 14', 14'', 14'''.
Die Ausführungsform gemäß 8g zeigt im Querschnitt sägezahnförmig ausgebildete Stege 12, 12', 12'', 12'''. Das Profil eines Steges 12, 12', 12'', 12''' kann beispielsweise aus zwei Kreisbögen zusammengesetzt sein, wobei der Radius des Bogens der einen Seite des Profils größer ist, als der Radius des Bogens der anderen Seite.
Die Ausführungsform gemäß 8h zeigt im Querschnitt trapezförmig ausgebildete Ausnehmungen 14, 14', 14'', 14''', bzw. Stege 12, 12', 12'', 12''', die mittels bogenförmigen Strukturen ineinander übergehen.
Die Breite b der Stege 12 und B der Ausnehmungen 14 sowie die Höhe H der Stege 12 und die Tiefe T der Ausnehmungen 14 liegen üblicherweise im Bereich von 0,1 mm bis 5 mm.
Die Nut 16 erstreckt sich im Ausführungsbeispiel in axiale Richtung a; es kann aber auch vorgesehen werden, dass die Nut 16 schräg zur axialen Richtung verläuft.
Das Federelement 21 kann – wie im Ausführungsbeispiel – als separates Element verwendet werden, das bei der Montage mit dem Flügel 8 gepaart wird. Es kann aber auch vorgesehen werden, dass das Federelement 21 mit dem Flügel 8 verbunden wird, beispielsweise durch Verkleben oder durch Anvulkanisieren.
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird die interne Leckage des Nockenwellenverstellers 1 wesentlich reduziert, ohne dass dies nachteilig bei den Herstell- bzw. Montagekosten zu Buche schlagen würde. Die Labyrinthdichtung, die als berührungsfreie Drosseldichtung ausgebildet ist, sichert wartungsfrei eine gute Dichtigkeit zwischen den Bauteilen. Dabei wird die Dichtwirkung durch eine erhöhte Reibung in der turbulenten Fluidströmung erzeugt, die im Bereich des Labyrinths entsteht. Verschleiß, Heißlaufen oder Verunreinigungen des Hydraulikfluids sind nicht zu befürchten.
Beschränkungen bezüglich des möglichen Temperaturbereichs, der Relativgeschwindigkeit und der zum Einsatz kommenden Werkstoffe bestehen nicht.
Die Bauteile des Nockenwellenverstellers können in bekannter Weise durch Umformen und Kalibrieren sowie durch alle sonstigen bekannten Herstellverfahren hergestellt werden.
Weiterhin bestehen die Bauteile des Nockenwellenverstellers bevorzugt aus Eisenwerkstoffen, beispielsweise aus Sintermetall, mit Legierungselementen. Sie können aber auch teilweise oder vollständig aus nichtmetallischem Werkstoff bestehen.
Die Stege bzw. Ausnehmungen der Labyrinthdichtung können durch ein umformendes, spanlos formgebendes oder ein spanendes Herstellverfahren produziert werden. In Frage kommen grundsätzlich auch alle anderen bekannten Herstellungsverfahren.
Die Stege bzw. Ausnehmungen dichten nicht nur die aneinander grenzenden Bauteile gegeneinander ab, sie bilden auch Schmiertaschen, die für eine geringe Reichung zwischen den Bauteilen sorgen. Da durch die Stege bzw. Ausnehmungen auch die Oberfläche der Bauteile vergrößert wird, führt das Labyrinth auch zu einem verbesserten Wärmetransport, d. h. es ist eine bessere Kühlung möglich.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung
2: Nockenwelle
3: Innenrotor
4: Außenrotor
5: erste Seitenwand
6: zweite Seitenwand
7: Hydraulikkammer
8: Flügel
9: erste Teilkammer
10: zweite Teilkammer
11: Labyrinthdichtung
12: Steg
12': Steg
12'': Steg
12''': Steg
13: ebene Fläche
14: Ausnehmung
14': Ausnehmung
14'': Ausnehmung
14''': Ausnehmung
15: Verriegelungselement
16: Nut
17: Drehachse
18: Antriebszahnrad
19: Zentralschraube
20: Nutgrund
21: Federelement
22: zylindrische Außenfläche
23: Ausnehmung
H: Höhe des Stegs
T: Tiefe der Ausnehmung
b: Breite des Stegs
B: Breite der Ausnehmung
a: Achsrichtung
r: radiale Richtung

Claims

Vorrichtung (1) zur Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine, die einen mit einer Nockenwelle (2) drehfest verbundenen Innenrotor (3) aufweist, der relativ zu einem mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Außenrotor (4) drehbar verstellbar ist, wobei in den Außenrotor (4) mindestens eine durch Seitenwände (5, 6) begrenzte Hydraulikkammer (7) eingebracht ist und wobei diese durch ein sich vom Innenrotor (3) radial nach außen erstreckendes Element (8) in zwei Teilkammern (9, 10) unterteilt wird, wobei mindestens zwischen zwei gegen den Fluss von Hydrauliköl gegeneinander abzudichtenden und aneinander angrenzenden Bauteilen (3, 4, 5, 6, 8) der Vorrichtung (1) eine Labyrinthdichtung (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtung (11) durch mindestens einen an dem einen Bauteil (3, 4, 5, 6, 8) angeordneten Steg (12, 12', 12'', 12''') gebildet wird, der in eine korrespondierende, kongruente Ausnehmung (14, 14', 14'', 14''') an dem anderen Bauteil (3, 4, 5, 6, 8) eintaucht.
Vorrichtung (1) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtung (11) durch nur einen an dem einen Bauteil (3, 4, 5, 6, 8) angeordneten Steg (12, 12', 12'', 12''') gebildet wird, der einer ebenen Fläche (13) am anderen Bauteil (3, 4, 5, 6, 8) gegenüberliegt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von an dem einen Bauteil (3, 4, 5, 6, 8) angeordneten Stegen (12, 12', 12'', 12'''), die in korrespondierende, kongruente Ausnehmungen (14, 14', 14'', 14''') an dem anderen Bauteil (3, 4, 5, 6, 8) eintauchen.
Vorrichtung (1) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtung (11) durch mindestens einen an dem einen Bauteil (3, 4, 5, 6, 8) angeordneten Steg (12, 12', 12'', 12''') gebildet wird, der mindestens einem an dem anderen Bauteil (3, 4, 5, 6, 8) angeordneten Steg (12, 12', 12'', 12''') gegenüberliegt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Steg (12, 12', 12'', 12''') und/oder die mindestens eine Ausnehmung (14, 14', 14'', 14''') im Schnitt eine rechteckige Form aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Steg (12, 12', 12'', 12''') und/oder die mindestens eine Ausnehmung (14, 14', 14'', 14''') im Schnitt die Form einer Raute aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Steg (12, 12', 12'', 12''') und/oder die mindestens eine Ausnehmung (14, 14', 14'', 14''') im Schnitt die Form eines Dreiecks aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (H) des mindestens einen Stegs (12, 12', 12'', 12''') und/oder die Tiefe (T) der mindestens einen Ausnehmung (14, 14', 14'', 14''') 0,5 mm bis 2,5 mm beträgt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (b) des mindestens einen Stegs (12, 12', 12'', 12''') und/oder die Breite (B) der mindestens einen Ausnehmung (14, 14', 14'', 14''') 0,1 mm bis 5 mm beträgt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Bauteil der Innenrotor (3) und das andere Bauteil eine Seitenwand (5, 6) ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Bauteil der Innenrotor (3) und das andere Bauteil der Außenrotor (4) ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein in einer Bohrung des Innenrotors (3) oder des Außenrotors (4) angeordnetes, vorzugsweise zylinderförmiges Verriegelungselement (15) aufweist und das eine Bauteil der Innenrotor (3) oder der Außenrotor (4) und das andere Bauteil das Verriegelungselement (15) ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das sich vom Innenrotor (3) radial nach außen erstreckende Element (8) ein in einer Nut (16) angeordneter Flügel ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das sich vom Innenrotor (3) radial nach außen erstreckende Element (8) ein einstückig mit dem Innenrotor (3) ausgebildeter Flügel ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Bauteil der Innenrotor (3) und das andere Bauteil der Flügel (8) ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Bauteil eine Seitenwand (5, 6) und das andere Bauteil der Flügel (8) ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Steg (12, 12', 12'', 12''') und/oder die mindestens eine Ausnehmung (14, 14', 14'', 14''') der Labyrinthdichtung (11) in Achsrichtung (a) verlaufen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Steg (12, 12', 12'', 12''') und/oder die mindestens eine Ausnehmung (14, 14', 14'', 14''') der Labyrinthdichtung (11) in radiale Richtung (r) verlaufen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Steg (12, 12', 12'', 12''') und/oder die mindestens eine Ausnehmung (14, 14', 14'', 14''') der Labyrinthdichtung (11) zumindest abschnittsweise um die Drehachse (17) der Vorrichtung (1) herum verlaufen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Steg (12, 12', 12'', 12''') und/oder die mindestens eine Ausnehmung (14, 14', 14'', 14''') der Labyrinthdichtung (11) zumindest abschnittsweise um die Drehachse (17) der Vorrichtung (1) spiralförmig verlaufen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Steg (12, 12', 12'', 12''') und/oder die mindestens eine Ausnehmung (14, 14', 14'', 14''') im Schnitt die Form eines Sägezahns aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Steg (12, 12', 12'', 12''') und/oder die mindestens eine Ausnehmung (14, 14', 14'', 14''') im Schnitt die Form eines Trapezes aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Steg (12, 12', 12'', 12''') im Schnitt bogenförmig ausgeführt ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ausnehmung (14, 14', 14'', 14''') im Schnitt bogenförmig ausgeführt ist.