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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller zur Übertragung einer Rotationsenergie von einer Kurbelwelle auf eine Nockenwelle eines Verbrennungsmotors und den Verbrennungsmotor.
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Hintergrund der Erfindung
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Nockenwellenversteller sind technische Baugruppen zum Verstellen der Phasenlagen zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle in einem Verbrennungsmotor.
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Aus der
DE 199 03 622 A1 ist ein Nockenwellenversteller mit einem Verriegelungsmechanismus am Rotor des Nockenwellenverstellers bekannt, der in bestimmten Betriebszuständen des Nockenwellenverstellers eine Rotationsbewegung des Rotors gegenüber dem Stator verhindert.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung den bekannten Nockenwellenversteller zu verbessern.
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Lösung der Aufgabe
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung schlägt vor, den Verriegelungsmechanismus an einem Flügel des Rotors anzuordnen, der zumindest in einer Drehrichtung nicht am Stator anschlagen kann.
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Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass der Verriegelungsmechanismus in der Regel Materialschwächungen am Flügel des Rotors hervorruft, die beim Anschlagen des entsprechenden Flügels des Rotors an einer Druckkammerwand des Stators zu Verformungen des Rotors an der Stelle des Verriegelungsmechanismus beziehungsweise des Flügels des Rotors führen kann.
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Um diese Verformungen zu vermeiden, könnte, wie bereits im eingangs genannten Nockenwellenversteller vorgeschlagen, der entsprechende Rotorflügel dicker ausgebildet werden. Der dicker ausgeführte Rotorflügel ruft jedoch eine Unwucht im Nockenwellenversteller hervor, die Geräusche im Betrieb des Nockenwellenverstellers verursachen und seine Lebensdauer reduzieren können.
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Zwar wäre es denkbar, den Verriegelungsmechanismus am Rotor radial nach innen beispielsweise auf die Nabe zu verschieben, durch die geringere Hebelwirkung an dieser Stelle des Rotors wird der Verriegelungsmechanismus dadurch jedoch mit höheren Kräften belastet. Der Verriegelungsmechanismus sollte daher radial soweit außen wie möglich am Flügel des Rotors angeordnet werden.
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Aus diesem Grund schlägt die Erfindung vor, die mechanischen Anschlagbelastungen auf den Flügel des Rotors mit dem Verriegelungsmechanismus ganz zu unterbinden. Auf diese Weise werden der Verriegelungsmechanismus und damit der entsprechende Rotorflügel vor Verformungen und anderen mechanischen Beschädigungen geschützt. Die Unterbindung der mechanischen Anschlagsbelastung erfolgt in der Erfindung insbesondere dadurch, dass der entsprechende Rotorflügel mit dem Verriegelungsmechanismus beabstandet zu Wänden am Stator angeordnet wird, wenn wenigstens ein weiterer Flügel am Rotor an eine Wand am Stator anschlägt.
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Die Erfindung gibt daher einen Nockenwellenversteller zur Übertragung einer Rotationsenergie von einer Kurbelwelle auf eine Nockenwelle eines Verbrennungsmotors an, der einen Stator zur drehfesten Verbindung mit einer der Wellen und einen und einen drehbar im Stator aufgenommenen Rotor zur drehfesten Verbindung mit der anderen Welle umfasst. Dabei sind im Stator eine erste und eine zweite Kammer ausgebildet, in die entsprechend ein erster und zweiter am Rotor ausgebildeter Flügel eingreift. Ferner ist am ersten Flügel eine Bohrung ausgebildet, in der ein Verriegelungselement zum Blockieren einer Drehbewegung des Rotors gegenüber dem Stator aufnehmbar ist. Am angegebenen Nockenwellenversteller ist in einer Anschlagstellung des zweiten Flügels an einer Wand der zweiten Kammer der erste Flügel zu einer Wand der ersten Kammer beabstandet angeordnet.
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Der erste und der zweite Flügel am Rotor des angegebenen Nockenwellenverstellers können in einer beliebigen Winkelstellung zueinander angeordnet sein. Besonders bevorzugt sind der erste Flügel und der zweite Flügel auf einer Gerade angeordnet, die durch die Drehachse des Rotors geführt ist. Auf diese Weise sind die beiden Rotorflügel im Wesentlichen 180° voneinander beabstandet, so dass Unwuchten durch den Verriegelungsmechanismus auf den Nockenwellenversteller durch den entsprechend anderen Rotorflügel optimal ausgeglichen werden können.
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Dazu kann der erste Flügel des Rotors besonders bevorzugt eine Bohrung aufweisen, die eine Unwucht ausgleicht, die durch die den Verriegelungsmechanismus führende Bohrung verursacht wird. Da Bohren ohnehin am Rotor des angegebenen Nockenwellenverstellers zur Herstellung der das Verriegelungselements aufnehmenden Bohrung durchgeführt werden muss, kann die Herstellung der weiteren Bohrung zum Ausgleichen der Unwucht am Nockenwellenversteller kostengünstig in die Herstellung des Rotors mit eingebunden werden.
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In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung weisen die Bohrung am ersten Flügel und die Bohrung am zweiten Flügel im Wesentlichen ein gleiches Volumen auf. Durch das berücksichtigte Volumen kann die oben genannte Unwucht beinahe zu Null ausgeglichen werden. In besonders günstiger Weise kann bei den Volumina das Verriegelungselement mit berücksichtigt werden, das in der Bohrung des ersten Flügels aufgenommen ist.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die Bohrung am ersten Flügel und die Bohrung am zweiten Flügel einen voneinander verschiedenen Querschnitt auf. Die unterschiedlichen Querschnitte der beiden Bohrungen können dabei durch unterschiedliche Querschnittsformen, durch unterschiedliche Querschnittsradien oder in jeder anderen Weise ausgebildet sein. Verschiedene Querschnittsformen lassen sich beispielsweise durch Fräsen bilden, während sich unterschiedliche Querschnitte darüber hinaus auch durch die Wahl unterschiedlicher Bohrer bilden lassen. Die verschiedenen Querschnittsformen können beispielsweise oval, kreisrund oder als Vielecke mit abgerundeten Ecken ausgestaltet sein.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung umfasst der Nockenwellenversteller das Verriegelungselement, das einen Querschnitt aufweist, der in wenigstens einer Ausdehnung größer ist, als der Querschnitt der Bohrung am zweiten Flügel. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sich das Verriegelungselement beim Zusammenbau des Nockenwellenverstellers ausschließlich in die erste Bohrung einsetzen Isst, so dass eine Fehlmontage des Verriegelungselements im Rotor wirksam vermieden werden kann.
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In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist der voneinander verschiedene Querschnitt der Bohrungen durch einen voneinander verschiedenen Durchmesser der Bohrungen gebildet. Auf diese Weise lassen sich die beiden Bohrungen mit den unterschiedlichen Querschnitten besonders zeitsparend herstellen.
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In einer zusätzlichen oder alternativen Weiterbildung der Erfindung weist der erste Flügel in Umfangsrichtung des Rotors gesehen eine Dicke auf, die kleiner ist, als eine in Umfangsrichtung des Rotors gesehene Dicke des zweiten Flügels. Durch die unterschiedlichen Dicken der Flügel kann der Abstand des zweiten Flügels von der Wand in der Kammer des Stators am einfachsten hergestellt werden. Die Trennelemente am Stator zur Ausbildung der Kammern im Stator sind lokal gleichverteilt und weisen eine gleiche Dicke in Umfangsrichtung auf.
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In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung weist der erste Flügel dazu in Umfangsrichtung des Rotors gesehen eine Dicke auf, die kleiner ist, als eine in Umfangsrichtung des Rotors gesehene Dicke des zweiten Flügels.
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Alternativ könnte jedoch auch oder gegebenenfalls zusätzlich die Dicke der Trennelemente am Stator variiert werden.
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In einer anderen Weiterbildung der Erfindung umfasst der angegebene Nockenwellenversteller das Verriegelungselement, das insbesondere über ein Rückstellelement in der Bohrung verschiebbar gelagert ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der
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1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit Nockenwellenverstellern und
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2 eine Schnittansicht eines Nockenwellenverstellers aus 1 zeigen.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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In den Figuren werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
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Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 2 mit Nockenwellenverstellern 4 zeigt.
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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.
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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.
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Es wird auf 2 Bezug genommen, die eine Schnittansicht eines der Nockenwellenversteller 4 aus 1 zeigt.
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Der Nockenwellenversteller 4 weist einen Stator 20 und einen im Stator 20 aufgenommenen Rotor 22 auf. Der Rotor 22 ist konzentrisch im Stator 20 aufgenommen und weist von einer Nabe 24 des Rotors radial abragende Flügel 26 auf. Die Flügel 26 greifen radial zwischen Trennelemente 30 ein, die von einem Außenring 32 des Stators 20 radial nach innen abragen. Auf diese Weise werden im Nockenwellenversteller 4 Druckkammern 28 ausgebildet, die in Umfangsrichtung des Nockenwellenverstellers jeweils von einem Trennelement 30 und einem Flügel 26 sowie radial von der Nabe 24 des Rotors 22 und vom Außenring 32 des Stators 20 begrenzt werden. Damit die Flügel 26 des Rotors 22 dicht am Außenring 32 des Stators 20 anliegen, ist radial auf die radialen Spitzen der Flügel 26 des Rotors 22 jeweils ein Dichtelement 31 aufgesetzt. Die Trennelemente 30 sind axial von Durchgangsbohrungen 34 durchdrungen, durch die jeweils eine nicht weiter referenzierte Schraube geführt ist, über die nicht weiter dargestellte Deckel am Stator zum Verschließen der Druckkammern befestigt werden können.
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Die Druckkammern 28 werden ausgehend von den Flügeln 26 des Rotors 22 betrachtet als Frühdruckkammern bezeichnet, wenn sie in Drehrichtung des Nockenwellenverstellers 4 gesehen vor einem Flügel 26 des Rotors 22 liegen und als Spätdruckkammern bezeichnet, wenn sie in Drehrichtung des Nockenwellenverstellers 4 gesehen nach einem Flügel 26 des Rotors 22 liegen. In die Frühdruckkammern führt jeweils eine sogenannte A-Versorgungsleitung während in die Spätdruckkammern jeweils eine sogenannte B-Versorgungsleitung führt. In der vorliegenden Ausführung sind die A-Versorgungsleitungen und die B-Versorgungsleitungen jeweils als Kanäle 36 durch die Nabe 24 des Rotors 22 ausgeführt, die die jeweiligen Druckkammern 28 in eine zentrale, axiale Zentralbohrung 38 durch den Rotor 22 öffnen.
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Wird über die als A-Versorgungsleitungen ausgebildeten Kanäle 36 Hydraulikflüssigkeit in die als Frühkammern ausgebildeten Druckkammern 28 gepumpt, so werden die Flügel 26 des Rotors 22, in Drehrichtung des Nockenwellenverstellers 4 vom Stator 20 aus gesehen, solange in Spät-Richtung geschoben, bis die Flügel 26 gegen die Trennelemente 30 am Stator 20 anschlagen. Wird umgekehrt über die als B-Versorgungsleitungen ausgebildeten Kanäle 36 Hydraulikflüssigkeit in die als Spätkammern ausgebildeten Druckkammern 28 gepumpt, so werden die Flügel 26 des Rotors 22, in Drehrichtung des Nockenwellenverstellers 4 vom Stator 20 aus gesehen, solange in Früh-Richtung geschoben, bis die Flügel 26 wiederum gegen die Trennelemente 30 am Stator 20 anschlagen.
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Es gibt weitere Möglichkeiten, den Rotor 22 gegenüber dem Stator 20 in seiner Winkellage zu verstellen, auf die hier der Kürze halber nicht weiter eingegangen werden soll.
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Die Winkellage des Rotors 22 gegenüber dem Stator 20 kann durch ein Verriegelungselement 40 fixiert werden. Dies ist beispielsweise notwendig, wenn sich in den Druckkammern 28 noch kein ausreichender Druck an Hydraulikflüssigkeit aufgebaut hat, um den Rotor 22 durch die Hydraulikflüssigkeit in einer bestimmten Winkellage zu halten. Das Verriegelungselement 40 ist ein kleiner Stift, der axial in einer Bohrung 42 in einem der Flügel 26 des Rotors 22 gehalten ist. Das Verriegelungselement 40 wird über ein nicht gezeigtes Rückstellelement teilweise aus dieser Bohrung 42 heraus in eine entsprechende nicht gezeigte Kulisse im Stator 20 gedrückt, so dass der Rotor 22 gegenüber dem Stator 20 nicht mehr bewegt werden kann. Die Kulisse im Stator 20 ist mit einer der Druckkammern 28 verbunden. Wird Hydraulikflüssigkeit in die entsprechende Druckkammer 28 gedrückt, so wird das Verriegelungselement 40 durch den Hydraulikflüssigkeitsdruck in die Bohrung 42 zurückgedrückt, so dass eine Drehung des Rotors 22 gegenüber dem Stator 20 freigegeben wird.
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Die Bohrung 42 im entsprechenden Flügel 26 schwächt diesen in Umfangsrichtung des Nockenwellenverstellers 4. Schlägt dieser Flügel 26 an eines der Trennelemente 30 an, so kann aufgrund dieser Schwächung die Bohrung 42 verformt werden, was zur Folge hat, dass das Verriegelungselement 40 in der Bohrung 42 verklemmt, und sich nicht mehr bewegen kann. Um eine derartige Verformung zu vermeiden, wird in der vorliegenden Ausführung der dem Flügel 26 mit der das Verriegelungselement 40 führenden Bohrung 42 radial gegenüberliegende Flügel 26 derart im Nockenwellenversteller 4 ausgebildet oder angeordnet, dass selbst wenn dieser radial gegenüberliegende Flügel 26 an eines der Trennelemente 30 anschlägt, der Flügel 26 mit der das Verriegelungselement 40 führenden Bohrung 42 stets einen geringfügigen Abstand 44 zu dem Trennelement 30 aufweist, an das er potentiell anschlagen könnte. Der Abstand 44 sollte ausreichend groß bemessen sein, damit ein Anschlagen selbst im Falle einer elastischen Verformung des Flügels 26 mit der das Verriegelungselement 40 führenden Bohrung 42 vermieden wird. In der vorliegenden Ausführung wurde als anschlagender Flügel 26 der Flügel 26 gewählt, der dem Flügel 26 mit der das Verriegelungselement 40 führenden Bohrung 42 radial gegenüberliegt. Dazu könnte aber prinzipiell jeder beliebige Flügel 26, außer dem Flügel 26 mit der das Verriegelungselement 40 führenden Bohrung 42 gewählt werden. Auch könnten mehrere Flügel 26 gleichzeitig an die Trennelemente 30 anschlagen, um beispielsweise die Belastungen auf die anschlagenden Flügel 26 zu verringern.
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Durch die das Verriegelungselement 40 führende Bohrung 42 wird in den Rotor 20 eine Unwucht eingebracht, da der dem Flügel 26 mit der Bohrung 42 radial gegenüberliege Flügel 26, nun schwerer ist. Diese Unwucht könnte durch eine Anpassung der Form dieses radial gegenüberliegenden Flügels 26 ausgeglichen werden. In der vorliegenden Ausführung ist dazu eine Ausgleichsbohrung 46 in diesen radial gegenüberliegenden Flügel 26 eingebracht. Die Ausgleichsbohrung 46 weist jedoch einen kleineren Durchmesser auf, als die das Verriegelungselement 40 führende Bohrung 42. Auf diese Weise wird nicht nur das Gewicht des Verriegelungselements 40 beim Ausgleich der Unwucht berücksichtigt, es wird auch wirksam verhindert, dass das Verriegelungselement 40 versehentlich in die Ausgleichbohrung 46 eingesetzt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Verbrennungsmotor
- 4
- Nockenwellenversteller
- 6
- Brennraum
- 8
- Ventil
- 10
- Nocken
- 12
- Nockenwelle
- 14
- Hubkolben
- 16
- Kurbelwelle
- 18
- Triebmittel
- 20
- Stator
- 22
- Rotor
- 24
- Nabe
- 26
- Flügel
- 28
- Druckkammer
- 30
- Trennelement
- 31
- Dichtelement
- 32
- Außenring
- 34
- Durchgangsbohrung
- 36
- Kanal
- 38
- Zentralbohrung
- 40
- Verriegelungselement
- 42
- Bohrung
- 44
- Abstand
- 46
- Ausgleichsbohrung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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