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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem zum drehfesten Anbringen an einer Nockenwelle ausgebildeten sowie einen ringförmigen Grundabschnitt aufweisenden Rotor, wobei in dem Rotor mehrere ihn durchdringende Hydraulikkanäle, die zu einer radialen Innenseite des Grundabschnittes hin austreten, eingebracht sind.
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Hydraulische Nockenwellenversteller werden für gewöhnlich mittels eines Zentralventils an eine Nockenwelle angeschraubt, wobei der Rotor über eine Passung auf der Nockenwelle zentriert wird. Das Zentralventil an sich regelt im Betrieb den Hydraulikmittelfluss / Ölfluss in die Kammern des Nockenwellenverstellers hinein. Daher sind die Fertigungstoleranzen bei der Wahl der Passung zwischen Nockenwellenversteller und Zentralventil genau zu berücksichtigen, um die Montage des Verstellers auf der Nockenwelle bei jeder Toleranzlage der Nockenwellenpassung zu gewährleisten. Aus diesem Grund kann es jedoch wiederum in bestimmten Fällen zu einer relativ hohen Leckage an der Schnittstelle zwischen Versteller und Zentralventil kommen. Die Leckage verursacht wiederum eine relativ hohe Systemleckage und zudem ein schlechteres Ansprechverhalten des hydraulischen Nockenwellenverstellers.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und insbesondere eine System leckage eines hydraulischen Nockenwellenverstellers weitestgehend zu reduzieren.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein zusätzliches Dichtelement derart an der Innenseite angebracht ist sowie bei einer Montage des Rotors mittels eines Zentralventils an der Nockenwelle derart verformbar ist, dass es (das Dichtelement) einen sich zwischen dem Rotor und dem Zentralventil ausformenden Spalt in axialer Richtung zur Umgebung hin abdichtet.
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Somit wird ein verformbares Zwischenelement zwischen dem Zentralventil und dem Rotor eingebracht, welches sich beim Anbringen / Anschrauben des Zentralventils derart verformen lässt, dass die Schnittstelle zwischen dem Zentralventil und dem Nockenwellenversteller im Betrieb dicht ist. Somit werden die vorhandenen Hydraulikmittelkanäle besonders verlässlich zur Umgebung hin abgedichtet. Die hydraulische Leckage wird wesentlich verringert.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Ist das Dichtelement ringförmig ausgebildet und radial von innen an die Innenseite angelegt, weist das Dichtelement eine besonders einfach montierbare Ausgestaltung auf. In diesem Zusammenhang ist das Dichtelement in Form eines Dichtringes weiter bevorzugt zumindest in einem Umfangsbereich geschlitzt / gespalten ausgebildet und weiter bevorzugt mittels eines Labyrinthdichtspaltes ausgeführt. Dadurch ist das Dichtelement bereits vor dem Einsetzen in den Rotor gespalten, wird jedoch bei der Montage des Rotors bevorzugt durch das Zentralventil an der Nockenwelle derart in Umfangsrichtung komprimiert, dass sich der Labyrinthspalt schließt und somit dennoch eine verlässliche Abdichtung zur Umgebung hin ermöglicht.
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Diesbezüglich ist es besonders zweckmäßig, wenn die Innenseite in axialer Richtung gesehen konisch ausgeformt ist, d.h. sich konisch erweitert oder verjüngt, und das Dichtelement mit seiner radialen Außenseite eine ebenfalls, bevorzugt komplementär zu der Innenseite ausgebildete, konische Form aufweist. Dadurch wird eine Struktur zur Verfügung gestellt, die dafür sorgt, dass das Dichtelement bei einem Einschrauben des Zentralventils bei der Montage des Rotors an der Nockenwelle selbstständig in Umfangsrichtung komprimiert wird.
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Diesbezüglich ist es wiederum vorteilhaft, wenn der bevorzugt aus einem Sinterverfahren / mittels eines Sinterwerkzeuges hergestellte Rotor eine komplett kalibrierbare Innenseite aufweist.
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Sind an einer Innenseite und/oder einer Außenseite des Dichtelements eine oder mehrere verformbare Dichtlippen ausgebildet / angeordnet, wird die Dichtwirkung weiter verbessert.
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In diesem Zusammenhang ist es weiterhin vorteilhaft, wenn das Dichtelement unmittelbar radiale Durchgangslöcher, d.h. in radialer Richtung das Dichtelement durchdringende Durchgangslöcher aufweist, die jeweils mit einem der Hydraulikmittelkanäle des Rotors fluchten. Dadurch ist eine direkte Hydraulikmittelumleitung im Betrieb umgesetzt.
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Ist das Dichtelement relativ zu dem Rotor verdrehsicher angebracht, vorzugsweise unmittelbar im Rotor verdrehsicher befestigt, wird die gezielte Dichtwirkung weiter verbessert.
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In diesem Zusammenhang ist es weiterhin zweckmäßig, wenn an dem Dichtelement zumindest eine, bevorzugt zwei in radialer Richtung abstehende Haltenasen angeformt sind, die in korrespondierende Aussparungen im Rotor hineinragen / formschlüssig in diesen Aussparungen aufgenommen sind. Dadurch lässt sich auch besonders gut ein Poka-Yoke-Merkmal umsetzen. Bei zwei Haltenasen sind diese insbesondere in einem von 180° unterschiedlichen Winkel zueinander versetzt angeordnet.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Dichtelement aus einem Kunststoffmaterial / Polymer ausgeformt ist / hergestellt ist.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Rotors eines hydraulischen Nockenwellenverstellers nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei in dem Rotor bereits ein Dichtelement angebracht ist,
- 2 eine perspektivische Darstellung des in 1 eingesetzten Dichtelementes, wobei ein Labyrinthspalt gut erkennbar ist,
- 3 eine Längsschnittdarstellung des Rotors nach 1, wobei die konische Ausformung der radialen Innenseite des Rotors sowie der dazu komplementär ausgebildeten Außenseite des Dichtelementes zu erkennen ist,
- 4 eine detaillierte Längsschnittdarstellung des Rotors nach den 1 und 3, wobei die radiale Innenseite des Rotors sowie die an dieser anliegende radiale Außenseite des Dichtelementes näher zu erkennen sind,
- 5 eine detaillierte Längsschnittdarstellung des Dichtelementes nach 2, sowie
- 6 eine perspektivische Darstellung des Rotors nach 1 ohne Dichtelement.
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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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In Verbindung mit 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers veranschaulicht. Der Nockenwellenversteller an sich ist seitens seines Stators sowie der weiteren statorfesten Bestandteile der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Der Nockenwellenversteller ist jedoch als hydraulischer Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps ausgestaltet. In 1 ist repräsentativ für diesen Nockenwellenversteller ein Rotor 2 zu erkennen, der mit einem Dichtelement 5 versehen ist.
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Der Rotor 2, der in alleiniger Darstellung in 6 zu erkennen ist, weist prinzipiell einen ringförmigen Grundabschnitt 1 / Grundkörper auf, an dessen radialer Außenseite mehrere in Umfangsrichtung verteilte Flügel 9 angeordnet sind. Die Flügel 9 erstrecken sich von der Außenseite des Grundabschnittes 1 auf gewöhnliche Weise in radialer Richtung nach außen. Die Flügel 9 bilden im Betrieb auf typische Weise mit dem Stator mehrere Teilarbeitskammern aus, die hydraulisch an eine Hydraulikversorgung angeschlossen sind. Dem entsprechend weist der Rotor 2 mehrere ihn in radialer Richtung durchdringende Hydraulikmittelkanäle 3 auf, die entweder als Hydraulikmittelzuführkanäle oder Hydraulikmittelableitkanäle dienen, um die entsprechenden Teilkammern / Teilarbeitskammern im Betrieb mit einem hydraulischen Druck zu beaufschlagen oder von diesem hydraulischen Druck zu entlasten.
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Der Rotor 2 weist ein zentrales Durchgangsloch auf, um das sich der Grundabschnitt 1 ringförmig herum erstreckt. Der Rotor 2 an sich ist insbesondere sintertechnisch hergestellt und weist eine in dem Sinterverfahren vollständig, d.h. in axialer Richtung vollständig kalibrierte Innenseite 4 auf. Zu der Innenseite 4 treten die jeweiligen Hydraulikmittelkanäle 3 aus, wie in 6 gut zu erkennen.
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Im Betrieb ist der Rotor 2 mittels eines hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellten Zentralventils, das bevorzugt als Zentralventilschraube / Schraube ausgeführt ist, an eine Stirnseite einer Nockenwelle drehfest angebracht. Das Zentralventil dient wiederum zum Zu- bzw. Ableiten des Hydraulikmittels zu bzw. von den Hydraulikmittelkanälen 3 und somit zum Steuern der entsprechenden Relativwinkelstellung des Rotors 2 zum Stator im Betrieb des Nockenwellenverstellers.
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In Verbindung mit 1 ist zu erkennen, dass an der Innenseite 4 ein ringförmiges Dichtelement 5 angebracht ist. Dieses Dichtelement 5 ist wiederum aus einem verformbaren / elastisch verformbaren Material, nämlich einem Polymer ausgebildet. Das Dichtelement an sich ist auch in Verbindung mit 2 besonders gut erkennbar. Das Dichtelement 5 ist nicht vollständig umlaufend ausgeführt, sondern weist an einer Umfangsstelle / in einem Umfangsbereich einen Spalt in Form eines Labyrinthspaltes 11 auf. Unter einem Labyrinthspalt 11 ist hierbei insbesondere ein nicht gerade verlaufender, sondern im Wesentlichen zickzackförmig verlaufender Spalt zu verstehen. Des Weiteren ist in dem Dichtelement 5 je Hydraulikmittelkanal 3 des Rotors 2 ein Durchgangsloch 10 vorgesehen, das im montierten Zustand gemäß 1 mit dem jeweiligen Hydraulikmittelkanal 3 fluchtet.
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Wie in den 3 und 4 besonders gut erkennbar ist, ist die radiale Innenseite 4 des Rotors 2 konisch ausgeformt. Folglich verjüngt bzw. erweitert sich die Innenseite 4 des Rotors 2 in axialer Richtung gesehen kontinuierlich. Eine radiale Außenseite 6 des Dichtelementes 5 ist komplementär zu der Innenseite 4 ausgeformt. Somit ist auch die Außenseite 6 des Dichtelementes 5 konisch ausgeformt. Wie in 4 ebenfalls zu erkennen, weist das Dichtelement 5 im Wesentlichen eine geringere axiale Erstreckung auf als die Innenseite 4 des Rotors 2. Das Dichtelement 5 ist hierbei derart ausgestaltet, dass es bei einem Einschrauben des Zentralventils in axialer Richtung relativ zu der Innenseite 4 derart verschoben wird, dass die konische Flächen der Innenseite 4 sowie der Außenseite 6 aneinander abgleiten und es somit zu einem Komprimieren des Dichtelementes 5 in radialer Richtung und somit in Umfangsrichtung kommt. Daher wird das Dichtelement 5 beim Montieren des Rotors 2 an der Nockenwelle in Umfangsrichtung komprimiert, sodass der vorhandene Labyrinthspalt 11 geschlossen wird.
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Weiterhin ist gemäß 5 zu erkennen, dass einerseits an der Außenseite 6 zwei Dichtlippen 8 sowie andererseits an der Innenseite 7 des Dichtelementes 5 zumindest eine Dichtlippe 8 angeordnet sind. Die Dichtlippen 8 laufen ebenfalls in Umfangsrichtung vollständig (bis zum Labyrinthspalt 11 hin) um. Eine der beiden an der Außenseite 6 vorgesehenen Dichtlippen 8 ist in axialer Richtung zwischen den Hydraulikmittelzuführ- und -abführkanälen angeordnet. Die andere der beiden an der Außenseite 6 vorgesehenen Dichtlippen 8 dient zur Abdichtung zur Umgebung hin. Auch sind zu zwei axialen Seiten des Dichtelementes 5 hin zwei kreisförmige Dichtkonturen vorgesehen.
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Wie des Weiteren in Verbindung mit 1 zu erkennen, ist das Dichtelement 5 verdrehsicher in dem Rotor 2 angebracht. Hierfür weist das Dichtelement 5 zwei in Umfangsrichtung relativ zueinander versetzte Haltenasen 12 auf. Die Haltenasen 12 stehen jeweils von der Außenseite 6 aus in radialer Richtung ab. Die Haltenasen 12 ragen in komplementär zu ihnen ausgebildete Aussparungen 13 im Rotor 2 hinein. Insbesondere ist die jeweilige Aussparung 13 zu einer Stirnseite des Rotors 2 hin ausgeformt. Die beiden Haltenasen 12 bzw. Aussparungen 13 sind in Umfangsrichtung gesehen um einen Winkel unterschiedlich zu 180° relativ zueinander versetzt, sodass hiermit ein Poka Yoke Merkmal realisiert ist.
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In anderen Worten ausgedrückt, besteht die erfinderische Lösung somit in der Zentrierung des Zentralventils im Rotor 2 durch ein Polymereinlegeteil (Dichtelement 5). Das Polymer-Einlegeteil 5 weist insbesondere auf: - Eine kegelige Außenform welche sich beim Eindrehen des Zentralventils in die Nockenwelle durch die kegelige Gegenform des Rotors 2 dicht um das Zentralventil fügt. Die Überdeckung schließt den Dichtspalt beim Einschrauben des Zentralventils. - Optional verformbare Dichtelemente welche Fertigungstoleranzen der Rotor-Innengeometrie ausgleichen (falls aufgrund von hohen Fertigungstoleranzen sinnvoll). - Optional Labyrinth-Dichtspalt 11, je nachdem wie groß der Ausgleich der Durchmessertoleranz sein muss und abhängig von der elastischen Verformbarkeit des Polymer-Materials. - Integrierte Verdrehsicherung und Poka-Yoke-Merkmal (Nuten (Aussparungen 13) sind nicht um 180° versetzt wodurch eine falsche Montage nicht möglich ist) für die exakte Positionierung der Ölbohrungen. - Umlaufender Dichtsteg (Dichtlippe 8) mit axial veränderlicher Position (durch sehr freie Gestaltung der Polymere-Spritzgussform). Gleicht Fertigungstoleranzen von Zentralventil und Rotor 2 durch plastische Deformation bei Einbau aus. Des Weiteren ist die Rotorgeometrie schmaler und günstiger herstellbar durch: - Eine komplette Kalibrierbarkeit des Rotorinnendurchmessers. Kegelförmig ausgeführt als Gegenstück zum kegeligen Polymer-Einlegeteil 5. - Einen umlaufenden Dichtsteg mit axial veränderlicher Position sehr schmal bauender Rotor möglich. Eine Kreisform an dem Dichtelement 5 unterstützt die Anlage des Dichtrings 5 an das Zentralventil bei Einwirkung von Öldruck.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Grundabschnitt
- 2
- Rotor
- 3
- Hydraulikmittelkanal
- 4
- Innenseite des Rotors
- 5
- Dichtelement
- 6
- Außenseite des Dichtelementes
- 7
- Innenseite des Dichtelementes
- 8
- Dichtlippe
- 9
- Flügel
- 10
- Durchgangsloch
- 11
- Labyrinthspalt
- 12
- Haltenase
- 13
- Aussparung
- 14
- Dichtkontur
