DE102011000822A1

DE102011000822A1 - Gehäuse mit einem Schwenkmotorversteller

Info

Publication number: DE102011000822A1
Application number: DE102011000822A
Authority: DE
Inventors: Andreas Knecht; Alexander Lenhardt; Rainer Maier; Markus Todt
Original assignee: Hydraulik Ring GmbH
Current assignee: Hilite Germany GmbH
Priority date: 2011-02-11
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2012-08-16
Anticipated expiration: 2031-02-19
Also published as: DE102011000822B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse (15) mit einem Schwenkmotorversteller (1), dessen Stator (4) drehbar in einer Gehäusebohrung (18) ist. Ein Öl ist durch einen oder zwei Durchbrüche (7, 17) in einer Statoraußenwand (5) in entgegen gesetzten Schwenkrichtungen zugeordnete Druckkammern (31, 32) einleitbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse mit einem Schwenkmotorversteller gemäß dem einteiligen Patentanspruch 1.
Die DE 103 22 394 A1 und die US 6,182,622 B1 betreffen bereits Schwenkmotorversteller, bei den die Ölübergabe auf den Schwenkmotorversteller von einem stehend gegenüber der Nockenwelle angeordnetem Teil erfolgt. Dies ist gemäß beiden Druckschriften ein innerhalb des Rotors angeordnetes Hydraulikventil. Dabei sind in beiden Fällen Dichtringe zwischen dem stehenden Hydraulikventil und der Rotornabe vorgesehen.
Die EP 0 978 638 B1 beschäftigt sich mit Schmutzsammelnuten auf der Innenseite der Statoraußenwand eines Schwenkmotorverstellers.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen kurzen und kleinen Schwenkmotorversteller zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist ein Gehäuse vorgesehen, welches insbesondere ein mit dem Zylinderkopf fest verbundenes Gehäuse oder ein Zylinderkopfdeckelgehäuseteil oder der Zylinderkopf selbst sein kann. In einer Gehäusebohrung dieses Gehäuses ist der Stator drehbar angeordnet. Ein Öl ist durch zumindest einen Durchbruch in einer Statoraußenwand in eine Druckkammer von zwei entgegen gesetzten Schwenkrichtungen zugeordneten Druckkammern einleitbar. Die radialen Abmessungen des Schwenkmotorverstellers können klein sein. Auch der axiale Bauraum kann kurz sein. Damit wird der Schwenkmotorversteller sehr klein. Eine Ölzufuhr über die Nockenwelle ist nicht nötig, so dass diese nicht durch Querbohrungen geschwächt werden muss. Jedoch kann auch eine Ölzufuhr für die eine Schwenkrichtung über die Nockenwelle und die Ölzufuhr für die entgegen gesetzte Schwenkrichtung über die Statoraußenwand erfolgen. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind jedoch Durchbrüche für beide Schwenkrichtungen in der Statoraußenwand vorgesehen, so dass die Nockenwelle nicht mit Bohrungen geschwächt werden braucht.
Gegenüber der Ölversorgung über die Nockenwelle bzw. ein Nockenwellenlager sind die hydraulischen Wege sehr kurz, so dass auch die hydraulischen Verluste klein sind. Dies ist insbesondere dann von Vorteil wenn die Nockenwellenwechselmomente zur schnelleren Verstellung der Nockenwelle genutzt werden. Weitere Bohrungen in der Rotornabe sind nicht unbedingt notwendig. In besonders vorteilhafter Weise werden Schmutzpartikel infolge der Fliehkräfte radial nach außen aus den Druckkammern heraus gedrückt.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Stator nicht in der Gehäusebohrung gelagert. Stattdessen ist nur die Nockenwelle im Nockenwellelager gelagert. Dies bedeutet jedoch, dass der Stator gegenüber der Gehäusebohrung eine relativ große Toleranz aufweist, die vorteilhaft mit Dichtringen überbrückt werden kann. Sind diese Dichtringe auf eine geringe Reibung optimiert, so kann ein geringer Anteil von Leckageöl an den Dichtringen vorbei gelangen und wird in einen Ölsumpf geführt.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervor.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Dabei zeigen
1 einen Schwenkmotorversteller und
2 den Schwenkmotorversteller aus 1 in einem Schnitt entlang, dessen Rotationsachse.
Mit einem Schwenkmotorversteller 1 gemäß 1 wird während des Betriebes eines Verbrennungsmotors die Winkellage an einer in 2 ersichtlichen Nockenwelle 2 gegenüber einem Antriebsrad 3 stufenlos verändert. Durch Verdrehen der Nockenwelle 2 werden die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile so verschoben, dass der Verbrennungsmotor bei der jeweiligen Drehzahl seine optimale Leistung bringt. Der Schwenkmotorversteller 1 weist einen Stator 4 auf, der drehfest mit dem Antriebsrad 3 verbunden ist. Dabei ist das Antriebsrad 3 ein Zahnrad mit einer Verzahnung 33, die in eine nicht näher dargestellte Verzahnung an einem Ende einer parallel benachbarten Nockenwelle eingreift. Diese benachbarte Nockenwelle weist an deren anderem Ende ein Kettenrad auf, über das eine nicht näher dargestellte Kette als Antriebselement geführt ist. Über dieses Antriebselement ist somit schlussendlich der Stator 4 mit der Kurbelwelle antriebsverbunden.
In einer alternativen Ausgestaltung kann auch anstelle des Antriebsrades 3 mit der Verzahnung 33 direkt ein Kettenrad vorgesehen sein, über das eine nicht näher dargestellte Kette als Antriebselement geführt ist. Über dieses Antriebselement und das Antriebsrad 3 ist der Stator 4 dann mit der Kurbelwelle antriebsverbunden.
Der Stator 4 umfasst eine zylindrische Statoraußenwand 5, an deren Innenseite radial nach innen in gleichen Abständen Stege 8 abstehen. Zwischen benachbarten Stegen 8 werden Zwischenräume gebildet, in die Öl als Druckmedium eingebracht wird. Dazu ist ein weiter unten erläutertes 4/3-Wege-Hydraulikventil 12 vorgesehen, welches das Druckmedium entsprechend steuert.
Zwischen benachbarten Stegen 8 ragen Flügel 9, die radial nach außen von einer zylindrischen Rotornabe 10 eines Rotors 11 abstehen. Diese Flügel 9 unterteilen die Zwischenräume zwischen den Stegen 8 jeweils in zwei Druckkammern 31, 32.
Die Stege 8 liegen mit ihren Stirnseiten dichtend an der Außenmantelfläche der Rotornabe 10 an. Die Flügel 9 ihrerseits liegen mit ihren Stirnseiten dichtend an der zylindrischen Innenwand 6 der Statoraußenwand 5 an.
Ein Rotor 11 ist mittels einer nicht näher dargestellten Zentralschraube 34 drehfest mit der Nockenwelle 2 verbunden. Dazu ist diese Zentralschraube 34 durch eine zentrale Ausnehmung 35 eines hohlen Zapfens 13 des Rotors 11 bis in die Nockenwelle 2 eingesteckt und mit einem Innengewinde 16 der Nockenwelle 2 verschraubt. Um die Winkellage zwischen der Nockenwelle 2 und dem Antriebsrad 3 zu verändern, wird der Rotor 11 relativ zum Stator 4 verschwenkt. Hierzu wird je nach gewünschter Drehrichtung das Druckmedium in einer der Druckkammern 31 bzw. 32 unter Druck gesetzt, während die anderen Druckkammern 32 bzw. 31 zu einem Tank T hin entlastet werden. Um den Rotor 11 gegenüber dem Stator 4 entgegen dem Uhrzeigersinn aus der in 1 dargestellte Stellung heraus zu verschwenken, werden erste radiale Durchbrüche 17 in der Rotornabe 10 von dem in 2 schematisch dargestellten 4/3-Wege-Hydraulikventil 12 unter Druck gesetzt. Dazu ist das 4/3-Wege-Hydraulikventil 12 in nicht näher dargestellter Weise in eine Bohrung eines Gehäuses 15 eingesetzt und steht über Kanäle 20, 21 im Gehäuse 15 in hydraulischer Verbindung zu Ringkanälen 22 und 23 des Stators 4. Diese beiden Ringkanäle 22 und 23 laufen um die Statoraußenwand 5 um. Der Ringkanal 22 führt in die besagten Durchbrüche 17. Um den Rotor 11 im Uhrzeigersinn zurück in die in 1 dargestellte Stellung zu verschwenken, wird das elektromagnetische 4/3-Wege-Hydraulikventil 12 verschoben. In der dann eingenommenen Stellung wird dann vom 4/3-Wege-Hydraulikventil 12 der benachbarte Ringkanal 23 unter Druck gesetzt. Von diesem Ringkanal 23 fließt das Öl dann durch Durchbrüche 7 in die anderen Druckkammern. Diese Durchbrüche 7 sind gestrichelt dargestellt, weil sie hinter der Zeichnungsebene liegen.
Damit ist der eine Ringkanal 23 einem ersten Arbeitsanschluss A zugeordnet, wohingegen der andere Ringkanal 22 dem zweiten Arbeitsanschluss B zugeordnet ist.
Das Gehäuse 15 weist eine große Gehäusebohrung 18 auf, in welcher der Stator 4 drehbar gelagert ist. Um Leckageverluste gering ist möglich zu halten, sind. Dichtringe 24, 25, 26 vorgesehen. Diese Dichtringe 24, 25, 26 sind in Ringnuten 27, 28, 29 eingesetzt, welche axial beabstandet zu den Ringkanälen 22, 23 angeordnet sind. Dabei ist der mittlere Dichtring 25 in der Ringnut 28 axial zwischen den beiden Ringsnuten 22, 23 angeordnet. Die beiden axial äußeren Dichtringe 24, 26 dichten den Ringkanal 22 bzw. den Ringkanal 23 nach außen hin ab. Diese beiden axial äußeren Dichtringe 24, 26 sind auf eine geringe Reibung optimiert, so dass ein geringer Anteil von Leckageöl an diesen Dichtringen 24, 26 vorbei gelangen kann und in einen Ölsumpf geführt wird. Von diesem Ölsumpf gelangt das Leckageöl schlussendlich in den Tank T.
In 2 ist die gebaute Nockenwelle 2 vereinfacht dargestellt. Eine gebaute Nockenwelle besteht aus einer Welle, auf welcher die Nocken 30 aufgeschrumpft werden. Die den Grundkörper bildende Welle ist insbesondere eine Hohlwelle, in die ein Einsatz eingepresst ist, der ein Innengewinde hat, in das die Zentralschraube 34 eingeschraubt ist. Der Einsatz kann auf dessen äußerer Mantelfläche mit einer Mikroverzahnung versehen sein, die den Reibwert gegenüber der Innenwand der Hohlwelle erhöht, so dass die Zentralschraube fest angezogen sein kann, ohne den Einsatz herauszuziehen. In diesem Zusammenhang bietet sich zur Verringerung der Schraubenanzugskraft auch die eingangs genannte Reibscheibe an.
In einer alternativen Ausführungsform ist das Antriebsrad ein Zahnriemenrad, über das ein Antriebsriemen als Antriebselement geführt ist. Auch sind mehrere miteinander kämmende Zahnräder als Antrieb von der Kurbelwelle zur Nockenwelle möglich. Klassisches Achsversatzgetriebe ist der Kettentrieb.
Die Durchbrüche 7, 17 können als Bohrungen ausgeführt sein. Ebenso ist es möglich, die Durchbrüche 7, 17 beim Urformen vorzusehen. D. h. die Durchbrüche 7, 17 sind Aussparungen im Gußmaterial, beim Spritzgießen oder im Sinterprozess.
Der Stator kann jedoch auch in einem Umformprozeß hergestellt werden.
Das Material des Stators kann demzufolge beispielsweise Sinterstahl, Stahlblech, Kunststoff, oder Leichtmetall sein. Ein Kunststoff kann insbesondere ein Duroplast mit Mineralmehreinlagen und Fasereinlagen sein. Ein Leichtmetall kann insbesondere Aluminium oder Magnesium sein.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird das Öl über ein Nockenwellenlager und die Nockenwelle zu den einen Druckkammern geführt, wohingegen die Durchbrüche in der Statorwand zu den entgegen gesetzten Druckkammern des Schwenkmotorverstellers führen.
Der Verbrennungsmotor kann sowohl eine Benzinmotor als auch ein Dieselmotor sein.
Als Dichtringe können solche Dichtringe vorgesehen sein, die eine dauerhafte Dichtigkeit bei Rotation zulassen. Als Werkstoff bietet sind hier neben Kunststoff auch Metall an.
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: Schwenkmotorversteller
2: Nockenwelle
3: Antriebsrad
4: Stator
5: Statoraußenwand
6: Innenwand
7: Durchbrüche
8: Stege
9: Flügel
10: Rotornabe
11: Rotor
12: 4/3-Wege-Hydraulikventil
13: Zapfen
14
15: Gehäuse
16: Innengewinde
17: erste radiale Durchbrüche
18: große Gehäusebohrung
19: Zentralachse
20: Kanal
21: Kanal
22: Ringkanal
23: Ringkanal
24: erster Dichtring
25: zweiter Dichtring
26: dritter Dichtring
27: erste Ringnut
28: zweite Ringnut
29: dritte Ringnut
30: Nocken
31: Druckkammern
32: entgegen gerichtete Druckkammern
33: Verzahnung
34: Zentralschraube
35: Zentrale Ausnehmung
T: Tank
A: Arbeitsanschluss
B: Arbeitsanschluss

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 10322394 A1 [0002]
US 6182622 B1 [0002]
EP 0978638 B1 [0003]

Claims

Gehäuse (15) mit einem Schwenkmotorversteller (1), dessen Stator (4) drehbar in einer Gehäusebohrung (18) angeordnet ist, wobei ein Öl durch zumindest einen Durchbruch (7, 17) in einer Statoraußenwand (5) in eine Druckkammer (31 bzw. 32) von zwei entgegen gesetzten Schwenkrichtungen zugeordneten Druckkammern (31, 32) einleitbar ist.
Gehäuse mit einem Schwenkmotorversteller (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich des Stators (4) aus der Gehäusebohrung (18) heraus steht, der bewegungsfest mit einer Verzahnung (33) verbunden ist.
Gehäuse mit einem Schwenkmotorversteller (1) nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (33) auf der der Nockenwelle (2) zugewandten Seite des Schwenkmotorverstellers (1) angeordnet ist.
Gehäuse mit einem Schwenkmotorversteller (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ölübergabe vom Gehäuse (15) zu dem Durchbruch (7 bzw. 17) über einen Ringkanal (22, 23) erfolgt.
Gehäuse mit einem Schwenkmotorversteller (1) nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (22 bzw. 23) in dem Stator (4) vorgesehen ist.
Gehäuse mit einem Schwenkmotorversteller (1) nach Patentanspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass axial benachbart zu einem der Ringkanäle (22 bzw. 23) ein Dichtring (24, 25, 26) vorgesehen ist, der aus dem Ringkanal (22 bzw. 23) austretendes Öl abdichtet und gleitend an der Statoraußenwand (4) oder einem Gehäuse (15) anliegt, in dem die Gehäusebohrung (18) eingebracht ist.
Gehäuse mit einem Schwenkmotorversteller (1) nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Durchbrüche (7, 17) vorgesehen sind, von denen jeder einer der beiden entgegen gesetzten Schwenkrichtungen zugeordneten Druckkammern (31, 32) zugeordnet ist, wobei zwischen den beiden diesen Durchbrüchen (7, 17) zugeordneten Ringkanälen (22, 23), ein Dichtring (25) vorgesehen ist.
Gehäuse mit einem Schwenkmotorversteller (1) nach Patentanspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Dichtring (24, 26) den Stator (4) nach außen abdichtet.
Gehäuse mit einem Schwenkmotorversteller (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zentralschraube (34) innerhalb der Rotornabe (10) den Rotor (11) mit der Nockenwelle (2) axial verspannt.
Gehäuse mit einem Schwenkmotorversteller (1) nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektromagnetisch betätigbares Hydraulikventil (12) innerhalb des Gehäuses (15) angeordnet ist, wobei mit diesem Hydraulikventil (12) der Rotor (11) gegenüber dem Stator (4) verschwenkbar ist.