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Die
Erfindung betrifft einen Flügelzellennockenwellenversteller
gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die
DE 102 53 883 betrifft
bereits einen Flügelzellennockenwellenversteller mit einem
Verriegelungsbolzen, der in einem Rotor angeordnet ist. Der Verriegelungsbolzen
greift in einer verriegelten Stellung federkraftbeaufschlagt in
eine Ausnehmung einer Verriegelungsscheibe eines Stators ein. In
dieser verriegelten Stellung stützt sich der Verriegelungsbolzen
am Stator ab, so dass der Rotor gegenüber dem Stator drehfest
ist. Dabei sind zwei zu der Ausnehmung führende Zuleitungsnuten
in die Verriegelungsscheibe eingearbeitet. Wird die eine Zuleitungsnut
unter Druck gesetzt, so drückt sie den Verriegelungsbolzen
gegen die Federkraft aus der Ausnehmung in eine entriegelte Stellung.
Wird die andere Zuleitungsnut unter Druck gesetzt, so wird ein Ringraum
unter Druck gesetzt, so dass der Verriegelungsbolzen ebenfalls in
die entriegelte Stellung gedrückt wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen kostengünstigen Nockenwellenversteller
insbesondere in Leichtbauweise zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
von Patentanspruch 1 gelöst.
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Gemäß einem
Vorteil der Erfindung ist im Bereich der Ausnehmung zur Aufnahme
des Verriegelungsbolzens ein Einsatz vorgesehen, der zusammen mit
dem Stator einen Zuleitungskanal für die Verriegelung bildet,
so dass diese entriegelbar ist. Damit ist eine separate Bearbeitung
des Stators zur Herstellung eines solchen Zuleitungskanals nicht notwendig.
Stator im Sinne dieser Anmeldung ist auch ein statorfester Deckel,
der den Stator verschließt.
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In
besonders vorteilhafter Weise kann der Einsatz in einen Stator aus
Leichtmetall eingesetzt sein und die Kräfte des Verriegelungsbolzens
abstützen. So kann der Stator beispielsweise aus einer
relativ weichen Aluminiumdruckgusslegierung gefertigt sein. Der
Einsatz kann hingegen aus einer härteren Aluminiumlegierung
sein, so dass nahezu keine Spannungen infolge unterschiedlicher
Wärmeausdehnungen entstehen. Alternativ ist es möglich,
den Einsatz auch aus einem härteren Werkstoff – wie
beispielsweise Stahl oder Messing – zu fertigen. Der Stator
kann aber auch aus einer Magnesiumlegierung oder faserverstärktem
Kunststoff oder einem mineralisch verstärktem Kunststoff – wie
beispielsweise Vyncolyt – gefertigt sein.
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Der
Einsatz kann in besonders vorteilhafter Weise ein Ring sein. In
diesem Fall kann der Kanal von der Innenwand der zylindrischen Ausnehmung im
Stator und einer Fase an der Außenkante des Ringes gebildet
sein. Dabei muss der Kanal nicht gänzlich umlaufend um
den Ring sein. Alternativ kann die Fase von der Kante der Ausnehmung
abgetragen sein.
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Weitere
Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen,
der Beschreibung und der Zeichnung hervor.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen
Stator eines Flügelzellennockenwellenverstellers mit einer
Verriegelung,
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2 in
einer entlang Linie II-II aus 1 geschnittenen
Darstellung einen Ausschnitt im Bereich der Verriegelung,
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3 einen
Flügelzellennockenwellenversteller ähnlich 1 – jedoch
mit einem veränderten Rotorkanal –, wobei sich
der Rotor gegenüber dem Stator in einer Winkelstellung
befindet, in der eine Zuleitungsnut für die Druckbeaufschlagung
durch die der Verstellung nach Früh zugeordneten Druckkammer
freigegeben ist,
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4 in
einer entlang Linie IV-IV aus 3 geschnittenen
Darstellung einen Ausschnitt im Bereich der Verriegelung,
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5 den
Flügelzellennockenwellenversteller analog 3,
wobei die Zuleitungsnut gegenüber beiden Druckkammern geschlossen
ist,
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6 in
einer entlang Linie VI-VI aus 5 geschnittenen
Darstellung einen Ausschnitt im Bereich der Verriegelung,
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7 den
Flügelzellennockenwellenversteller analog 3 und 5,
wobei die Zuleitungsnut für die Druckbeaufschlagung durch
die der Verdrehung nach Spät zugeordneten Druckkammer freigegeben
ist,
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8 in
einer entlang Linie VIII-VIII aus 7 geschnittenen
Darstellung einen Ausschnitt im Bereich der Verriegelung,
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9 bis 14 analog
zu 3 bis 8 einen Flügelzellennockenwellenversteller
in einer weiteren Ausgestaltungsform, bei welcher eine Zuleitungsnut
sowohl mittels einer Fase am ringförmigen Einsatz als auch
einer Fase an einer Innenwand einer Ausnehmung gebildet wird und
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15 ein
Detail aus 14 im Bereich der Verriegelung.
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1 zeigt
einen Stator
1 eines Flügelzellennockenwellenverstellers
mit einer Verriegelung
2. Dabei weist der Stator
1 von
einer zylindrischen Außenwand
3 ausgehend radial
nach innen gerichtete Stege
4,
5,
6,
7 auf.
Ein Rotor weist entsprechend der
DE 102 53 883 B4 von einer Nabe ausgehend
vier radial nach außen gerichtete Rotorflügel
18,
22 auf,
die umfangsmäßig zwischen den Stegen
4,
5,
6,
7 angeordnet
sind. Drei Rotorflügel
22 sind gleichartig ausgestaltet
und weichen von einem Rotorflügel
18 ab, in welchem
Teile der Verriegelung
2 angeordnet sind. Damit teilen
diese Rotorflügel
18,
22 die umfangsmäßigen
Räume
8,
9,
10,
11 zwischen
den Stegen
4,
5,
6,
7 jeweils
in zwei Druckkammern
12,
13 auf. Diesen beiden
hydraulischen Druckkammern
12,
13 sind entgegengerichteten
Drehrichtungen zugeordnet. Die besagte Nabe ist drehfest mit einer
Nockenwelle verbunden. Somit ist der Rotor mit der Nockenwelle gegen
den getrieblich mit der Kurbelwelle verbundenen Stator
1 in
zwei Drehrichtungen hydraulisch verschwenkbar.
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Senkrecht
zur Zeichnungsebene gemäß 1 steht
eine Rotationsachse 98 der Nockenwelle bzw. des Flügelzellennockenwellenverstellers.
In 2 ist ersichtlich, dass sich parallel zu dieser
Rotationsachse 98 eine in den Stator 1 bei dessen
Urformgebung eingeformte Ausnehmung 14 der Verriegelung 2 erstreckt.
Die Urformgebung ist das Druckgussverfahren des Stators 1,
der aus einer Aluminiumdruckgusslegierung gefertigt ist. Die Ausnehmung 14 ist
zylindrisch, wobei ein gehärteter ringförmiger Einsatz 15 aus
Stahl in diese Ausnehmung 14 eingesetzt ist. Die Ausnehmung 14 weist
anstelle einer scharfen Außenkante auf der dem Rotor zugewandten
Seite eine um den ringförmigen Einsatz 15 umlaufende
Fase 19 auf, so dass dort zwischen
- – einer
Außenwand 97 des ringförmigen Einsatzes 15 und
- – der Fase 19 an einer Innenwand 17 der
Ausnehmung 14
ein Zuleitungskanal 23 gebildet
wird. Dabei gibt es in Umfangsrichtung des Flügelzellennockenwellenverstellers
liegende Teilbereiche 20, 21 dieses Zuleitungskanals 23,
welche von dem der Verriegelung 2 zugeordneten Rotorflügel 18 zuerst
bzw. zuletzt überstrichen werden. Im Grund der Ausnehmung 14 ist
eine Zuleitungsnut 16, die sich bis in die der Verstellungen
nach Früh zugeordneten Druckkammer 13 erstreckt,
wie dies auch in der einen geringfügig abgewandelten Gegenstand
betreffenden 3 ansatzweise ersichtlich ist.
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In
der in 1 dargestellten Winkelstellung wird der statorseitige
Teil der Verriegelung 2 bis auf den Teilbereich 21 des
Zuleitungskanals 23 überdeckt. Somit kann aus
der der Verstellungen nach Spät zugeordneten Druckkammer 12 Hydraulikfluid in
diesen Teilbereich 21 des Zuleitungskanals 23 eingeleitet
werden und zu einem in 2 ersichtlichen gebohrten Rotorkanal 24 der
rotorseitigen Verriegelung 2 geleitet werden.
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2 zeigt
u. a. den Rotorflügel 18 im Bereich der Verriegelung.
Dabei ist ein Verriegelungsbolzen 25 parallel zu einer
Rotationsachse 98 des Flügelzellennockenwellenverstellers
bzw. der Nockenwelle in einer gestuften Führungsbohrung 27 des
Rotorflügels entlang einer Bohrungsachse 26 geführt.
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Diese
gestufte Führungsbohrung 27 geht durch den Rotorflügel 18 hindurch.
Der Verriegelungsbolzen 25 ist dabei korrespondierend gestuft, so
dass sich zwei Bereiche unterschiedlichen Durchmessers D1 und D2
bilden, zwischen denen sich ein Absatz mit einer ringförmigen
Angriffsfläche 28 für einen hydraulischen
Druck bildet. Der in 4 mit Bezugsziffer versehene
kleine Durchmesser D1 steht dabei der Ausnehmung 14 näher
als der größere Durchmesser D2. Der Verriegelungsbolzen 25 weist im
Bereich dieses großen Durchmessers D2 eine Sacklochbohrung 29 mit
ebenem Bohrungsgrund 30 auf. In dieser Sacklochbohrung 29 ist
eine Schraubendruckfeder 31 aufgenommen und geführt,
die sich axial einerseits am Bohrungsgrund 30 und andererseits
an einem Abstützring 32 mit Federführung abstützt,
welche axial an einem in 4, 6 und 8 ersichtlichen
Statordeckel 33 abgestützt ist. Der Statordeckel 33 ist
mittels nicht näher dargestellter Schrauben bewegungsfest
mit dem Stator 1 verschraubt. Dazu sind in die Stege 4, 5, 6, 7 des
Stators 1 Gewindelöcher 34, 35, 36, 37 eingeschnitten,
welche in 1 ersichtlich sind.
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Der
Flügelzellennockenwellenversteller gemäß 1 und 2 unterscheidet
sich von dem Flügelzellennockenwellenversteller gemäß 3 bis 8 lediglich
durch die Bauform des Rotorkanals 24 bzw. 124,
der gemäß 1 und 2 als
Bohrung und gemäß 3 bis 8 als
zur Außenwand 3 offener Kanal ausgeführt
ist.
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Dieser
Rotorkanal 24 bzw. 124 ist parallel zur Rotationsachse 98 ausgerichtet
und führt in einen Ringraum 38, der sich zwischen
dem Absatz am Verriegelungsbolzen 25 und einem korrespondierenden Absatz 39 an
der Führungsbohrung 27 bildet. Wird nun von der
einen der beiden Druckkammern 12, 13 Hydraulikfluid
in den besagten Teilbereich 20 bzw. 21 des Zuleitungskanals 23 hineingedrückt,
so fließt dieses über den Rotorkanal 24 in
den Ringraum 38, so dass die Angriffsfläche 28 mit
einem Druck beaufschlagt wird und der Verriegelungsbolzen 25 in
die zeichnerisch nicht dargestellte entriegelte Stellung verschoben
wird. Das verdrängte Hydraulikfluid entweicht dabei durch
einen Entlüftungskanal 40 im Abstützring 32.
Alternativ kann der Verriegelungsbolzen 25 in die entriegelte
Stellung verschoben werden, indem dieser an dessen Stirnfläche 41 über
die ausschließlich von der der Verstellung nach Früh
zugeordneten Druckkammer 13 und die Zuleitungsnut 16 mit
einem hydraulischen Druck beaufschlagt wird.
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Die
in 2, 4, 6 und 8 dargestellte
verriegelte Stellung erreicht der Verriegelungsbolzen 25,
indem die beiden Druckkammern 12, 13 im Wesentlichen
hydraulisch druckfrei gemacht werden. Dann drückt die Schraubendruckfeder 31 den Verriegelungsbolzen 25 in
die verriegelte Stellung – d. h. in die Ausnehmung 14 –,
sobald der Rotorflügel 18 bei drehender Nockenwelle
infolge von Nockenwellenwechselmomenten die Ausnehmung 14 überstreicht
und der Verriegelungsbolzen 25 in Fluchtung mit der Ausnehmung 14 bzw.
dem ringförmigen Einsatz 15 kommt.
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9 bis 14 zeigen
analog zu 3 bis 8 einen
Flügelzellennockenwellenversteller in einer weiteren Ausgestaltungsform.
Im wesentlichen gleiche Bauteile tragen die gleichen Bezugsziffern, wie
in der vorangegangenen Ausgestaltungsform. Differierende Bauteile
tragen um Einhundert erhöhte Bezugsziffern.
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15 zeigt
dabei ein Detail aus 14 im Bereich der Verriegelung.
Wie insbesondere im Detail gemäß 15 ersichtlich
ist, wird eine Zuleitungsnut 123 sowohl mittels der Fase 19 am
ringförmigen Einsatz 115 als auch einer Fase 141 an
einer Innenwand der Ausnehmung 14 gebildet. Damit ist der
Leitungsquerschnitt größer, als in der vorangegangenen
Ausgestaltungsform.
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In
einer dritten alternativen Ausgestaltungsform ist die Fase 19 in
der Ausnehmung 14 und/oder die Fase 141 am ringförmigen
Einsatz 15 bzw. 115 nicht umlaufend. Stattdessen
verläuft die Fase 19 bzw. 141 nur in
einem Winkel von circa 200° um den ringförmigen
Einsatz 15 bzw. die Ausnehmung 14. Somit bildet
sich dort der umlaufende Zuleitungskanal 23. Die Enden
dieses Zuleitungskanals 23 werden dabei an den zuerst bzw.
zuletzt vom Rotorflügel 18 überstrichenen
Bereichen gebildet.
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Der
Zuleitungskanal 23 kann auch eine andere Form aufweisen.
Beispielsweise kann an der Außenkante des ringförmigen
Einsatzes auch eine Stufe bzw. ein Absatz eingefräst sein.
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Diese
Stufe bzw. dieser Absatz oder die Fase kann umlaufend oder nur teilweise
umlaufend sein. In dem Fall eines umlaufenden Materialabtrages kann
diese fertigungsgünstig abgedreht sein. Es ist auch möglich,
einen konkaven oder einen konvexen Radius abzudrehen bzw. zu fräsen.
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Der
Einsatz muss nicht ringförmig sein. Es ist auch ein Einsatz
mit einer anderen Form machbar. So ergibt sich in der verriegelten
Stellung aus den hohen Kräften bei Nockenwellenwechselmomenten eine
hertzsche Pressung am Ring mit einer entsprechenden Verteilung der
Verformung. Demzufolge braucht aber auch nur der Bereich der Ausnehmung eines
Leichtmetallstators verstärkt werden, an dem solche Spannungen/Verformungen
wirken, was in dem hier genannten Fall in Umfangsrichtung ist. Demzufolge
kann anstelle eines Ringes ein Einsatz vorgesehen sein, der beispielsweise
eine Halbmondform aufweist.
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Auch
ist es möglich, den Ring oder die Ausnehmung mit Stegen
zu versehen, die einen Abstand zwischen dem Ring und der Innenwand
der Ausnehmung halten, so dass sich dazwischen ein Zuleitungskanal 23 bildet.
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Der
Abstützring 32 kann in einer alternativen Ausgestaltung
der Erfindung auch in den Rotorflügel 18 eingepresst
sein. In diesem Fall ist der Verriegelungsbolzen in dem Stator oder
einem drehfest mit diesem verbundenen Statordeckel angeordnet.
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Der
Rotorkanal 24 ist im Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 als
Bohrung gezeigt. Der Rotorkanal kann jedoch auch gemäß 3, 5, 7, 9, 11 oder 13 als
Ausfräsung ausgestaltet sein oder ein beim Sintern bzw. Gießen – d.
h. beim Urformen – freigelassener Rotorkanal 124 sein.
Dieser freigelassene Rotorkanal 124 kann insbesondere ein
der Innenfläche des Stators zugewandter offener Kanal sein.
Diese offene Kanal ist dabei von der Innenfläche des Stators
verschlossen.
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Gemäß 2 ist
zusätzlich zum Rotorkanal 24 eine Querbohrung
zur Weiterleitung des Hydraulikfluids in den Ringraum 38 vorgesehen.
Anstelle der zusätzlichen Einarbeitung einer Querbohrung
kann der Rotorkanal auch schräg zur Rotationsachse 98 direkt
in den Ringraum gebohrt sein. Auch kann der Rotorkanal bei entsprechend
großem Durchmesser D2 auch parallel zur Rotationsachse 98 direkt
in den Ringraum 38 münden.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines Flügelzellennockenwellenverstellers
handelt es sich um einen Einlassversteller. Im Falle des Auslassverstellers
erfolgt hingegen eine Verriegelung in Früh. Es gibt auch
Fahrzeuge, bei denen sowohl der Einlassversteller als auch der Auslassversteller
in Früh verriegelt werden.
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Bei
den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur
um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen
Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen
ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale
der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den
in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile
zu entnehmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10253883 [0002]
- - DE 10253883 B4 [0021]