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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller, mit einem eine oder mehrere radiale Druckfluidöffnungen aufweisenden Zentralventil, in welchem zum Öffnen oder Verschließen der Druckfluidöffnungen ein Steuerkolben in Richtung einer Rotationsachse des Nockenwellenverstellers längsverschieblich angeordnet ist, und mit einem Aktor / Aktuator, der einen elektromagnetisch in Rotationsachsenrichtung längsverschieblichen Pin/Stößel aufweist, wobei der Pin/Stößel und der Steuerkolben so zueinander positioniert sind, dass fallabhängig zwischen ihnen Axialkräfte übertragen werden, wobei zwischen dem Pin und dem Steuerkolben ein axialkräfteweitergebendes Zwischenbauteil angeordnet ist.
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Aus dem Stand der Technik ist der Einsatz von Nockenwellenverstellern bekannt, bspw. aus der
DE 10 2006 031 517 A1 . Dort ist eine Schaltvorrichtung für einen druckölbetätigten Nockenwellenversteller offenbart. Dieser Nockenwellenversteller, der als solcher über ein Nockenwellenrad an einem Nockenwellenantriebsstrang angebunden ist und während des Betriebs einer entsprechenden Verbrennungskraftmaschine eine Veränderung der Fasenlage einer Nockenwelle gegenüber jenem Nockenwellenrad ermöglicht, weist spezifische Besonderheiten auf. Er weist eine Ventileinrichtung auf, die ein Ventilgehäuseelement und ein Ventilschiebeelement umfasst, welches in dem Ventilgehäuseelement aufgenommen ist. Es weist auch einen Aktuator auf, zur Veranlassung einer Verlagerung des Ventilschieberelementes in dem Ventilgehäuseelement aus einer ersten Position, die einen ersten Schaltzustand bedingt, in eine zweite Position, die einen zweiten Schaltzustand bedingt. Der Aktuator weist eine Spuleneinrichtung, ein Stößelelement und einen Anker auf, der nach Maßgabe einer an die Spuleneinrichtung angelegten Spannung einer ersten Aktuatorschaltstellung in eine zweite Aktuatorschaltstellung verlagerbar ist. Der Anker ist über jenes Stößelelement mit dem Verschiebeelement gekoppelt. Als Besonderheit stellt die
DE 10 2006 031 517 A1 heraus, dass eine Justierstruktur vorgesehen ist, zur Abstimmung der Schaltstellungskorrelation des Aktuators mit der Ventileinrichtung. Zur vollständigen Eliminierung von Totspiel zwischen dem Stößelelement und dem Stützelement wird der Anker in dem Spulengehäuse in seine axiale Endposition in das Ankergehäuse gedrängt, und anschließend das Stößelelement durch den Anker hindurch gepresst, bis der Kopf auf dem Stützelement aufsitzt und das Ventilschieberelement ebenfalls seine maximal ausgerückte Stellung erreicht.
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Durch solche Nockenwellenversteller mit Zentralventilkolben und Magnetpins werden Variable Cam Timing-Vorrichtungen realisierbar. Leider sind die bisherigen Lösungen in puncto Verschleiß noch optimierbar. So hat der Pin/Betätigungspin, welcher von einem Magneten translatorisch verschiebbar ist, zum Teil selbst im unbestromten Zustand bereits Dauerkontakt zum Steuerkolben, der auch als Schieber bezeichnet werden kann und ein Teil des Zentralventiles ist. Es ist nicht bekannt, ob er in dieser Stellung rotieren kann. Wird der Magnet bestromt, fährt der Pin gegen den rotierenden Schieber und infolge der Magnetkräfte kann der Pin dann jedenfalls nicht mehr drehen. Dadurch wirkt er nach Art eines Bohrers gegenüber einer planen Fläche des Schiebers/Steuerkolbens, auf welchem er beim Axialkräfteübertragen trifft. Dadurch erzeugt er Verschleiß an der Planfläche/Planenfläche des Schiebers/Steuerkolbens, wobei sich auch die Spitze des Pins selber abnutzt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik abzustellen oder zumindest zu mindern und den bisher systembedingten „Bohrverschleiß“ zu eliminieren, zu reduzieren und/oder die Verschleißtiefe bzw. das Verschleißvolumen derart zu verteilen, dass der verschleißbedingte Hubverlust des Steuerkolbens minimiert wird. Zusätzlich soll auch eine Kostenreduktion unter gleichzeitiger Herstellbarkeit unterschiedlicher Varianten erreicht werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Zwischenbauteil als Bewegungsentkopplungsbauteil zum Pin und zum Steuerkolben drehbar angeordnet ist. Das Bewegungsentkopplungsbauteil ist zu jedem der beiden genannten Bauteile drehbar angeordnet.
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Es muss dann nicht mehr eine plane Fläche /Planfläche des Steuerkolbens vorgehalten werden. Auch kann der Steuerkolben aus einem Rohr gefertigt werden und somit kostengünstiger als Umformteil hergestellt werden, als bisher. Dabei wird auch Material eingespart.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn das Bewegungsentkopplungsbauteil drehbar in einem dem Pin zugewandten Ende des Steuerkolbens angebracht ist oder drehbar auf einem dem Steuerkolbenzugewandten Ende des Pins angebracht ist. Einerseits kann dann das Bewegungsentkopplungsbauteil, bspw. als Kugel oder ballige Scheibe ausgebildet, in das distale Ende des Steuerkolbens/Schiebers eingesetzt werden, während andererseits auf dem Pin/Stößel, auf dessen distales Ende, welches dem Steuerkolben zugewandt ist, eine topfartige Bedeckung aufgebracht werden kann. So können zwar Axialkräfte übertragen werden, das Rotieren des Steuerkolbens, der letztlich drehunverschieblich im Zentralventil gelagert ist, welches seinerseits drehunverschieblich zum Rotor, also an die Nockenwelle gekoppelt, gelagert ist, hat dann keine verschleißenden Auswirkungen auf das in Axialrichtung krafteinleitende Element bzw. das axialkraftaufnehmende Element.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungsentkopplungsbauteil als Kugel oder kappenartiger Gleitschuh ausgebildet ist. Der Gleitschuh ist dann elefantenfußartig ausbildbar und über das distale Ende des Pins stülpbar. Die Montage wird dadurch erleichtert.
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Auch ist es verschleißmindernd, wenn zwischen dem Bewegungsentkopplungsbauteil und dem Pin oder dem Steuerkolben ein balliger Kontakt besteht. Es ist auch zweckmäßig, wenn das Bewegungsentkopplungsbauteil eine dem Pin und/oder dem Steuerkolben zugewandte konvexe Oberfläche aufweist.
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Ferner sei darauf hingewiesen, dass es vorteilhaft ist, wenn die Oberfläche kugelabschnittsartig ausgebildet ist. Alternativ kann die Oberfläche auch ellipsoidartig ausgebildet sein.
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Wenn die Kugel über eine Halteklammer axial zurückgehalten ist, aber in alle Richtungen rotierbar in einer Aufnahmeöffnung in der dem Pin zugewandten Stirnfläche des Steuerkolbens gehalten ist, so kann die Kugel einfach in Bewegung versetzt werden, etwa durch die Schwerkraft und bei Motorlauf auf die Kugel einwirkende Fliehkraft, wobei innerhalb ihres Spiels in der Klammer und/oder durch Rotation durch den Steuerkolben und/oder über entsprechenden Kontakt und/oder eine Ölscherung und/oder durch Rotation durch die exzentrische Ölumströmung eine Bewegung initiierbar ist.
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Es ist auch von Vorteil, wenn die Halteklammer, die Kugel und die Aufnahmeöffnung so aufeinander abgestimmt sind, dass die Kugel von Druckfluid, wie Öl umströmbar ist. Die Kopplung der Einzelkomponenten nach Art eines Gleitlagers wird dann ermöglicht.
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Es ist ferner von Vorteil, wenn auf der dem Pin abgewandten Seite der Kugel eine Fixierscheibe in Anlage mit der Kugel ist / befindlich ist, wobei die Fixierscheibe vorzugsweise einen Öldurchströmkanal/Öldurchlassöffnung aufweist und weiter vorzugsweise einen kreuzförmigen Querschnitt aufweist.
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Auch ist es von Vorteil, wenn zwischen dem Gleitschuh und dem Pin ein mit Gleitfett füllbarer Spalt vorhanden ist.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben aus Kunststoff besteht oder solchen Kunststoff mit umfasst.
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Ebenso ist es von Vorteil, wenn das Bewegungsentkopplungsbauteil aus einer Metalllegierung besteht oder diese Metalllegierung mit umfasst.
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Mit anderen Worten wird anstelle einer sonst üblichen planen Fläche/Planfläche eine Kugel mit einer einfachen Metallklammer eingesetzt, in der sich die Kugel bewegen kann und reibungsarm abstützt, so dass aufgrund der Kugelrotation und Bewegungen der sonst auftretende „Bohrverschleiß“ minimiert ist sowie das Verschleißvolumen auf die gesamte Kugeloberfläche und einem größeren Bereich des Pins verteilt wird.
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Anstelle der Planfläche wird eine Kugel mit Montageanschlagslaschen im Steuerkolben mit einer einfachen Fixierscheibe reibungsarm und leicht beweglich fixiert, so dass Ölströmungen im Betrieb eine zusätzliche Rotationskraft an der Kugel hervorrufen.
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Die Maßkette mit Toleranzen des Systems wird so eingestellt, dass im unbestromten Magneten ein Spiel zwischen dem Pin und dem Steuerkolben mit und ohne Kugel vorhanden ist.
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Auf dem nicht-magnetischen Pin wird in einer Variante ein verschleißfester Gleitschuh mit großem Abgriffradius aufgesteckt. Die Folge ist ein höheres aufnehmbares Verschleißvolumen.
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Während bisher der Magnet den Pin mit dessen Spitze gegen eine Planfläche des rotierenden Steuerkolbens gedrückt hat, wird dies nun anders gelöst. Bei unbestromten Magneten ist nun ein Spiel zwischen dem Pin und dem Steuerkolben vorhanden.
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Der Magnet drückt den Pin mit seiner plan ausgeführten Stirnfläche nach der Überwindung des Spiels gegen die Kugel, die in der Halteklammer geführt ist und axial in beide Richtungen fixiert wird. Die Halteklammer stützt sich an der magnetseitigen Stirnfläche des Steuerkolbens ab und besteht aus drei oder mehr Schenkeln, so dass die Kugel gut von Öl umströmt werden kann. Die Kugel erfährt dann unterschiedliche Antriebskräfte, etwa solche, die bedingt durch die Schwerkraft sind, die durch bei Motorlauf hervorgerufener Fliehkraft beruhen, die durch Zwangsbewegungen / Rotation des Steuerkolbens an Kontaktpunkten der Kugel mit dem Steuerkolben herrühren sowie durch auftretende Ölscherung und/oder Rotation durch eine exzentrische Ölumströmung bedingt sind.
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In einer Variante drückt der Magnet den Pin mit seiner plan ausgeführten Stirnfläche nach der Überwindung des Spiels gegen die Kugel, die im Steuerkolben durch die Fixierscheibe mit Öldurchströmkanälen und durch den Montageanschlag axial und radial mit Spiel gehalten wird. Die Fixierscheibe ist mit deren Öldurchströmkanälen als Blechkreuz mit Klemmkeilform in der Steuerkolbenbohrung maßgenau positioniert und fixiert.
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Alternativ kann der Magnet den Pin mit dem Gleitschuh gegen die Planfläche des rotierenden Steuerkolbens drücken. Bei unbestromten Magneten ist ein Spiel zwischen dem Pin und dem Steuerkolben vorhanden. Der Gleitschuh wird mit Gleitfett auf dem Pin gehalten und weist von einer Kontaktfläche zur Planfläche des Kolbens einen großen Radius, bspw. größer gleich 100 mm auf.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert, in der unterschiedliche Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen:
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1 einen Längsschnittausschnitt einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers,
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2 eine zweite Ausführungsform in einer zur 1 vergleichbaren Darstellungsweise,
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3a eine Seitenansicht einer Fixierscheibe, ähnlich einer solchen, die in dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 in Anlage mit einem kugelartigen Bewegungsentkoppelungselement innerhalb einer Steuerkolbenbohrung ist,
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3b eine Draufsicht auf die Fixierscheibe aus 3a, und
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4 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers, bei dem anders als bei den ersten beiden Ausführungsbeispielen statt einer Kugel ein Gleitschuh eingesetzt ist und dieser auch anders als bei den ersten beiden Ausführungsbeispielen am Pin angebracht ist und nicht am Steuerkolben.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Einzelne Aspekte der Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden. Merkmale, die nicht als erfindungswesentlich dargestellt sind, sind rein optional.
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In 1 ist ein Ausschnitt eines ersten erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 1 dargestellt. Der Nockenwellenversteller 1 weist ein Zentralventil 2 auf, das Druckfluidleitöffnungen 3 radial nach außen weisend aufweist. Durch die Druckfluidleitöffnungen 3 wird Druckfluid, wie Hydraulikmittel, etwa Öl in Flügelzellen zwischen einem nicht dargestellten Rotor und einem nicht dargestellten Stator verbracht.
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Das Zentralventil 2 ist in den Rotor eingesetzt und kraftschlüssig in eine nicht dargestellte Nockenwelle eingesetzt, bspw. eingeschraubt.
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Konzentrisch innerhalb des Zentralventils 2 ist ein Steuerkolben 4 eingesetzt. Der Steuerkolben 4 ist innerhalb des Zentralventils 2 entlang einer Rotationsachse 5 längsverschieblich angeordnet.
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Die Längsverschiebung wird durch die Einwirkung eines Pins/Stößels hervorgerufen. Der Pin selber ist nicht dargestellt. Seine Form im Endbereich ist aber aus 4 erschließbar.
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Der Pin wird von einem Magnet, bei entsprechender Bestromung unter Hervorrufung einer Elektromagnetkraft axial verschoben, so dass eine Spitze des Pins auf ein Zwischenbauteil 6 trifft. Das Zwischenbauteil 6 ist als Bewegungsentkopplungsbauteil 7 ausgebildet. Das Bewegungsentkopplungsbauteil 7 kann, wie in dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 dargestellt, als Kugel 8 ausgebildet sein, oder aber, wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 dargestellt, als Gleitschuh 9 ausgebildet sein. Der Gleitschuh 9 kann auch als Kappe bezeichnet werden.
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Zurückkommend auf das Ausführungsbeispiel gemäß 1 sei erläutert, dass eine Halteklammer 10 sich an einer magnetseitigen Stirnfläche 11 abstützt. Die Halteklammer 10 besteht aus mehreren Schenkeln 12. Zwischen der Halteklammer 10 und der Kugel 8 ist ein Spiel 13 vorhanden.
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Ein Magnet drückt den nicht dargestellten Pin mit seiner plan ausgeführten Stirnfläche nach der Überwindung des Spiels 13 gegen die Kugel 8, die in der Halteklammer 10 geführt und axial in beide Richtungen fixiert ist.
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Etwas anders wird die Kugel 8 in dem Steuerkolben 4 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, siehe 2, gehalten. Dort wird eine Fixierscheibe 14 eingesetzt, welche Öldurchströmkanäle 15 aufweist. Die Fixierscheibe 14 kann auch einen polygonartigen, eckigen oder runden Außenrand aufweisen und mit einem Montageanschlag 16 an der Halteklammer 10 zusammenwirken. Die Fixierscheibe 14 kann an der Halteklammer 10 fest angebracht sein.
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In den 3a und 3b sind zwei Ansichten der Fixierscheibe 14 wiedergegeben, wobei die Fixierscheibe 14 grundsätzlich einen kreuzförmigen Querschnitt aufweist und die einzelnen Kreuzschenkel 17 alle gleich lang sind.
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Unter Verzicht auf eine Kugel 8, die jedoch zusätzlich einsetzbar ist, kann auch, wie in 4 dargestellt, der Gleitschuh 9 an einem distalen Ende des Pins angebracht werden, wobei der Gleitschuh 9 eine ballige Oberfläche 18 aufweist, die durch einen Radius R geschaffen wird, der ca. 100 mm groß ist. Die ballige Oberfläche 18 trifft auf eine plane Stirnfläche 19 des Steuerkolbens 4, nach Überwinden eines Abstands 20.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Zentralventil
- 3
- Druckfluidleitöffnung
- 4
- Steuerkolben
- 5
- Rotationsachse
- 6
- Zwischenbauteil
- 7
- Bewegungsentkopplungsbauteil
- 8
- Kugel
- 9
- Gleitschuh
- 10
- Halteklammer
- 11
- Stirnfläche
- 12
- Schenkel
- 13
- Spiel
- 14
- Fixierscheibe
- 15
- Öldurchströmkanal
- 16
- Montageanschlag
- 17
- Kreuzschenkel
- 18
- ballige Oberfläche
- 19
- plane Stirnfläche
- 20
- Abstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006031517 A1 [0002, 0002]
