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Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Nockenwellenverstelleinrichtungen umfassen eine Nockenwelle und einen Flügelzellenversteller, welcher in seinem Grundaufbau einen von einer Kurbelwelle antreibbaren Stator und einen drehfest mit der Nockenwelle verbundenen 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.
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Zur Druckbeaufschlagung der Arbeitskammern kann z. B. ein Zentralventil mit einem verschiebbaren Ventilkörper vorgesehen sein, welches eine Vielzahl von Steuerkanten und Druckmittelkanälen aufweist, durch die das Druckmittel in Abhängigkeit von der Stellung des Ventilkörpers wahlweise in die Arbeitskammern einleitbar ist. Ferner dient das Zentralventil zum Verspannen des Rotors mit der Nockenwelle, indem das Zentralventil außenseitig mit einem Radialflansch an einer außenseitigen Seitenfläche des Rotors anliegt und mit einem Gewindeabschnitt in ein Innengewinde der Nockenwelle eingeschraubt ist. Dadurch wird eine reibschlüssige Verbindung zwischen der Nockenwelle und dem Rotor bzw. zwischen dem Rotor und dem Zentralventil geschaffen, durch welche die für die Verstellbewegung der Nockenwelle erforderlichen Verstellkräfte übertragen werden. Das Zentralventil wird in dieser Ausführungsform auch als Zentralschraube bezeichnet.
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Ein Nachteil dieser Lösung ist es, dass die Herstellung der Gewinde Kosten verursacht und außerdem für die Gewinde ein gewisser Bauraum an der Nockenwelle und an dem Zentralventil vorgesehen werden muss. Ferner benötigen die Gewinde und die Pressverbindungen zwischen dem Rotor und der Zentralschraube bzw. zwischen dem Rotor und der Nockenwelle ausreichende Materialquerschnitte sowie geringe Bauteiltoleranzen, um die gewünschten Flächenpressungen zu erzielen.
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Aus der
DE 103 46 447 A1 ist ferner eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit en Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 bekannt, bei dem das Ventilgehäuse eines Zentralventils in einer Ausnehmung der Nockenwelle stoffschlüssig eingebracht ist.
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Ferner ist aus der
DE 10 2004 038 160 A1 ein Nockenwellenversteller bekannt, welcher stoffschlüssig auf einer Nockenwelle befestigt ist und ein Zentralventil mit einem radial nach außen vorstehenden Radialflansch aufweist.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwellenverstelleinrichtung zu schaffen, bei der das Zentralventil möglichst kostengünstig unter Vermeidung der oben genannten Nachteile befestigt ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Zentralventil stoffschlüssig mit einem Deckel des Stators verbunden ist. Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung ist darin zu sehen, dass das Zentralventil und der Deckel für die Befestigung des Zentralventils nicht gesondert bearbeitet zu werden braucht. Ferner ergibt sich durch die stoffschlüssige Verbindung eine sehr feste Verbindung mit einem sehr geringen Bauraumbedarf. Die zu verbindenden Bauteile werden dabei lokal aufgeschmolzen und miteinander verbunden, wobei zur Schaffung der stoffschlüssigen Verbindung zusätzlicher Werkstoff zugeführt werden kann. Ferner können stoffschlüssige Verbindungen mit modernen Fertigungsverfahren sehr formgenau, vollautomatisch und kostengünstig in Großserienfertigungen hergestellt werden.
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Die vorgeschlagene Verbindung ist herstellungstechnisch insofern von Vorteil, da der Deckel sehr einfach von außen zugänglich ist, so dass das Zentralventil an einer Außenseite mit der Nockenwellenverstelleinrichtung verbunden werden kann. Außerdem befindet sich der Ort der stoffschlüssigen Verbindung an einer Stelle des Zentralventils, welche nicht Teil der Funktionsflächen ist, so dass diese durch die Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung nicht nachteilig, z. B. in ihrer Formgenauigkeit, beeinflusst werden.
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Dabei kann die stoffschlüssige Verbindung vorzugsweise durch eine Schweißverbindung gebildet sein. Schweißverbindungen sind eine besonders feste Form von stoffschlüssigen Verbindungen, bei denen beide Bauteile lokal aufgeschmolzen werden und sich durch ein Ineinanderfließen des Werkstoffs stoffschlüssig miteinander verbinden. Die stoffschlüssige Verbindung kann weiter verstärkt werden, indem zusätzliches aufgeschmolzenes Schweißgut lokal gezielt zugeführt wird, wobei die zu verbindenden Bauteile durch das aufgeschmolzene sehr heiße Schweißgut gleichzeitig an den Oberflächen angeschmolzen werden. Als moderne Schweißverfahren bieten sich hier insbesondere Laserschweißverfahren an, mit denen der Werkstoff lokal und sehr genau auf eine sehr hohe Temperatur erhitzt werden kann.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Zentralventil einen stirnseitig angeordneten, radial nach außen vorstehenden Radialflansch aufweist. Durch den vorgeschlagenen Radialflansch kann eine Art Anschlag geschaffen werden, durch den der Zusammenbau der Nockenwellenverstelleinrichtung vereinfacht wird.
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Insbesondere kann dadurch die Einführtiefe des Zentralventils in einen rohrförmigen Endabschnitt der Nockenwelle begrenzt werden.
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Ferner kann das Zentralventil in einem radial äußeren Abschnitt des Radialflansches mit dem Dichtdeckel stoffschlüssig verbunden sein. Der Radialflansch bildet praktisch einen überstehenden Wandabschnitt, welcher zur Befestigung des Zentralventils genutzt werden kann. Dabei ist es von besonderem Vorteil, dass die stoffschlüssige Verbindung dadurch in einem größeren Abstand zu den Funktionsflächen des Zentralventils angeordnet werden kann, damit die im Bereich der Funktionsflächen auftretenden Temperaturen in dem Zentralventil während der Schaffung der stoffschlüssigen Verbindung geringer sind.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass der Radialflansch derart bemessen ist, dass er die Seitenfläche des Rotors überlappt. Durch die vorgeschlagene Bemessung des Radialflansches wird ein zusätzlicher Anschlag zur Begrenzung der Einführbewegung des Zentralventils in die Durchgangsöffnung geschaffen.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der Rotor eine zentrale Durchgangsöffnung aufweist, in der das Zentralventil angeordnet ist. Die Durchgangsöffnung an dem Rotor ist zur mittelbaren oder unmittelbaren Lagefixierung des Zentralventils gegenüber dem Rotor während des Befestigungsvorganges von Vorteil.
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Insbesondere kann das Zentralventil stoffschlüssig mit dem Stator oder mit einem drehfest mit dem Stator verbundenen Bauteil verbunden sein, und die Nockenwelle stoffschlüssig mit dem Rotor oder einem drehfest mit dem Rotor verbundenen Bauteil verbunden sein. Damit ist sowohl die Verbindung zwischen der Nockenwelle und dem Rotor als auch die Verbindung zwischen dem Stator und dem Zentralventil stoffschlüssig ausgeführt. Der Rotor ist in diesem Fall durch die unmittelbare oder mittelbare stoffschlüssige Verbindung mit der Nockenwelle besonders drehfest mit dieser verbunden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Nockenwelle einen rohrförmigen Endabschnitt aufweist, mit dem sie sich in die Durchgangsöffnung zwischen den Rotor und das Zentralventil erstreckt, und dass in dem rohrförmigen Endabschnitt sich in Umfangsrichtung erstreckende Langlochöffnungen vorgesehen sind, durch welche das Druckmittel von dem Zentralventil in die Arbeitskammern einleitbar ist. Durch die Verbindung des Zentralventils mit dem Deckel des Stators und die Verbindung der Nockenwelle mit dem Rotor führt der rohrförmige Endabschnitt bei einer Verstellung der Nockenwelle eine Relativbewegung gegenüber dem an dem Deckel des Stators befestigten Zentralventil aus. Da das Zentralventil in dem rohrförmigen Endabschnitt der Nockenwelle angeordnet ist und gleichzeitig eine Zu- und Abströmung des Druckmittels über das Zentralventil möglich sein muss, sind in dem rohrförmigen Endabschnitt die vorgeschlagenen, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Langlochöffnungen vorgesehen, welche eine Zu- und Abströmung des Druckmittels über einen bestimmten Winkelbereich der Verstellbewegung durch den rohrförmigen Endabschnitt der Nockenwelle hindurch ermöglichen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt:
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1: eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstelleinrichtung in Schnittdarstellung.
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In der 1 ist eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Flügelzellenversteller mit einem Rotor 1 und einem Stator 2 in Schnittdarstellung zu erkennen. Der Stator 2 umfasst radial außen eine nicht dargestellte Antriebsfläche, wie z. B. eine Verzahnung, über die der Flügelzellenversteller im Betrieb über ein Endloszugmittel angetrieben wird. Der Antrieb kann dabei von einer Kurbelwelle oder einer sonstigen Antriebswelle einer Brennkraftmaschine erfolgen. Der Stator 2 selbst ist ringförmig ausgebildet und weist eine Mehrzahl von radial nach innen ragenden Vorsprüngen 13 auf, in denen jeweils eine Befestigungsöffnung 14 zur Verschraubung zweier den Stator 2 seitlich abdeckender Deckel 3 und 4 vorgesehen ist. Sofern der Stator 2 topfförmig ausgebildet ist, ist nur der Deckel 3 vorgesehen, welcher den topfförmigen Stator 2 seitlich abdeckt. Die Deckel 3 und 4 und der Stator 2 bilden durch die Verschraubung einen drehfesten Verbund. Die radial nach innen ragenden Vorsprünge 13 erstrecken sich bis zu einer ersten Dichtfläche des Rotors 1 und unterteilen dadurch einen zwischen dem Rotor 1 und dem Stator 2 vorhandenen Ringraum in mehrere Druckräume. Ferner sind an dem Rotor 1 eine Mehrzahl von Flügeln vorgesehen, welche sich bis zu einer zweiten Dichtfläche des Stators 2 erstrecken und dadurch die gebildeten Druckräume weiter in jeweils zwei entgegengesetzt wirkende Arbeitskammern unterteilen. Die Arbeitskammern sind durch jeweils eine Druckmittelleitung über einen zentralen Druckmittelkreislauf wahlweise mit einem Druckmittel beaufschlagbar. Zur Verdrehung des Rotors 1 gegenüber dem Stator 2 werden die Arbeitskammern einer ersten Wirkrichtung auf einer Seite der Flügel mit Druckmittel beaufschlagt, während das Druckmittel aus den Arbeitskammern einer zweiten Wirkrichtung auf den anderen Seiten der Flügel in ein Druckmittelreservoir zurückgeführt wird. Durch die Druckmittelbeaufschlagung der Arbeitskammern wird der Rotor 1 dann entweder in Drehrichtung des Stators 2 oder entgegen der Drehrichtung des Stators 2 gegenüber diesem verdreht. Da der Stator 2 über das Endloszugmittel drehfest mit der Kurbelwelle und der Rotor 1 drehfest mit einer Nockenwelle 5 verbunden ist, wird damit auch der Drehwinkel der Nockenwelle 5 zu der Kurbelwelle verstellt. Soweit entspricht der Flügelzellenversteller dem Stand der Technik.
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Der Rotor 1 weist eine zentrale Durchgangsöffnung 11 auf, in welche sich die Nockenwelle 5 mit einem rohrförmigen Endabschnitt 9 hinein erstreckt. An dem rohrförmigen Endabschnitt 9 der Nockenwelle 5 sind in Umfangsrichtung ausgerichtete Langlochöffnungen 12 vorgesehen. Die Nockenwelle 5 ist über den rohrförmigen Endabschnitt 9 z. B. über eine oder mehrere Schweißverbindungen, eine Verklebung, eine Gewindeverbindung oder auch eine Pressverbindung drehfest mit dem Rotor 1 verbunden.
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Ferner ist ein Zentralventil 6 vorgesehen, welches mehrere Durchgangsöffnungen 15 und eine zentrale zylindrische Ausnehmung mit einem darin verschieblich geführten federbelasteten Ventilkörper 7 mit verschiedenen Steuerkanten und Durchgangsbohrungen aufweist. Das Zentralventil 6 weist ferner an seiner Stirnseite einen radial nach außen vorstehenden Radialflansch 8 mit einem größeren Außendurchmesser als der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 11 des Rotors 1 auf, so dass der Radialflansch 8 sowohl die Stirnseite des Endabschnitts 9 der Nockenwelle 5 als auch einen Teilabschnitt der Seitenfläche des Rotors 1 überdeckt. Das Zentralventil 6 ist in dem rohrförmigen Endabschnitt 9 der Nockenwelle 5 angeordnet und an der Radialaußenseite des Radialflansches 8 über eine Schweißverbindung 10 stoffschlüssig mit dem Deckel 3 des Stators 2 verbunden.
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Die Schweißverbindung 10 kann dabei eine umlaufende ununterbrochene Schweißnaht sein, welche z. B. über eine sehr formgenaue Laserschweißung verwirklicht ist. Dabei bietet sich die vorgeschlagene Anordnung der Schweißverbindung 10 an der Radialaußenseite des Radialflansches 8 insofern an, dass diese dadurch einen größtmöglichen Abstand zu den Ventilflächen des Zentralventils 6 zwischen dem Zentralventil 6 und dem rohrförmigen Endabschnitt 9 bzw. zwischen dem Ventilkörper 7 und der zylindrischen Innenwandung des Zentralventils 6 aufweist, so dass die während der Schweißung in die Ventilflächen des Zentralventils 6 eingebrachte Wärme geringer ist. Ferner bildet der Radialflansch 8 aufgrund der durch den größeren Außendurchmesser verwirklichten Überlappung der Stirnfläche des rohrförmigen Endabschnittes 9 und der Seitenfläche des Rotors 1 einen Anschlag, welcher die Einführbewegung des Zentralventils 6 in die Durchgangsöffnung 11 des Rotors 1 bzw. in den rohrförmigen Endabschnitt 9 der Nockenwelle 5 begrenzt, wodurch die Montage vereinfacht werden kann.
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In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist das Zentralventil 6 stoffschlüssig mit dem Deckel 3 des Stators 2 und die Nockenwelle 5 über den rohrförmigen Endabschnitt 9 mit dem Rotor 1 verbunden. Bei einer Verstellung des Rotors 1 gegenüber dem Stator 2 führt der Rotor 1 zusammen mit der Nockenwelle 5 und dem rohrförmigen Endabschnitt 9 eine Drehbewegung gegenüber dem statorfest befestigten Zentralventil 6 aus. Aufgrund der in Umfangsrichtung ausgerichteten Langlochöffnungen 12 kann das Druckmittel dabei in den unterschiedlichen Winkelstellungen des Rotors 1 über die Durchgangsöffnungen 15 des Zentralventils 6 aus den Arbeitskammern abströmen oder in diese einströmen.
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Die vorgeschlagene stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Zentralventil 6 und dem Deckel 3 ist insofern von Vorteil, da zur Schaffung dieser Verbindung keine besonderen vorangehenden Bearbeitungsschritte der Bauteile erforderlich sind, so dass die Herstellkosten verringert werden können. Ferner kann die stoffschlüssige Verbindung erkennbar platzsparend auf einem sehr kleinen Bauraum realisiert werden, da die stoffschlüssige Verbindung in sich sehr fest ist, und zur Schaffung der Verbindung lediglich kleinere von außen frei zugängliche Oberflächen an den zu verbindenden Bauteilen vorhanden sein müssen.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde die Verbindung anhand einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Zentralventil 6 und dem Deckel 3 beschrieben. Bei einer anderen Zuordnung der Bauteile kann das Zentralventil 6 jedoch auch direkt mit dem Stator 2 oder dem Rotor 1 stoffschlüssig mit denselben Vorteilen verbunden werden.
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Die beschriebene Befestigung des Zentralventils 6 an dem Deckel 3 ist jedoch besonders vorteilhaft, da das Zentralventil 6 mit dem vorgesehenen Radialflansch 8 und der Deckel 3 besonders einfach von außen zugängliche Oberflächen bilden, an denen die stoffschlüssige Verbindung verwirklicht werden kann. Ferner ergibt sich durch die beschriebene Zuordnung ein besonders einfacher Aufbau der Nockenwellenverstelleinrichtung mit zwei Baugruppen, nämlich einer ersten Baugruppe mit dem Deckel 3 bzw. dem Stator 2 und dem drehfest verbundenen Zentralventil 6 und einer zweiten Baugruppe mit dem Rotor 1 und der über den rohrförmigen Endabschnitt verbundenen Nockenwelle 5.
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Ferner kann der Deckel 3 in einem gesonderten vorangegangenen Arbeitsgang mit dem Zentralventil 6 stoffschlüssig verbunden und dann als Baugruppe zusammen mit dem Zentralventil 6 an dem Stator 2 befestigt werden, wobei der Rotor 1 während dieses Arbeitsganges vorteilhafterweise bereits mit der Nockenwelle 5 verbunden sein kann. Der Deckel 3 wird dann mit dem daran befestigten Zentralventil 6 in den rohrförmigen Endabschnitt 9 der Nockenwelle 5 eingeführt und über entsprechende Befestigungsschrauben durch die Befestigungsöffnungen 14 mit dem gegenüberliegenden Deckel 4 verschraubt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotor
- 2
- Stator
- 3
- Deckel
- 4
- Deckel
- 5
- Nockenwelle
- 6
- Zentralventil
- 7
- Ventilkörper
- 8
- Radialflansch
- 9
- Endabschnitt
- 10
- Schweißverbindung
- 11
- Durchgangsöffnung
- 12
- Langlochöffnungen
- 13
- Vorsprung
- 14
- Befestigungsöffnung
- 15
- Durchgangsöffnung
