DE102009049459A1

DE102009049459A1 - Volumenspeicher

Info

Publication number: DE102009049459A1
Application number: DE102009049459A
Authority: DE
Inventors: Mathias Boegershausen; Eduard Golovatai-Schmidt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2011-04-21
Also published as: EP2488731B1; US8707998B2; CN102549242A; EP2488731A1; CN102549242B; WO2011045369A1; US20120199230A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Volumenspeicher (15) mit einem Führungsgehäuse (33) und einem Trennelement (34), wobei das Trennelement (34) an einer inneren Mantelfläche des Führungsgehäuses (33) verschiebbar gelagert ist. Es wird vorgeschlagen, 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.

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 der EP 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 aus 2 entlang der Linie III-III, wobei die Zentralschraube nicht dargestellt ist,
4 die Einzelheit X aus 2 ohne Nockenwelle,
5 einen Querschnitt durch den Volumenspeicher entlang der Linie V-V in 4,
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 Brennkraftmaschine 1 skizziert, wobei ein auf einer Kurbelwelle 2 sitzender Kolben 3 in einem Zylinder 4 angedeutet ist. Die Kurbelwelle 2 steht in der dargestellten Ausführungsform über je einen Zugmitteltrieb 5 mit einer Einlassnockenwelle 6 bzw. Auslassnockenwelle 7 in Verbindung, wobei ein erster und ein zweiter Nockenwellenversteller 11 für eine Relativdrehung zwischen der Kurbelwelle 2 und den Nockenwellen 6, 7 sorgen können. Nocken 8 der Nockenwellen 6, 7 betätigen ein oder mehrere Einlassgaswechselventile 9 bzw. ein oder mehrere Auslassgaswechselventile 10. Ebenso kann vorgesehen sein nur eine der Nockenwellen 6, 7 mit einem Nockenwellenversteller 11 auszustatten, oder nur eine Nockenwelle 6, 7 vorzusehen, welche mit einem Nockenwellenversteller 11 versehen ist.
Die 2 und 3 zeigen einen Nockenwellenversteller 11 im Längs- bzw. im Querschnitt. Darüberhinaus zeigt 2 einen Volumenspeicher 15, der in einer Nockenwelle 6, 7 angeordnet ist, die drehfest mit dem Nockenwellenversteller 11 verbunden ist.
Der Nockenwellenversteller 11 umfasst ein Antriebselement 14, ein Abtriebselement 16 und zwei Seitendeckel 17, 18, die an den axialen Seitenflächen des Antriebselements 14 angeordnet sind. Das Abtriebselement 16 ist in Form eines Flügelrades ausgeführt und weist ein im Wesentlichen zylindrisch ausgeführtes Nabenelement 19 auf, von dessen äußerer zylindrischer Mantelfläche sich in der dargestellten Ausführungsform fünf Flügel 20 in radialer Richtung nach außen erstrecken.
Innerhalb des Nockenwellenverstellers 11 sind fünf Druckräume 22 vorgesehen, wobei in jeden Druckraum 22 ein Flügel 20 ragt. Dabei sind die Flügel 20 derart ausgebildet, dass diese sowohl an den Seitendeckeln 17, 18, als auch an der Umfangswand 21 anliegen. Jeder Flügel 20 teilt somit den jeweiligen Druckraum 22 in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern 23, 24.
An einer äußeren Mantelfläche des Antriebselements 14 ist ein Kettenrad 12 ausgebildet, über das mittels eines nicht dargestellten Kettentriebs Drehmoment von der Kurbelwelle 2 auf das Antriebselement 14 übertragen werden kann. Das Abtriebselement 16 ist mittels einer Zentralschraube 13 drehfest mit der Nockenwelle 6, 7 verbunden.
Das Abtriebselement 16 ist in einem definierten Winkelbreich drehbar zu dem Antriebselement 14 angeordnet. Durch Druckmittelzufuhr zu einer Gruppe von Druckkammern 23, 24 und Druckmittelabfuhr von der anderen Gruppe kann die Phasenlage des Antriebselements 14 zum Abtriebselement 16 (und damit die Phasenlage der Nockenwelle 6, 7 zur Kurbelwelle 2) variiert werden. Durch Druckmittelzufuhr zu beiden Gruppen von Druckkammern 23, 24 kann die Phasenlage konstant gehalten werden.
Die Nockenwelle 6, 7 weist im Bereich eines Nockenwellenlagers 32 mehrere Öffnungen 28 auf, über die von einer Druckmittelpumpe 37 gefördertes Druckmittel in deren Inneres gelangt. Innerhalb der Nockenwelle 6, 7 ist ein Druckmittelpfad 29 ausgebildet, der einerseits mit den Öffnungen 28 und andererseits mit einem Steuerventil 27 kommuniziert, das zur Versorgung des Nockenwellenverstellers 11 mit Druckmittel dient. Das Steuerventil 27 ist im Inneren der Zentralschraube 13 angeordnet. Mittels des Steuerventils 27 kann Druckmittel wahlweise zu den ersten oder zweiten Druckkammern 23, 24 geleitet und von den jeweils anderen Druckkammern 23, 24 abgeführt werden.
Im Inneren der Zentralschraube 13 ist ein Druckmittelkanal 30 vorgesehen, der einerseits mit dem Druckmittelpfad 29 und andererseits mit einem Hohlraum 31 der hohl ausgebildeten Nockenwelle 6, 7 kommuniziert. Der Druckmittelkanal 30 ist als axiale Bohrung ausgebildet, die den Gewindeabschnitt der Zentralschraube 13 durchgreift.
In dem Hohlraum 31 ist der Volumenspeicher 15 angeordnet. Der Volumenspeicher 15 umfasst ein Führungsgehäuse 33, ein Trennelement 34 und einen Kraftspeicher, der in der dargestellten Ausführungsform als Federelement 35 in Form einer Schraubendruckfeder ausgeführt ist. Das Führungsgehäuse 33 ist kraftschlüssig mit einer Wandung 36 des Hohlraums 31 verbunden. Denkbar sind auch Ausführungsformen, in denen das Führungsgehäuse 33 stoff- oder formschlüssig mit der Wandung 36 verbunden ist.
Im Inneren des Führungsgehäuses 33 ist das Trennelement 34 axial verschiebbar angeordnet, wobei dieses in der dargestellten Ausführungsform als topfförmiger Kolben mit einem Boden 25 und einem Mantelabschnitt 26 ausgebildet ist. Mittels des Mantelabschnitts 26 ist das Trennelement 34 axial verschiebbar in dem Führungsgehäuse 33 gelagert. Die Außenmantelfläche des Trennelements 34 ist der Innenmantelfläche des Führungsgehäuses 33 derart angepasst, dass das Führungsgehäuse 33 druckmitteldicht in einen Vorratsraum 45 axial vor und einen Komplementärraum 46 hinter dem Boden 25 des Trennelements 34 getrennt wird.
Das Federelement 35 stützt sich einerseits an einem Federlager 39 (4), das an dem dem Nockenwellenversteller 11 abgewandten Ende des Führungsgehäuses 33 ausgebildet ist, und andererseits an dem Boden 25 des Trennelements 34 ab. Somit beaufschlagt das Federelement 35 das Trennelement 34 mit einer Kraft in Richtung des Druckmittelkanals 30. Das Federlager 39 ist als radiale Einbuchtung 47 des Führungsgehäuses 33 ausgebildet. Zu diesem Zweck ist in das zylindrische Führungsgehäuse 33 ein erster Schlitz 40 eingebracht, der in Umfangsrichtung des Führungsgehäuses 33 verläuft. Anschließend wird das Führungsgehäuse 33 in dem Bereich zwischen dem ersten Schlitz 40 und dem nockenwellenabgewandten Ende radial nach innen verformt. Die Tiefe der dadurch erzeugten Einbuchtung 47 ist so gewählt, dass das Federelement 35 selbst bei maximaler Federexzentrizität an dem offenen Ende des Federlagers 39 anliegt, das durch den ersten Schlitz 40 von dem Führungsgehäuse 33 getrennt wurde.
Der Verschiebeweg des Trennelements 34 wird in Richtung des Druckmittelkanals 30 durch einen ringförmigen, radial nach innen verlaufenden Abschnitt des Führungsgehäuses 33 begrenzt, der eine Gehäuseöffnung 38 umgreift, durch die dem Volumenspeicher 15 Druckmittel zugeführt werden kann. In Richtung des Federlagers 39 wird der Verschiebeweg des Trennelements 34 durch einen Anschlag begrenzt. Der Anschlag ist zwischen den axialen Enden des Führungsgehäuses 33 in Form von drei Einbuchtungen 41 ausgeführt, die einteilig mit dem Führungsgehäuse 33 ausgebildet sind und in dieses hinein ragen (4–6). Ebenso denkbar sind Ausführungsformen mit mehr oder weniger Einbuchtungen. Jede Einbuchtung 41 weist auf der dem Trennelement 34 zugewandten Seite ein offenes Ende auf, wobei das offene Ende eine Fläche senkrecht zur Bewegungsrichtung des Trennelements 34 aufweist. Die Herstellung der Einbuchtungen 41 erfolgt zweistufig. Zunächst wird in das Führungsgehäuse 33 ein zweiter Schlitz 42 eingebracht, der in Umfangsrichtung des Führungsgehäuses 33 verläuft. Anschließend wird das Material des Führungsgehäuses 33 im Bereich des zweiten Schlitzes 42 plastisch in das Führungsgehäuse hinein verformt und so die Einbuchtung 41 ausgebildet.
Jede Einbuchtung 41 ragt derart in das Führungsgehäuse 33 hinein, dass das offene Ende dem offenen Ende des Mantelabschnitts 26 des Trennelements 34 in dessen Verschieberichtung gegenübersteht. Somit dienen diese offenen Enden der Einbuchtungen 41 dem Trennelement 34 als Anschlag.
Darüber hinaus weist jede Einbuchtung 41 einen Führungsabschnitt 43 auf, der sich in axialer Richtung erstreckt und parallel zu der Achse des Federelements 35 verläuft. Dabei ist der Durchmesser des Federelements 35 so gewählt, dass dieses im komprimierten Zustand an den Führungsabschnitten 43 anliegt. Somit erfährt das Federelement 35 durch die Führungsabschnitte 43 eine Lagerung, wodurch die radiale Position des Federelements 35 festgelegt wird. Die Länge L des Führungsabschnitts 43 ist größer als der Abstand zweier Federwindungen im entspannten Zustand. Somit ist sichergestellt, dass auf Grund der Lagerung des Federelements 35 an den Führungsabschnitten 43 das Federelement 35 an dem Anschlag der Einbuchtung 41 nicht verkantet oder klemmt.
In der dargestellten Ausführungsform sind das Führungsgehäuse 33 und das Trennelement 34 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 Mantelabschnitts 26 und des Führungsgehäuses 33 durch diesen Formgebungsprozess so präzise herstellbar sind, dass diese nicht nachbearbeitet werden müssen.
In einer alternativen Ausführungsform eines Volumenspeichers 15 beschreibt der zweite Schlitz 42 eine gebogene Linie mit zwei Enden, so dass eine Lasche 44 ausgebildet ist, die in das Führungsgehäuse 33 hineinragt. Ein derartiger Volumenspeicher 15 ist in 7 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. In dieser Ausführungsform ist durch einen U-förmigen zweiten Schlitz 42 eine rechteckige Lasche 44 ausgebildet, welche in das Führungsgehäuse 33 hineinragt. Dabei verläuft ein Schenkel des U-förmigen Schlitzes 42 in einer Ebene senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Trennelements 34, so dass der Anschlag ausgebildet ist. Neben der in 7 dargestellten Ausführungsform, in der die Lasche 44 in Umfangsrichtung mit dem Führungsgehäuse 33 verbunden ist, sind auch Ausführungsformen denkbar, in denen die Lasche 44 in axialer Richtung in das Führungsgehäuse 33 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

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.