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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Drehphaseneinstellvorrichtung, die
beispielsweise für
eine Ventilöffnungszeiteneinstellvorrichtung
verwendet wird, gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Bei
einer herkömmlichen
Ventilöffnungszeiteneinstellvorrichtung
zum Einstellen der Ventilzeitgebung von Einlaßventilen und Auslaßventilen
eines Motors, wie sie in den Dokumenten JP-A-5-214907 oder JP-U-2-50105 offenbart ist,
wird eine Antriebskraft von einer Kurbelwelle als ein Antriebselement des
Motors über
einen Antriebskraftübertragungsmechanismus
auf eine Nockenwelle als ein angetriebenes Element übertragen.
Der Antriebskraftübertragungsmechanismus
kann von einer Flügelart
sein, wobei Flügel
in einem Gehäuse
untergebracht sind und gegenüber
diesem drehbar sind, und wobei der Drehphasenunterschied der Flügel gegenüber dem Gehäuse durch
den Fluiddruck des Arbeitsfluids eingestellt wird.
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Bei
der Vorrichtung nach dem Dokument JP-A-5-214907 weist ein Gehäuse eine
Umfangswand und ein Paar Seitenwände
auf, die axiale Seitenenden der Umfangswand abdecken. Dieses Gehäuse mit
den drei Konstruktionsteilen verursacht die folgenden Nachteile:
- (1) es wird an der Anschlußfläche zwischen der Umfangswand
und den Seitenwänden
eine Dichtung benötigt,
um das Leck eines Arbeitsfluids zu begrenzen, was dazu führt, daß sich die
Anzahl der Teile erhöht
und daß der
Außendurchmesser des
Gehäuses
durch eine Nut für
die Aufnahme der Dichtung zwischen der Umfangswand und den Seitenwänden vergrößert wird.
- (2) die Mitten der Lagerteile der Seitenwände des Gehäuses weichen aufgrund Änderungen
der Bearbeitungsgenauigkeit und der Montagegenauigkeit der Teile
voneinander ab.
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Bei
der Vorrichtung nach dem Dokument JP-U-2-50105 sind im Gegensatz
zu der vorstehenden Vorrichtung eine Umfangswand und eine Radseitenwand
einstückig
hergestellt, die ein Gehäuse bilden.
Dieses Gehäuse
verursacht nicht die vorstehenden Nachteile. Jedoch ist bei diesem
Gehäuse der
einstückigen
Art der Durchmesser der Radseitenwand durch den Durchmesser der
Umfangswand festgelegt. Folglich kann die radiale Größe der Radseitenwand
nicht reduziert werden. Des weiteren ist die innere abgewinkelte
Ecke zwischen der Umfangswand und der Seitenwand geglättet, wenn
die Umfangswand und eine Seitenwand einstückig ausgebildet sind, wodurch
dort eine niedrige Dichtigkeit verursacht wird. Darüber hinaus
ist das Material für das
Gehäuse
bezüglich
seiner Steifigkeit, Festigkeit und dergleichen beschränkt.
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Wenn
eine Dichtung 112 in einem drehenden gleitenden Teil zwischen
einem Flügel 110 und
einem Gehäuse 111 angeordnet
ist, wie in 11 gezeigt ist,
um eine Fluiddruckkammer abzudichten, der zum Antreiben des Flügels 110 das
Arbeitsfluid zugeführt wird,
ist es wahrscheinlich, daß an
dem Gehäuse 111 eine
Verschleißstufe 111a verursacht
wird, wenn die Dichtung 112 eine höhere Härte (verschleißverursachende
Eigenschaften) als das Gehäuse 111 hat.
Die Verschleißstufe 111a erscheint
an Stellen, an denen die Dichtung 111 öfter gleitet. Wenn die Dichtung 112 gleitet
und die Verschleißstufe 111a erreicht,
nimmt die Dichtung 112 den Fluiddruck in der Pfeilrichtung A
von der Seite des Gehäuses 111 auf
und kann in die Seite des Flügels 110 gedrückt werden.
Das verursacht das Leck des Arbeitsfluids zwischen den an beiden
Umfangsseiten des Flügels 111 vorgesehenen
Fluiddruckkammern, und es wird schwierig, den Flügel 110 an der in 11 gezeigten Position zu halten.
Dieser stellenweise Verschleiß des
Gehäuses wird
verhindern, daß der
Flügel
an der Zwischenlage gesteuert und gehalten wird. Obwohl es möglich ist, den
Verschleiß des
Gehäuses
durch die Verwendung eines harten Materials wie beispielsweise Eisen
zu begrenzen, wird eine derartiges Material die Produktionskosten
und das Gewicht des Gehäuses
erhöhen.
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Aus
der
DE 42 37 193 A1 ist
eine Drehphaseneinstellvorrichtung zum Einstellen einer Drehphase
zwischen einem Antriebselement und einem angetriebenen Element bekannt,
welche die folgenden Bauteile aufweist: Ein Gehäuse, das eine Antriebskraft
von dem Antriebselement auf das angetriebene Element überträgt, und
das mit dem Antriebselement oder dem angetriebenen Element drehbar
ist. Das Gehäuse
hat eine Umfangswand und ein Paar axiale Seitenwände, wobei die Umfangswand
im Innern eine Kammer ausbildet, und wobei eine der axialen Seitenwände einstückig mit
der Umfangswand ausgebildet ist. Des weiteren ist ein Flügel, der
mit dem Antriebselement oder dem angetriebenen Element drehbar ist
unter Ausbildung zweier Kammerabschnitte so in der Kammer angeordnet,
daß er
ansprechend auf ein der Kammer zugeführtes Arbeitsfluid gegenüber dem
Gehäuse
in entgegengesetzte Drehrichtungen drehbar ist. Schließlich ist
eine Dichtung vorgesehen, die so angeordnet ist, dass der Flügel die
Kammer in die zwei Kammerabschnitte fluiddicht unterteilt. Im dem
bekannten Fall ist die Dichtung in der Gehäusewand befestig, sodass der
Flügel an
seiner radialen Außenfläche daran
abgleiten kann.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht deshalb in der Schaffung einer Drehphaseneinstellvorrichtung,
die mit geringen Kosten herstellbar ist, wobei die vorstehenden
Nachteile vermieden werden.
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Vorzugsweise
soll die erfindungsgemäße Drehphaseneinstellvorrichtung
mit einer guten Dichtigkeit, einer geringeren Anzahl an Teilen,
einem geringeren Gewicht, die kompakt hergestellt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Drehphaseneinstellvorrichtung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist eine
Seitenwand eines Gehäuses
an einem Element aus einem Antriebselement und einem angetriebenen
Element befestigt, während
die andere Seitenwand des Gehäuses
einstückig
mit einer Umfangswand des Gehäuses
hergestellt ist. Eine aus einem Material mit einer geringeren Härte als
das Gehäuse
hergestellte Dichtung ist zwischen dem Gehäuse und einem Flügel vorgesehen.
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Das
Gehäuse
ist vorzugsweise aus Aluminium hergestellt, während die Dichtung aus einem PPS-Kunstharz
(Polyphenylsulfid) hergestellt ist, insbesondere aus einem PPS-Kunstharz,
das mit einem anorganischen Füllmaterial
vermischt ist.
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Vorzugsweise
ist das anorganische Füllmaterial
härter
als das PPS-Kunstharz, aber weniger hart als das Gehäuse.
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Andere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden
detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
offensichtlich erscheinen, wobei:
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1 eine
Schnittansicht von vorne einer Drehphaseneinstellvorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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2 eine
Seitenschnittansicht der Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
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3 eine
schematische Querschnittsansicht der Anordnung einer bei dem Ausführungsbeispiel
verwendeten Dichtung zeigt;
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4 eine
schematische Querschnittsansicht eines Spalts zwischen einer Umfangswand
und einem Flügelrotor
bei dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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5 eine
schematische Schnittansicht des Betriebszustands der Dichtung bei
dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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6 eine
vergrößerte Detailansicht
der 5 zeigt;
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7A bis 7C schematische
Schnittansichten des fortschreitenden Verschleißes der Dichtung zeigen;
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8A ein
kennzeichnendes Diagramm der Beziehung zwischen einem bei der Dichtung
verwendeten Füllmaterial
und dem Verschleiß zeigt,
und 8B eine schematische Ansicht eines Versuchsystems
zum Messen des Verschleißes
zeigt;
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9 eine
schematische Schnittansicht einer Vergleichsanordnung einer Dichtung
zeigt;
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10 eine
schematische Ansicht einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels zeigt; und
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11 eine
Teilschnittansicht von vorne einer herkömmlichen Vorrichtung zeigt.
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Eine
erfindungsgemäße Drehphaseneinstellvorrichtung
wird unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel beschrieben,
die zum Einstellen der Öffnungs-
und Schließzeiten
des Einlaß- oder Auslaßventils
einer Brennkraftmaschine verwendet wird.
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Wie
in 1 und 2 gezeigt ist, ist ein Nockenwellenrad 1 vorgesehen,
um über
einen (nicht gezeigten) Getriebestrang eine Antriebskraft von einer
Kurbelwelle 1a eines Motors (Antriebselement) aufzunehmen,
um sich synchron mit der Kurbelwelle 1a zu drehen. Eine
Nockenwelle (angetriebenes Element) 2 ist vorgesehen, um
eine Antriebskraft von dem Nockenwellenrad 1 aufzunehmen,
um die (nicht gezeigten) Einlaßventile
oder Auslaßventile des
Motors anzutreiben. Die Nockenwelle 2 ist gegenüber dem
Nockenwellenrad 1 mit einem Drehphasenunterschied drehbar
gehalten. Das Nockenwellenrad 1 und die Nockenwelle 2 sind
beim Betrachten in der Richtung X in 2 in der 1 im Uhrzeigersinn
drehbar. Diese Richtung im Uhrzeigersinn stimmt mit einer Vorwärtsrichtung
der Ventilöffnungs-
und Ventilschließzeit überein.
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Eine
hintere Platte 18 in einer dünnen Ringplatte ist zwischen
dem Nockenwellenrad 1 und einer Seitenwand 3a eines
zylindrischen Gleitgehäuses 3 zwischengesetzt,
um ein Fluidleck zwischen dem Nockenwellenrad 1 und dem
Gleitgehäuse 3 zu
begrenzen. Das Nockenwellenrad 1, das Gleitgehäuse 3 und
die hintere Platte 18 sind koaxial angeordnet und durch
Bolzen 20 fest befestigt, um eine Gehäuseeinheit zu bilden und sich
zusammen als ein Antriebsseitendrehkörper zu drehen.
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Das
Gleitgehäuse 3 weist
eine Umfangswand 4 und eine vordere Platte 5 als
eine Seitenwand auf, die durch einen Aluminiumspritzguß einstückig hergestellt
sind. Da das Gleitgehäuse 3 separat
von dem Nockenwellenrad 1 hergestellt wird, kann das Nockenwellenrad 1 mit
einem kleineren Durchmesser als das Gleitgehäuse 3 hergestellt
werden, wenn das erwünscht
ist. Das Gleitgehause 3 hat trapezförmige Gleitschuhe 3a, 3b und 3c,
die in der Umfangsrichtung angeordnet sind und mit einem im allgemeinen
gleichen Winkelabstand beabstandet sind. Fächerförmige Kammern 40 sind
als aufnehmende Kammern für
jeweilige Flügel 9a, 9b und 9c an
drei Umfangsstellen vorgesehen, wobei zwischen zwei benachbarten
Gleitschuhen der Gleitschuhe 3a, 3b und 3c Aussparungen
vorgesehen sind. Jede der inneren Umfangsflächen der Gleitschuhe 3a, 3b und 3c ist
im Schnitt bogenförmig
ausgebildet.
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Ein
Flügelrotor 9 als
eine Flügeleinheit
hat die Flügel 9a, 9b und 9c,
die mit gleichen Winkelabständen
in der Umfangsrichtung angeordnet sind und in den entsprechenden
fächerförmigen Kammern 40 drehbar
untergebracht sind, die in der Umfangsrichtung zwischen benachbarten
zwei der Gleitschuhe 3a, 3b und 3c angeordnet
sind. Der Flügelrotor 9 und eine
Buchse 6 sind durch einen Bolzen 21 einstückig mit
der Nockenwelle 2 befestigt, um einen abtriebsseitigen
Drehkörper
zu bilden. Die mit dem Flügelrotor 9 einstückig befestigte
Buchse 6 ist in die innere Wand der vorderen Platte 5 so
eingepaßt,
daß sie
gegenüber
der vorderen Platte 5 drehbar ist.
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Wie
in 3 gezeigt ist, ist eine abgewinkelte Ecke 3d der
inneren Wandfläche
des Gehäuses 3, die
durch die Umfangswand 4 und die vordere Platte 5 ausgebildet
ist, nicht rechtwinklig, sondern geglättet. Diese Ecke 3d wird
zwangsläufig
durch den Verschleiß einer
Gußform
bei dem Gußverfahren
oder durch den Verschleiß eines
Schnittwerkzeugs bei dem spanabhebenden Verfahren verursacht. Die
axiale Länge
L1 zwischen der vorderen Platte 5 und der hinteren Platte 18 ist
auf 22 bis 25 mm eingerichtet.
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Ein
kleiner Spalt 50 ist zwischen den äußeren Umfangsflächen des
Flügelrotors 9 und
den inneren Umfangsflächen
der Umfangswand 4 vorgesehen, wie in 4 gezeigt
ist, so daß der
Flügelrotor 9 und
das Gleitgehäuse 3 gegenseitig
drehbar gehalten werden. Der Betrag des Spalts 50 wird
so festgelegt, daß eine
Störung
zwischen dem Flügelrotor 9 und
der abgewinkelten Ecke 3d beseitigt wird und daß die radialen
Mitten des Gleitgehäuses 3 und
des Flügelrotors 9 in
Position ausgerichtet werden.
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Wie
in 3 gezeigt ist, wird die Dichtung 16 in
einer sich axial erstreckenden Nut 9e aufgenommen, die
an der äußeren Umfangswand
der Flügel 9a, 9b und 9c und
in der äußeren Umfangswand
einer Nabe 9d des Flügelrotors 9 ausgebildet
ist, und sie wird durch eine jeweilige Feder 17 radial
nach außen
vorgespannt, um ein Leck des Arbeitsfluids zwischen den Fluiddruckkammern
zu begrenzen.
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Die
Dichtung 16 ist aus einem PPS-Kunstharz (Polyphenylsulfid)
als ein Grundmaterial hergestellt und mit einem anorganischen Füllmaterial
vermischt, das härter
ist als das PPS-Kunstharz ist. Das PPS-Kunstharz wird bevorzugt,
weil es für
eine geringere Verschlechterung eine gute Widerstandsfähigkeit
gegenüber Ölen hat
und es unwahrscheinlich ist, daß es
aufquillt. Sowohl das PPS-Kunstharz
als auch das anorganische Füllmaterial
sind weicher als das Gleitgehäuse
(Aluminium) 3. Die Dichtung 16 ist durch die Blattfeder 17 vorgespannt
und nimmt die Fliehkraft radial nach außen zu der Umfangswand 4 so
auf, daß das
Arbeitsfluid durch den Spalt 50 zwischen den benachbarten
Fluidkammern leckt. Das PPS-Kunstharz für das Grundmaterial der Dichtung 16 kann
ein anderes Kunstharz sein, wie beispielsweise PAI (Polyamid Imid),
PI (Polyimid), PEEK (Polyäther-Äther-Keton),
PET (Polyethylenterephtalat), PBT (Polybuthylenterephtalat), PEN
(Polyethylennaphtalat), PA (Polyamid), POM (Polyoximethylen), Phenol
und Teflon.
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Die
axiale Länge
L2 der Dichtung 16 wird so eingerichtet, daß sie kürzer als
L1 ist. Außerdem
wird der Vorsprung f der Dichtung 16 (5)
von dem Flügelrotor 9,
d.h. der Betrag des Spalts 50 folgendermaßen festgelegt,
wobei a der innere Radius des Gleitgehäuses ist, b ist der äußere Radius
des
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Flügelrotors 9 und
c ist die radiale Länge
der abgewinkelten Ecke der inneren Wand (4).
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f
= a – b > c + (radiale Abweichung
zwischen den Mitten des Gehäuses 3 und
des Flügelrotors 9).
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In 6 bezeichnen
P1 und P2 Arbeitsfluiddrücke,
die die Dichtung 16 jeweils von einer vorstellenden Fluiddruckkammer 13, 14 oder 15 und
von der rückstellenden
Fluiddruckkammer 10, 11 oder 12 aufnimmt,
und d bezeichnet die radiale Dicke der Dichtung 16.
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Die
rückstellenden
Fluiddruckkammern 10, 11 und 12 sind
jeweils zwischen dem Gleitschuh 3a und dem Flügel 9a,
zwischen dem Gleitschuh 3b und dem Flügel 9b und zwischen
dem Gleitschuh 3c und dem Flügel 9c definiert.
Die vorstellenden Fluiddruckkammern 13, 14 und 15 sind
jeweils zwischen dem Gleitschuh 3a und dem Flügel 9b,
zwischen dem Gleitschuh 3b und dem Flügel 9c und zwischen dem
Gleitschuh 3c und dem Flügel 9a definiert.
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Gemäß dem vorstehenden
Aufbau ist es möglich,
daß die
Nockenwelle 2 und der Flügelrotor 9 sich koaxial
und relativ zu dem Gleitgehäuse 3 und dem
Nockenwellenrad 1 drehen.
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Ein
Führungsring 19 ist
in die innere Wand des Flügels 9a eingepreßt, der
eine Aufnahmeöffnung 23 hat,
und ein Anschlagkolben 7 wird somit innerhalb dem Flügel 9a aufgenommen,
der in der axialen Richtung der Nockenwelle 2 gleitfähig ist,
während
er durch eine Feder 8 zu der vorderen Platte 5 vorgespannt
wird. Eine Anschlagöffnung 5a ist
in der vorderen Platte 5 ausgebildet und ein Führungsring 22 mit
einer konischen Öffnung 22a ist
in die Anschlagöffnung 5a eingepreßt. Der
Anschlagkolben 7, der die Vorspannkraft der Feder 8 aufnimmt,
kann in die konische Öffnung 22a hinein
bewegt werden. Ein in dem Nockenwellenrad 1 ausgebildeter
Verbindungskanal 24 ist mit der Aufnahmeöffnung 23 an
der rechten Seite der 2 verbunden und zu der Atmosphäre offen,
so daß die
axiale Bewegung des Anschlagkolbens 7 nicht begrenzt ist.
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Eine
Fluiddruckkammer 37 an der linken Seite des Flansches 7a in 2 ist
durch einen Fluidkanal 39 mit der vorstellenden Fluiddruckkammer 15 verbunden.
Wenn das Arbeitsfluid der vorstellenden Fluiddruckkammer 15 zugeführt wird,
bewegt sich der Anschlagkolben 7 gegen die Vorspannkraft
der Feder 8 aus der konischen Öffnung 22a heraus.
Eine an der oberen Seite des Anschlagkolbens 7 ausgebildete
Fluiddruckkammer 38 ist durch einen in 1 gezeigten
Fluidkanal 41 mit der rückstellenden
Fluiddruckkammer 10 verbunden. Wenn das Arbeitsfluid der
rückstellenden
Fluiddruckkammer 10 zugeführt wird, bewegt sich der Anschlagkolben 7 gegen
die Vorspannkraft der Feder 8 aus der konischen Öffnung 22a heraus.
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Die
Positionen des Anschlagkolbens 7 und der konischen Öffnung 22a sind
so festgelegt, daß der
Anschlagkolben 7 in die konische Öffnung 22a eingepaßt ist,
wenn sich die Nockenwelle 2 in der am meisten rückgestellten
Position gegenüber
der Kurbelwelle 1a befindet, d.h., wenn sich der Flügelrotor 9 an
der am meisten rückgestellten
Position gegenüber
dem Gleitgehäuse 3 befindet.
Somit schaffen der Anschlagkolben 7 und die konische Öffnung 22a einen
Sperrmechanismus.
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Die
Nabe 9d des Flügelrotors 9 hat
einen Fluidkanal 29 an einer Position, an der sie an einem axialen
Ende der Buchse 5 anliegt, und einen Fluidkanal 33 an
einer Position, an der sie an dem axialen Ende der Nockenwelle 2 anliegt.
Die Fluidkanäle 29 und 33 sind
bogenförmig
ausgebildet. Der Fluidkanal 29 ist durch Fluidkanäle 25 und 27 mit
einer Fluidquelle oder einem (nicht gezeigten) Ablaß verbunden.
Des weiteren ist der Fluidkanal 29 durch Fluidkanäle 30, 31 und 32 mit
den rückstellenden
Fluiddruckkammern 10, 11 und 12 verbunden
und durch einen Fluidkanal 41 mit der Fluiddruckkammer 38 verbunden.
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Der
Fluidkanal 33 ist durch Fluidkanäle 26 und 28 mit
der Fluidquelle oder einem (nicht gezeigten) Ablaß verbunden.
Des weiteren ist der Fluidkanal 33 durch Fluidkanäle 34, 35 und 36 mit
den vorstellenden Fluiddruckkammern 13, 14 und 15 verbunden
und durch die vorstellende Fluiddruckkammer 15 und einen
Fluidkanal 39 mit der Fluiddruckkammer 37 verbunden.
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Die
vorstehende Drehphaseneinstellvorrichtung wirkt folgendermaßen.
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Wie
in der Technik bereits bekannt ist, wird der Anschlagkolben 7 während einem
normalen Motorbetrieb durch das den rückstellenden Fluiddruckkammern 10, 11, 12 und
den vorstellenden Fluiddruckkammern 13, 14, 15 zugeführte Arbeitsfluid
so von der konischen Öffnung 22a herausgehalten,
daß der
Flügelrotor
gegenüber
dem Gleitgehäuse 3 drehbar
ist. Die Ventilöffnungs-
und Ventilschließzeit,
d.h. der Drehphasenunterschied zwischen der Kurbelwelle 1a und
der Nockenwelle 2 wird durch das Einstellen des Fluiddrucks
gesteuert, der den Fluiddruckkammern 10 bis 15 zugeführt wird.
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Wenn
der Motor anhält,
wird das Arbeitsfluid nicht den rückstellenden Fluiddruckkammern 10, 11, 12 und
den vorstellenden Fluiddruckkammern 13, 14, 15 zugeführt, so
daß der
Flügelrotor 9 an
der am meisten rückgestellten
Position gegenüber
dem Gleitgehäuse 3 anhält, wie
in 1 gezeigt ist. Da das Arbeitsfluid weder der Fluiddruckkammer 37 noch 38 zugeführt wird,
wird der Anschlagkolben 7 durch die Vorspannkraft der Feder 8 in
die konische Öffnung 22a eingepaßt.
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Selbst
nach dem erneuten Start des Motors wird der Anschlagkolben 7 so
gehalten, daß er
in die konische Öffnung 22a eingepaßt ist,
bis das Arbeitsfluid den Fluiddruckkammern 10 bis 15 so
zugeführt wird,
daß die
Nockenwelle 2 an der am meisten rückgestellten Winkelposition
gegenüber
der Kurbelwelle 1a gehalten wird. Somit ist während der
Zeitspanne bevor das Arbeitsfluid jeder Fluiddruckkammer zugeführt wird
der Flügelrotor 9 mit
der vorderen Platte 5 arretiert, um zu verhindern, daß das Gleitgehäuse 3 und
der Flügelrotor 9 aufgrund
von Drehmomentschwankungen der Nockenwelle gegeneinander stoßen.
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Wenn
das Arbeitsfluid den rückstellenden Fluiddruckkammern 10, 11, 12 oder
den vorstellenden Fluiddruckkammern 13, 14, 15 zugeführt wird, wird
es auch den Fluiddruckkammern 37 oder 38 zugeführt. Der
Anschlagkolben 7, der den Fluiddruck in 2 in
der Richtung nach rechts aufnimmt, bewegt sich gegen die Vorspannkraft
der Feder 8 aus der konischen Öffnung 22a heraus.
Wenn somit die vordere Platte 5 und der Flügelrotor 9 von
dem arretierten Zustand freigegeben werden, wird es dem Flügelrotor 9 ermöglicht,
sich ansprechend auf den Druck des Arbeitsfluids gegenüber dem
Gleitgehäuse 3 zu
drehen, das den rückstellenden
Fluiddruckkammern 10, 11, 12 und den
vorstellenden Fluiddruckkammern 13, 14, 15 zugeführt wird.
Somit wird die relative Drehphase oder Winkelphase der Nockenwelle 2 gegenüber der
Kurbelwelle 1a eingestellt.
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Die
Dichtung 16 verschleißt
fortschreitend, wie in 7A bis 7C gezeigt
ist.
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Im
Anfangsstadium (7A), wobei die Dichtung 16 zunächst in
den Flügelrotor 9 (insbesondere
in die Nut 9e) eingepaßt
ist, sind alle Ecken der Dichtung 16 rechtwinklig. Obwohl
die Dichtung 16 durch die Vorspannkraft der Blattfeder 17 und
die Fliehkraft in der Pfeilrichtung vorgespannt gehalten wird, wird
das obere Ende der Dichtung 16 durch die abgewinkelte Ecke 3d gehalten
und der Kontakt mit der inneren Wand des Gleitgehäuses 3 (Umfangswand 4)
wird begrenzt, und deshalb konzentriert sich die Kraft auf die abgewinkelte
Ecke der Dichtung 16, die über die innere abgewinkelte
Ecke 3d gleitet. Wenn die Dichtung 16 aus einem
weicheren Material als das Gleitgehäuse 3 hergestellt
ist, neigt die abgewinkelte Ecke (Schulter) der Dichtung 16 dazu,
so zu verschleißen,
wie in 7B gezeigt ist, wenn sich der
Flügelrotor 9 hin-
und herbewegt, wodurch es der Dichtung 16 ermöglicht wird,
sich näher
zu der inneren Wand des Gleitgehäuses 3 zu
bewegen. Wenn der Verschleiß der
Dichtung 16 fortschreitet und die Dichtung 16 mit
der inneren Wand des Gleitgehäuses 3 für eine gleitende
Bewegung in Kontakt tritt, konzentriert sich die Kraft nicht auf
die abgewinkelte Ecke der Dichtung 16. Somit endet der
anfängliche stellenweise
Verschleiß der
Dichtung 16 und der Verschleiß schreitet an dem gesamten
oberen Ende der Dichtung 16 fort.
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Wenn
die Dichtung 16 so verschleißt, daß die Form ihrer abgewinkelten
Ecke mit der Form der inneren abgewinkelten Ecke 3d des
Gleitgehäuses 3 übereinstimmt,
verschwindet der radiale Spalt zwischen der Umfangswand 4 und
der Dichtung 16. Folglich begrenzt die Dichtung 16 sicher
das Leck des Arbeitsfluids zwischen den vorstellenden und den rückstellenden
Fluiddruckkammern.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, ist die Verschleißdichtung 16 aus PPS
hergestellt, das mit einem Füllmaterial
vermischt ist, und das Gehäuse 3 ist aus
Aluminium hergestellt. Der Verschleiß des Kunstharzes und des Aluminiums
wurde bezüglich
verschiedener Füllmaterialien
gemessen, wie in 8B gezeigt ist. Bei dieser Messung
oder diesem Versuch wurde eine aus PPS-Kunstharz hergestellte Hantel 101 als
ein Grundmaterial auf einer Aluminiumplatte 100 plaziert,
und die Aluminiumplatte 100 wurde mit einer konstanten
Geschwindigkeit (V = 0,5 m/Sek.) gedreht, wobei ein konstanter Druck
(P = 0,5 kgf/mm2) auf die Hantel 101 aufgebracht
wurde.
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Das
Meßergebnis
ist in 8A gezeigt. Es ist verständlich,
daß die
Aluminiumplatte 100 vergleichsweise weniger verschleißt, während die
Hantel 101 stark verschleißt, wenn die Hantel 101 aus dem
PPS-Kunstharz ohne jegliches Füllmaterial
hergestellt ist, weil deren PPS-Kunstharz ziemlich weich ist. Obwohl
das PPS-Kunstharz weich ist, verschleißt die Aluminiumplatte 100 mehr
als wenn das PPS-Kunstharz
mit Talkum oder Kaliumtitanat vermischt ist, das eine kleine Nadelform
hat. Das folgt daraus, daß das
durch den Verschleiß der
Aluminiumplatte 100 erzeugte Aluminiumpulver in die Hantel 101 eindringt,
die aus weichem PPS-Kunstharz hergestellt ist, und das eingedrungene
Aluminiumpulver den Verschleiß auf
der Aluminiumplatte 100 verursacht. Obwohl der Verschleiß des PPS-Kunstharzes, das
mit keinem Füllmaterial
vermischt ist, größer ist als
der Verschleiß des
PPS, das mit Talkum oder Kaliumtitanat vermischt ist, das härter als
das PPS-Kunstharz ist, kann es für
die Dichtung 16 verwendet werden.
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Wenn
das PPS-Kunstharz mit GF (Glasfasern) mit einer höheren Härte zwischen
7 bis 8 vermischt ist, verschleißt die Hantel 101 weniger,
während
die Aluminiumplatte 100 mehr verschleißt. D.h., da GF härter als
Aluminium ist und den Verschleiß auf
dem Aluminium verursacht, kann es nicht geeignet sein, um es in
das PPS-Kunstharz für
die Dichtung 16 zu mischen. Wenn jedoch GF in das PPS-Kunstharz
für die
Dichtung 16 gemischt ist, nähert sich der Koeffizient der
linearen Ausdehnung der Dichtung 16 dem des Gleitgehäuses 3 so
an, daß die Abdichtung
verbessert werden kann. Aufgrund dessen kann GF genauso als das
Füllmaterial
verwendet werden.
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Wenn
das PPS-Kunstharz mit dem Talkum um 50% oder dem Kaliumtitanat um
30% vermischt ist, ist der Verschleiß sowohl der Aluminiumplatte 100 als
auch der Hantel klein. Durch die Verschleißmessung hat sich bestätigt, daß das Vermischen
des PPS-Kunstharzes mit einem anorganischen Füllmaterial mit einer bestimmten
Härte zum
Herstellen der Dichtung 16 vorteilhaft ist. Das Talkum
und das Kaliumtitanat hat jeweils eine Mohs Härte von 2 und 4. So lange wie
ein Material härter
als das PPS-Kunstharz ist, aber eine geringere Mohs Härte als
5 hat, kann jedes andere Material als das Talkum und Kaliumtitanat
als das anorganische Füllmaterial
für die Dichtung 16 verwendet
werden. Es kann beispielsweise Ton (Härte 2), Glimmer (Härte 3),
Aluminiumhydroxid (Härte
3), Graphit (Härte
1–2) oder
Zinkoxid (Härte
4, 2) verwendet werden. Alternativ zu dem anorganischen Füllmaterial
kann auch Kohlefaser (Härte
1–2) verwendet
werden. Diese Füllmaterialien
fallen nicht von der äußeren Fläche der
Dichtung 16, um beim Gleiten auf dem Eisen oder Aluminium Aushöhlungen
zu bilden, sondern es verschleißt
das Füllmaterial
und das Verschleißpulver
nimmt das Aluminiumpulver oder Fremdstoffe mit und gibt sie nach außen ab.
Die Mischung des anorganischen Füllmaterials
liegt vorzugsweise zwischen 5 Gewichtsprozenten und 70 Gewichtsprozenten
des Materials für die
Dichtung 16. Das kommt daher, weil das Mischungsverhältnis von
weniger als 5% kein befriedigendes Gleiten mit dem Gleitgehäuse 3 schafft,
während
das Mischungsverhältnis
von mehr als 70% das Mischen mit dem PPS-Kunstharz erschwert und
der Materialfluß während einem
Spritzgießvorgang
sinkt. Vorzugsweise sollte das Mischungsverhältnis zwischen 30% und 60%
liegen. Dieses Mischungsverhältnis
wird bei einem Aluminiumgehäuse
bevorzugt, so daß die
Dichtung einen Koeffizienten der linearen Ausdehnung hat, der nahe
dem von Aluminium liegt. Eine gute Abdichtung kann in einem breiten
Temperaturbereich geschaffen werden, beispielsweise zwischen –40°C und 150°C.
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Mit
dem reduzierten Unterschied zwischen den Koeffizienten der linearen
Ausdehnung des Gleitgehäuses
und der Dichtung 16 ändert
sich der axiale Spalt zwischen dem Gleitgehäuse 16 und dem Gleitgehäuse 3 nicht,
selbst wenn die Dichtung 16 und das Gleitgehäuse 3 sich
wiederholt ausdehnen und zusammenziehen. Somit erhöht sich
das Leck des Fluids nicht und es ist möglich, daß die Dichtung 16 mit
unveränderter
Kontaktkraft auf der inneren Wandfläche des Gleitgehäuses 3 gleitet.
Folglich verschleißt
die Dichtung nicht übermäßig und
das Arbeitsfluid leckt nicht zwischen den Fluiddruckkammern. Wie
vorstehend beschrieben ist, kann GF (Glasfaser) als ein Füllmaterial
in die Dichtung 16 gemischt werden, um den Unterschied
der Koeffizienten der linearen Ausdehnung der Dichtung und des Gleitgehäuses 3 zu
reduzieren.
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Die
Füllmaterialien,
die weniger zum Verursachen von Verschleiß des Gleitgehäuses 3 neigen, sind
Talkum, Ton, Kaliumtitanat in Nadelform, Kohlefaser, Graphit und
Zinkoxid in Nadelform.
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Obwohl
Teflonharz keine Auswirkung auf die Reduktion des Unterschieds des
Koeffizienten der linearen Ausdehnung der Dichtung 16 von
dem des Gleitgehäuses 3 hat,
kann die Dichtung 16 durch Mischen des Pulvers aus Teflonharz
mit dem Grundmaterial wie beispielsweise PPS-Kunstharz so hergestellt
werden, daß weniger
Verschleiß des
Gleitgehäuses 3 verursacht
wird. Die Mischung des Pulvers aus Teflonharz und dem vorstehenden
Füllmaterial reduziert
den Unterschied des Koeffizienten der linearen Ausdehnung zwischen
der Dichtung 16 und dem Gleitgehäuse 3 und den Verschleiß des Gleitgehäuses 3.
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Bei
einem in 9 gezeigten Vergleichsbeispiel
hat ein Flügelrotor 61 keine
Dichtung und ist so aufgebaut, daß er direkt über die
innere Wandfläche eines
Gleitgehäuses 60 gleitet.
Die Umfangswand und eine Seitenwand des Gleitgehäuses 60 sind einstückig ausgebildet
und bilden somit eine innere geglättete abgewinkelte Ecke 60a,
wie bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel.
Der Flügelrotor 61 hat eine
abgefaste Ecke 61a, um eine Störung mit der geglätteten abgewinkelten
Ecke 60a zu vermeiden. Die abgefaste Ecke 61a schafft
somit einen Spalt 62. Da dieser Spalt 62 ermöglicht,
daß Arbeitsfluid
durch diesen hindurch leckt, neigt der Fluiddruck in den Fluiddruckkammern
zur Reduktion, und die Ansprecheigenschaften der Ventilzeitgebungssteuerung
sinken. Des weiteren müssen
das Gleitgehäuse 60 und
der Flügelrotor 61 mit
hoher Genauigkeit in der radialen Richtung bearbeitet werden, um
mit dem direkten gleitenden Kontakt zwischen dem Gleitgehäuse 60 und
dem Flügelrotor 61 umzugehen.
Darüber
hinaus verursacht das direkte Gleiten einen Verschleiß der gleitenden
Flächen
des Gleitgehäuses 60 und
des Flügelrotors 61 und
verursacht Spalte und Vertiefungen auf den gleitenden Flächen. Das
führt auch
zu dem Fluidleck und den sinkenden Ansprecheigenschaften der Ventilzeitgebungssteuerung.
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Im
Gegensatz zu dem Vergleichsbeispiel ist die Dichtung 16 des
vorliegenden Ausführungsbeispiels
so aufgebaut, daß durch
Verschleiß die
Form der abgewinkelten Ecke der Dichtung 16 mit der Form
der inneren abgewinkelten Ecke des Gleitgehäuses 3 übereinstimmt.
Folglich werden durch den gleitenden Kontakt keine Spalte ausgebildet.
Des weiteren ist der durch den gleitenden Kontakt mit der Dichtung 16 verursachte
Verschleiß der
Umfangswand 4 reduziert, da die Dichtung weicher als das Gleitgehäuse 16 ist.
Somit ist der stellenweise Verschleiß der Umfangswand 4 reduziert,
der an den Flächen
verursacht wird, an der die Dichtung 16 wiederholt hin-
und hergeht, um das Fluidleck zu reduzieren. Da außerdem das
Fluidleck nicht stellenweise an bestimmten Stellen auftritt, kann
der Flügelrotor 9 sicher
an der bevorzugten Winkelposition gehalten werden. Da der Flügelrotor 9 nicht
direkt in der radialen Richtung über
das Gleitgehäuse 3 gleitet,
kann die Bearbeitung des Gleitgehäuses 3 in der radialen Richtung
vereinfacht werden und es kann der gleitende Verschleiß des Gleitgehäuses 3 und
der Dichtung 16 verhindert werden, selbst wenn beide aus
Metall hergestellt sind.
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Das
vorstehende Ausführungsbeispiel
kann wie in 10 gezeigt abgewandelt werden.
D.h., daß die
Dichtung 16 mit einer kleinen abgefasten Ecke 16a an
ihrer einen Schulter in Übereinstimmung
mit der inneren geglätteten
abgewinkelten Ecke 3d des Gleitgehäuses 3 ausgebildet
sein kann. Das ermöglicht,
daß die
Dichtung 16 an ihrem oberen Ende mit der Umfangswand 4 in
Kontakt tritt, selbst beim ersten Mal ihres Einpassens mit dem Flügelrotor 9,
ohne daß der
Verschleiß der
abgewinkelten Ecke des Flügelrotors 9 abgewartet
wird. Die ähnlich
abgefaste Ecke kann an der anderen Schulter ausgebildet werden,
die an dem Anschluß zwischen
der Umfangswand 4 und der hinteren Platte 18 angeordnet
ist. Dabei kann die Montage des Flügelrotors 9 in dem
Gleitgehäuse 3 vereinfacht
werden, weil eine der abgefasten Ecken 16a so positioniert
werden kann, daß sie mit
der inneren geglätteten
abgewinkelten Ecke 3d übereinstimmt,
selbst wenn der Flügelrotor 9 umgekehrt
in der axialen Richtung montiert wird.
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Da
bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel
das Gleitgehäuse 3 separat
von dem Nockenwellenrad 1 hergestellt ist, kann die radiale
Größe des Nockenwellenrads 1 separat
von dem Gleitgehäuse 3 eingerichtet
werden. Da die Dichtung 16 aus dem PPS-Kunstharz hergestellt
ist, das weicher als das Gleitgehäuse 3 ist, und das
PPS-Kunstharz mit dem Füllmaterial
mit einer geringeren Mohs Härte
als 5 vermischt ist, das härter
als das PPS-Kunstharz aber weicher als das Gleitgehäuse 3 ist,
kann das Gleitgehäuse 3 aus
Aluminium hergestellt werden, das leicht ist und einfach zu bearbeiten
ist.
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Da
das durch das Gleiten verursachte Aluminiumpulver des Gleitgehäuses 3 und
das mit dem Arbeitsfluid vermischte Eisenpulver zusammen mit dem Verschleißpulver
des anorganischen Füllmaterials abgegeben
wird, verschleißt
die gleitende Fläche
des Gleitgehäuses 3 nicht
durch derartige Pulver.
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Bei
einem Aluminiumgleitgehäuse
kann die Dichtung als das Grundmaterial aus Gummi hergestellt werden.
Wenn das Gleitgehäuse
durch ein gesintertes Metall wie beispielsweise Eisen gebildet wird,
kann die Dichtung aus Aluminium, Kunstharz oder Gummi hergestellt
werden.
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Bei
der Drehphaseneinstellvorrichtung, die zum Steuern der Öffnungs-
und Schließzeiten
von Einlaß-
und Auslaßventilen
einer Brennkraftmaschine verwendet werden kann, ist eine Seitenwand 18 des
Gehäuses 3 an
einem Element aus dem Antriebselement 1, 1a und
dem angetriebenen Element 2 befestigt, während die
andere Seitenwand 5 des Gehäuses 3 einstückig mit
einer Umfangswand 4 des Gehäuses 3 hergestellt
ist. Die aus einem weniger harten Material als das Gehäuse 3 hergestellte
Dichtung 16 ist zwischen dem Gehäuse 3 und dem Flügel 9 vorgesehen.
Das Gehäuse 3 ist
aus Aluminium hergestellt, während
die Dichtung 16 aus einem PPS-Kunstharz hergestellt ist,
das mit einem anorganischen Füllmaterial
vermischt ist. Das anorganische Füllmaterial ist härter als
das PPS-Kunstharz, aber weniger hart als das Gehäuse 3, um den Verschleiß des Gehäuses 3 zu
reduzieren.
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Das
vorstehende Ausführungsbeispiel
kann weiter abgewandelt werden, ohne vom Kern und Umfang der Erfindung
abzuweichen.