WO2012143155A1 - Nockenwellenversteller - Google Patents

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WO2012143155A1
WO2012143155A1 PCT/EP2012/053100 EP2012053100W WO2012143155A1 WO 2012143155 A1 WO2012143155 A1 WO 2012143155A1 EP 2012053100 W EP2012053100 W EP 2012053100W WO 2012143155 A1 WO2012143155 A1 WO 2012143155A1
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elements
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PCT/EP2012/053100
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Robert Heinemann
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F01L2001/34486—Location and number of the means for changing the angular relationship
    • F01L2001/34493—Dual independent phasing system [DIPS]

Definitions

  • the invention relates to a phaser.
  • Camshaft adjusters are used in internal combustion engines for varying the timing of the combustion chamber valves. Adjusting the timing to the current load lowers fuel consumption and emissions.
  • a common type is the wellgelzellenversteller.
  • Vane adjusters include a stator, a rotor and a drive wheel.
  • the rotor is usually non-rotatably connected to the camshaft.
  • the stator and the drive wheel are also connected to each other, with the rotor coaxial with the stator and inside the stator.
  • the rotor and the stator have radial vanes which emboss each other oppositely acting oil chambers (vane), which can be acted upon by oil pressure and allow a relative movement between the stator and the rotor.
  • the copezellenverstel- ler various sealing cover. The combination of stator, drive wheel and sealing cover is secured by several screw connections.
  • US 2009/0173297 A1 shows a hydraulically actuated camshaft adjuster which has a drive wheel and, coaxially thereto, a stator with two rotors arranged concentrically with respect to the stator.
  • the stator may be formed in one piece or from a plurality of components.
  • the rotors and the stator have radially directed wings.
  • the stator forms with the rotors working chambers, which can be pressurized with hydraulic fluid, so that a relative rotation about the axis of rotation of the camshaft adjuster between the respective rotor and the stator takes place.
  • An arranged between the rotors partition as part of the stator divides the rotors axially from each other.
  • Each rotor may be connected to a camshaft.
  • the camshaft is formed as a hollow shaft, while the other is made of solid material. Both camshafts are arranged concentrically with each other. The camshafts correspondingly associated cam are connected to their camshaft so that a circumferential relative rotation of the cam or the respective camshaft can take place to each other and thus the timing of the cam associated intake and exhaust valves are infinitely and variably adjustable.
  • the blades of the rotors and the blades of the stator have a certain area, which are exposed to pressure when filling the working chambers with hydraulic fluid and thus a force in the circumferential direction, resulting in the relative rotation.
  • the response of such a hydraulic camshaft adjuster is determined by this area and the pressure of the hydraulic fluid generated by a pressure medium pump.
  • the object of the invention is to provide a camshaft adjuster, which has a particularly compact design.
  • the drive element and the output elements basically each have two end faces, which are arranged largely perpendicular to the axis of rotation of the camshaft adjuster. Between the end faces of the element is limited by a lateral surface and forms a cylindrical hub. From this lateral surface extending in the radial direction several flights gel, which are arranged to form working chambers such that when printing the working chambers with hydraulic means of the circumferential distance between a pair of wings changes and a relative rotational movement between the drive element and the output elements is made possible.
  • the arrangement of the wings on the lateral surface resembles a star or flower shape.
  • the interspaces of the wings are limited in the axial direction of discs, which are indirectly or directly, rotatably connected to the respective output element or the drive element.
  • the volume of this working chamber, or the circumferential distance between the two wings is increased.
  • an influencing of the angular position between the output elements is achieved by means of a hydraulic fluid channel and independently of the adjustment of the output elements to the drive element.
  • the angle between the drive element and the corresponding output element can be changed.
  • the angular position between the output elements itself is simultaneously influenced.
  • the filling of the working chamber between the output elements with hydraulic fluid results in a relative rotation between see the output elements even in a direct manner without affecting the angular position of the output elements to the drive element.
  • the adjustment angle of all elements is increased by the arrangement according to the invention, because the peripheral space to department of the working chamber is better used by the wings. Furthermore, the supply of hydraulic fluid is simpler and less expensive by a single hydraulic fluid channel for the relative rotation of both output elements to each other and each a hydraulic fluid channel for the relative rotation of the respective output element to the drive element.
  • a hydraulic clamping of the hydraulic fluid in the working chamber between see the output elements can keep the angular position between the output elements constant, with the possibility now, by pressurizing one of the working chamber between the drive element and the respective output element to influence this angular position separately.
  • the wings of the first output element protrude axially beyond a surface of the first output element offset parallel to the end face and cover a lateral surface of the second output element or, through the analogous shape to the first output element, its hub.
  • the wings of the second output element do not extend in the axial direction substantially beyond their frontal boundaries addition.
  • the wings of the drive element thus extend over the lateral surfaces of both output elements, the output elements being arranged coaxially behind one another along the axis of rotation.
  • the wings of the drive element form with the wings of the first output element from a pair of wings, which pressurized by hydraulic means, the first output element with the drive element rotates.
  • the wings of the second output element form with the wings of the drive element, a further pair of wings, which pressurized with hydraulic fluid rotates the second output element with the drive element. Due to the independence of the wing pairs, the working chambers are advantageously independently controllable and fillable with hydraulic means and realize an independent, relative rotational movement of each output element to the drive element. Of advantage is the cross, nested arrangement of the wings on the output element and the reduction of the axial space.
  • the wings of the second output element also extend axially over the lateral surface of the first output element, as the wings of the first output element on the lateral surface of the second output element.
  • the drive element covers axially both output elements. This ensures that the space in the axial direction is further reduced by the overlapping of both output elements.
  • the first output element between its end faces on a parallel offset contact surface.
  • the offset contact surface is in direct contact with an axially consecutive surface of the second output element.
  • this contact surface is placed in the region of the hub of the output elements.
  • the parallel offset contact surface has a further lateral surface result, which is largely completely circumferentially formed in the circumferential direction.
  • the contact surface may alternatively be arranged outside the end faces, after which a pin-like projection is formed, via which the two output elements are centered relative to each other and arranged coaxially.
  • the contact surface with which contact both output elements, provided with sealing means.
  • the contact surface may be formed as an annular flat surface. Under circular ring can be understood as a special case also circular. Alternatively, the contact surface may not be flat or not formed perpendicular to the axis of rotation.
  • the output elements are each braced by a spring means to the drive element at least in a certain angular range. This has the advantage that in non-predominant pressure of the hydraulic fluid, the respective output element in a Rest position, or in a locking position, is moved to the drive element.
  • spring means are mainly torsion springs or coil springs into consideration.
  • the output elements can be clamped together by a spring means.
  • This spring means can clamp both output elements against pressurization of the working chamber between the two output elements such that touch the wings of both output elements in the unprinted state and a base state between the output elements is made.
  • this spring element can also be arranged to support the pressurization of the working chamber according to the invention.
  • the camshaft adjuster has a locking mechanism, which couples an output element with the drive element in the locking case and thus rotatably connected to each other, and decoupled in unlocking and thus allows relative rotational movement of the respective output element to the drive element.
  • Such locking mechanisms secure the position of the output element to the drive element in the unprinted state of the working chambers.
  • one of the output elements on the locking mechanism can be arranged in a wing of the output element or in the hub of the output element.
  • the drive member has a gate with which a displaceable locking element is brought into engagement to lock a relative rotational movement.
  • the arrangement of the locking mechanism in the region of the hub is advantageous since, with this embodiment, the wings of the output element are designed to be thin in their peripheral extent and thus large angles of rotation can be realized during a relative rotation.
  • a locking mechanism can couple the two output elements with each other in a rotationally fixed manner or decoupled State of the locking mechanism allow a relative rotation between the two output elements.
  • the wings are equipped with, in the radial direction resilient, sealing means.
  • These sealants seal the working chambers from each other and thus increase the efficiency of the camshaft adjuster by reducing internal leakage. It is advantageous that the springing of the sealant compensates tolerances and play in the radial direction.
  • the sealing means which may advantageously be spring-loaded, may, alternatively or in combination with the arrangement of the sealing means on the wings, be arranged on the lateral surface of an output element or of the output elements.
  • the lateral surface delimits the hub of the output elements. Due to the arrangement on the lateral surface, the wings require less circumferential space.
  • the wings themselves can act as a sealant, provided that they are designed as plug-in elements.
  • the sealing wings are spring-mounted as male elements in the radial direction.
  • the output elements can be connected to each associated camshaft.
  • the camshafts are arranged concentrically, wherein the outer camshaft is designed as a hollow shaft and the inner camshaft is formed as a hollow shaft or of solid material.
  • the drive element is, for example by traction mechanism, in operative connection with the crankshaft.
  • Each camshaft has a group of cams for a particular function, for example, one camshaft has the cams for the exhaust valves and the other camshaft has cams for the intake valves.
  • the cams for the inner camshaft are mounted on the outer hollow shaft, but rotatably connected by a pin connection with the inner camshaft.
  • the pin connection protrudes through slots the outer hollow shaft through.
  • the mechanical connections of the output elements with the corresponding camshafts are frictionally, positively or materially realized.
  • both the associated camshafts are rotated relative to each other by the relative rotational movement of the output elements, whereby a Ventilhubüberschneidung can be realized, as well as the output elements relative to the drive element, which has the change in the timing of the crankshaft.
  • camshaft adjuster available, which can be connected to a camshaft adjustment system, whereby cam pairs can be rotated to change the Ventilhubüberschneidung against each other and additionally the camshafts with the drive element, which is in operative connection with the crankshaft, for a timing adjustment to the piston position can be adjusted.
  • Fig. 1 a camshaft adjuster according to the invention in cross section along the axis of rotation of the camshaft adjuster and
  • Fig. 2 shows a camshaft adjuster according to the invention in longitudinal section perpendicular to the axis of rotation of the camshaft adjuster.
  • FIG. 1 shows a camshaft adjuster 1 according to the invention in cross section perpendicular to the axis of rotation 5 of the camshaft adjuster 1.
  • the formation of the working chambers A, B, C is illustrated by the output elements 3 and 4 with the drive element 2.
  • the wing 6 of the output element 3 forms with the wings 6 of the drive element 2, the working chamber A.
  • the working chamber B is formed between the wings 6 of the first output element 3 and the second output element 4, the working chamber B is formed.
  • the radial, outer ends of the wings 6 of the output elements 3 and 4 have sealing means 14 which separate the working chambers from each other oil-tight.
  • the sealing means 14 are preferably designed as sealing strips, which are spring-loaded in the radial direction 15. Furthermore, the camshaft adjuster 1, at least between the output element 3 and 4, a spring element 13 in the circumferential direction 12. An arrangement of the spring element 13 between one of the output elements 3 or 4 with the drive element 2 is alternatively possible.
  • the output member 3 With a filling of the working chamber A or C with hydraulic means thus the output member 3 can be relatively rotated to the output member 4, wherein the volume of the working chambers A and C increases and the volume of the working chamber B decreases. With simultaneous filling of the working chamber A and C, the angle between the output elements 3 and 4 is influenced. This is shown here, for example, by the first position of the control valve 25.
  • the control valve has a plurality of positions for a targeted hydraulic fluid flow into the hydraulic fluid channels 21, 22, 23 to the working chamber A, B and C, which can be selected in the sliding direction 27.
  • the control valve 25 is actuated by a control valve actuating mechanism 26, which may be designed electromagnetically or hydraulically.
  • the filling of the working chambers B with hydraulic fluid results in a relative rotation between the driven elements 3 and 4 itself in a direct manner.
  • the drive element 2 is connected to the second output element 4 by a with the second Abthebselement 4 by a locking mechanism 16 mechanically coupled and decoupled.
  • this locking mechanism 16 may advantageously be formed between the two output elements 3 and 4, whereby, for example, until decoupling both Ab- drive elements 3 and 4 and thus the rotatably connectable camshafts 17 and 18, wherein the camshaft 17, for example, the intake camshaft and the camshaft 18 may be the exhaust camshaft, have a defined angle to each other, and may be decoupled when needed from a valve lift overlap.
  • FIG. 2 shows a camshaft adjuster 1 according to the invention in a longitudinal section along the axis of rotation 5 of the camshaft adjuster 1.
  • the camshaft adjuster 1 has a drive element 2, two output elements 3 and 4, two disks 19, a plurality of sealing elements 14 and each of the output elements associated locking mechanisms 16.
  • the drive element 2 has on the outer circumferential surface a sprocket for receiving a traction means not shown.
  • the drive element 2 also has a plurality of wings 6 extending in the radial direction 15. Concentric with the drive element 2, the output elements 3 and 4 are arranged.
  • the output elements 3 and 4 likewise have a plurality of wings 6 extending in the radial direction.
  • the wings 6 of the output elements 3 and 4 are each characterized by the drive element 2 more working chambers A, B, C from. At least one wing 6 of the output element 3 has a locking mechanism 16. In the axial direction 7, the drive element 3 is limited in its outer dimensions by the end faces 9. Between these end faces 9, the output member 3 has a parallel offset contact surface 10. The output member 3 is rotatably secured with its hub to an inner camshaft 17. The output element 4 likewise has a plurality of radially directed vanes 6, wherein at least one vane 6 has a locking mechanism 16.
  • the locking mechanisms 14 are arranged parallel to the axis of rotation 5 and formed with a coupling piston and a spring element 13, not shown. Between the output element 3 and 4 sealing means 14 are arranged.
  • the output element 4 also has a arranged between the end faces 9, parallel offset surface 1 1, which is in direct contact with the contact surface 10 of the driven element 3 is.
  • the output element 4 is non-rotatably connected to the outer camshaft 18.
  • the camshaft adjuster 1 is flanked axially by two discs 19. These discs 15 have link seats, into which the coupling pistons of the locking mechanisms 16 can lock in order to produce a rotationally fixed connection between the respective output element 3 or 4 and the drive element 2.
  • FIG. 2 illustrates the locked position of the coupling piston of the locking mechanism 16.
  • the output elements 3 and 4 have ventilation channels 20 on the end face facing away from the shaft, which discharges foreign substances from the locking mechanisms 16, especially the spring chamber, in which a locking spring is disposed, to the environment emits or discharges from the camshaft adjuster 1.
  • These venting channels 20 are formed by the axial, planar arrangement of the respective output element 3 or 4 with the camshaft facing away from disc 19 and extending in the radial direction 15th
  • the wings 6 of the output element 3 extend in the axial direction 7 via a jacket surface 8 of the output element 4. Likewise, the wings 6 of the output element 4 extend over a lateral surface 8 of the drive element 3. In this region of the overlap, the sealing means 14 are in the radial direction Gap between the wing 6 and lateral surface 8 is arranged.
  • control valves 25 one being designed as a central valve and the other as a cartridge valve.
  • the control valves 25 are actuated by a control valve actuating mechanism 26, which may be designed as electromagnets.

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Anordnung eines Nockenwellenverstellers (1), welcher eine Antriebselement (2) und zumindest zwei Abtriebselemente (3, 4) aufweist, wobei das Antriebselement (2) und die Abtriebselemente (3, 4) mehrere radial gerichtete Flügel (6) aufweisen, welche in axialer Richtung (7) die Mantelflächen (9) des benachbarten Elementes überdecken.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Nockenwellenversteller
Beschreibung
Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller.
Hintergrund der Erfindung
Nockenwellenversteller werden in Verbrennungsmotoren zur Variation der Steuerzeiten der Brennraumventile eingesetzt. Die Anpassung der Steuerzeiten an die aktuelle Last senkt den Verbrauch und die Emissionen. Eine verbreitete Bauart ist der Flügelzellenversteller. Flügelzellenversteller weisen einen Stator, einen Rotor und ein Antriebsrad auf. Der Rotor ist meist mit der Nockenwelle drehfest verbunden. Der Stator und das Antriebsrad werden eben- falls untereinander verbunden, wobei sich der Rotor koaxial zum Stator und innerhalb des Stators befindet. Rotor und Stator weisen radiale Flügel auf, die untereinander gegensätzlich wirkende Ölkammern (Flügelzellen) ausprägen, welche durch Öldruck beaufschlagbar sind und eine Relativbewegung zwischen Stator und Rotor ermöglichen. Weiterhin weisen die Flügelzellenverstel- ler diverse Abdichtdeckel auf. Der Verbund von Stator, Antriebsrad und Abdichtdeckel wird über mehrere Schraubenverbindungen gesichert.
Die US 2009/0173297 A1 zeigt einen hydraulisch betätigbaren Nockenwellenversteller, der ein Antriebsrad und koaxial dazu einen Stator mit zwei zum Sta- tor konzentrisch angeordneten Rotoren aufweist. Dabei kann der Stator einteilig oder aus mehreren Bauelementen ausgebildet sein. Die Rotoren und der Stator besitzen radial gerichtete Flügel. Damit bildet der Stator mit den Rotoren Arbeitskammern aus, die mit Hydraulikmittel druckbeaufschlagbar sind, so dass eine Relativdrehung um die Drehachse des Nockenwellenverstellers zwischen dem jeweiligen Rotor und dem Stator erfolgt. Eine zwischen den Rotoren angeordnete Trennwand als Bestandteil des Stators teilt die Rotoren axial voneinander ab. Jeder Rotor kann mit einer Nockenwelle verbunden sein. In dem Fall ist die Nockenwelle als Hohlwelle ausgebildet, während die andere aus Vollmaterial besteht. Beide Nockenwellen sind konzentrisch zueinander angeordnet. Die den Nockenwellen entsprechend zugeordneten Nocken sind mit ihrer Nockenwelle derart verbunden, so dass eine umfangsseitige Relativdrehung der Nocken bzw. der jeweiligen Nockenwellen zueinander stattfinden kann und somit die Steuerzeiten der den Nocken zugeordneten Ein- und Auslassventile stufenlos und variabel einstellbar sind.
Die Flügel der Rotoren und die Flügel des Stators weisen eine bestimmte Fläche auf, die bei Befüllung der Arbeitskammern mit Hydraulikmittel einem Druck ausgesetzt sind und somit einer Kraft in Umfangsrichtung, woraus die Relativdrehung resultiert. Das Ansprechverhalten eines solchen hydraulischen Nockenwellenverstellers wird durch diese Fläche und den Druck des Hydraulikmittels, welcher durch eine Druckmittelpumpe generiert wird, bestimmt.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nockenwellenversteller anzugeben, der eine besonders kompakte Bauform aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Das Antriebselement und die Abtriebselemente weisen grundsätzlich jeweils zwei Stirnflächen auf, die weitestgehend senkrecht zur Drehachse des Nockenwellenverstellers angeordnet sind. Zwischen den Stirnflächen wird das Element durch eine Mantelfläche begrenzt und bildet eine zylindrische Nabe. Von dieser Mantelfläche aus erstrecken sich in radialer Richtung mehrere Flü- gel, welche zur Ausbildung von Arbeitskammern derartig angeordnet sind, dass sich bei Bedruckung der Arbeitskammern mit Hydraulikmittel der umfangsseitige Abstand zwischen einem Flügelpaar ändert und eine relative Drehbewegung zwischen dem Antriebselement und den Abtriebselementen ermöglicht wird. Die Anordnung der Flügel auf der Mantelfläche ähnelt einer Stern- oder Blumenform. Die Zwischenräume der Flügel sind in axialer Richtung von Scheiben begrenzt, welche mit dem jeweiligen Abtriebselement oder dem Antriebselement mittelbar oder unmittelbar, drehfest verbunden sind. Erfindungsgemäß wird bei Druckbeaufschlagung der Arbeitskammer, gebildet aus den Flügeln der beiden Abtriebselemente, das Volumen dieser Arbeitskammer, bzw. der umfangsseitige Abstand zwischen den beiden Flügeln vergrößert. Somit wird eine Beeinflussung der Winkellage zwischen den Abtriebselementen mittels einem Hydraulikmittelkanal und unabhängig von der Verstel- lung der Abtriebselemente zum Antriebselement erreicht.
Bei einer Befüllung einer der Arbeitskammern mit Hydraulikmittel zwischen dem ersten Abtriebselement zum Antriebselement oder zwischen dem zweiten Abtriebselement zum Antriebselement kann der Winkel zwischen dem Antriebs- element und dem entsprechenden Abtriebselement verändert werden. Bei gleichzeitiger Befüllung der Arbeitskammern zwischen den Abtriebselementen zum Antriebselement wird gleichzeitig die Winkellage zwischen den Abtriebselementen selbst beeinflusst. Die Befüllung der Arbeitskammer zwischen den Abtriebselementen mit Hydraulikmittel resultiert in einer Relativdrehung zwi- sehen den Abtriebselementen selbst in direkter Weise ohne Einfluss auf die Winkellage der Abtriebselemente zum Antriebselement.
Vorteilhafterweise wird durch die erfindungsgemäße Anordnung der Verstellwinkel aller Elemente erhöht, weil der umfangsseitige Bauraum zur Abteilung der Arbeitskammer durch die Flügel besser genutzt wird. Weiterhin gestaltet sich die Versorgung mit Hydraulikmittel einfacher und kostengünstiger durch einen einzigen Hydraulikmittelkanal für die Relativdrehung beider Abtriebsele- mente zueinander und jeweils einem Hydraulikmittelkanal für die Relativdrehung des jeweiligem Abtriebselementes zum Antriebselement.
Eine hydraulische Einspannung des Hydraulikmittel in der Arbeitskammer zwi- sehen den Abtriebselementen lässt die Winkellage zwischen den Abtriebselementen konstant halten, wobei nun die Möglichkeit besteht, durch Druckbeaufschlagung einer der Arbeitskammer zwischen dem Antriebselement und den jeweiligen Abtriebselement diese Winkellage separat zu beeinflussen. Daraus entsteht der Vorteil, dass ein Steuerventil zu Steuerung der Zufuhr bzw. Abfuhr von Hydraulikmittel in die Arbeitskammern einfacher gestaltet und aufgebaut sein kann.
In einer Ausbildung der Erfindung ragen die Flügel des ersten Abtriebselementes axial über eine zur Stirnfläche parallel versetzte Fläche des ersten Ab- triebselementes hinaus und überdecken eine Mantelfläche des zweiten Abtriebselementes bzw., durch die analoge Gestalt zum ersten Abtriebselement, dessen Nabe. Die Flügel des zweiten Abtriebselementes erstrecken sich dabei in axialer Richtung nicht wesentlich über ihre stirnseitigen Begrenzungen hinaus. Die Flügel des Antriebselements erstrecken sich somit über die Mantelflä- chen beider Abtriebselemente, wobei die Abtriebselemente entlang der Drehachse koaxial hintereinander angeordnet sind. Die Flügel des Antriebselementes bilden mit den Flügeln des ersten Abtriebselementes ein Flügelpaar aus, welche druckbeaufschlagt mit Hydraulikmittel das erste Abtriebselement mit dem Antriebselement verdreht. Die Flügel des zweiten Abtriebselementes bil- den mit den Flügeln des Antriebselementes ein weiteres Flügelpaar aus, welches druckbeaufschlagt mit Hydraulikmittel das zweite Abtriebselement mit dem Antriebselement verdreht. Durch die Unabhängigkeit der Flügelpaare sind die Arbeitskammern vorteilhafterweise unabhängig mit Hydraulikmittel ansteuer- und befüllbar und realisieren eine voneinander unabhängige, relative Drehbe- wegung eines jeden Abtriebselements zum Antriebselement. Von Vorteil ist die übergreifende, verschachtelnde Anordnung der Flügel an dem Abtriebselement und die Reduzierung des axialen Bauraumes. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erstrecken sich die Flügel des zweiten Abtriebselementes ebenso axial über die Mantelfläche des ersten Abtriebselementes, wie die Flügel des ersten Abtriebselementes über die Mantelfläche des zweiten Abtriebselementes. Das Antriebselement überdeckt hierbei axial beide Abtriebselemente. Hierdurch wird erreicht, dass der Bauraum in axialer Richtung durch das Übereinandergreifen beider Abtriebselemente weiter reduziert wird.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das erste Abtriebselement zwischen seinen Stirnflächen eine dazu parallel versetzte Kontaktfläche auf. Die versetzte Kontaktfläche steht in unmittelbarem Kontakt mit einer axial aufeinanderfolgenden Fläche des zweiten Abtriebselementes. Somit sind die beiden Abtriebselemente axial verschachtelt angeordnet. Vorteilhafterweise ist diese Kontaktfläche im Bereich der Nabe der Abtriebselemente platziert. Die parallel versetzte Kontaktfläche hat eine weitere Mantelfläche zur Folge, welche weitestgehend vollständig umlaufend in Umfangsrichtung ausgebildet ist. Die Kontaktfläche kann alternativ außerhalb der Stirnflächen angeordnet sein, wonach ein zapfenähnlicher Vorsprung ausgebildet wird, über welchen die beiden Abtriebselemente zueinander zentriert und koaxial angeordnet werden.
In einer optionalen Ausgestaltung ist die Kontaktfläche, mit der sich beide Abtriebselemente berühren, mit Dichtmitteln versehen. Somit kann über diese Kontaktfläche kein Hydraulikmittel übertragen werden. Die Kontaktfläche kann als kreisringförmige ebene Fläche ausgebildet sein. Unter kreisringförmig kann als Sonderfall auch kreisförmig verstanden werden. Alternativ kann die Kontaktfläche auch nicht eben bzw. nicht senkrecht zur Drehachse ausgebildet sein. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Abtriebselemente jeweils durch ein Federmittel mit dem Antriebselement zumindest in einem bestimmten Winkelbereich verspannt. Dies hat zum Vorteil, dass bei nicht vorherrschenden Druck des Hydraulikmittels das jeweilige Abtriebselement in eine Ruheposition, bzw. in eine Verriegelungsposition, zum Antriebselement bewegt wird. Als Federmittel kommen hauptsächlich Drehfedern bzw. Spiralfedern in Betracht. Weiterhin können zusätzlich oder unabhängig von dieser Vorspannung die Abtriebselemente untereinander durch ein Federmittel verspannt sein. Dieses Federmittel kann beide Abtriebselemente entgegen einer Druckbeaufschlagung der Arbeitskammer zwischen beiden Abtriebselementen derart verspannen, dass sich die Flügel beider Abtriebselemente im unbedruckten Zustand berühren und so ein Basiszustand zwischen den Abtriebselementen hergestellt ist. Alternativ kann dieses Federelement auch unterstützend zur Druckbeaufschlagung der erfindungemäß ausgebildeten Arbeitskammer angeordnet sein.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Nockenwellenversteller einen Verriegelungsmechanismus auf, welcher ein Abtriebselement mit dem An- triebselement im Verriegelungsfall koppelt und somit drehfest miteinander verbindet, und im Entriegelungsfall entkoppelt und somit eine relative Drehbewegung des jeweiligen Abtriebselementes zum Antriebselement ermöglicht. Solche Verriegelungsmechanismen sichern die Position des Abtriebselementes zum Antriebselement im unbedruckten Zustand der Arbeitskammern.
In einer besonders bevorzugten Ausbildung weist eines der Abtriebselemente den Verriegelungsmechanismus auf. Der Verriegelungsmechanismus kann dabei in einem Flügel des Abtriebselementes oder in der Nabe des Abtriebselementes angeordnet sein. Das Antriebselement weist eine Kulisse auf, mit der ein verschiebbares Verriegelungselement in Eingriff gebracht wird, um eine relative Drehbewegung zu sperren. Die Anordnung des Verriegelungsmechanismus im Bereich der Nabe ist von Vorteil, da mit dieser Ausgestaltung die Flügel des Abtriebselementes in ihrer umfangsseitigen Erstreckung dünn ausgebildet und somit große Verdrehwinkel bei einer Relativdrehung realisiert wer- den können.
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann ein Verriegelungsmechanismus die beiden Abtriebselemente untereinander drehfest koppeln oder im entkoppelten Zustand des Verriegelungsmechanismus eine Relativdrehung zwischen beiden Abtriebselementen zulassen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Flügel mit, in radialer Richtung federnd ausgebildeten, Dichtmitteln ausgestattet. Diese Dichtmittel dichten die Arbeitskammern voneinander ab und erhöhen somit durch die Reduzierung der internen Leckage die Effizienz des Nockenwellenverstellers. Dabei ist vorteilhaft, dass die Anfederung der Dichtmittel Toleranzen und Spiel in radialer Richtung ausgleicht.
Die Dichtmittel, welche vorteilhafterweise angefedert sein können, können, alternativ oder kombiniert mit der Anordnung der Dichtmittel an den Flügeln, an der Mantelfläche eines Abtriebselementes bzw. der Abtriebselemente angeordnet sein. Die Mantelfläche begrenzt die Nabe der Abtriebselemente. Durch die Anordnung an der Mantelfläche benötigen die Flügel weniger umfangsseitigen Bauraum.
Die Flügel selbst können als Dichtmittel fungieren, sofern diese als Einsteckelemente ausgebildet sind. Vorteilhafterweise sind die dichtenden Flügel als Einsteckelemente in radialer Richtung federnd gelagert.
In einer vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Anordnung der Abtriebselemente mit dem Antriebselement lassen sich die Abtriebselemente mit jeweils zugeordneten Nockenwellen verbinden. Die Nockenwellen sind konzen- trisch angeordnet, wobei die äußere Nockenwelle als Hohlwelle ausgebildet ist und die innere Nockenwelle als Hohlwelle oder aus Vollmaterial ausgebildet ist. Das Antriebselement steht, beispielsweise per Zugmittelgetriebe, in Wirkverbindung mit der Kurbelwelle. Jede Nockenwelle besitzt eine Gruppe von Nocken für eine bestimmte Funktion, beispielsweise hat eine Nockenwelle die Nocken für die Auslassventile und die andere Nockenwelle die Nocken für die Einlassventile. Die Nocken für die innere Nockenwelle sind auf der äußeren Hohlwelle gelagert, jedoch mittels einer Stiftverbindung mit der inneren Nockenwelle drehfest verbunden. Die Stiftverbindung ragt dabei durch Langlöcher der äußeren Hohlwelle hindurch. Die mechanischen Verbindungen der Abtriebselemente mit den entsprechenden Nockenwellen sind kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig realisiert. In einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung werden durch die relative Drehbewegung der Abtriebselemente zueinander sowohl die zugehörigen Nockenwellen zueinander verdreht, wodurch eine Ventilhubüberschneidung realisiert werden kann, als auch die Abtriebselemente relativ zum Antriebselement, was die Veränderung der Steuerzeiten zur Kurbelwelle zur Fol- ge hat.
Die vorteilhafte Anordnung ist auf stark begrenzten Bauräumen realisierbar. Es steht ein Nockenwellenversteller zur Verfügung, welcher an ein Nockenwellen- verstellsystem angeschlossen werden kann, wodurch Nockenpaare zur Verän- derung der Ventilhubüberschneidung gegeneinander verdreht werden können und zusätzlich die Nockenwellen mit dem Antriebselement, das in Wirkverbindung mit der Kurbelwelle steht, für eine Steuerzeitverstellung zur Kolbenposition verstellt werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller im Querschnitt entlang der Drehachse des Nockenwellenverstellers und
Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller im Längsschnitt senkrecht zur Drehachse des Nockenwellenverstellers. Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller 1 im Querschnitt senkrecht zur Drehachse 5 des Nockenwellenverstellers 1 . In dieser Darstellung wird die Ausbildung der Arbeitskammern A, B, C durch die Abtriebselemente 3 und 4 mit dem Antriebselement 2 veranschaulicht. Der Flügel 6 des Abtriebselementes 3 bildet mit den Flügeln 6 des Antriebselementes 2 die Arbeitskammer A aus. Das Abtriebselement 4 bildet hingegen auf vergleichbare Weise mit dem Antriebselement 2 die Arbeitskammer C aus. Zwischen den Flügel 6 des ersten Abtriebselementes 3 und des zweiten Abtriebselementes 4 wird die Arbeitskammer B ausgebildet. Die radialen, äußeren Enden der Flügel 6 der Abtriebselemente 3 und 4 besitzen Dichtmittel 14, die die Arbeitskammern öldicht voneinander abtrennen. Die Dichtmittel 14 sind bevorzugterweise als Dichtleisten ausgebildet, welche in radialer Richtung 15 angefedert sind. Weiterhin weist der Nockenwellenversteller 1 zumindest zwischen dem Abtriebselement 3 und 4 ein Federelement 13 in Umfangsrichtung 12 auf. Ein Anordnung des Federelementes 13 zwischen einem der Abtriebselemente 3 oder 4 mit dem Antriebselement 2 ist alternativ möglich.
Bei einer Befüllung der Arbeitskammer A oder C mit Hydraulikmittel kann somit das Abtriebselement 3 zum Abtriebselement 4 relativverdreht werden, wobei sich das Volumen der Arbeitskammern A und C erhöht und sich das Volumen der Arbeitskammer B verringert. Bei gleichzeitiger Befüllung der Arbeitskammer A und C wird der Winkel zwischen den Abtriebselementen 3 und 4 beeinflusst. Dies ist hier beispielsweise durch die erste Stellung des Steuerventils 25 gezeigt. Das Steuerventil besitzt mehrere Stellungen für einen gezielten Hydrau- likmittelfluss in die Hydraulikmittelkanäle 21 , 22, 23 zu den Arbeitskammer A, B und C, welche in Schieberichtung 27 wählbar sind. Betätigt wird das Steuer- ventil 25 durch einen Steuerventilbetätigungsmechanismus 26, welche elektromagnetisch oder hydraulisch ausgebildet sein kann. Die Befüllung der Arbeitskammern B mit Hydraulikmittel resultiert in einer Relativdrehung zwischen den Abtriebselementen 3 und 4 selbst in direkter Weise. Das Antriebselement 2 ist mit dem zweiten Abtriebselement 4 durch einen mit dem zweiten Abthebselement 4 durch einen Verriegelungsmechanismus 16 mechanisch koppelbar und entkoppelbar. Alternativ kann dieser Verriegelungsmechanismus 16 vorteilhafterweise zwischen den beiden Abtriebselementen 3 und 4 ausgebildet sein, wodurch bspw. bis zur Entkoppelung beide Ab- triebselemente 3 und 4 und somit auch die damit drehfest verbindbaren Nockenwellen 17 und 18, wobei die Nockenwelle 17 bspw. die Einlassnockenwelle und die Nockenwelle 18 die Auslassnockenwelle sein kann, einen definierten Winkel zueinander besitzen und bei Bedarf einer Ventilhubüberschneidung entkoppelt werden können.
Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller 1 im Längsschnitt entlang der Drehachse 5 des Nockenwellenverstellers 1 . Der Nockenwellenversteller 1 weist ein Antriebselement 2, zwei Abtriebselemente 3 und 4, zwei Scheiben 19, mehrere Dichtelemente 14 sowie jeweils die den Abtriebs- elementen zugeordneten Verriegelungsmechanismen 16 auf. Das Antriebselement 2 hat an der äußeren Mantelfläche einen Zahnkranz zur Aufnahme eines nicht weiter dargestellten Zugmittels. Das Antriebselement 2 weist weiterhin mehrere, sich in radialer Richtung 15 erstreckende Flügel 6 auf. Konzentrisch zum Antriebselement 2 sind die Abtriebselemente 3 und 4 angeordnet. Die Abtriebselemente 3 und 4 weisen ebenfalls mehrere, sich in radialer Richtung erstreckende Flügel 6 auf. Die Flügel 6 der Abtriebselemente 3 und 4 prägen jeweils mit dem Antriebselement 2 mehrere Arbeitskammern A, B, C aus. Zumindest ein Flügel 6 des Abtriebselementes 3 weist einen Verriegelungsmechanismus 16 auf. In axialer Richtung 7 ist das Antriebselement 3 in seinen äußeren Abmessungen durch die Stirnflächen 9 begrenzt. Zwischen diesen Stirnflächen 9 hat das Abtriebselement 3 eine parallel versetzte Kontaktfläche 10. Das Abtriebselement 3 ist mit seiner Nabe drehfest an einer inneren Nockenwelle 17 befestigt. Das Abtriebselement 4 weist ebenfalls mehrere radial gerichtete Flügel 6 auf, wobei zumindest ein Flügel 6 einen Verriegelungsme- chanismus 16 aufweist. Die Verriegelungsmechanismen 14 sind parallel zur Drehachse 5 angeordnet und mit einem Koppelkolben und einem nicht dargestellten Federelement 13 ausgebildet. Zwischen dem Abtriebselement 3 und 4 sind Dichtmittel 14 angeordnet. Diese Dichtmittel 14 dienen dazu, die hier nicht aufgezeigten Arbeitskammern A, B, C weitestgehend öldicht voneinander abzutrennen. Das Abtriebselement 4 weist ebenfalls eine zwischen deren Stirnflächen 9 angeordnete, parallel versetzte Fläche 1 1 auf, die in unmittelbarem Kontakt mit der Kontaktfläche 10 des Abtriebselement ist 3 steht. Das Abtriebs- element 4 ist drehfest mit der äußeren Nockenwelle 18 verbunden. Der No- ckenwellenversteller 1 wird axial durch zwei Scheiben 19 flankiert. Diese Scheiben 15 weisen Kulissenaufnahmen auf, in die die Koppelkolben der Verriegelungsmechanismen 16 einriegeln können, um somit eine drehfeste Verbindung zwischen dem jeweiligen Abtriebselement 3 oder 4 und dem Antriebs- element 2 herzustellen.
Fig. 2 veranschaulicht die verriegelte Position des Koppelkolbens des Verriegelungsmechanismus 16. Die Abtriebselemente 3 und 4 weisen an der no- ckenwellenabgewandten Stirnseite Entlüftungskanäle 20 auf, die Fremdstoffe aus den Verriegelungsmechanismen 16, speziell dem Federraum, in dem eine Verriegelungsfeder angeordnet ist, an die Umwelt abgibt bzw. aus den Nockenwellenversteller 1 abführt. Diese Entlüftungskanäle 20 sind durch die axial, flächige Anordnung von dem jeweiligen Abtriebselement 3 oder 4 mit der nockenwellenabgewandten Scheibe 19 gebildet und erstrecken sich in radialer Richtung 15.
Die Flügel 6 des Abtriebselementes 3 erstrecken sich in axialer Richtung 7 über eine Mantelfläche 8 des Abtriebselementes 4. Gleichenfalls erstrecken sich die Flügel 6 des Abtriebselementes 4 über eine Mantelfläche 8 des Ab- triebselementes 3. In diesem Bereich der Überdeckung sind die Dichtmittel 14 im radialen Spalt zwischen Flügel 6 und Mantelfläche 8 angeordnet.
Weiter weist die Anordnung zwei Steuerventile 25 auf, wobei eines als Zentralventil und das andere als Cartridgeventil ausgebildet sind. Betätigt werden die Steuerventile 25 durch einen Steuerventilbetätigungsmechanismus 26, welche als Elektromagneten ausgebildet sein können. Liste der Bezugszahlen
Nockenwellenversteller A) Arbeitskammer
2 Antriebselement 35 B) Arbeitskammer
3 erstes Abtriebselement C) Arbeitskammer
4 zweites Abtriebselement P) Hydraulikmittelversorgung
5 Drehachse T) Tank
6) Flügel
7) axiale Richtung
8) Mantelfläche
9) Stirnfläche
10) Kontaktfläche
1 1 ) Fläche
12) Umfangsrichtung
13) Federelement
14) Dichtungen
15) radiale Richtung
16) Verriegelungsmechanis- mus
17) erste Nockenwelle
18) zweite Nockenwelle
19) Scheibe
20) Entlüftung
21 ) Hydraulikmittelkanal A
22) Hydraulikmittelkanal B
23) Hydraulikmittelkanal C
24) Druckfeder
25) Steuerventil
26) Steuerventilbetätigungs- mechanismus
27)Schieberichtung

Claims

Patentansprüche
Nockenwellenversteller (1 ) mit
- einem Antriebselement (2), einem ersten Abtriebselement (3) und einem zweiten Abtriebselement (4),
- wobei jedes der Elemente (2, 3, 4) koaxial zur Drehachse (5) des Nockenwellenverstellers (1 ) angeordnet ist,
- das erste und das zweite Abtriebselement (3, 4) in axialer Richtung aufeinanderfolgend angeordnet sind,
- wobei die Abtriebselemente (3, 4) und das Antriebselement (2) mehrere, radial gerichtete Flügel (6) aufweisen,
- so dass die Flügel mehrere Arbeitskammern (A, B, C) ausbilden, die mit Hydraulikmittel druckbeaufschlagbar sind,
- derart, dass eine Relativdrehung zwischen dem Antriebselement (2) und den Abtriebselementen (3, 4) ermöglicht wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Arbeitskammer (A, B, C) durch einen Flügel (6) des ersten Abtriebselementes (3) mit einem Flügel (6) des zweiten Abtriebselementes (4) gebildet ist, wodurch bei Druckbeaufschlagung dieser Arbeitskammer (A, B, C) mit Hydraulikmittel das Volumen dieser Arbeitskammer (A, B, C) bzw. der umfangsseitige Abstand (X) zwischen diesen beiden Flügeln (6) vergrößert wird.
Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Flügel (6) des ersten Abtriebselementes (3, 4) in axialer Richtung (7) entlang einer Mantelfläche (8) des zweiten Abtriebselementes (3, 4) erstreckt.
Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Flügel (6) des zweiten Abtriebselementes (3, 4) in axialer Richtung (7) entlang einer Mantelfläche (8) des ersten Abtriebselementes (3, 4) erstreckt.
Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abtriebselement (3) zwei Stirnflächen (9) aufweist und zwischen diesen Stirnflächen (9) eine parallel versetzte Kontaktfläche (10) hat, wobei diese Kontaktfläche (10) sich mit einer axial aufeinanderfolgenden Fläche (1 1 ) des zweiten Abtriebselementes (4) unmittelbar kontaktiert.
Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eines der Abtriebselemente (3, 4) mit dem Antriebselement (2) in Umfangsrichtung (12) durch ein Federelement (13) vorgespannt ist oder die Abtriebselemente (3, 4) untereinander in Umfangsrichtung (12) durch ein Federelement (13) vorgespannt sind.
Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (6) Dichtungen (14) aufweisen, welche in radialer Richtung (15) federnd ausgebildet sind.
Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenversteller (1 ) einen Verriegelungsmechanismus (16) aufweist, der eine relative Drehbewegung des Antriebselementes (2) mit einem der Abtriebselemente (3, 4) verhindert oder ermöglicht.
Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Abtriebselemente (3, 4) den Verriegelungsmechanismus (16) aufweist, der eine relative Drehbewegung des Antriebselementes (2) mit einem der Abtriebselemente (3, 4) verhindert oder ermöglicht.
Nockenwellenversteller (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abtriebselement (3) mit einer ersten Nockenwelle (17) verbindbar ist und das zweite Abtriebselement (4) mit einer zweiten Nockenwelle (18) verbindbar ist.
10. Nockenwellenverstellsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abtriebselement (3) mit einer ersten Nockenwelle (17) verbunden ist und das zweite Abtriebselement (4) mit einer zweiten Nockenwelle (18) verbunden ist, wobei bei Druckbeaufschlagung der Arbeitskammern (A, B, C) mit Hydraulikmittel eine Relativverdrehung der beiden Abtriebselemente (3, 4) zueinander und somit auch der Nockenwellen (17, 18) zueinander sowie eine weitere Relativverdrehung der Abtriebselemente (3, 4) gegenüber dem Antriebselement (2) stattfindet.
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