DE102009037394A1

DE102009037394A1 - Nockenwellenversteller

Info

Publication number: DE102009037394A1
Application number: DE102009037394A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Weber
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-08-13
Filing date: 2009-08-13
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2029-08-14
Also published as: DE102009037394B4

Abstract

Nockenwellenversteller (1), mit einem Stator (3) und einem im Stator (3) angeordneten Rotor (5), welcher Flügel (7) aufweist, die jeweils in einer zwischen Stator (3) und Rotor (5) gebildeten Kammer (9) angeordnet sind, wobei die Flügel (7) ihre jeweilige Kammer (9) in zwei Teilkammern (11A, 11B) aufteilen und wobei jeder Teilkammer (11A, 11B) Drucköl zuführbar und aus jeder Teilkammer (11A, 11B) Drucköl abführbar ist, so dass durch das Drucköl ein Drehmoment auf den Rotor (5) ausübbar ist, wodurch der Rotor (5) um eine Rotorachse (15) drehbar und damit eine Nockenwellenverstellung einstellbar ist und wobei das Drucköl über erste Ölkanäle (21A) für eine erste Drehrichtung und über zweite Druckkanäle (21B) für eine zweite, entgegengesetzte Drehrichtung den Teilkammern (11A, 11B) zuführbar ist, wobei die ersten Ölkanäle (21A) als auf einer ersten Oberfläche (6A) des Rotors (5) gebildete offene Nuten ausgeführt sind, während die zweiten Ölkanäle (21B) als im Rotor liegende Bohrungen ausgeführt sind und wobei auf einer zweiten, der ersten Oberfläche axial gegenüberliegenden Oberfläche (6B) des Rotors (5) eine offene Ölkammer (19) so gebildet ist, dass bei Zuführung von Drucköl über die ersten Ölkanäle (21A) ein Druck aufbaubar ist, durch den eine entlang der Rotorachse (15) in Richtung von der zweiten Oberfläche zur ersten Oberfläche gerichtete Kraft auf den Rotor (5) erzeugbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung
Aus DE 100 84 408 B4 ist ein Nockenwellenversteller in Flügelzellenbauweise bekannt, dessen Antriebselement in Form eines Antriebszahnrads über ein Zugmittel wie eine Kette oder einen Riemen von einer Kurbelwelle angetrieben wird. Drehfest mit dem Antriebsrad verbunden ist ein Stator, in dem ein Rotor verdrehbar zur Erzeugung eines Stellwinkels angeordnet ist. Der Rotor ist drehfest mit einer Nockenwelle verbunden. Nach Maßgabe des Stellwinkels kann eine relative Winkellage zwischen Nockenwelle und Antriebsrad und damit Kurbelwelle beeinflusst werden, was mit einer Veränderung der Steuerzeiten einhergeht. Für eine Ausbildung in Flügelzellenbauweise besitzt der Rotor Flügel, die nach Maßgabe eines Hydraulikdrucks in Steuerkammern des Stators in Umfangsrichtung zur Erzeugung eines Stellwinkels verschieblich sind. Auf der der Nockenwelle abgewandten Seite ist der Stator mit einer Scheibe ausgebildet, die die Steuerkammern in axialer Richtung begrenzt. Die Kraftverhältnisse zwischen Rotor und Stator werden zusätzlich zu den Hydraulikverhältnissen im Bereich der Flügel beeinflusst durch eine Torsionsfeder.
Die DE 101 12 206 offenbart eine Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine zu einem Antriebsrad, mit einem drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Innenteil , das zumindest annähernd radial verlaufende Stege oder Flügel aufweist, und mit einem angetriebenen Zellenrad, das mehrere über den Umfang verteilte, durch Stege begrenzte Zellen aufweist, die von den darin winkelbeweglich geführten Stegen oder Flügeln des Innenteils in jeweils zwei Druckräume unterteilt sind, bei deren hydraulischer Druckbeaufschlagung bzw. Druckentlastung über Steuerleitungen die Nockenwelle über die Stege oder Flügel zwischen zwei Endstellungen relativ zum Zellenrad verdrehbar ist, wobei das Innenteil seitlich durch zwei mit dem Zellenrad verbundene Deckelelemente begrenzt ist. Es wird vorgeschlagen, dass zur Reduzierung der Reibung zwischen den Flügeln des Innenteils und den Deckelelementen in den zu den Deckelelementen gerichteten Seitenwänden der Flügel Kammern bildende Ausnehmungen vorgesehen sind, die im Betrieb der Brennkraftmaschine mindestens teilweise mit Hydrauliköl beaufschlagt sind.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nockenwellenversteller anzugeben, der besonders verschleißfest ausgebildet ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Angabe eines Nockenwellenverstellers, mit einem Stator und einem im Stator angeordneten Rotor, welcher Flügel aufweist, die jeweils in einer zwischen Stator und Rotor gebildeten Kammer angeordnet sind, wobei die Flügel ihre jeweilige Kammer in zwei Teilkammern aufteilen und wobei jeder Teilkammer Drucköl zuführbar und aus jeder Teilkammer Drucköl abführbar ist, so dass durch das Drucköl ein Drehmoment auf den Rotor ausübbar ist, wodurch der Rotor um eine Rotorachse drehbar und damit eine Nockenwellenverstellung einstellbar ist und wobei das Drucköl über erste Ölkanäle für eine erste Drehrichtung und über zweite Druckkanäle für eine zweite, entgegen gesetzte Drehrichtung den Teilkammern zuführbar ist, wobei die ersten Ölkanäle als auf einer ersten Oberfläche des Rotors gebildete offene Nuten ausgeführt sind, während die zweiten Ölkanäle als im Rotor liegende Bohrungen ausgeführt sind und wobei auf einer zweiten, der ersten Oberfläche axial gegenüberliegenden Oberfläche des Rotors offene Ölkammern so gebildet sind, dass bei Zuführung von Drucköl über die ersten Ölkanäle ein Druck aufbaubar ist, durch den eine entlang der Rotorachse in Richtung von der zweiten Oberfläche zur ersten Oberfläche gerichtete Kraft auf den Rotor erzeugbar ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Nockenwellenversteller, dessen Rotor einseitig Druckölzuführleitungen aufweist, die als offene Nuten ausgeführt sind, eine axiale Schubkraft entsteht, die auf der gegenüberliegenden Seite zu einer erhöhten Anpressung des Rotors an den Stator und damit zu erhöhtem Verschleiß führt. Diesem Effekt begegnet die Erfindung dadurch, dass sie eine gegenwirkende Kraft auf den Rotor aufbaut, die diesen von der verstärkt belasteten Statorseite wegdrückt. Diese Kraft wirkt nun aber nicht stetig, sondern nur abhängig von der Betriebssituation des Verstellers. Nur bei Druckaufbau in den ersten Teilkammern wird durch die Ölzufuhr über die offenen Nuten eine Axialkraft auf den Rotor aufgebaut. Somit darf auch die Gegenkraft nur in diesem Betriebszustand wirken, um nicht nachteiliger Weise auf der gegenüberliegenden Rotorseite eine verstärkte Anpressung hervorzurufen, die auf der ersten Seite gerade neutralisiert werden soll. Hierzu kommunizieren die Ölkammern mit den ersten Teilkammern, so dass nur bei Hochdruck in diese Teilkammern auch ein Hochdruck in den Ölkammern erzeugt wird.
Bevorzugt sind die Ölkammern in den Flügeln gebildet, wobei sie mit jeweils den Teilkammern strömungstechnisch in Verbindung stehen, die durch die ersten Ölkanäle mit Druck beaufschlagbar sind. Eine Ausbildung in den Flügeln ermöglicht eine strömungstechnische Kommunikation ohne zusätzliche, fertigungstechnischen Aufwand erzeugende Kanäle. Die ersten Teilkammern werden also z. B. durch einen Hinterschnitt in den Flügeln so erweitert, dass das Drucköl durch eine nunmehr asymmetrische Flächengröße der Teilkammern bezogen auf die beiden Stirnseiten des Rotors eine Axialkraft erzeugt. Natürlich kann ggf. auch nur bei einem oder bei einigen der Flügeln eine solche Aussparung vorgesehen sein.
Vorzugsweise sind die Ölkammern in einer radialen Position zwischen den Flügeln und der Rotornabe gebildet, wobei sie mit jeweils den Teilkammern strömungstechnisch in Verbindung stehen, die durch die ersten Ölkanäle mit Druck beaufschlagbar sind. Weiter bevorzugt sind die Ölkammern dabei in für eine Gewichtsersparnis vorgesehenen Ausnehmungen integriert, wobei z. B. solche durchgehenden Ausnehmungen in axialer Richtung unterteilt werden, so dass die Ölkammern nur zu einer axialen Seite hin offen sind. Ggf. kann auch nur eine einzige Ölkammer vorgesehen sein.
Bevorzugtermaßen sind die Ölkammern so ausgelegt, dass ihre druckwirksame offene Fläche im Wesentlichen der offenen druckwirksamen Fläche der ersten Ölkanäle entspricht. Die zum Stator hin offene Fläche der Ölkammern, oder falls nur eine Ölkammer vorgesehen ist, der Ölkammer, ist also etwa gleich groß wie die zum Stator hin offenen Flächen der Ölkanäle, die zu den ersten Teilkammern führen. Da sowohl in den Ölkanälen als auch in den Ölkammern, bzw. der Ölkammer ein etwa gleich großer Druck herrscht, ergibt sich eine axiales Kräftegleichgewicht. Das Volumen der Ölkammern kann zur Vermeidung eines höheren Ölbedarfs klein, d. h. die Kammern flach gehalten werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1: einen Schnitt durch einen Nockenwellenversteller.
2: eine perspektivische Ansicht eines Rotors,
3: eine schematische Darstellung eines in einem Rotor angeordneten Stators,
4: eine perspektivische Ansicht eines Rotors mit Ölkammern in den Flügeln.
1 zeigt in einem Längsschnitt einen Nockenwellenversteller 1. der Nockenwellenversteller 1 ist in diesem Beispiel als ein Riemenversteller ausgeführt, dass heißt er wird von einer nicht dargestellten Kurbelwelle mittels eines nicht dargestellten Riemens angetrieben. Der Riemen greift an einem Antriebsrad 6 an, welches mit einem Stator 3 des Nockenwellenverstellers 1 verbunden ist. Über Seitendeckel 8 und 10 schließt der Stator 3 einen Rotor 5 ein und bildet dabei Kammern 9, in die jeweils ein Flügel 7 des Rotors 5 hineinragt. Im gezeigten Beispiel sind fünf Kammern 9 und fünf Flügel 7 vorhanden. Die Flügel 7 unterteilen dabei jeweils ihre Kammer 9 in Umfangsrichtung in je zwei Teilkammern. Durch Zuführung von Drucköl in jeweils eine der beiden Teilkammern und Abfuhr von Drucköl aus der jeweils anderen Teilkammer wird auf die Flügel 7 eine Stellkraft ausgeübt, die zu einem Drehmoment auf den Rotor 5 führt, wodurch sich der Rotor 5 in Umfangsrichtung verstellt. Dadurch ergibt sich auch eine Verstellung der Winkellage des Antriebsrades 6 gegenüber der Nockenwelle 14 und somit die gewünschte Veränderung der Phasenlage der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle. Der Nockenwellenversteller 1 ist mittels einer zentralen Befestigungsschraube 12 an einer Nockenwelle 14 eines Verbrennungsmotors befestigt. Der Aufbau des Rotors 5 wird im folgenden näher beschrieben.
2 zeigt einen Rotor 5 mit Flügeln 7. Erste Ölkanäle 21A in einer ersten Oberfläche 6A des Rotors 5 führen zu den ersten, hier nicht dargestellten (s. 3) Teilkammern 11A, während zweite Ölkanäle 21B zu den jeweils zweiten Teilkammern 11B führen. Eine zweite Oberfläche 6B des Rotors ist durch die zweite, gegenüberliegende Stirnseite des Rotors 5 gebildet. Die ersten Ölkanäle 21A sind als offene Nuten ausgeführt. Die zweiten Ölkanäle 21B sind als Bohrungen im Rotor 5 ausgeführt.
Durch die Ausführung der ersten Ölkanäle 21A als offene Nuten wird bei Zuführung von Drucköl über diese Nuten eine Kraft zwischen dem hier nicht dargestellten Stator 3, der an die erste Oberfläche 6A angrenzt und dem Rotor 5 ausgeübt, die den Rotor 5 entlang seiner Rotorachse 15 in Richtung von der ersten Oberfläche 6A auf die zweite Oberfläche 6B drückt. Hierdurch wird eine verstärkte Reibung und damit erhöhter Verschleiß an der zweiten Oberfläche 6B und am an dieser zweiten Oberfläche 6B angrenzenden Flächen des Stators 3 hervorgerufen. Anhand der folgenden Figuren wird beschrieben, wie dieser unerwünschte Effekt neutralisiert wird.
3 zeigt schematisch einen Nockenwellenversteller 1 mit einem in einem Stator 3 angeordneten Rotor 5. Der Stator 3 hat radial einwärts ragende Absätze 13, zwischen denen Kammern 9 gebildet sind, die radial innen durch den Rotor 5 begrenzt sind. Flügel 7 des Rotors 5 ragen in die Kammern 9 hinein und unterteilen dadurch die Kammern 9 in eine erste Teilkammer 11A und in eine zweite Teilkammer 11B. In der zweiten Oberfläche 6B des Rotors 5 sind flache Ölkammern 19 gebildet, die über jeweils einen Kanal 17 strömungstechnisch mit jeweils einer ersten Teilkammer 9A verbunden sind.
Bei Zuführung von Drucköl zu den ersten Teilkammern 11A kommt es, wie oben beschrieben zu einer Anpresskraft des Rotors 5 an den Stator 3 an der zweiten Oberfläche 6B. Dieser Anpresskraft wird nun eine im wesentlichen gleich große Gegenkraft dadurch entgegen gesetzt, dass in den Ölkammern 19 ein Druck aufgebaut wird. Durch die Verbindung nur zu den ersten Teilkammern 11A wird selektiv abhängig vom Betriebszustand nur dann die Gegenkraft erzeugt, wenn es zu dem Axialschub auf den Rotor 5 kommt. Somit ist sichergestellt, dass der Nockenwellenversteller 1 besonders wenig Reibung ausgesetzt ist und somit besonders verschleißfest ausgebildet ist.
In 4 ist eine weitere Ausgestaltung des Rotors 5 dargestellt, bei dem die Flügel 7 angrenzend an die ersten Teilkammern 11A einen Hinterschnitt aufweisen. hierdurch gelangt Drucköl aus den ersten Teilkammern 11A an die zweite Oberfläche 6B des Rotors 5. es ergibt sich der gleiche Effekt wie zu 3 beschrieben. Vorteilhafterweise entfällt in dieser Ausgestaltung die Notwendigkeit der Fertigung der Kanäle 17.
Die zur zweiten Oberfläche 6B offenen Flächen der Ölkammern 19 werden so gestaltet, dass sie etwa gleich groß sind wie die zur ersten Oberfläche 6A offenen Flächen der ersten Ölkanäle 21A.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellenversteller
2
3: Stator
4
5: Rotor
6: Antriebsrad
6A: erste Oberfläche
6B: zweite Oberfläche
7: Flügel
8: Seitendeckel
9: Kammer
9A: Teilkammer
10: Seitendeckel
11A: Teilkammer
11B: Teilkammer
12: Befestigungsschraube
13: Absätze
14: Nockenwelle
15: Rotorachse
16
17: Kanal
18
19: Ölkammer
20
21A: erster Ölkanal
21B: zweiter Ölkanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10084408 B4 [0002]
- DE 10112206 [0003]

Claims

Nockenwellenversteller (1), mit einem Stator (3) und einem im Stator (3) angeordneten Rotor (5), welcher Flügel (7) aufweist, die jeweils in einer zwischen Stator (3) und Rotor (5) gebildeten Kammer (9) angeordnet sind, wobei die Flügel (7) ihre jeweilige Kammer (9) in zwei Teilkammern (11A, 11B) aufteilen und wobei jeder Teilkammer (11A, 11B) Drucköl zuführbar und aus jeder Teilkammer (11A, 11B) Drucköl abführbar ist, so dass durch das Drucköl ein Drehmoment auf den Rotor (5) ausübbar ist, wodurch der Rotor (5) um eine Rotorachse (15) drehbar und damit eine Nockenwellenverstellung einstellbar ist und wobei das Drucköl über erste Ölkanäle (21A) für eine erste Drehrichtung und über zweite Druckkanäle (21B) für eine zweite, entgegen gesetzte Drehrichtung den Teilkammern (11A, 11B) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Ölkanäle (21A) als auf einer ersten Oberfläche (6A) des Rotors (5) gebildete offene Nuten ausgeführt sind, während die zweiten Ölkanäle (21B) als im Rotor liegende Bohrungen ausgeführt sind und wobei auf einer zweiten, der ersten Oberfläche axial gegenüberliegenden Oberfläche (6B) des Rotors (5) eine ollene Ölkammer (19) so gebildet ist, dass bei Zuführung von Drucköl über die ersten Ölkanäle (21A) ein Druck aufbaubar ist, durch den eine entlang der Rotorachse (15) in Richtung von der zweiten Oberfläche zur ersten Oberfläche gerichtete Kraft auf den Rotor (5) erzeugbar ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, bei der die Ölkammer (19) in einem Flügeln (7) gebildet ist, wobei sie mit der dem Flügel (7) benachbarten Teilkammer (11A) strömungstechnisch in Verbindung steht, die durch die ersten Ölkanäle (21A) mit Druck beaufschlagbar ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, bei der die Ölkammer (19) in einer radialen Position zwischen den Flügeln (7) und der Rotorachse (15) gebildet ist, wobei sie mit jeweils einer der Teilkammern (11A) strömungstechnisch in Verbindung steht, die durch die ersten Ölkanäle (21A) mit Druck beaufschlagbar ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, bei dem die Ölkammer (19) so ausgelegt ist, dass ihre druckwirksame, zum Stator (3) hin offene Fläche im Wesentlichen der offenen druckwirksamen Fläche der ersten Ölkanäle (21A) entspricht.