DE10335051A1

DE10335051A1 - Variables Ventilsteuerungssystem für Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE10335051A1
Application number: DE10335051A
Authority: DE
Inventors: Angela Boeckmann-Hannibal
Original assignee: Bockmann-Hannibal Angela Dipl-Ing (fh)
Current assignee: Bockmann-Hannibal Angela Dipl-Ing (fh)
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2004-07-15

Abstract

Um ein variables Ventilsteuerungssystem für Verbrennungskraftmaschinen zur Nockenwellenverstellung, umfassend einen Schwenkmotorversteller als Teil einer Nockenwellenverstelleinrichtung, der mindestens ein Antriebsrad, einen Rotor, ein Statorgehäuse, einen Gehäusedeckel, eine Abdeckung, Abschlussringe und Dichtungsringe aufweist, zu schaffen, das mit einfachen Mitteln präzise und kostengünstig aus insbesondere hochbelastbaren Kunststoffen oder anderen Materialien herstellbar ist, ohne aufwendige Nacharbeiten bei der Montage, wird vorgeschlagen, dass Segmentflächen des Statorgehäuses (4) und Segmentflächen des Rotors (3) leicht konisch ansteigende Schrägen aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft ein variables Ventilsteuerungssystem für Verbrennungskraftmaschinen zur Nockenwellenverstellung von Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die bekannten Nockenwellenverstelleinrichtungen sind variable Ventilsteuersysteme, die während des Motorbetriebs einer Verbrennungskraftmaschine die Winkellage zwischen der Kurbel- und Nockenwelle verändern. Sie bestehen aus einer Vielzahl von Bauelementen, beispielsweise einem Antriebsrad, einer Abdeckung, einem Statorgehäuse, einem Rotor, einem Gehäusedeckel, einem Abschluss- und Dichtungsring. Diese Bauelemente werden mit Gewindebolzen zusammengehalten.

Die Nockenwellenverstelleinrichtungen werden aus Sinterstahl, Metalllegierungen oder aus Nicht-Eisenlegierungen hergestellt und müssen den hohen mechanischen Belastungen im Motorbetrieb entsprechen, wobei die Herstellung dieser Bauelemente sehr aufwendig und teuer ist. Um spätere thermische Ausdehnungen, die aufgrund der im Motorbetrieb auftretenden Temperaturen entstehen, zu vermeiden, müssen die einzelnen Bauelemente einer Nockenwellenverstellereinrichtung sehr präzise gefertigt werden. Außerdem muss zur Vermeidung eines internen Ölaustritts zwischen den einzelnen Kammern beidseitig der Verstellerflügel des Rotors und des Stators der Dichtspalt eine enge Toleranz zwischen Rotor und Statorgehäuse aufweisen und zusätzlich muss die Winkeltoleranz der Verstellerflügel ebenfalls gering gehalten werden, was für die Fertigung bedeutet, dass eine möglichst konstante Geometrie der Flächen eingehalten wird und damit nur geringe Abweichungen der Flächen infolge Fertigungstoleranzen zulässig sind. Aus der EP 0 848 140 B1 ist ein Schwenkmotorversteller mit einem Statorgehäuse und einem Rotor mit mehrteiligen Rotorflügeln bekannt, bei dem die Dichtflächen zwischen Rotor und Statorgehäuse koaxial zur Längsrichtung der zu verstellenden Nockenwelle ausgebildet sind. Eine weitere Ausführungsform eines einteiligen Rotors ist aus der DE 100 50 225 A1 bekannt, wobei die entsprechenden Dichtflächen zwischen Rotor- und Statorgehäuse ebenfalls koaxial zur Nockenwelleachse ausgebildet sind.

Dadurch, dass die Herstellung der Vielzahl von Einzelelementen mit den herkömmlichen Werkstoffen sehr teuer und aufwendig ist, gewinnt der Einsatz von Leichtbaumaterialien, d.h. der Einsatz von Aluminium und Kunststoffen für die Herstellung der Bauelemente einer Nockenwellenverstellereinrichtung eine immer größere Bedeutung. Hochbelastbare Kunststoffmaterialien haben den Vorteil, dass sowohl die Anzahl der Verstellsystembauteile und das Gesamtgewicht des Verstellers weiter reduziert werden kann, als auch der eingesetzte Kunststoff die gleiche Temperaturausdehnung wie Metall und die gleichen Festigkeitseigenschaften wie Stahl hat, so dass keine Temperaturprobleme und auch keine Festigkeitsprobleme auftreten. Der hochbelastbare Kunststoff zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass der Kunststoff öl-, diesel- und benzinfest ist und dass die Bauelemente mit einer hohen Form- und Maßgenauigkeit gefertigt werden können. Ein großes Problem bei der Fertigung der Bauelemente aus Kunststoff besteht allerdings darin, dass beim Ziehverfahren der Formteile im heißen Zustand Beschädigungen der geraden Formwände auftreten können, was zu Funktionseinschränkungen der Verstellereinrichtung führen kann. Außerdem ist hierbei mit einem Verzug der geraden Formteile beim Erkalten des zu fertigenden Bauteiles zu rechnen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorstehend genanntes variables Ventilsteuerungssystem so auszubilden, dass es mit einfachen Mitteln präzise und kostengünstig aus insbesondere hochbelastbaren Kunststoffen oder anderen Leichtbaumaterialien herstellbar ist, ohne aufwendige Nacharbeiten bei der Montage.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei erfindungsgemäßen Schwenkmotorverstellern weisen Segmentflächen des Statorgehäuses und Segmentflächen des Rotors leicht konisch ansteigende Schrägen auf, so dass beim Ziehverfahren dieser Formteile aus Kunststoff mit dieser einfachen und fertigungstechnisch wirksamen Maßnahme Beschädigungen vermieden werden können. Diese Ausbildung der Segmentflächen des Statorgehäuses und des Rotors können auch bei anderen Werkstoffen, beispielsweise Aluminium-Druckguss vorteilhaft ausgebildet sein.

Eine sowohl fertigungstechnisch günstige als auch vorteilhafte Ausführungsform wird darin gesehen, dass die Segmentflächen als innenliegende, von Statorflügeln unterbrochene Grundflächen des Statorgehäuses, als die Stirnflächen der Statorflügel, als die von den Rotorflügeln unterbrochenen Grundflächen eines Grundkörpers des Rotors oder als die Stirnflächen der Rotorflügel ausgebildet sind.

Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die leicht konisch ansteigenden Schrägen insbesondere einen kleinen Winkel α aufweisen.

Da zum Verstellen des Schwenkmotors das Verstellergehäuse mit Öl versorgt werden muss, um stabile Zwischenstellungen der nicht näher dargestellten bekannten Nockenwelle zu halten, müssen die abdichtenden Flächen zwischen dem Rotor und dem Verstellergehäuse sehr eng und Abweichungen der Flächen infolge der Fertigungstoleranzen sehr gering sein. Deshalb sind in einer vor teilhaften Ausführungsform Dichtungen in jeder Stirnfläche der Rotorflügel, in jeder Grundfläche des Rotors vorgesehen, wobei die Dichtungen in vorteilhafter Weise konisch ausgebildet sind, da durch die schräge Ausbildung der einzelnen Segmentflächen am Statorgehäuse der entstehende Spalt zum Abdichten wegen des Ölflusses beim Verstellen größer wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigt:
l ein Ausführungsbeispiel von bekannten Grundelementen eines Schwenkmotorverstellers in explosiver Darstellung;
2 ein Ausführungsbeispiel von Bauteilen einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Statorgehäuse und Rotor in Draufsicht;
3 ein Ausführungsbeispiel eines Statorgehäuses in Seitenansicht im Schnitt;
4 einen Rotor in perspektivischer Darstellung;
5 Bauteile einer Nockenwellenverstelleinrichtung mit dem Statorgehäuse in perspektivischer Darstellung;
Der in 1 dargestellte bekannte Schwenkmotorversteller 1 ist Teil einer Nockenwellenverstellereinrichtung. Der Schwenkmotorversteller ist ein kompakt gebautes variables Ventilsteuerungssystem für den Einsatz in Verbrennungsmotoren, er umfasst in seinen Grundelementen ein Antriebsrad in Form eines Zahnriemen- oder Kettenrades 2, einen Rotor 3, ein Statorgehäuse 4, einen Gehäusedeckel 5 und einen Abschlussring 6. Diese Teile des Schwenkmotorverstellers 1 werden mittels nicht näher dargestellten in Muttern gehaltenen Gewindebolzen axial in der bekannten Weise zusammengehalten. Die 2 bis 5 zeigen ein Verstellergehäuse 7 mit dem Zahnriemen/Kettenrad 2, dem Statorgehäuse 4 und dem Rotor 3 in unterschiedlichen Ansichten sowie eine Aufnahme 8 für eine haubenförmige Abdeckung.
Um die Grundbauelemente des Schwenkmotorverstellers 1, wie das Zahnriemenrad 2 mit dem Statorgehäuse 4 und der Aufnahme 8 für die Abdeckung sowie den Rotor 3 kostengünstig und präzise herzustellen, werden für die hochbelasteten, d.h. hochbeanspruchten Teile des Schwenkmotorverstellers 1 hochbelastbare Kunststoffe verwendet. Dadurch können das Zahnriemen/Kettenrad 2 und das Statorgehäuse 4 des Schwenkmotorverstellers 1 aus einem Teil gefertigt und beispielsweise Dichtungen, Muttern usw. in den Kunststoff eingespritzt werden, wobei darauf geachtet werden muss, dass beim Ziehverfahren der Formteile im heißen Zustand keine Beschädigungen der geraden Formwände auftreten.
Die 2 bis 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß aus Kunststoff hergestelltes und in einem Verstellergehäuse 7 angeordnetes Zahnriemen/Kettenrad 2, das einstückig mit dem Statorgehäuse 4 und der Aufnahme 8 für die Abdeckung ausgebildet ist. Das Statorgehäuse 4 weist dabei in bekannter Weise radial nach innen gerichtete Flügel 9 auf, die gleichmäßig verteilt über den Innenumfang des Statorgehäuses 4 angeordnet sind. Zwischen die Flügel 9 des Statorgehäuses 4 greifen Flügel 10 des Rotors 3 in bekannter Weise gemäß 2 ein. Die Flügel 10 des Rotors 3 stehen dabei radial von einem ringförmigen Grundkörper 11 des Rotors 3 ab, wie 4 zeigt und sind gleichmäßig über den Grundkörper 11 des Rotors 3 verteilt angeordnet. Das neue, für eine präzise Fertigung des Schwenkmotorverstellers 1 ausschlaggebende Element zur Vermeidung von Beschädigungen von Formteilen des Statorgehäuses 4 und des Rotors 3 beim Ziehverfahren dieser Formteile aus Kunststoff besteht darin, dass zur Herstellung der Geometrie des Statorgehäuses 4 gemäß den 2, 3 und 5 die innenliegenden und von den Statorflügeln 9 unterbrochenen Grundflächen 12a–e des Statorgehäuses 4 gemäß 3 und 5, auf der der Stator gelagert ist, sowie die Stirnflächen 13a–e der Statorflügel 9 gemäß 3 eine leicht konisch ansteigende Schräge mit einem kleinen Winkel α aufweisen, so dass der Stator durch diese kegelflächenförmigen Segmentflächen, die Grundflächen 12a–e des Statorgehäuses 4 und die Stirnflächen 13a–e der Statorflügel 9 bei der Herstellung mittels eines Werkzeuges leicht und einfach entformbar ist.
Der Rotor 3 wird ebenfalls gemäß 3 erfindungsgemäß mit einer an das Statorgehäuse 4 angepaßten Geometrie mit einer leicht konisch ansteigenden Schräge mit einem Winkel α von insbesondere 1 Grad seiner Stirnflächen 19a–e der Rotorflügel 10 und seiner Grundfläche 15a–e gefertigt.
Zwischen den Stirnflächen 14a–e des Rotors 3 und den Grundflächen 12a-e des Statorgehäuses 4 sind zusätzlich innen in einer Nut im Rotorflügel 10 liegend mindestens eine Dichtung 16 und zwischen den Grundflächen 15a-e des Rotors 3 und den Stirnflächen 13a–e der Statorflügel 9 mindestens eine Dichtung 17 in einer Nut im Statorflügel 9 vorgesehen, die auf die konischen Flächen abdichtend wirken.
Zum Verstellen des Schwenkmotorverstellers 1 wird der Motor beidseitig an Seitenflächen mit Öl versorgt, um stabile Zwischenstellungen der nicht näher dargestellten bekannten Nockenwelle zu halten. Dazu müssen die abdichtenden Flächen zwischen dem Rotor 3 und dem Verstellergehäuse 7 sehr eng sein und Abweichungen der Fläche infolge der Fertigungstoleranzen sehr gering sein. Die Dichtungen 16, 17 sind deshalb insbesondere konisch ausgebildet da durch die schräge Ausbildung der einzelnen Segmentflächen am Statorgehäuse 4 der entstehende Spalt zum Abdichten wegen des Ölflusses beim Verstellen größer wird.
Die Flügel 10 des Rotors 3 können in bekannter Weise mit einem Druckmedium beaufschlagt werden, so das die Flügel 10 des Rotors 3 zwischen den benachbarten Flügeln 9 des Statorgehäuses 4 gedreht werden können.

1: Schwenkmotorversteller
2: Zahnriemenrad/Kettenrad
3: Rotor
4: Statorgehäuse
5: Gehäusedeckel
6: Abschlussring
7: Verstellergehäuse
8: Aufnahme für haubenförmige Abdeckung
9: Statorflügel
10: Rotorflügel
11: Grundkörper des Rotors
12a–e: Grundflächen des Statorgehäuses 4
13a–e: Stirnflächen der Statorflügel 9
19a–e: Stirnflächen der Rotorflügel 10
15a–e: Grundflächen des Rotors 3
16: Dichtung
17: Dichtung

Claims

Variables Ventilsteuerungssystem für Verbrennungskraftmaschinen zur Nockenwellenverstellung, umfassend einen Schwenkmotorversteller als Teil einer Nockenwellenverstelleinrichtung, der mindestens ein Antriebsrad, einen Rotor, ein Statorgehäuse, einen Gehäusedeckel, eine Abdeckung, Abschlussringe und Dichtungsringe aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Segmentflächen des Statorgehäuses (4) und Segmentflächen des Rotors (3) leicht konisch ansteigende Schrägen aufweisen.
Variables Ventilsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innenliegenden, von Statorflügeln (9) unterbrochenen Grundflächen (12a–e) des Statorgehäuses (4) leicht konisch ansteigende Schrägen aufweisen.
Variables Ventilsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen (13a–e) der Statorflügel (9) leicht konisch ansteigende Schrägen aufweisen.
Variables Ventilsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Rotorflügeln (10) unterbrochenen Grundflächen (15a–e) eines Grundkörpers (11) des Rotors (3) leicht konisch ansteigende Schrägen aufweisen.
Variables Ventilsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen (14a–e) der Rotorflügel (10) leicht konisch ansteigende Schrägen aufweisen.
Variables Ventilsteuerungssystem nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die leicht konisch ansteigenden Schrägen der Segmentflächen insbesondere einen Winkel α aufweisen.
Variables Ventilsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Stirnfläche (14a–e) der Rotorflügel (10) mindestens eine Dichtung (16) vorgesehen ist.
Variables Ventilsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Grundfläche (15a–e) des Rotors (3) mindestens eine Dichtung (17) vorgesehen ist.
Variables Ventilsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungen (16, 17) konisch ausgebildet sind.
Variables Ventilsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungen (16, 17) in einer Nut der entsprechenden Flächen angeordnet sind.
Variables Ventilsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellergehäuse (7) eines Schwenkmotorverstellers (1) mit den Segmentflächen einstückig insbesondere aus Kunststoff ausgebildet ist.
Variables Ventilsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) des Schwenkmotorverstellers (1) mit den Segmentflächen insbesondere aus Kunststoff ausgebildet ist.
Variables Ventilsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellergehäuse (7) insbesondere einstöckig aus Aluminium-Druckguss ausgebildet ist.
Variables Ventilsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorgehäuse (4) mehrteilig herstellbar ist, wobei insbesondere das Zahnriemen/Kettenrad (2) aus metallischem Werkstoff besteht und mit Kunststoff ummantelt ist.
Variables Ventilsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das der Rotor (3) mehrteilig ausgebildet ist, wobei die einzelnen Rotorflügel (10) an ihren Enden zum Statorgehäuse (4) hin leicht konisch ansteigende Schrägen aufweisen.