DE102017107692B4 - Nockenwellenverstellvorrichtung mit einer öldruckabhängigen Dichtung - Google Patents
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Abstract
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. - Die US 2016/ 0 032 790 A1 zeigt einen hydraulischen und einen elektromechanischen Nockenwellenversteller in einem trockenen Riementrieb. Der Nockenwellenversteller ist gegenüber dem Riemenkasten abgedichtet.
- Die
DE 10 2016 204 779 A1 zeigt ein Nockenwellenverstellsystem für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem hydraulischen Nockenwellenversteller aufweisend einen Stator, einen in dem Stator verdrehbar gelagerten Rotor sowie ein ein Ventil umfassendes Hydrauliksteuersystem, wobei der Rotor zumindest einen Flügel aufweist, der so in einen zwischen dem Rotor und dem Stator gebildeten Druckraum hineinragt, dass dieser Druckraum in zwei Teilkammern aufgeteilt ist, wovon jede Teilkammer derart mit dem Hydrauliksteuersystem zusammenwirkt, dass in Abhängigkeit der Stellung des Ventils ein hydraulisches, eine Relativdrehstellung zwischen dem Rotor und dem Stator vorgebendes Druckverhältnis zwischen den beiden Teilkammern eingestellt ist, sowie mit einem in axialer Richtung des Nockenwellenverstellers benachbart angeordneten Aktor, der verstellend auf das Ventil einwirkt, wobei an einer dem Nockenwellenversteller zugewandten Seite des Aktors ein Hydraulikmittelleitabschnitt angeordnet ist, welcher Hydraulikmittelleitabschnitt so ausgebildet ist, dass er einen in einem Betriebszustand aus dem Ventil zur Umgebung des Nockenwellenverstellers austretenden Hydraulikmittelstrom zurück in den Nockenwellenversteller hinein lenkt. - 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 Öl-Volumen 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 Frontseite 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 Nockenwellenverstellvorrichtung1 mit einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung5 . Die Dichtung5 ist als rotationssymmetrisches, röhrenförmiges Bauteil ausgebildet und weist eine trichterförmige Erweiterung an dem einen Ende7 auf. Mit dem anderen Ende8 ist die Dichtung5 an einem Frontdeckel6 des Nockenwellenverstellers2 befestigt, in dem der Frontdeckel6 von der Dichtung5 umgriffen wird. Das andere Ende8 der Dichtung5 liegt linienförmig an einer Stirnfläche9 eines als Zentralmagneten10 ausgebildeten Betätigungselementes4 an nun dichtet dieses Kontakt ab. So kann das dem als hydraulisch arbeitenden Nockenwellenversteller2 das zum Betrieb benötigte Öl über eine Zufuhrleitung (hier schematisch mit „P“ dargestellt) der Nockenwelle3 zugeführt werden und über die Arbeitsanschlüsse (hier schematisch mit „A“ und „B“ dargestellt) an die hydraulischen Arbeitskammern durch ein Zentralventil11 verteilt werden. Das aus den Arbeitskammern abzuführende Öl wird auf der dem Betätigungselement4 zugewandten Seite des Zentralventils11 aus dem Zentralventil11 abgelassen (hier schematisch mit „T“ dargestellt) und sammelt sich in einem vorwiegend durch die Dichtung5 , den Frontdeckel6 , dem Zentralmagneten10 definierten Innenraum12 , welcher gegenüber der Umwelt öldicht ist. Durch die trichterförmige Ausbildung des einen Endes7 der Dichtung5 wird ein Vorratsraum mit Öl befüllt. Gleichermaßen sammelt sich in dem radial äußeren Innenbereich des Frontdeckels6 Öl an. Im Betrieb der Nockenwellenverstellvorrichtung1 kann der gesamte Innenraum12 mit Öl befüllt sein bzw. werden. Ist der Innenraum12 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 Nockenwellenverstellers2 entgegen, da die zu entleerende Arbeitskammer nicht zügig beziehungsweise zuverlässig entleert werden kann. Die erfindungsgemäße Dichtung5 wird den nach Überschreitung des Staudruckes an ihrem einen Ende7 den Kontakt zum Betätigungselement4 öffnen, um diesen Staudruck zu reduzieren. So wirkt die Dichtung5 wie ein Rückschlagventil, welches den Fluss von Öl in einer Richtung zulässt und in der entgegengesetzten Richtung verhindert. So kann die Dichtung5 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 Nockenwellenverstellers2 und/oder für eine Betätigung eines Verriegelungsmechanismus des hydraulischen Nockenwellenversteller2 oder für eine Schmierung der Komponenten des hydraulischen oder elektromagnetischen Nockenwellenverstellers2 oder des Betätigungselementes4 genutzt werden. -
2 zeigt eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung1 mit einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung5 . Es wird auf die Unterschiede der Ausführungsform der Dichtung5 zur1 eingegangen. Die Dichtung5 in der zweiten Ausführungsform weist zusätzlich eine wellenbalgförmigen Außenmantel auf, um in axialer Richtung eine bestimmte Vorspannung aufzubringen, damit der Kontakt zur Stirnfläche9 mit einer bestimmten Kraft beaufschlagt werden kann, die an den gewünschten Öffnungsdruck der Dichtung5 angepasst ist. Zudem kann die Wellenbalgform einen Fluchtungsfehler zwischen Nockenwellenversteller2 und Betätigungselement4 ausgleichen. Auch kann die Wellenbalgform eine Schiefstellung der Drehachse des Nockenwellenverstellers2 zur Symmetrieachse des Betätigungselementes4 besser ausgleichen als die erste Ausführungsform der Dichtung5 . -
3 zeigt eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung1 mit einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung5 . Es wird auf die Unterschiede der Ausführungsform der Dichtung5 zur1 eingegangen. Die Dichtung5 ist nun an der Stirnfläche9 des Betätigungselementes4 befestigt und liegt an einer Stirnfläche13 des Frontdeckels6 an. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform der Dichtung5 ist weist das andere Ende8 die Trichterform auf, wobei hingegen das eine Ende7 mit der Stirnfläche9 fest verbunden ist. Diese dritte Ausführungsform hat den Vorteil, dass das Öl aufgrund der Trichterform an der dem Frontdeckel6 zugewandten Ende der Dichtung5 in den Frontdeckel6 zurückfließen kann. Der Auffangraum der Dichtung5 für etwaiges Öl ist deutlich minimiert. Auch kann die Dichtung5 mit dem anderen Ende8 auf der Innenseite des Frontdeckels6 anliegen, um die Kontaktfläche zum Frontdeckel6 , welche zum Öffnen nach Überschreitung eines bestimmten Druckes vorgesehen ist, in den Nockenwellenversteller2 zu verlegen. Damit wird eine besonders gute Abdichtung zum Betätigungselement4 und zum Frontdeckel6 erzielt, wobei nach wie vor eine Öffnungsmöglichkeit der Dichtung5 bestehen bleibt, um den Druck im Innenraum12 gegebenenfalls abbauen zu können. - Bezugszeichenliste
-
- 1)
- Nockenwellenverstellvorrichtung
- 2)
- Nockenwellenversteller
- 3)
- Nockenwelle
- 4)
- Betätigungselement
- 5)
- Dichtung
- 6)
- Frontdeckel
- 7)
- ein Ende
- 8)
- anderes Ende
- 9)
- Stirnfläche
- 10)
- Zentralmagnet
- 11
- )Zentralventil
- 12)
- Innenraum
- 13)
- Stirnfläche
Claims (8)
- 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 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (5) am Betätigungselement (4) befestigt ist und eine Stirnfläche (13) des Nockenwellenverstellers (2) kontaktiert, wobei zwischen der Dichtung (5) und der Stirnfläche (13) eine Relativbewegung im Betrieb der Nockenwellenverstellvorrichtung (1) vorhanden ist. - Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach
Anspruch 1 oder2 , 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 bis4 , 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 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenversteller (2) als elektromechanischer Nockenwellenversteller ausgebildet ist und das in der Nockenwellenverstellvorrichtung (1) bevorratete Ölvolumen zur Schmierung der Nockenwellenverstellvorrichtung (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.
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2017
- 2017-04-10 DE DE102017107692.1A patent/DE102017107692B4/de active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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