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Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit einem Stator und einem zumindest zweiteiligen Rotor. Der zumindest zweiteilige Rotor ist um eine Achse drehbeweglich und besteht aus einem ersten Rotorelement und einem zweiten Rotorelement. Zumindest ein Rotorelement hat eine Mehrzahl von Ölkanälen ausgebildet, die mit einer zentralen Ölzuführung verbunden sind, wobei die Ölkanäle durch radial angeordnete Erhebungen voneinander getrennt sind.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Herstellungsverfahren eines hydraulischen Nockenwellenverstellers mit einem zumindest zweiteiligen Rotor.
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Allgemein ist bekannt, dass Nockenwellenversteller optimale Ventilsteuerzeiten über einen breiten Last- und Drehzahlbereich eines Motors ermöglichen. So werden signifikante Reduzierungen von Emissionen und Kraftstoffverbrauch realisiert. Außerdem wird durch die Optimierung des Drehmoments und der Leistung der Fahrspaß maßgeblich gesteigert. Im Stand der Technik wird zwischen elektrischen und den eingangs genannten hydraulischen Nockenwellenverstellern unterschieden.
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Auf dem Gebiet von hydraulischen Nockenwellenverstellern sind Rotoren bekannt, die aus einem ersten Rotorelement und einem zweiten Rotorelement bestehen. Dies ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2009 053 600 A1 offenbart. Hier werden beide Rotorelemente mit Stiften verbunden oder gesintert. Eine andere Ausführungsform zwei Rotorelemente eines Rotors zu verbinden, ist in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2008 028 640 A1 beschrieben. Hier sind zwei Rotorelemente derart ausgestaltet, dass sie aufgrund ihrer jeweiligen „eigenen“ Geometrie zusammenfügbar sind. Die europäische Patentschrift
EP 2 300 693 B1 beschreibt ferner zwei identische zusammengefügte Rotorelemente unter Formschluss und Presspassung zur Bildung der Ölkanäle. Den Rotor als Verbundsystem auszugestalten, wobei der Rotorkern plus die Abdeckung die Ölkanäle bilden, ist in der europäischen Patentschrift
EP 1 731 722 B1 offenbart. Bei den zuvor genannten Druckschriften erzeugt das zwischen beiden Rotorelemente durchdringende Öl interne und externe Leckage zwischen jeweils zwei Ölkanälen. Diese Leckage verursacht Druckabfall im zusammengefügten Rotor und damit eine Verringerung der Verstellungsgeschwindigkeit des hydraulischen Nockenwellenverstellers.
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Ein weiterer hydraulischer Nockenwellenversteller mit einem ersten und einem zweiten Rotorelement ist in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2011 117 856 A1 offenbart. Hier dichten die beiden Rotorelemente durch Sinterfacetten Ölkanäle ab. Die Ölkanäle sind durch radial angeordnete Erhebungen voneinander getrennt. Die Dichtlippen und Dichtsicken in Form von Sinterfacetten an beiden Seiten eines Ölkanals sowie auch an einem Kantenbereich einer Erhebung verhindern zwar eine Ölleckage direkt aus dem Ölkanal, nicht aber aus den Arbeitskammern, die durch je einen Flügel des ersten und zweiten Rotorelements, der zwischen zwei Flügeln eines Rotors vorgesehen ist, gebildet sind. Ebenso wenig sind auch Aussparungen, auch bekannt als Ringkanäle für die Verteilung des Steueröls aus dem Zentralventil, vor einer Ölleckage geschützt, da an diesen Stellen die Leckage ungehindert weiter erfolgen kann.
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Eine Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist daher, einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit einem zumindest zweiteiligen Rotor anzugeben, bei dem mit geringem Kostenaufwand eine Ölleckage im Nockenwellenversteller verhindert ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit einem zumindest zweiteiligen Rotor gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
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Eine weitere Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist, ein kostengeringes Herstellungsverfahren eines hydraulischen Nockenwellenverstellers anzugeben, bei dem im Betrieb eine Ölleckage im Nockenwellenversteller verhindert wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Herstellungsverfahren eines hydraulischen Nockenwellenverstellers gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 9 umfasst.
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Der erfindungsgemäße hydraulische Nockenwellenversteller mit einem Stator und einem zumindest zweiteiligen Rotor ist um eine Achse drehbeweglich und besteht aus einem ersten Rotorelement und einem zweiten Rotorelement. Zumindest ein Rotorelement hat eine Mehrzahl von Ölkanälen ausgebildet, die mit einer zentralen Ölzuführung verbunden sind. Die Ölkanäle sind dabei durch radial angeordnete Erhebungen voneinander getrennt.
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Erfindungsgemäß ist mindestens ein Dichtelement auf einer jeden Erhebung des ersten Rotorelements vorgesehen, das zumindest eine jede Aussparung in der Erhebung des ersten Rotorelements umschließt.
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In einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers umschließt das mindestens eine Dichtelement eine jede Aussparung auf einer jeden Erhebung des ersten Rotorelements und verläuft zudem von einem inneren Bereich zu einem äußeren Bereich des ersten Rotorelements.
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Ferner sieht die Erfindung vor, dass jedes Dichtelement des ersten Rotorelements in jeweils ein Gegenelement des zweiten Rotorelements formschlüssig hineingreift und somit dichtend mit dem Gegenelement zusammenwirkt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist dabei jedes Dichtelement ein elastisch-plastisches Materialverhalten auf.
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Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers sieht vor, dass jedes Dichtelement auf jeder Erhebung ein angespitztes Dichtelement ist und im Wesentlichen eine dreieckige, wulstförmige oder rechteckige Querschnittsform besitzt. Andere Ausführungsformen können aber auch runde, elliptische, ovale oder weitere polygonförmige Querschnittformen vorsehen. Die Dichtelemente werden vorzugsweise direkt bereits bei der Herstellung des ersten Rotorelements ausgebildet werden. Sprich, die Dichtelemente bilden mit dem ersten Rotorelement ein einstückiges Bauteil. Denkbar ist in anderen Ausführungsformen aber auch, dass die Dichtelemente durch jedes andere aus dem Stand der Technik bekannte Verbindungsverfahren mit den Erhebungen verbunden sind. Vorzugweise weist die Querschnittsform in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Höhe und eine Breite von 0,1 bis 1 mm auf.
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Die oben beschrieben Aussparungen sind insbesondere Öldurchführungen, so dass Öl durch das erste und zweite Rotorelement zu einer Außenseite bei dem zusammengefügten Rotor abführbar ist. Diese Aussparungen können Kanäle, Bohrungen, etc. sein.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung haben das erste und zweite Rotorelement mehrere Flügel ausgebildet, von denen vorzugsweise jeder, zumindest aber eines der beiden Rotorelemente, die Erhebungen besitzt. Somit verlaufen auch hier die Dichtelemente von einem inneren Bereich zu einem äußeren Bereich auf den Erhebungen des ersten Rotorelements und umschließen zudem auch eine jede Aussparung in der Erhebung des ersten Rotorelements.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass bei dem ersten Rotorelement so viele Dichtelemente vorgesehen sind, dass vermittels dieser die Ölkanäle, die Aussparungen und gegenseitig wirkende Arbeitskammern abgedichtet sind. Die gegenseitig wirkenden Arbeitskammern sind durch zwei aufeinanderfolgende Flügel des ersten und zweiten Rotorelements gebildet, wobei zwischen ihnen ein Flügel des Stators vorgesehen ist.
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Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren eines hydraulischen Nockenwellenverstellers mit einem zumindest zweiteiligen Rotor ist durch die folgenden Schritte gekennzeichnet: In einem ersten Schritt wird mindestens ein Dichtelement auf mindestens einer von mehreren Erhebungen eines ersten Rotorelements ausgebildet. Das mindestens eine Dichtelement wird dabei derart ausgebildet, das es eine jede Aussparung in der Erhebung des ersten Rotorelements umschließt. Anschließend wird mindestens ein Gegenelement in einem zweiten Rotorelement ausgebildet, so dass jedes Dichtelement des ersten Rotorelements in jeweils ein Gegenelement des zweiten Rotorelements formschlüssig und dichtend hineingreift.
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Vorzugsweise wird bei der Erfindung aber das mindestens eine Dichtelement derart ausgebildet, so dass es neben der Umschließung einer jeden Aussparung zudem von einem inneren Bereich zu einem äußeren Bereich des ersten Rotorelements verläuft. Auch dieses Herstellungsverfahren sieht dann vor, das jedes Dichtelement des ersten Rotorelements in jeweils ein Gegenelement des zweiten Rotorelements formschlüssig und dichtend hineingreift.
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Durch die Dichtelemente im ersten Rotorelement, die mit Gegenelementen im zweiten Rotorelement formschlüssig zusammenwirken und überall dort vorgesehen sind, wo bis dato die eingangs beschrieben Ölleckagen stattfanden, wie in den Arbeitskammern und in den Aussparungen, ist mit der Erfindung eine vollständige Ölleckage im Nockenwellenversteller verhindert. Auch ist die Ausbildung des mindestens einen Dichtelements auf einer Erhebung des ersten Rotorelements sowie die Ausbildung des Gegenelements im zweiten Rotorelement aufgrund bereits bekannter Verfahren kostengünstig, so dass diese Abdichtung gegen ein eindringendes Öl in ungewünschten Stellen mit einem geringen Kostenaufwand bei einem Nockenwellenversteller durchführbar ist.
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Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:
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1 eine Draufsicht eines aus dem Stand der Technik bekannten zweiteiligen Rotors eines hydraulischen Nockenwellenverstellers;
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2 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus 1 des hydraulischen Nockenwellenverstellers mit einem zumindest zweiteiligen Rotor;
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3 eine Perspektivansicht eines aus dem Stand der Technik bekannten fertig montierten zweiteiligen Rotors des hydraulischen Nockenwellenverstellers aus 1 und 2;
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4 eine Perspektivansicht eines weiteren aus dem Stand der Technik bekannten hydraulischen Nockenwellenverstellers;
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5 eine Explosionsdarstellung einer Ausführungsform eines zumindest zweiteiligen Rotors des erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers;
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6 eine Draufsicht auf eine Kontaktseite des ersten Rotorelements aus 5, die mit einer Kontaktseite des zweiten Rotorelements bei dem zusammengebauten Rotor in Kontakt tritt;
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7 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B aus 6 des ersten Rotorelements;
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8 eine perspektivische Schnittansicht eines fertig montierten zweiteiligen Rotors des erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers aus 5;
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9 einen vergrößerten Detailausschnitt des in 8 mit D gekennzeichneten Bereichs;
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10 eine vergrößerte Perspektivansicht auf eine Innenseite des ersten Rotorelements aus 5; und
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11. eine vergrößerte Detailausschnitt des in 10 mit E gekennzeichneten Bereichs.
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie der erfindungsgemäße hydraulische Nockenwellenversteller sowie das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren eines hydraulischen Nockenwellenverstellers ausgestaltet sein können und stellen somit keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar. Die Bezeichnungen erstes Rotorelement bzw. zweites Rotorelement können wechselseitig verwendet werden.
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1 zeigt eine Draufsicht und 2 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus 1 eines aus dem Stand der Technik bekannten zweiteiligen Rotors 2 eines hydraulischen Nockenwellenverstellers 1, der mit einem Zentralventil 42 versehen ist. Der zumindest zweiteilige Rotor 2 ist um eine Achse A drehbeweglich und besteht aus einem ersten Rotorelement 4 und einem zweiten Rotorelement 6. Zumindest ein Rotorelement 4, 6 hat eine Mehrzahl von Ölkanälen 10 (s. hierzu 3) ausgebildet, die mit einer zentralen Ölzuführung 8 (s. hierzu 4) verbunden sind.
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3 zeigt eine Perspektivansicht eines aus dem Stand der Technik bekannten fertig montierten zweiteiligen Rotors 2 des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 aus 1 und 2. Dabei ist ersichtlich, dass die Ölkanäle 10 bei dem zusammengefügten Rotor 2 durch das erste und zweite Rotorelement 4, 6 gebildet werden und somit einen Zu- und Abfluss des Öls von der Ölzuführung 8 zu den Arbeitskammern 34 bzw. 36 (siehe 4) ermöglichen. Problematisch war jedoch, dass das Öl an diesen Stellen eine Leckage verursachte. Da dieses im Stand der Technik auftretende Problem bereits einleitend beschrieben ist, wird auf eine weitere Beschreibung an dieser Stelle verzichtet.
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4 zeigt eine Perspektivansicht eines weiteren aus dem Stand der Technik bekannten hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 mit nur einem einteiligen Rotor 2.
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Da hier jedoch „gegenseitig wirkende Arbeitskammern 34, 36“ dargestellt sind, ist diese Figur lediglich zu Veranschaulichungszwecken heranzuziehen.
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Der Rotor 2 mit einer Mehrzahl von ausgebildeten Flügeln 32 ist von den Stator 3 umschlossen. Auch hat der Stator 3 eine Mehrzahl von Flügeln 38 ausgebildet. Die Arbeitskammern 34, 36 sind dadurch gebildet, dass ein Flügel 32 des Rotor 2 zwischen zwei Flügeln 8 des Stators 3 vorgesehen ist. Je nach Drehung des Rotors 2 um die Achse A (siehe hierzu 2) wirken somit die beiden Arbeitskammern 34, 36 gegeneinander.
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5 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Ausführungsform eines zumindest zweiteiligen Rotors 2 des erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 (s. hierzu 4). Der zumindest zweiteilige Rotor 2 besteht aus einem ersten Rotorelement 4 und einem zweiten Rotorelement 6. Um den zumindest zweiteilige Rotor 2 leicht und schnell im hydraulischen Nockenwellenversteller 1 montieren zu können, sieht diese Ausführungsform vor, dass das erste und das zweite Rotorelement 4, 6 vermittels einer Ölverteilungs- und Zentrierhülse 40 miteinander verbunden sind.
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In der hier dargestellten Ausführungsform hat jedes Rotorelement 4, 6 eine Mehrzahl von in einer radialen Richtung R1 (s. 7) verlaufende Ölkanäle 10 ausgebildet, die mit einer in 4 dargestellten zentralen Ölzuführung 8 verbunden sind. Andere Ausführungsform können aber auch vorsehen, dass nur eines der beiden Rotorelemente 4, 6 die Ölkanäle 10 ausgebildet hat. Ebenso können die Ölkanäle 10 in anderen Ausführungsformen auch radial und axial verlaufen, wenn auch hier nicht dargestellt. Die Ölkanäle 10 sind aber stets in jeder Ausführungsform durch radial angeordnete Erhebungen 12 des ersten und zweiten Rotorelements 4, 6 voneinander getrennt.
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In der hier dargestellten Ausführungsform sind mehre Dichtelemente 14 auf allen Erhebungen 12 des ersten Rotorelements 4 vorgesehen. Wie in einer Draufsicht auf eine Kontaktseite 5 des ersten Rotorelements 4 in 6 und in einer Schnittansicht entlang der Linie B-B aus 6 in 7 gezeigt, verlaufen die Dichtelemente 14 hier von einem inneren Bereich 16 zu einem äußeren Bereich 18. Zudem umschließen die Dichtelemente 14 eine jede Aussparung 20 in der Erhebung 12 des ersten Rotorelements 4. Auch sieht die Erfindung vor, dass die Dichtelemente 14 formschlüssig und dichtend mit den Erhebungen 12 des zweiten Rotorelements 6 zusammenwirken. Dementsprechend können die Erhebungen 12 des zweiten Rotorelements 6 daher jeweils ein Gegenelement 22 ausgebildet haben, in das jeweils ein Dichtelement 14 formschlüssig hineingreift. Das zeigt 9.
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Die Aussparungen 20 sind hauptsächlich Kanäle, Bohrungen oder dergleichen, so dass Öl durch das erste und zweite Rotorelement 4, 6 zu einer Außenseite 30 bei dem zusammengefügten Rotor 2 abführbar ist. Selbstverständlich ist aber auch, dass die Aussparungen 20, je nach Verbindungstechnik des ersten und zweiten Rotorelements 4, 6, auch für Verbindungsstifte 44 ausgebildet sind.
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Wie ebenfalls in 5 dargestellt, haben das erste und zweite Rotorelement 4, 6 mehrere Flügel 32 ausgebildet, von denen jeder die Erhebung 12 besitzt. Somit verlaufen auch hier die Dichtelemente 14 von einem inneren Bereich 16 zu einem äußeren Bereich 18 auf den Erhebungen 12 des ersten Rotorelements 4. Jedes Dichtelement 14 umschließt zudem auch eine jede Aussparung 20 in der Erhebung 12 des ersten Rotorelements 4. Insbesondere sind, wie hier auch dargestellt, so viele Dichtelemente 14 auf den Erhebungen 12 des ersten Rotorelements 4 vorgesehen, dass vermittels dieser die Ölkanäle 10, die Aussparungen 20 und gegenseitig wirkende Arbeitskammern 36, 38 aus 4 abgedichtet sind, so dass bei dem erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller 1 an diesen Stellen keine Ölleckage mehr möglich ist.
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Vorzugsweise ist jedes Dichtelement 14 auf jeder Erhebung 12 angespitzt und besitzt im Wesentlichen, wie in 11 dargestellt, eine dreieckige Querschnittsform 24. Vorzugweise weist die Querschnittsform 24 in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Höhe 26 und eine Breite 28 von 0,1 bis 1 mm auf.
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8 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines fertig montierten zweiteiligen Rotors 2 des erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 aus 5. Das erste Rotorelement 4 und das zweite Rotorelement 6 sind zusammengefügt und wie aus der Schnittansicht ersichtlich ist, erstrecken sich die Aussparungen 20 durch den zusammengebauten Rotor 2. Die 10 zeigt eine vergrößerte Perspektivansicht auf die Kontaktseite 5 des ersten Rotorelements 4 aus 5. Es ist deutlich zu erkennen, wie die Ölkanäle 10 auf der Kontaktseite 5 des ersten Rotorelements 4 durch die Erhebungen 12 voneinander getrennt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Rotor
- 3
- Rotor
- 4
- erstes Rotorelements
- 5
- Kontaktseite
- 6
- zweites Rotorelement
- 8
- Ölzuführung
- 10
- Ölkanal
- 12
- Erhebung
- 14
- Dichtelement
- 16
- innerer Bereich
- 18
- äußerer Bereich
- 20
- Aussparung
- 22
- Gegenelement
- 24
- Querschnittsform
- 26
- Höhe
- 28
- Breite
- 30
- Außenseite
- 32
- Flügel des ersten und zweiten Rotorelements
- 34
- Arbeitskammer
- 36
- Arbeitskammer
- 38
- Flügel des Stators
- 40
- Ölverteilungs- und Zentrierhülse
- 42
- Zentralventil
- 44
- Verbindungsstifte
- A
- Achse
- R1
- radiale Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009053600 A1 [0004]
- DE 102008028640 A1 [0004]
- EP 2300693 B1 [0004]
- EP 1731722 B1 [0004]
- DE 102011117856 A1 [0005]
