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Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und 7.
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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 solchen Nockenwellenverstelleinrichtungen ist es, dass sie in einer Startphase noch nicht vollständig mit Druckmittel gefüllt sind oder sogar leer gelaufen sein können, 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 Verriegelungsvorgang voraus, dass die Verriegelungsstifte funktionssicher nacheinander verriegeln. Sofern einer der Verriegelungsstifte nicht verriegelt, kann der Verriegelungsvorgang unterbrochen werden, da der Rotor damit nicht in der Zwischenstellung einseitig verriegelt ist und wieder zurückdrehen kann. Ferner muss bei einem Start der Brennkraftmaschine sichergestellt werden, dass die Verriegelungsstifte zuverlässig aus der Verriegelungskulisse verdrängt werden.
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Die
DE 11 2011 102 940 T5 zeigt einen variablen Nockenwellenversteller mit einem Steuerventil zum Lenken von Fluid aus einer Fluideingabe zu und von der Vorschubkammer und der Verzögerungskammer des Verstellers durch eine Vorschubleitung, eine Verzögerungsleitung, eine gemeinsame Leitung, eine Vorschubstandardleitung, eine Verzögerungsstandardleitung und mindestens eine Ablassleitung. Das Steuerventil ist zwischen einem Standardmodus und einem öldruckbetätigten Modus beweglich. In dem Standardmodus blockiert das Steuerventil die Ablassleitungen und hält Fluid innerhalb der Kammern zurück. Der öldruckbetätigte Modus schließt mindestens einen Vorschubmodus, einen Verzögerungsmodus und eine Halteposition ein.
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Die
JP 2000-345 815 A zeigt einen Nockenwellenversteller mit einem Verriegelungskolben, welcher in eine Verriegelungskulisse eingreift, um den Nockenwellenversteller in einer Mittenposition zu verriegeln.
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Die
DE 10 2013 207 616 A1 zeigt eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Flügelzellenversteller mit einem mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbindbaren Stator und einem in dem Stator drehbar gelagerten, mit einer Nockenwelle verbindbaren Rotor, und einer Mittenverriegelungseinrichtung zur Verrieglung des Rotors in einer Mittenverriegelungsposition gegenüber dem Stator, wobei die Mittenverriegelungseinrichtung wenigstens zwei in einer statorfesten Verriegelungskulisse verriegelbare, federbelastete Verriegelungsstifte aufweist, welche bei einer Verdrehung des Rotors aus Richtung einer Abschlagstellung „Früh” oder „Spät” in die Mittenverriegelungsposition aus unterschiedlichen Richtungen in der Verriegelungskulisse verriegeln, wobei in wenigstens einem ersten Verriegelungsstift jeweils eine erste Druckmittelleitung mit einem ersten Rückschlagventil und eine frei durchströmbare zweite Druckmittelleitung vorgesehen ist, über welche in den verschiedenen Stellungen des ersten Verriegelungsstiftes eine Strömungsverbindung zwischen zwei Arbeitskammern derselben Wirkrichtung herstellbar ist, und die Arbeitskammern der unterschiedlichen Wirkrichtungen mittels einer Schalteinrichtung kurzschließbar sind, und wenigstens eine der Arbeitskammern, deren Volumen sich bei einer Verdrehung des Rotors aus Richtung einer der Anschlagstellungen „Früh” oder „Spät” in Richtung der Mittenverriegelungsposition vergrößert, in einer ersten Stellung des ersten Verriegelungsstiftes über die Druckmittelleitung mit dem darin angeordnetem Rückschlagventil mit Druckmittel beaufschlagbar ist.
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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 eine Überbrückungsleitung zur strömungstechnisch freien Verbindung der zwei ersten Arbeitskammern vorgesehen ist, wobei die Überbrückungsleitung über einen Ventilstift schaltbar ist. Die zwei ersten Arbeitskammern sind zwei Arbeitskammern unterschiedlicher Wirkrichtung, die dazu dienen, den Rotor selbsttätig aus einer Richtung „Früh” oder „Spät” in die Mittenverriegelungsposition zu bewegen. Hierzu sind die beiden ersten Arbeitskammern bei abgeschalteter Brennkraftmaschine während der Bewegung des Rotors aus der Richtung „Früh” oder „Spät” in die Mittenverriegelungsposition über ein Rückschlagventil strömungstechnisch miteinander verbunden. In Abhängigkeit davon, ob der Rotor aus der Richtung „Früh” oder „Spät” in die Mittenverriegelungsposition bewegt wird, ist ein Rückschlagventil mit einer ersten oder mit einer zweiten Wirkrichtung strömungstechnisch zwischen die ersten Arbeitskammern geschaltet. Es wird so sichergestellt, dass nur eine der ersten Arbeitskammern ihr Volumen vergrößert und somit die Bewegung des Rotors gegenüber dem Stator nur in Richtung der Mittenverriegelungsposition ermöglicht wird. Bei einem erneuten Start der Brennkraftmaschine müssen die Verriegelungsstifte wieder aus der Verriegelungskulisse bewegt werden. Dafür wird die Verriegelungskulisse mit Druckmittel beaufschlagt, wodurch die Verriegelungsstifte entgegen der Federkraft zurück in die Rotornabe bewegt werden. Gleichzeitig wird durch die Druckmittelbeaufschlagung eine der ersten beiden Arbeitskammern mit Druckmittel beaufschlagt, wodurch ein Drehmoment zwischen dem Stator und dem Rotor entsteht; die übrigen Arbeitskammern unterschiedlicher Wirkrichtung sind in diesem Betriebszustand über den ersten Ventilfunktionspin strömungstechnisch kurzgeschlossen. In diesem Zustand sind die Verriegelungsstifte noch nicht vollständig aus der Verrieglungskulisse verdrängt worden, was dazu führt, dass zumindest ein Verriegelungsstift durch das aufgebrachte Drehmoment an der Verriegelungskulisse verklemmen kann. Der Verriegelungsstift kann wegen der Klemmwirkung nicht oder nur verspätet aus der Verriegelungskulisse bewegt werden. Durch die erfindungsgemäße Überbrückungsleitung kann in diesem Betriebszustand eine direkte strömungstechnisch freie Verbindung zwischen den beiden ersten Arbeitskammern hergestellt werden. Unter einer frei durchströmbaren Druckmittelleitung wird in diesem Kontext eine Druckmittelleitung verstanden, die in beiden Durchflussrichtungen ungehindert oder im Wesentlichen ungehindert mit Druckmittel durchströmt werden kann; eine Druckmittelleitung mit Rückschlagventil ist demnach nicht frei druchströmbar. Durch diesen strömungstechnischen Kurzschluss wirkt zwischen dem Stator und dem Rotor in diesem Betriebszustand kein Drehmoment, weshalb das Verklemmen des Verriegelungsstifts an der Verriegelungskulisse verhindert wird. Die Überbrückungsleitung ist dabei über einen Ventilstift steuerbar, wobei der Ventilstift vorzugsweise durch das Druckmittel in der Verriegelungskulisse steuerbar ist. Durch die strömungstechnische Schaltung der Überbrückungsleitung durch einen Ventilstift kann sichergestellt werden, dass der strömungstechnische Kurzschluss zwischen den beiden ersten Arbeitskammern nur in dem Betriebszustand erfolgt, in dem ein Verklemmen vermieden werden soll, d. h. in der Phase zwischen Start der Brennkraftmaschine und Normalbetrieb. In allen anderen Betriebszuständen ist die Überbrückungsleitung nicht strömungstechnisch zwischen die beiden ersten Arbeitskammern geschaltet. Es wird damit erreicht, dass während der Startphase der Brennkraftmaschine eine zuverlässige Entriegelung aus der Mittenverriegelungsposition ermöglicht wird.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass in der Verriegelungskulisse eine Vertiefung zur Aufnahme des Ventilstifts vorgesehen ist. Durch die Vertiefung entsteht zum einen der Vorteil, dass der Ventilstift eine zusätzliche Ventilstellung einnehmen kann. Zum anderen kann der Ventilstift in zwei Schaltstellungen bewegt werden, wenn die Verriegelungskulisse drucklos geschaltet ist. Zunächst schleift der Ventilstift mit einer der Verriegelungskulisse zugewandten Stirnfläche bei einer Bewegung des Rotors gegenüber dem Stator in Richtung der Mittenverriegelungsposition entlang einer Grundfläche der Verriegelungskulisse, bis er die Stelle erreicht, an der die Vertiefung vorgesehen ist. Der Ventilstift wird dort durch die Federkraft in die Vertiefung gedrückt und nimmt damit die zusätzliche Schaltstellung ein.
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In einer Ausführung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Vertiefung in einer statorfesten Verriegelungskulisse so angeordnet ist, dass der Ventilstift in der Mittenverriegelungsposition zumindest mit einem Endabschnitt in die Vertiefung bewegbar ist. Die spezielle Anordnung der Vertiefung bietet damit den Vorteil, dass die zusätzliche Schaltstellung nur in der Mittenverriegelungsposition erreicht werden kann. Die zusätzliche Schaltstellung zur strömungstechnisch freien Verbindung der beiden ersten Arbeitskammern über die Überbrückungsleitung muss nur während des Starts der Brennkraftmaschine in der Mittenverriegelungsposition erfolgen.
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Es ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft, wenn die Überbrückungsleitung strömungstechnisch offen zwischen die zwei ersten Arbeitskammern geschaltet ist, wenn sich der Endabschnitt vollständig in der Vertiefung befindet. Es wird damit sichergestellt, dass die zwei ersten Arbeitskammern nur dann strömungstechnisch frei verbunden sind, wenn in der Verriegelungskulisse noch kein ausreichendes Druckniveau erreicht ist und ein Verklemmen der Verriegelungsstifte möglich ist. Die Federkraft der Verriegelungsstifte muss dabei nicht mit der Federkraft des Ventilstifts identisch sein. Vorzugsweise ist die Federkraft des Ventilstifts größer als die der Verriegelungsstifte. Es werden so zunächst die Verriegelungsstifte aus der Verriegelungskulisse bewegt. Sofern die Verriegelungsstifte durch das Druckmittel so weit aus der Verriegelungskulisse bewegt wurden, dass ein Verklemmen nicht mehr möglich ist, wird auch der Ventilstift entgegen der Federkraft bewegt und damit die freie strömungstechnische Verbindung zwischen den ersten beiden Arbeitskammern aufgehoben.
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Vorzugsweise ist ein in die Vertiefung hineinragender Endabschnitt des Ventilstifts in Richtung eines Endes des Ventilstifts verjüngt. Bei angehaltener Brennkraftmaschine ist die Verriegelungskulisse nicht mit Druckmittel beaufschlagt, weshalb das Ende des Ventilstifts bei einer Bewegung des Rotors aus der Richtung „Früh” oder „Spät” in die Mittenverriegelungsposition entlang der Grundfläche schleift, bis es die Vertiefung erreicht hat. Durch die Verjüngung wird der Reibwiderstand zwischen dem Ende und der Grundfläche reduziert und das Eindringen des Endabschnitts in die Vertiefung erleichtert.
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Weiter vorzugsweise ist die Verjüngung des Endabschnitts durch eine Kegel- oder Kugelform gebildet. Eine Kugel- oder Kegelform ist einfach und kostengünstig zu fertigen und bietet den Vorteil, dass der Übergang zwischen der Grundfläche und der Vertiefung nicht sprunghaft, sondern in einer stetigen Bewegung erfolgt. Damit geht auch der Vorteil einher, dass der Ventilstift bei einer Verstellbewegung zwischen Rotor und Stator leichter aus der Vertiefung bewegt werden kann. Der Ventilstift kann damit sowohl durch eine hydraulische als auch durch eine mechanische Kraft aus der Vertiefung bewegt werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Form der Vertiefung so an die Außenkontur des Endabschnitts angepasst ist, dass, wenn sich der Endabschnitt vollständig in der Vertiefung befindet, Druckmittel zwischen die Vertiefung und den Endabschnitt strömen kann. Es wird so ermöglicht, dass der Ventilstift durch das Druckmittel in der Verriegelungskulisse entgegen der wirkenden Federkraft aus der Vertiefung bewegt werden kann. Zusätzliche Einrichtungen, um den Ventilstift wieder aus der Vertiefung zu bewegen, können damit entfallen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst, wenn der Ventilstift durch den ersten Ventilfunktionspin gebildet ist. Der Ventilfunktionspin ist ohnehin in der Nockenwellenverstelleinrichtung vorgesehen und wird durch das Druckmittelniveau in der Verriegelungskulisse gesteuert. Es kann damit durch eine minimale konstruktive Änderung die Überbrückungsleitung in Abhängigkeit der Schaltstellung des Ventilfunktionspins strömungstechnisch zwischen die zwei ersten Arbeitskammern geschaltet werden.
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Vorzugsweise verbindet gemäß der erfindungsgemäßen Lösung der erste Ventilfunktionspin in einer dritten Schaltstellung die ersten Arbeitskammern über die Überbrückungsleitung strömungstechnisch frei miteinander. Die dritte Schaltstellung des Ventilfunktionspins kann nur dann erreicht werden, wenn sich die Nockenwellenverstelleinrichtung in der Mittenverriegelungsposition befindet und damit der Ventilfunktionspin bzw. dessen Endabschnitt in die Vertiefung bewegt werden kann. Befindet sich die Nockenellenverstelleinrichtung nicht in der Mittenverriegelungsposition, kann der Ventilfunktionspin nur die erste oder zweite Schaltstellung einnehmen. In der Mittenverriegelungsposition kann die zusätzliche dritte Schaltstellung nur erreicht werden, wenn der Ventilfunktionspin nicht durch Druckmittelbeaufschlagung in der Verriegelungskulisse in die erste oder zweite Schaltstellung bewegt wird.
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Weiter kann der Ventilstift durch einen zusätzlichen zweiten Ventilfunktionspin gebildet werden. Der zweite Ventilfunktionspin kann damit unabhängig von dem ersten Ventilfunktionspin gesteuert werden. Vorzugsweise ist der zweite Ventilfunktionspin jedoch auch über das Druckmittelniveau in der Verriegelungskulisse steuerbar. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung hat der zweite Ventilfunktionspin vorzugsweise zwei Schaltstellungen. In einer ersten Schaltstellung der zweiten Verriegelungseinrichtung ist die freie strömungstechnische Verbindung zwischen den beiden ersten Arbeitskammern blockiert. Die erste Schaltstellung der zweiten Verriegelungseinrichtung wird erreicht, wenn der zweite Ventilfunktionspin bzw. dessen Endabschnitt nicht in die Vertiefung gedrückt wird. In einer zweiten Schaltstellung des zweiten Ventilfunktionspins werden die beiden ersten Arbeitskammern strömungstechnisch frei über die Überbrückungsleitung miteinander verbunden; der zweite Ventilfunktionspin ist in dieser Schaltstellung in die Vertiefung gedrückt.
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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 Mittenverriegelungsposition mit einem ersten Ventilfunktionspin in einer dritten Schaltstellung;
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2: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Schaltplan eines Druckmittelkreislaufes in der Mittenverriegelungsposition mit einem ersten Ventilfunktionspin in einer zweiten Schaltstellung;
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3: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Schaltplan eines Druckmittelkreislaufes in der Mittenverriegelungsposition mit einem zusätzlichen zweiten Ventilfunktionspin in einer zweiten Schaltstellung.
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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 mehreren sich davon radial auswärts erstreckenden Flügeln 11 und 12 umfasst. In der oberen Darstellung ist der Flügelzellenversteller in der Abwicklung zu erkennen, während links unten schematisch ein Ausschnitt des Rotors 17 mit einer Mittenverriegelungseinrichtung 26 und rechts unten schematisch eine Schalteinrichtung in Form eines Mehrwege-Schaltventils 7 zur Steuerung des Druckmittelstromes zu erkennen ist. Das Mehrwege-Schaltventil 7 weist einen A-, B- und C-Port auf, an den die Druckmittelleitungen 18, 27 und 28 strömungstechnisch angeschlossen sind. Ferner ist das Mehrwege-Schaltventil 7 strömungstechnisch mit einem Druckmittelreservoir T und einer Druckmittelpumpe P verbunden, welche das Druckmittel bei einer Ansteuerung der Nockenwellenverstelleinrichtung aus dem Druckmittelreservoir T in einem Druckmittelkreislauf nach dem Zurückführen wieder zufördert.
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Ferner ist ein Druckmittelkreislauf mit einer Vielzahl von Druckmittelleitungen 1, 3, 4, 6, 8, 13, 14, 15, 18, 27, 28, 29, 31, 32, 33, 34, 38, 39, 40, 41, 42, 48 und 49 zu erkennen, welche über das Mehrwege-Schaltventil 7 wahlweise mit der Druckmittelpumpe P oder dem Druckmittelreservoir T strömungstechnisch verbindbar sind.
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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 Druckräume 24 und 25 unterteilen. Die Druckräume 24 und 25 wiederum sind durch die Flügel 11 und 12 des Rotors 17 in Arbeitskammern 20, 21, 22 und 23 unterteilt, in welche die Druckmittelleitungen 1, 3, 4 und 6 münden. Die Mittenverriegelungseinrichtung 26 umfasst zwei Verriegelungsstifte 2 und 5, welche zur Verriegelung des Rotors 17 gegenüber dem Stator 16 in einer statorfesten Verriegelungskulisse 19 verriegeln. Die Verriegelungskulisse 19 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 „Spät” dadurch verstellt, indem die Arbeitskammern 21 und 23 mit Druckmittel beaufschlagt werden und dadurch ihr Volumen vergrößern, während gleichzeitig das Druckmittel aus den Arbeitskammern 20 und 22 verdrängt und deren Volumen verringert wird. Die Anschlagstellung „Früh” ist in den Darstellungen mit einem F gekennzeichnet, und die Anschlagstellung „Spät” ist mit einem S gekennzeichnet. Die Arbeitskammern 20, 21, 22 und 23, deren Volumen bei dieser Verstellbewegung jeweils gruppenweise vergrößert wird, werden im Sinne der Erfindung als Arbeitskammern 20, 21, 22 und 23 einer Wirkrichtung bezeichnet, während die Arbeitskammern 20, 21, 22 und 23, deren Volumen gleichzeitig verkleinert wird, als Arbeitskammern 20, 21, 22 und 23 der entgegengesetzten Wirkrichtung bezeichnet werden. Die Volumenänderung der Arbeitskammern 20, 21, 22 und 23 führt dann dazu, dass der Rotor 17 mit den Flügeln 11 und 12 gegenüber dem Stator 16 verdreht wird. Bei einer Bewegung von „Früh” nach „Spät” wird in der oberen Abwicklungsdarstellung des Stators 16 das Volumen der Arbeitskammern 21 und 23 durch eine Druckmittelbeaufschlagung über den B-Port des Mehrwege-Schaltventils 7 vergrößert, während das Volumen der Arbeitskammern 20 und 22 gleichzeitig durch Zurückströmen des Druckmittels über den A-Port des Mehrwege-Schaltventils 7 verkleinert wird. Diese Volumenänderung führt zu einer Verdrehung des Rotors 17 gegenüber dem Stator 16, was in der abgewickelten Darstellung der 2 zu einer Verschiebung der Flügel 11 und 12 in Pfeilrichtung nach links aus der gezeigten Mittenverriegelungsposition führt.
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Die 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform der Erfindung, während in 3 eine zweite alternative Ausführungsform gezeigt wird, wobei die erste Ausführungsform in der Praxis bevorzugt verwendet wird.
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In den 1 bis 3 ist zu erkennen, dass gemäß der erfindungsgemäßen Lösung in einer Rotornabe 30 des Rotors 17 in räumlicher Nähe zu den Verriegelungsstiften 2 und 5 jeweils ein Rückschlagventil 9 und 10 angeordnet ist. Der Verriegelungsstift 2 ist über die Druckmittelleitung 14 mit der Druckmittelleitung 27 strömungstechnisch verbunden. Ferner ist die Druckmittelleitung 1 über die Druckmittelleitungen 8 und 13 mit einem Aufnahmeraum 43 des Verriegelungsstifts 2 strömungstechnisch verbunden.
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Die Druckmittelleitungen 8 und 13 sind strömungstechnisch parallel geschaltet. Die Druckmittelleitung 8 bzw. 13 ist in Abhängigkeit der Schaltstellung einer ersten Ventileinrichtung 36 mit der zweiten Druckmittelleitung 14 strömungstechnisch verbunden. Die erste Ventileinrichtung 36 wird damit durch den Aufnahmeraum 43 und den darin geführten Verriegelungsstift 2 gebildet. Die erste Ventileinrichtung 36 verbindet in einer ersten Schaltstellung die Druckmittelleitung 8 strömungstechnisch über die Druckmittelleitung 38 mit der Druckmittelleitung 14 (siehe 1). In einer zweiten Schaltstellung der ersten Ventileinrichtung 36 wird die strömungstechnische Verbindung zwischen der Druckmittelleitung 13 und der Druckmittelleitung 14 über die Druckmittelleitung 39 hergestellt (siehe 2). Das Rückschlagventil 9 ist dabei in der dritten Druckmittelleitung 8 angeordnet, wobei die Wirkrichtung des Rückschlagventils 9 so ist, dass eine Durchströmung mit Druckmittel in Richtung der Arbeitskammer 20 ermöglicht wird. Analog gilt dies für eine zweite Ventileinrichtung 37, die durch den in einem Aufnahmeraum 44 gelagerten Verriegelungsstift 5 gebildet wird, wobei der Aufnahmeraum 44 mit den Druckmittelleitungen 33, 31 und 32 strömungstechnisch verbunden ist. Die zweite Ventileinrichtung 37 verbindet in einer ersten Schaltstellung die Druckmittelleitung 31 strömungstechnisch über die Druckmittelleitung 40 mit der Druckmittelleitung 33 (siehe 1). In einer zweiten Schaltstellung der zweiten Ventileinrichtung 37 wird die strömungstechnische Verbindung zwischen der Druckmittelleitung 32 und der Druckmittelleitung 33 über die Druckmittelleitung 41 hergestellt (siehe 2). Die Druckmittelleitungen 31 und 32 sind hierbei strömungstechnisch parallel geschaltet. Das Rückschlagventil 10 befindet sich in der Druckmittelleitung 31, wobei die Wirkrichtung des Rückschlagventils 10 so eingestellt ist, dass eine Durchströmung mit Druckmittel nur in Richtung der Arbeitskammer 21 möglich ist. Alternativ zu der Anordnung der Rückschlagventile 9 und 10 außerhalb der Verriegelungsstifte 2 und 5 in der Rotornabe 30 können diese auch direkt in der ersten und/oder zweiten Ventileinrichtung 36 und 37 vorgesehen sein.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstelleinrichtung, bei der ein Ventilstift 45 zur Schaltung einer Überbrückungsleitung 50 durch einen ersten Ventilfunktionspin 46 gebildet ist. Der erste Ventilfunktionspin 46 ist linear verschieblich und federbelastet. Ferner ist er in Richtung der Eingriffsstellung in die Verriegelungskulisse 19 federbelastet und derart mit dem Rotor 17 angeordnet, dass er die Drehbewegung des Rotors 17 gegenüber dem Stator 16 nicht behindert. Der erste Ventilfunktionspin 46 wird praktisch nur mitbewegt. Damit die Verstellung des Rotors 17 gegenüber dem Stator 16 möglich ist, wird die Mittenverriegelungseinrichtung 26 zuerst gelöst, indem die Verriegelungskulisse 19 über die Druckmittelleitung 18 von dem C-Port des Mehrwege-Schaltventils 7 über die Druckmittelpumpe P mit Druckmittel beaufschlagt wird. Durch die Druckmittelbeaufschlagung der Verriegelungskulisse 19 werden die Verriegelungsstifte 2 und 5 sowie der erste Ventilfunktionspin 46 aus der Verriegelungskulisse 19 herausgedrängt, so dass der Rotor 17 anschließend gegenüber dem Stator 16 frei drehen kann.
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1 zeigt die Nockenwellenverstelleinrichtung in einer Mittenverriegelungsposition beim Start der Brennkraftmaschine. Die Druckmittelpumpe P ist in diesem Betriebzustand mit dem B-Port des Mehrwege-Schaltventils 7 strömungstechnisch verbunden. Der C-Port des Mehrwege-Schaltventils 7 ist in dieser Schaltstellung mit dem Druckmittelreservoir T strömungstechnisch verbunden.
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Nachfolgend wird die Verstellbewegung des Rotors in die Mittenverriegelungsposition beschrieben. Die nachfolgend beschriebene Verstellbewegung vollzieht sich zeitlich vor dem Zustand, der in 1 dargestellt ist. Bei einer Bewegung des Rotors 17 gegenüber dem Stator 16 aus der Richtung „Früh” in die Mittenverriegelungsposition, befindet sich die erste Ventileinrichtung 36 in der zweiten Schaltstellung, während die zweite Ventileinrichtung 37 sich in der ersten Schaltstellung befindet. Damit wird das Rückschlagventil 10 zwischen die beiden ersten Arbeitskammern 20 und 21 geschaltet, so dass das überschüssige Druckmittel nur von der Arbeitskammer 20 in die Arbeitskammer 21 strömen kann und damit eine Bewegung in Richtung der Mittenverriegelungsposition stattfinden kann. Bei dieser Verstellbewegung in die Mittenverriegelungsposition ist die Verriegelungskulisse 19 drucklos geschaltet, was dazu führt, dass der erste Ventilfunktionspin 46 von einer zweiten Schaltstellung durch eine Federkraft in eine erste Schaltstellung bewegt wird. In der ersten Schaltstellung ist die Druckmittelleitung 15 über die Druckmittelleitung 42 mit der Druckmittelleitung 34 strömungstechnisch verbunden, wobei die strömungstechnische Verbindung zwischen den Druckmittelleitungen 48 und 49 blockiert ist. In einer zweiten Schaltstellung besteht keine strömungstechnische Verbindung zwischen den Druckmittelleitungen 15 und 34 sowie 48 und 49. Solange sich die Nockenwellenverstelleinrichtung nicht in der Mittenverriegelungsposition befindet, wird der erste Ventilfunktionspin 46 durch eine Grundfläche 51 der Verriegelungskulisse 19 in der ersten Schaltstellung gehalten. Bei einer Bewegung des Rotors 17 aus der Richtung „Früh” in die Mittenverriegelungsposition wird somit eine strömungstechnische Verbindung zwischen den ersten Arbeitskammern 20 und 21 über die Druckmittelleitungen 1, 13, 39, 14, 27, 34, 42, 15, 33, 40, 31 und 3 hergestellt. Das Druckmittel fließt dabei über das Rückschlagventil 10. Das Funktionsprinzip ist bei einer Verstellung des Rotors 17 gegenüber dem Stator 16 aus der Richtung „Spät” in die Mittenverriegelungsposition analog anzuwenden. Die erste Ventileinrichtung 36 befindet sich dann in der ersten Schaltstellung und die zweite Ventileinrichtung 37 in der zweiten Schaltstellung. Hierbei erfolgt die Strömung aus der Arbeitskammer 21 in die Arbeitskammer 20 über die Druckmittelleitungen 3, 32, 41, 33, 15, 42, 34, 14, 38, 8 und 1. Das Druckmittel fließt bei dieser Verstellrichtung über das Rückschlagventil 9.
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Befindet sich die Nockenwellenverstelleinrichtung in der Mittenverriegelungsposition (siehe 1), dann ist ein Zurückfließen des Druckmittels über die Rückschlagventile 9 und 10 nicht möglich. Bei einem Start der Brennkraftmaschine werden daher die beiden ersten Arbeitskammern 20 und 21 somit strömungstechnisch frei über eine Überbrückungsleitung 50 verbunden. Die übrigen Arbeitskammern 22 und 23 werden über die Druckmittelleitung 42 im ersten Ventilfunktionspin 46 strömungstechnisch kurzgeschlossen. Bei einem Start der Brennkraftmaschine werden die Arbeitskammern 20, 21, 22 und 23 einer Wirkrichtung über die Druckmittelpumpe P bereits mit Druck beaufschlag, bevor die Verriegelungsstifte 2 und 5 aus der Verriegelungskulisse 19 bewegt wurden. Ohne die zusätzliche Überbrückungsleitung 50 könnte in den ersten Arbeitskammern 20 und 21 aufgrund der Rückschlagventile 9 und 10 kein Druckausgleich stattfinden, weshalb ein Drehmoment zwischen dem Stator 16 und dem Rotor 17 wirkt. Die Verriegelungsstifte 2 und 5 ragen in diesem Betriebszustand zumindest noch teilweise in die Verriegelungskulisse 19, was zu einem Verklemmen zumindest eines Verriegelungsstiftes 2 oder 5 mit der Verriegelungskulisse 19 führen könnte.
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In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Überbrückungsleitung 50 in dem ersten Ventilfunktionspin 46 vorgesehen, die in einer zusätzlichen dritten Schaltstellung des ersten Ventilfunktionspins 46 strömungstechnisch zwischen die Druckmittelleitungen 48 und 49 geschaltet werden kann, siehe 1. Die ersten Arbeitskammern 20 und 21 können so über die Druckmittelleitungen 1, 48, 50, 49 und 3 strömungstechnisch frei kurzgeschlossen werden. Unter einer frei durchströmbaren Druckmittelleitung wird in diesem Kontext eine Druckmittelleitung verstanden, die in beiden Durchflussrichtungen ungehindert oder im Wesentlichen ungehindert mit Druckmittel durchströmt werden kann; eine Druckmittelleitung 8 oder 31 mit Rückschlagventil 9 oder 10 ist demnach nicht frei durchströmbar. Dies führt dazu, dass beim Start der Brennkraftmaschine ein Verklemmen der Verriegelungsstifte 2 und 5 an der Verriegelungskulisse 19 verhindert wird.
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Die dritte Schaltstellung des ersten Ventilfunktionspins 46 kann nur erreicht werden, wenn ein Endabschnitt 52 des ersten Ventilfunktionspins 46 in eine dafür vorgesehene Vertiefung 35 hineinragt. Die Vertiefung 35 ist in der Verriegelungskulisse 19 so angeordnet, dass der Endabschnitt 52 nur in der Mittenverriegelungsposition in sie hineinragen kann. Während der Verstellbewegung des Rotors 17 aus der Richtung „Früh” oder „Spät” in die Mittenverriegelungsposition wird der erste Ventilfunktionspin 46 durch die Federkraft in die erste Schaltstellung bewegt und dort von der Grundfläche 51 in dieser ersten Schaltstellung gehalten. Sobald die Mittenverriegelungsposition erreicht ist, befindet sich der erste Ventilfunktionspin 46 an der Stelle der Vertiefung 35, so dass der Endabschnitt 52 durch die Federkraft in die Vertiefung 35 bewegt wird. Der Endabschnitt 52 verjüngt sich in Richtung des Endes des ersten Ventilfunktionspins 46, vorzugsweise durch eine Kugelform, weiter vorzugsweise durch eine Kegelform. Es wird damit eine sprungartige Übergangsbewegung des Endabschnitts 52 in die Vertiefung 35 vermieden. Ferner ist die Kontur der Vertiefung 35 so gestaltet, dass bei einem vollständig in der Vertiefung befindlichen Endabschnitt 52 das Druckmittel aus der Verriegelungskulisse 19 zwischen die Vertiefung 35 und den Endabschnitt 52 strömen kann. Es wird damit sichergestellt, dass durch das Druckmittel eine Kraft entgegen der Federkraft auf den ersten Ventilfunktionspin 46 aufgebracht und dieser damit aus der Verriegelungskulisse 19 bewegt werden kann. Die Vorspannkraft der Federn der Verriegelungsstifte 2 und 5 kann dabei von der Vorspannkraft des ersten Ventilfunktionspins 46 abweichen. Vorzugsweise ist die Vorspannkraft der Verriegelungsstifte 2 und 5 geringer eingestellt als die des Ventilstifts 45. Es wird damit erreicht, dass zunächst die Verriegelungsstifte 2 und 5 so weit aus der Verriegelungskulisse 19 bewegt werden, dass ein Verklemmen der Verriegelungsstifte 2 und 5 mit der Verriegelungskulisse 19 verhindert wird. Sobald die Verriegelungsstifte 2 und 5 so weit aus der Verriegelungskulisse 19 bewegt wurden, dass ein Verklemmen ausgeschlossen ist, bewegt sich der erste Ventilfunktionspin 46 in die zweite Schaltstellung, wodurch die Druckmittelleitungen 48 und 49 sowie 15 und 34 strömungstechnisch blockiert sind; dieser Zustand ist in 2 dargestellt. Die Verriegelungsstifte 2 und 5 befinden sich in diesem Betriebszustand ebenfalls in der zweiten Schaltstellung. Es werden damit sämtliche strömungstechnische Verbindungen zwischen den Arbeitskammern 20, 21, 22 und 23 unterschiedlicher Wirkrichtung blockiert. Die Arbeitskammern 21 und 23 sind über die Druckmittelleitungen 28 und 6 sowie 28, 29, 33, 41, 32 und 3 über den C-Port des Mehrwege-Schaltventils 7 mit der Druckmittelpumpe P verbunden. Das überschüssige Druckmittel der entgegengesetzt wirkenden Arbeitskammern 20 und 22 kann über die Druckmittelleitungen 1, 13, 39, 14, 27 sowie über die Druckmittelleitungen 4 und 27 über den A-Port des Mehrwege-Schaltventils 27 in das Druckmittelreservoir T abfließen.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der der Ventilstift 45 durch einen zusätzlichen zweiten Ventilfunktionspin 47 gebildet ist. Der erste Ventilfunktionspin 46 nimmt demnach nur die bereits bekannte erste und zweite Schaltstellung ein; die dritte Schaltstellung entfällt. Der zweite Ventilfunktionspin 47 hat ebenfalls zwei Schaltstellungen. In einer ersten Schaltstellung ist die strömungstechnisch freie Verbindung der Druckmittelleitungen 48 und 49 blockiert. In einer zweiten Schaltstellung kann über die Überbrückungsleitung 50 eine strömungstechnisch freie Verbindung zwischen den ersten Arbeitskammern 20 und 21 hergestellt werden. Das Druckmittel kann so zwischen den ersten Arbeitskammern 20 und 21 über die Druckmittelleitungen 1, 48, 50, 49 und 3 frei fließen. Analog zu dem ersten Ventilfunktionspin 46 kann auch der zweite Ventilfunktionspin 47 die zweite Schaltstellung nur erreichen, wenn der Endabschnitt 52 des Ventilfunktionspins 47 vollständig in die Vertiefung 35 bewegt wurde. Die Vertiefung 35 ist dabei in der Verriegelungskulisse 19 so angeordnet, dass sie durch den zweiten Ventilfunktionspin 47 nur in der Mittenverriegelungsposition erreicht werden kann. Sofern der C-Port des Mehrwege-Schaltventils 7 drucklos geschaltet ist und die Mittenverriegelungsposition erreicht ist, befindet sich bei dieser Ausführungsform der zweite Ventilfunktionspin 47 in der zweiten Schaltstellung und bildet damit eine strömungstechnisch freie Verbindung zwischen den ersten Arbeitskammern 20 und 21. Gleichzeitig befindet sich der erste Ventilfunktionspin 46 in der ersten Schaltstellung, wodurch die weiteren Arbeitskammern 22 und 23 unterschiedlicher Wirkrichtung strömungstechnisch kurzgeschlossen sind. Das Blockieren der Verdrehung des Rotors 17 gegenüber dem Stator 16 wird so während des Freilaufs verhindert. Die weitere Funktionsweise entspricht der des ersten Ausführungsbeispiels aus den 1 und 2. Auch bei der zweiten Ausführungsform aus 3 kann somit ein Verklemmen der Verriegelungsstifte 2 und 5 an der Verriegelungskulisse 19 zuverlässig verhindert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckmittelleitung
- 2
- Verriegelungsstift
- 3
- Druckmittelleitung
- 4
- Druckmittelleitung
- 5
- Verriegelungsstift
- 6
- Druckmittelleitung
- 7
- Mehrwege-Schaltventil
- 8
- Druckmittelleitung
- 9
- Rückschlagventil
- 10
- Rückschlagventil
- 11
- Flügel
- 12
- Flügel
- 13
- Druckmittelleitung
- 14
- Druckmittelleitung
- 15
- Druckmittelleitung
- 16
- Stator
- 17
- Rotor
- 18
- Druckmittelleitung
- 19
- Verriegelungskulisse
- 20
- Arbeitskammer
- 21
- Arbeitskammer
- 22
- Arbeitskammer
- 23
- Arbeitskammer
- 24
- Druckraum
- 25
- Druckraum
- 26
- Mittenverriegelungseinrichtung
- 27
- Druckmittelleitung
- 28
- Druckmittelleitung
- 29
- Druckmittelleitung
- 30
- Rotornabe
- 31
- Druckmittelleitung
- 32
- Druckmittelleitung
- 33
- Druckmittelleitung
- 34
- Druckmittelleitung
- 35
- Vertiefung
- 36
- Ventileinrichtung
- 37
- Ventileinrichtung
- 38
- Druckmittelleitung
- 39
- Druckmittelleitung
- 40
- Druckmittelleitung
- 41
- Druckmittelleitung
- 42
- Druckmittelleitung
- 43
- Aufnahmeraum
- 44
- Aufnahmeraum
- 45
- Ventilstift
- 46
- erster Ventilfunktionspin
- 47
- zweiter Ventilfunktionspin
- 48
- Druckmittelleitung
- 49
- Druckmittelleitung
- 50
- Überbrückungsleitung
- 51
- Grundfläche
- 52
- Endabschnitt
