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Die Erfindung betrifft einen Flügelzellennockenwellenversteller gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die
DE 102 53 883 B4 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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Die
DE 102 11 607 A1 betrifft einen Flügelzellennockenwellenversteller, bei welchem Muttern in ein Kunststoffteil eingebettet sind, die den Gegenpart für Schrauben bilden.
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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 Patentansprüchen 1 und 2 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 scharten 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.
