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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Stator, einem in radialer Richtung innerhalb des Stators angeordneten und gegenüber dem Stator verdrehbaren Rotor, wobei zwischen dem Stator und dem Rotor eine Vielzahl von wahlweise druckmittelbeaufschlagbaren ersten und zweiten Hydraulikkammern ausgebildet sind, und mit einer innerhalb des Rotors angeordneten hydraulischen Zentralventilschraube, die zur Steuerung einer wahlweisen Druckmittelbeaufschlagung der ersten und zweiten Hydraulikkammern wenigstens einen ersten und einen zweiten radialen Druckmittelkanal aufweist, die mit der ersten und/oder der zweiten Hydraulikammer fluidisch verbindbar sind.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits ähnliche Nockenwellenversteller bekannt, so beispielsweise aus der
DE 10 2010 023 864 A1 . Diese Druckschrift offenbart einen Schwenkmotornockenwellenversteller mit einem Rotor, in dessen Rotornabe ein Zentralventil eingesteckt ist, wobei innerhalb einer Buchse des Zentralventils ein Kolben axialverschieblich eingesetzt und koaxial auf der Buchse eine Hülse bewegungsfest aufgesetzt ist, mit der Hydraulikfluid von einem axial außerhalb von zwei Arbeitsanschlüssen liegenden Versorgungsanschluss entlang einem Längskanal zu einer axial zwischen zwei Arbeitsanschlüssen liegenden Querbohrung in die Buchse geführt wird, so dass das Hydraulikfluid vom Kolben wechselweise auf den ersten Arbeitsanschluss und den zweiten Arbeitsanschluss verteilbar ist, wobei der Längskanal umfangsmäßig versetzt zu einem Querkanal angeordnet ist, welcher sowohl die Buchse als auch die Hülse durchdringt, wobei die Buchse ein Gewinde und an deren von dem Nockenwellenteil abgewandten Ende einen Werkzeugangriff aufweist, so dass die Rotornabe gegen ein Nockenwellenteil verspannbar ist.
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Darüber hinaus ist ein ähnlicher Nockenwellenversteller aus der
DE 10 2013 203 139 A1 bekannt. Darin ist ein Ventilkäfig für einen hydraulischen Nockenwellenversteller der Flügelzellenbauart beschrieben, mit einer im Wesentlichen durch eine Hülse bestimmten zylindrischen Form, die in einer Wandung mehrere radiale Öffnungen zum Durchlass eines Hydraulikfluids, wie Öl, aufweist, wobei sich die Öffnungen durch die Wandung hindurch erstrecken, wobei zumindest eine Öffnung in eine am Innenumfang umlaufende Nut mündet.
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Solche Nockenwellenversteller, insbesondere solche der Flügelzellenbauart, ermöglichen durch eine Verstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine vergleichsweise optimierte Ventilsteuerzeiten über einen breiten Last- und Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine. So werden signifikante Reduzierungen von Emissionen und Kraftstoffverbrauch realisiert. Außerdem wird durch die Optimierung des Drehmoments und der Leistung das Fahrverhalten eines Kraftfahrzeugs mit einer derart ausgestalteten Verbrennungskraftmaschine verbessert.
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Dabei erfolgt die Verstellung der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle beispielsweise dadurch, dass ein Stator eines derartigen Nockenwellenverstellers eine Vielzahl von Stegen aufweist, die sich in radialer Richtung nach innen erstrecken und die über seinen Innumfang vorzugsweise äquidistant angeordnet sind. Zwischen jeweils zwei benachbarten Stegen erstreckt sich eine Vielzahl von Flügeln eines Rotors, die sich von einer Rotornabe in radialer Richtung nach außen erstrecken und die im Zusammenwirken mit den Stegen des Stators jeweils zwei druckmittelbeaufschlagbare, gegensinnige Hydraulikkammern ausbilden.
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Eine aus der Praxis bekannte Möglichkeit zur Steuerung eines solchen Nockenwellenverstellers ist beispielsweise der Einsatz eines Steuer- bzw. Zentralventils, in dessen Hydraulikteil sich beispielsweise ein axial verschiebbarer Kolben zum Freigeben und zum Verschließen von Öffnungen im Ventilgehäuse befinden kann. Für eine Verstellung der Steuerzeiten kann beispielsweise ein Steuergerät einer Verbrennungskraftmaschine ein elektrisches Signal an das Zentralventil senden, dass daraufhin beispielsweise die Axialposition seines Steuerkolbens verändert, so dass das Zentralventil einen Druckmitteldruck von einer Ölpumpe der Verbrennungskraftmaschine zum Nockenwellenversteller leiten kann. Durch eine dadurch bewirkte Druckmitteldruckdifferenz in den beiden Hydraulikkammern kommt es zu einer relativen Verdrehung des Rotors sowie der damit verbundenen Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle, die über einen Steuertrieb mit der Kurbelwelle verbunden ist. Auf diese Weise werden die Steuerzeiten der Verbrennungskraftmaschine durch eine Verstellung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle verstellt.
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Darüber hinaus ist aus der Praxis bekannt, dass es Betriebszustände des Nockenwellenverstellers gibt, in denen ein fluidischer Kurzschluss zwischen den beiden Hydraulikkammern erwünscht oder gar notwendig ist. Ein Beispiel für einen solchen Betriebszustand ist eine Verstellung des Rotors in eine so genannte Mittenverriegelungsposition, in der durch eine Verriegelung des Rotors gegenüber dem Stator zumindest temporär keine relative Verdrehung derselben möglich ist. Dies kann beispielweise beim Abstellen der Verbrennungskraftmaschine erwünscht sein, wenn der Hydraulikdruck von der Ölpumpe abfällt, wodurch eine unerwünschte Nockenwellenverstellung oder ein sonstiger nicht erwünschter Effekt bewirkt werden kann. Um hierbei jedoch eine möglichst zügige und widerstandsfreie Verdrehung des Rotors in diese Mittenverriegelungsposition zu ermöglichen, ist es hilfreich, wenn eine fluidische Verbindung zwischen den beiden Hydraulikkammern möglich ist, so dass das Druckmittel je nach Verdrehrichtung des Rotors von der einen Hydraulikkammer in die andere Hydraulikkamer entweichen kann.
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Eine aus der Praxis bekannte Lösung zum Kurzschließen der beiden Hydraulikkammern ist beispielsweise eine spezielle konstruktive Ausgestaltung des Zentralventils, das dann zur Realisierung eines Kurzschlusses zwischen den beiden Hydraulikkammern eine zusätzliche Ventilposition aufweist. Obwohl dadurch wahlweise ein Kurzschluss zwischen den beiden Hydraulikkammern bewirkt werden kann, hat sich diese Lösung zumindest in konstruktiver Hinsicht als vergleichsweise aufwändig und damit kostenaufwändig erwiesen. Aufgrund des Kostendrucks in der Automobil-/Zulieferindustrie ist deshalb eine vergleichsweise einfachere und/oder kostengünstigere Lösung wünschenswert.
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Eine weitere aus der Praxis bekannte Lösung zum Kurzschließen der beiden Hydraulikkammern ist der Verbau eines zusätzlichen Kolbens innerhalb des Rotors. Dieser zusätzliche Kolben kann dabei im jeweiligen Flügel des Rotors oder innerhalb eines Lagerteilkreises des Rotors vorgesehen sein. Diesen beiden Anordnungen des zusätzlichen Kolbens ist gemeinsam, dass sie zwar wahlweise einen Kurzschluss zwischen den beiden Hydraulikkammern bewirken können, jedoch konstruktiv vergleichsweise aufwändig umzusetzen sind. Auch angesichts dieser Lösung besteht deshalb weiterhin der Wunsch nach einer vergleichsweise einfacheren und/oder kostengünstigeren Möglichkeit zum Kurzschließen der beiden Hydraulikkammern.
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Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Nockenwellenversteller zu schaffen, bei dem ein zuverlässiges Kurzschließen zweier Hydraulikkammern unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel erreicht wird. Ferner sollen die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile beseitigt oder wenigstens gemindert werden.
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Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Nockenwellenversteller erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen dem Rotor und der Zentralventilschraube eine relativ dazu axial verschiebbare Steuerhülse angeordnet ist, durch die die ersten und zweiten Hydraulikkammern wahlweise kurzschließbar sind.
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Das heißt in anderen Worten, dass mit der Steuerhülse ein gezielter fluidleitender bzw. fluidischer Kurzschluss zwischen zwei beispielweise benachbarten Hydraulikkammern durch ein axiales Verschieben der Steuerhülse zielgerichtet steuerbar ist. Dabei kann einer der ersten und zweiten Druckmittelkanäle der ersten Hydraulikkammer und der andere Druckmittelkanal der anderen, ggf. gegensinnigen Hydraulikkammer zugeordnet sein, so dass eine Freigabe einer fluidleitenden Verbindung zwischen den ventilseitig angeordneten Druckmittelkanälen gleichzeitig einen Kurzschluss zwischen der ersten und zweiten Hydraulikkammer bewirkt. Zudem kann die Steuerhülse beispielsweise zwischen dem Rotor und einer Zentralventilschraube angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass die Steuerhülse beispielsweise aus einem ggf. druckmittelbeständigen Kunststoff, etwa durch Spritzgießen, oder durch Tiefziehen aus einem Blechmaterial gefertigt ist. Das für den hydraulischen Nockenwellenversteller verwendete Druckmittel kann ein Hydrauliköl sein.
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Unter Zentralventilschraube kann auch eine zentrale Befestigungsschraube verstanden werden, die fluidleitend ausgebildet ist, jedoch im Gegensatz zur Zentralventilschraube selbst, keinen innerhalb der Schraube angeordneten verschiebbaren Steuerkolben aufweisen muss. Eine Zentralventilschraube selbst weist im Gegensatz zur zentralen Befestigungsschraube in ihrem Inneren einen verschiebbaren Steuerkolben auf. Erfindungsgemäß wird eine Zentralventilschraube oder eine zentrale Befestigungsschraube durch die Anordnung der erfindungsgemäßen Steuerhülse zwischen der Schraube und dem Rotor ergänzt. Selbstverständlich kann die Steuerhülse auch verliersicher mit dem Rotor oder der Zentralventilschraube bzw. zentralen Befestigungsschraube verbunden sein.
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Durch den erfindungsgemäßen Einsatz einer Steuerhülse werden gegenüber dem Stand der Technik gleich mehrere technische Vorteile erreicht. So kann zur Realisierung eines fluidleitenden Kurzschlusses zwischen zwei benachbarten Hydraulikkammern beispielsweise auf einen am Rotor bzw. Rotorflügel vorgesehenen sowie separat dazu ausgebildeten (Hydraulik-)Kolben verzichtet werden. Durch diesen Verzicht können die Rotorgeometrie sowie die Rotorkonstruktion signifikant vereinfacht werden. Es kann alternativ dazu auch auf ein vergleichsweise aufwändig gestaltetes Zentralventil verzichtet werden, da durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Steuerhülse keine zusätzliche Kurzschlussstellung des Zentralventils vorgesehen werden muss. Zudem hat sich gezeigt, dass sich der Strömungsquerschnitt für den zu steuernden Kurzschluss durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Steuerhülse auf konstruktiv einfache Weise erhöhen lässt. Zudem kann bei einem gezielten Kurzschluss das Zentralventil als Drosselstelle der Druckmittelströmung beseitigt werden.
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Vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es für eine besonders einfache konstruktive Umsetzung der Erfindung von Vorteil, wenn die Steuerhülse so angeordnet und ausgebildet ist, dass sie den wahlweisen Kurzschluss durch ihre Axialbewegung steuert, indem sie in Abhängigkeit ihrer axialen Lage den ersten und den zweiten Druckmittelkanal fluidleitend bzw. fluidisch miteinander verbindet. Dadurch sind an der Steuerhülse keine aufwändigen konstruktiven Maßnahmen notwendig, um den je nach Betriebszustand des Nockenwellenverstellers zu steuernden Kurzschluss zu ermöglichen. Vielmehr lässt sich dies über eine geeignete Festlegung der axialen Länge und/oder der axialen Verschiebungsweite usw. der Steuerhülse erreichen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass der erste und der zweite Druckmittelkanal durch die Steuerhülse zusätzlich wahlweise einzeln zu öffnen bzw. freigebbar und auch verschließbar sind. Das heißt in anderen Worten, dass sich entweder ein Kurzschluss der beiden Druckmittelkanäle bzw. der beiden Hydraulikkammern oder die Druckmittelkanäle ggf. einzeln und ggf. auch gleichzeitig öffnen oder schließen lassen. Es ist auch möglich, eine Kombination aus Öffnen bzw. Verschließen und einem Kurzschluss umzusetzen.
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Um die Steuerhülse auf besonders einfache Weise in die eine oder die andere Axialrichtung zu bewegen, ist es von Vorteil, wenn die Steuerhülse für ihre Axialbewegung durch den ersten und zweiten Druckmittelkanal ansteuerbar oder angesteuert ist. Das heißt in anderen Worten, dass der jeweilige Druckmittelkanal auch für das gesteuerte Bewegen der Steuerhülse in eine bestimmte Axialrichtung mitverwendet werden kann. Durch diese Doppelverwendung können das Zentralventil und/oder die Steuerhülse besonders einfach ausgestaltet sein.
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Es kann bspw. alternativ dazu aber auch vorgesehen sein, dass die Steuerhülse für ihre Axialbewegung durch einen dritten Druckmittelkanal ansteuerbar ist. Diese Variante zeichnet sich durch eine besonders präzise Steuerbarkeit der Axialbewegung bzw. Axiallage der Steuerhülse aus.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Druckmittelzufuhr über das Zentralventil oder die Nockenwelle erfolgen.
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Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, dass die Steuerhülse an ihrem Außenumfang wenigstens eine Verdrehsicherung zum in Eingriff bringen mit dem Zentralventil oder dem Rotor aufweist. Hierfür kann ein mit der Verdrehsicherung nach Art einer Zentrierung zusammenwirkendes Eingriffsmittel an oder auf dem Zentralventil und/oder dem Rotor vorgesehen sein.
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Um eine konstruktiv besonders einfache Verdrehsicherung zu realisieren, kann die wenigstens eine Verdrehsicherung der Steuerhülse in Form eines sich in radialer Richtung nach außen erstreckenden Vorsprungs oder, zusätzlich oder alternativ dazu, in Form wenigstens einer Führungsnase ausgebildet sein. Es ist beispielsweise möglich, dass ein in radialer Richtung von der Außenumfangsfläche der Steuerhülse vorstehender Radialvorsprung vorgesehen ist. Dieser kann sich zumindest abschnittsweise auch in Axialrichtung der Steuerhülse erstrecken und mit einer (ggf. auch Kurschluss-)Nut am Rotor in Eingriff bringbar sein, um die Steuerhülse gegen ein Verdrehen in ihrer Umfangsrichtung zu sichern. Die Nut am Rotor kann eine Aussparung sein, die gleichzeitig auch als so genannte Kurschlussnut funktioniert. Zusätzlich oder alternativ dazu ist es auch möglich, dass die Steuerhülse Führungsnasen aufweist, die keine ggf. separate oder zusätzliche Nut an dem Rotor benötigen, das sie in eine Kurzschlussnut des Rotors eingreifen. Auf diese konstruktiv einfache Weise wird die Steuerhülse gegen eine Verdrehung in ihrer Umfangsrichtung gesichert, wobei die Führungsnasen gleichzeitig einen Kurzschlussströmungskanal in der Kurzschlussnut frei lassen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die Steuerhülse zur Begrenzung ihrer Axialbewegung in einer Axialrichtung mit einer Nockenwelle, einem Rotorabsatz oder einem Zentralventilkopf in Anlage bringbar ist. Hierzu kann die Steuerhülse eine an die Einbaulage angepasste Geometrie, das heißt Länge aufweisen. Zudem können die Nockenwelle, der Rotorabsatz oder der Zentralventilkopf entsprechend ausgeformt oder geometrisch bemessen sein. Es ist auch möglich, dass die Steuerhülse einen oder mehrere Abstandshalter aufweist, die sich von wenigstens einer axialen Stirnfläche der Steuerhülse in axialer Richtung weg erstrecken.
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Für ein besonders zügiges Verschieben der Steuerhülse in axialer Richtung kann es von Vorteil sein, wenn die Steuerhülse durch ein Federelement in eine Axialrichtung vorgespannt ist. Beispielsweise kann sich das Federelement direkt oder indirekt in Anlage an der Steuerhülse befinden. Zudem kann das Federelement die Steuerhülse in eine Basisposition bzw. Ausgangsposition vorspannen, von der aus die Steuerhülse durch Druckmittelbeaufschlagung entgegen der Federkraft in die andere axiale Richtung verschiebbar ist. Das Federelement kann beispielsweise eine Schraubenfeder, insbesondere eine Druckfeder sein.
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Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Steuerhülse wenigstens einen Dichtvorsprung aufweist, der sich in radialer Richtung nach außen erstreckt. Hierfür kann die Steuerhülse zum wahlweisen Verschließen des jeweiligen Druckmittelkanals eine oder mehrere sich in radialer Richtung von der Umfangsfläche weg erstreckende Dichtfläche nach Art eines Dichtvorsprungs aufweisen.
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Darüber hinaus kann die Steuerhülse an wenigstens einer Stelle ihrer Umfangsfläche axial eingeschnitten sein.
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Der erfindungsgemäße Nockenwellenversteller lässt sich besonders vorteilhaft bei Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen einsetzen. Bei dieser Verwendung zeichnet er sich unter anderem durch eine konstruktiv besonders einfache Kurzschlussmöglichkeit seiner Hydraulikkammern aus.
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Die Erfindung wird nachfolgend auch mit Hilfe von beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen unterschiedliche Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller mit einem Stator, einem Rotor und einem Zentralventil, wobei ein Deckel des Nockenwellenverstellers zur besseren Veranschaulichung ausgeblendet ist,
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2 eine Vorderansicht des Nockenwellenverstellers aus 1,
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3 eine Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie III-III aus 2,
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4 eine perspektivische Draufsicht auf den Nockenwellenversteller aus den 1 bis 3, bei dem zur besseren Veranschaulichung eines Federelements eine Zentralventilschraube ausgeblendet ist,
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5 eine Vorderansicht des Nockenwellenverstellers aus 4, bei dem ebenfalls zur besseren Veranschaulichung eines Federelements eine Zentralventilschraube ausgeblendet ist,
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6 eine Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie VI-VI aus 5, bei dem ebenfalls zur besseren Veranschaulichung eines Federelements eine Zentralventilschraube ausgeblendet ist,
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7 eine perspektivische Draufsicht auf den Nockenwellenversteller aus den 1 bis 6, bei dem zur besseren Veranschaulichung von Druckmittelkanälen eine Steuerhülse, ein Federelement und eine Zentralventilschraube ausgeblendet sind,
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8 eine Vorderansicht des Nockenwellenverstellers aus 7, bei dem zur besseren Veranschaulichung von Druckmittelkanälen eine Steuerhülse, ein Federelement und eine Zentralventilschraube ausgeblendet sind,
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9 eine Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie IX-IX aus 8, bei dem zur besseren Veranschaulichung von Druckmittelkanälen eine Steuerhülse, ein Federelement und eine Zentralventilschraube ausgeblendet sind,
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10 eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers, in einem Zustand, in dem sich eine Steuerhülse in einer Kurzschlussposition befindet, wobei zur besseren Veranschaulichung eine Zentralventilschraube ausgeblendet ist,
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11 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie XI-XI aus 10, wobei sich eine Steuerhülse in einer Kurzschlussposition befindet, in der zwei Hydraulikkammern kurzgeschlossen sind,
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12 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie XII-XII aus 10, wobei sich eine Steuerhülse in einer Kurzschlussposition befindet, in der zwei Hydraulikkammern kurzgeschlossen sind, wobei die Körperkanten der Steuerhülse verdeckt sind, und wobei eine Druckmittelzufuhr zur hydraulischen Betätigung der Steuerhülse über ein Zentralventil erfolgt,
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13 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie XIII-XIII aus 10, bei der sich eine Steuerhülse in einer Nicht-Kurzschlussposition befindet, in der zwei Hydraulikkammern nicht kurzgeschlossen sind, wobei die Körperkanten der Steuerhülse verdeckt sind, und wobei eine Druckmittelzufuhr zur hydraulischen Betätigung der Steuerhülse über ein Zentralventil erfolgt,
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14 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie XIV-XIV aus 10, wobei hier ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers gezeigt ist, bei dem eine Druckmittelzuführung zur hydraulischen Betätigung der Steuerhülse über eine Nockenwelle erfolgt,
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15 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie XV-XV aus 10, wobei hier das weitere Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers aus 14 gezeigt ist, und wobei zur besseren Veranschaulichung eine Zentralventilschraube ausgeblendet ist,
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16 eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers mit eingezeichneter Schnittlinie,
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17 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie XVII-XVII aus 16, bei der sich eine Steuerhülse in einer Nicht-Kurzschlussposition befindet, in der zwei Hydraulikkammern nicht kurzgeschlossen sind,
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18 eine vergrößerte Schnittansicht gemäß 17, bei der sich eine Steuerhülse in einer Nicht-Kurzschlussposition befindet, in der zwei Hydraulikkammern nicht kurzgeschlossen sind,
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19 eine vergrößerte Schnittansicht gemäß 17, bei der sich eine Steuerhülse in einer Kurzschlussposition befindet, in der zwei Hydraulikkammern kurzgeschlossen sind,
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20 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Steuerhülse eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers, wie sie beispielsweise gemäß den 1 bis 19 verwendet werden kann,
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21 eine weitere perspektivische Ansicht der Steuerhülse aus 20, wobei eine Verdrehsicherung gezeigt ist,
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22 eine perspektivische Darstellung eines Rotors des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers, mit einer Nut zum Zusammenwirken einer Verdrehsicherung einer Steuerhülse,
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23 eine vergrößerte Darstellung der Nut des Rotors aus 22,
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24 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Steuerhülse eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers, wie sie beispielsweise gemäß den 1 bis 19 verwendet werden kann,
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25 eine weitere perspektivische Ansicht der Steuerhülse aus 24, wobei eine Verdrehsicherung gezeigt ist,
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26 eine perspektivische Ansicht eines Federelements eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers, wie sie beispielsweise gemäß 1 bis 19 verwendet werden kann,
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27 eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers, bei dem eine Steuerhülse dazu verwendet wird, einen oder zwei Druckmittelkanäle wahlweise freizugeben oder zu verschließen,
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28 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie XXVIII-XXVIII aus 27,
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29 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie XXIX-XXIX aus 27,
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30 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teilausschnitts aus 29, wobei sich eine Steuerhülse in einer Position befindet, in der alle Druckmittelkanäle freigegeben bzw. geöffnet sind,
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31 eine vergrößerte Schnittansicht gemäß 30, wobei zur besseren Veranschaulichung ein Zentralventil und ein Federelement ausgeblendet sind,
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32 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teilausschnitts aus 29, wobei sich eine Steuerhülse in einer Position befindet, in der ein Druckmittelkanal verschlossen ist,
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33 eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer Steuerhülse eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers, wie sie beispielsweise gemäß den 27 bis 32 verwendet werden kann,
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34 eine weitere perspektivische Ansicht der Steuerhülse aus 33, wobei ein axialer Ausschnitt an der Umfangsfläche der Steuerhülse gezeigt ist,
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35 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers mit eingezeichneter Schnittlinie,
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36 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie XXXVI-XXXVI aus 35,
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37 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teilausschnitts aus 36, wobei sich eine Steuerhülse in einer Position befindet, in der Druckmittelkanäle zueinander abgedichtet, das heißt nicht kurzgeschlossen sind, und wobei ein Druckmittelkanal für eine Hydraulikkammer freigegeben ist,
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38 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teilausschnitts aus 36, wobei sich eine Steuerhülse in einer Position befindet, in der Druckmittelkanäle miteinander kurzgeschlossen sind, und wobei ein Druckmittelkanal für eine Hydraulikkammer verschlossen ist,
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39 eine perspektivische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels einer Steuerhülse eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers, wie sie beispielsweise gemäß den 35 bis 38 verwendet werden kann, und
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40 eine weitere perspektivische Ansicht der Steuerhülse aus 39.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 1 der Flügelzellenbauart in einer perspektivischen Draufsicht. Ein solcher Nockenwellenversteller dient dem winkelmäßigen Verstellen einer Nockenwelle 2 gegenüber einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
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Der Nockenwellenversteller 1 ist in dieser Beschreibung zur besseren Veranschaulichung durchgehend ohne einen Nockenwellenverstellerdeckel dargestellt. Der Nockenwellenversteller 1 weist einen im Wesentlichen zylindrischen Stator 3 auf, der über eine Vielzahl von sich radial nach innen erstreckenden Stegen 4 verfügt, wobei in diesem Ausführungsbeispiel genau vier Stege 4 ausgebildet sind. Der Stator 3 ist durch eine (hier nicht gezeigte) Verzahnung mittels eines Steuertriebs durch die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine antreibbar oder angetrieben. Innerhalb des Stators 3 ist ein Rotor 5 aufgenommen bzw. angeordnet, der mit Nockenwelle 2 drehfest verbunden und so gelagert ist, dass er gegenüber dem Stator 3 über einen Winkelbereich verdrehbar ist, der durch die Stege 4 vorgegeben bzw. begrenzt ist.
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Der Rotor 5 weist eine Vielzahl von Rotorflügeln 6 auf, wobei in diesem Ausführungsbeispiel genau vier Rotorflügel 6 ausgebildet sind. Die Rotorflügel 6 wirken mit den Stegen 4 des Stators 3 derart zusammen, dass zwischen dem Stator 3 und dem Rotor 5 eine Vielzahl von druckmittelbeaufschlagbaren ersten Hydraulikkammern 7 und zweiten Hydraulikkammern 8 ausgebildet sind. Die Hydraulikkammern 7 und 8 sind dazu eingerichtet, in Abhängigkeit einer wahlweisen Druckmittelbeaufschlagung eine jeweils gegensinnige Drehbewegung des Rotors 5 gegenüber dem Stator 3 zu bewirken, so dass die Nockenwelle 2 durch Drehung des Rotors 5 in Richtung Früh oder in die gegensinnige Richtung Spät verstellbar ist.
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Der Nockenwellenversteller 1 weist zur Steuerung der wahlweisen Druckmittelbeaufschlagung der ersten und zweiten Hydraulikkammern 7 und 8 ein Zentralventil mit Zentralventilschraube 9 auf, welche innerhalb des Rotors 5 angeordnet sind.
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2 zeigt den Nockenwellenversteller 1 in einer Vorderansicht, wobei auch hier zur besseren Veranschaulichung ein Nockenwellenverstellerdeckel des Nockenwellenverstellers 1 ausgeblendet bzw. nicht dargestellt ist.
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In 3, die eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie III-III in 2 zeigt, ist zu erkennen, dass der Nockenwellenversteller 1 zudem einen ersten Druckmittelkanal 10 und einen zweiten Druckmittelkanal 11 aufweist, die der wahlweisen Druckmittelbeaufschlagung der ersten Hydraulikkammern 7 und zweiten Hydraulikkammern 8 dienen. Wie oben beschrieben, erfolgt diese wahlweise Druckmittelbeaufschlagung durch eine hydraulische Steuerung mittels des Zentralventils mit Zentralventilschraube 9.
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Darüber hinaus weist der Nockenwellenversteller 1 eine Steuerhülse 12 aufweist, die zwischen dem Rotor 5 und der Zentralventilschraube 9 angeordnet ist und sich entlang derselben in axialer Richtung erstreckt. Dabei dient die Steuerhülse 12 unter anderem der wahlweisen Steuerung eines fluidleitenden bzw. fluidischen Kurzschlusses der ersten und zweiten Hydraulikkammern 7 und 8. Die Steuerhülse 12 ist in axialer Richtung des Nockenwellenverstellers 1 bzw. der Zentralventilschraube 9 axial verschiebbar angeordnet bzw. gelagert, um durch eine Druckmittelbeaufschlagung in eine Axialrichtung betätigt bzw. axial bewegt zu werden und so in Abhängigkeit ihrer Geometrie, nämlich beispielsweise der Axiallänge und/oder Formgebung der Steuerhülse 12, den Druckmittelfluss zu steuern. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Druckmittelbeaufschlagung der Steuerhülse 12 durch das Zentralventil. Für die Druckmittelbeaufschlagung weist die Steuerhülse 12 einen druckmittelbeaufschlagbaren Bund 13 auf, der in diesem Ausführungsbeispiel umlaufend ausgebildet ist.
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Das heißt, dass die Steuerhülse 12 derart geometrisch ausgebildet und angeordnet ist, dass sie den ersten Druckmittelkanal 10 und den zweiten Druckmittelkanal 11 zumindest wahlweise fluidisch miteinander verbindet, das heißt kurzschließt, oder fluidisch voneinander trennt bzw. abdichtet, das heißt nicht kurzschließt. Für diese Abdichtung weist die Steuerhülse 12 einen oder mehrere angeformte Dichtvorsprünge 14 auf, der gemeinsam mit der Steuerhülse 12 so in seiner Axialposition veränderbar ist, dass er wahlweise eine fluidische Verbindung zwischen den beiden Druckmittelkanälen 10 und 11 freigibt oder verschließt. In diesem Ausführungsbeispiels sind mehrere Dichtvorsprünge 14 vorgesehen, die über den Umfang der Steuerhülse 12 verteilt angeordnet sind.
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In 3 ist auch zu erkennen, dass die Steuerhülse 12 in eine Axialrichtung durch ein Federelement 15 vorgespannt ist, um die Steuerhülse 12 in eine Arbeitsposition vorzuspannen, in der die beiden Hydraulikkammern 7 und 8 bzw. die beiden Druckmittelkanäle 10 und 11 gegeneinander fluidisch abgedichtet sind. Zum Axialverschieben der Steuerhülse 12 aus der Arbeitsposition ist deshalb ein Druckmitteldruck notwendig, der eine höhere Kraft als das Federelement 15 bewirkt, um die Steuerhülse 12 entgegen der Vorspannkraft des Federelements 15 in axialer Richtung zu verschieben. Durch das fluiddichte Abdichten der beiden Hydraulikkammern 7 und 8 gegeneinander durch den Dichtvorsprung 14 können in den beiden Hydraulikkammern 7 und 8 jeweils unterschiedliche Hydraulikdrücke aufgebaut werden.
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Die 4 und 5 zeigen den Nockenwellenversteller 1 in einer perspektivischen Ansicht bzw. in einer Vorderansicht, in der die Zentralventilschraube 9 zur besseren Veranschaulichung ausgeblendet ist. Dadurch ist beispielsweise das Federelement 15 besser zu erkennen, bei dem es sich in diesem Ausführungsbeispiel um eine Druckfeder in Form einer Schraubenfeder handelt.
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6 zeigt eine Schnittansicht des Nockenwellenverstellers 1 entlang der Schnittlinie VI-VI aus 5. Wie oben erläutert, befindet sich die Steuerhülse 12 hier in einer Arbeitsposition, in der die beiden Hydraulikkammern 7 und 8 gegeneinander abgedichtet sind.
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Die 7, 8 und 9 zeigen den Nockenwellenversteller 1 zur besseren Veranschaulichung ohne die Zentralventilschraube 9, die Steuerhülse 12 und das Federelement 15.
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In 10, die den Nockenwellenversteller 1 in einer Vorderansicht zeigt, befindet sich die Steuerhülse 12 in einer Axialposition, in der die beiden Hydraulikkammern 7 und 8 fluidisch kurzgeschlossen, das heißt miteinander fluidleitend verbunden sind. Durch diesen fluidischen Kurzschluss ist ein Druckmittelaustausch bzw. ein Druckausgleich zwischen den beiden gegensinnigen Hydraulikkammern 7 und 8 möglich. Bei dieser axialen Position der Steuerhülse 12 ist in einem zwischen der Steuerhülse 12, der Nockenwelle 2 und der (hier nicht dargestellten) Zentralventilschraube 9 kein oder nur ein vergleichsweise geringer Druckmitteldruck aufgebaut.
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Dies ist in 11, die eine Schnittansicht durch den Nockenwellenversteller 1 gemäß der Schnittlinie XI-XI aus 10 zeigt, noch besser zu erkennen. Insbesondere ist die Steuerhülse 12 gegenüber der in 6 dargestellten Axialposition der Steuerhülse 12 nach links verschoben. Infolgedessen befinden sich auch die angeformten Dichtvorsprünge 14 in einer anderen Axialposition, so dass die beiden Hydraulikkammern 7 und 8 fluidisch miteinander verbunden bzw. kurzgeschlossen sind.
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In 12, die eine vergrößert dargestellte Schnittansicht durch den Nockenwellenversteller 1 entlang der Schnittlinie XII-XII aus 10 mit verdeckten Körperkanten der Steuerhülse 12 zeigt, ist die Kurzschluss-Position der Steuerhülse 12 noch besser zu erkennen.
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Im Gegensatz dazu ist in 13, die eine vergrößert dargestellte Schnittansicht entlang der Schnittline XIII-XIII aus 10 mit den verdeckten Körperkanten der Steuerhülse 12 zeigt, die Steuerhülse 12 in einer gegenüber der Kurzschluss-Position axial nach rechts verschobenen Position dargestellt. In dieser nicht-kurzschließenden Axialposition bzw. Arbeitsposition sind die beiden Druckmittelkanäle 10 und 11 durch die Dichtvorsprünge 14 der Steuerhülse 12 zumindest weitgehend fluiddicht voneinander abgetrennt.
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In den 14 und 15, die den Nockenwellenversteller 1 in einer Schnittansicht gemäß 10 zeigen, ist eine alternative druckmittelbedingte Ansteuerung der Steuerhülse 12 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Druckmittelzufuhr zur Ansteuerung der Steuerhülse 12 durch einen zusätzlich ausgebildeten Druckmittelkanal 16, der innerhalb der Nockenwelle 2 ausgebildet ist. In 15 ist zur besseren Veranschaulichung die Zentralventilschraube 9 ausgeblendet.
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16 zeigt den Nockenwellenversteller 1 in einer mit einer weiteren eingezeichneten Schnittlinie XVII-XVII.
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In 17 ist die zugehörige, vergrößert dargestellte Schnittansicht entlang der Schnittlinie XVII-XVII gezeigt. Es ist zu erkennen, dass sich die Steuerhülse 12 in ihrer Arbeitsposition befindet, in der die beiden Druckmittelkanäle 10 und 11 durch die Dichtvorsprünge 14 der Steuerhülse 12 zumindest weitgehend fluiddicht voneinander abgetrennt sind.
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Dieselbe Axialposition der Steuerhülse 12 ist in 18 zu erkennen, die die vergrößert dargestellte Detailansicht VIII aus 17 zeigt. Hier ist deutlicher zu erkennen, dass die Dichtvorsprünge 14 die beiden Druckmittelkanäle 10 und 11 zumindest weitgehend fluiddicht voneinander abtrennen.
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Im Gegensatz dazu befindet sich die Steuerhülse 12 in 19, die ebenfalls die vergrößert dargestellte Detailansicht XIX aus 17 zeigt, in ihrer axialen Kurschlussposition. In 19 ist zu erkennen, dass die Steuerhülse 12 gegenüber der in 18 dargestellten Axialposition nach links verschoben ist, so dass die Dichtvorsprünge 14 einen Druckmittelaustausch bzw. einen Druckmitteldruckausgleich zwischen den beiden Druckmittelkanälen 10 und 11 freigibt.
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Die 20 und 21 zeigen die in den vorstehend erläuterten 1 bis 19 verwendete Steuerhülse 12 jeweils in einer perspektivische Vorderansicht bzw. Rückansicht. Dadurch sind beispielsweise die Dichtvorsprünge 14 zu erkennen. Darüber hinaus ist eine Verdrehsicherung 17 sichtbar, bei der es sich in diesem Ausführungsbeispiel um einen sich in radialer Richtung nach außen erstreckenden Vorsprung handelt. Diese Verdrehsicherung 17 hält die Steuerhülse 12 in einer vorbestimmten Ausrichtung in ihrer Umfangsrichtung. Es ist ferner zu erkennen, dass die Steuerhülse 12 eine Vielzahl von Axialabstandshaltern 18 aufweist, die an dem Bund 13 ausbildet sind.
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In den 22 und 23 ist der Rotor 5 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt, wobei in einer Rotornabe 19 eine Nut 20 für ein Zusammenwirken mit der Verdrehsicherung 17 der Steuerhülse 12 ausgebildet ist. Durch ein in Eingriff bringen der Verdrehsicherung 17 mit der Nut 20 wird die Steuerhülse 12 in ihrer Umfangsrichtung in einer vorbestimmten Ausrichtung gehalten.
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Eine alternative Ausgestaltung der Verdrehsicherung 17 ist in den 24 und 25 dargestellt, die die Steuerhülse ebenfalls in einer perspektivische Vorderansicht bzw. Rückansicht zeigen. In dieser Ausführungsvariante ist die Verdrehsicherung 17 in Form von zwei (Führungs-)Nasen ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die oben beschriebene Nut 20 eingespart werden kann, da sich die Nasen in einer ohnehin im Rotor 5 ausgebildeten Kurschlussnut orientieren.
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In 26 ist das Federelement 15 in einer perspektivischen Ansicht als Einzelteil dargestellt. Es ist erkennbar, dass dieses als Druckfeder ausgebildet ist.
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In den 27 bis 32 ist ein weiterer Anwendungsfall der Steuerhülse 12 gezeigt, bei dem die Steuerhülse 12 für ein wahlweises Freigeben und Verschließen des ersten Druckmittelkanals 10 und/oder des zweiten Druckmittelkanals 11 verwendet wird. Hierfür weist die Steuerhülse 12 eine gegenüber dem vorstehend Beschriebenen eine abgewandelte konstruktive Ausgestaltung bzw. Formgebung auf. Die Ansteuerung der Steuerhülse 12 erfolgt jedoch wie bei dem vorstehend beschriebenen Anwendungsfall.
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27 zeigt den Nockenwellenversteller 1 für den weiteren Anwendungsfall in einer Vorderansicht mit zwei eingezeichneten Schnittlinien. Zudem ist in 28 ist eine Schnittansicht des Nockenwellenverstellers 1 entlang der Schnittlinie XXVIII-XXVIII aus 27 gezeigt. In 29 ist eine Schnittansicht des Nockenwellenverstellers 1 entlang der Schnittlinie XXIX-XXIX aus 27 dargestellt.
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In 30, die eine vergrößert dargestellte Detailansicht XXX des in 29 gezeigten Schnittes zeigt, ist die Steuerhülse 12 in der Axialposition dargestellt, in der alle Druckmittelkanäle 10 und 11 freigegeben, das heißt offen sind. Zur besseren Veranschaulichung ist dies in 31 nochmals mit ausgeblendeten Zentralventil und Federelement 15 dargestellt.
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Im Gegensatz dazu ist in 32 eine Axialposition der Steuerhülse 12 dargestellt, bei der der zweite Druckmittelkanal 11 verschlossen bzw. gesperrt ist, so dass kein Druckmittel in die zweite Hydraulikkamer 8 hinein- oder aus dieser herausströmen kann.
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Die 33 und 34 zeigen in jeweils einer perspektivischen Vorderansicht und Rückansicht die konstruktive Ausgestaltung der Steuerhülse 12 zur Verwendung für den in den 27 bis 32 gezeigten Anwendungsfall, bei dem die Steuerhülse 12 für ein wahlweises Freigeben und Verschließen des ersten Druckmittelkanals 10 und/oder des zweiten Druckmittelkanals 11 verwendet wird. Es ist erkennbar, dass die Steuerhülse 12 an einer Stelle ihres Umfangs eine sich axial über eine Teillänge der Steuerhülse 12 erstreckende Aussparung 21 in Form eines Aus- bzw. Einschnitts aufweist. Auf diese Weise kann an dieser Stelle die Druckmittelströmung des zweiten Druckmittelkanals 11 nicht kontrolliert werden.
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Ein weiterer Anwendungsfall der Steuerhülse 12 ist in den 35 bis 40 gezeigt. Hierfür ist in 35 ein Nockenwellenversteller 1 in einer Vorderansicht mit eingezeichneter Schnittlinie XXXVI-XXVI gezeigt. Die zugehörige Schnittansicht entlang dieser Schnittlinie ist in 36 dargestellt.
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In 37, die eine vergrößert dargestellte Detailansicht der Schnittansicht aus 36 zeigt, ist erkennbar, dass die Steuerhülse 12 derart ausgeformt und/oder angeordnet ist, dass sich zum einen ein fluidischer Kurschluss zwischen dem ersten Druckmittelkanal 10 und dem zweiten Druckmittelkanal 11 bewirken lässt. Zum anderen auch der zweite Druckmittelkanal 11 freigebbar ist, damit Druckmittel in die zweite Hydraulikkamer 8 hinein- oder aus dieser herausströmen kann. In der in 37 dargestellten Axialposition der Steuerhülse 12 befindet sich diese in einer Nicht-Kurzschlussposition, in der die beiden Druckmittelkanäle 10 und 11 nicht fluidisch miteinander verbunden bzw. kurzgeschlossen sind. Dennoch ist der zweite Druckmittelkanal 11 freigegeben bzw. geöffnet.
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Im Gegensatz dazu befindet sich die Steuerhülse 12 in 38 in einer Axialposition, in der ein fluidischer Kurschluss zwischen dem ersten Druckmittelkanal 10 und dem zweiten Druckmittelkanal 11 hergestellt ist. Dagegen ist der zweite Druckmittelkanal 11 in dieser Axialposition der Steuerhülse 12 verschlossen.
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Die 39 und 40 zeigen in jeweils einer perspektivischen Vorderansicht und Rückansicht die konstruktive Ausgestaltung der Steuerhülse 12 zur Verwendung für den in den 35 bis 38 gezeigten Anwendungsfall, bei dem die Steuerhülse 12 für ein wahlweises Herstellen eines fluidischen Kurzschlusses zwischen dem ersten Druckmittelkanal 10 und dem zweiten Druckmittelkanal 11 verwendet wird, und zusätzlich der zweite Druckmittelkanal 11 wahlweise freigebbar oder verschließbar ist. Es ist erkennbar, dass die Steuerhülse 12 an einer Stelle ihres Umfangs eine in Lasche 22 aufweist, die sich in einer Axialrichtung von dem Hauptkörper der Steuerhülse wegerstreckt, wobei die Lasche 22 eine Durchgangsöffnung 23 aufweist. Auf diese Weise kann die Druckmittelströmung des zweiten Druckmittelkanals 11 kontrolliert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Nockenwelle
- 3
- Stator
- 4
- Stege
- 5
- Rotor
- 6
- Flügel
- 7
- erste Hydraulikkammern
- 8
- zweite Hydraulikkammern
- 9
- Zentralventilschraube
- 10
- erster Druckmittelkanal
- 11
- zweiter Druckmittelkanal
- 12
- Steuerhülse
- 13
- Bund
- 14
- Dichtvorsprung/-vorsprünge
- 15
- Federelement
- 16
- Druckmittelkanal bzw. Druckmittelzufuhr
- 17
- Verdrehsicherung
- 18
- Axialabstandshalter
- 19
- Rotornabe
- 20
- Nut
- 21
- Aussparung
- 22
- Lasche
- 23
- Durchgangsöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010023864 A1 [0002]
- DE 102013203139 A1 [0003]