DE102012201563A1

DE102012201563A1 - Rückschlagventil für Nockenwellenversteller mit Ölspeicher

Info

Publication number: DE102012201563A1
Application number: DE102012201563A
Authority: DE
Inventors: Michael Busse
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: 2013-08-08
Also published as: CN103244222B; US8739749B2; US20130199473A1; CN103244222A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller (4) für eine Nockenwelle (12) eines Verbrennungsmotors (2). Der angegebene Nockenwellersteller (4) umfasst einen Stator (20), einen konzentrisch im Stator (20) aufgenommenen und um eine Rotationsachse (78) verdrehbar zum Stator (20) gelagerten Rotor (22) und einen Volumenspeicher (70) zum Aufnehmen einer Hydraulikflüssigkeit aus einer zwischen dem Rotor (22) und dem Stator (20) ausgebildeten Druckkammer (44), wobei der Volumenspeicher (70) einen Auslass (76) in Richtung zur Rotationsachse (78) aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Rückschlagventil zum Verschließen eines Kanals zwischen einem Volumenspeicher und einer Druckkammer in einem Nockenwellenversteller, einen Rotor eines Nockenwellenverstellers mit dem Rückschlagventil und einen Nockenwellenversteller mit dem Rotor.
Hintergrund der Erfindung
Nockenwellenversteller sind technische Baugruppen zum Verstellen der Phasenlagen zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle in einem Verbrennungsmotor.
Aus der WO 2011/032805 A1 ist es bekannt, in einem hydraulisch arbeitenden Nockenwellenversteller einen Volumenspeicher anzuordnen, um einen Unterdruck in einer Druckkammer des Nockenwellenverstellers zu vermeiden.
Aus der WO 2011/138136 A1 ist es bekannt geworden, einen Kanal zwischen dem Volumenspeicher und der Druckkammer mit einem in der Druckkammer angeordneten Rückschlagventil zu verschließen.
Aufgabe der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung das bekannte Rückschlagventil zu verbessern.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schlägt vor, das Rückschlagventil derart auszubilden, dass es vom Kanal zwischen der Druckkammer und dem Volumenspeicher gehalten werden kann.
Der Vorschlag basiert auf der Überlegung, dass das bekannte Rückschlagventil durch eine Feder axial auf eine Öffnung des Kanals gedrückt wird, die über eine Klammer am Flügel des Rotors des Nockenwellenverstellers gehalten wird. Diese Klammer ist nicht nur in ihrer Produktion aufwendig und teuer, sie nimmt auch unnötig Bauraum und verursacht im Nockenwellenversteller unnötig Gewicht.
Basierend auf dieser Überlegung liegt dem Vorschlag die Idee zugrunde, dass das Rückschlagventil nicht axial auf die Öffnung des Kanals gedrückt sondern nur gegen ein radiales Verrutschen im Kanal gesichert werden muss, da die axiale Andruckkraft durch die Hydraulikflüssigkeit im Nockenwellenversteller ohnehin bereitgestellt wird.
Daher gibt die Erfindung ein Rückschlagventil zum Verschließen eines Kanals zwischen einem Volumenspeicher und einer Druckkammer in einem Nockenwellenversteller an. Das angegebene Rückschlagventil umfasst einen Deckel zum druckkammerseitigen Verschließen des Kanals und ein in den Kanal einführbares axial vom Deckel abragendes, flüssigkeitsdurchlässiges Stützelement zum radialen Abstützen des Deckels auf dem Kanal.
Das Stützelement kann auf jede beliebige Weise flüssigkeitsdurchlässig sein. So kann das Stützelement beispielsweise eine netz- oder porenartige Struktur aufweisen, durch die die Hydraulikflüssigkeit fließen kann. Alternativ oder zusätzlich kann das Stützelement vom Deckel aus gesehen konisch zusammenlaufen, so dass es wie ein Stöpsel wirkt, der Flüssigkeit vom Kanal in die Druckkammer lässt, wenn der Deckel durch einen Druck aus dem Volumenspeicher aufgrund eines Unterdruckes in der Druckkammer axial vom Kanal weggedrückt wird. Baut sich dann wieder umgekehrt ein höherer Druck in der Druckkammer auf, so wirkt das konisch zulaufende Stützelement, das das Rückschlagventil radial im Kanal hält, wie eine Führung, den Deckel auf der entsprechenden Öffnung des Kanals zentriert. Eine weitere Möglichkeit, das Stützelement flüssigkeitsdurchlässig auszubilden, ist in den Unteransprüchen angegeben.
Das Stützelement am Deckel kann in einfacher Weise in den Kanal zwischen der Druckkammer und dem Volumenspeicher eingeschoben werden, was neben den oben genannten Vorteilen auch die Montage des Rückschlagventils im Nockenwellenversteller vereinfacht.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Stützelement wenigstens zwei axial beabstandete Stäbe. Diese Stäbe können das Rückschlagventil an den Wänden des Kanals ohne ein radiales Spiel des Rückschlagventils fixieren, wobei zwischen den beabstandeten Stäben weiterhin Hydraulikflüssigkeit hindurchströmen kann.
In einer zusätzlichen Weiterbildung sind an den dem Deckel gegenüberliegenden Enden der Stäbe von einem Mittelpunkt des Deckels aus gesehen radial nach außen gerichtete Haken zum Einführen in den Volumenspeicher ausgebildet. Die Haken wirken wie axiale Loslager, die den axialen Bewegungsspielraum des Rückschlagventils im Kanal begrenzen, so dass das Rückschlagventil im Nockenwellenversteller ohne weitere Haltevorrichtungen befestigt werden kann.
In einer besonderen Weiterbildung sind die Stäbe radial elastisch ausgebildet. Das heißt, dass sich die Stäbe von einem Mittelpunkt des Deckels aus gesehen radial nach innen oder radial nach außen elastisch verbiegen lassen. Dies erleichtert insbesondere die Montage des Rückschlagventils mit an den Stäben ausgebildeten Haken, die nun einfach in den Kanal eingeschoben werden können, wobei sich Haken automatisch radial auseinanderbewegen, wenn diese am anderen Ende des Kanals in den Volumenspeicher eintauchen.
Das Rückschlagventil kann ein spritzgegossenen Formteil sein und so in besonders günstiger Weise in Massenproduktion hergestellt werden.
Das Material des Rückschlagventils kann dabei Kunststoff sein, das gegenüber anderen Materialen wie Stahl eine geringe Masse und somit ein geringes Trägheitsmoment aufweist. Damit wird das dynamische Verhalten des Rückschlagventils verbessert, so dass das angegebene Rückschlagventil beispielsweise im Vergleich zu Kugelrückschlagventilen schneller Öffnen und Schließen kann.
Sollte der Druck aus der Druckkammer nicht ausreichen, den Deckel des Rückschlagventils auf die Öffnung des Kanals zu drücken, so kann an den Haken des Rückschlagventils ein Rückstellelement angeordnet werden, dass beispielsweise an einer Wand des Volumenspeichers gegengelagert werden kann. Dieses Rückstellelement kann beim Verschließen des Kanals mit dem Deckel unterstützend wirken, indem es die Haken des Rückstellventils von der Wand des Volumenspeichers wegdrückt.
Die Erfindung gibt auch einen Rotor für einen Nockenwellenversteller an, der eine Nabe, wenigstens einen radial von der Nabe abragenden Flügel mit einem im Flügel ausgebildeten Volumenspeicher, der über einen umfänglich zur Nabe verlaufenden Kanal durch den Flügel vom Volumenspeicher aus gesehen nach außen hin geöffnet ist, und ein vom Volumenspeicher aus gesehen von außen auf den Kanal aufgesetztes angegebenes Rückschlagventil umfasst.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein Abstand zwischen dem Deckel und dem Haken größer, als eine Länge des Kanals, so dass der Deckel ein axiales Spiel besitzt, den Kanal zu öffnen und Hydraulikflüssigkeit aus dem Volumenspeicher des Flügels in den Druckspeicher zu entlassen, an den der Flügel angrenzt, wenn der Rotor in den Nockenwellenversteller eingebaut ist.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung liegen die Stäbe des Stützelements an einer Wand des Kanals an. Auf diese Weise wird das radiale Spiel des Rückschlagventils im Kanal auf Null beschränkt.
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist eine vom Volumenspeicher aus gesehen nach außen gerichtete Öffnung des Kanals angefast. Mit anderen Worten ist die Öffnung angefast, die in den Druckspeicher des Nockenwellenverstellers gerichtet ist, die den angegebenen Rotor enthält. Durch die Fase lassen sich die Haken des Rückschlagventils beim Einschieben in den Kanal automatisch radial zusammendrücken, so dass der Einbau des Rückschlagventils in den Rotor besonders einfach gestaltet werden kann.
In einer zusätzlichen Weiterbildung der Erfindung umfasst der Flügel im Bereich einer nach außen gerichteten Öffnung des Kanals eine in Umfangsrichtung gerichtete Vertiefung, in der der Deckel des Rückschlagventils aufnehmbar ist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass der Flügel des Rotors an eine entsprechende, die Druckkammer mit bestimmende Wand des Stators anschlagen kann.
Alternativ oder zusätzlich kann der Deckel aber auch als Anschlagpuffer zwischen dem Flügel und der Wand des Rotors dienen und nur teilweise oder gar nicht im Flügel versenkt werden.
Der Flügel kann auf der der Nabe gegenüberliegenden radialen Seite eine Dichtleiste umfassen, mit der im eingebauten Zustand des Rotors in einem Nockenwellenversteller ein Leckagestrom zwischen den Druckkammern gemindert werden kann.
Die Erfindung gibt auch einen Nockenwellenversteller zum Einstellen einer Phasenverschiebung zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors an. Der angegebenen Nockenwellenversteller umfasst einen Stator zur Aufnahme einer Rotationsenergie von der Kurbelwelle und einen zur Stator verdrehbar gelagerten angegeben Rotor zur Abgabe der Rotationsenergie an die Nockenwelle.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der
1 eine perspektivische Ansicht eines Rotors mit Volumenspeichern;
2 eine perspektivische Ansicht eines angegebenen Rückschlagventils;
3 eine Schnittansicht des Rückschlagventils aus 2 in dem Rotor aus 1;
4 eine Schnittansicht des Rückschlagventils aus 2 in dem Rotor aus 1 mit einer Weiterbildung; und
5 eine Schnittansicht des Rückschlagventils aus 2 in dem Rotor aus 1 mit einer zusätzlichen Weiterbildung zeigen.
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 perspektivische Ansicht eines Rotors 2 mit vier Volumenspeichern 4 zeigt.
Die Volumenspeicher 4 sind in einer Nabe 6 des Rotors 2 ausgebildet, die sich jeweils in Flügel 8 hineinerstrecken, die radial von der Nabe 6 abragen. Die Flügel 8 weisen jeweils in Umfangsrichtung durch die Volumenspeicher 4 durchgehende Bohrungen 10 auf, die als Kanäle zur Versorgung von nicht gezeigten Druckkammern dienen, die die Flügel 8 in einem nicht gezeigten Stator eines Nockenwellenverstellers begrenzen.
Die Volumenspeicher 4 können in einer aus dem Stand der Technik bekannten Weise über Versorgungsanschlüsse 12 mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt werden. Über eine sogenannte Überlauföffnung 14 kann die Hydraulikflüssigkeit in bekannter Weise zu einem Tankanschluss weitergeleitet werden. Durch die Rotation des Rotors 2 im Betrieb wird die Hydraulikflüssigkeit zunächst in die Flügel des Rotors 2 gedrückt, bevor eine überschüssige Hydraulikflüssigkeit über die radial innere Überlauföffnung 14 abfließen kann.
Der Rotor weist ferner in an sich bekannter Weise A-Ports 18 und B-Ports 20 auf, über die die Druckkammern des Nockenwellenverstellers gefüllt und geleert werden können.
In einer Aufnahmeöffnung 22 kann ein nicht gezeigter Verriegelungspin aufgenommen werden, mit dem der Rotor 2 gegenüber dem Stator in seiner Position verriegelt werden kann, so dass ein Verdrehen beider Bauteile zueinander verhindert wird.
Im Betrieb sitzt der Rotor 2 auf einer nicht gezeigten Nockenwelle, die in einer Durchgangsöffnung 24 durch die Nabe 6 aufgenommen ist. Im Inneren der Nockenwelle kann beispielsweise das Zentralventil zum Betrieb des Nockenwellenverstellers angeordnet sein.
Auf den radialen Spitzen der Flügel 8 sind radiale Kerben 26 ausgebildet, in denen eine Dichtleiste aufgenommen werden kann, auf die an späterer Stelle eingegangen wird.
Es wird auf 2 Bezug genommen, die eine perspektivische Ansicht eines angegebenen Rückschlagventils 28 zeigt.
Das Rückschlagventil 28 weist einen Deckel 30 auf, an den sich axial zwei Stäbe 32 erstrecken. Am axialen, dem Deckel 30 gegenüberliegenden Ende der Stäbe 32 sind radial nach außen gerichtete Haken 34 angeordnet. Die Stäbe 32 lassen sich an den Haken 34 radial zusammendrücken und federn dann elastisch wieder in ihre Ausgangsposition zurück.
Zum Einbau des Rückschlagventils 28 in eines der Kanäle 10 werden die Hacken 34 zusammengedrückt und in den entsprechenden Kanal 10 von der dem Volumenspeicher 4 gegenüberliegenden Seite eingeschoben. Treten die Haken 34 im Volumenspeicher 4 aus dem Kanal 10 wieder heraus, so federn sie elastisch auseinander und verhindern, dass das Rückschlagventil 28 axial wieder aus dem Kanal 10 herausrutschen kann. Auf diese Weise werden alle acht Kanäle 10 des in 1 gezeigten Rotors 10 mit einem Rückschlagventil 28 versehen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Stäbe 32 in ihrem Querschnitt rechteckig ausgebildet. Sie können aber mit jeder beliebigen Querschnittsform ausgebildet werden. So können die Stäbe beispielsweise rund, quadratisch oder elliptisch in ihrem Querschnitt sein. Auch müssen die Stäbe 32 nicht gerade sein, sondern können teilweise krumm ausgebildet werden, solange die Haken 34 durch die Kanäle 10 durchgeführt und am anderen Ende sich mit dem Kanten des entsprechenden Kanals 10 verhaken können.
Es wird auf 3 Bezug genommen, die eine Schnittansicht des Rückschlagventils 28 aus 2 in dem Rotor 2 aus 1 zeigt.
Wie aus 3 zu sehen, können die Kanäle 10 an dem Volumenspeicher 4 gegenüberliegenden Seite eine Fase 36 aufweisen, die es erleichtert, die Haken 34 in die Kanäle 10 einzuschieben und zusammenzudrücken.
Ferner sind in 3 die Dichtleisten 38 gezeigt, die beispielsweise über eine Dichtleistenfeder 40 in den Kerben 26 abgestützt sein können, damit diese dicht an einer entsprechenden Wand des Stators angelegt werden können.
Im Betrieb des Nockenwellenverstellers mit dem Rotor 2 und den darin eingesetzten Rückschlagventilen 28 werden die von den Rückschlagventilen 28 verschlossenen Kanäle 10 verschlossen, wenn eine Druckkraft 42 aus den Druckkammern größer ist, als eine Druckkraft 44 aus dem Volumenspeicher 4. Tritt jedoch in den Druckkammern ein Unterdruck auf, so dass die Druckkraft 42 kleiner ist, als die Druckkraft 44, so öffnet das Rückschlagventil 28 den Kanal 10, so dass Hydraulikflüssigkeit aus dem Volumenspeicher 4 in den Druckspeicher in der aus dem Stand der Technik bekannten Weise eindringen kann, um den Unterdruck in der Druckkammer 10 auszugleichen.
Es wird auf 4 Bezug genommen, die eine Schnittansicht des Rückschlagventils aus 2 in dem Rotor aus 1 mit einer Weiterbildung zeigt. Die Weiterbildung besteht darin, dass der Deckel 30 des Rückschlagventils 28 in einer ausgesparten Vertiefung 46 aufgenommen ist, so dass eine nicht gezeigte, die Druckkammer begrenzende Wand des Stators an den Flügel 8 des Rotors 2 anschlagen kann.
Es wird auf 5 Bezug genommen, die eine Schnittansicht des Rückschlagventils aus 2 in dem Rotor aus 1 mit einer zusätzlichen Weiterbildung zeigt. Die Weiterbildung besteht darin, dass die Haken 34 mit einem als Tellerfeder ausgebildeten Federelement 48 von der Wand des Volumenspeichers 4 weggedrückt werden können um das Verschließen des Kanals 10 durch den Deckel 38 zu unterstützen.
Bezugszeichenliste

2: Rotor
4: Volumenspeicher
6: Nabe
8: Flügel
10: Bohrung
12: Versorgungsanschluss
14: Überlauföffnung
18: A-Port
20: B-Port
22: Aufnahmeöffnung
24: Durchgangsöffnung
26: Kerbe
28: Rückschlagventil
30: Deckel
32: Stab
34: Haken
36: Fase
38: Dichtleiste
40: Dichtleistenfeder
42: Druckkraft
44: Druckkraft
46: Vertiefung
48: Federelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2011/032805 A1 [0003]
WO 2011/138136 A1 [0004]

Claims

Rückschlagventil (28) zum Verschließen eines Kanals (10) zwischen einem Volumenspeicher (4) und einer Druckkammer in einem Nockenwellenversteller, umfassend einen Deckel (30) zum druckkammerseitigen Verschließen des Kanals (10) und ein in den Kanal einführbares axial vom Deckel (30) abragendes, flüssigkeitsdurchlässiges Stützelement (32) zum radialen Abstützen des Deckels (30) im Kanal (10).
Rückschlagventil (28) nach Anspruch 1, wobei das Stützelement (32) wenigstens zwei axial beabstandete Stäbe umfasst.
Rückschlagventil (28) nach Anspruch 2, wobei an den dem Deckel (30) gegenüberliegenden Enden der Stäbe (32) von einem Mittelpunkt des Deckels (30) aus gesehen radial nach außen gerichtete Haken (34) zum Einführen in den Volumenspeicher (4) ausgebildet sind.
Rückschlagventil (28) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Stäbe (32) radial elastisch sind.
Rotor (2) für einen Nockenwellenversteller umfassend eine Nabe (6), wenigstens einen radial von der Nabe (6) abragenden Flügel (8) mit einem im Flügel (8) ausgebildeten Volumenspeicher (4), der über einen umfänglich zur Nabe (6) verlaufenden Kanal (10) durch den Flügel (8) vom Volumenspeicher (4) aus gesehen nach außen hin geöffnet ist, und ein vom Volumenspeicher (4) aus gesehen von außen auf den Kanal (10) aufgesetztes Rückschlagventil (28) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Rotor (2) nach Anspruch 5, wobei ein Abstand zwischen dem Deckel (28) und dem Haken (34) größer ist, als eine Länge des Kanals (10).
Rotor (2) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Stäbe des Stützelements (32) an einer Wand des Kanals (10) anliegen.
Rotor (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei eine vom Volumenspeicher (4) aus gesehen nach außen gerichtete Öffnung des Kanals (10) angefast (36) ist.
Rotor (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 8, wobei der Flügel (8) im Bereich einer nach außen gerichteten Öffnung des Kanals (10) eine in Umfangsrichtung gerichtete Vertiefung (46) umfasst, in der der Deckel (30) des Rückschlagventils (28) aufnehmbar ist.
Nockenwellenversteller zum Einstellen einer Phasenverschiebung zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors umfassend einen Stator zur Aufnahme einer Rotationsenergie von der Kurbelwelle und einen zur Stator verdrehbar gelagerten Rotor (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 9 zur Abgabe der Rotationsenergie an die Nockenwelle.