DE102017110599A1

DE102017110599A1 - Gehäuse für eine Nockenwellenverstellvorrichtung

Info

Publication number: DE102017110599A1
Application number: DE102017110599.9A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Weber; Daniel Heise; Marco Hildebrand
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-05-16
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2018-11-22
Also published as: WO2018210371A1

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Gehäuse (1) für eine Nockenwellenverstellvorrichtung (2) eines trockenen Riementriebs (3), wobei das Gehäuse (1) an einem Zylinderkopf (13) befestig-bar ist und das Gehäuse (1) die Nockenwellenverstellvorrichtung (2) oder Teile der Nockenwellenverstellvorrichtung (2) derart dichtend abschließen kann, dass kein Austausch von Fremdstoffen zwischen dem Trockenraum (4), in dem der trockene Riementrieb (3) angeordnet ist, und der Umwelt stattfinden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) einen Ablaufkanal (5) aufweist, der das sich in einem Nassraum (6) ansammelnde Öl zu einem Ölreservoir (7) leiten kann.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für 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 oder Wellgetriebe) 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, um eine Verstellung einzuleiten. Eine Feder kann zusätzlich angeordnet werden, welche die Relativdrehung zwischen Antriebselement und Abtriebselement unterstützt oder zurückführt.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nockenwellenversteller in einem trockenen Riementrieb anzugeben, der eine besonders einfache Ölrückführung zu einem Reservoir aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst.
So löst ein Gehäuse für eine Nockenwellenverstellvorrichtung eines trockenen Riementriebs, wobei das Gehäuse an einem Zylinderkopf befestigbar ist und das Gehäuse die Nockenwellenverstellvorrichtung oder Teile der Nockenwellenverstellvorrichtung derart dichtend abschließen kann, dass kein Austausch von Fremdstoffen zwischen dem Trockenraum, in dem der trockene Riementrieb angeordnet ist, und der Umwelt stattfinden kann, erfindungsgemäß die Aufgabe dadurch, dass das Gehäuse einen Ablaufkanal aufweist, der das sich in einem Nassraum ansammelnde Öl zu einem Ölreservoir leiten kann.
Auch löst ein Gehäuse für eine Nockenwellenverstellvorrichtung eines trockenen Riementriebs, wobei das Gehäuse an einem Zylinderkopf befestigbar ist und das Gehäuse die Nockenwellenverstellvorrichtung oder Teile der Nockenwellenverstellvorrichtung dichtend abschließen kann, erfindungsgemäß die Aufgabe dadurch, dass das dichtende Gehäuse keinen Austausch von Öl zwischen einem Trockenraum), in dem der trockene Riementrieb angeordnet ist, und einem Nassraum zulässt und das Gehäuse einen Ablaufkanal aufweist, der das sich in dem Nassraum ansammelnde Öl zu einem Ölreservoir leiten kann.
Auch findet erfindungsgemäß kein Austausch von Fremdstoffen zwischen dem Nassraum und der Umwelt statt. Hierfür ist beispielsweise zwischen dem Gehäuse und einem der Teile der Nockenwellenverstellvorrichtung eine Dichtung vorgesehen.
Hierdurch wird erreicht, dass auf eine zusätzliche Ölrückführung innerhalb der Nockenwellenverstellvorrichtung verzichtet und so die Herstellkosten der Nockenwellenverstellvorrichtung reduziert werden können.
Die Nockenwellenverstellvorrichtung kann in einer ersten Variante einen hydraulisch arbeitenden Nockenwellenversteller, ein in einer Zentralschraube angeordnetes Zentralventil und einen Zentralmagneten zum Betätigen des Zentralventils aufweisen. Der hydraulische Nockenwellenversteller wird mit dieser Zentralschraube an der Nockenwelle befestigt bzw. ist mit der Nockenwelle befestigbar ausgebildet.
Die Nockenwellenverstellvorrichtung kann in einer zweiten Variante einen elektromechanischen Nockenwellenversteller, welcher ein Getriebe beinhaltet, der über eine Kupplung von einem koaxial angeordneten Elektromotor angetrieben wird, aufweisen, wobei der elektromechanische Nockenwellenversteller mit einer ventillosen Zentralschraube an der Nockenwelle befestigt ist bzw. befestigbar ist.
Die Komponenten der Nockenwellenverstellvorrichtung sind zueinander fluchtend angeordnet, wobei deren Dreh- bzw. Symmetrieachse mit der Drehachse der Nockenwelle weitestgehend zusammenfällt. Beide Varianten der Nockenwellenverstellvorrichtung weisen ein Riemenrad auf, welches von einem Riemen angetrieben wird, wobei der Riemen trocken innerhalb eines Riemenkastens läuft, wobei der Riemenkasten von einem Riemendeckel verschlossen ist, so dass Riemendeckel, Zylinderkopf und Kurbelwellengehäuse einen Trockenraum ausbilden.
Um den Trockenraum vor dem Öl, das zum Schmieren des elektromechanischen Nockenwellenverstellers oder zum Betreiben des hydraulischen Nockenwellenverstellers vorhanden ist, zu schützen, ist eine Vielzahl von Dichtungen nötig. Zudem muss der innerhalb der Nockenwellenverstellvorrichtung vorhandene, mit Öl befüllte Nassraum entleert werden.
Das abzuführende Öl kann vorteilhafterweise gemäß der Erfindung nun nicht rotierende Bauteile und entsprechende Ölübergabestellen, welche sich relativ zueinander bewegen, passieren. Dadurch wird Ölverschäumung sowie Leckage vermieden und die Anzahl von schleifenden Dichtungen minimiert.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Nassraum zwischen dem Gehäuse und einem nockenwellenverstellerfesten Bauteil ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist zwischen dem Gehäuse und dem nockenwellenverstellerfesten Bauteil eine Dichtung zur Abdichtung des Nassraumes angeordnet.
In einer alternativen Ausgestaltung ist der Nassraum zwischen dem Gehäuse und einem den Nockenwellenversteller betätigenden Bauteil ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist zwischen dem Gehäuse und einem den Nockenwellenversteller betätigenden Bauteil eine Dichtung zur Abdichtung des Nassraumes angeordnet.
In einer bevorzugten Ausbildung weist das Gehäuse eine Aufnahme für ein den Nockenwellenversteller betätigendes Bauteil oder ein Bauteil des Nockenwellenverstellers selbst auf. Damit kann das erfindungsgemäße Gehäuse Bauteile der Nockenwellenverstellvorrichtung tragen, fixieren und/oder zueinander ausrichten. Vorteilhafterweise kann dies durch einen Konsole geschehen, die mit einem Ausleger von einer Aufnahme für ein Bauteil der Nockenwellenverstellvorrichtung beabstandet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Ablaufkanal des Gehäuses in einen Kanal des Zylinderkopfes oder des Kurbelwellengehäuses münden. Besonders vorteilhaft ist es, die Mündung des Ablaufkanals des Gehäuses mit einer Dichtung zu versehen.
In einer besonders vorteilhaften Ausbildung des Gehäuses, weist dieses eine Konsole auf, die mittels einer als Gabel ausgebildeten Aufnahme mit dem Zylinderkopf oder mit dem Kurbelwellengehäuse oder mit dem Riemendeckel verbindbar ist und einen Ausleger aufweist, der eine Aufnahme des Gehäuses für ein Bauteil der Nockenwellenverstellvorrichtung von der Konsole beabstandet.
In einer vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen Gehäuses kann der Ablaufkanal des Gehäuses in ein Ölreservoir der Nockenwellenverstellvorrichtung münden.
Ein solches Ölreservoir innerhalb der Nockenwellenverstellvorrichtung kann mit dem bspw. aus den hydraulischen Arbeitskammer ausscheidenden Öl befüllt werden, welches dann einer Arbeitskammer mit Mangelversorgung zur Verfügung gestellt werden kann.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung eines Gehäuses für einen trockenen Riementrieb wird eine möglichst einfache und störungsfreie Drainage eines Nassraumes erreicht, welche abgedichtet in einem trockenen Riementrieb angeordnet ist.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt.
Es zeigen:

1 eine Vorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Gehäuse und einem hydraulisch arbeitenden Nockenwellenversteller,
2 eine Vorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Gehäuse und einem elektromechanisch arbeitenden Nockenwellenversteller und
3 eine konsolenartige Vorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Gehäuse für einen hydraulisch oder elektromechanisch arbeitenden Nockenwellenversteller.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Vorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Gehäuse 1 und einem hydraulisch arbeitenden Nockenwellenversteller 9. Die gezeigte Nockenwellenverstellvorrichtung 2 besteht aus einem hydraulischen Nockenwellenversteller 9, einem in eine Zentralschraube integrierten Zentralventil 19 (im folgenden nur Zentralventil 19 genannt) und einem Zentralmagneten 18. Der Nockenwellenversteller 9 ist durch das Zentralventil 19 mit der Nockenwelle 23 drehfest verbunden, welche im Zylinderkopf 13 rotiert. Der Zentralmagnet 18 ist mit dem Riemendeckel 20 fest verbunden. Ein Nockenwellenverstellerdeckel 24 bildet mit dem Gehäuse 1 und dem Zentralmagneten 18 und dem Zentralventil 19 einen Nassraum 6 aus. Der Zentralmagnet 18 betätig das Zentralventil 19, welches den Ölfluss zu und von dem Nockenwellenversteller 9 steuern kann und den Nockenwellenversteller 9 für den gewünschten Betriebszustand betätigt. Gehäuse 1 und Nockenwellenverstellerdeckel 24 drehen sich im Betrieb relativ zueinander. Damit aus dem Nassraum 6 kein aus dem Nockenwellenversteller 9 oder dem Zentralventil 19 austretendes Öl in den Trockenraum 4 gelangt, sind verschiedene Dichtungen 8, 10 und 11 vorgesehen. Die Dichtung 10 ist zwischen dem Gehäuse 1 und dem Zentralmagneten 18 angeordnet und dichtet den Nassraum 6 gegenüber dem Trockenraum 4 sowie den Nassraum 6 gegenüber der Umwelt ab. Das in dem Nassraum 6 vorhanden Öl wird über einen im Gehäuse 1 vorhandenen Kanal 5 zu einem Ölreservoir 7 durch das Kurbelwellengehäuse 17 hindurch, abgeführt. Damit kann sich im Nassraum 6 kein Öldruck aufbauen, welcher die umliegenden Bauteile, insbesondere die Dichtungen 8 und 10 schädigen könnte. Die Dichtung 8 ist von einer Aufnahme 27 des Gehäuses 1 aufgenommen. Die Dichtung 8 steht auch im dichtenden Kontakt mit dem Nockenwellenverstellerdeckel 24, daher ist die Dichtung 8 eine Dichtung, die im Betrieb dynamische Bewegungen, bspw. Taumelbewegungen, aushalten kann, wobei der schleifende Kontakt zwischen der Dichtung 8 und einer seiner kontaktierten Bauteile in jeder Betriebssituation der Brennkraftmaschine ein Diffundieren von Fremdstoffen verhindert.
Der Zugang vom Nassraum 6 zum Kanal 5 ist vorzugsweise in unmittelbarer Nähe zur Dichtung 8 angeordnet, damit nach Abstellen der Brennkraftmaschine das verbleibende Öl ungehindert abfließen kann und kein totes Ölvolumen im Nassraum 6 verbleibt. Insbesondere sollte dieser Zugang geodätisch unterhalb der Dichtung 8 angeordnet sein.
Die Dichtung 11 dichtet die Mündungen 14 des Kanals 5 und die ihr gegenüberstehende Mündung 15 des Kanals 12 ab, so dass kein Öl in den Trockenraum 4 gelangen kann.
2 zeigt eine Vorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Gehäuse 1 und einem elektromechanisch arbeitenden Nockenwellenversteller 9.
Die 2 zeigt grundsätzlich denselben Aufbau wie 1, jedoch mit einer anderen Nockenwellenverstellvorrichtung 2 bestehend aus einem elektromechanischen Nockenwellenversteller 9, einer Zentralschraube 22 (ohne Ventilfunktion) und einen den Nockenwellenversteller 9 betätigenden Elektromotor 21. Gut erkennbar ist, dass das Gehäuse 1, analog zur 1, eine Konsole 16 und den Ausleger 28 aufweist, auf die in 3 weiter eingegangen wird. Besonders vorteilhaft ist, dass das Gehäuse 1 sowohl für den elektromechanischen als auch für den hydraulischen Nockenwellenversteller 9 geeignet ist und keiner Änderungen bedarf. Lediglich die Dichtung 8 kann in Ihren Dimensionen an den Nockenwellenverstellerdeckel 24 angepasst werden oder der Nockenwellenverstellerdeckel 24 hat an der Schnittstelle zur Dichtung 8 dieselbe Ausbildung, unabhängig von der Betriebsart des Nockenwellenverstellers 9. Somit ist eine Austauschbarkeit gegeben und es kann die gewünschte Nockenwellenverstellvorrichtung verbaut werden.
3 zeigt eine konsolenartige Vorrichtung 16 mit dem erfindungsgemäßen Gehäuse 1 für einen hydraulisch oder elektromechanisch arbeitenden Nockenwellenversteller 9. Das Gehäuse 1 weist neben dem Kanal 5 einen Ausleger 28, eine Konsole 16, eine Durchgangsöffnung 25, eine Gabel 26 und eine Aufnahme 27 auf. Die Aufnahme 27 ist, gemäß den 1 und 2, dazu geeignet, eine Dichtung oder ein Bauteil der Nockenwellenverstellvorrichtung aufzunehmen. Der Kanal 5 erstreckt sich von der Aufnahme 27 durch den Ausleger 28 hindurch bis zur Konsole 16 und endet mit der Mündung 14 für die Mündung 12 des Kurbelwellengehäuses 17 oder der Zylinderkopfes 13 oder des Riemendeckels 20. Die Mündung 14 kann mit einer Dichtung 11 abgedichtet werden. Die Durchgangsöffnung 25 ist zu Befestigung der Konsole 16 und damit des gesamten Gehäuses 1 mit dem Kurbelwellengehäuse 17 oder dem Zylinderkopf 13 oder gar mit dem Riemendeckel 20 geeignet und kann von einem Befestigungselement durchragt werden. Die Konsole 16 kommt mit dem Kurbelwellengehäuse 17 oder dem Zylinderkopf 13 oder gar mit dem Riemendeckel 20 in Anlage.
Das vorzugsweise einteilige Gehäuse 1 weist an dem konsolenseitigen Ende eine Gabel 26 auf, mit der das Gehäuse 1 zur Montage vorfixiert werden kann. Zunächst kann durch die radiale Öffnung der Gabel 26 der Nockenwellenversteller radial zugeführt werden, um anschließend in axialer Richtung in die Aufnahme 27 eingeschoben zu werden. Alternativ kann das Gehäuse 1 mehrteilig sein, um den Zusammenbau zu vereinfachen. Dazu kann die Gabel 26 eine komplementäre Kontur des Kurbelwellengehäuses 17 oder der Zylinderkopfes 13 oder des Riemendeckels 20 umgreifen oder in diese Kontur eingreifen. Über die Aufnahme 27 ist der Nockenwellenversteller 9 fixierbar. Die Baugruppe aus Gehäuse 1 und Nockenwellenversteller 9 kann dann über die Durchgangsöffnung 25 an der Brennkraftmaschine befestigt werden.
Bezugszeichenliste

1): Gehäuse
2): Nockenwellenverstellvorrichtung
3): Riementrieb
4): Trockenraum
5): Ablaufkanal
6): Nassraum
7): Ölreservoir
8): Dichtung
9): Nockenwellenversteller
10): Dichtung
11): Dichtung
12): Kanal
13): Zylinderkopf
14): Mündung
15): Mündung
16): Konsole
17): Kurbelwellengehäuse
18): Zentralmagnet
19): Zentralventil
20): Riemendeckel
21): Elektromotor
22): Zentralschraube
23): Nockenwelle
24): Nockenwellenverstellerdeckel
25): Durchgangsöffnung
26): Gabel
27): Aufnahme
28): Ausleger

Claims

Gehäuse (1) für eine Nockenwellenverstellvorrichtung (2) eines trockenen Riementriebs (3), wobei das Gehäuse (1) an einem Zylinderkopf (13) befestigbar ist und das Gehäuse (1) die Nockenwellenverstellvorrichtung (2) oder Teile der Nockenwellenverstellvorrichtung (2) derart dichtend abschließen kann, dass kein Austausch von Fremdstoffen zwischen dem Trockenraum (4), in dem der trockene Riementrieb (3) angeordnet ist, und der Umwelt stattfinden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) einen Ablaufkanal (5) aufweist, der das sich in einem Nassraum (6) ansammelnde Öl zu einem Ölreservoir (7) leiten kann.
Gehäuse (1) für eine Nockenwellenverstellvorrichtung (2) eines trockenen Riementriebs (3), wobei das Gehäuse (1) an einem Zylinderkopf (13) befestigbar ist und das Gehäuse (1) die Nockenwellenverstellvorrichtung (2) oder Teile der Nockenwellenverstellvorrichtung (2) dichtend abschließen kann, dadurch gekennzeichnet, dass das dichtende Gehäuse keinen Austausch von Öl zwischen einem Trockenraum (4), in dem der trockene Riementrieb (3) angeordnet ist, und einem Nassraum (6) zulässt und das Gehäuse (1) einen Ablaufkanal (5) aufweist, der das sich in dem Nassraum (6) ansammelnde Öl zu einem Ölreservoir (7) leiten kann.
Gehäuse (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nassraum (6) zwischen dem Gehäuse (1) und einem nockenwellenverstellerfesten Bauteil ausgebildet ist.
Gehäuse (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse (1) und dem nockenwellenverstellerfesten Bauteil eine Dichtung (8) zur Abdichtung des Nassraumes (6) angeordnet ist.
Gehäuse (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nassraum (6) zwischen dem Gehäuse (1) und einem den Nockenwellenversteller (9) betätigenden Bauteil ausgebildet ist.
Gehäuse (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse (1) und einem den Nockenwellenversteller (9) betätigenden Bauteil eine Dichtung (10) zur Abdichtung des Nassraumes (6) angeordnet ist.
Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) eine Aufnahme für ein den Nockenwellenversteller (9) betätigendes Bauteil aufweist.
Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das der Ablaufkanal (5) des Gehäuses (1) in einen Kanal (12) des Zylinderkopfes (13) oder des Kurbelwellengehäuses münden kann.
Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das der Ablaufkanal (5) des Gehäuses (1) in ein Ölreservoir (7) der Nockenwellenverstellvorrichtung (2) münden kann.
Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) eine Konsole (16) aufweist, die mittels einer als Gabel (26) ausgebildeten Aufnahme mit dem Zylinderkopf (13) oder mit dem Kurbelwellengehäuse (17) oder mit dem Riemendeckel (20) verbindbar ist und einen Ausleger (28) aufweist, der eine Aufnahme (27) des Gehäuses (1) für ein Bauteil der Nockenwellenverstellvorrichtung (2) von der Konsole (16) beabstandet.