DE102010012652B4

DE102010012652B4 - Schwenkmotornockenwellenversteller mit einem Rotor

Info

Publication number: DE102010012652B4
Application number: DE102010012652.7A
Authority: DE
Inventors: Patrick Gautier; Florian Hentsch
Original assignee: Hilite Germany GmbH
Current assignee: Hilite Germany GmbH
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2018-05-17
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: DE102010012652A1

Abstract

Schwenkmotornockenwellenversteller mit einem Rotor (1) mit sich radial nach außen hammerförmig verbreiternden Flügeln (6, 7, 8, 9), wobei zwei der einen Drehrichtung zugeordnete Druckkammern (41, 23) von einer gemeinsamen Bohrung (40) versorgt werden, die von einem der einen Drehrichtung zugeordneten Fußbereich (32) des einen Flügels (6) zu einem der gleichen Drehrichtung zugeordneten Fußbereich (34) des benachbarten Flügels (7) durchgeht, wobei von der gemeinsamen Bohrung (40) eine Versorgungsbohrung (43) abgeht, die zu einer Stirnseite (51) und zu einer Innenseite (52) einer Rotornabe (2) führt, wobei die Versorgungsbohrung (43) in einem spitzen Winkel von der gemeinsamen Bohrung (40) zu einer Kante zwischen der Stirnseite (51) und der Innenseite (52) der Rotornabe (2) führt.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 einen Schwenkmotornockenwellenversteller mit einem Rotor.
Aus der EP 1 568 855 B1 ist bereits ein Schwenkmotornockenwellenversteller bekannt, dessen Rotor sich radial nach außen hammerförmig verbreiternde Flügel aufweist. Solche Flügel sind in Bereich ihrer außenseitigen Anlageflächen so ausgebildet, dass die Flügel dort im Prinzip ihre größte Breite haben. Gegebenenfalls in die Flügel eingearbeitete Schmutztaschen können diese Breite jedoch geringfügig verringern. Durch diese große Breite steht eine ausreichend große Dichtlänge zur Verfügung, um den Leckagestrom an dem auf dieser Dichtlänge entstehenden Dichtspalt minimal zu halten. Die umfangsseitigen Außenkonturen der Flügel können über einen Teil ihrer Länge konkav gekrümmt sein, so dass die Flügel schmal gehalten werden können. Dies hat zur Folge, dass der Schwenkwinkel des Rotors vergrößert ist, da die Flügel aufgrund ihrer geringen Breite erst bei größeren Schwenkwinkeln an den Seitenflächen der Stege des Stators zur Anlage kommen.
Aus der JP 2005-36760 A sowie der JP 2008-121558 A ist jeweils ein Schwenkmotorversteller mit einem Rotor mit hammerförmigen Flügeln bekannt, wobei zwei der einen Drehrichtung zugeordneten Druckkammern von einer gemeinsamen Bohrung versorgt werden, die von einem der einen Drehrichtung zugeordneten Fußbereich des einen Flügels zu einem der gleichen Drehrichtung zugeordneten Fußbereich des benachbarten Flügels durchgeht.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen kostengünstigen Schwenkmotorversteller zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
Die Erfindung sieht im Rotor eine Kanalführung vor, mit der zwei der einen Drehrichtung zugeordnete Druckkammern von einer gemeinsamen Bohrung versorgt werden. Diese gemeinsame Bohrung geht dabei von einem der einen Drehrichtung zugeordneten Fußbereich eines Flügels zu einem der gleichen Drehrichtung zugeordneten Fußbereich eines benachbarten Flügels durch. Für eine solche Kanalführung kann der Bohrer so angesetzt werden, dass er an den hammerförmigen radial äußeren Verbreiterungen der Flügel vorbeigeführt wird. Dabei verläuft die Bohrung als Sekante zu der runden Rotornabe.
Mit diesem Hammerflügel wird erreicht, dass die außenseitigen Anlageflächen gegenüber dem Stator in Umfangsrichtung sehr lang sind. Mit dieser großen Länge wird eine große Dichtlänge erreicht. Diese ermöglicht es, in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung auf Dichtelement an der Stirnseite zu verzichten, wie solche bei markterhältlichen Schwenkmotornockenwellenverstellern an der außenseitigen Anlageflächen der Flügel vorgesehen sind. Der Verzicht auf Dichtelemente ist ein Kostenvorteil gegenüber Schwenkmotornockenwellenverstellern mit außenseitigen Dichtelementen. Überdies wären Dichtelemente verschleißbehaftet und würden die Reibung zwischen dem Rotor und dem Stator erhöhen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind bei dem Schwenkmotornockenwellenversteller anstelle einer Kante zwischen den außenseitigen Anlageflächen der Flügel und deren Außenkonturen Schmutztaschen vorgesehen. Solche Schmutztaschen sind beispielsweise in der EP 1 336 031 B1 , der EP 0 978 638 B1 und der EP 1 568 855 B1 gezeigt.
Die Schmutztaschen können entsprechend der EP 1 568 855 B1 als Einbuchtungen ausgeführt sein, die sich über die gesamte Länge der Flügel erstrecken. Es ist jedoch auch möglich, diese Schmutztaschen als Fasen auszugestalten, wobei dann die korrespondierende Innenkante des Stator mit einem entsprechend kleinen Radius ausgerundet oder scharfkantig ausgeführt ist, so dass auch bei minimaler Größe der Druckkammer ausreichend Freiraum in diesem Bereich der Fase verbleibt, um im Hydraulikmedium bzw. einem Druckraum vorhandene Schmutzpartikel aufzunehmen. Diese Schmutzpartikel können damit vom Dichtspalt zwischen dem Rotor und dem Stator ferngehalten werden.
Solche Formgebungen können insbesondere dann im Stator vorgesehen sein, wenn dieser aus einem faserverstärkten Kunststoff anstelle eines Metalls gefertigt ist, da Kunststoffe eine sehr freie Formgebung zulassen und Fasern die Zugspannungen in diesen Bereichen aufnehmen können.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervor.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:

1 in einer perspektivischen Darstellung einen Rotor, der Bohrungen für die eine Drehrichtung und Kanäle für die andere Drehrichtung aufweist,
2 mit Ansicht aus Richtung II gemäß 1 den Rotor in einer Schnittebene entlang der Bohrungen,
3 mit Ansicht aus Richtung III gemäß 1 den Rotor in einer Schnittebene entlang der Kanäle,
4 den Rotor in einem Schnitt entlang dessen Rotationsachse und
5 eine Ansicht analog 4 - jedoch nicht geschnitten.

1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht als Einzelteil einen Rotor 1 eines ansonsten zeichnerisch nicht näher dargestellten Schwenkmotornockenwellenverstellers. Mit einem solchen Schwenkmotornockenwellenversteller wird während des Betriebes eines Verbrennungsmotors die Winkellage zwischen der Kurbel- und der Nockenwelle verändert. Durch Verdrehen der Nockenwelle werden die Öffnungs- und Schliesszeitpunkte der Gaswechselventile so verschoben, dass der Verbrennungsmotor bei der jeweiligen Drehzahl seine optimale Leistung bringt. Der Schwenkmotornockenwellenversteller ermöglicht dabei eine stufenlose Verstellung der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle.
Der Rotor 1 weist eine Rotornabe 2 auf, von der ausgehend sich vier Flügel 5, 6, 7, 8 radial erstrecken. Diese Flügel 5, 6, 7, 8 sind dabei als Hammerflügel ausgestaltet. Demzufolge werden die Flügel 5, 6, 7, 8 in die radial nach außen weisende Richtung immer breiter, wobei die Verbreiterung nicht linear zunimmt, sondern überproportional zunimmt. Mit dieser Flügelform wird erreicht, dass die außenseitigen Anlageflächen 9 gegenüber dem Statorgrundkörper 10 im Umfangsrichtung sehr lang sind. Dazu verlaufen an einem ersten radial inneren Abschnitt 11 die beiden den Flügel 5 bzw. 6 bzw. 7 bzw. 8 in Umfangsrichtung begrenzenden Außenkonturen 12 und 13 entlang sich nahezu gerade von einer Rotationsachse 14 des Rotors 1 radial nach außen erstreckenden Linien. Dieser radial innere Abschnitt 11 der Flügel 5, 6, 7, 8 macht ungefähr die halbe Flügelhöhe aus. Diesem radial inneren Abschnitt 11 schließt sich ein in Umfangsrichtung erheblich breiterer radial äußerer Abschnitt 15 an. Die Außenkonturen 12, 13 dieses radial äußeren Abschnitts 15 laufen entlang nahezu geraden Linien, welche sich im radial inneren Bereich 11 schneiden.
Jeweils zwei umfangsmäßig benachbarten Flügel

- 5, 6 bzw.
- 6, 7 bzw.
- 7,8 bzw.
- 8,5

16

17

18

19

2

20

21

22

23

24

20

25

2

22

23

10

20

21

10

Die beiden entgegen gesetzten Druckkammern 22, 23 werden von Kanälen 26 bis 31 gespeist, die in einem Fußbereich 32 bis 39 der Flügel 5, 6, 7, 8 aus der Rotornabe 2 heraustreten und gebohrt sind. Dabei sind der einen Drehrichtung Kanäle 26, 27 zugeordnet, wohingegen der anderen Drehrichtung separate Kanäle 28 bis 31 zugeordnet sind.
Die der anderen Drehrichtung zugeordneten Druckkammern 22 werden von den in 3 ersichtlichen separaten Kanälen 28 bis 31 gespeist, die tendenziell eher radial verlaufen und in die Fußbereiche 33, 35, 37, 39 der Flügel 5, 6, 7, 8 münden. „Separat“ bedeutet in diesem Zusammenhang, das jeder Druckkammer 22 dieser anderen Drehrichtung ein eigener Kanal 28 bis 31 zugeordnet ist.
Hingegen werden die beiden Druckkammern 23, 41 der einen Drehrichtung von einer gemeinsamen Bohrung 40 gespeist. Diese gemeinsame Bohrung 40 ist demzufolge dem Kanal 26 zugehörig und mündet in die Fußbereiche 32, 34 der Flügel 6, 7. Demzufolge verläuft diese Bohrung 40 als Sekante zur äußeren kreisförmigen Mantelfläche 4 der Rotornabe 2. Diese Mantelfläche 4 hat somit ihre Schnittpunkte mit der Sekante im Fußbereich der Flügel 6, 7. Parallel zu dieser Bohrung 40 verläuft eine zweite Bohrung 42 ebenfalls als Sekante. Diese zweite Bohrung 42 ist in analoger Weise den beiden anderen der gleichen Drehrichtung zugeordneten Flügeln 8, 9 zugehörig.
Die beiden Bohrungen 40, 42 werden jeweils von einer schräg von der Innenseite 52 der Rotornabe 2 verlaufenden Versorgungsbohrung 43, 44 mit Hydraulikdruck versorgt bzw. von diesem entlastet. Diese beiden Versorgungsbohrungen 43, 44 münden dazu mit deren einem Ende in die jeweilige Bohrung 40 bzw. 42 in einen mittigen Bereich. Das Entgraten an diesem mittigen Bereich fällt einfach, da dieser mittige Bereich leicht erreichbar ist. Die anderen Enden der beiden Versorgungsbohrungen 43, 44 münden in der gleichen axialen Position der Rotornabe 2. Dabei sind die Einmündungen in der Rotornabe 2 diametral zueinander angeordnet. Durch die schräge Ausrichtung der Versorgungsbohrungen 43, 44 grenzen die Einmündungen an der von der Nockenwelle abgewandten Stirnseite 51 der Rotornabe 2.
Hingegen sind Versorgungskanäle 45 bis 48 für die der anderen Drehrichtung zugeordneten separaten Kanäle 28 bzw. 31 auf der anderen Stirnseite 50 der Rotornabe 2 angeordnet, die somit der Nockenwelle zugewandt ist. Da die Hydraulik-Zufuhr der Versorgungskanäle 45 bis 48 über einen Ringkanal 49 von Seiten der Stirnseite 50 verläuft, können die Versorgungskanäle 45 bzw. 48 als Vertiefungen ausgeführt sein und somit im Urformprozess des Rotors eingeformt sein. Dieser Urformprozess kann beispielsweise ein Sinterprozess oder ein Druckgussprozess sein.
Insbesondere in 2 ist ersichtlich, dass die Flügel 6, 7, 8, 9 anstelle einer Kante am Übergangsbereiche von den außenseitigen Anlageflächen zu den Außenkonturen 11, 12 Fasen aufweisen, die gemeinsam mit dem Stator Schmutztaschen 53 bilden.
Der eine Flügel 6 weist eine Verriegelung 54 auf, mit welcher der Rotor 2 gegen den Stator festsetzbar ist. Dazu ist eine Ölversorgungsnut 55 an der außenseitigen Anlagefläche 9 ausschließlich dieses einen Flügels 6 vorgesehen.
Aus 4 und 5 wird die Ölführung in die beiden Druckkammern 22, 23, 41 noch klarer.
Eine weitere mögliche Form von hammerförmigen Flügeln ist in der EP 1 568 855 B1 dargestellt, die auch die Integration einer Dämpfungsfunktion in die Paarung von hammerförmigen Flügel und korrespondierendem Steg des Stators dargstellt. Die Außenkonturen der Flügel können somit auch gemäß dieser Druckschrift oder auch andersartig gekrümmt sein.
Es ist auch möglich, dass für beide Drehrichtungen Bohrungen vorgesehen sind, die als Sekanten vom Fußbereich des einen Flügels zum Fußbereich des benachbarten Flügels durchgehen.
Die separaten Kanäle können auch als stirnseitig offene Kanäle des Rotors ausgeführt sein, welche von einer separaten Abdeckung verschlossen sind. Eine solche Konstruktion ist aus der DE 10 2005 026 553 B3 bekannt, die diesbezüglich auch in der hier vorliegenden Anmeldung als aufgenommen gelten soll.
Die beiden Stirnseiten 50, 51 sind je nach Art der Ölversorgung auch untereinander austauschbar. Das zeichnerisch dargestellte Ausgestaltungsbeispiel zeigt eine Ölzuführung von Seiten der Nockenwelle. Es kann jedoch das Hydraulikfluid auch von einem Deckel des Steuertriebes zugeführt werden, so dass dann das Hydraulikfluid von der anderen Seite kommt.
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.
Bezugszeichenliste

1: Rotor
2: Rotornabe
3: Rotationsachse
4: Kreisförmige Mantelfäche
5: Flügel
6: Flügel mit Verriegelung
7: Flügel
8: Flügel
9: außenseitige Anlageflächen
10: Statorgrundkörper
11: Innerer Abschnitt
12: Außenkontur
13: Außenkontur
14: Rotationsachse
15: radial äußerer Abschnitt
16: Zwischenraum
17: Zwischenraum
18: Zwischenraum
19: Zwischenraum
20: Steg
21: Steg
22: Druckkammer
23: Druckkammer
24: Innenkante
25: Dichtspalt
26: Kanal
27: Kanal
28: separater Kanal
29: separater Kanal
30: separater Kanal
31: separater Kanal
32: Fußbereich
33: Fußbereich
34: Fußbereich
35: Fußbereich
36: Fußbereich
37: Fußbereich
38: Fußbereich
39: Fußbereich
40: Bohrung
41: Druckkammer
42: Bohrung
43: Versorgungsbohrung
44: Versorgungsbohrung
45: Versorgungskanal
46: Versorgungskanal
47: Versorgungskanal
48: Versorgungskanal
49: Ringkanal
50: Stirnseite zur Nockenwelle
51: Stirnseite von der Nockenwelle hinfort weisend
52: Innenseite
53: Schmutztasche
54: Verriegelung
55: Ölversorgungsnut

Claims

Schwenkmotornockenwellenversteller mit einem Rotor (1) mit sich radial nach außen hammerförmig verbreiternden Flügeln (6, 7, 8, 9), wobei zwei der einen Drehrichtung zugeordnete Druckkammern (41, 23) von einer gemeinsamen Bohrung (40) versorgt werden, die von einem der einen Drehrichtung zugeordneten Fußbereich (32) des einen Flügels (6) zu einem der gleichen Drehrichtung zugeordneten Fußbereich (34) des benachbarten Flügels (7) durchgeht, wobei von der gemeinsamen Bohrung (40) eine Versorgungsbohrung (43) abgeht, die zu einer Stirnseite (51) und zu einer Innenseite (52) einer Rotornabe (2) führt, wobei die Versorgungsbohrung (43) in einem spitzen Winkel von der gemeinsamen Bohrung (40) zu einer Kante zwischen der Stirnseite (51) und der Innenseite (52) der Rotornabe (2) führt.
Schwenkmotornockenwellenversteller mit einem Rotor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der anderen Drehrichtung zugeordneten Fußbereiche (33, 35, 37, 39) von separaten Kanälen (28, 29, 30, 31) versorgt werden, denen von der anderen Stirnseite (50) des Rotors (2) Hydraulikfluid zuführbar ist.
Schwenkmotornockenwellenversteller mit einem Rotor nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die separaten Kanäle (28 bis 31) als Bohrungen ausgeführt sind, die von Versorgungskanälen (45, 46) gespeist sind, welche im Urformprozess des Rotors (2) eingeformt sind.
Schwenkmotornockenwellenversteller mit einem Rotor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (6, 7, 8, 9) außenseitige Anlageflächen (9) aufweisen, die einen Dichtspalt zu Innenflächen eines Statorgrundkörpers (10) bilden.
Schwenkmotornockenwellenversteller mit einem Rotor nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (9) zumindest eines der Flügel (6 bzw. 7 bzw. 8 bzw. 9) zu dessen umfangsseitigen Außenkonturen (12, 13) über eine Schmutztasche (53) verläuft, wobei der Stator aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt ist.
Schwenkmotornockenwellenversteller mit einem Rotor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass genau vier Flügel (6, 7, 8, 9) vorgesehen sind.