DE102017107692A1

DE102017107692A1 - Nockenwellenverstellvorrichtung mit einer öldruckabhängigen Dichtung

Info

Publication number: DE102017107692A1
Application number: DE102017107692.1A
Authority: DE
Inventors: Ali BAYRAKDAR
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2017-04-10
Publication date: 2018-10-11
Anticipated expiration: 2037-04-11
Also published as: DE102017107692B4

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Nockenwellenverstellvorrichtung (1) mit einem Nockenwellenversteller (2) und einem den Betrieb des Nockenwellenverstellers (2) steuernden Betätigungselement (4), wobei sich Nockenwellenversteller (2) und Betätigungselement (4) axial gegenüberstehen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Nockenwellenversteller (2) und dem Betätigungselement (4) eine öldruckabhängige Dichtung (5) angeordnet ist, wobei die öldruckabhängige Dichtung (5) mit dem Nockenwellenversteller (2) und dem Betätigungselement (4) in Kontakt ist und in einem bestimmten Betriebszustand der Nockenwellenverstellvorrichtung (1) ihre Dichtfunktion verliert.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Nockenwellenversteller werden in Verbrennungsmotoren zur Variation der Steuerzeiten der Brennraumventile eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Die Anpassung der Steuerzeiten an die aktuelle Last und Drehzahl senkt den Verbrauch und die Emissionen. Zu diesem Zweck sind Nockenwellenversteller in einen Antriebsstrang integriert, über welche ein Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb ausgebildet sein.
Bei einem hydraulischen Nockenwellenversteller bilden das Abtriebselement und das Antriebselement ein oder mehrere Paare gegeneinander wirkende Druckkammern aus, welche mit Hydraulikmittel beaufschlagbar sind. Das Antriebselement und das Abtriebselement sind koaxial angeordnet. Durch die Befüllung und Entleerung einzelner Druckkammern wird eine Relativbewegung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement erzeugt. Die auf zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement rotativ wirkende Feder drängt das Antriebselement gegenüber dem Abtriebselement in eine Vorteilsrichtung. Diese Vorteilsrichtung kann gleichläufig oder gegenläufig zu der Verdrehrichtung sein.
Eine Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Flügelzellenversteller. Der Flügelzellenversteller weist einen Stator, einen Rotor und ein Antriebsrad mit einer Außenverzahnung auf. Der Rotor ist als Abtriebselement meist mit der Nockenwelle drehfest verbindbar ausgebildet. Das Antriebselement beinhaltet den Stator und das Antriebsrad. Der Stator und das Antriebsrad werden drehfest miteinander verbunden oder sind alternativ dazu einteilig miteinander ausgebildet. Der Rotor ist koaxial zum Stator und innerhalb des Stators angeordnet. Der Rotor und der Stator prägen mit deren, sich radial erstreckenden Flügeln, gegensätzlich wirkende Ölkammern aus, welche durch Öldruck beaufschlagbar sind und eine Relativdrehung zwischen dem Stator und dem Rotor ermöglichen. Die Flügel sind entweder einteilig mit dem Rotor bzw. dem Stator ausgebildet oder als „gesteckte Flügel“ in dafür vorgesehene Nuten des Rotors bzw. des Stators angeordnet. Weiterhin weisen die Flügelzellenversteller diverse Abdichtdeckel auf. Der Stator und die Abdichtdeckel werden über mehrere Schraubenverbindungen miteinander gesichert.
Eine andere Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Axialkolbenversteller. Hierbei wird über Öldruck ein Verschiebeelement axial verschoben, welches über Schrägverzahnungen eine Relativdrehung zwischen einem Antriebselement und einem Abtriebselement erzeugt.
Eine weitere Bauform eines Nockenwellenverstellers ist der elektromechanische Nockenwellenversteller, der ein Dreiwellengetriebe (beispielsweise ein Planetengetriebe) aufweist. Dabei bildet eine der Wellen das Antriebselement und eine zweite Welle das Abtriebselement. Über die dritte Welle kann dem System mittels einer Stelleinrichtung, beispielsweise ein Elektromotor oder eine Bremse, Rotationsenergie zugeführt oder aus dem System abgeführt werden. Eine Feder kann zusätzlich angeordnet werden, welche die Relativdrehung zwischen Antriebselement und Abtriebselement unterstützt oder zurückführt.
Die DE 10 2013 212 935 A1 zeigt einen Bausatz mit einem Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps, in dem ein ein Druckfluid verteilendes Zentralventil vorhanden ist, und mit einem das Zentralventil steuernden Verstellaktuator, wobei der Nockenwellenversteller mittels eines trocken laufenden Zugmitteltriebes, etwa mit einem Riemen, angetrieben oder antreibbar ist und einen drehbar in einem Stator gelagerten Rotor aufweist, wobei zwischen dem Nockenwellenversteller und einem Gehäuse des Verstellaktuators ein über das Zentralventil mit Druckfluid befüllbarer Druckfluidverteilraum vorhanden ist, der über eine Dichtung zwischen dem Nockenwellenversteller und dem Verstellaktuator zur Umgebung hin abgedichtet ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Nockenwellenverstellvorrichtung, insbesondere eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit Nockenwellenversteller, der einen Volumenspeicher hat, und einem Zentralmagneten zur Betätigung des Zentralventils der Nockenwellenverstellvorrichtung anzugeben, die ein verbessertes Betriebsverhalten aufweist.
Die Nockenwellenverstellvorrichtung weist erfindungsgemäß einen Nockenwellenversteller und ein diesen steuerndes Betätigungselement auf. Das Betätigungselement kann ein Zentralmagnet sein, der ein Zentralventil ansteuert, wodurch ein steuernder Einfluss auf einen hydraulisch arbeitenden Nockenwellenversteller genommen wird.
Das Betätigungselement kann alternativ ein Elektromotor sein, der mit einem Getriebe verbunden sein kann, wodurch ein steuernder Einfluss auf einen elektromechanisch arbeitenden Nockenwellenversteller genommen wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Hierdurch wird erreicht, dass das Öl im Versteller gehalten wird und im speziellen Betriebsfall das Öl zum Tank durchlassen kann. Im Unterschied zum Stand der Technik, sieht die erfindungsgemäße Lösung vor, dass keine dauerhafte Dichtheit vorliegt, sondern bei niedrigem Druck das Öl innerhalb der Verstellvorrichtung gehalten und beim Verstellvorgang des Nockenwellenversteller das Öl zum Tank durch die Dichtung hindurch abgelassen werden kann. Vorteilhafterweise kann so beispielsweise in einem Volumenspeicher bzw. Reservoir des Nockenwellenverstellers mehr ÖlVolumen gespeichert werden.
Somit wird eine spezielle Dichtung vorgeschlagen, die zwischen Nockenwellenversteller und Betätigungselement je nach Betriebsverhalten der Nockenwellenverstellvorrichtung dichtet. Herrscht innerhalb der Nockenwellenverstellvorrichtung ein geringer Innendruck, beispielsweise gegen null bar, so ist die Dichtung in der Lage, das innen befindliche Öl im Nockenwellenversteller zu halten, da innerhalb der Dichtung ein Unterdruck existiert, der die Dichtung schließen lässt. Überschreitet der Innendruck einen vorbestimmten Wert, so öffnet die Dichtung zum Tank. Die Dichtung dient in einer bevorzugten Ausführungsform der Verstellvorrichtung dazu, dass Ölvolumen, welches für die Erstverstellung nötig ist, im Volumenspeicher bzw. Reservoir vorzuhalten.
Beispielsweise kann die Dichtung öffnen, wenn ein Innendruck über den Umgebungsdruck steigt. Steigt der Innendruck über den Umgebungsdruck, so öffnet sich ein Spalt an der Kontaktfläche zwischen der Dichtung und dem peripheren Bauteil damit überschüssiges Öl an die Umgebung abgegeben werden kann. Alternativ kann dieses Öl auch in den Tank bzw. der Ölwanne zurückgeführt werden, anstatt an die Umgebung (beispielsweise in den Kettenkasten) abgegeben zu werden.
Wenn der Innendruck unterhalb des Umgebungsdruckes liegt, so schließt die Dichtung gegenüber der Umgebung vollständig ab und das gespeicherte Ölvolumen verbleibt im Versteller. So kann das Ölvolumen nicht durch die Kontaktfläche zwischen Dichtung und dem peripheren Bauteil austreten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Dichtung ist entweder am Nockenwellenversteller oder am Betätigungselement fest angeordnet. Auf der der Befestigung gegenüberliegenden Seite berührt die Dichtung die Fronseite des peripheren Bauteils, so dass bei geringerem Innendruck das Öl innerhalb der Verstellvorrichtung gehalten wird.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die Dichtung eine federnde Struktur auf, um vorteilhafterweise die Axialtoleranzen der Bauteile besser ausgleichen können und das betriebsabhängige Dichtverhalten gewährleisten zu können. Die Dichtung ist hierbei zwischen den beiden Bauteilen unter Vorspannung eingesetzt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Dichtung aus einem Elastomer. Vorteilhafterweise ist die Dichtung so als ein besonders leichtes und nachgiebiges Bauteil ausgebildet.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung einer öldruckabhängigen Dichtung in einer Nockenwellenverstellvorrichtung wird ein schadhafter Druckaufbau innerhalb der Vorrichtung vermieden.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt.
Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung mit einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung,
2 eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung mit einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung und
3 eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung mit einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung 1 mit einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung 5. Die Dichtung 5 ist als rotationssymmetrisches, röhrenförmiges Bauteil ausgebildet und weist eine trichterförmige Erweiterung an dem einen Ende 7 auf. Mit dem anderen Ende 8 ist die Dichtung 5 an einem Frontdeckel 6 des Nockenwellenverstellers 2 befestigt, in dem der Frontdeckel 6 von der Dichtung 5 umgriffen wird. Das andere Ende 8 der Dichtung 5 liegt linienförmig an einer Stirnfläche 9 eines als Zentralmagneten 4 ausgebildeten Betätigungselementes 10 an nun dichtet dieses Kontakt ab. So kann das dem als hydraulisch arbeitenden Nockenwellenversteller 2 das zum Betrieb benötigte Öl über eine Zufuhrleitung (hier schematisch mit „P“ dargestellt) der Nockenwelle 3 zugeführt werden und über die Arbeitsanschlüsse (hier schematisch mit „A“ und „B“ dargestellt) an die hydraulischen Arbeitskammern durch ein Zentralventil 11 verteilt werden. Das aus den Arbeitskammern abzuführende Öl wird auf der dem Betätigungselement zugewandten Seite des Zentralventils 11 aus dem Zentralventil 11 abgelassen (hier schematisch mit „T“ dargestellt) und sammelt sich in einem vorwiegend durch die Dichtung 5, den Frontdeckel 6, dem Zentralmagneten 4 definierten Innenraum 12, welcher gegenüber der Umwelt öldicht ist. Durch die trichterförmige Ausbildung des einen Endes 7 der Dichtung 5 wird ein Vorratsraum mit Öl befüllt. Gleichermaßen sammelt sich in dem radial äußeren Innenbereich des Frontdeckels 6 Öl an. Im Betrieb der Nockenwellenverstellvorrichtung 1 kann der gesamte Innenraum 12 mit Öl befüllt sein bzw. werden. Ist der Innenraum 12 in diesem Betriebszustand vollständig befüllt, so könnte zunächst kein weiteres Öl Platz finden, wodurch ein dem Ablass „T“ entgegenstehender Staudruck aufgebaut wird. Dieser Staudruck wirkt einer Verstellung des Nockenwellenverstellers 2 entgegen, da die zu entleerende Arbeitskammer nicht zügig beziehungsweise zuverlässig entleert werden kann. Die erfindungsgemäße Dichtung 5 wird den nach Überschreitung des Staudruckes an ihrem einen Ende 7 den Kontakt zum Betätigungselement 4 öffnen, um diesen Staudruck zu reduzieren. So wirkt die Dichtung 5 wie ein Rückschlagventil, welches den Fluss von Öl in einer Richtung zulässt und in der entgegengesetzten Richtung verhindert. So kann die Dichtung 5 auch einen hier nicht dargestellten Abfluss öffnen, der über eine Leitung das Öl zur Ölwanne abführen kann, damit kein Öl in die Umwelt, beispielsweise den Kettenkasten oder an den Riementrieb, gelangen kann.
Das im Innenraum 12 gesammelte Öl kann für den Ausgleich eines Versorgungsmangels während eines Verstellvorganges des hydraulischen Nockenwellenverstellers 2 und/oder für eine Betätigung eines Verriegelungsmechanismus des hydraulischen Nockenwellenversteller 2 oder für eine Schmierung der Komponenten des hydraulischen oder elektromagnetischen Nockenwellenverstellers 2 oder des Betätigungselementes 4 genutzt werden.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung 1 mit einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung 5. Es wird auf die Unterschiede der Ausführungsform der Dichtung 5 zur 1 eingegangen. Die Dichtung 5 in der zweiten Ausführungsform weist zusätzlich eine wellenbalgförmigen Außenmantel auf, um in axialer Richtung eine bestimmte Vorspannung aufzubringen, damit der Kontakt zur Stirnfläche 9 mit einer bestimmten Kraft beaufschlagt werden kann, die an den gewünschten Öffnungsdruck der Dichtung 5 angepasst ist. Zudem kann die Wellenbalgform einen Fluchtungsfehler zwischen Nockenwellenversteller 2 und Betätigungselement 4 ausgleichen. Auch kann die Wellenbalgform eine Schiefstellung der Drehachse des Nockenwellenverstellers 2 zur Symmetrieachse des Betätigungselementes 4 besser ausgleichen als die erste Ausführungsform der Dichtung 5.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung 1 mit einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung 5. Es wird auf die Unterschiede der Ausführungsform der Dichtung 5 zur 1 eingegangen. Die Dichtung 5 ist nun an der Stirnfläche 9 des Betätigungselementes 4 befestigt und liegt an einer Stirnfläche 13 des Frontdeckels 6 an. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform der Dichtung 5 ist weist das andere Ende 8 die Trichterform auf, wobei hingegen das eine Ende 7 mit der Stirnfläche 9 fest verbunden ist. Diese dritte Ausführungsform hat den Vorteil, dass das Öl aufgrund der Trichterform an der dem Frontdeckel 6 zugewandten Ende der Dichtung 5 in den Frontdeckel 6 zurückfließen kann. Der Auffangraum der Dichtung 5 für etwaiges Öl ist deutlich minimiert. Auch kann die Dichtung 5 mit dem anderen Ende 8 auf der Innenseite des Frontdeckels 6 anliegen, um die Kontaktfläche zum Frontdeckel 6, welche zum Öffnen nach Überschreitung eines bestimmten Druckes vorgesehen ist, in den Nockenwellenversteller 2 zu verlegen. Damit wird eine besonders gute Abdichtung zum Betätigungselement 4 und zum Frontdeckel 6 erzielt, wobei nach wie vor eine Öffnungsmöglichkeit der Dichtung 5 bestehen bleibt, um den Druck im Innenraum 12 gegebenenfalls abbauen zu können.
Bezugszeichenliste

1): Nockenwellenverstellvorrichtung
2): Nockenwellenversteller
3): Nockenwelle
4): Zentralmagnet
5): Dichtung
6): Frontdeckel
7): ein Ende
8): anderes Ende
9): Stirnfläche
10): Betätigungselement
11): Zentralventil
12): Innenraum
13): Stirnfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013212935 A1 [0007]

Claims

Nockenwellenverstellvorrichtung (1) mit einem Nockenwellenversteller (2) und einem den Betrieb des Nockenwellenverstellers (2) steuernden Betätigungselement (4), wobei sich Nockenwellenversteller (2) und Betätigungselement (4) axial gegenüberstehen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Nockenwellenversteller (2) und dem Betätigungselement (4) eine öldruckabhängige Dichtung (5) angeordnet ist, wobei die öldruckabhängige Dichtung (5) mit dem Nockenwellenversteller (2) und dem Betätigungselement (4) in Kontakt ist und in einem bestimmten Betriebszustand der Nockenwellenverstellvorrichtung (1) ihre Dichtfunktion verliert.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die öldruckabhängige Dichtung (5) zwischen dem Nockenwellenversteller (2) und dem Betätigungselement (4) axial vorgespannt eingebaut ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (5) am Betätigungselement (4) befestigt ist und eine Fläche (13) des Nockenwellenverstellers (2) kontaktiert, wobei zwischen der Dichtung (5) und der Fläche (13) eine Relativbewegung im Betrieb der Nockenwellenverstellvorrichtung (1) vorhanden ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (5) am Nockenwellenversteller (2) befestigt ist und eine Fläche (9) des Betätigungselementes (4) kontaktiert, wobei zwischen der Dichtung (5) und der Fläche (9) eine Relativbewegung im Betrieb der Nockenwellenverstellvorrichtung (1) vorhanden ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenversteller (2) als hydraulisch arbeitender Nockenwellenversteller (2) ausgebildet ist und einen Volumenspeicher aufweist, welcher mit Öl befüllt ein Ölvolumen bereitstellt, dass von einer hydraulischen Arbeitskammer eingesaugt werden kann.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenversteller (2) als elektromechanischer Nockenwellenversteller ausgebildet ist und das in der Verstellvorrichtung bevorratete Ölvolumen zur Schmierung der Verstellvorrichtung (1) verwendet wird.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (5) aus einem Elastomer besteht.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (5) Fluchtungsfehler zwischen dem Nockenwellenversteller (2) und dem Betätigungselement (4) ausgleichen kann.