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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller etwa des Flügelzellentyps, mit einer Hydraulikmittelzuflussleitung, die zur bedarfsweisen Hydraulikmittelzufuhr mit einem aktiven Druckspeicher verbunden ist, wobei der aktive Druckspeicher vorzugsweise zur sofortigen Befüllung einer Flügelzelle beim Start einer Verbrennungskraftmaschine vorbereitet ist und unter anderem einen Kraftspeicher und/oder eine Ent-/Verriegeleinheit und/oder einen Speicherreaum aufweist, wobei der Kraftspeicher zum unter Druck setzen eines in den Speicherraum des aktiven Druckspeichers einbringbaren Hydraulikmittels, wie beispielsweise Öl/Drucköl, angeordnet und/oder ausgelegt ist.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits solche schaltbaren Vorrichtungen zur Druckversorgung bekannt. So offenbart bereits eine ältere Patentanmeldung der Anmelderin eine schaltbare Vorrichtung zur Druckversorgung mindestens eines Verbrauchers einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere zur Druckversorgung eines Nockenwellenverstellers, welche umfasst: einen innerhalb einer Nockenwelle geformten Hohlraum, ein im Hohlraum angeordnetes Verlagerungselement, das insbesondere ein Kolben ist, das zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung verlagerbar ist, wobei das Verlagerungselement mit einer Druckfläche versehen ist, die gemeinsam mit einer Wand des Hohlraums eine mit dem Verbraucherfluid leitend verbindbaren Vorratsraum zumindest teilweise begrenzt, eine mit dem Verlagerungselement zusammenwirkenden Kraftspeicher, der insbesondere ein Federelement ist, wobei das Verlagerungselement durch Druckbeaufschlagung des Vorratsraums mit einem Druckmittel gegen die Kraft des Kraftspeichers von der ersten Endstellung in die zweite Endstellung verlagerbar ist, einen Verriegelungsmechanismus, durch den das Verlagerungselement in der zweiten Endstellung arretierbar ist, einen Schaltmechanismus mit einem in wenigstens zwei Schaltstellungen bringbaren Schaltelement, das mit dem Verriegelungsmechanismus so zusammenwirkt, das die Arretierung des Verlagerungselements in einer Basisstellung beibehalten und in einer aktivierten Schaltstellung gelöst wird. Als besonders ist in dieser älteren Patentanmeldung herausgestellt, dass der Kraftspeicher in einem Innenraum angeordnet ist, in dem zumindest beim Verlagern des Verlagerungselements von der ersten Endstellung in die zweite Endstellung mit Hilfe einer Vakuumpumpe Unterdruck eingestellt ist. Eine solche Vorrichtung mit den jeweiligen geometrischen und funktionalen Besonderheiten, soll als hier integriert gelten.
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Eine ähnliche Vorrichtung ist auch in der
DE 10 2009 054 052 A1 beschrieben. Dort wird nämlich eine Vorrichtung offenbart, die einen aktiven Druckspeicher betrifft. Sie ermöglicht eine zuverlässige Druckversorgung von Verbrauchern einer Verbrennungskraftmaschine, wobei durch den in die Nockenwelle integrierten Vorratsraum Öl als Druckmittel unabhängig von der Motorölversorgung der Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung steht. So können Verbraucher auch dann mit Drucköl versorgt werden, wenn die motorseitige Ölversorgung nicht ausreicht, bspw. beim Start der Verbrennungskraftmaschine, d. h. beim Motorstart. Insbesondere kann sofort nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine eine Verstellung des Nockenwellenverstellers erfolgen, was besonders geeignet in Verbindung mit Start/Stopp-Systemen ist. Wenn der Öldruck im Motor/der Verbrennungskraftmaschine jedoch zu gering ist, kann unter Umständen keine Verriegelung des als einen Kolben ausgeführten Verlagerungselements des Druckspeichers in der Endlage stattfinden. Der Kolben schwingt dabei nur passiv mit dem Öldruck zwischen der ersten und der zweiten Endstellung.
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Grundsätzlich ist aber bei den bekannten Systemen immer noch ein gewisser Nachteil festzustellen. Der aktive Druckspeicher wird während des Verbrennungskraftmaschinenbetriebs mit Öl gefüllt. Der dabei vorhandene Öldruck bewirkt, dass der Kolben gegen die Federkraft in die Endposition gedrückt wird.
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In der Endposition wird der Kolben verriegelt, so dass beim Sinken des Öldrucks im Motor der Kolben weiterhin in der Endposition positioniert bleibt. Beim Stoppen der Verbrennungskraftmaschine sinkt der Öldruck im Motor jedoch bis auf den Umgebungsdruck ab. Über vorhandene Leckage-Stellen in der Verbrennungskraftmaschine, etwa im Bereich eines Nockenwellenlagers, unter Berücksichtigung von Rückfluss aus etwaigen Ölbohrungen in der Ölwanne und im gesamten hydraulischen Nockenwellenverstellsystem, bspw. einer externen Leckage des Nockenwellenverstellers, auch unter Berücksichtigung von Ölabfluss aus dem Nockenwellenversteller über ein Zentralventil in eine Ölwanne, fließt das im aktiven Druckspeicher gespeicherte Öl in die Ölwanne. Abhängig von der vorhandenen Öltemperatur geschieht dies mehr oder weniger schnell. Je höher die Temperatur des bis ist, desto viskoser ist das Öl in der Regel, weswegen ein schnelleres Leerlaufen des aktiven Druckspeichers die Folge Ist. Ergo ist beim nächsten Verbrennungskraftmaschinenstart der Druckspeicher bereits leider leer und es kann dann kein Öl dem hydraulischen Nockenwellenverstellsystem für eine frühzeitige Verstellung zur Verfügung gestellt werden. Der aber extra/gerade zum Unterstützen des Startvorgangs eingeführte aktive Druckspeicher ist damit dann nutzlos.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen und insbesondere eine Verhinderung des Leerlaufens des hydraulischen Nockenwellenverstellsystems beim Stillstand der Verbrennungskraftmaschine vorzusehen. Letztlich soll eine Art „Abdichtung” des aktiven Druckspeichers erreicht werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen dem Speicherraum und der Flügelzelle eine Rückschlagventileinheit angeordnet ist.
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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 die Rückschlagventileinheit in einem Gehäuse des aktiven Druckspeichers eingesetzt ist. So kann ein Untersystem vorkonfektioniert werden, was an unterschiedlichen Stellen und für unterschiedliche Verbrennungskraftmaschinen vorbereitet ist und dann dort einsetzbar ist. Ein Baukastensystem lässt sich in Folge einfach generieren.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn die Rückschlagventileinheit zumindest einen Durchlass aufweist, wie eine Durchgangsbohrung, wobei der Durchlass von einem Schließkörper, wie einer Kugel, einer Platte, einem Kegel oder einem sphärischen Element verschließbar ist. Der Rückfluss lässt sich dann mit mechanisch einfachen Mitteln auch über längere Zeit effizient unterbrechen.
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Damit der Schließkörper beim Normalbetrieb der Verbrennungskraftmaschine in der richtigen Position gehalten ist, also je nach den Druckzuständen entweder in einer geöffneten oder einer geschlossenen Stellung vorhanden ist, ist es von Vorteil, wenn der Schließkörper federvorbelastet angeordnet ist, etwa über eine Feder vorgespannt oder eingespannt ist.
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Es ist zweckmäßig, wenn die Rückschlagventileinheit zumindest zwei Durchlässe mit je einem Schließkörper aufweist. Auf diese Weise lässt sich gezielt das Aufladen/Befüllen des aktiven Druckspeichers steuern/regeln sowie das Entleeren des aktiven Druckspeichers steuern/regeln.
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Dabei ist es von Vorteil, wenn der eine Schließkörper in eine erste Richtung gegen eine erste Federkraft zum Öffnen des von ihm sonst zu verschließenden Durchgangs verlagerbar ist und der andere Schließkörper in einer zur ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung gegen eine zweite Federkraft zum Öffnen des von ihm sonst zu verschließenden Durchgangs verlagerbar ist.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass die erste Federkraft so ausgelegt ist, dass beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine der Speicherraum befüllbar ist und/oder die zweite Federkraft so ausgefegt ist, dass beim Start der Verbrennungskraftmaschine der Kraftspeicher den zweiten Schließkörper in seine Öffnungsposition verlagert.
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Die Erfindung betrifft auch eine Schalteinheit mit einer Nockenwelle, die mit einem Rotor eines hydraulischen Nockenwellenverstellers nach einem der vorhergehenden Ansprüche drehfest verbunden ist.
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Ein Modularprinzip lässt sich realisieren, wenn der Druckspeicher mit seinem Gehäuse eine Kartusche bildet, die konzentrisch in eine Nockenwelle einsetzbar/eingesetzt oder integrierbar/integriert ist, wobei die Nockenwelle mit einem Rotor drehfest verbindbar/verbunden ist.
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Als vorteilhaft hat es sich auch herausgestellt, wenn die Hydraulikmittelzufuhrleitung teilweise durch ein im Rotor eingesetztes Zentralventil zur Flügelzelle geführt ist. Aus zwei unterschiedlichen Quellsystemen lässt sich dann die Zwischen dem Rotor und einem Stator gebildete Flügelzelle befüllen, d. h. einerseits vom aktiven Druckspeicher und andererseits von einer in den Motorölkreislauf eingebundenen Ölpumpe.
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Für ein effizientes Funktionieren des Gesamtsystems ist es von Vorteil, wenn der Kraftspeicher des aktiven Druckspeichers mit einer Ent-/Verriegeleinheit mit einem Kolben derart in Wirkzusammenhang steht, dass bei Betätigung der Ent-/Verriegeleinheit im Startzeitpunkt der Verbrennungskraftmaschine der Kraftspeicher den Kolben zum Leeren des Speicherraums von Hydraulikmittel, nämlich Öl, in Richtung der Flügelzelle bewegt. Die Einzelbauteile sind dabei so in Kontakt miteinander angeordnet, dass ein effizientes Funktionieren die Folge ist.
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Mit anderen Warten wird eine Rückschlagventileinheit in einem aktiven Druckspeicher vorgeschlagen. Die Rückschlagventileinheit umfasst ein zylinderförmiges Gehäuse mit auf der Innen- und Außenseite kreisförmigem Querschnitt. Man könnte auch von einem runden, zylinderförmigen Gehäuse sprechen. Dieses ist in einen vorderen Teil einer Kartusche des aktiven Druckspeichers eingepresst und blockiert schaltungs- und/oder druckabhängig die Verbindung zum Ölkreislauf des Motors/der Verbrennungskraftmaschine.
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Im Gehäuse sind zwei axiale exzentrisch angeordnete Durchgangsbohrungen zum Ausformen eines Teils der Hydraulikmittelzufuhrleitung vorhanden. Jede Bohrung wiederum beinhaltet ein Rückschlagventil. Das Rückschlagventil ist dort eingesetzt.
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Die einfachste Form ist dabei ein eingepresstes Kugelrückschlagventil. Allerdings sind auch andere Varianten, wie z. B. Plattenrückschlagventile möglich.
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Die zwei Rückschlagventile sind im Gehäuse so angeordnet, dass ein Rückschlagventil den Ölfluss in den aktiven Druckspeicher hinein und das andere Rückschlagventil aus dem aktiven Druckspeicher hinaus zulässt. Zum Öffnen der beiden Rückschlagventile wird ein definierter Öldruck eingesetzt, so dass die mit den Rückschlagventilen zusammenwirkenden Federn entsprechend ausgesucht sind. Als Öffnungsdruck kann z. B. der Wert von 10.000 Pa, d. h. 0,1 bar, definiert werden.
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Der Öffnungsdruck ist für das Verhindern des Leerlaufens bei Stillstand der Verbrennungskraftmaschine (Motorstillstand) erforderlich. Beim Stillstand der Verbrennungskraftmaschine (Motorstillstand) ist der Öldruck im aktiven Druckspeicher gleich dem Umgebungsdruck und damit kleiner als der erforderliche Öffnungsdruck am Rückschlagventil, welches einen Ölfluss aus dem aktiven Druckspeicher in den Schmierkreislauf der Verbrennungskraftmaschine zulässt. Bei drucklosem Öl sind beide Rückschlagventile aufgrund der Vorspannung durch die jeweilige Feder geschlossen. Es kann dann in diesem Zustand kein Öl aus dem aktiven Druckspeicher entweichen.
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Während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine, also während des Motorbetriebs, wird der aktive Druckspeicher aufgeladen. Dazu fließt Öl aus dem Schmierkreislauf der Verbrennungskraftmaschine durch das erste Lager der Nockenwelle in die Nockenwelle und weiter durch radiale Bohrungen in das Zentralventil. Dort teilt sich die Ölmenge auf. Ein Teil fließt in den Nockenwellenversteller und der andere Teil in den Druckspeicher. Ist der Druckspeicher gefüllt und dessen Kolben in der Verriegelungsposition angeordnet, stehen dem Nockenwellenversteller 100% der Ölmenge für die Verstellung zur Verfügung.
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Beim Füllvorgang des aktiven Druckspeichers fließt das Öl durch das Rückschlagventil in den Speicherraum. Das Rückschlagventil ist in dieser Zeit geschlossen. Beim Entladen des aktiven Druckspeichers, z. B. beim Start der Verbrennungskraftmaschine (Motorstart), wird der Kolben über einen Aktuator, etwa einen speziellen Verriegelungs-/Entriegelungseinheitbestandteil entriegelt. Dabei ist das eine Rückschlagventil geöffnet und das andere Rückschlagventil geschlossen. Somit ist ein Austausch des Öls in beide Richtungen immer gewährleistet.
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Beim Stillstand der Verbrennungskraftmaschine besitzt das Öl in der Verbrennungskraftmaschine Umgebungsdruck. Dadurch sind beide Rückschlagventile geschlossen. Eine definierte Kraft, z. B. eine Federkraft, drückt den Schließkörper, z. B. eine Kugel, eine Platte oder einen Kegel, in den dafür vorgesehenen Sitz. Es kann dann kein Öl in den Speicherraum bzw. aus dem Speicherraum fließen. Der aktive Druckspeicher speichert das Öl dann so lange, bis dieser wieder aktiviert wird. Durch die Aktivierung wird der Kolben des aktiven Druckspeichers entriegelt und es baut sich Öldruck im Speicherraum auf. Dieser öffnet das entsprechend angeordnete Rückschlagventil und das Öl kann aus dem Speicher/dem Speicherraum in Richtung des Nockenwellenverstellers fließen.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert, in der ein erstes Ausführungsbeispiel näher beschrieben wird. Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines hydraulischen Nockenwellenverstellers des Flügelzellentyps, wobei der Druckspeicher mit einer Rückschlagventileinheit in einer Nockenwelle konzentrisch untergebracht ist,
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2 einen Längsschnitt im Bereich des Teils II aus 1, zur Veranschaulichung der beiden im Speicherraum angeordneten Rückschlagventile, und
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3 eine Frontansicht auf die in 1 und 2 (dort deutlicher) gezeigten Rückschlagventileinheit.
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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.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform eines hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 dargestellt. Der hydraulische Nockenwellenversteller weist einen Stator 2 auf, innerhalb dessen konzentrisch ein Rotor 3 angeordnet ist. Der Rotor 3 ist mit einer Nockenwelle 4 drehfest verbunden. Ein Zentralmagnet 5 wirkt auf ein Zentralventil 6, das in den Rotor 3 eingeschraubt ist, derart ein, dass eine Ölpumpe eine zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 ausgebildete Flügelzelle befüllen kann. Beim Befüllen verdreht sich der Rotor 3 relativ zum Stator, wodurch sich die Nockenwelle 4 verstellt. Dadurch können die Öffnungszeitpunkte von Gaswechselventilen beeinflusst werden.
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Konzentrisch zu einer Längsachse 7 der Nockenwelle 4 bzw. des Nockenwellenverstellers 1 ist ein aktiver Druckspeicher 8 vorgesehen. Der aktive Druckspeicher 8 weist einen Kraftspeicher 9 nach Art einer Feder 10 auf. Dieser Kraftspeicher 9 ist in Wirkzusammenhang mit einer Ent-/Verriegelungseinheit 11 angeordnet. Die Ent-/Verriegelungseinheit 11 wirkt auf einen Kolben 12 ein, um den Kolben 12 dann freizugeben, wenn er das in einem Speicherraum 13 vorhandene Hydraulikmittel, wie Öl/Drucköl, aus einem Auslass 14 in Richtung der Flügelzelle schieben soll. In der Nähe des Auslasses 14, am kolbenfernen Ende des Speicherraums 13, ist eine Rückschlagventileinheit 15 angeordnet. Auf der der Rückschlagventileinheit fernen Seite des Speicherraums 13 ist auch ein Federabstützelement 16 sowie ein Aktuator 17 vorgesehen. Der Aktuator kann auch als Aktor bezeichnet werden.
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Es ist bzgl. der Rückschlagventileinheit 15 schematisch angedeutet, dass dort zwei Durchlässe 18 und 19 sind, innerhalb derer ein erster Schließkörper 20 bzw. ein zweiter Schließkörper 21 angeordnet ist. Der erste und der zweite Schließkörper 20 bzw. 21 ist jeweils als Kugel ausgebildet. Jede Kugel steht mit einem einzigen Federelement 22 bzw. 23 in Wirkzusammenhang.
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Die Durchlässe 18 und 19 können als Durchgangsbohrungen ausgebildet sein. Die Ölflussrichtung aus dem Speicherraum 13 hinaus wird durch den Pfeil A in 2 symbolisiert, wohingegen die Öleintrittsrichtung in den Speicherraum 13 durch den Pfeil B symbolisiert ist. Während die Ölflussrichtung A durch den ersten Durchlass 18 möglich ist, ist durch den zweiten Durchlass 19 der Eintritt von Öl in Richtung des Pfeiles B möglich. Diese zwei Richtungen bzw. die zwei Durchlässe 18 und 19 können miteinander vertauscht werden.
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Die beiden Durchlässe 18 und 19 haben einen kreisförmigen Querschnitt in Axialrichtung, also in Richtung der Längsachse 7, die auch die Rotationsachse der Nockenwelle 4 und des Rotors 3 bildet, ausgerichtet. Sie sind exzentrisch zur Längsachse 7 angeordnet. Dies ist besonders gut in 3 zu erkennen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- hydraulischer Nockenwellenversteller
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Nockenwelle
- 5
- Zentralmagnet
- 6
- Zentralventil
- 7
- Längsachse
- $
- aktiver Druckspeicher
- 9
- Kraftspeicher
- 10
- Feder
- 11
- Ent-/Verriegelungseinheit
- 12
- Kolben
- 13
- Speicherraum
- 14
- Auslass
- 15
- Rückschlagventileinheit
- 16
- Federabstützelement
- 17
- Aktuator
- 18
- erster Durchlass
- 19
- zweiter Durchlass
- 20
- erster Schließkörper
- 21
- zweiter Schließkörper
- 22
- erstes Federelement
- 23
- zweites Federelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009054052 A1 [0003]
