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Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Nockenwellenverstelleinrichtungen werden im Allgemeinen in Ventiltrieben von Brennkraftmaschinen verwendet, um die Ventilöffnungs- und Schließzeiten zu verändern, wodurch die Verbrauchswerte der Brennkraftmaschine und das Betriebsverhalten im Allgemeinen verbessert werden können.
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Eine in der Praxis bewährte Ausführungsform der Nockenwellenverstelleinrichtung weist einen Flügelzellenversteller mit einem Stator und einem Rotor auf, welche einen Ringraum begrenzen, der durch Vorsprünge und Flügel in mehrere Arbeitskammern unterteilt ist. Die Arbeitskammern sind wahlweise mit einem Druckmittel beaufschlagbar, welches in einem Druckmittelkreislauf über eine Druckmittelpumpe aus einem Druckmittelreservoir in die Arbeitskammern an einer Seite der Flügel des Rotors zugeführt und aus den Arbeitskammern an der jeweils anderen Seite der Flügel wieder in das Druckmittelreservoir zurückgeführt wird. Die Arbeitskammern, deren Volumen dabei vergrößert wird, weisen eine Wirkrichtung auf, welche der Wirkrichtung der Arbeitskammern, deren Volumen verkleinert wird, entgegengesetzt ist. Die Wirkrichtung bedeutet demnach, dass eine Druckmittelbeaufschlagung der jeweiligen Gruppe von Arbeitskammern eine Verdrehung des Rotors entweder im oder gegen den Uhrzeigersinn relativ zu dem Stator bewirkt. Die Steuerung des Druckmittelflusses und damit der Verstellbewegung der Nockenwellenverstelleinrichtung erfolgt z. B. mittels eines Zentralventils mit einer komplexen Struktur von Durchflussöffnungen und Steuerkanten und einem in dem Zentralventil verschiebbaren Ventilkörper, welcher die Durchflussöffnungen in Abhängigkeit von seiner Stellung verschließt oder freigibt.
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Ein Problem bei einer solchen Nockenwellenverstelleinrichtung ist es, dass sie in einer Startphase noch nicht vollständig mit Druckmittel gefüllt ist oder sogar leer gelaufen sein kann, so dass der Rotor aufgrund der von der Nockenwelle ausgeübten Wechselmomente unkontrollierte Bewegungen relativ zu dem Stator ausführen kann, welche zu einem erhöhten Verschleiß und zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung führen können. Zur Vermeidung dieses Problems ist es bekannt, zwischen dem Rotor und dem Stator eine Verriegelungseinrichtung vorzusehen, welche den Rotor beim Abstellen der Brennkraftmaschine in einer für den Start günstigen Drehwinkelposition gegenüber dem Stator verriegelt. In Ausnahmefällen, wie z. B. beim Abwürgen der Brennkraftmaschine, ist es aber möglich, dass die Verriegelungseinrichtung den Rotor nicht bestimmungsgemäß verriegelt, und der Nockenwellenversteller in der sich anschließenden Startphase mit unverriegeltem Rotor betrieben werden muss. Da manche Brennkraftmaschinen jedoch ein sehr schlechtes Startverhalten haben, wenn der Rotor nicht in der Mittenposition verriegelt ist, muss der Rotor dann in der Startphase selbsttätig in die Mittenverriegelungsposition verdreht und verriegelt werden.
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Eine solche selbsttätige Verdrehung und Verriegelung des Rotors gegenüber dem Stator ist z. B. aus der
DE 10 2008 011 915 A1 und aus der
DE 10 2008 011 916 A1 bekannt. Beide dort beschriebenen Verriegelungseinrichtungen umfassen eine Mehrzahl von federbelasteten Verriegelungsstiften, welche bei einer Verdrehung des Rotors sukzessiv in an dem Dichtdeckel oder dem Stator vorgesehene Verriegelungskulissen verriegeln und dabei vor dem Erreichen der Mittenverriegelungsposition jeweils eine Verdrehung des Rotors in Richtung der Mittenverriegelungsposition zulassen, aber eine Verdrehung des Rotors in die entgegengesetzte Richtung blockieren. Nach dem Warmlaufen der Brennkraftmaschine und/oder dem vollständigen Befüllen des Nockenwellenverstellers mit Druckmittel werden die Verriegelungsstifte druckmittelbetätigt aus den Verriegelungskulissen verdrängt, so dass der Rotor anschließend bestimmungsgemäß zur Verstellung der Drehwinkellage der Nockenwelle gegenüber dem Stator verdreht werden kann.
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Ein Nachteil dieser Lösung ist es, dass die Verriegelung des Rotors nur mit mehreren sukzessiv verriegelnden Verriegelungsstiften verwirklicht werden kann, was zu höheren Kosten führt. Ferner setzt der Verrieglungsvorgang voraus, dass die Verriegelungspins funktionssicher nacheinander verriegeln. Sofern einer der Verriegelungsstifte nicht verriegelt, kann der Verrieglungsvorgang unterbrochen werden, da der Rotor damit nicht in der Zwischenstellung einseitig verriegelt ist und wieder zurückdrehen kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Nockenwellenversteller mit einer funktionssicheren und kostengünstigen Mittenverriegelung des Rotors zu schaffen.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, dass in einem oder mehreren der Flügel zusammen wenigstens zwei Druckmittelleitungen vorgesehen sind, welche jeweils zwei Arbeitskammern unterschiedlicher Wirkrichtung strömungstechnisch miteinander verbinden, wobei in den Druckmittelleitungen jeweils Rückschlagventile unterschiedlicher Wirkrichtung vorgesehen sind, welche jeweils in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Rotors zu dem Stator ein Überströmen des Druckmittels in eine Richtung zwischen den Arbeitskammern ermöglichen und in die jeweils andere Richtung verhindern, und in den jeweils anderen Flügeln, in welchen kein Rückschlagventil vorgesehen ist, eine erste schaltbare Ventileinrichtung vorgesehen ist, welche in einer Schaltstellung ein Überströmen des Druckmittels zwischen den Arbeitskammern unterschiedlicher Wirkrichtung ermöglicht.
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Durch die vorgeschlagene Losung kann der Rotor allein unter Ausnutzung der wirkenden Nockenwellenwechselmomente aus den Anschlagstellungen in die Mittenverriegelungsposition verdreht werden, da die Rückschlagventileinrichtung bewusst nur ein Überströmen des Druckmittels ermöglichen. Dadurch wird der Rotor während der wirkenden Nockenwellenwechselmomente ruckweise aus der Richtung der Anschlagstellungen in Richtung der Mittenverriegelungsposition verdreht, bis er in der Mittenverriegelungsposition verriegelt. Dabei werden die Nockenwellenwechselmomente bewusst nur in eine Richtung zur Verstellung des Rotors genutzt, da ein Rückströmen des Druckmittels durch die Rückschlagventileinrichtung gleichzeitig verhindert ist. Da in den anderen Flügeln, in denen kein Rückschlagventil vorgesehen ist, erfindungsgemäß eine erste schaltbare Ventileinrichtung vorgesehen ist, welche das Überströmen des Druckmittels ermöglicht, wird die selbsttätige Verstellbewegung dabei nicht durch das in den Arbeitskammern befindliche Druckmittel behindert.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass in den Flügeln mit den Rückschlagventilen jeweils eine zweite schaltbare Ventileinrichtung vorgesehen ist, mittels derer die Zuströmung des Druckmittels zu den Rückschlagventilen in einer ersten Schaltstellung ermöglicht und in einer zweiten Schaltstellung verhindert wird. Durch die vorgeschlagene Lösung kann das Überströmen des Druckmittels aktiv verhindert werden, so dass die Nockenwellenverstelleinrichtung während des normalen aktiven gesteuerten Verstellvorganges mit der gewünschten Genauigkeit betrieben werden kann.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass eine dritte schaltbare Ventileinrichtung vorgesehen ist, welche die Arbeitskammer, in welche das Druckmittel über das Rückschlagventil zuströmt, in einer ersten Schaltstellung mit einer an einen anderen Flügel mit einem darin angeordneten Rückschlagventil angrenzenden Arbeitskammer derselben Wirkrichtung strömungstechnisch verbindet, und in einer zweiten Schaltstellung strömungstechnisch trennt. Da eine selbsttätige Verstellbewegung aus beiden Anschlagsrichtungen „Früh” und „Spät” möglich sein soll, müssen zwei Rückschlagventile mit einer unterschiedlichen Wirkrichtung vorgesehen werden. Sofern diese Rückschlagventile in zwei unterschiedlichen Flügeln vorgesehen sind, ist dann ein Überströmen des Druckmittels nur zwischen zwei Arbeitskammern mit einem in dem Flügel vorgesehenen Rückschlagventil vorgesehen, während das Überströmen des Druckmittels zwischen den Arbeitskammern, welche durch einen Flügel mit dem entgegengesetzt wirkenden Rückschlagventil nicht möglich ist. Durch die vorgeschlagene Lösung kann das Druckmittel in einer Schaltstellung der dritten Ventileinrichtung aus der Arbeitskammer mit dem sich verringernden Volumen, aus dem das Druckmittel nicht über das Rückschlagventil überströmen kann, stattdessen über die dritte schaltbare Ventileinrichtung in die Arbeitskammer einströmen, aus der das Druckmittel weiter über das Rückschlagventil in die Arbeitskammer der entgegengesetzten Wirkrichtung auf der anderen Seite des Flügel überströmen kann. In einer zweiten Schaltstellung der dritten Ventileinrichtung wird die Arbeitskammer dann bewusst von der jeweils anderen Arbeitskammer getrennt, so dass sich der Rotor während der selbsttätigen Verstellbewegung über das in der Arbeitskammer befindliche Druckmittel an dem Stator abstützten kann und die selbsttätige Verstellbewegung in dieser Stellung der dritten Ventileinrichtung nur in eine Drehrichtung des Rotors möglich ist.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die erste, zweite und dritte Ventileinrichtung durch ein Mehrwege-Schaltventil gemeinsam mit einem Druckmittel beauschlagbar sind. Durch die vorgeschlagene Lösung können alle drei Ventileinrichtungen zusammen in eine Schaltstellung überführt werden, in der Druckmittelstrom zwischen den Arbeitskammern unterschiedlicher Wirkrichtung unterbunden wird, und damit die erfindungsgemäß ermöglichte selbsttätige Verstellbewegung praktisch deaktiviert und die Nockenwellenverstelleinrichtung in herkömmlicher Weise allein durch die aktive Beaufschlagung der Arbeitskammern mit Druckmittel betrieben werden kann.
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Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die Arbeitskammern, in welche das Druckmittel über die Rückschlagventile zuströmt, über eine Druckmittelleitung mit einer wenigstens zwei Arbeitskammern derselben Wirkrichtung verbindenden Druckmittelleitung und über eine weitere Druckmittelleitung strömungstechnisch mit der dritten schaltbaren Ventileinrichtung verbunden sind. In die Arbeitskammer münden demnach zwei voneinander getrennte Druckmittelleitungen. Eine der Druckmittelleitungen verbindet die Arbeitskammer dann mit der Druckmittelleitung, welche die Arbeitskammern derselben Wirkrichtung dauerhaft verbindet, z. B. eine Ringleitung, zur aktiven Beaufschlagung der Arbeitskammer mit Druckmittel während der gesteuerten Verstellbewegung. Die andere Druckmittelleitung verbindet die Arbeitskammer dann mit der Arbeitskammer gleicher Wirkrichtung an dem Flügel mit dem Rückschlagventil der entgegengesetzten Wirkrichtung und kann durch die dritte Ventileinrichtung unterbrochen oder geöffnet werden, wodurch der oben beschriebene Druckmittelstrom zum Abstützens des Rotors bzw. zum Überströmen des Druckmittels für die selbsttätige Verstellbewegung erreicht wird.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass zwischen den Flügeln mit den Rückschlagventilen in Umfangsrichtung wenigstens ein Flügel mit einer ersten schaltbaren Ventileinrichtung vorgesehen ist. Durch die vorgeschlagene Lösung kann der zur Verfügung stehende Bauraum in dem Rotor zur Anordnung der Druckmittelleitungen wesentlich besser ausgenutzt werden. Dies ist insbesondere deshalb von Vorteil, da in eine der Arbeitskammern, welche an die Flügel mit den Rückschlagventilen angrenzen, zwei Druckmittelleitungen münden, d. h. eine in die Ringleitung mündende Druckmittelleitung und eine zu der dritten Ventileinrichtung führende Druckmittelleitung, welche zumindest in einem Abschnitt getrennt verlaufen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei sind in den Figuren im Einzelnen zu erkennen:
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1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Schaltplan eines Druckmittelkreislaufes in der Stellung während einer Verstellbewegung des Rotors aus der Richtung „Spät” in die Mittenverriegelungsposition;
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2: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Schaltplan eines Druckmittelkreislaufes in der Stellung während einer Verstellbewegung des Rotors aus der Richtung „Früh” in die Mittenverriegelungsposition;
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3: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Schaltplan eines Druckmittelkreislaufes während der Verstellbewegung im Normalbetrieb; und
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4: eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung.
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In den 1 bis 3 ist eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem bekannten Grundaufbau mit einem schematisch dargestellten Flügelzellenversteller als Grundbauteil zu erkennen, welcher einen von einer nicht dargestellten Kurbelwelle antreibbaren Stator 16 und einen drehfest mit einer ebenfalls nicht dargestellten Nockenwelle verbindbaren Rotor 17 mit einer Rotornabe 36 und mehreren sich davon radial auswärts erstreckenden Flügeln 11, 12 und 13 umfasst. In der oberen Darstellung ist der Flügelzellenversteller in der Abwicklung zu erkennen, während links unten schematisch ein Ausschnitt der Rotornabe 36 des Rotors 17 mit einer Mittenverriegelungseinrichtung 32 und rechts unten schematisch ein Mehrwege-Schaltventil 21 Zur Steuerung des Druckmittelstromes zu erkennen ist.
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Ferner ist ein Druckmittelkreislauf mit einer Vielzahl von Druckmittelleitungen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 23, 37, 38, 39 und 40 zu erkennen, welche über das Mehrwege-Schaltventil 21 wahlweise strömungstechnisch mit einer Druckmittelpumpe P oder einem Druckmittelreservoir T verbindbar sind, wobei die Druckmittelpumpe P das Druckmittel nach dem Zurückführen in das Druckmittelreservoir T aus demselben wieder in den Druckmittelkreislauf zufördert.
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Der Stator 16 weist eine Mehrzahl von Statorstegen auf, welche einen Ringraum zwischen dem Stator 16 und dem Rotor 17 in mehrere Druckräume 29, 30 und 31 unterteilen. Die Druckräume 29, 30 und 31 wiederum sind durch die Flügel 11, 12 und 13 des Rotors 17 in Arbeitskammern 24, 25, 26, 27, 28 und 32 unterteilt, in welche die Druckmittelleitungen 1, 3, 4, 6, 7, 8, 39 und 40 münden. Die Mittenverriegelungseinrichtung 33 umfasst zwei Verriegelungsstifte 18 und 19, welche zur Verriegelung des Rotors 17 gegenüber dem Stator 16 in einer statorfesten Verriegelungskulisse 22 verriegeln. Die Verriegelungskulisse 22 kann z. B. in einem mit dem Stator 16 verschraubten Dichtdeckel angeordnet sein.
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Grundsätzlich wird der Drehwinkel der Nockenwelle zu der Kurbelwelle im Normalbetrieb z. B. in Richtung „Früh” dadurch verstellt, indem die Arbeitskammern 24, 32 und 27 mit Druckmittel beaufschlagt werden und dadurch ihr Volumen vergrößern, während gleichzeitig das Druckmittel aus den Arbeitskammern 25, 26 und 28 verdrängt und das Volumen verringert wird. Die Arbeitskammern 24, 25, 26, 27, 28 und 32, deren Volumen bei dieser Verstellbewegung jeweils gruppenweise vergrößert wird, werden im Sinne der Erfindung als Arbeitskammern 24, 25, 26, 27, 28 und 32 einer Wirkrichtung bezeichnet, während die Arbeitskammern 24, 25, 26, 27, 28 und 32, deren Volumen gleichzeitig verkleinert wird, als Arbeitskammern 24, 25, 26, 27, 28 und 32 der entgegengesetzten Wirkrichtung bezeichnet werden. Die Volumenänderung der Arbeitskammern 24, 25, 26, 27, 28 und 32 führt dann dazu, dass der Rotor 17 mit den Flügeln 11, 12 und 13 gegenüber dem Stator 16 verdreht wird. In der oberen Darstellung der 3 wird das Volumen der Arbeitskammern 25, 26 und 28 durch eine Druckmittelbeaufschlagung über den B-Port des Mehrwege-Schaltventils 21 vergrößert, während das Volumen der Arbeitskammern 24, 32 und 27 gleichzeitig durch Zurückströmen des Druckmittels über den A-Port des Mehrwege-Schaltventils 21 verkleinert wird. Diese Volumenänderung führt dann zu einer Verdrehung des Rotors 17 gegenüber dem Stator 16, was in der abgewickelten Darstellung zu einer Verschiebung der Flügel 11, 12 und 13 in Pfeilrichtung nach links führt. Damit die Verstellung des Rotors 17 gegenüber dem Stator 16 möglich ist, wird die Mittenverrieglungseinrichtung 33 zuerst gelöst, indem die Verriegelungskulisse 22 über die Druckmittelleitungen 2 und 23 von dem C-Port des Mehrwege-Schaltventils 21 über die Pumpe P mit Druckmittel beaufschlagt wird. Durch die Druckmittelbeaufschlagung der Verriegelungskulisse 22 werden die Verriegelungsstifte 18 und 19 aus der Verriegelungskulisse 22 herausgedrängt, so dass der Rotor 17 anschließend gegenüber dem Stator 16 frei drehen kann. Soweit entspricht die Nockenwellenverstelleinrichtung dem Stand der Technik.
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Gemäß der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Flügeln 11 und 12 jeweils Druckmittelleitungen 34 und 35 mit einem darin angeordneten Rückschlagventil 9 und 10 vorgesehen, welche ein Überströmen des Druckmittels aus der Arbeitskammer 25 in die Arbeitskammer 24 und aus der Arbeitskammer 32 in die Arbeitskammer 26 ermöglichen. Der Durchfluss des Druckmittels durch die Druckmittelleitungen 34 und 35 kann ferner durch jeweils eine zweite schaltbare Ventileinrichtung, gebildet durch jeweils einen federbelasteten verschiebbaren Ventilkörper 14 und 15, blockiert oder ermöglicht werden. Dazu weisen die Ventilkörper 14 und 15 zwei Schaltstellungen auf, in denen der Durchfluss entweder freigegeben oder gesperrt ist. Die schaltbaren zweiten Ventileinrichtungen sind über jeweils eine Druckmittelleitung 2 und 5 mit Druckmittel beaufschlagbar und werden bei einer Druckmittelbeaufschlagung durch eine Verschiebung der Ventilkörper 14 und 15 gegen die wirkende Federkraft von einer ersten in eine zweite Schaltstellung überführt, welche in der 3 zu erkennen ist. In der zweiten Schaltstellung ist der Durchfluss durch die Druckmittelleitungen 34 und 35 gesperrt, so dass die Arbeitskammern 24 und 25 bzw. 32 und 26 als voneinander getrennt anzusehen sind, und die Nockenwellenverstelleinrichtung ohne ein Überströmen des Druckmittels zwischen den Arbeitskammern 24, 25, 32 und 26 mit einer entsprechend hohen Verstellgenauigkeit betrieben werden kann.
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Die Mittenverriegelungseinrichtung 33 umfasst ferner eine dritte Ventileinrichtung, gebildet durch zwei Verriegelungsstifte 18 und 19 in der Rotornabe 36. Die Verriegelungsstifte 18 und 19 sind als federbelastete Ventilkörper mit entsprechenden Nuten oder Bohrungen ausgebildet, welche durch eine Druckbeaufschlagung der Verriegelungskulisse 22 über die Druckmittelleitung 23 entgegen der wirkenden Federkraft aus einer ersten in eine zweite Schaltstellung verschiebbar sind. Dabei befinden sich die Verriegelungsstifte 18 und 19 in der ersten Schaltstellung, wenn sie in die Verriegelungskulisse 22 eingreifen und die Federn entspannt sind.
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Die Bohrungen oder Nuten in den Verriegelungsstiften 18 und 19 sind so angeordnet, dass eine Durchströmung des Druckmittels in der ersten Schaltstellung des Verriegelungsstiftes 18 bei entlasteter Feder zwischen der Druckmittelleitung 1 und der Druckmittelleitung 39 und der Druckmittelleitung 40 und 6 gesperrt ist, wie in den Stellungen in der 1 und in der 2 zu erkennen ist. Eine dieser in den 1 oder 2 gezeigten Stellungen liegt vor, wenn der Rotor 17 beim Anlassen der Brennkraftmaschine nicht in der Mittenverriegelungsposition verriegelt ist und entweder in Richtung der Anschlagstellung „Spät” oder in Richtung der Anschlagstellung „Früh” gegenüber dem Stator 16 verdreht ist. Die Anschlagstellung „Spät” ist in der Darstellung durch ein S und die Anschlagstellung „Früh” durch ein F gekennzeichnet.
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In beiden Stellungen des Rotors 16 greift einer der Verriegelungsstifte 18 oder 19 nicht in die Verriegelungskulisse 22 ein und ist dadurch gegen die Federkraft in die zweite Schaltstellung verschoben. Die Bohrungen oder Nuten in den Verriegelungsstiften 18 und 19 sind so angeordnet, dass die Verriegelungsstifte 18 und 19 in der zweiten Schaltstellung einen Durchfluss des Druckmittels zwischen den Druckmittelleitungen 6 und 40 bzw. 1 und 39 ermöglichen, während der Durchfluss durch den jeweils in die Verriegelungskulisse 22 eingreifenden, in der ersten Schaltstellung befindlichen Verriegelungsstift 18 oder 19 gesperrt ist.
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Die Druckmittelleitungen 6 und 40 bzw. 1 und 39 sind strömungstechnisch an die Arbeitskammern 25 und 26 bzw. 24 und 32 angeschlossen, welche dadurch durch die in der zweiten Schaltstellung befindlichen Verriegelungsstifte 18 und 19 kurzgeschlossen sind. Dabei münden die Druckmittelleitungen 3 und 8 in eine teilring- oder ringförmige gemeinsame Druckmittelleitung 38 an der Rotornabe 36, welche wiederum über den B-Port des Mehrwege-Schaltventils 21 strömungstechnisch mit der Druckmittelpumpe „P” oder dem Druckmittelreservoir „T” verbindbar ist. Durch die teilring- oder ringförmige Druckmittelleitung 38 können die Arbeitskammern 25 und 28 einer Wirkrichtung gemeinsam mit Druckmittel beaufschlagt oder an das Druckmittelreservoir „T” angeschlossen werden. Selbige Funktion hat die Druckmittelleitung 37, über welche die Arbeitskammern 32 und 27 über den A-Port des Mehrwege-Schaltventils 21 mit Druckmittel beaufschlagbar oder an das Druckmittelreservoir „T” anschließbar sind. Die Verriegelungsstifte 18 und 19 trennen jeweils die Druckmittelleitungen 1 und 39 bzw. 6 und 40 in der Verriegelungsstellung, in welcher sie in die Verriegelungskulisse 22 eingreifen, so dass sich der Rotor 17 bei wirkenden Nockenwellenwechselmomenten hydraulisch über die Arbeitskammer 24 oder die Arbeitskammer 26 in Richtung der Verstellrichtung „Früh” oder „Spät” abstützen kann.
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Ferner befindet sich in den Flügeln 13, in denen kein Rückschlagventil 9 oder 10 vorgesehen ist, jeweils eine erste schaltbare Ventileinrichtung, gebildet durch einen federbelastete verschiebbaren Ventilstift 20. Der Ventilstift 20 weist eine Druckmittelleitung 41, z. B. in Form einer umlaufenden Nut, auf, durch welche die Arbeitskammern 27 und 28 der unterschiedlichen Wirkrichtungen an den Seitenflächen des Flügels 13 in einer ersten Schaltstellung der dritten Ventileinrichtung kurzgeschlossen werden können.
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Für den Fall, dass die Nockenwellenverstelleinrichtung beim Anlassen der Brennkraftmaschine nicht in der Mittenverriegelungsposition verriegelt ist, und stattdessen in Richtung der Anschlagstellung „Spät” gegenüber dem Stator 16 verdreht ist, wird der Rotor 17 aus dieser verdrehten Stellung, wie in der 1 zu erkennen ist, selbsttätig aus Richtung der Anschlagstellung „Spät” (S) in Richtung der Mittenverriegelungsposition in Pfeilrichtung verdreht, indem die auf die Nockenwelle wirkenden Wechselmomente (CTA Camshaft Torque Actuated) dazu genutzt werden, dass das Druckmittel aus der Arbeitskammer 25 durch die Druckmittelleitung 35, über das Rückschlagventil 9, in die Arbeitskammer 24 einströmen kann. Da die anderen Arbeitskammern 27 und 28, welche durch die Flügel 13 mit jeweils einem Ventilstift 20 voneinander getrennt sind, in dieser Stellung des Ventilstiftes 20 über die Druckmittelleitung 41 kurzgeschlossen sind, kann das Druckmittel zwischen diesen Arbeitskammern 27 und 28 überströmen. Da das Druckmittel ferner aufgrund der verriegelten Stellung des Verriegelungsstiftes 18 nicht aus der Arbeitskammer 24 abfließen kann und auch nicht über das Rückschlagventil 9 in die Arbeitskammer 25 zurückfließen kann, kann der Rotor 17 gleichzeitig nicht in Richtung der Anschlagstellung „Spät” (S) zurückdrehen. Ferner ist die Arbeitskammer 25, aus der das Druckmittel über das Rückschlagventil 9 abströmt, über die Druckmittelleitung 40 und dem in der entriegelten Stellung angeordneten Verriegelungsstift 19 mit der Arbeitskammer 26 derselben Wirkrichtung, welche ebenfalls durch einen Flügel 12 mit einem Rückschlagventil 10 von einer Arbeitskammer 32 der entgegengesetzten Wirkrichtung getrennt ist, strömungstechnisch verbunden, so dass das Druckmittel aus dieser Arbeitskammer 26 in die Arbeitskammer 25 und schließlich über das Rückschlagventil 9 in die Arbeitskammer 24 bzw. aus der Arbeitskammer 25 über die Druckmittelleitungen 3, 38 und 8 in die Arbeitskammer 28 und von dort aus über die Druckmittelleitung 41 in die Arbeitskammer 27 abströmen kann.
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Der Rotor 17 stützt sich durch die vorgeschlagene Schaltung praktisch an dem in der Arbeitskammer 24 befindlichen Druckmittel ab, wobei das Volumen der Arbeitskammer 24 durch das über das Rückschlagventil 9 pulsierend zuströmende Druckmittel vergrößert wird, und der Rotor 17 dadurch gegenüber dem Stator 16 verdreht wird. Das Rückschlagventil 9 bildet damit zusammen mit den entsprechend gesperrten oder freigegebenen Druckmittelleitungen 1, 3, 4, 6, 7, 8, 39 und 40 einen Freilauf, durch den der Rotor 17 unter Ausnutzung der auf die Nockenwelle einwirkenden Wechselmomente einseitig in Richtung der Mittenverriegelungsposition gegenüber dem Stator 16 verdreht wird, bis der Verriegelungsstift 19 in die Verriegelungskulisse 22 eingreift bzw. bis der Verriegelungsstift 18 seitlich an einem Anschlag der Verriegelungskulisse 22 zu Anlage gelangt. Durch das Eingreifen des Verriegelungsstiftes 19 in die Verriegelungskontur 22 gelangt dieser automatisch aufgrund der wirkenden Federkraft in die erste Schaltstellung, in der die vorher freigegebene Strömungsverbindung zwischen den Druckmittelleitungen 40 und 6 gesperrt wird, und der darüber geschaffene Kurzschluss aufgehoben ist. Dadurch wird eine weitere Drehbewegung des Rotors 17 gegenüber dem Stator 16 verhindert, und der Rotor 17 ist in der Mittenverriegelungsposition verriegelt. Für die Funktionsfähigkeit des Freilaufs ist es dabei von besonderer Bedeutung, dass die Arbeitskammer 25 und 26 der Druckräume 29 und 30 mit dem sich während der selbsttätigen Verstellbewegung verkleinernden Volumen über die Nut oder die Bohrung in dem Verriegelungsstift 19 strömungstechnisch verbunden sind, damit das Druckmittel aus der Arbeitskammer 26 abströmen kann und die Verstellbewegung nicht behindert.
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In der 2 ist der umgekehrte Verstellvorgang aus Richtung der Anschlagsposition „Früh” (F) in Richtung der Mittenverriegelungsposition zu erkennen. Das Prinzip der Verstellbewegung ist dabei identisch. In diesem Fall befindet sich der Verriegelungsstift 18 in der zweiten Schaltstellung und stellt dadurch eine Strömungsverbindung zwischen den Druckmittelleitungen 1 und 39 her, so dass die Arbeitskammern 24 und 32 strömungstechnisch miteinander verbunden sind. Ferner befindet sich der Verriegelungsstift 19 in der ersten Schaltstellung und sperrt dadurch einen Durchfluss des Druckmittels von der Arbeitskammer 26 zu der Arbeitskammer 25, so dass die Arbeitskammer 26 von dem Druckmittelkreislauf entkoppelt ist. Das Druckmittel strömt in diesem Fall bei auftretenden Wechselmomenten während der Startphase der Brennkraftmaschine aus der Arbeitskammer 32 über die Druckmittelleitung 34 und das darin befindliche Rückschlagventil 10 in die Arbeitskammer 26 und vergrößert dadurch dessen Volumen, da der Abfluss des Druckmittels gleichzeitig durch die gesperrte Druckmittelleitung 6 verhindert wird. Gleichzeitig kann das Druckmittel aufgrund der Ausrichtung des Rückschlagventils 9 nicht aus der Arbeitskammer 24 in die Arbeitskammer 25 überströmen. Damit das in der Arbeitskammer 24 befindliche Druckmittel die Verstellbewegung nicht behindert, ist die Arbeitskammer 24 strömungstechnisch über den in der zweiten Schaltstellung befindlichen Verriegelungsstift 18 mit der Arbeitskammer 32 des Druckraumes 30 derselben Wirkrichtung verbunden, so dass das Druckmittel aus der Arbeitskammer 24 über die Druckmittelleitungen 1 und 39 in die Arbeitskammer 32 einströmen und über das Rückschlagventil 10 weiterströmen kann. Der Rotor 17 stützt sich bei dieser Verstellbewegung über das in der Arbeitskammer 26 befindliche Druckmittel an dem Stator 16 ab.
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Sowohl bei der in der 1 als auch in der 2 dargestellten Verstellbewegung befindet sich das Mehrwege-Schaltventil 21 in einer Grundstellung, in welche es federbelastet ist. Das Mehrwege-Schaltventil 21 wird dadurch beim Abstellen der Brennkraftmaschine selbsttätig in die Grundstellung bewegt, in der der C-Port an das Druckmittelreservoir „T” angeschlossen ist. Der C-Port ist über die Druckmittelleitung 23 an die Verriegelungskulisse 22 und über die Druckmittelleitungen 2, 5 und 42 an die Ventilkörper 14 und 15 und an den Ventilstift 20 angeschlossen, so dass die erste, zweite und dritte Ventileinrichtung jeweils nicht mit Druckmittel beaufschlagt werden. Sofern der Rotor 17 nicht in der Mittenverriegelungsposition verriegelt ist, befinden sich die Ventileinrichtungen dann entweder in der in der 1 oder in der in der 2 gezeigten Stellung, und der Rotor 17 wird beim Anlassen selbsttätig nach dem oben beschriebenen Wirkprinzip in Richtung der Mittenverriegelungsposition verdreht. Zum aktiven gesteuerten Verdrehen des Rotors 17 wird das Mehrwege-Schaltventil 21 betätigt und dadurch in eine Stellung verschoben, in der der C-Port und der B-Port über die Druckmittelpumpe „P” mit Druckmittel beaufschlagt wird, und der A-Port an das Druckmittelreservoir „T” angeschlossen ist. Dadurch werden die Ventileinrichtungen gemeinsam mit Druckmittel beaufschlagt und in die zweite Schaltstellung gegen die wirkende Federkraft verschoben, wie in der 3 zu erkennen ist. Dadurch werden die Ventilkörper 14 und 15 und der Ventilstift 20 in eine Stellung bewegt, in der das Druckmittel nicht über die Flügel 11, 12 und 13 überströmen kann. Gleichzeitig werden die Verriegelungsstifte 18 und 19 in eine Stellung verschoben, in der die Druckmittelleitungen 1 und 39 bzw. 40 und 6 strömungstechnisch miteinander verbunden sind, so dass die Arbeitskammern 24 und 32 bzw. 25 und 26 ebenfalls strömungstechnisch miteinander verbunden sind. Zur Verstellung des Rotors 17 in der gezeigten Stellung in Richtung der Anschlagstellung Spät „S” werden die Arbeitskammern 25 und 28 über die gemeinsame Druckmittelleitung 38 und die davon abzweigenden Druckmittelleitungen 8 und 3 mit Druckmittel beaufschlagt, während das Druckmittel aus den Arbeitskammern 27 und 32 über die Druckmittelleitungen 7 und 4 und über die gemeinsame Druckmittelleitung 37 über den A-Port zurück in das Druckmittelreservoir „T” strömt. Da die Arbeitskammern 24 und 26 gleichzeitig über die Verriegelungsstifte 18 und 19 strömungstechnisch mit den Arbeitskammern 32 und 25 verbunden sind, wird das Druckmittel auch in die Arbeitskammer 26 eingeleitet und aus der Arbeitskammer 24 abgeführt.
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Dabei ist es für die Erfindung ferner von besonderer Bedeutung, dass die Arbeitskammern 24, 25, 26, 27, 28 und 32 unterschiedlicher Wirkrichtung, welche nicht Teil des gerade wirkenden Freilaufs sind, über jeweils einen Ventilstift 20 kurzgeschlossen werden, damit die selbsttätige Verstellbewegung nicht durch das in den Arbeitskammern 24, 25, 26, 27, 28 und 32 befindliche Druckmittel behindert wird. Hierbei ist es von besonderem Vorteil, dass die Ventilstifte 20 in den Flügeln 13 selbst angeordnet sind, da dadurch das Überströmen des Druckmittels unmittelbar ohne zusätzliche Druckmittelleitungen ermöglicht werden kann.
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In der 4 ist eine weiterentwickelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung zu erkennen, bei der die Druckkammern 29 und 30 mit den Flügeln 11 und 12 mit den Rückschlagventilen 9 und 10 nicht benachbart angeordnet sind, sondern stattdessen eine weitere Druckkammer 31 mit einem Flügel 13 mit einer die Arbeitskammern 27 und 28 kurzschließenden Druckmittelleitung 41 zwischen sich einschließen. Durch diese Weiterentwicklung können die Druckmittelleitungen, welche durch Bohrungen und Nuten in dem Rotor 17 vorgesehen sind, sehr viel einfacher angeordnet werden. Dies ist insbesondere deshalb von Vorteil, da der zur Verfügung stehende Bauraum zur Unterbringung der Druckmittelleitungen in dem Rotor 17 begrenzt ist, und sich die Druckmittelleitungen im Allgemeinen bis auf bewusste Knotenpunkte nicht kreuzen dürfen. Sofern der Rotor 17 beispielsweise vier Flügel 11, 12 und 13 aufweist, sind die Flügel 11 und 12 mit den Rückschlagventilen 9 und 10 bzw. die Flügel 13 mit den ersten Ventileinrichtungen gegenüberliegend angeordnet. Der Verlauf der Druckmittelleitungen kann dadurch vereinfacht werden, wobei insbesondere das Material des Rotors 17 wesentlich besser zur Unterbringung der Druckmittelleitungen genutzt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckmittelleitung
- 2
- Druckmittelleitung
- 3
- Druckmittelleitung
- 4
- Druckmittelleitung
- 5
- Druckmittelleitung
- 6
- Druckmittelleitung
- 7
- Druckmittelleitung
- 8
- Druckmittelleitung
- 9
- Rückschlagventil
- 10
- Rückschlagventil
- 11
- Flügel
- 12
- Flügel
- 13
- Flügel
- 14
- Ventilkörper
- 15
- Ventilkörper
- 16
- Stator
- 17
- Rotor
- 18
- Verriegelungsstift
- 19
- Verriegelungsstift
- 20
- Ventilstift
- 21
- Mehrwege-Schaltventil
- 22
- Verriegelungskulisse
- 23
- Druckmittelleitung
- 24
- Arbeitskammer
- 25
- Arbeitskammer
- 26
- Arbeitskammer
- 27
- Arbeitskammer
- 28
- Arbeitskammer
- 29
- Druckraum
- 30
- Druckraum
- 31
- Druckraum
- 32
- Arbeitskammer
- 33
- Mittenverriegelungseinrichtung
- 34
- Druckmittelleitung
- 35
- Druckmittelleitung
- 36
- Rotornabe
- 37
- Druckmittelleitung
- 38
- Druckmittelleitung
- 39
- Druckmittelleitung
- 40
- Druckmittelleitung
- 41
- Druckmittelleitung
- 42
- Druckmittelleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008011915 A1 [0005]
- DE 102008011916 A1 [0005]
