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Die Erfindung betrifft einen Flügelzellennockenwellenversteller gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus der
DE 10 2007 039 282 A1 ist bereits ein Flügelzellennockenwellenversteller bekannt, welcher einen Rotor umfasst. Dieser Rotor ist mittels einer Schraube axial gegen eine Nockenwelle verspannt, indem diese Schraube sich durch eine Ausnehmung der Nockenwelle erstreckt und mit einem innerhalb der Ausnehmung angeordnetem Gewinde verschraubt ist. Zwischen der Schraube und der Nockenwelle ist eine Hülse vorgesehen, die den Rotor gegenüber der Nockenwelle zentriert. Ausgehend von einer Flächenpaarung zwischen dem Rotor und der Nockenwelle erstreckt sich die Hülse axial in beide Richtungen.
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Überdies ist aus der
DE 103 33 850 B4 eine gebaute Nockenwelle mit einem Nockenwellenversteller bekannt. Dabei weist die Nockenwelle einen als Wellenrohr ausgeführten Grundkörper auf, auf dessen Ende der nicht näher beschriebene Nockenwellenversteller aufgesetzt ist. Der Nockenwellenversteller liegt an einer Ölverteilerbuchse an. Dieser schließt sich ein Lagersitz der Nockenwelle und ein Axialanschlagring an.
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Die
DE 101 60 246 C1 betrifft eine gebaute Nockenwelle, die ein Rohr umfasst, auf dessen einem Ende eine Nabe eines Nockenwellenverstellers kraftschlüssig festgelegt ist. Dazu ist ein Dorn in das eine Ende des Rohres innerhalb der Nabe des Nockenwellenverstellers eingeschoben. Ölkanäle zur Versorgung des Nockenwellenverstellers mit Hydraulikdruck werden durch eine in das Rohr eingeschobene Buchse gebildet. Der Nockenwellenversteller ist dabei nur beispielhaft neben einem Zahnrad und einer Scheibe genannt, wobei sich keine näheren Hinweise hinsichtlich der Ausgestaltung des Nockenwellenverstellers finden.
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Die
DE 101 25 498 A1 betrifft eine gebaute Nockenwelle, die an einem Ende einen Nockenwellenversteller aufnehmen soll. Dabei ist eine Zentralwelle des Nockenwellenverstellers auf die Nockenwelle aufgeschrumpft oder die Nockenwelle ist in die Zentralwelle des Nockenwellenverstellers eingepresst. Ölkanäle zur Versorgung des Nockenwellenverstellers werden durch die Längsnuten in der Zentralwelle oder auf der Nockenwelle gebildet. Es finden sich keine näheren Hinweise hinsichtlich der Ausgestaltung des Nockenwellenverstellers.
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Die
DE 100 54 600 A1 zeigt einen Flügelzellennockenwellenversteller, dessen Rotor mittels eines ringförmigen Abschnittes radial außen auf einer Nockenwelle zentriert ist. Dieser ringförmige Abschnitt ist zwischen dem Rotor und der Nockenwelle mittels einer Schraube verspannt, die zur Ölführung längs und quer gebohrt ist.
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Die
DE 100 38 607 A1 zeigt einen Ringkanal auf der Außenseite einer radial inneren mit gleichbleibenden Durchmesser durchgehenden Hülse. Radial außerhalb dieser Hülse ist noch eine radial äußere Hülse vorgesehen.
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In der
DE 102 28 832 A1 ist ein ringförmiges Verbindungsstück gezeigt, das axial zwischen dem Rotor und der Nockenwelle mittels einer zentralen Schraube verspannt ist. Dieses Verbindungsstück liegt beiderseits axial großflächig mit dessen Stirnflächen an dem Rotor und der Nockenwelle an.
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Aus der
DE 199 62 981 A1 ein Flügelzellenversteller bekannt, der durch eine nicht dargestellte zentrale Befestigungsschraube mit einer Nockenwelle verschraubt werden soll.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen radial kleinen Flügelzellennockenwellenversteller zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Gemäß einem Vorteil der Erfindung ist eine Hülse vorgesehen, welche einen Rotor des Flügelzellennockenwellenverstellers gegenüber einer Nockenwelle zentriert. Dabei ist diese Hülse innerhalb einer Ausnehmung der Nockenwelle angeordnet und weist einen entsprechend kleinen Durchmesser auf. Auf diesen kleinen Durchmesser kann der axial der Nockenwelle benachbarte Rotor aufgesetzt werden. Damit kann aber auch die Nabe des Rotors entsprechend klein ausgeführt sein.
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Es sind Flügelzellennockenwellenversteller bekannt, die einen sogenannten Adapter verwenden. Dieser Adapter ist zwischen dem Flügelzellennockenwellenversteller und der Nockenwelle angeordnet und gleicht Fluchtungsfehler der Nockenwelle aus. Gegenüber einem solchen Adapter bauen erfindungsgemäße Konfigurationen ohne zusätzlichen axialen Bauraumbedarf in vorteilhafter Weise auch axial kleiner.
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Die Erfindung kann in besonders vorteilhafter Weise Anwendung bei einer gebauten Nockenwelle finden. Bei dieser gebauten Nockenwelle bildet ein Rohr oder ein Rundstahl mit zumindest nahezu gleichmäßigem Durchmesser den Grundkörper der Nockenwelle. Die Nocken haben eine Ausnehmung und werden auf die Nockenwelle aufgeschoben und axial und im Winkel festgelegt. Dazu können die Nocken beispielsweise thermisch aufgeschrumpft werden. Alternativ kann die Ausnehmung des Nockens und/oder der Außendurchmesser der Nockenwelle eine Mikroverzahnung aufweisen, mit welcher eine form- und kraftschlüssige Verbindung hergestellt wird, indem die Nockenwelle und die Nocken miteinander verpresst werden. Solche gebauten Nockenwellen sind preisgünstig.
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Es ist in besonders vorteilhafter Weise eine zentrale Schraube vorgesehen, mit welcher der Rotor gegenüber der Nockenwelle festgelegt werden kann.
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Der Flügelzellenversteller ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform mit zwei Kanälen zum aktiven Verschwenken des Flügelzellenverstellers in die beiden Drehrichtungen versehen. Über diese beiden Kanäle werden auch die beim Verschwenken zu entleerenden Hydraulikkammern entleert. Zentral innerhalb des Flügelzellenverstellers kann die Hülse zur Zentrierung zugleich als Ölleithülse ausgeführt sein. Diese Ölleithülse führt dann über einen äußeren Ringspalt und einen inneren Ringspalt Hydraulikfluid zu den Hydraulikkammern des Flügelzellennockenwellenverstellers.
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Die beiden Hydraulikkanäle können dabei von einem Ventil gespeist werden. Die Erfindung kann dabei in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform Anwendung bei einem Flügelzellennockenwellenversteller mit einem dezentral angeordnetem 4/3-Wege-Proportionalventil finden. Gegenüber sogenannten Zentralventilen, welche in der zentralen Schraube zur Fixierung des Rotors gegenüber der Nockenwelle angeordnet sind, ist ein dezentrales Ventil preisgünstiger. Auch muss eine gegebenenfalls zentral angeordnete Schraube nicht so groß dimensioniert werden, da kein Ventil darin untergebracht werden muss. Dies bietet bei den Bauraumverhältnissen von gebauten Nockenwellenverstellern besondere Vorteile. Es ist jedoch auch bei einer erfindungsgemäßen Konfiguration möglich, ein Zentralventil vorzusehen, welches neben einem kompakten Bauraum auch kurze Wege in den Ölkanälen bzw. Hydraulikkanälen bietet.
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Die Hülse kann so in die zentrale Ausnehmung der Nockenwelle eingesteckt werden, dass auf eine überstehende Passlänge die Nabe des Rotors aufgesetzt wird. Dabei können der Rotor und die Nockenwelle stirnflächig so stark gegeneinander gezogen werden, dass eine dichte Verbindung entsteht, welche Hydraulikfluid zur Steuerung des Flügelzellennockenwellenverstellers daran hindert, auszutreten. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann der Außendurchmesser der Hülse bei den Passlängen – d. h. im Verbindungsbereich zwischen Rotor und Nockenwelle – gleich ausgeführt werden. Somit ist nur ein Fertigungsschritt – vorzugsweise die Drehbearbeitung – notewendig, um seitens der Hülse die Passung für die Nabe des Rotors und die Innenfläche der Nockenwelle zu schaffen.
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Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 in einer ersten Ausgestaltungsalternative eine Nockenwelle mit einem Flügelzellenversteller und
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2 in einer zweiten Ausgestaltungsalternative eine Nockenwelle mit einem Flügelzellenversteller.
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1 und 2 zeigen in zwei Ausgestaltungsalternativen einen Flügelzellennockenwellenversteller 1. Mit einem solchen Flügelzellennockenwellenversteller 1 ist der Winkel zwischen einer nicht näher dargestellten Kurbelwelle und einer parallel zu dieser angeordneten Nockenwelle 2 eines Verbrennungsmotors begrenzt veränderbar.
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Dabei wird ein mit einem Riemenrad 3 versehener Stator 4 von
- – der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors oder
- – einem anderen Nockenwellenversteller oder
- – einem anderen Nockenwellenrad
getrieblich angetrieben. Diese getriebliche Verbindung kann in verschiedenen Ausgestaltungsalternativen entweder mit einem Kettengetriebe, einem Zahnriementrieb oder einem Zahnradgetriebe verwirklicht werden.
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Innerhalb des Stators 4 ist ein Rotor 6 verschwenkbar angeordnet, dessen Flügel 5 zum Verschwenken mit einem hydraulischen Druck beaufschlagbar sind. Die dazu nötigen Hydraulikkammern 7 bilden sich zwischen den radial von einer Nabe 8 des Rotors 6 nach außen erstreckenden Flügeln 5 und umfangsmäßig dazwischen angeordneten radial von dem Stator 4 nach innen ragenden Stegen 80.
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Die Nabe 8 weist eine zentrale Ausnehmung 9 auf und ist im hinteren Endbereich koaxial auf einen aus der Nockenwelle 2 axial heraus stehenden Bereich 61 einer Ölleithülse 17 aufgeschoben. Dabei ist die Nabe 8 bis auf axialen Anschlag an die Nockenwelle 2 geschoben. Die Nabe 8 liegt mit deren Stirnfläche 82 in der auf ein Nockenwellenlager 19 weisenden Richtung an
- – einer Stirnfläche 81 der Nockenwelle 2,
- – einer Stirnfläche 83 einer Buchse 13 und
- – einer Stirnfläche 84 eines Statorhalses 52
an. Andererseits liegt der Rotor 6 an einer relativ dicken steifen Scheibe 12 an. Ein Schraubenkopf 11 einer Schraube 10 liegt an der Scheibe 12 an und verspannt diese über den Rotor 8 gegen die Nockenwelle 2. Dabei ist die Schraube 10 so fest in die Nockenwelle 2 eingeschraubt, dass der Rotor 6 im Betriebsbereich des Verbrennungsmotors verdrehfest gegenüber der Nockenwelle 2 verspannt ist. Zur Herstellung dieser Verschraubung ist innerhalb der Nockenwelle 2 ein Innengewinde 15 vorgesehen, in welches die Schraube 10 eingeschraubt ist.
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Gemäß der Ausgestaltungsalternative 1 ist eine Sacklochbohrung 14 der ansonsten als Vollwelle ausgeführten Nockenwelle 2 gestuft, so dass sich vier Bereiche mit unterschiedlichen Innendurchmessern 23, 24, 25, 26 bilden. Dabei nehmen diese Innendurchmesser 23, 24, 25, 26 mit der Tiefe in der Sacklochbohrung 14 ab. D. h. der Innendurchmesser 23 im Eintrittsbereich der Sacklochbohrung 14 ist der größte Innendurchmesser 23, wohingegen der am tiefsten liegende Innendurchmesser 26 am kleinsten ist und als das Innengewinde 15 ausgeführt ist.
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Die Ölleithülse 17 ist ebenfalls gestuft und koaxial zur Schraube 10 radial außerhalb dieser beabstandet angeordnet. Somit ist die Ölleithülse 17 in die Sacklochbohrung 14 gesteckt und die Schraube 10 ist anschließend durch die Ölleithülse 17 gesteckt und im Ende der Sacklochbohrung 14 mit der Nockenwelle 2 verschraubt. Ein Absatz 18 trennt den größten Innendurchmesser 23 von dem axial folgenden Innendurchmesser 24. Zwischen diesem Absatz 18 und einem vorderen Absatz 60 der Ölleithülse 17 bildet sich ein radial äußerer Ringkanal 31. Der vordere Absatz 60 der Ölleithülse 17 führt dabei über die Mantelfläche 85 zu dem Bereich 61, welcher die Nabe 8 des Rotors 6 aufnimmt.
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Der Absatz 18 zwischen den beiden Innendurchmessern 23, 24 der Sacklochbohrung 14 liegt zwischen zwei Querbohrungen 20, 22 der Nockenwelle 2 im axialen Bereich des Nockenwellenlagers 19, welches als Axial-Radial-Gleitlager ausgeführt ist. Dabei sind die beiden Querbohrungen 20, 22 bezüglich einer Zentralachse 21 der Nockenwelle 2 axial versetzt zueinander. Zwischen dem Absatz 18 und der vom Flügelzellenversteller 1 weiter beabstandeten Querbohrung 22 weist der Bereich mit kleinerem Innendurchmesser 24 eine Einpresslänge 25 auf. Diese Einpresslänge 25 nimmt einen hinteren Endbereich 26 der Ölleithülse 17 auf und trennt die beiden Querbohrungen 20, 22 hydraulisch voneinander. Dieser hintere Endbereich 26 hat einen kleineren Außendurchmesser als der vordere Endbereich 27 der Ölleithülse 17, der von dem Absatz 60 über einen Zwischenbereich 62 zu dem axial hervor stehenden Bereich 61 führt. Dieser Zwischenbereich 62 ist über eine Einpresslänge 28 in das vordere Ende der Nockenwelle 2 eingepresst. Die beiden Einpresslängen 25, 28 gewährleisten eine Dichtheit zwischen dem äußeren Ringkanal 31 und einem radial inneren Ringkanal 32. Zusätzlich bietet eine Einpresslänge 88 über den Bereich 61 und die unter der Spannung der Schraube 10 stehende Flächenpaarung 81/82 zwischen der Nabe 8 und der Nockenwelle 2 hydraulische Dichtheit.
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Der äußere Ringkanal 31 führt das von einer Bohrung 33 des Nockenwellenlagers 19 über eine Ringnut und die Querbohrung 20 kommende Hydraulikfluid zu einer weiteren Querbohrung 90 der Nockenwelle 2. Von dieser weiteren Querbohrung 90 wird das Hydraulikfluid zu einer von außen in die Nockenwelle 2 gearbeitete Ringnut 64 und schließlich in einen Kanal 65 geleitet, der sich axial in einer Buchse 13 erstreckt. Dieser Kanal 65 führt über einen Kanal 66 in der Nabe 8 zu den der einen Drehrichtung zugeordneten Hydraulikkammern des Nockenwellenverstellers 1.
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Der innere Ringkanal 32 liegt zwischen der Ölleithülse 17 und der Schraube 10. Dieser Ringkanal 32 führt das Hydraulikfluid von einer Bohrung 37 im Bereich des Nockenwellenlagers 19 und einer Ringnut im Nockenwellenlager 19 und der hinteren Querbohrung 22
- – in die zentrale Ausnehmung 9 der Nabe 8,
- – durch einen vorderen Kanal 68 in der Nabe 8,
zu den Hydraulikkammern, welche der anderen Drehrichtung zugeordnet sind.
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Dieser innere Ringkanal 32 ist am vorderen Ende vom Schraubenkopf 11 verschlossen, welcher fest an der Scheibe 12 anliegt. Um für einen trockenen Zahnriementrieb den Flügelzellenversteller 1 nach außen sicher abzudichten, ist ein Deckel 41 vorgesehen, der dicht mit dem Stator 4 verbunden ist, wobei eine Dichtung 42 vorgesehen ist.
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Der Hydraulikdruck für die beiden Hydraulikkammern wird gemäß 2 von einer Hydraulikpumpe P aufgebracht, welche diesen Hydraulikdruck mittels eines elektrisch angesteuerten 4/3-Wege-Proportionalventil 70 geregelt auf die jeweiligen Hydraulikkammern leitet. Bei diesem 4/3-Wege-Proportionalventil 70 ist eine Zwischenstellung mit einer Ablaufkantensteuerung vorgesehen, die den Druck auf beide Hydraulikdruckkammer verteilt, so dass es nicht zum plötzlichen Umschlagen des Rotors 6 gegenüber dem Stator 4 bis zum Schwenkanschlag kommen kann.
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Von den beiden Ausgängen 49, 50 des 4/3-Wege-Proportionalventils 70 führen im Zylinderkopf oder einem separaten Gehäuseteil angeordnete Leitungen oder Bohrungen zu den beiden Bohrungen 33, 37 im Bereich des Nockenwellenlagers 19.
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Das Nockenwellenlager 19 ist unmittelbar in den Zylinderkopf des Verbrennungmotors eingearbeitet. Dabei ist ein Radialwellendichtring 51 vor dem Nockenwellenlager 19 in den Zylinderkopf eingesetzt, so dass der Ölaustritt aus dem Verbrennungmotor verhindert wird. Dieser Radialwellendichtring 51 läuft mit seiner Dichtlippe auf dem Außenumfang des rohrförmigen Statorhalses 52.
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Die drehfeste Verbindung zwischen dem Rotor und der Nockenwelle muss nicht reibschlüssig erfolgen. Es kann auch ein Stift vorgesehen sein, der in miteinander fluchtende Bohrungen von Rotor und Nockenwelle eingesetzt ist, so dass diese formschlüssig miteinander verbunden sind. Da der Rotor als Sinterteil ausgeführt sein kann, muss dessen Bohrung nicht gebohrt werden, sondern kann bereits im Sinterprozess ausgespart werden.
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Die Hülse muss kein gedrehtes Bauteil sein. Die Hülse kann auch aus einem nahtlosen oder einem geschweißten Rohr gefertigt sein, das zuvor in die Rohrform gewalzt wurde. Das Rohr kann am Umfang geschliffen sein. Ist die Hülse als Ölleithülse ausgeführt, so kann anstelle eines Ringkanals auch ein sich axial erstreckender Kanal vorgesehen sein, der als sickenförmige Vertiefung ausgebildet ist. Es können auch mehrere umfangsmäßig verteilte sich axial erstreckende Kanäle vorgesehen sein. Diese Kanäle können durch hydraulische Umformung, durch einen Prägevorgang oder durch Walzen oder durch Innenhochdruckumformung hergestellt sein.
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Der Deckel muss nicht einteilig sein. Der Deckel kann auch – je nach Montagemöglichkeiten – zweiteilig sein. Insbesondere bei trockenen Riemenantrieben kann ein Deckel vorgesehen sein, wobei beim nass laufenden – d. h. ölgeschmierten – Kettenversteller sogar unter Umständen auf einen Deckel verzichtet werden kann.
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Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.
