DE102009049459A1 - Volumenspeicher - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft einen Volumenspeicher mit einem Führungsgehäuse und einem Trennelement, wobei das Trennelement an einer Inneren Mantelfläche des Führungsgehäuses verschiebbar gelagert ist.
- Hintergrund der Erfindung
- Volumenspeicher werden beispielsweise in Brennkraftmaschinen eingesetzt um die Druckmittelversorgung eines hydraulischen Verbrauchers, beispielsweise eines Nockenwellenverstellers oder einer elektrohydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung, zu unterstützen. Nockenwellenversteller sind beispielsweise aus der
DE 195 29 277 A1 oder derEP 0 806 550 A1 bekannt. - Ein Volumenspeicher ist beispielsweise in der
DE 10 2007 041 552 A1 offenbart. Der Volumenspeicher weist ein hohlzylindrisches Führungsgehäuse und ein in dem Führungsgehäuse axial verschiebbar aufgenommenes Trennelement, in der dargestellten Ausführungsform einen topfförmigen Kolben auf, das das Innere des Führungsgehäuses in einen Vorratsraum und einen Komplementärraum teilt. Durch Druckmittelbeaufschlagung des Kolbens wir dieser gegen die Kraft eines Federelements in Richtung eines Anschlags verschoben, wodurch das Volumen des Vorratsraums auf Kosten des Volumens des Komplementärraums zunimmt. Dabei wird der Verschiebeweg des Kolbens dadurch begrenzt, dass ein offenes Ende eines Mantelabschnitts des topfförmig ausgebildeten Kolbens an einem ringförmigen, separat zu dem Führungsgehäuse ausgebildeten Anschlag zur Anlage kommt. Der ringförmige Anschlag liegt an einer radial verlaufenden Wandung an einem axialen Ende des Führungsgehäuses an, an der sich gleichzeitig das Federelement abstützt. - Aufgabe der Erfindung
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Volumenspeicher zu schaffen, wobei dessen Herstellungsaufwand reduziert werden soll.
- Lösung der Aufgabe
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an dem Führungsgehäuse zumindest eine Einbuchtung ausgebildet ist, die in das Führungsgehäuse hineinragt, wobei die Einbuchtung in Richtung des Trennelements ein offenes Ende aufweist, das als Anschlag für das Trennelement dient.
- Der Volumenspeicher weist ein Trennelement, beispielsweise einen Kolben, auf das innerhalb eines Führungsgehäuses verschiebbar gelagert und ist einen Vorratsraum von einem Komplementärraum trennt. Durch Druckmittelbeaufschlagung des Trennelements wird dieses innerhalb des Führungsgehäuses in Richtung eines Anschlags verschoben, der den Verschiebweg des Trennelements dadurch begrenzt, dass dieses an dem Anschlag zur Anlage kommt. Der Anschlag sichert das Trennelement gegen einen ungewollten Austritt aus dem Führungsgehäuse während dessen Betrieb. Des Weiteren können durch geeignete Positionierung des Anschlags zwischen den Enden des Führungsgehäuses geeignete Federstärken und Federlängen genutzt und so die Volumenspeichercharakteristika geeignet ausgelegt werden.
- Dabei ist vorgesehen, dass der Anschlag aus dem Material des Führungsgehäuses ausgebildet wird. Zu diesem Zweck ist ein Schlitz in dem beispielsweise hohlzylindrisch ausgebildeten Führungsgehäuse vorgesehen, der entlang einer nicht in sich geschlossenen Linie verläuft. Dabei verläuft der Schlitz zumindest bereichsweise in einer Ebene senkrecht zu der Verschiebrichtung des Kolbens. Der Schlitz kann beispielsweise durch Stanzen oder Feinschneiden in das Führungsgehäuse eingebracht werden. Im Bereich des Schlitzes ist an dem Führungsgehäuse eine Einbuchtung vorgesehen, die in das Innere des Führungsgehäuses hineinragt. Dabei steht ein durch den Schlitz erzeugtes offenes Ende der Einbuchtung dem Kolben gegenüber und dient diesem als Anschlag. Unter dem offenen Ende ist der Bereich zu verstehen, der vor dem Einbringen des Schlitzes in das Führungsgehäuse mit diesem verbunden war. In dieser Ausführungsform ist der Anschlag zum Einen einteilig mit dem Führungsgehäuse ausgebildet, so dass keine zusätzlichen Bauteile benötigt werden. Zum Anderen besteht keine stoffliche Verbindung zwischen der Anschlagsfläche und dem in Richtung des Kolbens liegenden Bereichs des Führungsgehäuses, so dass dieser Übergangsbereich rechtwinklig, ohne Radius oder Phase, ausgebildet ist. Somit ist sichergestellt, dass sich das Trennelement nicht an dem Anschlag verklemmt. Des Weiteren wird durch die Anlage zweier senkrecht zur Verschieberichtung angeordneter Flächen verhindert, dass der Kolben unter die Einbuchtung abtaucht und verklemmt oder die Einbuchtung nach außen gedrückt wird.
- Die Einbuchtung kann eine Vielzahl von Formen annehmen. Denkbar sind beispielsweise Ausführungsformen, in denen ein Schlitz in das Führungsgehäuse eingebracht wird, welcher komplett in einer Ebene senkrecht zu der Verschieberichtung des Kolbens angeordnet ist. Anschließend wird die Einbuchtung im Bereich des Schlitzes in das Führungsgehäuse eingebracht.
- Ebenso denkbar sind Ausführungsformen, in denen die Einbuchtung als Lasche ausgebildet ist. Dabei wird ein von einer geraden Linie abweichender Schlitz in das Führungsgehäuse eingebracht, der eine mit dem Führungsgehäuse verbundene Lasche ausbildet. Diese kann beispielsweise dreieckig oder viereckig und gegebenenfalls entsprechend der Form des Führungsgehäuses gewölbt ausgebildet sein und ragt in das Führungsgehäuse hinein.
- In einer Konkretisierung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass in dem Führungsgehäuse ein Federelement angeordnet ist, welches den Bereich der Einbuchtung durchgreift, wobei die Einbuchtung einen Führungsabschnitt für das Federelement aufweist, dessen Länge in Kraftrichtung des Federelementsgrößer als der Abstand zwischen zwei Windungen des Federelements ist. Der Führungsabschnitt stellt eine Führungsfläche für das Federelement bereit, das den Kolben gegen die Kraft des Druckmittels mit einer Kraft beaufschlagt. Das Federelement kann beispielsweise als Schrauben- oder Spiraldruckfeder ausgebildet sein. Dabei ist durch die geeignete Wahl der Länge des Führungsabschnitts sichergestellt, dass immer eine Windung des Federelements in diesem Bereich angeordnet ist und somit das Federelement ausreichend geführt wird, so dass die Federwindungen nicht an dem Anschlag der Lasche verkanten.
- Das Trennelement kann beispielsweise als topfförmiger Kolben mit einem Boden und einem sich daran anschließenden Mantelabschnitt ausgebildet sein. Vorteilhafterweise sind das Führungsgehäuse und der Kolben spanlos aus jeweils einem Blechrohling, beispielsweise mittels eines Tiefziehverfahrens, hergestellt. Dabei können der Mantelabschnitt des Kolbens und die Innenmantelfläche des Führungsgehäuses beispielsweise zylindrisch oder im Querschnitt polygonförmig ausgebildet sein. Der Boden des Kolbens dient als Druckfläche, die von dem einströmenden Druckmittel mit einer Kraft beaufschlagt wird, wodurch der Kolben verschoben wird. Die Mantelfläche dient zur Lagerung des Kolbens in dem Führungsgehäuse, wobei das offene Ende des Mantelabschnitts bei vollständig befülltem Volumenspeicher in Anlage an den Anschlag kommt. Darüber hinaus erfolgt die Abdichtung des Vorratsraums gegenüber dem Komplementärraum über ein eng toleriertes Spiel zwischen dem Mantelabschnitt und der Innenmantelfläche des Führungsgehäuses.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
-
1 nur sehr schematisch eine Brennkraftmaschine, -
2 einen Längsschnitt durch einen Nockenwellenversteller, der an einer Nockenwelle befestigt ist, in der eine erste Ausführungsform eines Volumenspeichers angeordnet ist, -
3 einen Querschnitt durch den Nockenwellenversteller aus2 entlang der Linie III-III, wobei die Zentralschraube nicht dargestellt ist, -
4 die Einzelheit X aus2 ohne Nockenwelle, -
5 einen Querschnitt durch den Volumenspeicher entlang der Linie V-V in4 , -
6 einen perspektivische Ansicht der ersten Ausführungsform eines Volumenspeichers, -
7 einen perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Volumenspeichers. - Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
- In
1 ist eine Brennkraftmaschine1 skizziert, wobei ein auf einer Kurbelwelle2 sitzender Kolben3 in einem Zylinder4 angedeutet ist. Die Kurbelwelle2 steht in der dargestellten Ausführungsform über je einen Zugmitteltrieb5 mit einer Einlassnockenwelle6 bzw. Auslassnockenwelle7 in Verbindung, wobei ein erster und ein zweiter Nockenwellenversteller11 für eine Relativdrehung zwischen der Kurbelwelle2 und den Nockenwellen6 ,7 sorgen können. Nocken8 der Nockenwellen6 ,7 betätigen ein oder mehrere Einlassgaswechselventile9 bzw. ein oder mehrere Auslassgaswechselventile10 . Ebenso kann vorgesehen sein nur eine der Nockenwellen6 ,7 mit einem Nockenwellenversteller11 auszustatten, oder nur eine Nockenwelle6 ,7 vorzusehen, welche mit einem Nockenwellenversteller11 versehen ist. - Die
2 und3 zeigen einen Nockenwellenversteller11 im Längs- bzw. im Querschnitt. Darüberhinaus zeigt2 einen Volumenspeicher15 , der in einer Nockenwelle6 ,7 angeordnet ist, die drehfest mit dem Nockenwellenversteller11 verbunden ist. - Der Nockenwellenversteller
11 umfasst ein Antriebselement14 , ein Abtriebselement16 und zwei Seitendeckel17 ,18 , die an den axialen Seitenflächen des Antriebselements14 angeordnet sind. Das Abtriebselement16 ist in Form eines Flügelrades ausgeführt und weist ein im Wesentlichen zylindrisch ausgeführtes Nabenelement19 auf, von dessen äußerer zylindrischer Mantelfläche sich in der dargestellten Ausführungsform fünf Flügel20 in radialer Richtung nach außen erstrecken. - Innerhalb des Nockenwellenverstellers
11 sind fünf Druckräume22 vorgesehen, wobei in jeden Druckraum22 ein Flügel20 ragt. Dabei sind die Flügel20 derart ausgebildet, dass diese sowohl an den Seitendeckeln17 ,18 , als auch an der Umfangswand21 anliegen. Jeder Flügel20 teilt somit den jeweiligen Druckraum22 in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern23 ,24 . - An einer äußeren Mantelfläche des Antriebselements
14 ist ein Kettenrad12 ausgebildet, über das mittels eines nicht dargestellten Kettentriebs Drehmoment von der Kurbelwelle2 auf das Antriebselement14 übertragen werden kann. Das Abtriebselement16 ist mittels einer Zentralschraube13 drehfest mit der Nockenwelle6 ,7 verbunden. - Das Abtriebselement
16 ist in einem definierten Winkelbreich drehbar zu dem Antriebselement14 angeordnet. Durch Druckmittelzufuhr zu einer Gruppe von Druckkammern23 ,24 und Druckmittelabfuhr von der anderen Gruppe kann die Phasenlage des Antriebselements14 zum Abtriebselement16 (und damit die Phasenlage der Nockenwelle6 ,7 zur Kurbelwelle2 ) variiert werden. Durch Druckmittelzufuhr zu beiden Gruppen von Druckkammern23 ,24 kann die Phasenlage konstant gehalten werden. - Die Nockenwelle
6 ,7 weist im Bereich eines Nockenwellenlagers32 mehrere Öffnungen28 auf, über die von einer Druckmittelpumpe37 gefördertes Druckmittel in deren Inneres gelangt. Innerhalb der Nockenwelle6 ,7 ist ein Druckmittelpfad29 ausgebildet, der einerseits mit den Öffnungen28 und andererseits mit einem Steuerventil27 kommuniziert, das zur Versorgung des Nockenwellenverstellers11 mit Druckmittel dient. Das Steuerventil27 ist im Inneren der Zentralschraube13 angeordnet. Mittels des Steuerventils27 kann Druckmittel wahlweise zu den ersten oder zweiten Druckkammern23 ,24 geleitet und von den jeweils anderen Druckkammern23 ,24 abgeführt werden. - Im Inneren der Zentralschraube
13 ist ein Druckmittelkanal30 vorgesehen, der einerseits mit dem Druckmittelpfad29 und andererseits mit einem Hohlraum31 der hohl ausgebildeten Nockenwelle6 ,7 kommuniziert. Der Druckmittelkanal30 ist als axiale Bohrung ausgebildet, die den Gewindeabschnitt der Zentralschraube13 durchgreift. - In dem Hohlraum
31 ist der Volumenspeicher15 angeordnet. Der Volumenspeicher15 umfasst ein Führungsgehäuse33 , ein Trennelement34 und einen Kraftspeicher, der in der dargestellten Ausführungsform als Federelement35 in Form einer Schraubendruckfeder ausgeführt ist. Das Führungsgehäuse33 ist kraftschlüssig mit einer Wandung36 des Hohlraums31 verbunden. Denkbar sind auch Ausführungsformen, in denen das Führungsgehäuse33 stoff- oder formschlüssig mit der Wandung36 verbunden ist. - Im Inneren des Führungsgehäuses
33 ist das Trennelement34 axial verschiebbar angeordnet, wobei dieses in der dargestellten Ausführungsform als topfförmiger Kolben mit einem Boden25 und einem Mantelabschnitt26 ausgebildet ist. Mittels des Mantelabschnitts26 ist das Trennelement34 axial verschiebbar in dem Führungsgehäuse33 gelagert. Die Außenmantelfläche des Trennelements34 ist der Innenmantelfläche des Führungsgehäuses33 derart angepasst, dass das Führungsgehäuse33 druckmitteldicht in einen Vorratsraum45 axial vor und einen Komplementärraum46 hinter dem Boden25 des Trennelements34 getrennt wird. - Das Federelement
35 stützt sich einerseits an einem Federlager39 (4 ), das an dem dem Nockenwellenversteller11 abgewandten Ende des Führungsgehäuses33 ausgebildet ist, und andererseits an dem Boden25 des Trennelements34 ab. Somit beaufschlagt das Federelement35 das Trennelement34 mit einer Kraft in Richtung des Druckmittelkanals30 . Das Federlager39 ist als radiale Einbuchtung47 des Führungsgehäuses33 ausgebildet. Zu diesem Zweck ist in das zylindrische Führungsgehäuse33 ein erster Schlitz40 eingebracht, der in Umfangsrichtung des Führungsgehäuses33 verläuft. Anschließend wird das Führungsgehäuse33 in dem Bereich zwischen dem ersten Schlitz40 und dem nockenwellenabgewandten Ende radial nach innen verformt. Die Tiefe der dadurch erzeugten Einbuchtung47 ist so gewählt, dass das Federelement35 selbst bei maximaler Federexzentrizität an dem offenen Ende des Federlagers39 anliegt, das durch den ersten Schlitz40 von dem Führungsgehäuse33 getrennt wurde. - Der Verschiebeweg des Trennelements
34 wird in Richtung des Druckmittelkanals30 durch einen ringförmigen, radial nach innen verlaufenden Abschnitt des Führungsgehäuses33 begrenzt, der eine Gehäuseöffnung38 umgreift, durch die dem Volumenspeicher15 Druckmittel zugeführt werden kann. In Richtung des Federlagers39 wird der Verschiebeweg des Trennelements34 durch einen Anschlag begrenzt. Der Anschlag ist zwischen den axialen Enden des Führungsgehäuses33 in Form von drei Einbuchtungen41 ausgeführt, die einteilig mit dem Führungsgehäuse33 ausgebildet sind und in dieses hinein ragen (4 –6 ). Ebenso denkbar sind Ausführungsformen mit mehr oder weniger Einbuchtungen. Jede Einbuchtung41 weist auf der dem Trennelement34 zugewandten Seite ein offenes Ende auf, wobei das offene Ende eine Fläche senkrecht zur Bewegungsrichtung des Trennelements34 aufweist. Die Herstellung der Einbuchtungen41 erfolgt zweistufig. Zunächst wird in das Führungsgehäuse33 ein zweiter Schlitz42 eingebracht, der in Umfangsrichtung des Führungsgehäuses33 verläuft. Anschließend wird das Material des Führungsgehäuses33 im Bereich des zweiten Schlitzes42 plastisch in das Führungsgehäuse hinein verformt und so die Einbuchtung41 ausgebildet. - Jede Einbuchtung
41 ragt derart in das Führungsgehäuse33 hinein, dass das offene Ende dem offenen Ende des Mantelabschnitts26 des Trennelements34 in dessen Verschieberichtung gegenübersteht. Somit dienen diese offenen Enden der Einbuchtungen41 dem Trennelement34 als Anschlag. - Darüber hinaus weist jede Einbuchtung
41 einen Führungsabschnitt43 auf, der sich in axialer Richtung erstreckt und parallel zu der Achse des Federelements35 verläuft. Dabei ist der Durchmesser des Federelements35 so gewählt, dass dieses im komprimierten Zustand an den Führungsabschnitten43 anliegt. Somit erfährt das Federelement35 durch die Führungsabschnitte43 eine Lagerung, wodurch die radiale Position des Federelements35 festgelegt wird. Die Länge L des Führungsabschnitts43 ist größer als der Abstand zweier Federwindungen im entspannten Zustand. Somit ist sichergestellt, dass auf Grund der Lagerung des Federelements35 an den Führungsabschnitten43 das Federelement35 an dem Anschlag der Einbuchtung41 nicht verkantet oder klemmt. - In der dargestellten Ausführungsform sind das Führungsgehäuse
33 und das Trennelement34 als Blechteile ausgebildet, die beispielsweise durch ein spanloses Herstellungsverfahren, beispielsweise einem Tiefziehverfahren, hergestellt sind. Dies hat neben geringen Herstellungskosten den Vorteil, dass die Lagerflächen des Mantelabschnitts26 und des Führungsgehäuses33 durch diesen Formgebungsprozess so präzise herstellbar sind, dass diese nicht nachbearbeitet werden müssen. - In einer alternativen Ausführungsform eines Volumenspeichers
15 beschreibt der zweite Schlitz42 eine gebogene Linie mit zwei Enden, so dass eine Lasche44 ausgebildet ist, die in das Führungsgehäuse33 hineinragt. Ein derartiger Volumenspeicher15 ist in7 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. In dieser Ausführungsform ist durch einen U-förmigen zweiten Schlitz42 eine rechteckige Lasche44 ausgebildet, welche in das Führungsgehäuse33 hineinragt. Dabei verläuft ein Schenkel des U-förmigen Schlitzes42 in einer Ebene senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Trennelements34 , so dass der Anschlag ausgebildet ist. Neben der in7 dargestellten Ausführungsform, in der die Lasche44 in Umfangsrichtung mit dem Führungsgehäuse33 verbunden ist, sind auch Ausführungsformen denkbar, in denen die Lasche44 in axialer Richtung in das Führungsgehäuse33 übergeht. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Kurbelwelle
- 3
- Kolben
- 4
- Zylinder
- 5
- Zugmitteltrieb
- 6
- Einlassnockenwelle
- 7
- Auslassnockenwelle
- 8
- Nocken
- 9
- Einlassgaswechselventil
- 10
- Auslassgaswechselventil
- 11
- Nockenwellenversteller
- 12
- Kettenrad
- 13
- Zentralschraube
- 14
- Antriebselement
- 15
- Volumenspeicher
- 16
- Abtriebselement
- 17
- Seitendeckel
- 18
- Seitendeckel
- 19
- Nabenelement
- 20
- Flügel
- 21
- Umfangswand
- 22
- Druckraum
- 23
- erste Druckkammer
- 24
- zweite Druckkammer
- 25
- Boden
- 26
- Mantelabschnitt
- 27
- Steuerventil
- 28
- Öffnungen
- 29
- Druckmittelpfad
- 30
- Druckmittelkanal
- 31
- Hohlraum
- 32
- Nockenwellenlager
- 33
- Führungsgehäuse
- 34
- Trennelement
- 35
- Federelement
- 36
- Wandung
- 37
- Druckmittelpumpe
- 38
- Gehäuseöffnung
- 39
- Federlager
- 40
- erster Schlitz
- 41
- Einbuchtung
- 42
- zweiter Schlitz
- 43
- Führungsabschnitt
- 44
- Lasche
- 45
- Vorratsraum
- 46
- Komplementärraum
- 47
- Einbuchtung
- L
- Länge
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 19529277 A1 [0002]
- EP 0806550 A1 [0002]
- DE 102007041552 A1 [0003]
Claims (3)
- Volumenspeicher (
15 ) mit einem Führungsgehäuse (33 ) und einem Trennelement (34 ), wobei das Trennelement (34 ) an einer Inneren Mantelfläche des Führungsgehäuses (33 ) verschiebbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Führungsgehäuse (33 ) zumindest eine Einbuchtung (41 ) ausgebildet ist, die in das Führungsgehäuse (33 ) hineinragt, wobei die Einbuchtung (41 ) in Richtung des Trennelements (34 ) ein offenes Ende aufweist, das als Anschlag für das Trennelement (34 ) dient. - Volumenspeicher (
15 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Führungsgehäuse (33 ) ein Federelement (35 ) angeordnet ist, welches den Bereich der Einbuchtung (41 ) durchgreift, wobei die Einbuchtung (41 ) einen Führungsabschnitt (43 ) für das Federelement (42 ) aufweist, dessen Länge in Kraftrichtung des Federelements (42 ) größer als der Abstand zwischen zwei Windungen des Federelements (42 ) ist. - Volumenspeicher (
15 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbuchtung (41 ) als Lasche (44 ) ausgebildet ist.
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