WO2015154756A1

WO2015154756A1 - Nockenwellenversteller mit abflussventil

Info

Publication number: WO2015154756A1
Application number: PCT/DE2015/200005
Authority: WO
Inventors: Jochen Thielen; Olaf Boese; Torsten Zschieschang
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-04-07
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2015-10-15
Anticipated expiration: 2016-10-07
Also published as: US10024204B2; CN106133284A; US20170114677A1; CN106133284B; DE102014206620A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller (1), insbesondere hydraulischer Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps, mit einem Rotor (2) und einem Stator (3), die gegeneinander verdrehbar gelagert sind, einem am Stator (3) festgelegten Deckel (10) mit einer Verriegelungsaufnahme sowie zumindest einem im Rotor (2) in axialer Richtung verschieblich aufgenommenen, in Richtung der Verriegelungsaufnahme vorgespannten Verriegelungspin (11, 12), und einen Hydraulikkanal (27, 28, 29) zum Druckbeaufschlagen des Verriegelungspins (11, 12) gegen dessen Vorspannung, der über eine Zentralschraube mit Hydraulikmedium befüllbar und entleerbar ist,wobei in dem Rotor (2) zumindest ein mit dem Hydraulikkanal (27, 28, 29) strömungstechnisch verbundener zusätzlicher Abflusskanal (37, 38, 39, 40) mit einem Abflussventil (33, 34, 35, 36) ausgebildet ist, wobei vorzugsweise das Abflussventil (33, 34, 35, 36) den Abflusskanal (37, 38, 39, 40) bei druckbeaufschlagtem Verriegelungspin (11, 12) verschließt und bei Abfall des auf den Verriegelungspin (11, 12) wirkenden hydraulischen Drucks öffnet.

Description

Nockenwellenversteller mit Abflussventil

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller, insbesondere einen hydraulischen Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps, mit einem Rotor und einem Stator, die gegeneinander verdrehbar gelagert sind, einem am Stator festgelegten Deckel mit einer Verriegelungsaufnahme, einem im Rotor in axialer Richtung verschieblich aufgenommenen, in Richtung der Verriegelungsaufnahme vorgespannten Verriegelungspin und einen Hydraulikkanal, zum Druckbeaufschlagen des Verriegelungspins gegen dessen Vorspannung, der über eine Zentralschraube mit Hydraulikmedium befüllbar und entleerbar ist.

Nockenwellenversteller dienen einer gezielten Verstellung der Phasenlage zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle in einer Brennkraftmaschine. Sie ermöglichen eine optimierte Einstellung von Ventilsteuerzeiten über Motorlast und Motordrehzahl. Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen können so wesentlich gesenkt sowie eine Leistungssteigerung des Motors erreicht werden.

Ein hydraulischer Nockenwellenversteller besteht üblicherweise aus einem Stator, einem in dem Stator positionierten Rotor, sowie aus zwei Dichtdeckeln. Im Stator ist eine Anzahl von Druckkammern ausgebildet, die auch als Flügelzellen bezeichnet werden und durch sich radial nach innen von der Statorwandung weg erstreckende Stege voneinander getrennt sind. Rotorflügel des innerhalb des Stators gehaltenen Rotors greifen in die Flügelzellen ein. Zur Nockenwellenverstellung werden die Flügelzellen mit Hydraulikmedium beaufschlagt, wodurch der Rotor innerhalb des Stators gedreht wird.

Es ist bekannt, Nockenwellenversteller mit einer Verriegelung zu versehen, die den Rotor in bestimmten Situationen, zum Beispiel beim Ausschalten des Motors, relativ zum Stator verriegelt. Zu diesem Zweck ist bekannt, in einem Rotor in axialer Richtung verschiebbare und in Richtung eines Verriegelungsdeckels vorgespannte Verriegelungspins vorzusehen. Diese greifen aufgrund ihrer Vorspannung in Rie- gelausnehmungen im am Stator festgelegten Verriegelungsdeckel ein, so dass der Rotor relativ zum Stator verriegelt ist. Die Verriegelungspins werden mittels hydraulischen Drucks gegen die Vorspannung aus dieser Verriegelungsstellung in eine Freigabestellung gedrängt, in der sie außer Eingriff mit dem Verriegelungsdeckel sind und der Rotor relativ zum Stator nicht blockiert ist. Die Druckbeaufschlagung des Verriegelungspins erfolgt über einen im Rotor ausgebildeten Hydraulik- kanal, der über eine Ölbohrung mit Hydraulikmedium beaufschlagt bzw. entleert wird. Die Beaufschlagung und/oder Entlastung dieses Kanals wird in der Regel über ein Schaltventil gesteuert. Der Volumenstrom an Hydraulikmedium ist dabei durch die Ölbohrung bestimmt. Es kann nun erforderlich sein, beispielsweise bei einem Abstellen des Kfz-Motors den Nockenwellenversteller innerhalb sehr kurzer Zeiten in seiner entsprechenden Verriegelungsposition zu verriegeln. Dabei ist ein Problem, dass der den Verriegelungspin infolge des sich auf seiner Hochdruckseite nur relativ langsam abbauenden hydraulischen Drucks - infolge eines nicht ausreichend hohen Volu- menstroms durch die Ölborung - durch die gegen diesen wirkende Vorspannung nicht in der erforderlichen kurzen Zeit in den Verriegelungsdeckel eingreifen kann.

Aus der DE 199 08 934 A1 ist bekannt ein Drehflügelversteller mit einem Stator, der von der Kurbelwelle vorzugsweise über ein Zugmittel und über ein Antriebsrad angetrieben ist und mit einem durch Drucköl beaufschlagbaren Flügelrotor, der in drehfester Verbindung mit der Nockenwelle steht und welcher Mittel zu einer lösbaren Drehfixierung desselben, vorzugsweise einen axial verschiebbaren Fixierstift aufweist, wobei alle Bauteile des Drehflügelverstellers, die Druckölkontakt haben, in einem öldichten Gehäuse angeordnet sind.

Aus der DE 10 2005 024 242 A1 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit einem Stator, einem Rotor und ersten und zweiten Druckmittelleitungen bekannt. Zwischen dem Stator und dem Rotor ist mindestens ein Druckraum ausgebildet, wobei jeder Druckraum durch einen drehfest am Abtriebselement angeordneten oder ausgebildeten Flügel in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern geteilt wird. Mittels der ersten Druckmittelleitungen kann Druckmittel zu den ersten Druckkammern geleitet bzw. aus diesen abgeführt werden. Mittels der zweiten Druckmit- telleitungen kann Druckmittel zu den zweiten Druckkammern geleitet bzw. aus diesen abgeführt werden. Der Nockenwellenversteller weist eine Verriegelungseinrichtung mit einer am Rotor oder dem Stator ausgebildeten Aufnahme, einer an dem anderen Bauteil ausgebildeten Kulisse, einem in der Aufnahme angeordneten Verriegelungsstift und einer Feder auf, welche den Verriegelungsstift in Richtung des Bauteils drängt, an dem die Kulisse ausgebildet ist. Der Verriegelungsstift greift bei einer definierten Verriegelungsstellung des Rotors relativ zum Stator in die Kulisse ein, wobei er durch Druckmittelbeaufschlagung der Kulisse in die Aufnahme zurückgedrängt werden kann. Es ist zumindest eine Druckmittelverbindung zwischen der Kulisse und der Druckkammer oder der dazugehörigen Druckmittel- leitung, welche mit Druckmittel beaufschlagt werden um das Abtriebselement aus der Verrieglungsstellung herauszudrehen, vorgesehen. Jede Druckmittelverbindung ist mittels genau eines Druckmittelkanals realisiert. Der Druckmittelkanal ist einerseits mit der Druckkammer oder der Druckmittelleitung und andererseits mit der Kulisse verbunden. Eine der beiden Verbindungen ist in jeder Stellung des Abtriebselements zum Antriebselement hergestellt. Die andere Verbindung und die Verbindung zwischen dem Druckmittelkanal und dem Verriegelungsstift ist nur dann hergestellt, wenn sich das Abtriebselement relativ zum Antriebselement in der Verriegelungsstellung befindet. In der Regel ist nach dem Stand der Technik für eine geeignete Entleerung des Hydraulikkanals und Drucklosschaltung des Verriegelungspins ein kompliziertes Schaltventil erforderlich. Bedingt durch den festgelegten Querschnitt der Strömungswege des Hydraulikmediums können aufwendige zusätzliche Einrichtungen, wie zum Beispiel ein gesonderter Steuerungskanal für die Verriegelungspins notwendig sein. Bedingt durch verhältnismäßig lange Strömungswege und hohe hydraulische Widerstände sind relativ lange Entlastungszeiten die Folge, bis der No- ckenwellenversteller verriegelt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nockenwellenversteller zu schaffen, der die vorgenannten Nachteile nicht oder nur in verminderter Form aufweist. Insbesondere soll ein schnelleres Verriegeln des Nockenwellenverstellers, vor allem nach einem Ausschalten des Motors, erreicht werden können.

Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Nockenwellenversteller dadurch gelöst, dass in dem Rotor zumindest ein mit dem Hydraulikkanal strömungstechnisch verbundener zusätzlicher Abflusskanal mit einem Abflussventil ausgebildet ist, wobei es geschickt ist, wenn das Abflussventil den Abflusskanal bei druckbeaufschlagtem Verriegelungspin verschließt und bei Abfall des auf den Verriegelungspin wirkenden hydraulischen Drucks öffnet. Durch die Erfindung wird bei einem Druckabfall, beispielsweise infolge eines Abstellens des Motors, zumindest ein zusätzlicher Strömungsweg geöffnet, über den Hydraulikmedium zum Tank fließen kann. Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, dass der Druckabfall an dem Verriegelungspin sehr schnell erfolgt, beispielsweise innerhalb eines Zeitraums von 1 Sekunde, vorzugsweise innerhalb von ca. 0,6 bis 0,3 Sekunden, besonders bevorzugt innerhalb von ca. 0,4 Sekunden, so dass sich dieser infolge der auf ihn wirkenden Vorspannung mit der gewünschten, erforderlichen hohen Geschwindigkeit in die den Rotor mit dem Deckel verriegelnde Position gelangen kann.

Das Abflussventil kann insbesondere im Abflusskanal im Rotor angeordnet sein. Vorzugsweise weist der Rotor drei, vier oder fünf Abflusskanäle auf, in denen jeweils ein Abflussventil angeordnet ist. Durch Vorsehen einer entsprechenden Anzahl an Abflusskanälen und Abflussventilen kann die Verriegelungsgeschwindigkeit des Nockenwellenverstellers mit besonderem Vorteil verkürzt werden. Der Nockenwellenversteller kann mit einer Mittenverriegelung und/oder mit einer Früh- oder Spätverriegelung ausgebildet sein.

Der Hydraulikkanal kann nach einer Ausführungsform im Rotor und/oder im Deckel ausgebildet sein. Vorzugsweise bildet er bei geschlossenem Abflussventil einen Strömungsweg für Hydraulikmedium von einer Zuleitung zum Verriegelungspin und vom Verriegelungspin zurück zur Zuleitung aus. Im Falle eines geöffneten Abflussventils bildet er einen Strömungsweg von der Zuleitung zum Verriegelungspin und von diesem zum Abflussventil und damit zum Abflusskanal durch den Rotor zurück zu einem Tank aus.

Nach einer Ausführungsform kann der Hydraulikkanal als Ringkanal / teilkreisförmiger Ringkanal (also über 360° oder etwa 270° oder 180° oder 90°) ausgebildet sein. Er kann insbesondere von der Zuleitung über den Verriegelungspin zurück zur Zuleitung führen. Der Hydraulikkanal ist vorzugsweise in der dem Deckel zugewandten Stirnseite des Rotors ausgebildet. Der Deckel liegt vorzugsweise dichtend am Rotor an, so dass der Hydraulikkanal mittels des Deckels geschlossen ist. Ein solcher Hydraulikkanal ist in vorteilhafter Weise besonders einfach und günstig herzustellen.

Es ist von besonderem Vorteil, wenn das Absperrventil einen im Rotor festgelegten Ventilsitz und einen gegenüber dem Ventilsitz bewegbaren, insbesondere axial verschieblichen Ventilkörper mit einem Strömungsweg für Hydraulikmedium aufweist. Der Strömungsweg wird bei geöffnetem Abflussventil von Hydraulikmedium durchströmt und ist bei geschlossenem Ventil durch dichtende Anlage des Ventilkörpers am Ventilsitz geschlossen. Ein solches Abflussventil ist einfach und funktioniert sicher und robust.

Es ist auch von Vorteil, wenn der Ventilkörper eine Blende aufweist, deren axiale Breite geringer ist als die axiale Länge des Ventilkörpers und/oder deren Strömungsquerschnittsfläche kleiner als die Strömungsquerschnittsfläche des Strömungswegs ist. Die Verwendung einer solchen Blende ist besonders vorteilhaft, da der Ölvolumenstrom durch den Ventilkörper abhängig von der Öl- Viskosität ist. Bei geringer Viskosität (hohe Temperatur) stellt sich ein größerer Volumenstrom ein als bei höherer Viskosität (niedrige Temperatur). Wird der Ventilkörper ohne Blende ausgeführt, ist der Einfluss der temperaturabhängigen Viskosität so groß, dass bei Temperaturen von ca. -30°C in der Regel nicht genügend Hydraulikmedium zum Tank fließen kann. Gleichzeitig ist bei ca. 130°C der vorhandene Volumenstrom des Hydraulikmediums in der Regel nicht ausreichend, um einen genügend großen Druck am Ventilkörper aufzubauen, der gewährleistet, dass dieser gegen die Vorspannkraft des Ventilkörpers bewegt werden kann. Bei Verwendung einer Blende kann der Viskositätseinfluss auf den Volumenstrom minimiert werden, sodass sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Temperaturen die gewünschte Funktion gewährleistet werden kann.

Das Absperrventil kann eine in dem Abflusskanal festgelegte, insbesondere eingepresste / gefügte und den Ventilsitz ausbildende Patrone aufweisen. Bei einer Ausführungsform kann der Ventilkörper mit einer Druckfeder in seine den Abflusskanal freigebende Offenstellung vorgespannt sein. Er kann insbesondere mittels einer an der Patrone abgestützten Druckfeder vorgespannt sein. Der Ventilkörper kann mit einem Durchgangsloch, insbesondere als Hohlzylinder mit einem zentralen Durchgangsloch, ausgebildet sein.

Es ist von besonderem Vorteil, wenn die Patrone zumindest eine Ausnehmung, insbesondere randseitige Ausnehmung aufweist, die bei offenem Absperrventil einen Strömungsweg für Hydraulikmedium durch den Abflusskanal ausbildet. Eine solche Patrone ist einfach herzustellen und unter Ausbildung eines Strömungsweg entlang der Patrone in dem Abflusskanal zu montieren.

Der erfindungsgemäße Nockenwellenversteller ist besonders für Steuertriebe, Kettentriebe und Riementriebe, insbesondere im Kfz-Bereich geeignet. Im Stator ist eine Anzahl von Flügelzellen ausgebildet, vorzugsweise drei, vier oder fünf Flügelzellen, die durch sich radial nach innen von der Statorwandung weg erstreckende Stege oder Statorsegmente voneinander getrennt sind. Rotorflügel des innerhalb des Stators gehaltenen Rotors greifen in die Flügelzel- len ein.

Der Stator kann im eingebauten Zustand drehfest mit einer Kurbelwelle verbunden sein. Der Rotor kann drehfest mit einer Nockenwelle verbunden sein. Der Verdrehwinkel des Rotors kann durch die Stege im Stator begrenzt sein. Rotor und Stator können insbesondere spanlos gefertigt sein. Sie können kaltumgeformte, insbesondere tiefgezogene Blechbauteile oder Stahlblechbauteile sein. Nach wie vor sind Sinterausprägungen möglich und plausibel. Solche Bauteile sind in vorteilhafter Weise kostengünstig und für eine Massenproduk- tion gut geeignet. Der Stator kann insbesondere als Stirnverzahnungsbauteil mit einer in radialer Richtung nach außen weisenden Außenverzahnung ausgebildet sein.

Es ist von besonderem Vorteil, wenn der Deckel die Flügelzellen unmittelbar oder mittelbar abdichtend am Stator und/oder am Rotor anliegt. Der Deckel weist zumindest eine Verriegelungsausnehmung (Verriegelungsloch) auf. Diese kann als in Richtung der Drehachse durchgehendes Durchgangsloch oder als Sackloch ausgebildet sein. Im Falle einer durchgehenden Verriegelungsausnehmung kann diese in besonders vorteilhafter Weise mit einer Buchse, einer Hülse oder einem Stopfen dicht verschlossen sein. Die Verbindung von Verriegelungsbuchse und Verriegelungsdeckel kann als Stoff-, Kraft-/ und/oder Formschluss, insbesondere geklebt, gepresst, geschweißt, geschraubt, etc., ausgebildet sein. Der Deckel kann außerdem als einteiliger Verriegelungsdeckel, zum Beispiel durch Sintern, Umformen, Schmieden oder als Gussteil, etc. hergestellt sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 eine Aufsicht auf eine Ausführungsform eines Nockenwellenverstel- lers nach der Erfindung ohne Deckel,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Patrone eines Absperrventils ei- nes Nockenwellenverstellers nach der Erfindung,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Ventil körpers eines Absperrventils eines Nockenwellenverstellers nach der Erfindung,

Fig. 4 eine Schnittansicht des Absperrventils parallel zur Drehachse des

Nockenwellenverstellers im geschlossenen Zustand,

Fig. 5 eine Schnittansicht des Absperrventils parallel zur Drehachse des

Nockenwellenverstellers im geöffneten Zustand,

Fig. 6 eine Schnittansicht des Absperrventils parallel zur Drehachse des

Nockenwellenverstellers während des Schließens zwischen der Offenstellung der Figur 5 und der Schließstellung der Figur 4 und

Fig. 7 eine schematische Darstellung der auf den Ventilkörper wirkenden

Kräfte.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständ- nis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Details der unterschiedlichen Ausführungsformen können miteinander kombiniert oder untereinander ausgetauscht werden.

Figur 1 zeigt einen Nockenwellenversteller 1 nach der Erfindung in einer Auf- sieht ohne Deckel. Der Nockenwellenversteller 1 dient einer Drehwinkelverstellung einer nicht gezeigten Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine. Mit Hilfe der Nockenwelle werden die Gaswechselventile der Brennkraftmaschine betätigt. Das Optimum von deren Steuerzeiten ändert sich mit der Motordrehzahl. Es verschiebt sich bei dem Einlassventilen mi steigender Motordrehzahl nach spät, bei den Auslassventilen nach früh. Bei Motoren mit getrennten Nockenwellen für die Ein- und Auslassventile besteht die Möglichkeit, durch entsprechendes Verdrehen der Nockenwellen die gewünschte drehzahlabhängige Anpassung der Steuerzeiten auf einfache Weise zu verwirklichen.

Der Nockenwellenversteller 1 weist einen Rotor 2 und einen Stator 3 auf, die konzentrisch um einen Drehachse 4 des Nockenwellenverstellers 1 und zuei- nander um eine Drehachse 4 verdrehbar sind. Zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 3 sind Flügelzellen 5, 6, 7, 8 ausgebildet, die mit Hydraulikmedium, beispielsweise Drucköl zu beaufschlagen sind, um eine Relativverdrehung von Rotor 2 und Stator 3 zu bewirken. Das Drucköl wird über eine in den Figuren nicht dargestellte und in einer zentralen Durchgangsöffnung 9 des Rotors 2 angeordnete Zentralschraube über Hydraulikkanäle im Rotor 2 den Flügelzellen 5, 6, 7, 8 zugeleitet.

Am Stator 3 ist stirnseitig, also auf der in Figur 1 gezeigten Stirnfläche, ein Deckel 10 (siehe Figur 4) festgelegt. Dieser dient unter anderem einer Abdichtung der zwischen Rotor 2 und Stator 3 ausgebildeten Flügelzellen 5, 6, 7, 8 und weist in der Regel eine Verriegelungsaufnahme, im dargestellten Fall zwei Verriegelungsaufnahmen auf, die in den Figuren nicht dargestellt sind. In im Rotor 2 ausgebildeten Ausnehmungen 13, 14 ist jeweils ein Verriegelungspin 1 1 , 12 angeordnet und in Richtung der Drehachse 4 verschiebbar aufgenommen sind. Die Verriegelungspins 1 1 , 12 können bei einem Herausfahren aus dem Rotor 2 in Richtung des Deckels 10 (in Figur 1 aus der Zeichenebene heraus), in der sogenannten Verriegelungsstellung, in die dort jeweils ausgebildeten Verriegelungsaufnahmen eingreifen, wodurch eine Rotation des Rotors 2 relativ zum Deckel 10 und damit zum Stator 3, an dem der Deckel 10 festgelegt ist, verhin- dert wird.

Wie Figur 1 zeigt, ist zwischen zwei benachbarten Flügelzellen 5, 6, 7, 8 jeweils ein Statorsegment 15, 16, 17, 18 ausgebildet. In jedem Statorsegment 15, 16, 17, 18 ist ein Befestigungsloch 19, 20, 21 , 22 ausgebildet. Der Rotor 2 weist vier Rotorflügel 23, 24, 25, 26 auf. Der Deckel ist über in die Befestigungslöcher 19, 20, 21 , 22 eingreifende Befestigungselemente, zum Beispiel eingeschraubte Schrauben, am Stator 3 festgelegt. Jeder Rotorflügel 23, 24, 25, 26 unterteilt eine Flügelzelle in Teilflügelzellen. In der deckelseitigen Stirnfläche des Rotors 2 ist ein im Wesentlichen ringförmiger Hydraulikkanal oder C-Kanal, in Folgenden als Ringkanal 27 bezeichnet, ausgebildet. In diesen mündet eine Hydraulikmediumsleitung 28, über die Hyd- raulikmedium, in der Regel Öl, von einem Hydrauliktank oder einer Hydraulikpumpe über die Zentralschraube dem Ringkanal 27 zugeführt wird. Die Hydraulikleitung 28 dient darüber hinaus bei einer Umkehr der Förderrichtung der Hydraulikpumpe oder einer entsprechenden Verstellung der Zentralschraube (als Schaltventil) einer Ableitung von Hydraulikmedium aus dem Ringkanal 27.

Der Ringkanal 27 ist im Bereich jedes Rotorflügels 23, 24, 25, 26 mit einer radial nach außen gerichteten Abzweigung 29, 30, 31 , 32 versehen, die jeweils zu einem Abflussventil 33, 34, 35, 36 führen. Die Abflussventile 33, 34, 35, 36 sind in entsprechenden, in dem Rotor 2 ausgebildeten Abflusskanälen 37, 38, 39, 40 angeordnet, die jeweils mit der entsprechenden Abzweigung 29, 30, 31 , 32 strömungstechnisch verbunden sind.

Der Ringkanal 27 weist des Weiteren im Bereich der Verriegelungspins 1 1 , 12 Aufweitungen auf, so dass diese vom Druck des Hydraulikmediums im Ringka- nal 27 beaufschlagt sind. Die Verriegelungspins sind in beliebiger Weise in Richtung des Deckels, also aus der Zeichnungsebene der Figur 1 hinaus, vorgespannt, beispielsweise mechanisch mittels einer nicht dargestellten Feder oder hydraulisch. Wirkt im Ringkanal 27 ein relativ hoher Druck, zum Beispiel bei eingeschaltetem Motor, werden die Verriegelungspins 1 1 , 12 durch diesen gegen ihre Vorspannung vom Deckel 10 weg (in die Zeichnungsebene der Figur 1 hinein) in ihre jeweilige Ausnehmung 13, 14 im Rotor 2 gedrängt. Bei einem Abfall des in dem Ringkanal 27 vorliegenden Drucks unter einen vorbestimmbaren Wert, zum Beispiel infolge eines Abstellen des Motors und einer daraufhin mittels der Hydraulikpumpe oder der Zentralschraube bewirkten Aus- Strömung von Hydraulikmedium aus dem Ringkanal 27 über die Hydraulikmediumsleitung 28, werden die Verriegelungspins 1 1 , 12 durch ihre Vorspannung aus der jeweiligen Ausnehmung 13, 14 heraus in Richtung des Deckels 10 und der darin ausgebildeten Verriegelungsaufnahmen verschoben und greifen in die Verriegelungsaufnahmen ein und verriegeln den Rotor 2 gegenüber dem am Stator 3 festgelegten Deckel 10.

Das Abflussventil 33 ist beispielhaft für alle genannten Abflussventile in den Figuren 4, 5 und 6 im Schnitt in verschiedenen Funktionsstellungen dargestellt. Die Lage des Schnitts ist in Figur 1 mit IV-IV gekennzeichnet. Die folgende Beschreibung erfolgt nur mit Bezug auf das Ventil 33, gilt jedoch entsprechend für die übrigen Abflussventile 34, 35, 36 und die mit ihm jeweils zusammenwirkenden Funktionselemente.

Das Abflussventil 33 ist im Abflusskanal 37 angeordnet und weist eine Patrone 41 und einen Ventilkörper 42 auf, der auch als Hohlpin bezeichnet wird (siehe Figuren 2 und 3). Die Patrone 41 ist im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und weist einen Sitzabschnitt 43 sowie einen Endabschnitt 44 mit gegen- über dem Sitzabschnitt 43 vermindertem Durchmesser auf. In den Sitzabschnitt 43 sind drei in Umfangsrichtung aufeinander folgende und in Richtung des Abflusskanals 37 durchgehende Strömungsaussparungen 45 eingebracht. Die vom Sitzabschnitt 43 abgewandte Stirnfläche 46 der Patrone ist als Dichtfläche realisiert und bildet einen Ventilsitz aus, an dem der Ventilkörper 42 dichtend zur Anlage gelangen kann.

Der Ventilkörper 42 ist im Wesentlichen hohlzylinderförmig mit einem zentralen Durchgangsloch 47 und zwei Gleitlagerabschnitten 48, 49 ausgebildet. Zwischen den Gleitlagerabschnitten 48, 49 ist eine umlaufende Nut 50 einge- bracht, die ja nach Position des Ventilkörpers 42 eine im Rotor 2 ausgebildete und in den Figuren nicht dargestellte Öffnung oder Querbohrung freigibt oder verschließt. Bei Bedarf kann der Ventilkörper 42 eine Verriegelungsfunktion übernehmen. Die Schnittdarstellungen der Figuren 4, 5 und 6 zeigen deutlich ein den Ventilkörper 42 vollständig durchragendes zentrales Loch 51 . Auf der der Patrone 41 abgewandten Seite besitzt der Ventilkörper 42 eine Blende 52 mit gegenüber dem Loch 51 verringerten Öffnungsquerschnitt. Die Funktion der Blende 52 ergibt sich aus der Beschreibung der Figuren 4, 5 und 6. Die Patrone 41 und der Ventilkörper 42 sind axial aufeinanderfolgend in dem Abflusskanal 37 angeordnet. Dabei ist die Patrone 41 mittels ihres Sitzabschnitts 42 in den Abflusskanal 37 eingepresst / geführt. Der Ventilkörper 42 ist mittels seiner Gleitlagerabschnitte 48, 49 in Längsrichtung des Abflusskanals 37 in diesem verschiebbar gelagert und mittels einer Druckfeder 53 gegenüber der Patrone 41 in Richtung des Deckels 10 (in den Figuren 4, 5 und 6 nach rechts) vorgespannt. Auf der in den Figuren 4, 5 und 6 linken Seite des Abflussventils 33 ist einen Ableitung 55 zu einem Hydrauliktank oder ähnlichem angeordnet und gezeigt. Auf der in den Figuren 4, 5 und 6 rechten Seite des Abflussventils 33 ist der Ringkanal 27 gezeigt. Die in den Figuren 2, 3 und 4 linke Stirnfläche 54 des Ventilkörpers 42 ist als Dichtfläche ausgebildet, die in eine dichtende Anlage mit der Stirnfläche 46 der Patrone 41 gelangen kann.

Die Funktion des Abflussventils 33 wird im Folgenden beispielhaft für alle Ab- flussventile 33, 34, 35, 36 anhand der Figuren 4, 5, 6 und 7 erläutert, wobei in Figur 7 die auf den Ventilkörper wirkenden Kräfte schematisch dargestellt sind. Figur 4 verdeutlicht die Funktion des Abflussventils 33 im geschlossenen Zustand. Die der Dichtfläche 54 gegenüberliegende Seite des Ventilkörpers 42 ist über den Ringkanal 27 mit Hydraulikmedium druckbeaufschlagt. Der hydrauli- sehe Druck wirkt in der Darstellung der Figur 4 von der rechten Seite auf den Ventilkörper 42. Auf der gegenüberliegenden Seite wirkt die von der Feder 53 auf den Ventilkörper 42 ausgeübte Vorspannkraft (linke Seite). Die infolge des Öldrucks im C-Kanal 27 auf den Ventilkörper 42 wirkende hydraulische Kraft F_hydr ist größer als die Vorspannkraft F_Fe der Feder 53, sodass der Ventilkörper 42 gegen die Patrone 41 gedrückt wird, in Figur 4 nach links, dort am Ventilsitz 46 anschlägt und es zu einer dichtenden Anlage der Dichtflächen 46 und 54 kommt. Somit ist der Ringkanal 27 über die Dichtflächen 46 und 54 zwischen Ventilkörper 42 und Patrone 41 vom Tank getrennt. Figur 5 verdeutlicht die Funktion des Abflussventils 33 während des Öffnens bzw. im geöffneten Zustand. Wird der Ringkanal 27 über das Zentralventil auf den Tank geschaltet, also eine Strömungsverbindung vom Ringkanal 27 über die Hydraulikmediumsleitung 28 zum Tank hergestellt, sinkt der Druck im Ring- kanal 27 ab. Sinkt der Druck unter einen vorbestimmten Grenzwert, wird die auf hydraulische Kraft F_hydr infolge des geringeren Drucks kleiner als die Federkraft F_Fe. Infolgedessen wird der Ventilkörper 42 gegen den Druck im Ringkanal 27 bewegt (in Figur 5 nach rechts). Dadurch wird im Abflussventil 33 ein Strö- mungsweg geöffnet, der von der Abzweigung 29 des Ringkanals 27 durch die Blende 52 und das zentrale Loch 51 außen am Endabschnitt 44 entlang durch die Strömungsaussparungen 45 der Patrone 41 zum Tankkanal 55 führt. Dadurch wird eine zusätzliche Verbindung von Ringkanal 27 zum Tank geöffnet, durch die das Hydraulikmedium durch den hohlen Ventilkörper zum Tank flie- ßen kann. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen mehrerer zusätzlicher Abflussventile 33, 34, 35, 36 erfolgt der Druckabfall im Ringkanal 27 sehr schnell, so dass sich der auf die Verriegelungspins 1 1 , 12 wirkende Druck sehr schnell abbaut und diese infolge der auf sie wirkenden Vorspannung mit der erforderlichen Geschwindigkeit in die den Rotor 2 mit dem Deckel verriegelnde Position gelangen können.

Figur 6 verdeutlicht die Funktion des Abflussventils 33 während des Schließvorgangs. Durch eine nicht dargestellte Motorölpumpe wird ein definierter Volumenstrom an Hydraulikmedium im Ringkanal 27 zur Verfügung gestellt. Die- ser Volumenstrom fließt zunächst durch das geöffnete Abflussventil 33 über den zuvor beschriebenen Strömungsweg wieder zum Tank. Durch die Blende 52 baut sich vor dieser infolge des Volumenstroms ein Druck P₂ auf (in Figur 7 gekennzeichnet). Der Druck P₂ ist vom Volumenstrom abhängig. Je höher der Volumenstrom ist der durch die Blende 52 fließt, desto größer ist der Druck P₂.

Die Blende 52 drosselt den Volumenstrom, sodass der Druck (in Figur 7 gekennzeichnet) hinter der Blende 52 stets kleiner ist als der Druck P₂. Folglich wirkt auf den Ventilkörper 42 eine resultierende Druckkraft F_hydr, die der Vorspannkraft der Feder 53 entgegengerichtet ist. Bei ausreichendem Volumen- ström ist die resultierende Druckkraft F_hydr größer als die Vorspannkraft F_Fe der Feder 53, sodass sich der Ventilkörper 42 entgegen der Federkraft bewegt und an der Patrone 41 anschlägt. Dadurch wird der Abflusskanal 37 und damit die Verbindung vom Ringkanal 27 zum Tank geschlossen. Im Strömungskanal 27 baut sich ein höherer Druck auf, der die Verriegelungspins 1 1 , 12 aus der jeweiligen Verriegelungsaufnahme des Deckels 10 heraus in Richtung des Rotors 2 drängt, so dass der Nockenwellenversteller entsperrt wird.

Bezugzeichenliste

1 Nockenwellenversteller

2 Rotor

3 Stator

4 Drehachse/Längsachse

5 - 8 Flügelzelle

9 zentrale Durchgangsöffnung

10 Deckel

1 1 Verriegelungspin

12 Verriegelungspin

13 Ausnehmung

14 Ausnehmung

15 - 18 Statorsegment

19 - ^■22 Befestigungsloch

23 - 26 Rotorflügel

27 Ringkanal

28 Hydraulikleitung

29 - 32 Abzweigung

33 - 36 Abflussventil

37 - 40 Abflusskanal

41 Patrone

42 Ventilkörper

43 Sitzabschnitt

44 Endabschnitt

45 Strömungsaussparungen

46 Stirnfläche

47 zentrales Durchgangsloch

48 Gleitlagerabschnitt

49 Gleitlagerabschnitt

50 Nut

51 zentrales Loch 52 Blende

53 Druckfeder

54 Dichtfläche

55 Tankkanal

P Druck hinter der Blende

P₂ Druck vor der Blende

Claims

Patentansprüche

Nockenwellenversteller (1 ) mit einem Rotor (2) und einem Stator (3), die gegeneinander verdrehbar gelagert sind, einem am Stator (3) festgelegten Deckel (10) mit einer Verriegelungsaufnahme sowie zumindest einem im Rotor (2) in axialer Richtung verschieblich aufgenommenen, in Richtung der Verriegelungsaufnahme vorgespannten Verriegelungspin (1 1 , 12), und einen Hydraulikkanal (27, 28, 29) zum Druckbeaufschlagen des Verriegelungspins (1 1 , 12) gegen dessen Vorspannung, der über eine Zentralschraube mit Hydraulikmedium befüllbar und entleerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rotor (2) zumindest ein mit dem Hydraulikkanal (27, 28, 29) strömungstechnisch verbundener zusätzlicher Abflusskanal (37, 38, 39, 40) mit einem Abflussventil (33, 34, 35, 36) ausgebildet ist.

Hydraulischer Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Abflussventil (33, 34, 35, 36) so eingebunden ist, dass es den Abflusskanal (37, 38, 39, 40) bei druckbeaufschlagtem Verriegelungspin (1 1 , 12) verschließt und bei Abfall des auf den Verriegelungspin (1 1 , 12) wirkenden hydraulischen Drucks öffnet und/oder das Abflussventil (33, 34, 35, 36) als Absperrventil ausgebildet ist und im Abflusskanal (37, 38, 39, 40) im Rotor (2) angeordnet ist.

Hydraulischer Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikkanal (27, 28, 29) im Rotor (2) und/oder im Deckel (10) ausgebildet ist und einen Strömungsweg für Hydraulikmedium durch den Rotor (2) von einer Zuleitung zum Verriegelungspin (1 1 , 12) und vom Verriegelungspin (1 1 , 12) zum Abflussventil (33, 34, 35, 36) und zum Abflusskanal (37, 38, 39, 40) ausbildet. 18

Hydraulischer Nockenwellenversteller (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikkanal (27) als Ringkanal (27) ausgebildet ist, der von der Zuleitung (28) über den Verriegelungspin (1 1 , 12) zurück zur Zuleitung (28) führt.

Hydraulischer Nockenwellenversteller (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abflussventil (33, 34, 35, 36) einen im Rotor (2) festgelegten Ventilsitz (46, 54) und einen gegenüber dem Ventilsitz (46, 54) bewegbaren Ventilkörper (42) mit einem Strömungsweg aufweist.

Hydraulischer Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abflussventil (33, 34, 35, 36) eine in dem Abflusskanal (37, 38, 39, 40) festgelegte und den Ventilsitz (46, 54) ausbildende Patrone (41 ) aufweist.

Hydraulischer Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (42) eine Blende (52) aufweist, deren axiale Breite geringer ist als die axiale Länge des Ventilkörpers (42) und/oder deren Strömungsquerschnittsfläche kleiner als die Strömungsquerschnittsfläche des Strömungswegs ist.

Hydraulischer Nockenwellenversteller (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (42) mit einer Druckfeder (53) in seine den Abflusskanal (37, 38, 39, 40) freigebende Offenstellung vorgespannt ist.

9. Hydraulischer Nockenwellenversteller (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (42) mit einem Durchgangsloch (51 ) ausgebildet ist.

10. Hydraulischer Nockenwellenversteller (1 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Patrone (41 ) zumindest eine Ausnehmung (45) aufweist, die bei offenem Absperrventil (33, 34, 35, 36) einen Strömungsweg für Hydraulikmedium durch den Abflusskanal

(37, 38, 39, 40) ausbildet.