DE102012201566A1

DE102012201566A1 - Anordnung eines Volumenspeichers im Nockenwellenversteller

Info

Publication number: DE102012201566A1
Application number: DE201210201566
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: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2032-02-03
Also published as: CN103291399A; CN103291399B; DE102012201566B4; US9206713B2; US20130199470A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (20) für einen Nockenwellenversteller (4). Der angegebene Stator (20) umfasst ein Außenteil (50) zur konzentrischen Aufnahme eines Rotors (22) mit um den Rotor (22) angeordneten Flügeln (34) und ein vom Außenteil (50) abragendes Segment (52) zum Eingriff zwischen zwei Flügel (34) des Rotors (22), um gemeinsam mit den beiden Flügeln (22) Druckkammern (44) des Nockenwellenverstellers (4) auszubilden. Dabei weist das Segment (52) einen Hohlraum (70) zur Aufnahme einer Hydraulikflüssigkeit aus den Druckkammern (44) auf.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Stator für einen Nockenwellenversteller, den Nockenwellenversteller und einen Verbrennungsmotor mit dem Nockenwellenversteller.
Hintergrund der Erfindung
Nockenwellenversteller sind technische Baugruppen zum Verstellen der Phasenlagen zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle in einem Verbrennungsmotor.
Aus der WO 2011 032 805 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 der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schlägt vor, den Volumenspeicher im Stator des Nockenwellenverstellers auszubilden.
Dem Vorschlag liegt die Überlegung zugrunde, dass der Stator eines Nockenwellenverstellers Segmente aufweist, die gemeinsam mit den Flügeln des Rotors des Nockenwellenverstellers die Druckkammern ausbilden. Diese Segmente können beispielsweise zum Material und Gewicht sparen hohl ausgebildet sein.
Dem Vorschlag liegt jedoch die Erkenntnis zugrunde, dass die Hohlräume dieser Segmente in der Regel funktionell ungenutzt sind. Das Ausnutzen dieser Hohlräume als Volumenspeicher würde den Segmenten daher eine zusätzliche Funktion verleihen, ohne dass großartige Vergrößerungen am Bauraum des Nockenwellenverstellers notwendig wären.
Die Erfindung gibt daher einen Stator für einen Nockenwellenversteller an, der ein Außenteil zur konzentrischen Aufnahme eines Rotors mit am Rotor angeordneten Flügeln und ein vom Außenteil abragendes Segment zum Eingriff zwischen zwei Flügel des Rotors umfasst, um gemeinsam mit den beiden Flügeln Druckkammern des Nockenwellenverstellers auszubilden. Dabei weist das Segment einen Hohlraum zur Aufnahme einer Hydraulikflüssigkeit aus den Druckkammern auf. Das Außenteil kann insbesondere ringförmig sein, wobei die Segmente radial nach innen abragen. Die Flügel können um den Rotor angeordnet sein und radial und/oder axial von diesem abragen. Der Hohlraum im Segment kann damit als Volumenspeicher eingesetzt werden, der über einen entsprechenden Zulauf aus der Druckkammer ablaufende Hydraulikflüssigkeit aufnimmt, wobei die Druckkammer im Falle eines Unterdruckes die abgelaufene Hydraulikflüssigkeit über einen mit der Druckkammer verbundenen Ablauf ansaugen kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Stator einen axial auf das ringförmige Außenteil aufgesetzten Frontdeckel und/oder einen axial auf das ringförmige Außenteil aufgesetzten Rückdeckel. Diese Deckel verschließen einen Innenraum des ringförmigen Außenteils des Stators und erlauben es so, die Druckkammern mit den Flügeln des Rotors zu definieren.
In einer alternativen Ausbildung der Erfindung kann der Hohlraum im angegebenen Stator statt im Segment auch in einem der beiden oder in beiden Deckeln ausgebildet sein.
In einer zusätzlichen Weiterbildung ist eine wobei eine Versorgungsleitung zur Versorgung des Hohlraumes mit Hydraulikflüssigkeit aus den Druckkammern durch Frontdeckel und/oder durch den Rückdeckel geführt. Da die Deckel bereits drehfest mit dem Stator verbunden sind, ist die Versorgung des Hohlraumes mit der Hydraulikflüssigkeit technisch besonders günstig umsetzbar.
In einer alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung der Erfindung ist eine Entsorgungsleitung zum Ablassen der Hydraulikflüssigkeit aus dem Hohlraum durch den Frontdeckel und/oder durch den Rückdeckel geführt. Auf diese Weise kann der durch den Hohlraum ausgebildete Volumenspeicher über die Entsorgungsleitung direkt an den Tankanschluss des Nockenwellenverstellers angeschlossen werden.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung umfasst der angegebene Stator eine Druckausgleichsleitung zwischen dem Hohlraum und einer in Umfangsrichtung gerichteten Außenseite des Segments zur Versorgung der Druckkammer mit der Hydraulikflüssigkeit, so dass die Druckkammer Hydraulikflüssigkeit aus der Druckkammer ansaugen kann.
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung umfasst der angegebene Stator ein Rückschlagventil in der Druckausgleichsleitung, das einen Hydraulikflüssigkeitsfluss aus dem Hohlraum heraus zulässt, um einen Unterdruck in einer der Druckkammern auszugleichen. Auf diese Weise wird ein Fluss an Hydraulikflüssigkeit von der Druckkammer in den Volumenspeicher verhindert, wenn der Druck in der Druckkammer höher ist, als im Volumenspeicher. Das Rückschlagventil sorgt somit dafür, dass der Volumenspeicher ausschließlich zum Ausgleich eines Unterdruckes in der Druckkammer herangezogen wird.
Die Erfindung gibt auch einen Nockenwellenversteller zum Einstellen einer Phasenverschiebung zwischen einer durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Kurbelwelle und einer den Verbrennungsmotor steuernden Nockenwelle an. Der angegebene Nockenwellenversteller umfasst einen angegebenen Stator zum Aufnehmen einer Rotationsenergie von der Kurbelwelle und einen konzentrisch im Stator aufgenommenen Rotor zum Abgeben der aufgenommenen Rotationsenergie an die Nockenwelle. Durch den angegebenen Stator kann der angegebene Nockenwellenversteller mit einem vergleichsweise geringen Zuwachs an Bauraum funktionell vielfältiger ausgebildet werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der angegebene Nockenwellenversteller ein Zentralventil zum Verbinden wenigstens einer zwischen dem Rotor und dem Stator ausgebildeten Druckkammer mit dem Hohlraum im Segment des Stators. Das Zentralventil sorgt damit dafür, dass die Druckkammer entweder aus einem Druckanschluss mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt oder über den Volumenspeicher entleert wird.
Die Erfindung gibt auch einen Verbrennungsmotor an, der eine Brennkammer, eine durch die Brennkammer angetriebene Kurbelwelle, eine Nockenwelle zum Steuern der Brennkammer und einen angegebenen Nockenwellenversteller zum Übertragen einer Rotationsenergie von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle umfasst.
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 Schnittansicht eines Beispiels für den Stator aus 2;
4 eine Schnittansicht eines weiteren Beispiels für den Stator aus 2; und
5 eine Schnittansicht eines noch weiteren Beispiels für den Stator aus 2 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 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.
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 bis 5 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 bis 5 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 radiale Bohrungen 66 auf, auf der axial Kanäle 68 durch den Frontdeckel 54 aufgelegt sind. Die Kanäle 68 sind auf eine umfängliche 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 den radialen Bohrungen 66 und den Kanälen 68 zuzulassen.
Die Kanäle 68 führen in den Segmenten 52 ausgebildete Hohlräume 70, durch die auch die Schrauben 58 geführt sind. Die Hohlräume 70 sind über Rückschlagventile 72 zu den Druckräumen 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. Die Hohlräume 70 in den Segmenten 52 dienen daher als Volumenspeicher zum Ausgleichen eines Unterdruckes in den Druckkammern 44 der Nockenwellenversteller 4 des Verbrennungsmotors 2.
Es wird auf 3 Bezug genommen, die eine Schnittansicht eines Beispiels für den Stator aus 2 zeigt.
Wie aus 3 ersichtlich, können die Rückschlagventile 72 beispielsweise als Kugelrückschlagventile ausgeführt sein.
Es wird auf 4 Bezug genommen, die eine Schnittansicht eines weiteren Beispiels für den Stator aus 2 zeigt.
Wie aus 4 ersichtlich, können die Kugeln der Rückschlagventile 72 über Federn in den Rückschlagventilen 72 gelagert sein. Auf diese Weise lässt sich die Dynamik der Rückschlagventile 72 beim Öffnen und/oder Schließen der Rückschlagventile 72 erhöhen.
Es wird auf 5 Bezug genommen, die eine Schnittansicht eines noch weiteren Beispiels für den Stator aus 2 zeigt.
Wie aus 3 ersichtlich, können die Rückschlagventile 72 beispielsweise als Plattenrückschlagventil ausgeführt sein. Auf diese Weise lassen sich die Rückschlagventile mit besonders wenig Bauraum im Nockenwellenversteller 4 verbauen.
In der vorliegenden Ausführung sind die Hohlräume 70 in den Segmenten 52 ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich können die Hohlräume 70 auch in den Deckeln 54, 56 ausgebildet sein. Entsprechend sind die beschriebenen Zuleitungen oder Ableitungen für die Hydraulikflüssigkeit dann alternativ beziehungsweise zusätzlich durch den Deckel zu führen, wobei auch die Rückschlagventile dann alternativ oder zusätzlich am Deckel anzubringen wären.
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

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2011032805 A1 [0003]

Claims

Stator (20) für einen Nockenwellenversteller (4) umfassend ein Außenteil (50) zur konzentrischen Aufnahme eines Rotors (22) mit am Rotor (22) angeordneten Flügeln (34) und ein vom Außenteil (50) abragendes Segment (52) zum Eingriff zwischen zwei Flügel (34) des Rotors (22), um gemeinsam mit den beiden Flügeln (22) Druckkammern (44) des Nockenwellenverstellers (4) auszubilden, wobei das Segment (52) einen Hohlraum (70) zur Aufnahme einer Hydraulikflüssigkeit aus den Druckkammern (44) aufweist.
Stator (20) nach Anspruch 1 umfassend einen auf das ringförmige Außenteil (50) aufgesetzten Frontdeckel (54).
Stator (20) nach Anspruch 1 oder 2, umfassend einen auf das ringförmige Außenteil (50) aufgesetzten Rückdeckel (56).
Stator (20) nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine Versorgungsleitung (68) zur Versorgung des Hohlraumes (70) mit Hydraulikflüssigkeit aus den Druckkammern (44) durch Frontdeckel (54) und/oder durch den Rückdeckel (56) geführt ist.
Stator (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei eine Entsorgungsleitung (74) zum Ablassen der Hydraulikflüssigkeit aus dem Hohlraum (70) durch den Frontdeckel (54) und/oder durch den Rückdeckel (56) geführt ist.
Stator (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend eine Druckausgleichsleitung zwischen dem Hohlraum (70) und einer in Umfangsrichtung gerichteten Außenseite des Segments (52) zur Versorgung der Druckkammer (44) mit der Hydraulikflüssigkeit.
Stator (20) nach Anspruch 6, umfassend ein Rückschlagventil (72) in der Druckausgleichsleitung, das einen Hydraulikflüssigkeitsfluss aus dem Hohlraum (70) heraus zulässt, um einen Unterdruck in einer der Druckkammern (44) auszugleichen.
Nockenwellenversteller (4) zum Einstellen einer Phasenverschiebung zwischen einer durch einen Verbrennungsmotor (2) angetriebenen Kurbelwelle (16) und einer den Verbrennungsmotor (2) steuernden Nockenwelle (12) umfassend einen Stator (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Aufnehmen einer Rotationsenergie von der Kurbelwelle (16) und einen konzentrisch im Stator (20) aufgenommenen Rotor (22) zum Abgeben der aufgenommenen Rotationsenergie an die Nockenwelle (12).
Nockenwellenversteller nach Anspruch 8, umfassend ein Zentralventil (28) zum Verbinden wenigstens einer zwischen dem Rotor (22) und dem Stator (20) ausgebildeten Druckkammer (44) mit dem Hohlraum (70) im Segment (52) des Stators (20).
Verbrennungsmotor (2) umfassend eine Brennkammer (6), eine durch die Brennkammer (6) angetriebene Kurbelwelle (16), eine Nockenwelle (12) zum Steuern der Brennkammer (6) und einen Nockenwellenversteller (4) nach Anspruch 8 oder 9 zum Übertragen einer Rotationsenergie von der Kurbelwelle (16) auf die Nockenwelle (12).