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Die
Erfindung betrifft einen schwenkmotorartigen Nockenwellenversteller.
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Nockenwellenversteller
nach dem Schwenkmotorprinzip werden in der Fachwelt nach einer üblichen
Kategorisierung in zwei Klassen eingeteilt, dem kettengetriebenen
Nockenwellenversteller und dem riemengetriebenen Nockenwellenversteller.
Von einer Kette oder einem Riementrieb angetrieben verstellt der
Nockenwellenversteller die Öffnungs-
und Schließzeiten
der Gaswechselventile gegenüber
der antreibenden Welle, wie zum Beispiel der Kurbelwelle, zu einem
früheren
oder späteren
Zeitpunkt, um umweltfreundlichere Eingriffe auf den Verbrennungsablauf
in den Brennkammern der Verbrennungskraftmaschine zu nehmen. Hierbei
wird durch die Ölbefüllung, bzw.
durch die Befüllung
mit einem anderen geeigneten Hydraulikmedium, der sich zwischen
Rotor und Stator des Nockenwellenverstellers bildenden gegenläufigen Kammern
die Nockenwelle entweder in Richtung „Früh" oder in Richtung „Spät" verstellt. Die Verstellung wird durch
eine Rückstellfeder zwangsgesteuert,
um zum Beispiel bei fehlendem Öldruck
eine bestimmte Vorzugsposition des Rotors gegenüber dem Stator sicherzustellen,
und so eine Notlaufeigenschaft der Verbrennungskraftmaschine trotz
Schadens am Ölkreislauf
zu gewährleisten.
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Der
Rotor ist nach bekannten Ausführungsformen
mit einer spiralartigen oder einer druckfederartigen Feder vorgespannt,
so dass der Rotor in eine Ruheposition über die Entlastungsbewegung
der Feder drängt,
sofern kein ausreichendes Gegendrehmoment in dem Nockenwellenversteller
herrscht.
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Spiralfeder
im Sinne dieser Offenbarung sind solche Federn, die mit ansteigendem
Radius in einer Ebene von Innen nach Außen laufen.
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Ein
bestimmter Typ kettengetriebener Nockenwellenversteller ist aus
der deutschen Patentanmeldung
DE 103 39 668 A1 (Aisin Seiki K.K. vom 28.08.2003)
bzw. aus der äquivalenten
US-Schrift
US 6782854
B2 bekannt, die in der
1 schematisch
einen Nockenwellenversteller mit Druckfeder darstellt, dessen Federraum
sowohl im Rotor als auch im Statordeckel angeordnet ist. Aus dem
gleichen Haus stammt auch die Darstellung eines kettengetriebenen
Nockenwellenverstellers, der gem. dem europäischen Patent
EP 0 806 550 B1 (Aisin Seiki K.K.
vom 26.03.1996) bzw. der äquivalenten US-Schrift
US 5775279 A in
8 seine
druckfederartige Zwangsverstellung vollständig im Deckel angeordnet hat.
In beiden Ausführungsformen
ist eine besondere Erhebung im Deckel des Stators vorzusehen, die
umlaufend um das Zentrum des Verstellers, in dem die Nockenwelle
angebunden ist, einen Hohlraum unterhalb bildet, in dem die Feder
angeordnet werden kann. Ähnlich
gestaltet ist auch der Nockenwellenversteller nach der Offenlegungsschrift
DE 198 49 959 A1 (Aisin
Seiki K.K. vom 29.10.1998) bzw. der äquivalenten US-Schrift
US 6039016 A .
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Die
kettengetriebenen Nockenwellenversteller werden in der Regel leckagebehaftet
im Ölkreislauf
der Verbrennungskraftmaschine angeordnet, um oberflächenbespült, sowohl
innwandig als auch außenwandig,
den Nockenwellenversteller ständig
mit Öl
zu überziehen.
Beim riemengetriebenen Nockenwellenversteller wird eine andere Idee
verfolgt. Der Nockenwellenversteller ist nach Außen bis auf Anschlusspunkte
für den Ölzu- und
den Ölabfluss
in die sich bildenden Kammern möglichst
vollständig
dicht aufgebaut, damit möglichst
wenig Motoröl
die Umwelt verschmutzen kann. Als weiterer Durchtrittspunkt für Öl kann ein
Leckageölkanal
vorgesehen sein, der das Hydrauliköl, das zum Beispiel aus den Hydraulikkammern
in die Federteilungsebene diffundiert, in den Ölkreislauf zurückführt, ohne Öl an die Umwelt
abzugeben. Ein Nockenwellenversteller mit den drei Öldurchtrittspunkten
Zuführkanal,
Abführkanal
und Leckageölkanal,
der ansonsten dicht ist, gilt als hydraulisch dichter Nockenwellenversteller
im Sinne dieser Erfindungsoffenbarung.
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Der
Rotor liegt in dem ölhaltigen
Raum, der sich in mehrere Kammern unterteilt, wobei gängige Rotoren
an einem als Ring ausgestalteten Rotorkern angeformte Flügel aufweisen.
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Bei
riemengetriebenen Nockenwellenverstellern, die nicht unter einer
Motoraußenwand
abgedeckt liegend, ständig
in Öl gebadet
werden, sondern vollständig
dicht über
die geforderte Betriebszeit kein Leckageöl in die Umwelt abgeben sollen,
ist ein weit verbreiteter Aufbau bisher so gewesen, dass der Nockenwellenversteller
mit mehreren Teilungsebenen ausgestattet war, so dass Undichtigkeiten
der Ölarbeitsebene,
das ist die Ebene, in der sich die Kammern befinden, durch den vorgelagerten
Federraum abgefangen werden konnte. Hierbei nimmt der Nockenwellenversteller
einen wesentlichen Raum innerhalb des vom Riementrieb umschlossenen
Bereichs ein.
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Als
hydraulisch dicht wird der Nockenwellenversteller dann betrachtet,
wenn durch die zugeordnete Teilungsebene, gebildet aus dem vorgelagerten Federraum,
nach Außen
nur noch eine Restölmenge unterhalb
von wenigen Millilitern pro eintausend Stunden treten kann.
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Die
gewählten
mehrfachen Teilungsebenen führen
zu einem erhöhten
Aufbau der Bauteile, die zueinander abgedichtet werden müssen. Je
mehr Bauteile eingesetzt werden, desto schwerer wird der Nockenwellenversteller,
so dass die Motorenhersteller den riemengetriebenen Verbrennungsmotor
nicht nur als minderwertigen Motor einstufen, sondern ihn auch als
Motor mit den klobigen Nockenwellenverstellern häufig bezeichnen. Die Erfinder
wollten zeigen, dass das Vorurteil ungerechtfertigt ist, und suchten
nach einer Konstruktion, die mit der Auffassung dadurch aufräumt, dass
die Konstruktion auch für kleinvolumige
Massenmotoren eingesetzt werden kann.
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Mehrere
konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltungen für dieses selbstgesteckte Ziel
werden in den Ausführungsbeispielen
gezeigt, die durch Anspruch 1 beschrieben werden. Vorteilhafte Weiterbildungen werden
in den abhängigen
Ansprüchen
dargestellt.
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Besonders
interessant ist die Erfindung für Flachversteller,
das sind solche Versteller, die mit einer maximalen Bauhöhe von weniger
als 6 cm, vorzugsweise weniger als 4 cm, auskommen, um in der, sich
durch den aus dem Umschlingungstrieb gebildeten Raum des Riementriebs
ergebenden, maximalen Bauhöhe
zu bleiben. Hierbei steht maximal der Deckel des Stators oder eine
entsprechende Höhe
des Bodens unter dem Riementrieb hervor.
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Der
Nockenwellenversteller wird in seiner, von einer Seite betrachteten,
Schnittebene dann als gestuft bezeichnet, wenn er nahezu rechteckige
Räume,
die ineinander übergehend
sein können,
aufweist, deren Ecken jedoch fertigungstechnisch bedingt gewisse
Rundungen, z. B. durch einen Fräser, aufweisen.
Solche Rundungen können
zum Beispiel einen Radius mit bis zu 5 mm zeigen.
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Als
Federraum wird der Raum im Rotor bezeichnet, der vorgehalten wird,
damit eine Feder aufgenommen werden kann.
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Insbesondere
bei Spiralfedern, die für
sich nur einen ringförmigen
Federraum benötigen,
bildet sich ein Federleerraum, der im Inneren, zwischen dem Draht
der Federn, liegt. Nach einem Ausgestaltungsbeispiel ist der Federleerraum
insgesamt leer. Nach einem alternativen Ausgestaltungsbeispiel wird der
Federleerraum dazu genutzt, funktionelle Bauteile oder Funktionen
zu platzieren. In diesem Fall verläuft der Rotor von der Seite
her betrachtet zunächst in
einer sich verringernden Höhe
und dann nach Außen
hin aufbauend.
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Um
den Umweltanforderungen beim riemengetriebenen Nockenwellenversteller
gerecht zu werden, richteten sich besondere Untersuchungen auf die
Dichtigkeit des Nockenwellenverstellers, der ohne zusätzliche
Teilungsebene auskommen sollte. Somit beeinflusst die konstruktive
Anordnung der Verlagerung der Feder in den Rotor die Materialwahl, die
Bearbeitung und die Anordnung.
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Zur
Erzeugung einer ausreichenden Dichtigkeit des Nockenwellenverstellers
müssen
die Bauteile selber eine ausreichende Dichtigkeit gegen durchdiffundierendes Öl zeigen
und an ihren Rand- und Übergangsbereichen
durch geeignete Dichtungstechnik abgedichtet sein.
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Der
Nockenwellenversteller kann aus unterschiedlichen Materialien gefertigt
sein, es bietet sich an, entweder ein Metall oder einen Kunststoff
zu verwenden. Wenn der strukturelle Aufbau des Materials keine ausreichende
Dichtigkeit aufweist, ist ein weiterer Behandlungsschritt notwendig,
um abschließend die Öldichtigkeit
des Bauteiles herzustellen.
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Insbesondere
beim Sintern wird häufig
das metallurgische Pulver auf eine Dichte von circa 7 kg/dm3 verpresst. In der Regel liegt die tatsächliche Enddichte
des Materials aber in einem Bereich von 7,85 kg/dm3.
Daher ist das gesinterte Bauteil von sich aus mit einer Porosität, die das
Durchdiffundieren des Hydraulikmediums erlaubt. In einem anschließenden Prozess
bieten sich unterschiedliche Möglichkeiten
an, abschließend
die Dichtigkeit zu erzeugen. Mögliche
Verfahren sind die Wasserdampfbeaufschlagung auf der Oberfläche des
Bauteils, die Imprägnierung
mit einem geeigneten Kunststoff, die galvanische Oberflächenbeschichtung,
die galvanische Nanobeschichtung und die Randdichtenerhöhung zum
Beispiel durch Rollieren oder Kugelstrahlen. Bei der Wasserdampfbeaufschlagung
in einer Atmosphäre
von ca. 500 °C
wird die molekulare Oberflächenstruktur
des gesinterten Bauteils durch eine Oxidbildung verändert, so
dass die Moleküle
größer sind
und eine öldichte
Schicht erzeugen. Statt zu sintern, bietet es sich auch an, den
Stator und weitere Bauteile des Nockenwellenverstellers durch Gießen oder
Druckgießen
herzustellen. Beim Gießen
entsteht eine Gusshaut, die eine ausreichende Dichtigkeit gegen
diffundieres Öl aufweist,
sofern sie nicht durch nachfolgende Bearbeitungsschritte beschädigt wird.
Wenn die Montage Oberflächenzerstörneigungen
hat, kann die Gusshaut noch durch eine Imprägnierung des Bauteils mit einem
Kunststoff oder einer galvanischen Oberflächenbeschichtung verbessert werden. Ähnliches
lässt sich
zum Fließpressen
bzw. dem Massivumformen sagen. Durch die Abstimmung geeigneter Kunststoffwahlen,
wie zum Beispiel mit Steinmehl versetzte Kunststoffe, können beim
Kunststoffspritzgießen
Bauteile geschaffen werden, die über
die zu garantierende Lebensdauer eine ausreichende Dichtigkeit aufweisen.
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Der
Federraum, das ist der Raum, der ohne Federleerraum im Rotor liegt,
hat eine Breite und eine Höhe.
Die Breite erstreckt sich von der Rotormitte nach außengehend
in die Flügelextremitäten. Die Höhe des Federraums
ergibt sich aus der Richtung, die in der Regel die schmalste Ausdehnung
aufweist. Nach einem Aspekt der Erfindung weist der Federraum eine
größere Breite
als Höhe
auf. Das Verhältnis
kann mit wenigstens 2:1 angegeben werden. In solchen Abmessungen
kann eine Spiralfeder mit ausreichendem Drehmoment liegen.
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Nach
einem Ausgestaltungsbeispiel liegt der Federraum auf der zur Nockenwellenaufnahmeseite mit
ihrer Vertiefung abgewandten Seite. Auf einer Seite des Rotors ist
eine Nockenwellenaufnahmevertiefung mit einer umlaufenden Schulter
angeordnet, während
auf der gegenüberliegenden
Seite des Rotors der Federraum vorgesehen ist. Die Gestaltung erlaubt
eine schnelle Montage auf den Verbrennungsmotor.
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Der
Rotorkern weist einen Rotorkernrand auf. Der Rotorkernrand umläuft den
Federraum. Er umrundet den Federraum und liegt zwischen dem Federraum
und den Flügeln.
Der Rotorkernrand muss nur eine solche Breite aufweisen, dass das Öl in den
Hydraulikkammern zwischen den Statorstegen und den Flügeln sicher
in ausreichendem Maße zurückgehalten
wird. Die Breite des Federraums beträgt in diesem Falle ein Vielfaches
der Breite des Rotorkernrandes. Diese Gestaltung trägt zur Gewichtsersparnis
bei. Gleichzeitig wird hierdurch die Trägheit des Rotors gegenüber dem
Stator verringert. Durch die geschickte Anordnung der Nockenwellenaufnahme
auf der einen Seite des Rotors und des Federraums auf der anderen
Seite des Rotors wird die rotatorische Momenteneinlenkung auf den
Rotor ausgeglichener.
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Nach
einem ersten Ausgestaltungsbeispiel stellt der Federraum einen mit
einem Hydraulikmedium durchspülten
Raum dar. Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Federraum
ein Trockenfederraum. Wenn der Federraum als Hydraulikmedium durchspülter Raum
gestaltet ist, reduziert sich die Dichtigkeitsanforderung an den
Rotorkernrand. Wenn der Federraum ein Trockenfederraum ist, beinhaltet
der Nockenwellenversteller eine geringere Ölmenge. Beide Ausgestaltungsvarianten
können
je nach Wunsch des Motorenherstellers beim erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller
gestaltet werden.
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Der
Nockenwellenversteller ist mit einem Stator und einem separaten
Deckel in einem gewählten
Ausführungsbeispiel
gestaltet worden. Wenn Deckel und Stator zwei getrennte Bauteile
sind, kann zur Erhöhung
der Öldichtigkeit
eine umlaufende, einlegbare Ringdichte oder eine umlaufende, eingespritzte
Ringdichtung, insbesondere als Zweikomponentenwerkstoff oder als
Silikonkautschuk, vorgesehen werden. Die Ringdichtung dichtet den
Hydraulikraum in Richtung auf das Riemenrad ab. Das Riemenrad wird
somit nicht ölverschmiert.
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Der
Deckel selber kann ebenfalls zweigeteilt ausgeführt sein. In diesem Falle liegt
in der Mitte ein fixierbarer, zum Beispiel durch Verschrauben zu
sichernder, Verschlussstopfen. Diese Gestaltung sichert eine zusätzliche Öldichtigkeit
zu, indem die (nicht dargestellte) Zentralschraube, mit der der
Nockenwellenversteller an die Nockenwellen zu schrauben ist, leckagedicht
abgedichtet ist.
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Das
Riemenrad selber kann eine stabilisierende Innenwand haben, die
gleichzeitig eine der Außenwände des
Stators ist. Dieser Integrationsschritt trägt zur weiteren Erhöhung der
Kompaktheit des Nockenwellenverstellers bei. Der hydraulisch dichte Raum
wird dann aus Deckeln, Stator und Innenwand des Riemenrades gebildet.
Es ist keine weitere Teilungsebene vorgesehen. Teilungsebenenfrei
liegt die Feder vollständig
im Rotor. Die Feder selber hängt
an ihrem einen Ende in einem Einhängestift des Rotors, während das
andere Ende der Feder in einem Einhängestift des Statordeckels
befestigt sein kann.
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Die
Erfindung kann noch besser verstanden werden, in dem beiliegende
Ausführungsbeispiele näher betrachtet
werden, wobei die
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1 und 2 einen
Riemenradnockenwellenversteller mit herkömmlicher, gesonderter Teilungsebene,
jedoch mit besonderen, weiterentwickelten Merkmalen zeigen,
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3 einen
ungeöffneten
erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller
darstellt,
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4 einen
erfindungsgemäßen deckellosen
Nockenwellenversteller darstellt,
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5 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen, geschnitten
Nockenwellenverstellers darstellt,
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6 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers
darstellt,
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7 das
Höhenprofil
eines erfindungsgemäßen Rotors
darstellt,
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8 den
geöffneten
Nockenwellenversteller der 4 in Schnittzeichnung
darstellt, und
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9 eine
alternative Ausgestaltung eines Rotors mit Feder und Federeinhängung zeigt.
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Ähnliche
Bauteile sind zur Förderung
des Verständnisses
mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden, obwohl geringfügige Abweichungen in
den Ausgestaltungen gegeben sein können.
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In
den 1 und 2 ist zu sehen, wie hoch ein
klassischer Nockenwellenversteller 1 baut. Insbesondere
bei kleinvolumigen Massenmotoren ist der Bauraum, der über den
Riementrieb hinausgeht, häufig
sehr begrenzt. Deswegen besteht das Bedürfnis, nur eine geringe zusätzliche
Höhe gegenüber der Breite
des Riemenrads 11, die sich aus der Lauffläche 13 des
Riemenrads 11 ergibt, zu beanspruchen. Das Riemenrad 11 ist
mit einer Anzahl Zähne 15 der Lauffläche 13 ausgestattet,
zwischen denen der Riementrieb eingreifen kann. Ein erster Versuch
der Gewichtsersparnis kann dadurch realisiert werden, dass das Riemenrad 11 über Riemenradstege 17 mit
dazwischen liegenden Riemenradausnehmungen 19 mit dem Stator 3 verbunden
ist. Selbst diese Materialersparnis ist häufig bei Nockenwellenverstellern des
Riemenradtyps nicht gängig.
Zwischen Statordeckel 21, der hier schon zweigeteilt mit
einem Verschlussstopfen 25 ausgeführt ist und dem eigentlichen
Stator 3 ist eine Zwischenplatte 23 vorgesehen, die
den Hydraulikbereich vom Bereich der Feder 9 hydraulisch
dicht über
zahlreiche Dichtungen 31, 33, 35 trennt.
Das Ausführungsbeispiel
zeigt, dass auch auf klassischen riemengetriebenen Nockenwellenverstellern
mit zusätzlicher
Teilungsebene durch die Zwischenplatte 23 der zweigeteilte
Statordeckel 21 angeordnet werden kann. Eine der Dichtungen,
die Dichtung 35, dichtet die Wand des Riemenrads 95 mit
dem Stator 3 hydraulisch ab. Im dargestellten Beispiel
findet die Ölversorgung über die
Zentralanströmung 57 durch
die Nockenwelle (nicht dargestellt) statt, die in der Nockenwellenaufnahme 79 mündet. Die
Nockenwelle selber reicht in solch einem Fall bis in die Nockenwellenaufnahmevertiefung 81,
die teilweise im Rotor 5 liegt. Der Rotor 5 selber
hat im Bereich seiner Rotormitte 67 eine Zentralanströmung 57,
die auf die Rotorextremitäten 73 seitlich
weist. Über
die Zentralanströmung 57 werden
die (nicht näher
dargestellten) gegenläufigen
Hydraulikkammern, die sich zwischen Stator und Rotor ausbilden,
versorgt.
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Wird
die 3 mit der 1 verglichen,
so ist zu sehen, dass der Nockenwellenversteller 1 der 3 in
seiner Höhe
deutlich niedriger baut, die Höhe
des Riemenrads 11 mit seinen Zähnen 15 auf der Lauffläche 13 entspricht
nahezu der gesamten Höhe
des Nockenwellenverstellers 1. Durch den Statordeckel 21,
der mit dem Verschlussstopfen 25 zweigeteilt ist, reichen
reihum Verspannschrauben bzw. Spannschrauben 59 (hier vier
Schrauben), die die einzelnen Bauteile des Nockenwellenverstellers
zueinander so verspannen, dass die Übergangsbereiche, die abgedichtet
sind, hydraulikmediumdicht gestaltet sind.
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Wenn
die Schrauben 59 gelöst
sind, ergibt sich ein ähnliches
Bild des Nockenwellenverstellers 1 wie in 4.
In dem Stator 3 liegt der Rotor 5 mit seinen Rotorflügeln 7.
Der Rotor 5 weist einen Federraum 53 auf, in dessen
Mitte mit der Rotormitte 67 zusammenfallend ein Federleerraum 101 vorhanden ist.
Der Federraum 53 ist in Richtung auf die Rotorextremitäten 73 durch
den Rotorkernrand 29 begrenzt. Durch die Schwenkbewegung
des Rotors 5 verringern bzw. vergrößern die den Hydraulikraum
unterteilenden Flügel 7 eine
Vorlauf- und Nacheilkammer des Nockenwellenverstellers 1.
Die Flügel 7 können sich
von Steg 63 bis zum nächsten
Steg 63 bewegen. Über
die Rotorkanäle 55 werden
die Hydraulikkammern angeströmt,
wobei die Kanalführung
so gewählt sein
kann, das sie durch den Federraum 53 der Feder 9 geht.
Der Rotor 5 liegt bündig
oder etwas unterhalb des Randes des Riemenrads 11 mit seinen
Zähnen 15,
die sich über
die gesamte Breite der Lauffläche
erstrecken.
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Die 5 und 6 zeigen
zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele
eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 1,
die sich unter anderem dadurch unterscheiden, auf welcher Seite in
Bezug auf die Nockenwellenaufnahme 79 mit ihrer Nockenwellenaufnahmenvertiefung 81 die
Feder 9 in ihrem Federraum 53 angeordnet ist.
In dem Ausführungsbeispiel
nach 5 ist der Federraum 53 von dem Statordeckel 21 abgewandt,
während
im Ausführungsbeispiel
nach 6 der zweigeteilte Statordeckel 21 mit
seinem verschraubbaren Verschlussstopfen 25 im Nahbereich,
unmittelbar neben dem Federraum 53 liegt. In dem Ausführungsbeispiel nach 6 liegen
die Rotorkanäle 55,
die von der Zentralanströmung 57 versorgt
werden, auf der Statordeckel entfernteren Seite. Der hydraulisch
dichte Raum setzt sich aus dem Riemenradsteg 17, dem Stator 3 und
dem über
Dichtungen 65 durch Schrauben 59 an das Riemenrad
fest verspannten Statordeckel 21 zusammen. Die Schulter 87 der
Nockenwellenaufnahme 79 bildet sich aus dem Riemenrad 11. Der
Nockenwellenversteller 1 ist im Wesentlichen symmetrisch
zur Rotormitte 67 aufgebaut. Hydraulisch dicht gegenüber der
Umwelt gelangt das Hydrauliköl über die
Nockenwellenaufnahmenvertiefung 81 und der Zentralanströmung 57 in
die Rotorkanäle 55 im
Rotor 5. Der Rotor, der die abtreibende Welle, wie die
Nockenwelle, gegenüber
der antreibenden Welle, wie die Kurbelwelle, die über einen Riementrieb
am Riemenrad antreibt, in ihrer Phasenlage verstellt, ist funktionell
so gestaltet, dass er nicht nur Rotorkanäle 55, sondern auch
einen Federraum 53 mit einer Feder 9 aufweist.
Der Rotor 5 selber bietet Raum für seine Zwangssteuerung über eine
Feder 9, die keinen zusätzlichen
Bauraum im Deckel 21 beansprucht. Der Verschlussstopfen 25 ist
mit einem Stopfenschraubengewinde 77 ausgestattet, das
hydraulisch dicht den Federölraum 71 gegenüber der Umwelt
abdichtet. Weitere Dichtaufgaben werden durch die Verspannschrauben 59 wahrgenommen. Vergleicht
man das ältere
Ausführungsbeispiel
der 2 mit dem Ausführungsbeispiel
nach 6, so ist zu sehen, dass anstelle von wenigstens
drei Dichtungen nur noch eine umlaufende Dichtung 65 des kompakteren
Nockenwellenverstellers vorzusehen ist. Wenn die beiden größten Flächen des
Nockenwellenverstellers 1 betrachtet werden, so ergibt
sich eine Federraum zugewandte Seite 83, die im Ausführungsbeispiel
nach 6 die Seite mit dem Deckel 21 ist, und
eine Federraum abgewandte Seite 85. Im Ausführungsbeispiel
nach 6 befindet sich auf der federraumabgewandten Seite 85 eine
Nockenwellenaufnahmeschulter 87. Nur der Deckel 21 steht
zwischen dem Riemenrad 11 hervor.
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In
dem Ausführungsbeispiel
nach 5 liegt die Schulter 87 der Nockenwellenaufnahme 79 auf der
federzugewandten Seite 83, während die federabgewandte Seite 85 den
Deckel 21 mit seinem über das
Stopfenschraubengewinde 77 verschraubbaren Verschlusstopfen 25 aufweist.
Die Verspannschraube 59, die mehrfach vorhanden ist, verspannt
den Deckel 21 mit dem Riemenrad 11 bzw. seinen
Zwischenstegen. Der Rotor 5 kann von seiner Mitte 67 ausgehend
als langgestreckter, flacher Stern mit einzelnen Flügeln bezeichnet
werden, auf dessen Zentrum hin, die Mitte 67 des Rotors 5 umrundent,
der Federraum 53 als flacher, kreisrunder Ring vorgehalten
ist, an den sich die Nockenwellenaufnahmevertiefung 81 anschließt. Die
Rotoroberfläche 75 hat
insgesamt ein vergleichmäßigtes Profil,
das aber zu den Rotorextremitäten 73 hin
ansteigend ist. Der flache, kreisrunde, oberflächengeführte Federraum 53 überdeckt
den Rotorkern 27, der von dem Rotorkernrand 29 begrenzt
wird. Der Rotorkernrand 29 ist im Vergleich zum Breite
des Federraums 53 deutlich schmaler, er liegt bei einem
Anteil kleiner fünf
gegenüber
der Breite des Federraums 53. Die Schulter 87 der
Nockenwelle ist so dimensioniert, dass sie die Nockenwelle umgreifen
kann, wobei nur ein kurzer Rest über
die Flucht, die sich aus dem Riemenrad 11 ergibt, in Richtung
auf die Nockenwelle hinaussteht. Unterhalb des Federraums 53 verlaufen
Rotorkanäle 55 in
nahezu paralleler Erstreckung zu dem Federraum 53, die
mit der Zentralanströmung 57 in
hydraulischer Verbindung stehen können. Einzelne raumbildende
Bauteile sind wahlweise gegeneinander mit Dichtungen 65 abgedichtet.
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7 zeigt
den aus dem Stator 3 herausgenommenen Rotor 5,
an dem das Rotorhöhenprofil 69 augenscheinlicher
wird. In dem gewählten
Ausführungsbeispiel
ist der Federraum 53 für
die Feder 9 mit seiner Breite 103 und seiner Höhe 105 ein
Federtrockenraum 61. Das Hydraulikmedium gelangt über die Nockenwellenaufnahmevertiefung 81 und
der Zentralanströmung 57 nur
bis in die Rotorkanäle 55.
Der Federleerraum 101, der innen zwischen dem Federraum 53 liegt,
ist überwiegend
hydraulisch trocken ausgestaltet, nur Leckagen über den Rotorkernrand 29 müssen mittig
herausgeführt
werden. Sowohl Federleerraum 101 als auch Federraum 53 liegen
im Bereich des Rotorkerns 27. An dem Bereich des Rotorkerns
schließt
sich der Bereich der Rotorextremitäten 73 an, die in
Form von Flügeln 7 vorliegen.
Der Rotorkern 27 wird durch den Rotorkernrand 29 begrenzt,
der nur einen Bruchteil der Abmessung des Rotorkerns in seiner Breite überspannt.
Wird die Rotoroberfläche 75 von
den Rotorflügeln
aus startend nach innen zur Zentralanströmung 57 betrachtet,
so ist ein gestuftes Rotorhöhenprofil 69 zu
erkennen, dessen höchste
Höhe im
Bereich der Rotorextremitäten 73 zu
finden ist. Aufgrund der Ausnehmung für die Nockenwellenaufnahmevertiefung 81 im
Bereich der Mitte des Rotors 5 ist das sich insgesamt bildende
Höhenprofil
in der Mitte selbst mit einem Bauteil für die Federeinhängung geringer,
als in den Rotorextremitäten.
Zwischen Rotorkanälen 55 und
Federraum 53 muss soviel Rotormasse übrig gelassen werden, dass
die beiden Bereiche voneinander sicher hydraulisch entkoppelt sind
und kein Hydraulikmedium von den Kanälen in den Federraum hindurch diffundieren
kann. In so einem Fall müssen
nur geringe Leckagemengen über
den Rotorkernrand ausgebracht werden. Weiterhin ist ein so geformter Rotor besonders
leicht, der gesamte Nockenwellenversteller 1 hat eine geringe
Trägheit
trotz des großen Durchmessers 93 des
Rotors 5.
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Die
schon in der 4 angedeutete Federeinhängung der
Feder 9 kann noch besser durch Hinzuziehung der 8 verstanden
werden, in dem näher
betrachtet wird, wie die Feder 9 zwischen dem Einhängstift 89 am
Rotor 5 und dem Einhängstift 91 vorgespannt
eingelegt werden kann. Die Feder 9 ist in einem Bereich,
der von der Nockenwellenaufnahme entfernt liegt. Auch die Nockenwellenaufnahmevertiefung 81 hinter
der Nockenwellenaufnahme 79 liegt auf der Feder abgewandten
Seite. In dem Federleerraum 101 ist ein den Federraum 53 abgrenzender Ring 98 als
zusätzliches
Bauteil eingesetzt worden. In der Darstellung der 8 ist
auch das Riemenrad 11 eingezeichnet, um die Volumenverhältnisse
des Rotors 5 gegenüber
dem Riemenrad 11 deutlich zeigen zu können. Obwohl der Rotor zwangsgesteuert ist
und alle Hydraulikkammern versorgen kann, beträgt die Rotorhöhe weniger
als die Hälfte
der Bauhöhe
des Riemenrads. In einem Verbrennungsmotor mit erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller,
der über
einen Riemen angetrieben wird, bestimmt sich die Höhe des Nockenwellenverstellers
vorrangig aus der Breite des Antriebsriemens. Es wird nur noch maximal
eine Deckelbreite aus der Flucht des Riemenrades herausgegangen.
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In
der 9 ist ein Rotor 5 dargestellt, mit seinem
Federraum 53. In dem Federraum 53 liegt die Feder 9,
mit der der Nockenwellenversteller in eine Zwangslage gedreht werden
kann. Der Rotor 5 hat ebenfalls mehrere nach Außen gerichtete
Flügel 7, die
umlaufend verteilt sind. Einer der Flügel 7 ist etwas anders
gestaltet, als die meisten der anderen Flügel. Einer der Flügel 7 weist
ein Formschlusselement auf. Das Formschlusselement ist eine Nut 107. In
der Nut 107 liegt formschlüssig ein Federeingriffsende 109.
Das Federeingriffsende 109 ist das Ende der Feder 9,
das die mechanisch feste Anbindung an den Rotor 5 sicherstellt.
Das Ende der Feder 9 ist aus der Orientierung der Feder
abgewickelt seitlich auf die Spitze des Flügels 7 bzw. desssen
Extremitätsbereich 73 geführt. Die
spiralförmige
Feder 9 liegt in ihrem Federraum 53 bis auf das
Federeingriffsende 109, das entlang einer Flügeloberfläche den
Flügel ungefährt mittig
nuttief zerteilt, um die gebildete Nut durch das Federeingriffsende 109 auszufüllen. Das Federeingriffsende 109 zeigt
auf den Rand bzw. die breite Laufflächenseite des Flügels 7.
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Der
neue erfindungsgemäße Nockenwellenversteller
zeichnet sich durch viele positive Eigenschaften aus, er ist kompakter,
leichter, kleiner und schneller als viele herkömmliche, Riemen angetriebene
Nockenwellenversteller. Hierbei wird der Rotor 5 mehrfach
funktionell genutzt, wobei die Wandstärken des Rotors zwischen seinen
hydraulikflüssigkeitsführenden
Bereichen so gewählt
sind, dass ein Durchdiffundieren erfolgreich unterbunden wird. Auch
wenn die Erfindung anhand einer Spiralfeder grafisch dargestellt
worden ist, versteht ein Fachmann, dass auch solche Ausführungsformen
unter den Schutzumfang der patentgemäßen Lehre fallen, die mit einer
anderen Feder auskommen, solange die zwangssteuernde Feder zur Bestimmung
der Vorzugsrotationsrichtung vollständig im Rotor liegt. Der Deckel
selbst kann zwar leicht gewölbt
sein, er liegt aber insgesamt in einer Ebene, die nicht durch die Feder
unterbrochen ist. Feder und Deckel erstrecken sich parallel und
flach zueinander über
die wesentlichen Bereich des Rotordurchmessers. In einer Schnittzeichnung
haben die einzelnen Bauteile, wie Deckel, Feder, Federraum, Rotor
mit Rotorkanälen und
Riemenradinnenwand, zueinander eine parallele Anordnung, wobei die
Teile jeweils in den ihnen zugeordneten Räumen bleiben, ohne in die benachbarten Räume der
anderen Bauteile einzugreifen oder diese zu unterbrechen. Daher
sind die Bauteile unterbrechungsfrei ausgeführt.
-
Nach
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Höhe des Rotors
minimiert, der sich im Stator ergebende zusätzliche Bauraum wird durch Mittel,
wie zum Beispiel zur Zwangssteuerung, zur Ölversorgung, zur Rotorverriegelung,
zur Erzeugung einer Verharrungslage oder zur Gleitreibungsverringerung
genutzt, während
kein Öl
an die Außenseite des
Riemenrades im Bereich der Lauffläche des Riemenrades gelangt.
-
- 1
- Nockenwellenversteller
- 3
- Stator
- 5
- Rotor
- 7
- Flügel
- 9
- Feder
- 11
- Riemenrad
- 13
- Lauffläche des
Riemenrads
- 15
- Zahn
der Lauffläche
- 17
- Riemenradsteg
- 19
- Riemenradausnehmung
- 21
- Statordeckel
- 23
- Zwischenplatte
- 25
- Verschlussstopfen
des Deckel
- 27
- Rotorkern
- 29
- Rotorkernrand
- 31
- Dichtung
- 33
- Dichtung
- 35
- Dichtung
- 51
- Rotorausnehmung
- 53
- Federraum
- 55
- Rotorkanal
- 57
- Zentralanströmung
- 59
- Spannschraube
- 61
- Federtrockenraum
- 63
- Statorstege
- 65
- Deckeldichtung
- 67
- Rotormitte
- 69
- Rotorhöhenprofil
- 71
- Federölraum
- 73
- Rotorextremität
- 75
- Rotoroberfläche
- 77
- Stopfenschraubengewinde
- 79
- Nockenwellenaufnahme
- 81
- Nockenwellenaufnahmevertiefung
- 83
- federraumzugewandten
Seite
- 85
- federraumabgewandten
Seite
- 87
- Schulter
der Nockenwellenaufnahme
- 89
- Einhängstift
am Rotor
- 91
- Einhängstift
der Nockenwellenaufnahme
- 93
- Rotordurchmesser
- 95
- Riemenrad
bzw. Riemenradscheibe
- 97
- Federeinhängung
- 98
- Ring
- 99
- Fixierstift
- 101
- Federleerraum
- 103
- Breite
des Federraums
- 105
- Höhe des Federraums
- 107
- Nut
- 109
- Federeingriffsende