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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Außenrotor und einem Innenrotor, wobei der Außenrotor und der Innenrotor drehverstellbar und konzentrisch um eine gemeinsame Drehachse angeordnet sind. Zwischen dem Außenrotor und dem Innenrotor ist wenigstens eine Hydraulikkammer gebildet, in die sich von dem Außenrotor und von dem Innenrotor jeweils mindestens ein verbundener Flügel erstreckt, wodurch die Hydraulikkammer in mindestens ein Druckkammerpaar aus zwei Druckkammern geteilt wird. Der Innenrotor weist eine konzentrisch in der Drehachse angeordnete kreisförmige Öffnung auf, wobei an der Innenfläche der kreisförmigen Öffnung zwischen zwei axialen Seiten des Innenrotors ein Dichtabschnitt ausgebildet ist, wobei die Öffnung beidseitig des Dichtabschnitts eine größere Querschnittsfläche als in dem Dichtabschnitt aufweist.
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In Verbrennungskraftmaschinen mit mechanischer Ventilsteuerung werden Gaswechselventile durch die Nocken einer von einer Kurbelwelle angetriebenen Nockenwelle betätigt, wobei über die Anordnung und Form der Nocken die Steuerzeiten der Ventile festlegbar sind. Über eine Änderung der Phasenlage zwischen Kurbel- und Nockenwelle kann in Abhängigkeit des momentanen Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine gezielt Einfluss auf die Steuerzeiten der Ventile genommen werden, wodurch vorteilhafte Effekte, wie eine Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstofferzeugung, erreicht werden.
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Vorrichtungen zur Verstellung der Phasenlage zwischen Kurbel- und Nockenwelle sind allgemein als Nockenwellenversteller bekannt.
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Allgemein umfassen Nockenwellenversteller ein über ein Antriebsrad mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehendes Antriebsteil und ein nockenwellenfestes Abtriebsteil sowie einen zwischen An- und Abtriebsteil geschalteten Stellmechanismus, welcher das Drehmoment vom An- auf das Abtriebsteil überträgt und eine Verstellung und Fixierung der Phasenlage zwischen diesen beiden ermöglicht.
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In einer gängigen Bauweise als hydraulischer Rotationskolbenversteller ist das Antriebsteil als Außenrotor und das Abtriebsteil im Innenrotor ausgebildet, wobei Außenrotor und Innenrotor drehverstellbar und konzentrisch um eine gemeinsame Drehachse angeordnet sind. Im radialen Zwischenraum zwischen Außen- und Innenrotor ist von einem der beiden Rotoren wenigstens eine Hydraulikkammer geformt, in die sich ein mit dem jeweils anderen Rotor verbundener Flügel erstreckt, wodurch die Hydraulikkammer in ein Paar gegeneinander wirkende Druckkammern geteilt wird. Durch gezielte Druckbeaufschlagung der Druckkammern können Außen- und Innenrotor relativ zueinander verstellt werden, um hierdurch eine Änderung der Phasenlage zwischen Kurbel- und Nockenwelle zu erreichen.
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Für die Druckbeaufschlagung der gegeneinander wirkenden Druckkammern ist der Innenrotor typischerweise mit Löchern versehen, welche über eine zentrale Öffnung in dem Innenrotor mit einem druckbeaufschlagten Hydraulikmedium versorgt werden können. Hierbei ist eine hydraulische Trennung der beiden Hydraulikkreise durch entsprechende Dichtmaßnahmen vorzusehen. Ein derartiger hydraulischer Nockenwellenversteller ist beispielsweise aus der
DE 10 2009 014 338 , insbesondere hier die
4A und die
4B, bekannt.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen kostengünstig herstellbaren Nockenwellenversteller anzugeben.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die darauffolgenden abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Es wird ein hydraulischer Nockenwellenversteller für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Außenrotor und einem Innenrotor vorgeschlagen, wobei der Außenrotor und der Innenrotor drehverstellbar und konzentrisch um eine gemeinsame Drehachse angeordnet sind. Zwischen dem Außenrotor und dem Innenrotor ist wenigstens eine Hydraulikkammer gebildet, in die sich von dem Außenrotor und von dem Innenrotor jeweils mindestens ein verbundener Flügel erstreckt, wodurch die Hydraulikkammer in mindestens ein Druckkammerpaar aus zwei Druckkammern geteilt wird. Der Innenrotor weist eine konzentrisch in der Drehachse angeordnete kreisförmige Öffnung auf, wobei an der Innenfläche der kreisförmigen Öffnung zwischen zwei axialen Seiten des Innenrotors ein Dichtabschnitt ausgebildet ist, wobei die Öffnung beidseitig des Dichtabschnitts eine größere Querschnittsfläche als in dem Dichtabschnitt aufweist. Erfindungsgemäß ist der Innenrotor ein gesintertes Bauteil und der Dichtabschnitt des Innenrotors kalibriert.
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Der Innenrotor des Nockenwellenverstellers ist derart geformt, dass der Innenrotor durch den Sinterprozess werkzeugfallend hergestellt werden kann, was sich vorteilhaft auf die Herstellungskosten auswirkt. Der Innenrotor kann auf diese Weise ohne spanende Bearbeitungsschritte zumindest in dem Bereich der kreisförmigen Öffnung in dem Nockenwellenversteller eingesetzt werden, wodurch der Fertigungsaufwand und die entsprechenden Kosten reduziert werden können. Weiterhin kann der Innenrotor auf diese Weise prozesssicher hergestellt werden, was den Ausschuss reduziert und auf diese Weise ebenfalls zu einer Reduktion der Herstellungskosten führen kann.
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Kalibriert bedeutet in diesem Zusammenhang ein Prozessschritt bei der Herstellung von Sinterbauteilen, welcher typischerweise nach dem Sintern des Bauteils folgen kann, bevor das Teil abschließend fertig gestellt ist. Die innere radiale Fläche des Dichtabschnitts unterliegt im Gegensatz zu weiteren Flächen des Innenrotors höheren Anforderungen bezüglich der Maßhaltigkeit und der Oberflächengüte. Weiterhin werden im Bereich des Dichtabschnitts erhöhte Anforderungen an die Festigkeit des Materials in Oberflächennähe gestellt. Eine Kalibrierung des Dichtabschnitts des Innenrotors erfolgt mit einem speziellen Werkzeug, welches den Innenrotor im Bereich des Dichtabschnitts nachpresst, wodurch eine bessere Oberflächengüte, Festigkeit und Maßgenauigkeit für den Dichtabschnitt erreicht werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist im Dichtabschnitt der kreisförmigen Öffnung eine Kernbaugruppe angeordnet. Mittels der Kernbaugruppe, welche vorzugsweise gegenüber dem Innenrotor drehbar ist, liegt eine im Wesentlichen druckdichte Verbindung vor, wodurch die beidseitigen Bereiche außerhalb des Dichtabschnitts getrennten hydraulischen Kreisen und somit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt werden können. Die Kernbaugruppe kann zudem zur Zentrierung und Ausrichtung des Innenrotors genutzt werden.
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Die Kernbaugruppe ist vorzugsweise ein Zentralventil. Die Anordnung eines Zentralventils in der kreisförmigen Öffnung des Innenrotors kann eine vereinfachte und insbesondere kompakte Bauweise des Nockenwellenverstellers ermöglichen. Weiterhin ergeben sich hierdurch kurze hydraulische Leitungswege vom Zentralventil, welches den Nockenwellensteller steuert, zu den Druckkammern, so dass eine schnelle und präzise Verstellung bzw. Steuerung des Nockenwellenverstellers ermöglicht wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform liegt zwischen der Kernbaugruppe und dem Dichtabschnitt eine Spielpassung vor. Hierdurch ergibt sich eine gute Drehbarkeit von der Kernbaugruppe, insbesondere eines Zentralventils, zu dem Innenrotor, wobei gleichzeitig eine hydraulische Trennung der beiden hydraulischen Kreise für die Druckkammerpaare ermöglicht wird. Hierdurch kann auf weitere Mittel zur drehbaren Lagerung, z. B. ein Kugellager, der Kernbaugruppe in dem Innenrotor verzichtet werden. Die entsprechende Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit für eine adäquate Spielpassung kann ohne spanende Bearbeitung des Dichtabschnitts durch einen Sinterprozess zur Herstellung des Innenrotors, insbesondere mittels einer Kalibrierung des Dichtabschnitts, kostengünstig erreicht werden.
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Vorzugsweise bilden der Innenrotor und die mit dem Innenrotor verbundenen Flügel ein Integralbauteil. Hierdurch kann ein leichterer und kostengünstiger Nockenwellenversteller ermöglicht werden. Die Integration der Flügel kann insbesondere bei einem Sinterbauteil vorteilhaft sein.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Dichtabschnitt einen konstanten Innendurchmesser auf. Dies ermöglicht eine gute und verschleißfreie Dichtung zwischen einem Kernbauteil und dem Dichtabschnitt, insbesondere bei möglichen Rotationsbewegungen zwischen dem Innenrotor und dem Kernbauteil.
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Vorzugsweise ist der Dichtabschnitt symmetrisch zwischen den axialen Seiten des Innenrotors angeordnet. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Kraftführung in dem Innenrotor, wodurch die Lebensdauer und Verschleißfestigkeit des Innenrotors positiv beeinflusst werden kann. Weiterhin kann hierdurch der Sinterprozess und der vorgelagerte Pressvorgang vereinfacht werden.
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Vorteilhafterweise weist die kreisförmige Öffnung beidseitig des Dichtabschnitts einen gleichen Durchmesser auf. Gleiche Durchmesser beidseitig des Dichtabschnitts können vergleichbare Druckverhältnisse in diesen Bereichen ermöglichen, wodurch die Druckkammern eines Druckkammerpaares vergleichbar hydraulisch angesteuert werden können. Weiterhin kann eine richtungsunabhängige axiale Montierbarkeit begünstigt werden.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen entnehmbar.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind.
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In den Figuren zeigen:
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1A–B eine Axial- und eine Radialschnittansicht zur Veranschaulichung eines herkömmlichen Rotationskolbenverstellers;
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2A–B Innenrotor eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers in einer Einzeldarstellung; und
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3 einen Ausschnitt eines Nockenwellenverstellers.
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1A zeigt eine Axialschnittansicht gemäß Schnittlinie A-A eines in 1B in einer Radialschnittansicht gezeigten hydraulischen Nockenwellenverstellers 1. Demnach umfasst der auf der Stirnseite einer Nockenwelle 104 angebrachte Nockenwellenversteller 1 einen mit einer (nicht dargestellten) Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Außenrotor 2 und einen mit der Nockenwelle 104 drehfest verbundenen Innenrotor 3, die zueinander drehverstellbar, konzentrisch um eine gemeinsame Drehachse 4 angeordnet sind. Der mit der Kurbelwelle über ein Antriebsrad 105 in Antriebsverbindung stehende Außenrotor 2 weist einen Außenring 106 auf, an dessen Innenumfang radiale Trennwände 107 angeordnet sind, die zusammen mit einer ersten und zweiten Seitenplatte 108, 109 und einer Rotornabe 110 des Innenrotors 3 in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Hydraulikkammern begrenzen. Die beiden Seitenplatten 108, 109 und der Außenring 106 sind durch axiale Schrauben 112 miteinander verspannt, wobei die Rotornabe 110 des Innenrotors 3 durch eine in eine Gewindebohrung der Nockenwelle 104 eingeschraubte Spannschraube 113 zusammen mit einer Buchse 114 und einer Öldrehdurchführung 115 mit der Nockenwelle 104 verspannt ist. An der Rotornabe 110 sind eine Mehrzahl Flügel 5, die jede Hydraulikkammer in ein Paar gegeneinander wirkende Druckkammern 6, 7 unterteilt, angeordnet. Eine Versorgung der Druckkammern 6, 7 mit Druckmittel, gewöhnlich Drucköl aus dem Schmierölkreis der Verbrennungskraftmaschine, erfolgt durch ein nicht dargestelltes Steuerventil, wobei das Druckmittel über ein Nockenwellenlager 117 und die Öldrehdurchführung 115 sowie deren erste Radialkanäle 118 und deren zweite Radialkanäle 119 in einen inneren Ringkanal 120 und einen äußeren Ringkanal 121 gelangt. Die beiden Ringkanäle 120, 121 werden durch eine in einen Hohlraum der Öldrehdurchführung 115 eingesetzte Öltrennhülse 122 geformt, wobei zwischen der Öltrennhülse 122 und der Öldrehdurchführung 115 der erste äußere Ringkanal 121 geformt ist. Vom inneren Ringkanal 120 gelangt das Druckmittel über erste radiale Bohrungen 123 in einen zweiten äußeren Ringkanal 124 und von dort über zweite radiale Bohrungen 225 in die Druckkammern 6. Vom ersten äußeren Ringkanal 121 gelangt das Druckmittel über dritte radiale Bohrungen 126 in die Druckkammern 7. Weiterhin weist der Nockenwellenversteller 1 einen axialen Verriegelungspin 127 auf.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Innenrotors 3 eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 dargestellt, wobei 2A den Innenrotor 3 in einer Seitenansicht und 2B den Innenrotor 3 in Schnittdarstellung zeigt. Der gesinterte Innenrotor 3 weist in diesem Ausführungsbeispiel drei Flügel 5 auf, welche in diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel integral gefertigt sind, so dass im hydraulischen Nockenwellenversteller 1 drei Druckkammerpaare mit jeweils einer ersten Druckkammer 6 und einer zweiten Druckkammer 7 gebildet werden können. Konzentrisch in der Drehachse 4 ist die kreisförmige Öffnung 8 erkennbar, welche zwischen den beiden axialen Seiten 9 des Innenrotors 3 liegt. 2B zeigt die kreisförmige Öffnung 8 des Innenrotors 3 in einer Schnittdarstellung, wobei mittig zwischen den axialen Seiten 9 der Dichtabschnitt 10 mit einem gegenüber den weiteren Abschnitten der kreisförmigen Öffnung 8 verringerten Durchmesser angeordnet ist. Der Dichtabschnitt 10 bildet somit den kleinsten Innendurchmesser der kreisförmigen Öffnung 8. Axial entlang der Drehachse 4 erweitert sich der Innendurchmesser außerhalb des Dichtabschnitts 10 beidseitig, so dass die kreisförmige Öffnung 8, wie in diesem Ausführungsbeispiel in drei verschiedenen Abschnitten vorteilhaft mit einem Sinterprozess ohne Hinterschneidung hergestellt werden kann.
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In einem typischen Ausführungsbeispiel, s. auch 3, weist nur der Dichtabschnitt 10 der inneren Fläche der kreisförmigen Öffnung 8 einen möglichen Kontakt zu einer Kernbaugruppe 11 auf, wodurch für den Dichtabschnitt 10 des gesinterten Innenrotors 3 höhere Anforderungen an die Oberfläche und Toleranz gestellt werden. Daher ist der Dichtabschnitt 10 kalibriert, wodurch der bereits im vorgelagerten Sinterprozess erzeugte Dichtabschnitt 10 mit Bezug auf seine Oberfläche, Maßgenauigkeit und Festigkeit verbessert werden kann. Die Kalibrierung kann durch Pressen mit einem Werkzeug im Bereich des Dichtabschnitts 10 erfolgen.
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In 3 ist ein Ausschnitt der Schnittansicht des Innenrotors 3 in einem möglichen Einbauzustand gezeigt, wobei in der kreisförmigen Öffnung 8 eine Kernbaugruppe 11, in diesem Ausführungsbeispiel ein Zentralventil, angeordnet ist. Beidseitig des Dichtabschnitts 10 ergeben sich zwei äußere Ringkanäle 121, 124, über die das Druckmittel mittels der radialen Bohrungen 125, 126 zu den Druckkammern 6, 7 gelangen kann. Der Dichtabschnitt 10 trennt hierbei die beiden druckbeaufschlagten Hydraulikkreise für die Druckkammer 6, 7 in Verbindung mit der Kernbaugruppe 11 bzw. dem Zentralventil. Bei einer Steuerung des Nockenwellenverstellers 1 leitet das Zentralventil den Druck jeweils in die äußeren Ringkanäle 121, 124. Die äußeren Ringkanäle 121, 124 werden axial durch die erste und zweite Seitenplatte 108, 109 begrenzt, welche seitlich an den axialen Seiten 9 des Innenrotors 3 anliegen. Die Seitenplatten 108, 109 werden in diesem Ausführungsbeispiel durch die Kernbaugruppe 11 und die Nockenwelle 104 gebildet. Im Gegensatz zu dem bekannten Nockenwellenversteller 1 aus der 1 sind beide äußeren Ringkanäle 121, 124 in diesem Ausführungsbeispiel seitlich in einer Ebene mit den axialen Seiten 9 begrenzt, so dass der Zulauf für das Druckmittel in beiden äußeren Ringkanälen axial erfolgt. Insbesondere sind die äußeren Ringkanäle 121, 124 keine Nuten im Innenrotor 3 mit zwei radialen Außenflanken, so dass die Ringkanäle 121, 124 am Innenrotor 3 in einfacher Weise in einem Sinterprozess ohne Hinterschneidung herstellbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Außenrotor
- 3
- Innenrotor
- 4
- Drehachse
- 5
- Flügel
- 6
- Druckkammer
- 7
- Druckkammer
- 8
- kreisförmige Öffnung
- 9
- axiale Seite
- 10
- Dichtabschnitt
- 11
- Kernbaugruppe
- 104
- Nockenwelle
- 105
- Antriebsrad
- 106
- Außenring
- 107
- radiale Trennwände
- 108
- Seitenplatte
- 109
- Seitenplatte
- 110
- Rotornabe
- 112
- axiale Schraube
- 113
- Spannschraube
- 114
- Buchse
- 115
- Öldrehdurchführung
- 117
- Nockenwellenlager
- 118
- Radialkanäle
- 119
- Radialkanäle
- 120
- innerer Ringkanal
- 121
- äußerer Ringkanal
- 122
- Öltrennhülse
- 123
- radiale Bohrung
- 124
- äußerer Ringkanal
- 125
- radiale Bohrung
- 126
- radiale Bohrung
- 127
- Verriegelungspin
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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