DE102012201556B4

DE102012201556B4 - Nockenwellenversteller mit einem Rückschlagventil

Info

Publication number: DE102012201556B4
Application number: DE201210201556
Authority: DE
Inventors: Jens Schäfer; Martin Steigerwald; Michael Busse; Jürgen Plate; Andreas Wedel; Olaf Boese; Steffen Räcklebe
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2032-02-03
Also published as: US8863713B2; CN103244228B; CN103244228A; DE102012201556A1; US20130199477A1

Abstract

Nockenwellenversteller (4), für einen Verbrennungsmotor (2), mit einem Stator (20), einem drehbar im Stator (20) aufgenommenen Rotor (22), einer Druckkammer (44) zum Verstellen des Rotors (22) gegenüber dem Stator (20) und einem Volumenspeicher (70) zum Ausgleichen eines Unterdruckes in der Druckkammer (44) über einen Kanal (88) zwischen der Druckkammer (44) und dem Volumenspeicher (70), wobei ein Rückschlagventil (72) mit einem Verschlußteil (102) zum Absperren des Kanals (88) vorhanden ist, wobei das Rückschlagventil (72) den Kanal (88) des in dem Nockenwellenversteller (4) angeordneten Volumenspeichers (70) in die Druckkammer (44) hinein öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (72) aus einem Blech besteht und das Verschlußteil (102) beweglich in einer Aussparung (98) des Bleches (92) mit zwei gegenüberliegenden Rändern (94, 96) ausgebildet ist, die aufeinander zu gebogen sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller mit einem Rückschlagventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung
Nockenwellenversteller sind technische Baugruppen zum Verstellen der Phasenlagen zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle in einem Verbrennungsmotor.
Aus der WO 2011 138 136 A1 ist es bekannt, in einem Nockenwellenversteller einen Volumenspeicher anzuordnen, aus dem von den Druckkammern im Falle eines Unterdruckes Hydraulikflüssigkeit angesaugt werden kann.
Aufgabe der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung den bekannten Nockenwellenversteller zu verbessern.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung gibt einen Nockenwellenversteller für einen Verbrennungsmotor an, der einen Stator, einen drehbar im Stator aufgenommenen Rotor, eine Druckkammer zum Verstellen des Rotors gegenüber dem Stator und einen Volumenspeicher zum Ausgleichen eines Unterdruckes in der Druckkammer über einen Kanal zwischen der Druckkammer und dem Volumenspeicher umfasst.
Gemäß der Erfindung weist das Rückschlagventil des Nockenwellenverstellers der eingangs genannten Art ein Verschlußteil auf, das in einer Aussparung eines Blechs mit zwei gegenüberliegenden Enden gehalten ist, die aufeinander zu gebogen sind. Das Verschlußteil kann beispielsweise zusammen mit der Aussparung aus dem Blech herausgestanzt oder anderweitig herausgeschnitten werden. Anschließend oder gegebenenfalls zuvor können die gegenüberliegenden Enden des Blechs aufeinander zu gebogen werden. Auf diese Weise ist das Rückschlagventil wirtschaftlich besonders günstig durch einen Stanz-Biege-Vorgang herstellbar.
Die Erfindung gibt daher einen Nockenwellenversteller mit einem Rückschlagventil mit einem Verschlußteil zum Absperren eines Kanals, der in einem Nockenwellenversteller einen Volumenspeicher in eine Druckkammer hinein öffnet an, wobei das Verschlußteil beweglich an einem Ende eines mit dem Nockenwellenversteller verbindbaren Biegebalkens ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist der Biegebalken im unbelasteten Zustand wenigstens einmal abgebogen.
In einer Weiterbildung der Erfindung überdeckt wenigstens eines der gebogenen Enden des Bleches das Verschlußteil wenigstens teilweise. Auf diese Weise kann ein Anschlag für das Rückschlagventil, der dessen Hub begrenzt und das Rückschlagventil so vor einer Überdehnung schützt, in das Blech mit integriert und ohne einen extra Herstellungsschritt technisch umgesetzt werden.
Eine Ausführungsform der Erfindung gibt einen Nockenwellenversteller mit einem Rotor an, der eine Nabe und wenigstens einen radial von der Nabe abragenden Flügel mit einem Kanal umfasst, der einen Volumenspeicher im Nockenwellenversteller in eine Druckkammer des Nockenwellenverstellers öffnet. Erfindungsgemäß weist der Flügel druckkammerseitig eine Nut auf, in die der Kanal geführt ist und die zum Aufnehmen eines angegebenen Rückschlagventils vorgesehen ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung gibt einen Nockenwellenversteller mit einem Stator an, der ein ringförmiges Außenteil und wenigstens ein vom ringförmigen Außenteil radial nach innen abragendes flügelförmiges Segment mit einem Kanal umfasst, der einen Volumenspeicher im Nockenwellenversteller in eine Druckkammer des Nockenwellenverstellers öffnet. Erfindungsgemäß weist das Segment druckkammerseitig eine Nut auf, in die der Kanal geführt ist und die zum Aufnehmen eines angegebenen Rückschlagventils vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß können der Rotor und/oder der Stator gemäß einem angegebenen Rotor und/oder Stator ausgebildet sein, wobei entsprechend in der Nut ein angegebenes Rückschlagventil aufgenommen ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der
1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit Nockenwellenverstellern;
2 eine Schnittansicht eines Nockenwellenverstellers aus 1 mit einem Stator;
3 eine räumliche Darstellung eines Stators aus 2;
4 eine räumliche Darstellung des Stators aus 3 in einer anderen Perspektive;
5 ein Ausführungsbeispiel des Rückschlagventils aus den 3 und 4;
6 ein Ausführungsbeispiel eines Rotors mit dem Rückschlagventil aus 5 im Schnitt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In den Figuren werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 2 mit Nockenwellenverstellern 4 zeigt.
Der Verbrennungsmotor 2 umfasst in einer an sich bekannten Weise einen Brennraum 6, der durch Ventile 8 geöffnet und geschlossen werden kann. Die Ventile werden durch Nocken 10 auf entsprechenden Nockenwellen 12 angesteuert. Im Brennraum 6 ist ferner ein Hubkolben 14 aufgenommen, der eine Kurbelwelle 16 antreibt. Die Rotationsenergie der Kurbelwelle 16 wird an ihrem axialen Ende über Triebmittel 18 auf die Nockenwellenversteller 4 übertragen. Im vorliegenden Beispiel kann das Triebmittel eine Kette oder ein Riemen sein.
Die Nockenwellenversteller 4 sind jeweils auf eine der Nockenwellen 12 axial aufgesetzt, nehmen die Rotationsenergie vom Triebmittel 18 auf und geben diese an die Nockenwellen 12 ab. Dabei können die Nockenwellenversteller 4 die Drehung der Nockenwellen 12 gegenüber der Kurbelwelle 14 zeitweise verzögern oder beschleunigen, um die Phasenlage der Nockenwellen 12 gegenüber der Kurbelwelle 16 zu verändern.
Es wird auf 2 Bezug genommen, die eine Schnittansicht eines der Nockenwellenversteller 4 aus 1 mit einem Stator 20 zeigt.
Neben dem Stator 20 weist der Nockenwellenversteller 4 einen im Stator 20 aufgenommenen Rotor 22, eine den Stator 20 gegenüber dem Rotor 22 vorspannende Spiralfeder 24, einen die Spiralfeder abdeckenden Federdeckel 26, ein zentrisch im Nockenwellenversteller 4 aufgenommenes Zentralventil 28 und einen das Zentralventil 28 betätigenden Zentralmagneten 30 auf.
Der Rotor 22 ist konzentrisch im Stator 20 aufgenommen und weist in den 3 bis 5 gezeigte von einer Nabe 32 des Rotors abragende Flügel 34 auf. Der Rotor 22 ist konzentrisch auf einer in eine der Nockenwellen 12 einschraubbaren Zentralschraube 36 des Zentralventils 28 gehalten, in der axial beweglich ein Steuerkolben 38 aufgenommen ist, der durch einen Stößel 40 des Zentralmagneten axial in die Zentralschraube 36 bewegt und durch eine Feder 42 axial aus der Zentralschraube 36 herausgedrückt werden kann. Abhängig von der Stellung des Steuerkolbens 38 in der Zentralschraube 36 werden in den 3 und 4 gezeigte Druckkammern 44 des Nockenwellenverstellers 4 in einer an sich bekannten Weise mit einem Druckanschluss 46 oder mit einem Volumenspeicheranschluss 48 verbunden, über die entsprechend eine Hydraulikflüssigkeit in die Druckkammern 44 gepumpt aus der aus diesen entlassen werden kann.
Der Stator 20 weist ein in den 3 und 4 gut zu sehendes ringförmiges Außenteil 50 auf, von dem vier Segmente 52 radial nach innen abragen. Das ringförmige Außenteil 50 ist mit einem Frontdeckel 54 und einem Rückdeckel 56 axial verschlossen, wobei die Deckel 54, 56 über Schrauben 58 auf dem ringförmigen Außenteil 50 gehalten werden. Eine der Schrauben 58 weist eine axiale Verlängerung 60 auf, die als Aufhängung für die Spiralfeder 24 dient. Ferner ist im Rückdeckel 56 auf der dem ringförmigen Außenteil 50 gegenüberliegenden axialen Seite eine umlaufende Nut 62 ausgebildet, in der der Federdeckel 26 verklemmt ist. Am radialen Umfang des ringförmigen Außenteils 50 sind Zähne 64 ausgebildet, in die das Triebmittel 18 eingreifen kann.
Die Zentralschraube 36 weist als Volumenspeicheranschluss 48 eine radiale Bohrung 66 auf, auf der ein axialer Kanal 68 durch den Frontdeckel 54 aufgelegt ist. Der Kanal 68 ist auf eine in Umfangsrichtung geführte Nut 71 an der zur Zentralschraube 36 gerichteten radialen Innenseite des Frontdeckels 54 radial aufgesetzt, um einen Fluss der Hydraulikflüssigkeit in jeder Lage der drehfest mit dem Rotor 22 verbundenen Zentralschraube 36 zum Stator 20 zwischen der radialen Bohrung 66 und dem Kanal 68 zuzulassen.
Der Kanal 68 führt in einen Hohlraum 70 in einem der Segmente 52, wobei durch diesen Hohlraum 70 auch eine der Schrauben 58 geführt ist. Der Hohlräume 70 ist über ein Rückschlagventil 72 zum benachbarten Druckraum 44 des Nockenwellenverstellers 4 geöffnet, wobei der Fluss der Hydraulikflüssigkeit ausschließlich vom Hohlraum 70 zum Druckraum 44 möglich ist, so dass der Druckraum 44 im Falle eines Unterdruckes im Hohlraum 70 gespeicherte Hydraulikflüssigkeit ansaugen kann. Läuft der Hohlraum 70 mit zu viel Hydraulikflüssigkeit über, so wird der Überschuss an Hydraulikflüssigkeit über einen Tankanschluss 74 beispielsweise an eine nicht gezeigte Ölwanne abgegeben. Der Hohlraum 70 im Segment 52 dient daher als Volumenspeicher zum Ausgleichen eines Unterdruckes in der entsprechenden angrenzenden Druckkammer 44 des Nockenwellenverstellers 4.
Es wird auf die 3 und 4 Bezug genommen, die eine räumliche Darstellung des Stators 20 mit einem darin aufgenommenen Rotor 22 aus 2 aus zwei verschiedenen Perspektiven zeigen.
Der Rotor 22 weist im Zentrum eine axiale Durchführung 76 auf, in die das Zentralventil 28 einschiebbar ist. Aus der axialen Durchführung 76 erstrecken sich radial Bohrungen 78 die mit den Arbeitsanschlüsse des Zentralventils 28 verbindbar sind, um die Druckkammern 44 mit Hydraulikflüssigkeit zu füllen oder zu leeren. Radial von der axialen Durchführung 76 abgesetzt sind weitere axiale Durchgangsbohrungen 80 zur Aufnahme von nicht gezeigten Stiften geführt, an denen die Spiralfeder 24 rotorseitig eingehängt werden kann. Ferner umfasst der Rotor 22 radial abgesetzt von der axialen Durchführung 76 eine axiale Sacklochbohrung 82, in der ein nicht gezeigter Verriegelungspin zum Verriegeln des Rotors 22 gegenüber dem Stator 20 aufgenommen werden kann. Die radialen Enden der Flügel des Rotors 22 weisen radiale Einkerbungen 84 auf, in denen eine jeweils Dichtung 86 zum Abdichten der Druckkammern 44 gegeneinander aufgenommen ist.
Wie aus 3 und 4 zu sehen, greifen die Flügel 34 in einen umfänglich an einer Innenseite des ringförmigen Außenteils 50 in durch die Segmente 52 begrenzte Zwischenräume ein und bilden so die Druckkammern 44 aus. In Umfangsrichtung des Stators 20 betrachtet wird dabei vor einem Flügel 34 eine Frühdruckkammer 44 ausgebildet, während hinter einem Flügel 34 eine Spätdruckkammer 44 ausgebildet wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist nur eine der Frühdruckkammern 44 mit einem Hohlraum 70 zum Druckausgleich über ein Rückschlagventil 72 verbunden. Es können aber auch alle Frühdruckkammern 44 oder alle Spätdruckkammern 44 zum Druckausgleich mit einem entsprechend in den Segmenten 52 ausgebildeten Hohlraum 70 über Rückschlagventile verbunden sein.
In den 3 und 4 ist aus dem Hohlraum 70 in die entsprechend angrenzende Druckkammer 44 eine Bohrung 88 in Umfangsrichtung des Stators 22 geführt, die den Hohlraum 70 mit der Druckkammer 44 verbindet. Die Bohrung 88 führt in eine Nut 89, in der das Rückschlagventil 72 aufgenommen ist. Auf die Nut 89 wird an späterer Stelle näher eingegangen. Auf der Seite der Druckkammer ist das Rückschlagventil 72 in Form eines kleinen Plättchens angeordnet, das sich bei einem Fluss von Hydraulikflüssigkeit von der Druckkammer 44 in den Hohlraum 70 hinein an den Stator 20 presst und so die Bohrung 88 verschließt. In der vorliegenden Ausführung sind die Druckkammer 44 und der Hohlraum 70 über eine einzige Bohrung 88 miteinander verbunden. Beide Kammern 44, 70 können aber auch über mehrere Bohrungen 88 und über entsprechend mehrere Rückschlagventile 72 miteinander verbunden sein. Auch ist es möglich in einer einzigen Bohrung 88 mehrere Rückschlagventile 72 in Reihe und/oder parallel anzuordnen.
Ferner sind durch die Segmente 52 jeweils axial durchgängige Ausnehmungen 90 geführt, durch die die Schrauben 58 geführt werden können.
In den 3 und 4 ist der als Volumenspeicher dienende Hohlraum 70 beispielhaft im Stator 20 ausgebildet. Der Hohlraum kann jedoch an jeder beliebigen Stelle im Nockenwellenversteller 4 ausgebildet sein. So kann der Hohlraum 70 wie später noch gezeigt im Rotor 22 oder, wenn zwischen zwei Segmenten 52 des Stators 20 ein Flügel 34 weggelassen wird, auch zwischen diesen beiden zwei Segmenten 52 ausgebildet sein.
Das Rückschlagventil 72 ist in den 3 und 4 auf den Stator 20 aufgesetzt. Je nachdem, wo der Hohlraum 70 ausgebildet ist, kann das Rückschlagventil 72 auch auf den Rotor 22 aufgesetzt werden.
Es wird auf 5 Bezug genommen, die ein Ausführungsbeispiel des Rückschlagventils 72 zeigt.
Das Rückschlagventil 72 besteht in der vorliegenden Ausführung aus einem Blech 92. In die Zeichenebene hinein betrachtet weist das Blech 92 ein oberes Ende 94 und ein unteres Ende 96 auf, die beide aus der Zeichenebene heraus und aufeinander zu gebogen sind.
Zwischen dem oberen und unteren Ende 94, 96 weist das Blech eine Aussparung 98 auf, in der über einen Biegebalken 100 ein Plättchen 102 mit dem Blech 92 verbunden ist. Das Plättchen 102 kann über den Biegebalken in die Zeichnungsebene hinein und aus dieser herausgebogen werden. Wird das in 5 gezeigte Rückschlagventil 72 mit der Unterseite, die den gebogenen Enden 94, 96 gegenüberliegt, derart wie in 4 gezeigt auf die Bohrung 88 zum Hohlraum 70 gelegt, dass das Plättchen wie in 4 gezeigt, die Bohrung 88 zum Hohlraum 70 bedeckt, so kann eine Hydraulikflüssigkeit aus dem Hohlraum 70 in den Druckraum 44 eintreten, aber nicht umgekehrt.
Zur Herstellung des Rückschlagventils 72 kann zunächst ein beliebiges Blech auf geeignete Maße geschnitten werden. Im nächsten Schritt kann die Aussparung 98 gemeinsam mit dem Biegebalken 100 und dem Plättchen 102 herausgearbeitet werden. Dazu kann das Blech gestanzt, gesägt anderweitig geschnitten oder spanend bearbeitet werden. Abschließend können das obere und untere Ende 94, 96 abgebogen werden. Besonders bevorzugt wird dabei wenigstens eines der beiden Enden soweit abgebogen, dass es in der senkrechten Draufsicht auf das Rückschlagventil 72, wie in 5 gezeigt, das Plättchen 102 überlappt. Auf diese Weise dient das entsprechende abgebogene Ende 94, 96 gleichzeitig als Begrenzungsmittel, das den Hub des Plättchens 102 begrenzt wenn Hydraulikflüssigkeit aus dem Hohlraum 70 in die Druckkammer 44 eintritt.
Es wird auf 6 Bezug genommen, die einen Querschnitt durch einen Flügel 34 eines beispielhaften Rotors 22 zeigt, in Nuten 89 Rückschlagventile 72 aufgenommen sind, die analog zu in 5 ausgebildet sind. Die Nuten 89 sind analog zur Nut 89 im Stator 20 der 4 ausgebildet.
Wie aus 6 ersichtlich, weisen die Nuten 89 radiale Einbuchtungen 104 auf, in die die umgebogenen Enden 94, 96 eingelegt sind. Die Rückschlagventile 72 können über eine nicht gezeigte axiale Öffnung in die Nuten 89 eingeschoben werden. Alternativ können die Rückschlagventile 72 auch in Umfangsrichtung des Rotors 22 (beziehungsweise des Stators 20) in die Nuten 89 eingeschoben werden, wenn die Bleche 92 ausreichend biegsam und flexibel sind.
Aus den Einbuchtungen 104 resultieren radiale Vorsprünge 106. Einzelne dieser radialen Vorsprünge 106 können sich in nicht gezeigter Weise radial über das die Bohrungen 88 zum Hohlraum 70 bedeckende Plättchen 102 erstrecken und so ebenfalls oder alternativ als Hubbegrenzer für das Plättchen 102 dienen.
Bezugszeichenliste

2: Verbrennungsmotor
4: Nockenwellenversteller
6: Brennraum
8: Ventil
10: Nocken
12: Nockenwelle
14: Hubkolben
16: Kurbelwelle
18: Triebmittel
20: Stator
22: Rotor
24: Spiralfeder
26: Federdeckel
28: Zentralventil
30: Zentralmagnet
32: Nabe
34: Flügel
36: Zentralschraube
38: Steuerkolben
40: Stößel
42: Feder
44: Druckkammer
46: Druckanschluss
48: Volumenspeicheranschluss
50: ringförmiges Außenteil
52: Segment
54: Frontdeckel
56: Rückdeckel
58: Schraube
60: axiale Verlängerung
62: Nut
64: Zahn
66: radiale Bohrung
68: Kanal
70: Hohlraum
71: umfängliche Nut
72: Rückschlagventil
74: Tankanschluss
76: axiale Durchführung
78: radiale Bohrung
80: axiale Durchgangsbohrung
82: axiale Sacklochbohrung
84: radiale Einkerbung
86: Dichtung
88: Durchgangsbohrung in Umfangsrichtung
90: axiale Ausnehmung
92: Blech
94: oberes abgebogenes Ende
96: unteres abgebogenes Ende
98: Aussparung
100: Biegebalken
102: Plättchen
104: Einbuchtung
106: Vorsprung

Claims

Nockenwellenversteller (4), für einen Verbrennungsmotor (2), mit einem Stator (20), einem drehbar im Stator (20) aufgenommenen Rotor (22), einer Druckkammer (44) zum Verstellen des Rotors (22) gegenüber dem Stator (20) und einem Volumenspeicher (70) zum Ausgleichen eines Unterdruckes in der Druckkammer (44) über einen Kanal (88) zwischen der Druckkammer (44) und dem Volumenspeicher (70), wobei ein Rückschlagventil (72) mit einem Verschlußteil (102) zum Absperren des Kanals (88) vorhanden ist, wobei das Rückschlagventil (72) den Kanal (88) des in dem Nockenwellenversteller (4) angeordneten Volumenspeichers (70) in die Druckkammer (44) hinein öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (72) aus einem Blech besteht und das Verschlußteil (102) beweglich in einer Aussparung (98) des Bleches (92) mit zwei gegenüberliegenden Rändern (94, 96) ausgebildet ist, die aufeinander zu gebogen sind.
Nockenwellenversteller (4) mit dem Rückschlagventil (72) nach Anspruch 1, wobei wenigstens eines der gebogenen Enden (94, 96) des Bleches (92) das Verschlußteil (102) wenigstens teilweise überdeckt.
Nockenwellenversteller (4) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Rotor (22) eine Nabe (32) umfasst und wenigstens einen radial von der Nabe (32) abragenden Flügel (34) mit dem Kanal (88), wobei der Flügel (34) druckkammerseitig eine Nut aufweist, in die der Kanal (88) geführt ist und die zum Aufnehmen des Rückschlagventils (72) vorgesehen ist.
Nockenwellenversteller (4) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Stator (20) ein ringförmiges Außenteil (50) umfasst und wenigstens ein vom ringförmigen Außenteil (50) radial nach innen abragendes flügelförmiges Segment (52) mit dem Kanal (88), wobei das Segment (52) druckkammerseitig eine Nut aufweist, in die der Kanal (88) geführt ist und die zum Aufnehmen des Rückschlagventils (72) vorgesehen ist.