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Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Nockenwellenverstelleinrichtungen werden im Allgemeinen in Ventiltrieben von Brennkraftmaschinen verwendet, um die Ventilöffnungs- und Schließzeiten zu verändern, wodurch die Verbrauchswerte der Brennkraftmaschine und das Betriebsverhalten im Allgemeinen verbessert werden können.
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Eine in der Praxis bewährte Ausführungsform der Nockenwellenverstelleinrichtung weist einen Flügelzellenversteller mit einem Stator und einem Rotor auf, welche einen Ringraum begrenzen, der durch Vorsprünge und Flügel in mehrere Arbeitskammern unterteilt ist. Die Arbeitskammern sind wahlweise mit einem Druckmittel beaufschlagbar, welches in einem Druckmittelkreislauf über eine Druckmittelpumpe aus einem Druckmittelreservoir in die Arbeitskammern an einer Seite der Flügel des Rotors zugeführt und aus den Arbeitskammern an der jeweils anderen Seite der Flügel wieder in das Druckmittelreservoir zurückgeführt wird. Die Arbeitskammern, deren Volumen dabei vergrößert wird, weisen eine Wirkrichtung auf, welche der Wirkrichtung der Arbeitskammern, deren Volumen verkleinert wird, entgegengesetzt ist. Die Wirkrichtung bedeutet demnach, dass eine Druckmittelbeaufschlagung der jeweiligen Gruppe von Arbeitskammern eine Verdrehung des Rotors entweder im oder gegen den Uhrzeigersinn relativ zu dem Stator bewirkt. Die Steuerung des Druckmittelflusses und damit der Verstellbewegung der Nockenwellenverstelleinrichtung erfolgt z.B. mittels eines Zentralventils mit einer komplexen Struktur von Durchflussöffnungen und Steuerkanten und einem in dem Zentralventil verschiebbaren Ventilkörper, welcher die Durchflussöffnungen in Abhängigkeit von seiner Stellung verschließt oder freigibt.
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Ein Problem bei 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 2005 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 Verriegelungspins 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.
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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 die Mittenverriegelungseinrichtung wenigstens einen an einem Vorsprung einer statorfesten Verriegelungskulisse verriegelbaren, federbelasteten Verriegelungsstift aufweist, welcher bei einer Verdrehung des Rotors aus Richtung einer Anschlagstellung „Früh“ oder „Spät“ in die Mittenverriegelungsposition aus unterschiedlichen Richtungen in der Verriegelungskulisse verriegelt, wobei der Verriegelungsstift wenigstens zwei Schaltstellungen aufweist, wobei in einer ersten Schaltstellung des Verriegelungsstiftes wenigstens zwei Arbeitskammern entgegengesetzter Wirkrichtung strömungstechnisch über ein Rückschlagventil verbunden sind, wobei das Rückschlagventil zwischen den Arbeitskammern so geschaltet ist, dass ausschließlich eine Verdrehbewegung des Rotors aus der Richtung „Früh“ oder „Spät“ in die Mittenverriegelungsposition möglich ist, und in einer zweiten Schaltstellung des Verriegelungsstiftes wenigstens zwei Arbeitskammern entgegengesetzter Wirkrichtung strömungstechnisch über ein Rückschlagventil miteinander verbunden sind, wobei das Rückschlagventil so zwischen die Arbeitskammern geschaltet ist, dass in der zweiten Schaltstellung des Verriegelungsstiftes ausschließlich eine Verdrehbewegung des Rotors aus der Richtung, die in der ersten Schaltstellung des Verriegelungsstiftes nicht möglich ist, ermöglicht wird. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass zur Umsetzung eines Freilaufs, durch den der Rotor aus einer Anschlagstellung „Früh“ oder „Spät“ selbsttätig in Richtung der Mittenverriegelungsposition drehen kann, über nur einen Verriegelungsstift realisierbar ist. Bei dem Freilauf wird der Rotor unter Ausnutzung der auf die Nockenwelle in der Startphase wirkenden Wechselmomente (Camshaft Torque Actuated CTA) in eine Richtung gegenüber dem Stator verdreht, während die Drehbewegung in die jeweils andere Richtung durch das Rückschlagventil jeweils gesperrt ist. Durch die vorgeschlagene Lösung wird es ermöglicht, zwei entgegengesetzt wirkende Arbeitskammern unabhängig von der Drehrichtung „Früh“ oder „Spät“ des Rotors in Richtung der Mittenverriegelungsposition über das Rückschlagventil so miteinander zu verschalten, dass der Freilauf aus der entsprechenden Richtung ermöglicht wird. Vorzugsweise ist dafür genau ein Verriegelungsstift vorgesehen. Durch die Verwendung eines einzigen Verriegelungsstiftes für diese strömungstechnische Verschaltung können die Fertigungskosten reduziert werden, und die Systemzuverlässigkeit kann erhöht werden.
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Es wird weiter vorgeschlagen, das Rückschlagventil, welches die entgegengesetzt wirkenden Arbeitskammern bei einer Verdrehbewegung des Rotors aus der Richtung „Früh“ oder „Spät“ in die Mittenverriegelungsposition strömungstechnisch miteinander verbindet, und das Rückschlagventil, welches die entgegengesetzt wirkenden Arbeitskammern bei einer Verdrehbewegung des Rotors, die in der ersten Schaltstellung des Verriegelungsstiftes nicht möglich ist, miteinander verbindet, durch dasselbe Rückschlagventil zu bilden. Durch die Verwendung nur eines Rückschlagventils kann der limitierte Bauraum innerhalb des Verriegelungsstiftes bestmöglich genutzt werden. Zusätzlich reduziert die Verwendung nur eines Rückschlagventils die Systemkomplexität, was geringere Fertigungskosten zur Folge hat.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn sämtliche Rückschlagventile in dem Verriegelungsstift vorgesehen sind. Bei dieser Lösung wird das Rückschlagventil in der ersten Schaltstellung des Verriegelungsstiftes zwischen zwei Druckmittelleitungen geschaltet; in der zweiten Schaltstellung des Verriegelungsstiftes sind zwei weitere Druckmittelleitungen über das Rückschlagventil miteinander verbunden. Je nach Schaltstellung der Verriegelungseinrichtung wird das Rückschlagventil in unterschiedlicher Wirkrichtung zwischen zwei entgegengesetzt wirkende Arbeitskammern geschaltet. Durch die Integration des Rückschlagventils in den Verriegelungsstift kann eine besonders einfache Strömungsführung umgesetzt werden.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass der Verriegelungsstift die erste Schaltstellung einnimmt, wenn der Verriegelungsstift durch eine Federkraft gegen den Vorsprung der Verriegelungskulisse gedrückt wird, wobei der Vorsprung auf einer ersten Ebene im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse der Nockenwellenverstelleinrichtung liegt, und dass der Verriegelungsstift die zweite Schaltstellung einnimmt, wenn dieser durch eine Federkraft gegen eine Grundfläche der Verriegelungskulisse gedrückt wird, wobei die Grundfläche auf einer zweiten Ebene im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse der Nockenwellenverstelleinrichtung liegt. Es lässt sich somit eine einfache Steuerung der Schaltstellung in Abhängigkeit der Verdrehposition des Rotors erzielen. Zusätzliche Einrichtungen zur Steuerung der Schaltstellung können damit entfallen.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Verriegelungsstift eine dritte Schaltstellung aufweist, wobei in der dritten Schaltstellung des Verriegelungsstiftes die zwei Arbeitskammern, die in der zweiten Schaltstellung des Verriegelungsstiftes über ein Rückschlagventil strömungstechnisch verbunden sind, strömungstechnisch frei verbunden sind. Unter einer frei durchströmbaren Druckmittelleitung wird in diesem Kontext eine Druckmittelleitung verstanden, die in beiden Durchflussrichtungen ungehindert mit Druckmittel durchströmbar ist; eine Druckmittelleitung mit Rückschlagventil ist demnach nicht frei durchströmbar. Durch die strömungstechnisch freie Verbindung wird die Wirkung des Freilaufs außer Kraft gesetzt und dadurch ein Verklemmen des Verriegelungsstiftes mit der Verriegelungskulisse in der Mittenverriegelungsposition verhindert.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass der Verriegelungsstift die dritte Schaltstellung einnimmt, wenn dieser durch die Federkraft in eine Vertiefung in der Verriegelungskulisse gedrückt wird, wobei die Vertiefung in einer dritten Ebene im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse der Nockenwellenverstelleinrichtung liegt. Die Anordnung der Vertiefung in einer dritten Ebene ermöglicht es, den Verriegelungsstift mit geringem konstruktivem Aufwand in eine dritte Schaltstellung zu bewegen. Wird die Verriegelungskulisse drucklos geschaltet, d.h. die Verriegelungskulisse ist über eine erste Druckmittelleitung mit dem Druckmittelreservoir verbunden, kann der Verriegelungsstift in Abhängigkeit der Drehbewegung des Rotors in drei Schaltstellungen bewegt werden. Durch die Vertiefung kann der Verriegelungsstift formschlüssig mit der statorfesten Verriegelungskulisse verbunden und damit ein Verdrehen aus der Mittenverriegelungsposition verhindert werden. Durch die erfindungsgemäße Nockenwellenverstelleinrichtung kann so eine Drehbewegung des Rotors aus der Mittenverriegelungsposition in die Richtungen „Früh“ und „Spät“ zuverlässig über nur einen Verriegelungsstift verhindert werden.
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Vorteilhaft ist der Verriegelungsstift nur in der Mittenverriegelungsposition in die dritte Schaltstellung bewegbar. Je nach Drehrichtung des Rotors befindet sich der Verriegelungsstift in der ersten oder zweiten Schaltstellung, bevor er in der Mittenverriegelungsposition verriegelt wird. In der Mittenverriegelungsposition nimmt der Verriegelungsstift dann die dritte Schaltstellung ein, wodurch die Funktionalität des Freilaufs aufgehoben wird. Der Freilauf wirkt damit bis unmittelbar vor dem Erreichen der Mittenverriegelungsposition, so dass eine zuverlässige Verriegelung des Rotors gegenüber dem Stator ermöglicht wird.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass der Verriegelungsstift eine vierte Schaltstellung aufweist, wobei in der vierten Schaltstellung des Verriegelungsstiftes wenigstens eine Arbeitskammer einer ersten Wirkrichtung strömungstechnisch frei mit einer Druckmittelpumpe verbunden ist, und wenigstens eine Arbeitskammer einer zweiten Wirkrichtung strömungstechnisch frei mit dem Druckmittelreservoir verbunden ist. Über diese vierte Schaltstellung kann die Nockenwellenverstelleinrichtung in Abhängigkeit des Betriebszustands beliebig verstellt werden. Die eigentliche Funktion der Nockenwellenverstelleinrichtung bleibt damit uneingeschränkt erhalten.
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Vorzugsweise nimmt der Verriegelungsstift die vierte Schaltstellung ein, wenn in der Verriegelungskulisse ein definiertes Druckniveau überschritten ist. Der Verriegelungsstift ist in einem Aufnahmeraum gelagert und kann durch Druckmittelbeaufschlagung der Verriegelungskulisse entgegen der Federkraft bewegt werden. Bei eingeschalteter Brennkraftmaschine ist die Verriegelungskulisse entsprechend über die erste Druckmittelleitung mit Druck beaufschlagt. Die Federkraft ist dabei so eingestellt, dass der Verriegelungsstift in dieser Schaltstellung in eine Anschlagstellung, also in die vierte Schaltstellung, bewegt wird. Es kann so die Drehstellung des Rotors auf einfache Weise durch das Mehrwege-Schaltventil gesteuert werden. Außerdem wird sichergestellt, dass die erste, zweite und dritte Schaltstellung des Verriegelungsstiftes nur bei Unterschreiten des Druckniveaus, also bei abgeschalteter Brennkraftmaschine, erreichbar ist.
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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 Verriegelungsstift in einer ersten Schaltstellung;
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2: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Verriegelungsstift in einer zweiten Schaltstellung;
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3: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Verriegelungsstift in einer dritten Schaltstellung; und
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4: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Verriegelungsstift in einer vierten Schaltstellung.
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In den 1 bis 4 ist eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstelleinrichtung 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 1, 34 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 der Druckmittelkreislauf mit einer Vielzahl von Druckmittelleitungen 1, 2, 3, 4, 6, 8, 13, 14, 15, 28, 34, 36, 37 und 38 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 2, 3, 4 und 6 münden. Die Mittenverriegelungseinrichtung 26 umfasst lediglich einen Verriegelungsstift 18, welcher zur Verriegelung des Rotors 17 gegenüber dem Stator 16 in einer statorfesten Verriegelungskulisse 19 verriegelbar ist. 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 (siehe 4). 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. In der oberen Abwicklungsdarstellung des Stators 16 wird 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 4 zu einer Verschiebung der Flügel 11 und 12 in Pfeilrichtung nach links führt. Damit die Verstellung des Rotors 17 gegenüber dem Stator 16 möglich ist, wird die Mittenverriegelungseinrichtung 26 zuerst gelöst, indem die Verriegelungskulisse 19 über die erste Druckmittelleitung 1 von dem C-Port des Mehrwege-Schaltventils 21 sowie über die Druckmittelpumpe P mit Druckmittel beaufschlagt wird. Durch die Druckmittelbeaufschlagung der Verriegelungskulisse 19 wird der Verriegelungsstift 18 aus der Verriegelungskulisse 19 herausgedrängt, so dass der Rotor 17 anschließend gegenüber dem Stator 16 frei drehen kann. Soweit entspricht dies der Funktionsweise bei angeschalteter Brennraftmaschine.
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In den 1 bis 3 wird nachfolgend die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung bis zum Erreichen der Mittenverriegelungsposition beschrieben.
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1 zeigt den Rotor bei einer Bewegung aus der Position „Spät“ in die Mittenverriegelungsposition. Die erste Druckmittelleitung 1 ist in diesem Betriebszustand drucklos geschaltet, so dass das Druckmittel aus der Verriegelungskulisse 19 über die erste Druckmittelleitung 1 und den C- Port des Mehrwege-Schaltventils 7 in das Druckmittelreservoir T abfließt. Durch die auf den Verriegelungsstift 18 wirkende Federkraft wird der Verriegelungsstift 18 gegen einen Vorsprung 5 der Verriegelungskulisse 19 gedrückt. Der Vorsprung 5 befindet sich dabei auf einer ersten Ebene 31, die im Wesentlichen orthogonal zu einer Rotationsachse 35 der Nockenwellenverstelleinrichtung ausgerichtet ist; die Rotationsachse 35 ist in den 1 bis 4 nur schematisch dargestellt. Der Verriegelungsstift 18 kann damit durch die Federkraft nur bis in die erste Ebene 31 bewegt werden, wodurch der Verriegelungsstift 18 eine erste Schaltstellung einnimmt. In der ersten Schaltstellung des Verriegelungsstiftes 18 sind die Druckmittelleitungen 2 und 36 über die Druckmittelleitung 38 strömungstechnisch verbunden, wobei in der Druckmittelleitung 38 ein Rückschlagventil 9 vorgesehen ist. Bei der in Pfeilrichtung erfolgenden Bewegung des Rotors 17 aus der Richtung „Spät“ in die Mittenverriegelungsposition strömt das Druckmittel aus der Arbeitskammer 23 über die Druckmittelleitungen 6 und 28 zurück in das Mehrwege-Schaltventil 7. Durch ein weiteres Rückschlagventil 10 wird das Zurückströmen des Druckmittels zur Druckmittelpumpe P verhindert. Es strömt daher über den Knotenpunkt 30 sowie über die Druckmittelleitungen 34, 36, 38 und 2 in die Arbeitskammer 20. In der Druckmittelleitung 38 ist dabei das Rückschlagventil 9 angeordnet, wobei die Wirkrichtung des Rückschlagventils so ist, dass das Druckmittel von der Arbeitskammer 23 in die Arbeitskammer 20 strömen kann, jedoch nicht von der Arbeitskammer 20 in die Arbeitskammer 23. Durch die Wechselmomente beim Start bzw. beim Abschalten der Brennkraftmaschine kann der Rotor 17 damit ausschließlich in Richtung der Mittenverriegelungsposition bewegt werden.
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Weiter wird in der ersten Schaltstellung des Verriegelungsstiftes 18 eine strömungstechnisch freie Verbindung der Druckmittelleitung 3 mit der Druckmittelleitung 37 über die Druckmittelleitung 8 hergestellt. Das überschüssige Druckmittel aus der Arbeitskammer 21 kann damit über die Druckmittelleitungen 3, 8, 37, 28 ebenfalls zu dem Knotenpunkt 30 strömen. Von dort strömt das Druckmittel über die Druckmittelleitungen 34, 36, 38, 2 in die Arbeitskammer 20 oder über die Druckmittelleitungen 34 und 4 in die Arbeitskammer 22.
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2 zeigt den Rotor 17 bei der Verstellbewegung aus der Richtung „Früh“ in die Mittenverriegelungsposition. Wie bei dem Betriebszustand aus 1 ist die Verriegelungskulisse 19 drucklos geschaltet, weshalb der Verriegelungsstift 18 durch die Federkraft in Richtung der Verriegelungskulisse 19 bewegt wird. Aufgrund der Stellung des Verriegelungsstiftes 18 wird dieser gegen eine Grundfläche 29 der Verriegelungskulisse 19 gedrückt, die sich in einer zweiten Ebene 32, die im Wesentlichen orthogonal zu der Rotationsachse 35 verläuft, angeordnet ist. Die Anordnung der zweiten Ebene 21 weicht derart von der Anordnung der ersten Ebene 31 ab, dass der Verriegelungsstift 18 durch die Federkraft weiter in Richtung der Verriegelungskulisse 19 aus dem Rotor 17 bewegt wird; der Verriegelungsstift 18 nimmt damit die zweite Schaltstellung ein. In Abhängigkeit davon, ob der Rotor 17 aus der Richtung „Früh“ oder „Spät“ in die Mittenverriegelungsposition bewegt wird, nimmt der Verriegelungsstift 18 so die erste oder die zweite Schaltstellung ein.
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In der zweiten Schaltstellung des Verriegelungsstiftes 18 ist die Druckmittelleitung 3 strömungstechnisch über die Druckmittelleitung 38 mit der Druckmittelleitung 37 verbunden. Das überschüssige Druckmittel aus der sich bei der Verstellbewegung des Rotors 17 verkleinernden Arbeitskammer 22 strömt über die Druckmittelleitungen 4 und 34, über den Knotenpunkt 30 sowie über die Druckmittelleitungen 28, 37, 38 und 3 in die Arbeitskammer 21. Die Wirkrichtung des Rückschlagventils 9 ist dabei so, dass das Druckmittel ausschließlich in Richtung der Arbeitskammer 21 strömen kann. Die Druckmittelleitung 2 ist über die Druckmittelleitung 15 strömungstechnisch frei mit der Druckmittelleitung 36 verbunden. Das überschüssige Druckmittel aus der Arbeitskammer 20 kann so über die Druckmittelleitungen 2, 15, 36 und 34 zu dem Knotenpunkt 30 strömen. Von dem Knotenpunkt 30 strömt das Druckmittel anschließend über die Druckmittelleitungen 28, 37, 38 und 3 in die Arbeitskammer 21.
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In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel nimmt der Verriegelungsstift 18 bei einer Bewegung des Rotors 17 aus der Richtung „Spät“ die erste Schaltstellung ein und bei einer Bewegung aus der Richtung „Früh“ die zweite Schaltstellung. Alternativ können die Schaltstellungen auch vertauscht werden, so dass der Verriegelungsstift 18 bei einer Bewegung des Rotors 17 aus der Richtung „Spät“ die zweite Schaltstellung einnimmt und bei einer Bewegung des Rotors 17 aus der Richtung „Früh“ die erste Schaltstellung einnimmt. Es wird dafür die Anordnung des Vorsprungs 5 und der Grundfläche 29 vertauscht. Dementsprechend muss bei dieser alternativen Ausführungsform auch die strömungstechnische Verbindung der Druckmittelleitungen 2, 36, 3 und 37 von dem Verriegelungsstift 18 zu den Arbeitskammern 20, 21, 22 und 23 angepasst werden.
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3 zeigt die erfindungsgemäße Nockenwellenverstelleinrichtung in der Mittenverriegelungsposition, in der sich der Verriegelungsstift 18 in einer dritten Schaltstellung befindet. Es ist eine Vertiefung 27 zu erkennen, die so angeordnet ist, dass der Verriegelungsstift 18 durch die wirkende Federkraft ausschließlich in der Mittenverriegelungsposition in diese hineinbewegt werden kann. Die Vertiefung 27 befindet sich in einer dritten Ebene 33, die im Wesentlichen orthogonal zur Rotationsachse 35 der Nockenwellenverstelleinrichtung verläuft. Der Verriegelungsstift 18 ist in der dritten Schaltstellung formschlüssig mit der statorfesten Verriegelungskulisse 19 verbunden. Die Verdrehbewegung des Rotors 17 in Richtung „Spät“ wird durch eine erste Seitenfläche 39, die den Übergang zwischen der Vertiefung 27 und dem Vorsprung 5 bildet, begrenzt; die Verdrehbewegung in Richtung „Früh“ wird durch eine zweite Seitenfläche 40, die den Übergang zwischen der Vertiefung 27 und der Grundfläche 29 bildet, begrenzt. In der dritten Schaltstellung des Verriegelungsstiftes 18 wird somit ein Verdrehen des Rotors 17 in beide Richtungen „Früh“ und „Spät“ verhindert, weshalb ein zusätzlicher zweiter Verriegelungsstift entfallen kann.
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In der dritten Schaltstellung ist die Druckmittelleitung 3 strömungstechnisch frei über die Druckmittelleitung 15 mit der Druckmittelleitung 37 verbunden. Die Arbeitskammer 21 ist somit über die Druckmittelleitungen 3, 15, 37, 28, 34 und 4 mit der entgegengesetzt wirkenden Arbeitskammer 22 strömungstechnisch frei verbunden. Die Gefahr des Verklemmens des Verriegelungsstiftes 18 in der Vertiefung 27 wird so bei einem erneuten Start der Brennkraftmaschine reduziert. Die strömungstechnische Verbindung der Druckmittelleitungen 2 und 36 ist in der dritten Schaltstellung blockiert.
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4 zeigt die erfindungsgemäße Nockenwellenverstelleinrichtung kurz nach dem Start der Brennkraftmaschine. Das Mehrwege-Schaltventil 7 befindet sich dabei in einer zweiten Schaltstellung, in der die Druckmittelpumpe P mit dem Steuerport C und dem Steuerport B strömungstechnisch verbunden ist. Die Verriegelungskulisse 19 wird über die erste Druckmittelleitung 1 mit Druckmittel beaufschlagt, so dass der Verriegelungsstift 18 entgegen der Federkraft aus der Vertiefung 27 bewegt wird und soweit in einen Aufnahmeraum des Rotors 17 bewegt wird, dass der Verriegelungsstift 18 eine vierte Schaltstellung einnimmt. In dieser Schaltstellung ist die Druckmittelleitung 2 strömungstechnisch frei über die Druckmittelleitung 13 mit der Druckmittelleitung 36 verbunden; die Druckmittelleitung 3 ist strömungstechnisch frei über die Druckmittelleitung 14 mit der Druckmittelleitung 37 verbunden.
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In 4 ist der Rotor 17 in der Mittenverriegelungsposition unmittelbar vor der Verstellbewegung in Richtung „Spät“ dargestellt. Über den B-Port des Mehrwege-Schaltventils 7 und über die Druckmittelleitungen 28 und 6 wird die Arbeitskammer 23 mit Druckmittel beaufschlagt. Die Arbeitskammer 21 wird ebenfalls über den B-Port des Mehrwege-Schaltventils 7 und über die Druckmittelleitungen 28, 37, 14 und 3 mit Druckmittel beaufschlagt. Die Arbeitskammern 21 und 23 vergrößern damit ihr Volumen, wodurch sich das Volumen der Arbeitskammern 20 und 22 verringert. Das überschüssige Druckmittel aus der Arbeitskammer 20 fließt über die Druckmittelleitungen 2, 13, 36, 34 sowie über den A-Port des Mehrwege-Schaltventils 7 in das Druckmittelreservoir T ab. Das überschüssige Druckmittel aus der Arbeitskammer 22 wird über die Druckmittelleitungen 4 und 34 dem A-Port und damit dem Druckmittelreservoir T zugeführt. Diese Funktionsweise ist analog auf eine Verstellbewegung des Rotors 17 in Richtung „Früh“ anwendbar. Der Verriegelungsstift 19 befindet sich dabei ebenfalls in der vierten Schaltstellung. Das Mehrwege-Schaltventil 7 nimmt dabei jedoch eine Schaltstellung ein, in der sowohl der C-Port als auch der A-Port strömungstechnisch mit der Druckmittelpumpe P verbunden sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Erste Druckmittelleitung
- 2
- Druckmittelleitung
- 3
- Druckmittelleitung
- 4
- Druckmittelleitung
- 5
- Vorsprung
- 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
- Verriegelungsstift
- 19
- Verriegelungskulisse
- 20
- Arbeitskammer
- 21
- Arbeitskammer
- 22
- Arbeitskammer
- 23
- Arbeitskammer
- 24
- Druckraum
- 25
- Druckraum
- 26
- Mittenverriegelungseinrichtung
- 27
- Vertiefung
- 28
- Druckmittelleitung
- 29
- Grundfläche
- 30
- Knotenpunkt
- 31
- Erste Ebene
- 32
- Zweite Ebene
- 33
- Dritte Ebene
- 34
- Druckmittelleitung
- 35
- Rotationsachse
- 36
- Druckmittelleitung
- 37
- Druckmittelleitung
- 38
- Druckmittelleitung
- 39
- Erste Seitenfläche
- 40
- Zweite Seitenfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008011915 A1 [0005]
- DE 102005011916 A1 [0005]
