-
Die Erfindung betrifft einen Flügelzellenversteller für eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
-
Nockenwellenverstelleinrichtungen umfassen unter anderem einen Flügelzellenversteller, welcher in seinem Grundaufbau einen von einer Kurbelwelle antreibbaren Stator und einen drehfest mit einer Nockenwelle verbindbaren Rotor aufweist. Zwischen dem Stator und dem Rotor ist ein Ringraum vorgesehen, welcher durch drehfest mit dem Stator verbundene, radial nach innen ragende Vorsprünge in eine Mehrzahl von Druckräumen unterteilt ist, die jeweils durch einen radial von dem Rotor nach außen abragenden Flügel in zwei Arbeitskammern entgegengesetzter Wirkrichtung unterteilt sind. Je nach der Beaufschlagung der Arbeitskammern mit einem Druckmittel wird der Rotor dann gegenüber dem Stator und damit auch die Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle in Richtung „früh” oder „spät” verstellt. Die Arbeitskammern werden dabei durch die seitlichen Flächen der Vorsprünge und der Flügel und durch eine erste Dichtfläche an dem Rotor und eine zweite Dichtfläche an dem Stator begrenzt, an denen jeweils die Vorsprünge und die Flügel mit ihren Stirnflächen dichtend anliegen.
-
Grundsätzlich wirken auf die Nockenwelle während des Betriebes der Nockenwellenverstelleinrichtung zusätzlich in eine Richtung wirkende Wechselmomente, wodurch die Verstellbewegung in Richtung der wirkenden Wechselmomente schneller ist als entgegen der wirkenden Wechselmomente. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es bekannt, den Rotor mittels einer entgegen der Wechselmomente wirkenden Feder zu belasten, damit in beide Drehrichtungen des Rotors möglichst identische Verstellgeschwindigkeiten realisiert werden können. Nachteilig bei dieser Lösung ist es, dass die vorzusehende Feder einen Bauraum benötigt und sowohl bei der Herstellung als auch bei der Montage Kosten verursacht.
-
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstigen Flügelzellenversteller bereitzustellen, bei dem der nachteilige Einfluss der Wechselmomente auf die Verstellgeschwindigkeit des Rotors in eine Richtung mit einfachen Mitteln kompensiert wird.
-
Zur Lösung der Aufgabe wird gemäß dem Grundgedanken der Erfindung vorgeschlagen, dass die erste und/oder die zweite Dichtfläche wenigstens in einem Abschnitt gestuft ausgeführt ist, und wenigstens einer der Vorsprünge und/oder Flügel an seiner an dem gestuften Abschnitt der ersten oder zweiten Dichtfläche anliegenden Stirnfläche gestuft ausgeführt ist, so dass wenigstens einer der Flügel an seinen beiden Seiten Druckflächen unterschiedlicher Größe aufweist, wobei die Stufen an der Stirnfläche des Vorsprungs oder des Flügels und an der ersten oder zweiten Dichtfläche derart ausgerichtet sind, dass die größere Druckfläche einer Arbeitskammer zugeordnet ist, welche zur Verdrehung des Rotors in Drehrichtung des Stators mit Druckmittel beaufschlagt wird.
-
Grundsätzlich wird der Rotor beim Beaufschlagen der Arbeitskammern mit Druckmittel durch die von dem Druckmittel auf die seitlichen Druckflächen der Flügel wirkenden Druckkräfte verstellt. Die auf die Nockenwelle und damit auch auf den Rotor wirkenden Wechselmomente wirken grundsätzlich entgegen der Drehrichtung der Nockenwelle. Dadurch wirken die Wechselmomente auch entgegen der in Richtung der Drehrichtung der Nockenwelle gerichteten Verstellbewegung des Rotors, welche aufgrund des Antriebes der Nockenwelle von dem Stator über das in den Arbeitskammern befindliche Druckmittel auch der Drehrichtung des Stators entspricht. Gemäß der erfindungsgemäßen Lösung sind die erste oder die zweite Dichtfläche und die anliegende Stirnfläche wenigstens eines Vorsprungs oder Flügels gestuft ausgeführt und die Stufe so ausgerichtet, dass wenigstens einer der Flügel an einer Seite ein größere Druckfläche als an der anderen Seite aufweist, wobei die größere Druckfläche einer Arbeitskammer zugeordnet ist, die zur Verdrehung des Rotors in Drehrichtung des Stators beaufschlagt wird. Durch die größere Druckfläche an dem Flügel wird die zur Verstellung des Rotors in Drehrichtung des Stators ausgeübte Verstellkraft bewusst vergrößert, so dass hierdurch die wirkenden Wechselmomente kompensiert werden können. Die unterschiedlich großen Druckflächen bilden dadurch praktisch eine drehrichtungsabhängige Druckübersetzung, wobei dabei grundsätzlich davon ausgegangen wird, dass das Druckmittel unabhängig von der Verstellrichtung immer mit einem identischen Druck in die Arbeitskammern eingeleitet wird.
-
Die Stufen an der ersten oder der zweiten Dichtfläche und an der Stirnfläche des Vorsprungs oder des Flügels sind dabei so zueinander ausgerichtet, dass die Stirnfläche des Vorsprunges oder des Flügels mit beiden durch die Stufe gebildeten Durchmessern an den unterschiedlichen Durchmessern der ersten oder zweiten Dichtfläche anliegt. Es ergeben sich dadurch an der ersten oder zweiten Dichtfläche Teildichtflächen mit unterschiedlichen Durchmessern, was dazu genutzt wird, dass der Flügel an einer Seite bewusst eine kleinere Druckfläche aufweist. Diese kleinere Druckfläche wird in diesem Fall dadurch realisiert, indem ein Teil der seitlichen Fläche des Flügels aufgrund der Teildichtfläche der ersten Dichtfläche mit dem größeren Durchmesser oder aufgrund der Teildichtfläche mit dem kleineren Durchmesser der zweiten Dichtfläche bewusst nicht mit Druckmittel beaufschlagt wird.
-
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Stufe der ersten oder zweiten Dichtfläche und/oder die Stufe an der Stirnfläche des Vorsprungs oder des Flügel derart bemessen ist, dass sie einen Anschlag zur Begrenzung des Drehwinkels des Rotors zu dem Stator bildet. Die Stufe kann dadurch neben der Schaffung der unterschiedlich großen Dichtflächen zusätzlich zur Drehwinkelbegrenzung des Rotors gegenüber dem Stator genutzt werden, so dass die Flügel nicht unmittelbar mit den seitlichen Druckflächen an den seitlichen Flächen der Vorsprünge oder im Bereich der Radien zwischen den Vorsprüngen und der zweiten Dichtfläche zur Anlage gelangen. Die Bemessung der Stufe ist insbesondere in der Positionierung der Stufe an dem Umfang zu sehen, so dass der Rotor mit der Stufe der ersten Dichtfläche oder der Stirnfläche der Flügel zur Anlage an der Stufe der Stirnfläche der Vorsprünge oder der zweiten Dichtfläche zur Anlage gelangt, bevor die Flügel seitlich zur Anlage an den Vorsprüngen gelangen.
-
Ferner wird vorgeschlagen, dass zwischen der gestuften ersten oder zweiten Dichtfläche und der gestuften Stirnfläche des Vorsprunges oder des Flügels eine Teilarbeitskammer gebildet ist, wobei die Teilarbeitskammer gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen mittels einer Ventileinrichtung mit Druckmittel beaufschlagbar ist und/oder mittels einer Entlüftungseinrichtung entlüftet werden kann. Durch die vorgesehene Teilarbeitskammer wird eine parallel wirkende Arbeitskammer geschaffen, durch welche z. B. durch eine Beaufschlagung mit Druckmittel die Verstellkraft erhöht werden kann. Ferner kann die Teilarbeitskammer durch eine Entlüftung praktisch passiv geschaltet werden. Durch die wahlweise Beaufschlagung der Teilarbeitskammer mit Druckmittel oder die Entlüftung der Teilarbeitskammer kann die Teilarbeitskammer zu einer weiteren Veränderung des Druckübersetzungsverhältnisses und der dadurch bedingten Verstellkraft genutzt werden.
-
Weiter wird vorgeschlagen, dass der Rotor über die erste und/oder die zweite Dichtfläche gegenüber dem Stator gelagert ist. Durch die Verwendung einer oder beider Dichtflächen zur Lagerung des Rotors kann der konstruktive Aufbau vereinfacht werden, wobei eine geringe Leckage durch die Dichtflächen gleichzeitig einen Schmiereffekt für die Lagerung bewirkt.
-
Ferner wird vorgeschlagen, dass an dem Rotor eine den Rotor gegenüber dem Stator in einer vorbestimmten Stellung verriegelnde Verriegelungseinrichtung vorgesehen ist. Die Verriegelungseinrichtung kann z. B. durch einen federbelasteten Verriegelungsstift gebildet sein, welcher in einer vorbestimmten Stellung des Rotors in einer Verriegelungskulisse des Stators verriegelbar ist, wobei die Verriegelungskulisse zur Entriegelung des Rotors mit Druckmittel beaufschlagbar ist.
-
Weiter wird vorgeschlagen, dass die erste Dichtfläche an dem Rotor gestuft ausgeführt ist, und in dem Abschnitt der Dichtfläche mit dem größeren Durchmesser eine Ausnehmung zur Anordnung eines Teils der Verriegelungseinrichtung vorgesehen ist. Die vorgesehene Stufe bewirkt, dass der Rotor einen Abschnitt mit einem größeren Durchmesser und einen Abschnitt mit einem kleineren Durchmesser aufweist, wodurch sich ein Abschnitt mit einer größeren Wandstärke und ein Abschnitt mit einer kleineren Wandstärke ergibt. Der Abschnitt mit der größeren Wandstärke im Bereich des größeren Durchmessers kann dann bevorzugt zur Anordnung der Ausnehmung z. B. für den Verriegelungsstift der Verriegelungseinrichtung genutzt werden.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigen die Figuren im Einzelnen:
-
1: einen erfindungsgemäßen Flügelzellenversteller in Schrägansicht ohne Deckel;
-
2: einen erfindungsgemäßen Flügelzellenversteller in Draufsicht mit Deckel;
-
3: einen erfindungsgemäßen Flügelzellenversteller mit dem Rotor in einer ersten Anschlagstellung; und
-
4: einen erfindungsgemäßen Flügelzellenversteller mit dem Rotor in einer zweiten Anschlagstellung.
-
In der 1 ist der Flügelzellenversteller mit einem Rotor 1 und einem Stator 2 in Schrägansicht zu erkennen, während derselbe Flügelzellenversteller in der 2 in Draufsicht mit einem Deckel 16 zu erkennen ist, so dass die durch den Deckel 16 abgedeckten Abschnitte des Rotors 1 und des Stators 2 gestrichelt dargestellt sind.
-
Der Stator 2 umfasst radial außen eine Verzahnung, über die der Flügelzellenversteller in der Darstellung der 2 im Betrieb über ein Endloszugmittel entgegen dem Uhrzeigersinn angetrieben wird. Der Stator 2 selbst ist topfförmig oder als Ring mit zwei daran befestigten Deckeln ausgebildet und weist eine Mehrzahl von radial nach innen ragenden Vorsprüngen 3 auf, in denen jeweils eine Befestigungsöffnung 15 zur Verschraubung des Deckels 16 vorgesehen ist. Der Deckel 16 und der Stator 2 bilden damit einen drehfesten Verbund. Die radial nach innen ragenden Vorsprünge 3 erstrecken sich bis zu einer ersten Dichtfläche 7 des Rotors 1 und unterteilen dadurch den zwischen dem Rotor 1 und dem Stator 2 vorhandenen Ringraum in mehrere Druckräume. Ferner sind an dem Rotor 1 eine Mehrzahl von Flügeln 4 vorgesehen, welche sich bis zu einer zweiten Dichtfläche 8 des Stators 2 erstrecken und dadurch die gebildeten Druckräume werter in jeweils zwei entgegengesetzt wirkende Arbeitskammern 5 und 6 unterteilen. In einem der Flügel 4 ist außerdem eine Ausnehmung 12 zur Aufnahme eines Verriegelungsstiftes vorgesehen, mit dem der Rotor 1 in einer vorbestimmten Stellung in einer nicht zu erkennenden Verriegelungskulisse in dem Deckel 16 verriegelbar ist. Die Arbeitskammern 5 und 6 sind durch jeweils eine Druckmittelleitung 21 und 22 über einen zentralen Druckmittelkreislauf wahlweise mit einem Druckmittel beaufschlagbar, wobei das Druckmittel aus der jeweils nicht mit Druckmittel beaufschlagten Arbeitskammer 5 oder 6 in ein Druckmittelreservoir zurückströmt. Durch die Druckmittelbeaufschlagung einer der Arbeitskammern 5 oder 6 wird der Rotor 1 dann entweder gegen den Uhrzeigersinn, also in Drehrichtung des Stators 2, oder entgegen dem Uhrzeigersinn gegenüber dem Stator 2 verdreht. Da der Stator 2 über das Endloszugmittel drehfest mit der Kurbelwelle und der Rotor 1 drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist, wird damit auch der Drehwinkel der Nockenwelle zu der Kurbelwelle verstellt. Soweit entspricht der Flügelzellenversteller dem Stand der Technik.
-
In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die erste Dichtfläche 7 an dem Rotor 1 und die an der ersten Dichtfläche 7 anliegenden Stirnflächen der Vorsprünge 3 gestuft ausgeführt. Die erste Dichtfläche 7 weist mehrere durch Stufen 10 gebildete Abschnitte 19 mit einem kleineren ersten Durchmesser 9 und mehrere Abschnitte 20 mit einem größeren zweiten Durchmesser 23 auf. Die gestuften Stirnflächen der Vorsprünge 3 sind so geformt, dass sie jeweils dichtend mit einem ersten Abschnitt an einem der Abschnitte 19 und mit einem zweiten Abschnitt an einem der Abschnitte 20 anliegen. Durch die gestufte Ausführung der ersten Dichtfläche 7 und der dichtend anliegenden Stirnflächen der Vorsprünge 3 sind die in der Darstellung linksseitigen Arbeitskammern 5 in ihren radialen Erstreckungen kleiner als die Arbeitskammern 6 rechts der Flügel 4. Dadurch ergeben sich an den jeweils linken Seiten der Flügel 4 kleinere Druckflächen 13 als an den rechten Seiten der Flügel 4. Die Druckflächen 14 an den rechten Seiten sind dabei in radialer Erstreckung genau um die Durchmesserdifferenz der Abschnitte 20 und 19 der ersten Dichtfläche 7 des Rotors 1 größer als die Druckflächen 13 an den linken Seiten der Flügel 4.
-
Außerdem werden durch die Stufen 10 zwischen den Vorsprüngen 3 und der ersten Dichtfläche 7 des Rotors 1 zusätzliche Teilarbeitskammern 11 gebildet, welche durch in dem Deckel 16 vorgesehene Entlüftungsbohrungen 17 dauerhaft an ein Druckmittelreservoir oder an die Umgebung angeschlossen sind.
-
In der 3 ist der Flügelzellenversteller mit dem Rotor 1 in einer ersten Anschlagstellung zu erkennen, in der der Rotor 1 mit den Flügeln 4 rechtsseitig an den Seitenflächen der Vorsprünge 3 anliegt. Die Arbeitskammern 6 rechts der Flügel 4 weisen dadurch ein kleinstmögliches Volumen auf, während die Arbeitskammern 5 links der Flügel 4 ein größtmögliches Volumen aufweisen. Zur Verstellung des Rotors 1 aus der ersten Anschlagstellung entgegen dem Uhrzeigersinn, also in Antriebsrichtung des Stators 2, werden die Arbeitskammern 6 rechts der Flügel 4 über die Druckmittelleitungen 22 mit Druckmittel beaufschlagt, während das Druckmittel aus den Arbeitskammern 5 links der Flügel 4 in das Druckmittelreservoir abfließt. Durch das in die Arbeitskammern 6 einströmende Druckmittel wird auf die rechtsseitigen Druckflächen 14 der Flügel 4 eine Druckkraft ausgeübt, durch die der Rotor 1 gegenüber dem Stator 2 verdreht wird. Dabei ist es von besonderer Bedeutung, dass die Teilarbeitskammern 11 durch die Entlüftungsbohrungen 17 praktisch passiv geschaltet sind, indem die darin vorhandene Luft oder möglicherweise eingedrungenes Druckmittel in das Druckmittelreservoir oder in die Umgebung entweichen kann.
-
In der 4 ist der Rotor 1 in einer zweiten Anschlagstellung zu erkennen, in der der Rotor 1 mit den Stufen 10 der ersten Dichtfläche 7 an den Stufen der Stirnflächen der Vorsprünge 3 anliegt. Die Stufen 10 bilden in den Übergängen von den Abschnitten 20 mit dem größeren zweiten Durchmesser 23 zu den Abschnitten 20 mit dem kleineren ersten Durchmesser 9 seitliche Anschläge 18 aus, welche die mögliche Drehbewegung des Rotors 1 entgegen dem Uhrzeigersinn gegenüber dem Stator 2 begrenzen. Die Verstellung des Rotors 1 im Uhrzeigersinn aus der zweiten Anschlagstellung gegenüber dem Stator 2 erfolgt dadurch, indem die Arbeitskammern 5 links der Flügel 4 durch die Druckmittelleitungen 21 mit Druckmittel beaufschlagt werden, während das Druckmittel aus den Arbeitskammern 6 rechts der Flügel 4 durch die Druckmittelleitungen 22 in das Druckmittelreservoir zurückströmt. Gleichzeitig kann durch die Entlüftungsbohrungen 17 Luft oder ein anderes Medium wieder in die Teilarbeitskammern 11 einströmen, so dass dabei in den Teilarbeitskammern 11 kein Unterdruck entstehen kann.
-
Während der Drehbewegung des Flügelzellenverstellers wirken auf den Rotor 1 über die Nockenwelle entgegen der Antriebsbewegung eingeleitete Wechselmomente, welche demnach entgegen der Verstellbewegung aus der in der 3 gezeigten ersten Anschlagstellung wirken. Da die die Arbeitskammern 6 rechts der Flügel 4 begrenzenden Druckflächen 14 aufgrund der gestuften Ausführung der ersten Dichtfläche 7 und der Stirnflächen der Vorsprünge 3 größer sind als die die Arbeitskammern 5 links der Flügel 4 begrenzenden Druckflächen 13, ist die Verstellkraft des Rotors 1 entgegen dem Uhrzeigersinn größer als die Verstellkraft des Rotors 1 im Uhrzeigersinn aus der in der 4 gezeigten zweiten Anschlagstellung. Durch die unterschiedlich großen Druckflächen 13 und 14 und die dadurch erzeugten unterschiedlich großen Verstellkräfte in die verschiedenen Verstellrichtungen können die Nockenwellenwechselmomente und zusätzliche, durch Reibung entstehende, auf die Nockenwelle wirkende Momente im Mittel wieder so weit kompensiert werden, dass sich in beide Verstellrichtungen wieder identische Verstellkräfte ergeben, oder wenigstens Verstellkräfte mit einem geringeren Unterschied verwirklicht werden können. Die unterschiedlich großen Druckflächen 13 und 14 der Flügel 4 bilden praktisch ein Druckübersetzungsverhältnis, welche die Erzeugung unterschiedlicher Verstellkräfte bei gleichem Druckmitteldruck ermöglichen. Das Druckübersetzungsverhältnis kann weiter variiert werden, indem auch die Teilarbeitskammern 11 mit Druckmittel beaufschlagt werden. Wobei die Druckmittelbeaufschlagung der Teilarbeitskammern 11 zur Anpassung der Verstellkraft auch gesteuert erfolgen kann.
-
Die Lagerung des Rotors 1 gegenüber dem Stator 2 erfolgt bevorzugt über die erste oder die zweite Dichtfläche 7 oder 8, wobei auch eine Mischlagerung verwirklicht werden kann. Sofern eine externe Lagerung des Rotors 1 vorgesehen ist, können an den Dichtflächen 7 und 8 bzw. an den Stirnflächen der Flügel 4 und/oder der Vorsprünge 3 zusätzlich Dichtleisten vorgesehen sein, durch welche die mögliche Leckage durch die Dichtflächen 7 und 8 weiter verringert werden kann.
-
Die Erfindung wurde anhand eines Ausführungsbeispiels mit einer gestuften ersten Dichtfläche 7 und gestuften daran anliegenden Stirnflächen der Vorsprünge 3 beschrieben. Es ist jedoch genauso denkbar, die zweiten Dichtflächen 8 an dem Stator 2 und die Stirnflächen der Flügel 4 gestuft auszuführen. Wichtig ist nur, dass die Druckflächen 13 und 14 an den Flügeln unterschiedlich groß sind. Ferner ist es auch denkbar, die seitlichen Dichtflächen an dem Deckel 16 oder an dem Stator 2 gestuft und die daran anliegenden Seitenflächen der Flügel 4 gestuft auszuführen, wodurch Druckflächen 13 und 14 mit einer unterschiedlichen Breite verwirklicht werden können.
-
Ferner müssen nicht alle Flügel 4 Druckflächen 13 und 14 mit einer unterschiedlichen Größe aufweisen, es reicht auch schon aus, wenn nur einer der Flügel 4 und die daran vorgesehenen Druckflächen 13 und 14 durch eine gestufte Ausführung der Dichtflächen unterschiedlich groß sind.
-
Alternativ kann die Steuerung der Druckübersetzung auch durch eine wahlweise Beaufschlagung der Arbeitskammern 5 oder 6 in einer unterschiedlichen Anzahl erfolgen, ohne dass die Druckflächen 13 und 14 unterschiedlich groß sind. Ferner kann die Steuerung der Druckübersetzung dadurch erfolgen, in dem die Zuströmung oder das Abströmen der Luft bzw. des Druckmittels aus den Teilarbeitskammern 11 gesteuert wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Rotor
- 2
- Stator
- 3
- Vorsprung
- 4
- Flügel
- 5
- Arbeitskammer
- 6
- Arbeitskammer
- 7
- Erste Dichtfläche
- 8
- Zweite Dichtfläche
- 9
- Erster Durchmesser
- 10
- Stufe
- 11
- Teilarbeitskammer
- 12
- Ausnehmung
- 13
- Druckfläche
- 14
- Druckfläche
- 15
- Befestigungsöffnung
- 16
- Deckel
- 17
- Entlüftungsöffnung
- 18
- Anschlag
- 19
- Abschnitt
- 20
- Abschnitt
- 21
- Druckmittelleitung
- 22
- Druckmittelleitung
- 23
- Zweiter Durchmesser
