DE102015208453B3

DE102015208453B3 - Nockenwellenversteller mit Rückschlagventilen am Volumenspeicher

Info

Publication number: DE102015208453B3
Application number: DE102015208453.1A
Authority: DE
Inventors: Ali BAYRAKDAR
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2035-05-08

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Nockenwellenversteller einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Steuerventil, das mit Druckmittel beaufschlagbare Arbeitskammern beherrscht, und mit einem Zentralgehäuse (1), das Arbeitskammeranschlüsse (A und B) und einen Druckanschluss (P) aufweist und mit einem beweglich geführten Steuerkolben (4) versehen ist, der Außenstege (6 bis 8) aufweist, die mit einer den Steuerkolben (4) umgebenden Steuerhülse (3) in Wirkverbindung stehen, wobei die Steuerhülse (3) in dem Zentralgehäuse (1) fixiert ist, und mit zumindest einem Rückschlagventil, mittels dessen die Arbeitskammern mit Druckmittel nachfüllbar sind, wobei das Rückschlagventil im Steuerventil angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Nockenwellenversteller einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Steuerventil, das mit Druckmittel beaufschlagbare Arbeitskammern beherrscht, und mit einem Zentralgehäuse, das Arbeitskammeranschlüsse (A und B) und einen Druckanschluss (P) aufweist und mit einem beweglich geführten Steuerkolben versehen ist, der Außenstege aufweist, die mit einer den Steuerkolben umgebenden Steuerhülse in Wirkverbindung stehen, wobei die Steuerhülse in dem Zentralgehäuse fixiert ist, und mit zumindest einem Rückschlagventil, mittels dessen die Arbeitskammern mit Druckmittel nachfüllbar sind und wobei das Rückschlagventil im Steuerventil angeordnet ist.
Nockenwellenversteller sind allgemein bekannt. Der Nockenwellenversteller der WO 2011/032805 A1 weist zwischen den jeweiligen Arbeitskammern Volumenspeicher auf, die mittels Leitungen und Rückschlagventilen mit den Arbeitskammern verbindbar sind. Die Leitungen und Rückschlagventile sind in nach innen gerichteten Vorsprüngen am Statur angeordnet, der von der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Der Zugang zu den Leitungen und Rückschlagventilen zu ihrer Herstellung und Anordnung ist sehr schwierig und aufwendig.
Aus der US 2012/0 152 195 A1 ist ein Steuerventil für einen Nockenwellenversteller bekannt. Gezeigt ist ein Steuerventil mit einem Ventilgehäuse und einem in dem Ventilgehäuse angeordneten Steuerkolben. Das Ventilgehäuse hat mehrere Radialbohrungen, die den Zulaufanschluss sowie die ablaufseitigen Versorgungsanschlüsse A und B bilden. Am Innenumfang ist im Bereich des Zulaufanschlusses und der ablaufseitigen Versorgungsanschlüsse ein Blechband angeordnet, dass einen Eintritt von Hydraulikmittel in das Ventilgehäuse zulässt; ein Austreten von Hydraulikmittel wird jedoch verhindert.
Ein weiteres Steuerventil ist aus der DE 10 2010 018 200 A1 bekannt. Gezeigt ist ein Steuerventil mit einem Ventilgehäuse und ein darin angeordneter Steuerkolben. Das Gehäuse weist am Innenumfang im Bereich von Radilabohrungen, die den Zulaufanschluss bilden, ein gebogenes Blechband auf. Das Blechband dient als Rückschlagventil und hat eine ovale Form, die – im Zusammenwirken mit einer oval geformten Kontur des Innenumfangs – das Blechband gegen ein Verdrehen sichert.
Die DE 10 2012 221 720 A1 zeigt ein weiteres Steuerventil mit Gehäuse und einem darin angeordneten Steuerkolben. Der Zulauf von Druckmittel erfolgt über einen axialen Zulaufanschluss. Ein Rückschlagventil sichert den Zulaufanschluss gegen ein Zurückströmen von Hydraulikmittel. Das Rückschlagventil ist als Rückschlagventilplatte gestaltet, die mithilfe eines Federarms gegen den Rückschlagventilsitz gedrückt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Nockenwellenversteller der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, dass die beschriebenen Nachteile behoben werden. Dies soll mit einfachen kostengünstigen Mitteln erfolgen.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass der Steuerkolben hohl ausgebildet ist und Wandöffnungen zu den Zwischenräumen der Außenstege aufweist und dass die Wandöffnungen am Außenumfang des Steuerkolbens verschließbar sind. Dadurch ist es möglich, dass die jeweils angesteuerte Arbeitskammer bei Ungleichförmigkeiten am Rotor über die Wandöffnungen und das Rückschlagventil mittels Druckmittel aus dem hohlen Steuerkolben versorgt wird.
Das/die Rückschlagventil(e) sind im Steuerventil angeordnet. Dadurch können die Leitungen und Rückschlagventile in dem Vorsprung am Stator entfallen. Sie werden durch ein Rückschlagventil am Steuerkolben ersetzt.
Das Rückschlagventil kann als Rückschlagventilblech ausgebildet sein, das ringförmig mit oder ohne einzelne Rückschlagklappen ausgebildet ist. Dieses Rückschlagventilblech kann federnd ausgebildet und auf dem Steuerkolben drehgesichert sein, so dass es die Wandöffnungen freigibt oder verschließt. Es kann aber auch ein Band vorgesehen sein, an dem einzelne den Wandöffnungen zugeordnete Rückschlagklappen vorgesehen sind. Die Wandöffnungen sind in dem Zwischenraum des Steuerkolbens angeordnet, der je nach seiner Steuerstellung den Druckmittelzufluss zu dem Arbeitskammeranschluss A oder B zugeordnet ist. Dadurch kann sowohl eine Steuerung des Druckmittelzuflusses über den Zwischenraum zwischen den Außenstegen erfolgen als auch bei Unterdruck in der jeweiligen Arbeitskammer Druckmittel aus dem Hohlraum des Steuerkolbens nachgeliefert werden. Der andere Arbeitskammeranschluss A oder B steht dabei mit dem Hohlraum des Steuerkolbens in Wirkverbindung. Dabei ist der Hohlraum des Steuerkolbens mit dem Tankanschluss verbunden.
Auch wenn mehrere Wandöffnungen im Steuerkolben vorgesehen sind, die durch das Rückschlagventilblech oder die Rückschlagklappen verschließbar sind, handelt es sich funktional um ein einziges Rückschlagventil, das je nach Stellung des Steuerkolbens alternativ einer bez. einer Gruppe von Arbeitskammern) zugeordnet ist, die jeweils über den Arbeitskammeranschluss A oder B mit Druckmittel beaufschlagt werden. Die erfinderische Ausgestaltung ersetzt daher die Volumenspeicher samt den einzelnen Leitungen und den einzelnen Rückschlagventilen.
Um sicherzustellen, dass der Hohlraum des Steuerkolbens immer mit Druckmittel gefüllt ist und die Arbeitskammern von dort Druckmittel und keine Luft ansaugen, ist der Tankanschluss an ein Leitungssystem angeschlossen, das zumindest teilweise in einem maschinenfesten Bauteil der Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei dieser Leitungsteil geodätisch höher angeordnet ist als das Steuerventil. Dadurch wird sichergestellt, dass der Hohlraum des Steuerkolbens nicht unabsichtlich geleert wird sondern dass dort immer hinreichend Druckmittel vorhanden ist.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beschrieben:
1 zeigt einen Schnitt durch ein Steuerventil mit Zentralgehäuse,
2 zeigt einen Schnitt entsprechend 1 mit zusätzlichen Teilschnitten durch eine Nockenwelle, einen Nockenwellenversteller und ein feststehendes Bauteil und
3 zeigt eine Ausgestaltung ähnlich 2 mit zusätzlichem Schnitt durch eine Betätigungseinheit für den Steuerkolben.
In den 1 bis 3 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 ein Zentralgehäuse bezeichnet, das Arbeitskammeranschlüsse A und B, einen Druckanschluss P und einen Tankanschluss T aufweist. In den 1 und 2 ist das Zentralgehäuse als eigenständiges Bauteil ausgebildet, während in 3 das Zentralgehäuse als hülsenförmige Verlängerung der Nockenwelle ausgeführt ist. Im Zentralgehäuse 1 ist unter Zwischenschaltung einer Ölleithülse 2 eine Steuerhülse 3 fixiert, in der ein Steuerkolben 4 gegen die Kraft einer Feder 5 axial verschiebbar gelagert ist. Der Steuerkolben 4 weist auf seinem Außenumfang Außenstege 6, 7 und 8 auf, wobei in dem Zwischenraum zwischen den Außenstegen 7 und 8 Wandöffnungen 9 eingearbeitet sind, die zu einem Hohlraum im Steuerkolben 4 führen. Der Hohlraum des Steuerkolbens 4 ist weiterhin mittels Aussparungen in der Wand des Steuerkolbens 4 mit dem Tankanschluss T verbunden. Am Außenumfang des Steuerkolbens 4 zwischen den Außenstegen 7 und 8 ist ein Rückschlagventilblech vorgesehen, das die Wandöffnungen 9 überdeckt und dadurch in der Lage ist, die Wandöffnungen in Richtung zum Hohlraum des Steuerkolbens 4 zu verschließen. Das Rückschlagventilblech 10 kann federnd ausgebildet sein, so dass vom Hohlraum des Steuerkolbens 4 Druckmittel zu dem Ringraum zwischen den Außenstegen 7 und 8 gelangen kann. Es können aber auch einzelne Rückschlagklappen auf dem Rückschlagventilblech befestigt sein. Weist der Steuerkolben 4 die in 1 dargestellte Stellung auf, so kann Druckmittel durch Kanäle in der Ölleithülse 2 zu dem Arbeitskammeranschluss B gelangen, so dass eine Verstellung des Nockenwellenverstellers erfolgt. Da die entgegengesetzte Arbeitskammer A gleichzeitig entleert werden muss, ist der Arbeitskammeranschluss A mit dem Hohlraum des Steuerkolbens 4 verbunden. Tritt in der Arbeitskammer B durch Drehmomentschwankungen an der Nockenwelle ein Unterdruck auf, so kann Druckmittel über die Wandöffnungen 9 und das Rückschlagventilblech 10 aus dem Hohlraum des Steuerkolbens 4 nachgeführt werden, ohne dass in der Arbeitskammer B Luft angesaugt wird.
Das Zentralgehäuse 1 gemäß den 1 und 2 ist als Zentralschraube ausgebildet, die mit dem Ende einer mit 11 bezeichneten Nockenwelle verbunden ist und den Nockenwellenversteller mit der Nockenwelle 11 verspannt. Die Nockenwelle 11 ist an ihrem Ende an einem maschinenfesten Bauteil 12 der Brennkraftmaschine gelagert, wobei das Bauteil 12 als Lagerbock ausgebildet ist. Der Tankanschluss T gemäß den 1 und 2 ist mit einem Leitungssystem 13 verbunden, zu der eine Bohrung 14 in der Nockenwelle 11 und ein Ringraum in dem Bauteil 12 mit einer geodätischen nach oben führenden Leitung 15 gehören. Die Leitung 15 mündet auf einer Höhe, die höher liegt als der Steuerkolben 4, so dass der Hohlraum des Steuerkolbens 4 immer mit Öl gefüllt ist.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Ausgestaltung, bei dem der Antriebsraum des Nockenwellenverstellers Öl frei ausgebildet ist. Die dort dargestellte Betätigungseinheit 16 für den Steuerkolben 4 ist mittels eines Dichtelementes 17 gegenüber einer Deckplatte 18 des Nockenwellenverstellers abgedichtet. Das Zentralgehäuse 1 ist Bestandteil der zumindest teilweise als Hohlwelle 19 ausgebildeten Nockenwelle 11. Um auch den Tankanschluss abzudichten weist die dem Bauteil 12 zugewandte Seitenwand des Nockenwellenverstellers einen Flansch 20 auf, der unter Zwischenschaltung eines Dichtringes 21 mit dem Bauteil 12 in Wirkverbindung steht. Dabei ist das Ende der Mündung der Leitung 15 ebenfalls höher als der Steuerkolben 4 angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Zentralgehäuse
2: Ölleithülse
A, B: Arbeitskammeranschlüsse
P: Druckanschluss
T: Tankanschluss
3: Steuerhülse
4: Steuerkolben
5: Feder
6, 7, 8: Außenstege
9: Wandöffnungen
10: Rückschlagventilblech
11: Nockenwelle
12: Bauteil
13: Leitungssystem
14: Bohrung
15: Leitung
16: Betätigungseinheit
17: Dichtelement
18: Deckplatte
19: Hohlwelle
20: Flansch
21: Dichtring

Claims

Nockenwellenversteller einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Steuerventil, das mit Druckmittel beaufschlagbare Arbeitskammern beherrscht, und mit einem Zentralgehäuse (1), das Arbeitskammeranschlüsse (A und B) und einen Druckanschluss (P) aufweist und mit einem beweglich geführten Steuerkolben (4) versehen ist, der Außenstege (6 bis 8) aufweist, die mit einer den Steuerkolben (4) umgebenden Steuerhülse (3) in Wirkverbindung stehen, wobei die Steuerhülse (3) in dem Zentralgehäuse (1) fixiert ist, und mit zumindest einem Rückschlagventil, mittels dessen die Arbeitskammern mit Druckmittel nachfüllbar sind und wobei das Rückschlagventil im Steuerventil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (4) hohl ausgebildet ist und Wandöffnungen (9) zu den Zwischenräumen zwischen den Außenstegen (6 bis 8) aufweist und dass die Wandöffnungen (9) am Außenumfang des Steuerkolbens (4) verschließbar sind.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil ein Rückschlagventilblech (10) aufweist, das ringförmig mit oder ohne Rückschlagklappen um die Wandöffnungen (9) angeordnet ist.
Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandöffnungen (9) in dem Zwischenraum des Steuerkolbens (4) angeordnet sind, der je nach seiner Steuerstellung dem Druckmittelzufluss zu dem Arbeitskammeranschluss A oder B zugeordnet ist.
Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum des Steuerkolbens (4) mit einem Tankanschluss T verbunden ist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Tankanschluss T an ein Leitungssystem (13) angeschlossen ist, das zumindest teilweise in einem maschinenfesten Bauteil (12) der Hubkolbenbrennkraftmaschine und dort geodätisch höher angeordnet ist als das Steuerventil.