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Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller eines Flügelzellentyps für die Verstellung einer Phasenlage zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle eines Kraftfahrzeugs mit einem Stator und einem konzentrisch zu und drehbar gegenüber diesem Stator angeordneten Rotor, wobei der Rotor über eine hydraulisch aktuierbare Verriegelungsvorrichtung/Verriegelungspin drehfest mit dem Stator verbindbar/koppelbar ist, wobei zumindest ein schräg von radial innen nach radial außen verlaufender Kanal im Rotor zum Verbinden der Verriegelungsvorrichtung/des Verriegelungspins mit einem Anschluss zur Druckmittelversorgung vorhanden ist.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Nockenwellenversteller bekannt. Unter anderem offenbart die
DE 10 2012 210 016 A1 eine Nockenwellenverstelleranordnung, umfassend ein drehfest mit einer Nockenwelle verbundenes Abtriebselement und ein in einer zentralen Aufnahme des Abtriebselements angeordnetes Steuerventil, welches sich axial in eine Zentralbohrung der Nockenwelle erstreckt, und ein axial davon beabstandeter zweiter Arbeitsanschluss ausgebildet sind, wobei das Steuerventil axial derart angeordnet ist, dass der erste Arbeitsanschluss axial in der Nockenwelle positioniert ist.
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Auch offenbart ein anderes Dokument etwa die
EP 0 857 859 B1 eine Vorrichtung zur variablen Ventilzeitgebung mit einer Drehwelle zum Öffnen und Schließen von Ventilen; einem Drehübertragungselement, das an der Drehwelle montiert ist; einem Flügel, der entweder an der Drehwelle oder an dem Drehübertragungselement vorgesehen ist; einer Arbeitskammer, die zwischen der Drehwelle und dem Drehmomentübertragungselement definiert ist und die durch den sich in die Arbeitskammer erstreckenden Flügel in einen Voreilwinkelbereich und einen Nacheilwinkelbereich geteilt ist; einem ersten Fluiddurchlass, der mit dem Voreilwinkelbereich in Fluidaustausch ist, um zu diesem Fluid zuzuführen bzw. aus diesem herauszulassen; einem zweiten Fluiddurchlass, der mit dem Nacheilwinkelbereich in Fluidaustausch ist, um zu diesem Fluid zuzuführen bzw. aus diesem herauszulassen; Regeleinrichtungen zum Ermöglichen oder Verhindern der relativen Verdrehung zwischen der Drehwelle und dem Drehübertragungselement; einem dritten Fluiddurchlass zum Zuführen von Fluid zu den Regeleinrichtungen, wobei Fluidzufuhr und -auslass zu und von den ersten Fluiddurchlässen durch ein Umschaltventil gesteuert wird, während Zufuhr und Auslass von Fluid zu und von dem dritten Fluiddurchlass durch ein von dem Umschaltventil unabhängiges, weiteres Umschaltventil gesteuert wird.
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Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass bei herkömmlichen Nockenwellenversteller hohe Drücke auf das Steueröl/Fluid aufgebracht werden müssen, damit auch bei einem langem Weg zu dem Verriegelungspin der Druck ausreichend hoch ist, um den Betätigungsmechanismus auszulösen.
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Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll der Rotor so ausgestaltet sein, dass der Weg für das Steueröl zum Verriegelungspin möglichst kurz ist. Weiterhin soll die Verwendung eines Zentralventils ermöglicht werden, welche ein spezielles Design für die Ölanschluss-Schnittstelle benötigt.
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kanal in eine Ringnut an einer durch eine axiale Stirnfläche des Rotors definierte Frontseite des Rotors mündet. Das bedeutet, dass die Ringnut direkt an die plane Stirnfläche des Rotors anschließt und nicht zu der axial am weitesten außen gelegensten Stirnfläche beabstandet ist. Dabei ist die Stirnfläche stufenlos ausgebildet, so dass sie in keinem Abschnitt einen axialen Vorsprung oder eine Nut aufweist.
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Dies hat den Vorteil, dass das Fluid nur über eine kurze Strecke durch den Rotor gefördert werden muss, da der Kanal bereits in dem obersten Bereich des Rotors beginnt von dort schräg zu der Verriegelungsvorrichtung geleitet wird. Gerade dadurch können der notwendige Druck zur Förderung des Fluides gesenkt werden.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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Außerdem ist es vorteilhaft, wenn mehrere Kanäle, vorzugsweise zwei, drei oder vier Kanäle, von der Ringnut zu der Verriegelungsvorrichtung führen. Da zumeist mindestens zwei über den Umfang verteilt angeordnete Verriegelungspins eingesetzt werden, begünstigen zwei oder mehr Kanäle eine schnellere und bessere Verteilung des Fluides über den Umfang und damit eine bessere Druckversorgung der Verriegelungsvorrichtung.
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Bevorzugterweise kann ein Stufenabsatz an der Frontseite des Rotors an einem Rotorinnendurchmesser vorhanden sein, was vorteilhafterweise einen Anschluss eines Zentralventils ermöglicht. Außerdem sind dann keine zusätzlichen Dichtungen zur Umgebung notwendig.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der Stufenabsatz an einen Außendurchmesser eines Zentralventils anschließt. So kann der Stufenabsatz mit einer geringen Tiefe ausgestaltet sein, aber gleichzeitig eine optimale Funktion sicherstellen.
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Auch ist es von Vorteil, wenn der Stufenabsatz einen Ölverteilungsringkanal bildet, damit das Fluid zur weiteren Verteilung im Rotor in über den Umfang verteilte Kanäle eingeleitet werden kann.
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Bevorzugterweise wird der Rotor durch Sintern hergestellt, da dies ein kostengünstiges Fertigungsverfahren bei freier Formausgestaltung ist.
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Zusätzlich kann der Stufenabsatz in dem Fertigungsprozess des Rotors, der insbesondere durch Pulverpressen hergestellt wird, mitgefertigt werden, was ein aufwändiges, mechanisches Nachbearbeiten des Rotors überflüssig macht und dadurch eine Einsparung an Produktionszeit und Produktionskosten mit sich bringt.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn eine sich über einen Teil des Umfangs erstreckende Vertiefung in der Frontseite des Rotors vorhanden ist, an die der Kanal anschließt. Gerade dadurch wird die Gefahr eines Materialausbruchs des Rotors beim Einbringen des Kanals, insbesondere beim Schrägbohren, erheblich verringert.
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Auch ist es bevorzugt, wenn die Vertiefung halbrund, oval, dreieckig oder viereckig ausgebildet ist, da so eine besonders geringe Kerbwirkung, die die Festigkeit des Rotors herabsetzt, entsteht, aber gleichzeitig eine ausreichend große Fläche zum Ansetzen eines Bohrers oder eines anderen Werkzeugs zum Einbringen des Kanals freigelegt wird.
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Vorzugsweise kann die Vertiefung in dem Fertigungsprozess des Rotors, insbesondere beim Pulverpressen, miterzeugt werden, was eine zusätzliche mechanische Nachbearbeitung ersetzt und somit Kosten und Zeit in der Produktion einspart.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn an einer Eckkante der Vertiefung eine Fase vorhanden ist, die senkrecht zu dem Kanal angeordnet ist. Gerade dadurch können Positionsfehler beim Einbringen des Kanals vermieden werden, da so ein Anbohren oder ein Ansetzen der Bohrung erheblich erleichtert werden und der Kanal präzise positioniert wird. Insbesondere können dadurch auch die notwendigen Wanddicken im Bereich der Verschraubung des Zentralventils eingehalten werden, was ansonsten zu einem lokalen Bruch durch die Vorspannkraft des Zentralventils führen kann. Zusätzlich werden durch die präzise Positionierung des Kanals auch die notwendigen Abstände zu benachbarten leckage-relevanten Flächen eingehalten, so dass keine Leckage durch die Sinterporen entsteht.
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Mit anderen Worten betrifft die Erfindung einen Nockenwellenversteller, bei dem der Versorgungskanal für die Verriegelungsvorrichtung zur Kopplung des Rotors mit dem Stator (C-Kanal) in den Frontbereich des Rotors verlegt wird. Dabei wird der Ringkanal zur Verteilung des Öls zu den beiden Verriegelungspins vorn im Rotor platziert, so dass das Steueröl über kurze, schräge radiale Bohrungen zu den Pins am Frontdeckel geleitet wird. Zusätzlich wird an der Rotorfrontseite ein Stufenabsatz eingebracht, der mit dem Kopf- und Außendurchmesser des Zentralventils einen Ölverteilungsringkanal zur weiteren Verteilung des Öls im Rotor bildet. Die weitere Verteilung des Öls erfolgt über Kanäle, die als schräg von radial innen nach radial außen laufende Bohrungen ausgebildet sind, wobei die Kanäle in einer axialen, inneren Öffnung im Rotor münden, welche das Öl an die Verriegelungskulissen im Frontdeckel und im Kettenrad weiterverteilen. An den Anfängen der Kanäle/schrägen Bohrungen werden lokale Vertiefungen in der axialen Richtung eingebracht, damit das Grünteil nicht beim Einbringen der Bohrung ausbricht. Der Stufenabsatz und die lokalen Vertiefungen werden beim Pulverpressen mitgepresst. Auch ist im Gründling an einer Eckkante der Vertiefung eine zu dem Kanal/zur schrägen Bohrung senkrechte Fasenfläche vorhanden, die ein Anbohren erleichtert und eine präzise Positionierung der Bohrerspitze ermöglicht. Alternativ kann der Ringkanal für das Steueröl auch an der hinteren Seite des Rotors zwischen dem Rotor und der Nockenwelle platziert werden. Dies ist aufgrund einer Abdichtung des Ringkanals mit den axialen Aussparungen nur bei Nockenwelle mit einem größeren Außendurchmesser, insbesondere größer als 21 Millimeter, möglich, da es ansonsten zu einer großen Leckage oder zu einem Kurzschluss über die nicht abgedeckten axialen Aussparungen führen könnte.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers,
- 2 eine Frontansicht des Nockenwellenverstellers,
- 3 einen vergrößerten Ausschnitt III der Querschnittsdarstellung aus 1 eines Kanals und einer Ringnut zur Druckmittelversorgung eines Verriegelungspins des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers,
- 4 eine perspektivische Ansicht eines Rotors des Nockenwellenverstellers,
- 5 einen vergrößerten Ausschnitt V der 4 des Kanals zur Druckmittelversorgung des Verriegelungspins,
- 6 eine perspektivische Ansicht des Rotors des Nockenwellenverstellers, und
- 7 einen vergrößerten Ausschnitt VII der 6 des Kanals zur Druckmittelversorgung des Verriegelungspins.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller 1 zum Verstellen einer Phasenlage zwischen einer nicht gezeigten Kurbelwelle und einer nicht gezeigten Nockenwelle eines Kraftfahrzeugs. Dabei weist der Nockenwellenversteller einen Stator 2 und einen konzentrisch zu dem Stator 2 angeordneten Rotor 3 auf. Der Rotor 3 ist gegenüber dem Stator 2 drehbar gelagert, kann aber über eine hydraulisch aktuierbare Verriegelungsvorrichtung nach Art eines Verriegelungspins 4 drehfest mit dem Stator 2 verbunden werden.
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Zum Verbinden des Verriegelungspins 4 mit einem Anschluss 5 zur Druckmittelversorgung ist im Rotor 3 ein schräg von radial innen nach radial außen verlaufender Kanal 6 vorhanden. Der Kanal 6 ist so angeordnet, dass er in eine Ringnut 7 an einer durch eine axiale Stirnfläche 8 des Rotors 2 definierte Frontseite 9 des Rotors 2 mündet. In dem Rotor 2 sind vier Kanäle 6 vorhanden, die über den Umfang gleichverteilt angeordnet sind und Steueröl in eine axiale Aussparung 10 für den Verriegelungspin 4 einleiten.
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Wenn Steueröl in die axiale Aussparung 10 für den Verriegelungspin 4 eingeleitet wird, verschiebt sich der Verriegelungspin 4 in Axialrichtung, so dass er in eine Vertiefung 11 in einem Deckel 12, der mit dem Stator 2 drehfest verbunden ist, hineinragt. Durch diesen Mechanismus wird als die drehfeste Kopplung des Stators 2 mit dem Rotor 3 erreicht. Die Ölversorgung muss also aufrecht gehalten werden, damit der Rotor 3 mit dem Stator 2 verriegelt bleibt.
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Das Steueröl wird über ein Zentralventil 13 eingeleitet, das neben dem Anschluss 5 für den Kanal 6 für den Verriegelungspin 4 noch zwei weitere Anschlüsse 14 zur Druckmittelversorgung einer Verzögerungs- und einer Beschleunigungskammer aufweist. Auch an die weiteren Anschlüsse 14 schließt sich eine zweite Ringnut 15 und eine dritte Ringnut 15 an, die zur weiteren Ölverteilung in die Verzögerungskammer und die Beschleunigungskammer vorbereitet sind.
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2 zeigt eine Frontansicht des Nockenwellenverstellers 1. Dabei wird über eine Außenverzahnung 17 das Drehmoment der Kurbelwelle auf den Nockenwellenversteller 1 und damit auch auf die Nockenwelle übertragen. In dem Rotor 3 sind auf der Frontseite 9 vier Vertiefungen 18 eingebracht, an die die Kanäle 6 zur Druckmittelversorgung des Verriegelungspins 4 anschließen. Die Vertiefungen sind halbrund ausgebildet. In eine zentrale Öffnung 19 des Rotors 3 wird das Zentralventil 13 zur Steuerung der Druckmittelversorgung eingesetzt.
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In 3 ist zu erkennen, dass eine Art Stufenabsatz 20 in den Rotor 3 eingebracht ist, wobei der Stufenabsatz als die Ringnut 7 zum Verteilen des Steueröl über den Umfang des Rotors 3 dient. An die Ringnut 7 schließt der Kanal 6 an, der von radial innen nach radial außen und axial von der Frontseite 9 des Rotors 3 weg verläuft.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht des Rotors 3. Hierbei sind auch an dem Rotor 3 ausgebildete Flügel 21 zu erkennen, die die Verzögerungskammern und die Beschleunigungskammern begrenzen. Die Frontseite 9 des Rotors 3 wird durch die plane axiale Stirnfläche 8 definierte. In der Frontseite 9 sind mehrere Vertiefungen 22 vorhanden, die zur Verteilung von Öl dienen. Der Kanal 6 beginnt direkt an der Frontseite 9 des Rotors 3 am Rotorinnendurchmesser. In einer vergrößerten Darstellung in 5 ist eine (Bohr-)Richtung des Kanals 6 gekennzeichnet, die schräg nach radial außen und axial weg von der Frontseite 9 des Rotors 3 verläuft.
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In 6 und 7 ist zu erkennen, dass an einer Eckkante 23 der halbrunden Vertiefung 18 eine Fase 24 eingebracht ist, die das präzise Positionieren einer Bohrerspitze zum Einbringen des Kanals 6 erleichtert. Dabei ist die Fase 24 zu der (Bohr-)Richtung senkrecht angesetzt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Verriegelungspin
- 5
- Anschluss
- 6
- Kanal
- 7
- Ringnut
- 8
- Stirnfläche
- 9
- Frontseite
- 10
- Aussparung
- 11
- Vertiefung
- 12
- Deckel
- 13
- Zentralventil
- 14
- Anschluss
- 15
- zweite Ringnut
- 16
- dritte Ringnut
- 17
- Außenverzahnung
- 18
- Vertiefung
- 19
- zentrale Öffnung
- 20
- Stufenabsatz
- 21
- Flügel
- 22
- Vertiefung
- 23
- Eckkante
- 24
- Fase
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012210016 A1 [0002]
- EP 0857859 B1 [0003]
