DE102008011116A1

DE102008011116A1 - Nockenwellenversteller mit Steuerelement

Info

Publication number: DE102008011116A1
Application number: DE200810011116
Authority: DE
Inventors: Michael Weiss
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2009-08-27

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller (1) für eine Brennkraftmaschine, welcher ein mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehendes Antriebsteil (2), ein mit einer Nockenwelle (14) an deren Stirnseite drehfest verbundenes Abtriebsteil (3), das drehverstellbar zum Antriebsteil (2) gelagert ist und dessen relative Drehlage zum Antriebsteil mittels eines zumindest ein gegeneinander wirkendes Druckkammerpaar (7, 8) umfassenden hydraulischen Stelltriebs verstellbar ist, und ein wenigstens eine axiale Hülse umfassendes Steuerelement (32), welches in einem wenigstens teilweise von der Nockenwelle geformten Hohlraum (20, 25) so aufgenommen ist, dass eine Mehrzahl getrennter axialer Druckmittelleitungen geformt sind, die mit Druckmittelleitungen (56, 57) im Abtriebsteil (3) strömungstechnisch verbunden sind, umfasst. Das Steuerelement (32) umfasst zumindest zwei einander wenigstens teilweise konzentrisch umgebende Hülsen, welche so angeordnet sind, dass zumindest drei getrennte axiale Druckmittelleitungen (39, 43, 46) geformt sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Brennkraftmaschinen und betrifft einen Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Stand der Technik
In Brennkraftmaschinen erfolgt eine mechanische Betätigung von Gaswechselventilen typischerweise über eine von einer Kurbelwelle angetriebene Nockenwelle, wobei über Anordnung und Form der Nocken Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile gezielt einstellbar sind. Wird auf die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile in Abhängigkeit des momentanen Betriebszustands der Brennkraftmaschine Einfluss genommen, können eine Reihe vorteilhafter Effekte erreicht werden, wie eine Verminderung des Schadstoffausstoßes, eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs und eine Erhöhung von Wirkungsgrad, Maximaldrehmoment und Maximalleistung der Brennkraftmaschine.
Eine Änderung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile kann durch eine Änderung der relativen Drehlage (Phasenlage) zwischen Nocken- und Kurbelwelle erreicht werden, zu welchem Zweck in modernen Kraftfahrzeugen spezielle Vorrichtungen, so genannte Nockenwellenversteller, eingesetzt werden.
Allgemein umfassen Nockenwellenversteller ein mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehendes Antriebsteil, ein nockenwellenfestes Abtriebsteil und einen zwischen An- und Abtriebsteil geschalteten Stelltrieb, welcher das Drehmoment vom Antriebsteil auf das Abtriebsteil überträgt und eine Fixierung und Verstellung der relativen Drehlage zwischen diesen beiden ermöglicht.
Bei einem hydraulischen Flügelzellenversteller wird das Antriebsteil durch einen von der Kurbelwelle angetriebenen Außenrotor ("Stator") und das Abtriebsteil durch einen mit der Nockenwelle drehfest verbundenen Innenrotor ("Rotor") geformt. Der Rotor ist konzentrisch zum Stator in einem zentralen Hohlraum des Stators drehverstellbar gelagert. In einer üblichen Bauform ist der Rotor stirnseitig mit der Nockenwelle drehfest verbunden.
Typischer Weise sind im Stator in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Arbeitsräume geformt, in die sich jeweils ein mit dem Rotor verbundener radialer Flügel erstreckt, wodurch jeder Arbeitsraum in zwei im Wesentlichen druckdichte Druckkammern geteilt wird. Bezogen auf die Antriebsrichtung des Stators teilt jeder Flügel den Arbeitsraum in eine vorlaufende Druckkammer und eine nachlaufende Druckkammer. Durch gezielte Druckbeaufschlagung der Druckkammern eines Druckkammerpaars können die Flügel innerhalb der Arbeitsräume verschwenkt werden, was dazu führt, dass über den mit der Nockenwelle drehfest verbundenen Rotor eine Änderung der relativen Drehlage (Phasenlage) zwischen Nocken- und Kurbelwelle bewirkt wird. Eine Begrenzung des Verstellwinkels zwischen Rotor und Stator erfolgt durch Anschlag der Flügel gegen die radialen Wände der Arbeitsräume oder durch spezielle Einrichtungen zum Begrenzen des Verstellwinkels.
Eine Steuerung des Flügelzellenverstellers erfolgt durch eine elektronische Steuereinrichtung, welche auf Basis von elektronisch erfassten Kenndaten der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Drehzahl und Last, den Zu- und Abfluss von Druckmittel zu bzw. von den einzelnen Druckkammern über ein zum Beispiel als Proportionalventil ausgebildetes Steuerventil regelt.
Bei einer Betätigung der Gaswechselventile müssen die Nocken im Bereich ihrer Anlauframpe das von einer Ventilfeder in Schließstellung gehaltene Gaswechselventil gegen die Federkraft öffnen, wodurch das Antriebsmoment vergrößert wird, und werden im Bereich ihrer Ablauframpe von der Federkraft beaufschlagt, wodurch das Antriebsmoment verkleinert wird. Die hierbei erzeugten Wechselmomente werden auf den mit der Nockenwelle drehfest verbundenen Rotor übertragen. Bei einer ungenügenden Druckmittelversorgung, wie dies etwa während der Startphase der Brennkraftmaschine oder im Leerlauf der Fall ist, führen die übertragenen Wechselmomente dazu, dass die Flügel innerhalb der Arbeitsräume hin und her schlagen, was den Verschleiß gefördert und eine unerwünschte Geräuschentwicklung verursacht. Zudem schwankt die Phasenlage zwischen Kurbel- und Nockenwelle stark, so dass die Brennkraftmaschine nicht startet oder unruhig läuft.
Um dieses Problem zu vermeiden, werden hydraulische Flügelzellenversteller in der Regel mit einer Verriegelungseinrichtung zur drehfesten Verriegelung von Stator und Rotor in einer – als Basisposition bezeichneten – wählbaren Phasenlage ausgerüstet. Als Basisposition wird eine für den Start der Brennkraftmaschine thermodynamisch günstige Phasenlage der Nockenwelle gewählt, welche von der konkreten Auslegung der Brennkraftmaschine abhängt. Hierbei handelt es gewöhnlich um eine so genannte Früh-, Spät- oder Mittenstellung. Bezogen auf die Antriebsrichtung von Stator bzw. Nockenwelle entspricht die Spätstellung einer Enddrehlage des Rotors in Nachlaufrichtung (Volumina der vorlaufenden Druckkammern sind maximal), die Frühstellung einer Enddrehlage des Rotors in Vorlaufrichtung (Volumina der nachlaufenden Druckkammern sind maximal) und die Mittenstellung einer Phasenlage, die sich zumindest annähernd in der Mitte zwischen der Früh- und Spätstellung befindet.
Flügelzellenversteller sind als solche hinlänglich bekannt und beispielsweise in den Druckschriften DE 20 2005 008 264 U1 , EP 1 596 040 A2 , DE 10 2005 013 141 A1 und DE 199 08 934 A1 der Anmelderin eingehend beschrieben.
Die Verriegelungseinrichtung umfasst in einer typischen Ausgestaltung zumindest einen im Rotor aufgenommenen axialen Verriegelungspin, der durch eine Feder in axialer Richtung aus seiner Aufnahme gedrängt wird und formschlüssig in eine Verriegelungskulisse greifen kann, die in einer axialen Seitenplatte eines den Rotor kapselnden Gehäuses geformt ist. Für eine Entriegelung wird der Verriegelungspin stirnseitig mit Druckmittel beaufschlagt und kann auf diese Weise in seine Aufnahme im Rotor zurückgedrängt werden.
Wird als Basisposition die Frühstellung gewählt, wird die Verriegelungskulisse gewöhnlich mit den Druckkammern, beispielsweise mit den vorlaufenden Druckkammern, strömungstechnisch verbunden. Für eine Verriegelung in Mittenstellung ist jedoch in der Regel eine separate Druckmittelversorgung erforderlich, um den Verriegelungspin unabhängig von den Druckkammern hydraulisch beaufschlagen zu können.
Ist der Nockenwellenversteller stirnseitig mit der Nockenwellen verbunden, erfolgt eine Speisung der Druckkammern und der Verriegelungskulisse mit Druckmittel bislang typischer Weise über axiale Druckmittelleitungen in der Nockenwelle, die mit Druckmittelleitungen im Rotor und Stator strömungstechnisch verbunden sind.
Dies ist jedoch mit erheblichen fertigungstechnischen Nachteilen verbunden, da die axialen Druckmittelleitungen in der Nockenwelle einen hohen Bearbeitungsaufwand erfordern und, wie sich in der Praxis der industriellen Serienfertigung gezeigt hat, oftmals mit Restverunreinigungen verschmutzt sind, die sich trotz Waschens nicht sicher entfernen lassen, wodurch die Durchgängigkeit der axialen Druckmittelleitungen beeinträchtigt sein kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn in Mittenstellung verriegelt wird, so dass drei getrennte axiale Druckmittelleitungen in der Nockenwelle geformt werden müssen.
Zudem schaffen axiale Druckmittelleitungen Probleme bei der Positionierung des Nockenwellenverstellers, da der Nockenwellenversteller aufgrund der erforderlichen strömungstechnischen Verbindung der axialen Druckmittelleitungen der Nockenwelle mit den Druckmittelleitungen des Rotors relativ genau positioniert werden muss, was hohe Anforderungen für die einzuhaltenden Fertigungstoleranzen mit sich bringt.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 10135146 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zur relativen Drehwinkeländerung einer Nockenwelle beschrieben, in der eine Steuerhülse vorgesehen ist, durch welche einerseits zwischen der Innenseite der Steuerhülse und einer Zentralschraube zur Befestigung der Vorrichtung an der Nockenwelle und andererseits zwischen der Außenseite der Steuerhülse und der Nabe eines Flügelrads (Rotor) jeweils eine axiale Ölleitung geformt ist.
Nachteilig bei der dort gezeigten Vorrichtung ist insbesondere die Tatsache, dass durch die Steuerhülse nur zwei axiale Ölströme getrennt voneinander zum Rotor geleitet werden können, so dass die dort gezeigte Vorrichtung zur Drehwinkeländerung nicht verwendbar ist, wenn mehr als zwei getrennte axiale Ölströme erforderlich sind, beispielsweise bei einem Nockenwellenversteller mit Mittenverriegelung.
Aufgabe der Erfindung
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen gattungsgemäßen Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, durch welche der aufgezeigte Nachteil vermieden werden kann.
Lösung der Aufgabe
Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch einen Nockenwellenversteller mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
Ein gattungsgemäßer hydraulischer Nockenwellenversteller umfasst ein mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehendes Antriebsteil und ein nockenwellenfestes Abtriebsteil, das in konzentrischer Anordnung drehverstellbar zum Antriebsteil gelagert ist. Zwischen An- und Abtriebsteil ist ein hydraulischer Stelltrieb geschaltet, welcher das Drehmoment vom Antriebsteil auf das Abtriebsteil überträgt und eine Fixierung und Verstellung der relativen Drehlage (Phasenlage) zwischen diesen beiden ermöglicht. Die Phasenlage des Abtriebsteils ist innerhalb eines maximalen Drehwinkelbereichs verstellbar. Der Nockenwellenversteller ist über das Abtriebsteil mit einer Stirnseite der Nockenwelle drehfest verbunden.
Ein gattungsgemäßer Nockenwellenversteller umfasst weiterhin ein wenigstens eine axiale Hülse umfassendes Steuerelement, welches in einem wenigstens teilweise von der Nockenwelle geformten Hohlraum so aufgenommen ist, dass eine Mehrzahl (zumindest zwei) voneinander getrennter axialer Druckmittelleitungen geformt sind, die mit Druckmittelleitungen im Abtriebsteil strömungstechnisch verbunden sind.
Der erfindungsgemäße Nockenwellenversteller zeichnet sich in wesentlicher Weise dadurch aus, dass das Steuerelement zumindest zwei einander wenigstens teilweise konzentrisch umgebende Hülsen umfasst, welche so angeordnet sind, dass zumindest drei getrennte axiale Druckmittelleitungen geformt sind. In dem Steuerelement ist zwischen zwei benachbarten Hülsen jeweils eine axiale Druckmittelleitung geformt. Erfindungsgemäß kann somit in vorteilhafter Weise auf die Herstellung axialer Druckmittelleitungen in der Nockenwelle verzichtet werden, so dass die eingangs genannten Nachteile vermieden werden können.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers sind zwei zueinander benachbarte Hülsen so ausgebildet, dass die radial außen befindliche Hülse eine kürzere axiale Abmessung hat als die radial innen befindliche Hülse. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine einfache strömungstechnische Verbindung der zwischen zwei benachbarten Hülsen geformten axialen Druckmittelleitung mit einer in der Nockenwelle geformten insbesondere radialen Druckmittelleitung.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers ist das Steuerelement in einem axial gestuften Hohlraum aufgenommen, wodurch in einfacher Weise eine axiale Druckmittelleitung zwischen der radial am weitesten außen liegenden Hülse und einer inneren Umfangswand des Hohlraums realisierbar ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers sind die konzentrisch angeordneten Hülsen durch zwischen den Hülsen angeordnete Stützelemente gegeneinander abgestützt, was eine einfache technische Fertigung des Steuerelements, insbesondere aus einem plastischen Material, beispielsweise im Spritzgussverfahren, ermöglicht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers ist das Steuerelement in Form einer Doppelhülse mit einer eine Innenhülse umgebenden Außenhülse ausgebildet, wodurch beispielsweise ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit Mittenverriegelung durch drei getrennte Druckmittelströme steuerbar ist. In einer besonders einfachen technischen Realisierung ist die Innenhülse an ihren beiden Endabschnitten nicht von der Außenhülse umgeben, so dass die zwischen Innen- und Außenhülse geformte axiale Druckmittelleitung in einfacher Weise mit einer Druckmittelpumpe oder einem Druckmitteltank strömungstechnisch verbindbar ist. Vorteilhaft ist das Steuerelement so in einem gestuften Hohlraum aufgenommen, dass eine erste axiale Druckmittelleitung zwischen der Außenhülse und einer inneren Umfangsfläche des Hohlraums, eine zweite axiale Druckmittelleitung zwischen Innen- und Außenhülse und eine dritte axiale Druckmittelleitung innerhalb der Innenhülse geformt sind. Weiterhin kann es von Vorteil sein, wenn das Steuerelement durch eine das Abtriebsteil mit der Nockenwelle drehfest verbindende Zentralschraube im gestuften Hohlraum fixiert ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers ist die Nockenwelle mit wenigstens drei radialen Druckmittelleitungen versehen, welche mit den zumindest drei getrennten axialen Druckmittelleitungen strömungstechnisch verbunden sind. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine einfache strömungstechnische Verbindung der axialen Druckmittelleitungen mit einer Druckmittelpumpe bzw. Druckmitteltank.
Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf eine Brennkraftmaschine, die mit wenigstens einem wie oben beschriebenen Nockenwellenversteller ausgerüstet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. Gleiche bzw. gleich wirkende Elemente sind in den Zeichnungen mit denselben Bezugszahlen bezeichnet. Es zeigen:
1 in einer schematischen perspektivischen Teilschnittansicht einen erfindungsgemäßen Flügelzellenversteller;
2 in einer weiteren Schnittansicht den Flügelzellenversteller von 1;
3 in einer weiteren Schnittansicht den Flügelzellenversteller von 1;
4 in einer weiteren Schnittansicht einen vergrößerten Ausschnitt des Flügelzeilenverstellers von 1 im Bereich des Steuerelements;
5 in einer perspektivischen Ansicht das Steuerelement des Flügelzellenverstellers von 1;
6 in einer Schnittansicht gemäß Linie B-B das Steuerelement von 5;
7 in einer Schnittansicht gemäß Linie A-A das Steuerelement von 5.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Unter Bezugnahme auf 1 bis 7 wird als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichneter hydraulischer Flügelzellenversteller beschrieben.
Demnach umfasst der Flügelzellenversteller 1 als Antriebsteil einen mit einer (nicht dargestellten) Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Außenrotor bzw. Stator 2 und als Abtriebsteil einen in einem zentralen Hohlraum des Stators 2 konzentrisch angeordneten Innenrotor bzw. Rotor 3. Der Stator 2 ist an einer inneren Umfangsfläche 4 drehverstellbar auf dem Rotor 3 gelagert.
Die innere Umfangsfläche 4 des Stators 2 ist mit mehreren, in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilten, radialen Ausnehmungen 5 versehen, in die jeweils ein vom Rotor 3 radial abstehender Flügel 6 ragt, wodurch jede Ausnehmung 5 in ein Paar gegeneinander wirkender Druckkammern 7, 8 geteilt wird. Bezogen auf eine Antriebsrichtung des Stators 2, welche hier beispielsweise bei axialer Frontalansicht dem Uhrzeigersinn entspricht, läuft die eine Druckkammer 7 ("Druckkammer A") nach, wohingegen die andere Druckkammer 8 ("Druckkammer B") vorläuft. Eine relative Drehlage (Phasenlage) von Rotor 3 zu Stator 2 kann in einem wählbaren Verstellwinkelbereich, der sich hier beispielsweise aus dem beidseitigen Anschlag der Flügel 6 an nicht dargestellten radialen Seitenwänden der Ausnehmungen 5 ergibt, verstellt werden. Gleichermaßen kann eine spezielle Einrichtung zur Begrenzung des maximalen Verstellwinkeis vorgesehen sein, um beispielsweise bei einem aus Blech gefertigten Stator 2 zu vermeiden, dass die Flügel 6 gegen die Seitenwände der Ausnehmungen 5 schlagen.
Der Stator 2 ist Teil eines den Rotor 3 druckdicht kapselnden Gehäuses, das zwei axiale Seitenplatten 9, 10 umfasst, die jeweils mit einer den Druckkammern 7, 8 zugewandten Dichtfläche versehen sind, welche die Druckkammern 7, 8 in axialer Richtung druckdicht verschließen. Der Stator 2, die beiden Seitenplatten 9, 10 und ein weiterer topfförmiger Gehäuseabschnitt 11 sind durch mehrere axiale Befestigungsschrauben 12 zu einer festen Baueinheit miteinander verbunden. Diese Baueinheit ist mittels einer Zentralschraube 13 stirnseitig an einer Nockenwelle 14 befestigt ist. Zu diesem Zweck sind die beiden Seitenplatten 9, 10 und der Rotor 3 im Bereich eines Nabenabschnitts 15 mit einer zentralen Durchstellung versehen. Die Zentralschraube 13 greift mit ihrem Schraubenschaft 16 von außen durch diese Durchstellung hindurch und ist mittels eines Gewindeabschnitts 17 mit einer ein Komplementärgewinde aufweisenden axialen Gewindebohrung 18 der Nockenwelle 5 verschraubt. Für eine Montage kann die Zentralschraube 13 durch ein am Schraubenkopf 19 angesetztes Drehwerkzeug in die Gewindebohrung 18 eingeschraubt werden.
Die Nockenwelle 14 ist mit einer ersten Stufenbohrung 20 versehen, die sich in axialer Richtung erstreckt und in die Gewindebohrung 18 übergeht. Die erste Stufenbohrung 20 umfasst vier in axialer Richtung gestaffelt angeordnete erste bis vierte Ringstufen 21–24, die in Bezug auf die zentrale Drehachse der Nockenwelle 14 konzentrisch angeordnet sind und zur Gewindebohrung 18 hin abnehmende Durchmesser aufweisen, so dass sich die erste Stufenbohrung 20 in dieser Richtung verjüngt.
Eine in axiale Richtung sich erstreckende zweite Stufenbohrung 25 ist im Nabenabschnitt 15 des Rotors 3 geformt. Die zweite Stufenbohrung 25 umfasst drei in axialer Richtung gestaffelt angeordnete erste bis dritte Ringstufen 26–28, die in Bezug auf die zentrale Drehachse der Nockenwelle 14 konzentrisch angeordnet sind und, von der Nockenwelle 14 weggerichtet, abnehmende Durch messer aufweisen, so dass sich die zweite Stufenbohrung 25 in dieser Richtung verjüngt.
Die ersten Ringstufen 21, 26, die zweiten Ringstufen 22, 27 und die dritten Ringstufen 23, 28 der beiden Stufenbohrungen 20, 25 haben jeweils zueinander gleiche Durchmesser. Die beiden Stufenbohrungen 20, 25 formen auf diesen Weise gemeinsam einen Hohlraum, der zumindest gedanklich in mehrere konzentrische Stufenräume unterteilt werden kann. So ist zwischen den beiden ersten Ringstufen 21, 26 ein sich axial erstreckender erster Stufenraum 29 mit einem den beiden ersten Ringstufen entsprechenden ersten Durchmesser geformt. Zwischen den beiden zweiten Ringstufen 22, 27 ist ein sich axial erstreckender zweiter Stufenraum 30 mit einem den beiden zweiten Ringstufen entsprechenden zweiten Durchmesser, welcher kleiner ist als der erste Durchmesser, geformt. Gleichermaßen ist zwischen den beiden dritten Ringstufen 23, 28 ein sich axial erstreckender dritter Stufenraum 31 mit einem den beiden dritten Ringstufen entsprechenden dritten Durchmesser, welcher kleiner ist als der zweite Durchmesser, geformt. Entsprechend der axial gestaffelten Anordnung der ersten bis dritten Ringstufen hat der zweite Stufenraum 30 eine größere axiale Abmessung als der erste Stufenraum 29 bzw. der dritte Stufenraum 31 eine größere axiale Abmessung als der zweite Stufenraum 30.
In den von den beiden Stufenbohrungen 20, 25 gemeinsam geformten Hohlraum ist ein in Form einer Doppelhülse ausgebildetes Steuerelement 32 eingesetzt. Das Steuerelement 32 umfasst eine hohlzylindrische Außenhülse 33, die eine hohlzylindrische Innenhülse 34 konzentrisch umgibt, wobei sich die Außenhülse 33 mittels dreier in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordneter Stützstreben 35 an der Innenhülse 34 abstützt. Die Außenhülse 33 weist gegenüber der Innenhülse 34 eine verkürzte axiale Abmessung auf, so dass die Außenhülse 33 an ihren beiden Endabschnitten freiliegt.
Der (Außen-)Durchmesser der Innenhülse 34 entspricht der radialen Abmessung (Durchmesser) des dritten Stufenraums 31, so dass eine Außenfläche 36 der Innenhülse 34 an den beiden Endabschnitten der Innenhülse 34 einer inne ren Umfangsfläche 37 des dritten Stufenraums 31 anliegt. Da die axiale Abmessung der Innenhülse 34 dem axialen Abstand der beiden dritten Ringstufen 23, 28 entspricht, kann das Steuerelement 32 durch die Zentralschraube 13, welche durch die Innenhülse 34 hindurch geführt ist, zwischen den beiden dritten Ringstufen 23, 28 axial verspannt und in seiner Lage fixiert werden.
Zwischen der Zentralschraube 13 und der Innenfläche 38 der Innenhülse 34 ist ein sich in axialer Richtung erstreckender dritter Ringraum 39 geformt, der in eine vom Rotor 3 geformte erste Aussparung 40 mündet.
Der (Außen-)Durchmesser der Außenhülse 33 entspricht dem Durchmesser des zweiten Stufenraums 30, so dass eine Außenfläche 41 der Außenhülse 33 an ihren beiden Endabschnitten einer inneren Umfangsfläche 42 des zweiten Stufenraums 30 anliegt. In ihrer axialen Abmessung ist die Außenhülse 33 bezüglich des axialen Abstands der beiden zweiten Ringstufen 22, 27 verkürzt, so dass zwischen der inneren Umfangsfläche 42 des zweiten Stufenraums 30 und der Außenfläche 36 der Innenhülse 34 ein zweiter Ringraum 43 geformt ist, der in strömungstechnischer Verbindung mit dem zwischen Innen- und Außenhülse geformten Zwischenraum 44 steht.
Die Außenfläche 41 der Außenhülse 33 formt gemeinsam mit einer inneren Umfangsfläche 45 des ersten Stufenraums 29 einen sich in axialer Richtung erstreckenden ersten Ringraum 46.
Im axialen Zwischenraum zwischen dem dritten Stufenraum 31 und der vierten Ringstufe 24 formt die erste Stufenbohrung 20 der Nockenwelle 14 eine erste Aussparung 50, die an der vierten Ringstufe 24 in die Gewindebohrung 18 übergeht. Die erste Aussparung 50 ist in strömungstechnischer Verbindung mit dem dritten Ringraum 39.
Die Nockenwelle 14 ist weiterhin mit drei axial versetzt angeordneten Radialbohrungen 47–49 versehen, wobei eine erste Radialbohrung 47 in den ersten Ringraum 46, eine zweite Radialbohrung in den zweiten Ringraum 43 und eine dritte Radialbohrung in die zweite Aussparung 50 mündet.
Um zu vermeiden, dass bei einer ungenügenden Druckmittelversorgung während des Betriebs der Brennkraftmaschine an der Nockenwelle auftretende Wechselmomente auf den Rotor 3 übertragen werden, kann der Rotor 3 durch eine Verriegelungseinrichtung mit dem Stator 2 in Mittenstellung (Basisposition) drehfest verriegelt werden. Die Verriegelungseinrichtung umfasst zu diesem Zweck einen axialen Verriegelungspin 51, der in einer Aufnahme 52 des Rotors 3 aufgenommen ist. Der Verriegelungspin 51 wird durch ein Federelement 53 in eine von der ersten Seitenplatte 9 geformte Verriegelungskulisse 54 gedrängt, welche den Verriegelungspin 51 zur drehfesten Verriegelung von Stator 2 und Rotor 3 formschlüssig umgibt.
Das Federelement 53 stützt sich an einem Ende an einem der zweiten Seitenplatte 10 aufliegenden Stützteil 55 ab und greift mit ihrem anderen Ende in eine nicht näher bezeichnete Ausnehmung des Verriegelungspins 51. Um den Verriegelungspin 51 in seine Aufnahme 52 zurückzudrängen, wodurch die formschlüssige Verbindung zwischen Stator 2 und Rotor 3 aufgehoben wird, kann der Verriegelungspin 51 stirnseitig mit Druckmittel beaufschlagt werden. Der Verriegelungspin 51 ist zu diesem Zweck mit einer stirnseitigen Aussparung versehen.
In dem Flügelzellenversteller 1 können die Druckkammern A, die Druckkammern B und die Verriegelungskulisse 54 der Verriegelungseinrichtung unabhängig voneinander mit Druckmittel gespeist werden, zu welchem Zweck drei separate Druckmittelpfade zum Zu- bzw. Ableiten von Druckmittel vorgesehen sind.
Beispielsweise ist für die Druckkammern A ein erster Druckmittelpfad eingerichtet, welcher die in der Nockenwelle 14 geformte erste Radialbohrung 47, den ersten Ringraum 46 und einen mit den Druckkammern A strömungstechnisch verbundenen radialen ersten Druckmittelkanal 56 umfasst, an welchen der erste Ringraum 46 angeschlossen ist.
In entsprechender Weise ist für die Druckkammern B ein vom ersten Druckmittelpfad verschiedener zweiter Druckmittelpfad eingerichtet, welcher die zweite Radialbohrung 48, den zweiten Ringraum 43, den zwischen Innen- und Außenhülse geformten Zwischenraum 44, sowie einen mit den Druckkammern B strömungstechnisch verbundenen (in den Schnitten nicht dargestellte) radialen zweiten Druckmittelkanal umfasst, an welchen der Zwischenraum 44 angeschlossen ist.
Für die Versorgung der Verriegelungskulisse 54 ist ein von den ersten und zweiten Druckmittelpfaden verschiedener dritter Druckmittelpfad eingerichtet, welcher die dritte Radialbohrung 49, die zweite Aussparung 50, den dritten Ringraum 39, die erste Aussparung 40 und einen dritten Druckmittelkanal 57, welcher die erste Aussparung 40 mit der Verriegelungskulisse 54 strömungstechnisch verbindet, umfasst.
Die drei Radialbohrungen 47–49 können jeweils mit einer Druckmittelpumpe bzw. einem Druckmitteltank verbunden werden, um Druckmittel den Druckkammern A, B bzw. der Verriegelungskulisse 54 zuzuführen bzw. hiervon abzuleiten.
In dem anhand der 1 bis 7 veranschaulichten Flügelzellenversteller 1 kann durch das Steuerelement 32 in einfacher Weise eine axiale Zu- bzw. Ableitung von Druckmittel mittels dreier verschiedener Druckmittelströme realisiert werden, um hierdurch die Druckkammern A, B und eine Verriegelungseinrichtung mit getrennten Druckmittelströmen zu versorgen. Im Unterschied zu herkömmlichen Nockenwellenverstellern kann in vorteilhafter Weise auf die Fertigung von axialen Druckmittelkanälen in der Nockenwelle verzichtet werden, welche eine hohen Bearbeitungsaufwand mit sich bringen und Probleme mit Restschmutz verursachen können. Zudem ermöglicht das Steuerelement 32 eine besonders einfache Montage des Flügelzellenverstellers 1, da die ersten bis dritten Ringräume eine einfache strömungstechnische Verbindung zwischen Nockenwelle 5 und Rotor 3 erlauben.
Das Steuerelement 32 ist vorzugsweise aus einem plastischen Kunststoff beispielsweise im Spritzgussverfahren hergestellt, wodurch in vorteilhafter Weise Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden können.
Das in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiel kann in einfacher Weise modifiziert werden, um mehr als drei verschiedene Druckmittelströme in der Nockenwelle axial zum Rotor zu leiten. Sollen beispielsweise vier verschiedene axiale Druckmittelströme realisiert werden, ist hierzu lediglich eine Dreifach-Hülse aus drei konzentrischen Einzelhülsen vorzusehen. Generell gilt, dass durch ein aus n Hülsen bestehendes Steuerelement (n ist eine natürliche Zahl größer 1) n + 1 verschiedene Druckmittelströme in axialer Richtung zum Rotor geleitet werden können.

1: Flügelzellenversteller
2: Stator
3: Rotor
4: Umfangsfläche
5: Ausnehmung
6: Flügel
7: Druckkammer A
8: Druckkammer B
9: erste Seitenplatte
10: zweite Seitenplatte
11: topfförmiger Gehäuseabschnitt
12: Befestigungsschraube
13: Zentralschraube
14: Nockenwelle
15: Nabenabschnitt
16: Schraubenschaft
17: Gewindeabschnitt
18: Gewindebohrung
19: Schraubenkopf
20: erste Stufenbohrung
21: erste Ringstufe (erste Stufenbohrung)
22: zweite Ringstufe (erste Stufenbohrung)
23: dritte Ringstufe (erste Stufenbohrung)
24: vierte Ringstufe (erste Stufenbohrung)
25: zweite Stufenbohrung
26: erste Ringstufe (zweite Stufenbohrung)
27: zweite Ringstufe (zweite Stufenbohrung)
28: dritte Ringstufe (zweite Stufenbohrung)
29: erster Stufenraum
30: zweiter Stufenraum
31: dritter Stufenraum
32: Steuerelement
33: Außenhülse
34: Innenhülse
35: Stützstrebe
36: Außenfläche (Innenhülse)
37: innere Umfangsfläche (dritter Stufenraum)
38: Innenfläche (Innenhülse)
39: dritter Ringraum
40: erste Aussparung
41: Außenfläche (Außenhülse)
42: innere Umfangsfläche (zweiter Stufenraum)
43: zweiter Ringraum
44: Zwischenraum
45: innere Umfangsfläche (erster Stufenraum)
46: erster Ringraum
47: erste Radialbohrung
48: zweite Radialbohrung
49: dritte Radialbohrung
50: zweite Aussparung
51: Verriegelungspin
52: Aufnahme
53: Federelement
54: Verriegelungskulisse
55: Stützteil
56: erster Druckmittelkanal
57: dritter Druckmittelkanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202005008264 U1 [0010]
- EP 1596040 A2 [0010]
- DE 102005013141 A1 [0010]
- DE 19908934 A1 [0010]
- DE 10135146 A1 [0016]

Claims

Nockenwellenversteller (1) für eine Brennkraftmaschine, welcher umfasst: – ein mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehendes Antriebsteil (2), – ein mit einer Nockenwelle (14) an deren Stirnseite drehfest verbundenes Abtriebsteil (3), das drehverstellbar zum Antriebsteil (2) gelagert ist und dessen relative Drehlage zum Antriebsteil mittels eines zumindest ein gegeneinander wirkendes Druckkammerpaar (7, 8) umfassenden hydraulischen Stelltriebs verstellbar ist, – ein wenigstens eine axiale Hülse umfassendes Steuerelement (32), welches in einem wenigstens teilweise von der Nockenwelle geformten Hohlraum (20, 25) so aufgenommen ist, dass eine Mehrzahl getrennter axialer Druckmittelleitungen geformt sind, die mit Druckmittelleitungen (56, 57) im Abtriebsteil (3) strömungstechnisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (32) zumindest zwei einander wenigstens teilweise konzentrisch umgebende Hülsen (33, 34) umfasst, welche so angeordnet sind, dass zumindest drei getrennte axiale Druckmittelleitungen (39, 43, 46) geformt sind.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Hülsen (33, 34) so ausgebildet sind, dass die radial außen befindliche Hülse (33) eine kürzere axiale Abmessung als die radial innen befindliche Hülse (34) hat.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (32) in einem axial gestuften Hohlraum aufgenommen ist.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsen (33, 34) durch zwischen den Hülsen angeordnete Stützelemente (35) gegeneinander abgestützt sind.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (32) in Form einer Doppelhülse mit einer eine Innenhülse (34) umgebenden Außenhülse (33) ausgebildet ist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (34) an ihren beiden Endabschnitten nicht von der Außenhülse (33) umgeben ist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (32) so in einem gestuften Hohlraum (20, 25) aufgenommen ist, dass eine erste axiale Druckmittelleitung (46) zwischen der Außenhülse (33) und einer Umfangsfläche (45) des Hohlraums, eine zweite axiale Druckmittelleitung (44) zwischen Innenhülse (34) und Außenhülse (34) und eine dritte axiale Druckmittelleitung (39) innerhalb der Innenhülse geformt sind.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (32) durch eine das Abtriebsteil (3) mit der Nockenwelle (14) drehfest verbindende Zentralschraube (13) im gestuften Hohlraum (20, 25) fixiert ist.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (14) mit wenigstens drei radialen Druckmittelleitungen (47, 48, 49) versehen ist, welche mit den zumindest drei getrennten axialen Druckmittelleitungen (39, 43, 46) strömungstechnisch verbunden sind.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (32) aus einem Kunststoff, beispielsweise im Spritzgussverfahren, hergestellt ist.
Brennkraftmaschine mit einem Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 10.