DE102013217519A1

DE102013217519A1 - Nockenwellenversteller mit statorfestem Zentralmagnet

Info

Publication number: DE102013217519A1
Application number: DE102013217519.1A
Authority: DE
Inventors: Dirk Heintzen
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2015-03-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller (1) mit einem Stator (10) und einem Rotor (9), mit einem Zentralventil (5), das durch den Rotor (9) ragt und in eine Nockenwelle (2) einschraubbar ist, und mit einem Zentralmagneten (13), der ölzuflusssteuernd auf das Zentralventil (5) einwirkt, wobei der Zentralmagnet (13) drehfest mit dem Stator (10) verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller für ein Kraftfahrzeug, wie einen Pkw oder ein Nutzfahrzeug oder ein anderes land-, luft- oder wassergebundenes Fahrzeug, mit einem Stator und mit einem Rotor, wobei der Rotor an einer Nockenwelle festlegbar ist, und mit einem Zentralventil, das durch den Rotor ragt und in die Nockenwelle einschraubbar ist, sowie mit einem Zentralmagnet, der ölflusssteuernd auf das Zentralventil einwirkt.
Aus dem Stand der Technik sind bereits zahlreiche Nockenwellenversteller bzw. Nockenwellenverstellvorrichtungen bekannt. So offenbart bspw. die DE 10 2011 077 587 A1 eine Anordnung eines Nockenwellenverstellers mit einer Steuereinrichtung, wobei mittels der Steuereinrichtung zwischen einem OPA- und/oder einem CTA-Modus gewählt werden kann, wobei der Nockenwellenversteller einen dritten Hydraulikmittelkanal aufweist, welcher den Nockenwellenversteller in einer Mittenposition positioniert.
Aus der DE 10 2010 008 931 A1 ist auch eine Nockenwellenverstellvorrichtung zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, wobei der Nockenwellenversteller/die Nockenwellenverstellvorrichtung einen Aktuator zur Betätigung eines hydraulischen Ventils umfasst, und der Aktuator mittels eines Befestigungsmittels an einem Gehäuseelement befestigt ist, wobei der Aktuator eine Achse aufweist, die im montierten Zustand des Aktuators konzentrisch mit einer Achse des Nockenwellenverstellers ist, wobei der Aktuator an seiner von der Nockenwellenverstellvorrichtung abgewandten Außenseite einen Griffabschnitt mit zur Achse nicht rotationssymmetrischer Gestalt aufweist.
Ein Nockenwellenversteller oder Verfahren zur Verstellung der Drehwinkellage einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle ist auch aus der DE 10 2009 015 882 A1 bekannt.
Auch die Verwendung von Zentralventilen bei Nockenwellenverstellern ist bereits bekannt, etwa aus der DE 10 2004 038 160 A1 . Dort wird vorgeschlagen, zum Verändern der Steuerzeiten einer Verbrennungskraftmaschine, einen Druckmittelverteiler an seinem stirnseitigen Ende mit einem sich radial erstreckenden Bund zu versehen, wobei dieser Bund einen Teil einer Nockenwellenaxiallagerung bildet.
Ähnliche Nockenwellenversteller für Verbrennungskraftmaschinen sind auch aus der DE 103 26 886 A1 bekannt. Dort ist ein Nockenwellenversteller in Zuordnung zu einer Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine offenbart. An der einen Seite der Nockenwelle, die der Stirnseite der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet ist, ist ein Steuergehäuse vorgesehen, das aus unterschiedlichen Materialien bestehen kann. An diesem Steuergehäuse ist in axialer Verlängerung zur Nockenwelle, und dieser gegenüber liegend, eine dem Nockenwellenversteller zugeordnete elektromagnetische Einrichtung vorgesehen, die durch einen ersten Elektromagneten und einen zweiten Elektromagneten sowie einen zwischen den beiden Elektromagneten verschiebbar angeordneten Anker mit einem Ankerstößel gebildet ist und die von außen über einen Träger auf den der Verbrennungskraftmaschine gegenüberliegenden Steuergehäusedeckel aufgeschraubt ist.
Insbesondere bei Riemenantrieben, und hier seien trockene Riemenantriebe herausgestellt, ist die Notwendigkeit vorhanden, dass die Nockenwellenversteller absolut öldicht zur Umwelt sind. Dies erschwert den Einsatz von Zentralventilen, da diese Systeme bisher nicht 100%ig öldicht sind und dahingehend aufwändig abgedichtet werden müssen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik abzustellen und insbesondere auch die Toleranzketten in puncto Zentralmagnet zu reduzieren, so dass der Magnethub verlustfreier genutzt werden kann. Ferner sollen die Kosten auch reduziert werden.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Nockenwellenversteller erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Zentralmagnet drehfest mit dem Stator verbunden ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn der Zentralmagnet in einem Zentralmagnetgehäuse angebracht ist, was an einem Deckel drehfest angebunden ist, der seinerseits drehfest an einem statorfesten Bauteil, wie einem ringartigen Verschlussdeckel, angebracht ist.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralmagnet einen axial beweglichen Anker aufweist, der über einen Stößel auf einen Steuerkolben des Zentralventils Ölzuführöffnungen im Zentralventil öffnend oder verschließend einwirkt.
Es ist auch zweckmäßig, wenn zwischen dem Zentralmagnetgehäuse und dem Deckel ein Dichtelement, wie ein O-Ring, angebracht ist.
Weiterführende Ausgestaltungen können auch dadurch gekennzeichnet sein, dass das Dichtelement radial innerhalb des Deckels angeordnet ist.
Ferner ist es von Vorteil, wenn der Zentralmagnet über wenigstens eine Aufnahmeinduktionsspule mit elektrischem Strom versorgt ist.
Dabei kann eine Umwandlungselektronik in oder an dem Zentralmagnetgehäuse angebracht sein, vorzugsweise in einer rotationsachsennahen Ausbuchtung des Zentralmagnetgehäuses integriert bzw. eingegossen sein.
Es ist auch von Vorteil, wenn eine Abgabeinduktionsspule mit der Aufnahmeinduktionsspule zusammenwirkt und in ein Teil eines Zahnriemenkastens oder eines Verschlussdeckels eines Lochs in diesen Zahnriemenkasten eingesetzt/befestigt/integriert ist.
Es soll auch nicht unerwähnt bleiben, dass es von Vorteil ist, wenn in Axialrichtung zwischen der Abgabeinduktionsspule und der Aufnahmeinduktionsspule ein Abstand von ca. 0,5 mm bis 5 mm vorhanden ist. Auch findet eine Relativbewegung zwischen dem Verschlussdeckel des Lochs des Zahnriemenkastens bzw. dem Teil des Zahnriemenkastens, in dem die Abgabeinduktionsspulen eingesetzt sind, und dem Zentralmagnetgehäuse statt. Diese Bewegung kann eine Drehbewegung sein.
Letztlich betrifft die Erfindung auch ein System aus einer Nockenwelle und einem erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller.
Mit anderen Worten ist der Zentralmagnet fest am Nockenwellenversteller befestigt. Dadurch entfällt die lange Toleranzkette, die sonst immer auftreten würde. Dadurch kann mehr Magnethub als Arbeitshub für das Zentralventil verwendet werden. Es treten keine Relativbewegungen mehr zwischen dem Magnetanker und dem Ventilkolben auf.
Der Strom kann induktiv über zwei Induktionsringe übertragen werden. Es sind keine kundenspezifischen Stecker am Magnet mehr notwendig, also ist immer nur ein Werkzeug erforderlich. Es ist keine zusätzliche Abdichtung zweier sich relativ zueinander bewegender Teile, etwa des Magneten einerseits und des Deckels andererseits, mehr erforderlich.
Die Primärelektronik kann als zusätzliches Bauteil am Riemenkastendeckel befestigt oder in diesen eingegossen sein, etwa mit einem Steckeranschluss zur Verbindung mit einem Motorkabelbaum. Die Sekundärelektronik kann mit in das Magnetgehäuse eingegossen werden. Die typische Größe einer einseitig bestückten Platine für Leistung um 50 W bei 15 V beträgt ca. 8 cm², was hinsichtlich des Bauraumes keine Probleme bei der Integration stellt. Die typische Spulengröße zur Übertragung von elektrischen Leistungen im genannten Bereich liegt im Durchmesserbereich von 30 bis 60 mm, bei einer Dicke von 5 bis 8 mm, weshalb eine Integration ebenfalls problemlos erreicht werden kann.
Die Befestigung des Magneten erfolgt mittels Befestigungsmittel, wie bspw. Schrauben, wobei das Gegengewinde entweder durch eine eingepresste oder anderweitig form- oder stoffschlüssig mit dem Deckel verbundene Mutter erreicht wird. Diese Mutter kann entweder oben, direkt unter dem Magneten, oder unten an dem Deckel angeordnet sein, wobei letztere Lösung eine längere Befestigungsschraube erforderlich macht.
Mit anderen Worten wird der Zentralmagnet zum Teil des Nockenwellenverstellers. Ein vorderer Deckel des Nockenwellenverstellers hat dort, wo sonst ein Gewinde für eine zentrale Verschlussschraube sitzt, eine Aufnahme für den Zentralmagneten. Dadurch ist die Befestigung von außen mit mindestens einem Befestigungselement am Deckel möglich. Eine Abdichtung kann zwischen dem Deckel und dem Zentralmagnet, axial oder radial mit einem Dichtelement, erreicht/eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe zweier Ausführungsbeispiele anhand einer Zeichnung weiter erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines Nockenwellenverstellers, der bereits an einer Nockenwelle angebracht ist, und
2 eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Nockenwellenerstellers, wobei dessen Rotor ebenfalls drehfest mit einer Nockenwelle verbunden ist.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Es ist möglich, dass erfindungsgemäße Komponenten weggelassen oder ausgetauscht werden. Auch sind Merkmale eines Ausführungsbeispiels auf das andere Ausführungsbeispiel übertragbar.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Nockenwellenversteller 1 in einer ersten Ausführungsform dargestellt. Er wird an Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt, insbesondere zum Zusammenwirken mit einer Nockenwelle 2 in einem trockenen Riementrieb oder aber einem Kettentrieb. Die Nockenwelle 2 kann sich um eine Rotationsachse 3 drehen.
Die Nockenwelle 2 weist eine Zentralöffnung 4 auf, in die ein Zentralventil 5 eingesetzt ist. Das Zentralventil 5 könnte auch als Zentralschraube 6 bezeichnet werden oder ein Til davon sein.
Das Zentralventil 5 weist Fluidöffnungen 7 auf. Die Fluidöffnungen 7 korrespondieren mit Fluidleitöffnungen 8 in einem Rotor 9, der in Zusammenwirkung mit einem Stator 10 Flügelzellen ausbildet. Die Flügelzellen können über die Fluidleitöffnungen mit Hydraulikmittel, wie Öl, befüllt werden. Auch kann Öl aus den Flügelzellen entfernt werden. Je nach Druckzustand in den Flügelzellen rotiert der Rotor in die eine oder andere Richtung, und da er mit der Nockenwelle 2 drehfest verbunden ist, nimmt er die Nockenwelle 2 mit. Von der Nockenwelle 2 betätigte Ventile sind dann verstellzeitvariabel ansteuerbar.
Der Stator 10 ist mit einem ringartigen Verschlussdeckel 11 drehfest verbunden. Der Verschlussdeckel 11 seinerseits ist drehfest mit einem Deckel 12 verbunden. Ein Zentralmagnet 13 weist einen nicht näher dargestellten Anker auf, der mit einem Stößel 14 versehen ist, welcher mit einem Steuerkolben 15 innerhalb des Zentralventils 5 zusammenwirkt.
Der Zentralmagnet 13 ist an einem Zentralmagnetgehäuse 16 gehaltert. Das Zentralmagnetgehäuse 16 ist mit Befestigungsmitteln 7 am Deckel 12 festgelegt. Die Befestigungsmittel 17 sind als Schrauben 18 ausgebildet, welche mit Muttern 19 zusammenwirken. Die Muttern 19 sind am Deckel 12 festgelegt.
Hier ist auch ein Unterschied zwischen den beiden Ausführungsbeispielen der 1 und 2. So sind im ersten Ausführungsbeispiel die Muttern 19 an dem Abschnitt des Deckels 12 angebracht, welcher in Anlage mit dem Zentralmagnetgehäuse 16 ist, genauer gesagt, auf der dem Zentralmagnetgehäuse 16 abgewandten Seite. In dem Ausführungsbeispiel der 2 ist die Mutter 19 aber auf der Seite bzw. dem endnahen Abschnitt des Deckels 12 angebunden, welcher mit dem Stator 10 drehfest verbunden ist. Im ersten Ausführungsbeispiel ist die Mutter 19 hingegen an einem dem Zentralmagnetgehäuse 16 zugewandten Ende/Abschnitt des Deckels 12 vorhanden.
Die Festlegung der Mutter 19 am Deckel 12 kann stoff-, form- und/oder kraftschlüssig erfolgen.
Die Spulen des Zentralmagneten 13 werden unter Einsatz von Induktionsspulen 20 und 21, nämlich Abgabeinduktionsspulen 20 und Aufnahmeinduktionsspulen 21 mit Strom versorgt. Das Zentralmagnetgehäuse 16 kann aus Kunststoff gefertigt sein. Auch die Abgabeinduktionsspulen 20 können in Kunststoff eingebettet sein.
Eine Umwandlungselektronik ist in einer Ausbuchtung 23 eingebettet. Sie können in einem Teil eines Zahnriemenkastens oder einem Teil eines Verschlussdeckels eines Loches des Zahnriemenkastens eingesetzt sein.
In 2 ist das Vorhandensein von Versteifungsrippen 24 dargestellt.
Zwischen dem Deckel 12 und dem Zentralmagnetgehäuse 16 sind Dichtelemente 25 eingesetzt. Dadurch wird ausgeschlossen, dass Öl, welches in die Flügelzellen gelangen kann, aus dem Nockenwellenversteller 1 auf der Zentralmagnetseite austreten kann. Der ölverlustfreie Einsatz bei trockenen Riementrieben ist dann vorteilhaft möglich.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellenversteller
2: Nockenwelle
3: Rotationssachse
4: Zentralöffnung
5: Zentralventil
6: Zentralschraube
7: Fluidöffnung
8: Fluidleitöffnung
9: Rotor
10: Stator
11: ringartiger Verschlussdeckel am Stator
12: Deckel
13: Zentralmagnet
14: Stößel
15: Steuerkolben
16: Zentralmagnetgehäuse
17: Befestigungsmittel
18: Schraube
19: Mutter
20: Abgabeinduktionsspule
21: Aufnahmeinduktionsspule
22: Umwandlungselektronik
23: Ausbuchtung
24: Versteifungsrippe
25: Dichtelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011077587 A1 [0002]
DE 102010008931 A1 [0003]
DE 102009015882 A1 [0004]
DE 102004038160 A1 [0005]
DE 10326886 A1 [0006]

Claims

Nockenwellenversteller (1) mit einem Stator (10) und einem Rotor (9), mit einem Zentralventil (5), das durch den Rotor (9) ragt und in eine Nockenwelle (2) einschraubbar ist, und einem Zentralmagneten (13), der ölzuflusssteuernd auf das Zentralventil (5) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralmagnet (13) drehfest mit dem Stator (10) verbunden ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralmagnet (13) in einem Zentralmagnetgehäuse (16) angebracht ist, was an einem Deckel (12) drehfest angebunden ist, der seinerseits drehfest an einem statorfesten Bauteil angebracht ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralmagnet (13) einen axial beweglichen Anker aufweist, der über einen Stößel (14) auf einen Steuerkolben (15) des Zentralventils (5) Ölzuführöffnungen im Zentralventil (5) öffnend oder verschließend einwirkt.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zentralmagnetgehäuse (16) und dem Deckel (12) ein Dichtelement (25) angebracht ist.