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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 Statur und einen drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Rotor aufweist. Zwischen dem Stator und dem Rotor ist ein Ringraum vorgesehen, welcher durch drehfest mit dem Statur 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, in dem 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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Gemäß einer Weiterentwicklung einer derartigen Nockenwellenverstelleinrichtung kann der Stator zusätzlich mit einer zweiten Nockenwelle drehfest verbunden sein, so dass durch die Verstellung des Rotors zu dem Stator alternativ oder zusätzlich zu der Drehwinkelverstellung der Nackenwelle zu der Kurbelwelle auch eine Verstellung der Drehwinkel der beiden Nockenwellen zueinander möglich ist. Dabei können die Nockenwellen ineinander gesteckt und konzentrisch zueinander angeordnet sein.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwellenverstelleinrichtung zur Verstellung des Drehwinkels zwischen zwei Nockenwellen zu schaffen, welche möglichst einfach aufgebaut und kostengünstig herzustellen sein soll.
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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 der Stator über das Zentralventil drehfest mit der ersten Nockenwelle verbunden oder verbindbar ist. Durch die vorgeschlagene Lösung ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau der Nockenwellenverstelleinrichtung, indem das Zentralventil zusätzlich zu seiner eigentlichen Funktion der Steuerung des Druckmittelstromes zusätzlich zur Verbindung des Stators mit der ersten Nockenwelle verwendet wird. Damit ergeben zwei sehr kurze Kraftübertragungswege mit einer sehr geringen Anzahl von Bauteilen, nämlich ein erster Kraftübertragungsweg von dem Stator über das Zentralventil zu der ersten Nockenwelle und ein zweiter Kraftübertragungsweg von dem Rotor zu der zweiten Nockenwelle. Für den Fall, dass der Statur von einer Kurbelwelle antreibbar ist, befindet sich die erste Nockenwelle in einer drehfesten Verbindung mit der Kurbelwelle, während der Drehwinkel der zweiten Nockenwelle zu der Kurbelwelle und der ersten Nockenwelle verstellbar ist.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das Zentralventil stoffschlüssig mit dem Stator oder einem mit diesem drehfest verbundenen Bauteil verbunden ist. Die vorgeschlagene stoffschlüssige Verbindung ist insofern vorteilhaft, da sie vergleichsweise große Kräfte in einem kleinen Bauraum übertragen kann. Ferner kann die stoffschlüssige Verbindung sehr kostengünstig hergestellt werden, da die Bauteile dazu nicht oder nur geringfügig bearbeitet werden müssen. Insbesondere entfallen spanende Bearbeitungsvorgänge und bisher z. B. bei Gewinden erforderliche Bauräume und Wandstärken der Bauteile.
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Dabei kann die Verbindung zwischen dem Zentralventil und dem Stator besonders kostengünstig und einfach hergestellt werden, wenn das drehfest mit dem Stator verbundene Bauteil ein Deckel des Stators ist. Die vorgeschlagene Verbindung ist herstellungstechnisch insofern von Vorteil, da der Deckel sehr einfach von außen zugänglich ist, so dass das Zentralventil an einer Außenseite z. B. durch eine Schweißverbindung mit dem Deckel verbunden werden kann. Dabei kann das Zentralventil in einem vorangegangenen Arbeitsgang zuerst mit dem Deckel der Nockenwellenverstelleinrichtung verbunden werden und anschließend als Baugruppe zusammen mit dem Deckel montiert werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das Zentralventil durch eine gesteckte, in Umfangsrichtung formschlüssige Verbindung mit der ersten Nockenwelle verbunden ist. Da die Verbindung zwischen dem Zentralventil und der ersten Nockenwelle innerhalb der Nockenwellenverstelleinrichtung vorgesehen ist, ist diese Verbindung grundsätzlich schwerer zu realisieren und insbesondere schwerer zu montieren. Die vorgeschlagene gesteckte, in Umfangsrichtung formschlüssige Verbindung kann ohne spezielle Werkzeuge oder Geschicklichkeit einfach durch Zusammenstecken der beiden Bauteile realisiert werden, so dass diese Losung für die vorliegende Verbindung besondere Vorteile für die Montage bietet.
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Dabei kann die in Umfangsrichtung formschlüssige Verbindung in Axialrichtung ein Spiel aufweisen, wodurch ein axialer Toleranzausgleich verwirklicht werden kann. Außerdem kann dadurch die Montage weiter vereinfacht werden, da die Bauteile der Nockenwellenverstelleinrichtung durch das Spiel einfacher zusammengesetzt werden können.
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Alternativ wird vorgeschlagen, dass das Zentralventil in Axialrichtung spielfrei mit der ersten Nockenwelle verbunden oder verbindbar ist. Die vorgeschlagene Lösung bietet den Vorteil, dass das Zentralventil dadurch auch zur Übertragung von Axialkräften im Sinne einer vereinfachten Axiallagerung der ersten Nockenwelle genutzt werden kann.
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Ferner kann das Zentralventil einen stirnseitig angeordneten, radial nach außen vorstehenden Radialflansch aufweisen. Durch den vorgeschlagenen Radialflansch kann eine Art Anschlag geschaffen werden, durch den der Zusammenbau der Nockenwellenverstelleinrichtung vereinfacht wird. Insbesondere kann dadurch die Einführtiefe des Zentralventils in einen rohrförmigen Endabschnitt der zweiten Nockenwelle begrenzt werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Zentralventil in einem radial äußeren Abschnitt des Radialflansches mit dem Dichtdeckel stoffschlüssig verbunden ist. 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 größtmöglichen Abstand zu einer an dem Zentralventil vorgesehenen radial inneren Ventilfläche für einen in dem Zentralventil vorgesehenen verschiebbaren Ventilkörper angeordnet werden kann. Da die stoffschlüssige Verbindung, wie z. B. beim Schweißen durch Aufschmelzen der Werkstoffe hergestellt wird, wird dabei eine große Menge an Wärme lokal in das Zentralventil eingebracht, welche nicht zu einer nachteiligen Beeinflussung der Ventilfläche führen darf. Aufgrund der an dem radial äußeren Abschnitt des Radialflansches vorgesehenen stoffschlüssigen Verbindung kann der Abstand zwischen der stoffschlüssigen Verbindung und der Ventilfläche vergrößert und dadurch der Wärmeeintrag in die Ventilfläche während der Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung verringert werden.
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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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Weiter wird vorgeschlagen, dass die zweite 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 zweiten Nockenwelle mit dem Rotor führt der rohrförmige Endabschnitt der zweiten Nockenwelle bei einer Verstellung eine Relativbewegung gegenüber dem an dem Deckel des Stators befestigten Zentralventil aus. Da das Zentralventil in dem rohrförmigen Endabschnitt der zweiten Nockenwelle angeordnet ist und gleichzeitig eine Zu- und Abströmung des Druckmittels über das Zentralventil möglich sein muss, sind die vorgeschlagenen, in Umfangsrichtung ausgerichteten Langlochöffnungen besonders vorteilhaft, da dadurch eine Zuströmung und Abströmung des Druckmittels über einen bestimmten Winkelbereich der Verstellbewegung durch den rohrförmigen Endabschnitt der zweiten Nockenwelle ermöglicht wird.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Zentralventil einen Grundkörper und einen in dem Grundkörper verschiebbaren Ventilkörper aufweist, und zwischen dem Ventilkörper und dem Grundkörper ein Hohlraum mit einem durch die Verschiebung des Ventilkörper veränderbaren Volumen vorgesehen ist, und der Hohlraum durch eine Entlüftungsleitung an die Umgebung der Nockenwellenverstelleinrichtung angeschlossen ist. Das Zentralventil ist mit dem nicht beweglichen Grundkörper gemäß der Erfindung mit der ersten Nockenwelle verbunden. Durch die vorgeschlagene Lösung kann der Grundkörper für die Befestigung an der ersten Nockenwelle individuell ausgebildet sein, wobei ein dabei geschaffener Hohlraum durch die Entlüftungsleitung zur Umgebung hin verbunden ist, so dass das darin vorhandene Volumen nicht komprimiert wird und die Bewegung des Ventilkörpers stört. Insbesondere kann der Grundkörper dadurch mit einem zentralen Abschnitt in einer als Vollwelle ausgebildeten Nockenwelle befestigt sein. Ferner kann in dem Hohlraum gleich die Feder zur Vorspannung des Ventilkörpers vorgesehen sein, welche sich in diesem Fall an dem Gründkörper abstützt und den Ventilkörper in Austrittsrichtung aus dem Hohlraum federbelastet.
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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 über eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine oder eine sonstige Antriebswelle 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 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, wobei das Druckmittel aus den nicht mit Druckmittel beaufschlagten Arbeitskammern in ein Druckmittelreservoir zurückgeführt wird. Durch die Druckmittelbeaufschlagung der Arbeitskammern einer Wirkrichtung wird der Rotor 1 dann entweder in Drehrichtung des Stators 2 oder entgegen der Drehrichtung des Stators 2 gegenüber diesem verdreht. Soweit entspricht die Nockenwellenverstelleinrichtung dem Stand der Technik.
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Der Rotor 1 weist eine zentrale Durchgangsöffnung 11 auf, in welche sich eine zweite Nockenwelle 5 mit einem rohrförmigen Endabschnitt 9 hinein erstreckt. An dem rohrförmigen Endabschnitt 9 sind in Umfangsrichtung ausgerichtete Langlochöffnungen 12 vorgesehen. Die zweite 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 auf. 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 größeren Abstand zu den Ventilflächen 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 eingebrachte Wärme eine geringere Wärmeverformung der Ventilflächen zur Folge hat. 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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Ferner ist das Zentralventil 6 über eine gesteckte, in Umfangsrichtung formschlüssige Verbindung 18 mit einer ersten Nockenwelle 17 verbunden, wobei die gesteckte, in Umfangsrichtung formschlüssige Verbindung 18 hier durch einen Zweiflach verwirklicht ist. Die Verbindung 18 weist in Axialrichtung ein Spiel auf, durch welches in Axialrichtung ein Toleranzausgleich verwirklicht werden kann. Alternativ kann an dieser Stelle auch eine in Axialrichtung spielfreie Verbindung gewählt werden, wodurch Axialkräfte zur axialen Lagerung der ersten Nockenwelle 17 übertragen werden können.
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In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist das Zentralventil 6 stoffschlüssig mit dem Deckel 3 des Stators 2 und die zweite 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 zweiten Nockenwelle 5 und dem rohrförmigen Endabschnitt 9 eine Drehbewegung gegenüber dem statorfest befestigten Zentralventil 6 und der ersten Nockenwelle 17 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 vorgenommen werden, da die stoffschlüssige Verbindung in sich sehr fest ist, und zur Schaffung der Verbindung lediglich geringe 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 Zentralventil 6 an dem Decken 3 ist jedoch besonders vorteilhaft, da das Zentralventil 6 insbesondere durch den 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 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 an dem Stator 2 befestigt werden, wobei der Rotor 1 während dieses Arbeitsganges bereits mit der Nockenwelle 5 verbunden ist. Der Deckel 3 wird darin 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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Das Zentralventil 5 weist einen Grundkörper 22 auf, an welchem stirnseitig in einem zentralen Abschnitt der Zweiflach zur Schaffung der formschlüssigen Verbindung 18 vorgesehen ist. Der Grundkörper 22 ist an seinem der ersten Nockenwelle 17 zugewandten Ende aus Vollmaterial hergestellt, so dass er auf einfache Art und Weise mit dem zentralen Zweiflach versehen werden kann, welcher in diesem Fall ein Fortsatz des Grundkörpers 22 ist. Durch die Formgebung des Grundkörpers 22 ist zwischen dem Grundkörper 22 und dem Ventilkörper 7 ein Hohlraum 21 vorhanden, damit der Ventilkörper 7 zur Steuerung des Druckmittelstromes gegenüber dem Grundkörper 22 verschoben werden kann. In dem Hohlraum 21 ist eine Feder 23 vorgesehen, welche den Ventilkörper 7 in Austrittsrichtung aus dem Hohlraum 21 federbelastet. Damit der Ventilkörper 7 dadurch nicht aus dem Grundkörper 22 austritt, ist dieser mittels eines an dem Grundkörper 22 vorgesehenen Sicherungsringes 24 an der gegenüberliegenden Stirnseite des Ventilkörpers 7 gesichert.
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In dem Grundkörper 22 und in den beiden Nockenwellen 5 und 17 sind strömungstechnisch miteinander verbundene Entlüftungsleitungen 19 und 20 vorgesehen, welche strömungstechnisch an den Hohlraum 21 angeschlossen sind und eine Verbindung zwischen dem Hohlraum 21 und der Umgebung der Nockenwellenverstelleinrichtung schaffen. Dadurch kann das in dem Hohlraum vorhandene Druckmittel oder die darin vorhandene Luft beim Verschieben des Ventilkörpers 7 gegen die Kraft der Feder 23 in die Umgebung entweichen oder bei der entgegengesetzten Bewegung in den Hohlraum 21 einströmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotor
- 2
- Stator
- 3
- Deckel
- 4
- Deckel
- 5
- Zweite Nockenwelle
- 6
- Zentralventil
- 7
- Ventilkörper
- 8
- Radialflansch
- 9
- Endabschnitt
- 10
- Schweißverbindung
- 11
- Durchgangsöffnung
- 12
- Langlochöffnungen
- 13
- Vorsprung
- 14
- Befestigungsöffnung
- 15
- Durchgangsöffnung
- 16
- Zweiflach
- 17
- Erste Nockenwelle
- 18
- Verbindung
- 19
- Entlüftungsleitung
- 20
- Entlüftungsleitung
- 21
- Hohlraum
- 22
- Grundkörper
- 23
- Feder
- 24
- Sicherungsring
