DE102019120152A1

DE102019120152A1 - Nockenwellenversteller mit ölunabhängiger Verriegelung von außen

Info

Publication number: DE102019120152A1
Application number: DE102019120152.7A
Authority: DE
Inventors: Ali BAYRAKDAR
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-07-25
Filing date: 2019-07-25
Publication date: 2020-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller (1) des Flügelzellentyps für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Stator (2) und einem dazu verdrehbaren Rotor (3), wobei der Rotor (3) über einen Mittenverriegelungsmechanismus (4) in einer ersten Verriegelungsposition und über einen Spätverriegelungsmechanismus (5) in einer zur ersten Verriegelungsposition unterschiedlichen zweiten Verriegelungsposition relativ zu dem Stator (2) verriegelbar ist, wobei der Spätverriegelungsmechanismus (5) einen entgegen der Federkraft einer Feder (6) verlagerbaren Verriegelungspins (7) besitzt, wobei der Verriegelungspin (7) so aus dem Stator (2) herausragt, dass er von einem Verlagerungsbauteil (8), das außerhalb des Stators (2) angeordnet ist, mechanisch betätigbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zur Verstellung der Phasenlage einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle. Der Nockenwellenversteller weist einen Stator und einem dazu innerhalb eines begrenzten Winkelbereichs verdrehbaren Rotor auf, wobei der Rotor über einen Mittenverriegelungsmechanismus in einer ersten Verriegelungsposition, insbesondere in einer Mittenposition, und über einen Spätverriegelungsmechanismus in einer zur ersten Verriegelungsposition unterschiedlichen zweiten Verriegelungsposition, insbesondere in eine Spätposition, relativ zu dem Stator verriegelbar ist, wobei der Spätverriegelungsmechanismus einen in dem Rotor angeordneten, entgegen der Federkraft einer Feder verlagerbaren Verriegelungspin besitzt.
Aufgrund der Motorenentwicklung ist es für einen Nockenwellenversteller erforderlich, mehr als eine Verriegelungsposition vorzuhalten, damit eine Position der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle abhängig von dem Betriebsfall, zum Beispiel bei einem Motorstart, einem Motorstopp oder im Betrieb im kälteren oder im wärmeren Zustand, eingestellt werden kann. Es sind also unterschiedliche Verriegelungspositionen, insbesondere eine Mittenposition oder eine Spätposition, für einen Start-Stopp-Betrieb an einer Ampel, einen Kaltstart, bei einer Hybridanwendung oder im Notlauf gewünscht.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Nockenwellenversteller bekannt, die eine Verriegelung des Rotors relativ zu dem Stator in mehr als einer Position, insbesondere in der Mittenposition und in der Spätposition, ermöglichen. Solche Nockenwellenversteller sind beispielsweise als Smartlock-, Multilock- oder Duallock-Nockenwellenversteller bekannt. Zum Beispiel offenbart die EP 1 128 026 A2 eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Nockenwelle, einem Rotor, der mit der Nockenwelle rotationsfest verbunden ist, einem Gehäuse/Stator, das zu dem Rotor zwischen einer Spät-Position und einer Früh-Position verdrehbar angeordnet ist, und Verriegelungsmitteln zum Verhindern einer Relativbewegung zwischen dem Rotor und dem Gehäuse, wobei die Verriegelungsmittel entweder in dem Rotor oder in dem Gehäuse befestigt sind und in den jeweils anderen des Rotor und des Gehäuses in der Spät-Position, der Früh-Position und zumindest in einer Position dazwischen lösbar eingreifen können.
Auch offenbart ein anderes Dokument, die DE 197 55 495 A1 , eine Verriegelungseinrichtung für eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, welche aus einem kurbelwellenfesten Bauteil und aus einem nockenwellenfesten Bauteil besteht, wobei das nockenwellenfeste Bauteil das kurbelwellenfeste Bauteil axial durchdringend angeordnet ist und an seinem freien Ende außerhalb der Vorrichtung ein druckmitteldicht mit einem oder mehreren Druckräumen der Vorrichtung hydraulisch verbundenes und über eine Axialführung axial bewegliches Verriegelungselement aufweist, mit welchem bei Unterschreitung eines zum Verstellen des Stellelementes der Vorrichtung notwendigen Druckes des hydraulischen Druckmittels durch eine Hilfsenergie eine vom Stellelement unabhängige verdrehsichere Kraftübertragungsverbindung zwischen dem kurbelwellenfesten Bauteil und dem nockenwellenfesten Bauteil in einer oder mehreren Drehstellung(en) dieser zueinander herstellbar ist.
Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass bisher bekannte Verriegelungsmechanismen oftmals durch Öldruck entriegelt werden, aber eine Entriegelung oder Verriegelung auch in Betriebszuständen, in denen sich kein Öl im Nockenwellenversteller befindet, sichergestellt werden muss. Zudem sind bisher bekannte Verriegelungsmechanismen für die Verriegelung in der Spätposition kosten- und bauraumintensiv.
Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll ein Nockenwellenversteller bereitgestellt werden, der außer seiner Verstellfunktion eine Verriegelung in zumindest zwei unterschiedlichen Verriegelungspositionen ermöglicht, die je nach Anforderungsfall wunschgemäß verriegeln und entriegeln können. Zudem soll auch in einem Notfall oder bei einem Systemausfall gewährleistet werden, dass der Nockenwellenversteller in eine Sollverriegelungsposition, beispielsweise die Mittenposition, verstellt und dort verriegelt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Verriegelungspin so aus dem Stator und/oder einem statorfesten Bauteil, wie einem Deckel, herausragt, dass er von einem Verlagerungsbauteil, das außerhalb des Stators angeordnet ist, mechanisch betätigbar/verstellbar ist. Das heißt also, dass der Verriegelungspin öldruckunabhängig über die mechanische Verlagerung des Verlagerungsbauteils außerhalb des Stators gesteuert wird. Die Verlagerung des Verriegelungspins wird also von außen gesteuert, so dass die Verlagerung (insbesondere ein Entriegeln) nicht an eine Ölversorgung des Nockenwellenverstellers gekoppelt ist.
Dies hat den Vorteil, dass ein Betätigen des Verriegelungspins, insbesondere ein Entriegeln, auch ohne Öl im Nockenwellenversteller gewährleistet ist. Somit kann der zweite Verriegelungsmechanismus unabhängig davon, ob in dem vorliegenden Betriebszustand Öl im System ist, entriegelt bzw. betätigt werden. Der Nockenwellenversteller kann also auch im Notfall oder bei abgeschaltetem Motor sich aus der zweiten Verriegelungsposition entriegelt werden, um dann in die Sollverriegelungsposition verstellt zu werden. Zudem kann die Aktuierung des zweiten Verriegelungsmechanismus besonders bauraumsparend und wirtschaftlich umgesetzt werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Verriegelungspin einen statorfesten Deckel, insbesondere einen vorderen statorfesten Deckel, durchgreifen. Der vordere Deckel ist auf einer nockenwellenabgewandten Axialseite des Rotors angeordnet. Dadurch wird ermöglicht, dass der Verriegelungspin von einem Aktuator, der außerhalb des Systems aus dem Rotor, dem Stator und dem statorfesten Deckel angeordnet ist, betätigt, d.h. entgegen der Federkraft der Feder verriegelt oder entriegelt, wird. Durch das Hervorstehen des Verriegelungspins aus dem System ist er besonders leicht zugänglich und somit auf unterschiedliche Weise, insbesondere unabhängig von der Ölversorgung zur Verstellung des Rotors relativ zu dem Stator, verlagerbar.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Verlagerungsbauteil durch einen Elektromagneten elektromagnetisch zur Betätigung des Verriegelungspins verlagerbar sein. Durch den Einsatz einer elektromagnetischen Kraft wird das Verlagerungsbauteil und damit der Verriegelungspin in Abhängig davon verlagert, ob der Elektromagnet bestromt wird oder von einer Stromversorgung getrennt wird. Zum einen kann die Verriegelung und Entriegelung somit zuverlässig gesteuert werden und zum anderen kann eine Notfallentriegelung aus der Spätposition, beispielsweise wenn ein Kabelbruch entsteht oder ein Stromausfall vorliegt, einfach umgesetzt werden. Es ist also möglich, auch im Notfall eine selbsttätige Betätigung, insbesondere Entriegelung aus der Spätposition, zu aktuieren. Anschließend kann der Nockenwellenversteller in die Mittenposition verstellt werden, aus der ein Motorstart oder ein Kaltstart durchgeführt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Ausführungsform kann der Elektromagnet durch einen Zentralmagneten gebildet werden, der ausgelegt ist, um zur Verstellung des Rotors relativ zu dem Stator ölfluss-steuernd auf ein Zentralventil einzuwirken. Das heißt also, dass der bereits vorhandene Zentralmagnet zur Steuerung der betrieblichen Verstellung des Nockenwellenverstellers zusätzlich zur Verlagerung des Verriegelungspins genutzt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass kein zusätzlicher Elektromagnet in dem Nockenwellenversteller eingebaut werden muss, sondern ein vorhandenes Bauteil die Funktion des Betätigens übernimmt. So kann der zweite Verriegelungsmechanismus nahezu kostenneutral integriert werden.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn das Verlagerungsbauteil axialfest mit einem Zentralmagnetpin des Zentralmagneten verbunden ist. Das Verlagerungsbauteil kann beispielsweise über ein Kugelgelenk oder über eine starre Verbindung mit dem Zentralmagnetpin verbunden sein. Das heißt, dass ein durch die elektromagnetische Kraft gesteuerte Stellung des Zentralmagnetpins direkt mit der axialen Position des Verlagerungsbauteils gekoppelt ist. So kann das Verlagerungsbauteil in beide Axialrichtungen verstellt werden. Beispielsweise wird der Zentralmagnet so geschaltet, dass das Zentralventil vollständig durchgeschalten ist und das Verlagerungsbauteil den Verriegelungspin in Richtung zu der Nockenwelle hindrückt. Beispielsweise kann der Zentralmagnet von dem Strom getrennt werden, so dass der Zentralmagnetpin einfährt, d.h. sich in Richtung weg von der Nockenwelle verlagert, und der Verriegelungsposition durch die Federkraft der Feder in seine unbetätigte Position, die entweder eine Entriegelungsposition oder eine Verriegelungsposition ist, gestellt wird.
Zudem ist es zweckmäßig, wenn das Verlagerungsbauteil als ein Teller oder als ein tellerartiges Kupplungsbauteil ausgebildet ist. Somit kann der Verriegelungspin, der radial weiter außen als der Zentralmagnetpin und in Axialrichtung zu dem Zentralmagnetpin beabstandet angeordnet ist, auf einfach Weise betätigt werden.
Ferner ist es bevorzugt, wenn das Verlagerungsbauteil in Axialrichtung steif oder starr, d.h. nicht federnd oder biegsam, ausgebildet ist. Somit wird die Axialbewegung des Zentralmagnetpins unverzögert auf den Verriegelungspin übertragen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Verlagerungsbauteil so mit dem Verriegelungspin gekoppelt sein, dass der Verriegelungspin bei Verlagerung der Verlagerungsbauteils in eine zweite Entriegelungsposition oder in die zweite Verriegelungsposition gezwungen ist. Mit anderen Worten ist der Verriegelungspin im unbetätigten Zustand je nach Anordnung der Feder und/oder des Verlagerungsbauteils entriegelt oder verriegelt. Das heißt also, dass der Verriegelungspin durch die Federkraft der Feder in die Verriegelungsposition gedrückt wird und entgegen der Federkraft durch die Betätigungskraft entriegelbar ist oder dass der Verriegelungspin durch die Federkraft der Feder in die Entriegelungsposition gedrückt wird und entgegen der Federkraft durch die Betätigungskraft verriegelbar ist. Eine Anordnung, in der der Verriegelungspin im unbetätigten Zustand verriegelt ist, ist besonders stromsparend, da der Zentralmagnet nicht bestromt gehalten werden muss, um zu verriegelt. Eine Anordnung, in der der Verriegelungspin im unbetätigten Zustand entriegelt ist, bietet sich dadurch in vorteilhafter Weise an, dass der Verriegelungspin bei einem Notfall, wie einem Stromausfall oder Kabelbruch, selbsttätig entriegelt wird und der Nockenwellenversteller aus der Spätposition in die Sollverriegelungsposition in der Mitte wechseln kann.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Verriegelungspin als ein Stufenpin ausgebildet ist, der einen Hauptabschnitt mit einem ersten Außendurchmesser und einen Betätigungsabschnitt mit einem zweiten Außendurchmesser, der kleiner als der erste Außendurchmesser ist, besitzt. Vorzugsweise ist der Hauptabschnitt in einer axialen Aussparung in dem Rotor angeordnet. Dadurch, dass der Betätigungsabschnitt einen geringen Durchmesser besitzt, kann der Verriegelungspin nicht durch den statorfesten Deckel herausfallen.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Betätigungsabschnitt des Verriegelungspins ein in dem statorfesten Deckel ausgebildetes Durchgangsloch durchgreifen. Somit kann der Betätigungsabschnitt von außerhalb des statorfesten Deckels gedrückt/verlagert/betätigt werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn sich das Durchgangsloch entlang eines Kreisbogens erstreckt. Beispielsweise kann das Durchgangsloch als ein Langloch ausgebildet sein, das sich vorzugsweise zumindest über den begrenzten Winkelbereich, in dem der Rotor zu dem Stator verdrehbar ist, erstreckt. Dies hat den Vorteil, eine Verstellung zur Steuerung der Phasenlage der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle durch das Durchgreifen des Betätigungsabschnitts durch den statorfesten Deckel nicht beeinträchtigt wird. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die in Radialrichtung gemessene Breite des Durchgangslochs geringer als der erste Außendurchmesser sein, vorzugsweise etwa dem zweiten Außendurchmesser entsprechen. Zum einen wird somit der Betätigungsabschnitt durch die Form des Durchgangslochs geführt und die Verstellung des Rotors unterstützt und zum anderen ein Herausfallen des gesamten Verriegelungspins sicher ausgeschlossen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Betätigungsabschnitt eine Kontaktfläche aufweisen, die ausgelegt ist, um von dem Verlagerungsbauteil zur Verlagerung des Verriegelungspin kontaktiert und mit einer Axialkraft/Betätigungskraft beaufschlagt zu werden. Vorzugsweise ist die Kontaktfläche außerhalb des Stators und außerhalb des statorfesten Deckels angeordnet. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Kontaktfläche ballig ausgebildet ist. Alternativ kann die Kontaktfläche auch eben oder konkav ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Verriegelungsabschnitt des Verriegelungspins in der zweiten Verriegelungsposition in eine in einem statorfesten Deckel ausgebildete Verriegelungsaussparung eingreifen. Dadurch wird eine Relativverdrehung des Rotors zu dem Stator verhindert. Beispielsweise kann der Verriegelungsabschnitt ein Teil des Hauptabschnitts sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform kann die Verriegelungsaussparung als ein axiales Durchgangsloch oder als ein Sackloch ausgebildet sein. Zudem können/kann der Verriegelungsabschnitt und/oder die Verriegelungsaussparung zu dem freien Ende hin konisch zulaufen. In einer Ausführungsform kann die Verriegelungsaussparung in dem vorderen statorfesten Deckel, in dem auch das Durchgangsloch für den Betätigungsabschnitt ausgebildet ist, oder in einem hinteren statorfesten Deckel angeordnet sein. Bei einer Anordnung in dem vorderen statorfesten Deckel überdecken sich die Verriegelungsaussparung und das Durchgangsloch.
Gemäß eines unabhängigen Aspekts betrifft die Erfindung auch einen Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Stator und einem dazu innerhalb eines begrenzten Winkelbereichs verdrehbaren Rotor, wobei der Rotor über einen Mittenverriegelungsmechanismus in einer ersten Verriegelungsposition und über einen Spätverriegelungsmechanismus in einer zur ersten Verriegelungsposition unterschiedlichen zweiten Verriegelungsposition relativ zu dem Stator verriegelbar ist, wobei der Spätverriegelungsmechanismus einen in dem Rotor angeordneten, entgegen der Federkraft einer Feder verlagerbaren Verriegelungspin besitzt, wobei der Rotor und der Stator in der zweiten Verriegelungsposition in Axialrichtung formschlüssig zueinander festgelegt sind.
Dies hat den Vorteil, dass der Nockenwellenversteller in die zweite Verriegelungsposition verstellt, dort verriegelt und in der verriegelten Position gehalten werden kann, ohne dass eine Kraft an dem Verriegelungsmechanismus anliegen muss. Insbesondere kann durch die Formschlussverbindung sichergestellt werden, dass die Verriegelung trotz Restmomenten der Nockenwelle im Stillstand für längere Zeit gehalten wird. Dadurch kann beispielsweise im Motorstopp, insbesondere bei einer geneigten Stellung am Berg, wodurch die Nockenrestmomente im Stillstand eine Richtung haben, ein unbeabsichtigtes Entriegeln aus der Spät-Position verhindert werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn einer des Verriegelungspins und der Verriegelungsaussparung eine Erhebung aufweist und der jeweils andere des Verriegelungspins und der Verriegelungsaussparung eine Vertiefung aufweist, wobei die Erhebung in der zweiten Verriegelungsposition so in die Vertiefung eingreift, dass sie den Verriegelungspin oder die Verriegelungsaussparung axial hintergreift. Mit anderen Worten wird eine Rastgeometrie in der zweiten Verriegelungsposition vorgehalten. Dadurch wird die Verriegelung bei anliegenden konstanten Momenten, d.h. keinen Wechselmomenten, nicht gelöst, aber bei anliegenden Wechselmomenten selbstständig gelöst, so dass im Notfall aus der Spät-Position entriegelt und in der Mittenposition verriegelt werden kann. Mit anderen Worten wird der Verriegelungspin verriegelt gehalten, solange Querkräfte an dem Verriegelungspin anliegen, so dass das System auch bei längeren Stillstandszeiten ohne Bestromung des Zentralmagnets verriegelt gehalten werden kann. Zum Lösen des Systems reichen kleine Wechselmomente aus.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Erhebung elastisch verformbar ausgebildet, so dass der Verriegelungspin in den Hinterschnitt, d.h. in die Verriegelungsposition, verlagert werden kann. Mit anderen Worten ist die Erhebung als eine Minibump ausgebildet, die den Verriegelungspin zwar verriegelt hält, aber ein Herüberschieben des Verriegelungspins über die Minibump bei geringen Wechselmomenten ermöglicht.
Insbesondere ist die Erhebung so dimensioniert, dass der Verriegelungspin bei einem konstanten Moment verriegelt bleibt und bei einem anliegenden Wechselmoment durch die Federkraft gelöst wird. Mit anderen Worten soll durch die Rastgeometrie nur eine geringe Haltekraft erzeugt werden, die bei dem anliegenden Wechselmoment einfach, d.h. ohne äußere Betätigung, überwunden werden kann.
Mit anderen Worten betrifft die Erfindung einen als Mehrverriegelungsversteller ausgebildeten Nockenwellenversteller, bei dem eine Verriegelung in der Spätposition ohne Öldruck entriegelt werden kann, indem ein aus dem Stator und dem Statordeckel herausragender Verriegelungspin des Spätverriegelungsmechanismus von außen, beispielsweise durch einen mit dem Zentralmagneten verbundenen Teller, betätigt wird. Vorzugsweise kann der Verriegelungspin in der Verriegelungsposition über eine Erhebung, wie eine Minibump, einrastbar sein.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers in einer ersten Ausführungsform,
2 eine Längsschnittdarstellung des Nockenwellenverstellers in einer zweiten Ausführungsform,
3 bis 5 eine Längsschnittdarstellung des Nockenwellenverstellers in einer dritten Ausführungsform, bei denen ein Verriegelungspin in verschiedenen Positionen dargestellt ist, und
6 eine Längsschnittdarstellung des Nockenwellenverstellers in einer vierten Ausführungsform.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können untereinander ausgetauscht werden.
1 bis 6 zeigen einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller 1 in verschiedenen Ausführungsformen. Der Nockenwellenversteller 1 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps. Der Nockenwellenversteller 1 wird in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eingesetzt, um die Phasenlage einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle zu verstellen. Der Nockenwellenversteller 1 weist einen Stator 2 auf. Der Stator 2 weist eine Antriebsradverzahnung auf, über die der Stator 2 drehgekoppelt mit der Kurbelwelle verbunden ist. Der Nockenwellenversteller 1 weist einen zu dem Stator 2 innerhalb eines begrenzten Winkelbereichs verdrehbaren Rotor 3 auf. Zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 sind Arbeitskammern ausgebildet. Der Rotor 3 weist radial nach außen abstehende Flügel auf, wobei jeder Flügel jeweils eine der Arbeitskammern in zwei Teilkammer, eine sogenannte A-Kammer und eine sogenannte B-Kammer, unterteilt. Die A-Kammern werden zur Verstellung in Richtung Spät und die B-Kammern werden zur Verstellung in Richtung Früh mit Hydraulikfluid, wie Öl, beaufschlagt.
Der Rotor 3 ist über einen Mittenverriegelungsmechanismus in einer ersten Verriegelungsposition, insbesondere einer Mittenposition relativ zu dem Stator 2 verriegelbar. Ein solcher Mittenverriegelungsmechanismus ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird daher nicht näher erläutert. Zusätzlich ist der Rotor 3 über einen Spätverriegelungsmechanismus 4 in einer zur ersten Verriegelungsposition unterschiedlichen zweiten Verriegelungsposition, insbesondere einer Spätposition, relativ zu dem Stator 2 verriegelbar. Der Nockenwellenversteller 1 ist also als ein Mehrverriegelungsversteller ausgebildet, der eine Verstellung sowie zumindest zwei unterschiedliche Verriegelungspositionen vorhält.
Nachfolgend wird der Spätverriegelungsmechanismus 4 näher beschrieben. Der Spätverriegelungsmechanismus 4 weist eine Feder 5 sowie einen entgegen der Federkraft der Feder 5 verlagerbaren Verriegelungspin 6 auf. Der Verriegelungspin 6 und die Feder 5 sind also so angeordnet, dass der Verriegelungspin 6 entweder im unbetätigten Zustand entriegelt/unverriegelt ist und zur Verriegelung betätigt/verstellt wird oder im unbetätigten Zustand verriegelt ist und zur Entriegelung betätigt/verstellt wird. In den dargestellten Ausführungsformen ist der Verriegelungspin 6 in dem Rotor 3 angeordnet. In der zweiten Verriegelungsposition greift der Verriegelungspin 6 in ein statorfestes Bauteil ein, so dass eine Relativverdrehung zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 2 unterbunden ist.
Zur Betätigung, d.h. je nach Anordnung zur Verriegelung oder Entriegelung, wird der Verriegelungspin 6 in Axialrichtung verlagert. Erfindungsgemäß wird die Verlagerung des Verriegelungspins 6 durch ein Verlagerungsbauteil 7 erzwungen. Das Verlagerungsbauteil 7 ist außerhalb des Stators 2 und eines statorfesten Deckels 8 angeordnet. Damit das außerhalb angeordnete Verlagerungsbauteil 7 den Verriegelungspin 6 kontaktieren kann, ragt der Verriegelungspin 6 in Axialrichtung aus dem Stator 2 und dem statorfesten Deckel 8. In den dargestellten Ausführungsformen durchgreift der Verriegelungspin 6 einen vorderen Statordeckel 8. Der vordere Statordeckel 8 ist der statorfeste Deckel, der auf einer nockenwellenabgewandten Axialseite des Rotors 3 angeordnet ist. Der Verriegelungspin 6 wird also von außerhalb mechanisch betätigt. Insbesondere wird der Verriegelungspin 6 ohne Öldruck, d.h. ölunabhängig, betätigt.
Das Verlagerungsbauteil 7 ist als ein Teller 9 ausgebildet. Das Verlagerungsbauteil 7 ist mit einem Elektromagneten 10 axialfest gekoppelt. Dadurch wird das Verlagerungsbauteil 7 in Axialrichtung verlagert (und somit der Verriegelungspin 6 betätigt), wenn der Elektromagnet 10 bestromt wird. Der Verriegelungspin 6 wird also über das elektromagnetisch betätigte Verlagerungsbauteil 7 betätigt. Der Elektromagnet 10 wird in den dargestellten Ausführungsformen durch einen Zentralmagneten 11 gebildet. Der Zentralmagnet 11 dient zur Steuerung eines Zentralventils 12. Das Zentralventil 12 ist ausgelegt, um durch Steuerung des Ölflusses die Arbeitskammern mit Öl zu beaufschlagen und somit den Rotor 3 relativ zu dem Stator 2 zu verstellen. Der Zentralmagnet 11 weist einen Zentralmagnetpin 13 auf, der sich in Abhängigkeit des Magnetfelds des Zentralmagnets 11 in Axialrichtung verlagert. Das Verlagerungsbauteil 7 ist axialfest mit dem Zentralmagnetpin 13 gekoppelt. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das Verlagerungsbauteil 7 über ein Kugelgelenk 14 an dem Zentralmagnetpin 13 befestigt. In den in 2 bis 6 dargestellten Ausführungsformen ist das Verlagerungsbauteil 7 über eine starre Verbindung 15, d.h. axialfest und drehfest, an dem Zentralmagnetpin 13 befestigt.
Der Verriegelungspin 6 ist als ein Stufenpin 16 ausgebildet. Der Verriegelungspin 6 weist einen Hauptabschnitt 17 und einen Betätigungsabschnitt 18 auf. Der Hauptabschnitt 17 besitzt einen ersten Außendurchmesser und der Betätigungsabschnitt 18 besitzt einen zweiten Außendurchmesser. Der erste Außendurchmesser ist größer als der zweite Außendurchmesser. Der Betätigungsabschnitt 18 durchgreift den statorfesten Deckel 8. Der Betätigungsabschnitt 18 weist an seinem freien Ende eine Kontaktfläche 19 auf, die von dem Verlagerungsbauteil 7 kontaktiert wird. Die Kontaktfläche 19 ist in den dargestellten Ausführungsformen ballig ausgebildet. Alternativ kann die Kontaktfläche 19 aber auch eben oder konkav sein, auch wenn dies nicht dargestellt ist.
Der statorfeste Deckel 8 weist ein Durchgangsloch 20 auf, durch das der Betätigungsabschnitt 18 hindurchgreift. Das Durchgangsloch 20 ist nach Art eines Langlochs ausgebildet, das sich entlang eines Kreisbogens erstreckt. Der Kreisbogen erstreckt sich zumindest über den begrenzten Winkelbereich, innerhalb dessen der Rotor 3 zu dem Stator 2 verdrehbar ist, um eine Verstellung zu gewährleisten. Der Nockenwellenversteller 1 weist den vorderen statorfesten Deckel 8 und einen hinteren statorfesten Deckel 21 auf. In einem der beiden statorfesten Deckel 8, 21 ist eine Verriegelungsaussparung 22 ausgebildet. In den in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen ist die Verriegelungsaussparung 22 in dem vorderen statorfesten Deckel 8 ausgebildet. In den in 3 bis 6 dargestellten Ausführungsformen ist die Verriegelungsaussparung 22 in dem hinteren statorfesten Deckel 21 ausgebildet.
Der Verriegelungspin 6 weist einen Verriegelungsabschnitt 23 auf, der im verriegelten Zustand in die Verriegelungsaussparung 22 eingreift. Im entriegelten Zustand greift der Verriegelungsabschnitt 23 nicht in die Verriegelungsaussparung 22 ein. Der Verriegelungsabschnitt 23 ist ein Teil des Hauptabschnitts 17. Zur Entriegelung des Verriegelungspins 6 wird der Verriegelungspin 6 durch das elektromagnetisch in Axialrichtung verlagerbare Verlagerungsbauteil 7 so weit entgegen der Federkraft der Feder 6 verlagert, dass der Verriegelungsabschnitt 23 nicht in die Verriegelungsaussparung 22 eingreift. Somit ist die Verstellung des Verriegelungspins 6 nicht durch Ölzufuhr gesteuert, sondern durch die Bestromung des Elektromagnets 10. Je nach Anordnung wird der Verriegelungspin 6 nur bei Bestromung des Elektromagnets 10 im verriegelten Zustand gehalten oder bei Wegnahme des Stroms vom Elektromagneten 10 entriegelt.
Die Verriegelungsaussparung 22 ist in den in 1 bis 5 dargestellten Ausführungsformen als ein Sacklock ausgebildet. Die Verriegelungsaussparung 22 ist in der in 6 dargestellten Ausführungsform als ein Durchgangsloch ausgebildet. Der Verriegelungsabschnitt 23 ist in den in 1 bis 2 dargestellten Ausführungsformen zylindrisch ausgebildet und in den in 3 bis 6 dargestellten Ausführungsformen zum Ende konisch sich verjüngend ausgebildet. Dementsprechend ist die Verriegelungsaussparung 22 in den in 3 bis 6 dargestellten Ausführungsformen konisch verjüngt ausgebildet.
Der Verriegelungspin 6 weist in den in 3 bis 6 dargestellten Ausführungsformen eine Vertiefung 24 im Bereich des Verriegelungsabschnitts 23 auf. In der Verriegelungsaussparung 22 ist eine entsprechende Erhebung 25 ausgebildet. Die Erhebung 25 greift im verriegelten Zustand in die Vertiefung 24 ein. Durch diesen gebildeten Hinterschnitt wird der Verriegelungspin 6 in der Verriegelungsposition formschlüssig in Axialrichtung festgelegt. Es wird also eine elastisch verformbare Rastgeometrie vorgesehen, die den Verriegelungspin 6 im verriegelten Zustand hält, wenn keine Wechselmomente anliegen. Die Rastgeometrie ist so dimensioniert, dass bei Anliegen von Wechselmomenten die Verriegelung durch die Federkraft der Feder 5 gelöst wird.
3 stellt einen Zustand dar, bevor der Verriegelungspin 6 über die Erhebung 25 eingerastet ist. 4 stellt einen Zustand dar, wenn der Verriegelungspin 6 über die Erhebung 25 vollständig eingerastet ist. 5 stellt einen Zustand dar, in dem die Erhebung 25 elastisch verformt wird, damit der Verriegelungspin 6 über die Erhebung 25 herübergeschoben werden kann und die Vertiefung 24 danach die Erhebung hintergreifen kann.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellenversteller
2: Stator
3: Rotor
4: zweiter Verriegelungsmechanismus
5: Feder
6: Verriegelungspin
7: Verlagerungsbauteil
8: statorfester Deckel
9: Teller
10: Elektromagnet
11: Zentralmagnet
12: Zentralventil
13: Zentralmagnetpin
14: Kugelgelenk
15: Verbindung
16: Stufenpin
17: Hauptabschnitt
18: Betätigungsabschnitt
19: Kontaktfläche
20: Durchgangsloch
21: statorfester Deckel
22: Verriegelungsaussparung
23: Verriegelungsabschnitt
24: Vertiefung
25: Erhebung

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

EP 1128026 A2 [0003]
DE 19755495 A1 [0004]

Claims

Nockenwellenversteller (1) des Flügelzellentyps für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Stator (2) und einem dazu innerhalb eines begrenzten Winkelbereichs verdrehbaren Rotor (3), wobei der Rotor (3) über einen Mittenverriegelungsmechanismus in einer ersten Verriegelungsposition und über einen Spätverriegelungsmechanismus (4) in einer zur ersten Verriegelungsposition unterschiedlichen zweiten Verriegelungsposition relativ zu dem Stator (2) verriegelbar ist, wobei der Spätverriegelungsmechanismus (4) einen in dem Rotor (3) angeordneten, entgegen der Federkraft einer Feder (5) verlagerbaren Verriegelungspin (6) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungspin (6) so aus dem Stator (2) herausragt, dass er von einem Verlagerungsbauteil (7), das außerhalb des Stators (2) angeordnet ist, mechanisch betätigbar ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungspin (6) einen statorfesten Deckel (8) durchgreift.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlagerungsbauteil (6) durch einen Elektromagneten (10) elektromagnetisch zur Betätigung des Verriegelungspins (6) verlagerbar ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (10) durch einen Zentralmagneten (11) gebildet wird, der ausgelegt ist, um zur Verstellung des Rotors (3) relativ zu dem Stator (2) ölfluss-steuernd auf ein Zentralventil (12) einzuwirken.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlagerungsbauteil (7) so mit dem Verriegelungspin (6) gekoppelt ist, dass der Verriegelungspin (6) bei Verlagerung der Verlagerungsbauteils (7) in eine zweite Entriegelungsposition oder in die zweite Verriegelungsposition gezwungen ist.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungspin (6) als ein Stufenpin (16) ausgebildet ist, der einen Hauptabschnitt (17) mit einem ersten Außendurchmesser und einen Betätigungsabschnitt (18) mit einem zweiten Außendurchmesser, der kleiner als der erste Außendurchmesser ist, besitzt.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsabschnitt (18) des Verriegelungspins (6) ein in dem statorfesten Deckel (8) ausgebildetes Durchgangsloch (20) durchgreift, wobei sich das Durchgangsloch (20) entlang eines Kreisbogens erstreckt.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verriegelungsabschnitt (23) des Verriegelungspins (6) in der zweiten Verriegelungsposition in eine in einem statorfesten Deckel (8, 21) ausgebildete Verriegelungsaussparung (22) eingreift.
Nockenwellenversteller (1), vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) und der Stator (3) in der zweiten Verriegelungsposition in Axialrichtung formschlüssig zueinander festgelegt sind.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass einer des Verriegelungspins (6) und der Verriegelungsaussparung (22) eine Erhebung (25) aufweist und der jeweils andere des Verriegelungspins (6) und der Verriegelungsaussparung (22) eine Vertiefung (24) aufweist, wobei die Erhebung (25) in der zweiten Verriegelungsposition so in die Vertiefung (24) eingreift, dass sie den Verriegelungspin (6) oder die Verriegelungsaussparung (22) axial hintergreift.