DE102010025882A1

DE102010025882A1 - Vorrichtung zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010025882A1
Application number: DE102010025882A
Authority: DE
Inventors: Andreas Strauss; Rüdiger Herzog; Alexander Draheim
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2012-01-05
Also published as: WO2012000786A1; HUP1300091A2; CN102971498B; CN102971498A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle (2) gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung (1) ein von der Kurbelwelle angetriebenes Antriebselement (3) umfasst, das gegenüber der Nockenwelle (2) drehbar gelagert ist, wobei zwischen dem Antriebselement (3) und der Nockenwelle (2) mindestens zwei Hydraulikkammern ausgebildet sind, die mit einem Druckfluid beaufschlagbar sind, um eine definierte relative Drehstellung zwischen dem Antriebselement (3) und der Nockenwelle (2) einzustellen, wobei die Vorrichtung (1) ein Gehäuse (4) aufweist, in dem das Antriebselement (3) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung (1) weiterhin einen Druckspeicher (5) umfasst, der, als federvorgespanntes Kolben-Zylinder-Element ausgebildet, eine Druckkammer (6) für Druckfluid aufweist, die mit einer Fluidleitung (7) in fluidischer Verbindung steht, wobei der Druckspeicher (5) ein Druckspeichergehäuse (8) aufweist und wobei das Druckspeichergehäuse (8) eine Bohrung (9) für die Aufnahme eines Kolbens (10) hat. Um eine vereinfachte Fertigung und Montage des Druckspeichers zu ermöglichen, sieht die Erfindung vor, dass das Druckspeichergehäuse (8) als separates Teil ausgebildet ist und an einem axialen Ende der Bohrung (8) eine Stirnseite (11) aufweist, die eine dem Durchmesser der Bohrung (8) entsprechende kreisförmige Öffnung (12) hat, wobei das Druckspeichergehäuse (8) mit der Stirnseite (11) unmittelbar und insbesondere frei von einem Deckelelement auf einer Wandung (13) des Gehäuses (4) der Vorrichtung (1) aufgesetzt und hier befestigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung ein von der Kurbelwelle angetriebenes Antriebselement umfasst, das gegenüber der Nockenwelle drehbar gelagert ist, wobei zwischen dem Antriebselement und der Nockenwelle mindestens zwei Hydraulikkammern ausgebildet sind, die mit einem Druckfluid beaufschlagbar sind, um eine definierte relative Drehstellung zwischen dem Antriebselement und der Nockenwelle einzustellen, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse aufweist, in dem das Antriebselement angeordnet ist, wobei die Vorrichtung weiterhin einen Druckspeicher umfasst, der, als federvorgespanntes Kolben-Zylinder-Element ausgebildet, eine Druckkammer für Druckfluid aufweist, die mit einer Fluidleitung in fluidischer Verbindung steht, wobei der Druckspeicher ein Druckspeichergehäuse aufweist und wobei das Druckspeichergehäuse eine Bohrung für die Aufnahme eines Kolbens hat.
Hintergrund der Erfindung
Nockenwellenverstellvorrichtungen, insbesondere solche, die hydraulisch arbeiten, sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Im hydraulischen Nockenwellenversteller ist ein Flügelrad vorhanden, in dem Flügel eingeformt oder angeordnet sind. Die Flügel befinden sich in Hydraulikkammern, die in einem Außenrotor eingearbeitet sind. Durch entsprechende Beaufschlagung der jeweiligen Seite der Hydraulikkammern mit Hydraulikfluid kann eine Verstellung des Innenrotors (mit der Nockenwelle verbunden) relativ zum Außenrotor zwischen einem „Frühanschlag” und einem „Spätanschlag” erfolgen. Dabei wird der Fluss von Hydrauliköl durch ein elektrisch angesteuertes Wegeventil gesteuert. Die Übertragung der Drehbewegung der Kurbelwelle auf den Außenrotor erfolgt zumeist über einen Riemen oder über eine Kette.
Eine Nockenwellenverstellvorrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der EP 1 985 813 A2 und aus der DE 39 29 619 A1 bekannt. Auch hier erfolgt die Verstellung der relativen Drehposition zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle auf hydraulischem Wege. Damit stets Hydraulikfluid mit hinreichendem Druck vorhanden ist, umfasst der Nockenwellenversteller einen Druckspeicher. Über eine Verbindungsbohrung im Nockenwellenversteller bzw. in angrenzenden Bauteilen (Zylinderkopf) kann Druckfluid in den Druckspeicher geleitet werden. Hier verschiebt es einen federvorgespannten Kolben um einen Kolbenhub und ist somit unter vorgegebenem Druck im Druckspeicher verfügbar. Bei Bedarf an Druckfluid kann Druckfluid aus dem Druckspeicher wieder abgezogen werden, wobei die Feder den Kolben verschiebt und so den Druck im Fluid aufrecht erhält.
Der Druckspeicher weist dabei ein Druckspeichergehäuse auf, das endseitig mit einem Deckel abgeschlossen werden muss, um ihn druckdicht zu gestalten. Dies hat einen entsprechenden fertigungstechnischen Aufwand und Kosten zur Folge. So muss ein separater Kanal zur Speisung des Druckspeichers gefertigt (gebohrt) und anschließend wieder (teilweise) verschlossen werden. Nach der Montage der beweglichen Teile des Druckspeicher-Systems muss der Druckspeicher durch einen zusätzlichen Deckel verschlossen bzw. abgedichtet werden.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass eine vereinfachte Fertigung und Montage des Druckspeichers ermöglicht wird. Damit soll die Herstellung des Nockenwellenverstellers insgesamt kostengünstiger werden. Durch Verringerung der benötigten Bauteile des Druckspeichers soll auch eine leichtere Konstruktion möglich werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Druckspeichergehäuse als separates Teil ausgebildet ist und an einem axialen Ende der Bohrung eine Stirnseite aufweist, die eine dem Durchmesser der Bohrung entsprechende kreisförmige Öffnung hat, wobei das Druckspeichergehäuse mit der Stirnseite unmittelbar und insbesondere frei von einem Deckelelement auf einer Wandung des Gehäuses der Vorrichtung aufgesetzt und hier befestigt ist.
Das Druckspeichergehäuse kann eine im wesentlichen zylindrische Form aufweisen. Es kann am Gehäuse (insbesondere am Zylinderkopfgehäuse) mittels einer Schraubenverbindung festgelegt sein.
Im Bereich der Stirnseite des Druckspeichergehäuses kann eine Dichtung, insbesondere eine Ringdichtung, angeordnet sein, die mit der Wandung des Gehäuses zusammenwirkt.
Der Kolben im Druckspeichergehäuse ist zumeist mittels eines Federelements, insbesondere mittels einer Schraubenfeder, vorgespannt.
In die Bohrung des Druckspeichergehäuses ist bevorzugt eine Hülse eingesetzt, deren innenzylindrischen Oberfläche die Laufbahn für die translatorische Bewegung des Kolbens bildet. Die Hülse kann mit Begrenzungsmitteln versehen sein, die den Kolben im in das Druckspeichergehäuse eingesetzten Zustand am Verlassen des Druckspeichergehäuses hindern. Diese Begrenzungsmittel können durch mindestens einen nasenartigen, radial nach innen gerichteten Vorsprung gebildet werden, der durch plastische Verformung von Material der Hülse gebildet ist. Hierbei sind bevorzugt mehrere, vorzugsweise drei bis fünf, nasenartige Vorsprünge vorhanden, die vorzugsweise äquidistant um den Umfang der Hülse herum angeordnet sind.
Die Hülse ist bevorzugt in die Bohrung des Druckspeichergehäuses eingepresst und/oder eingeklebt.
Die Erfindung schlägt also eine vereinfachte Fertigung und Montage des Druckspeichers in einem Anbaugehäuse (Druckspeichergehäuse) in einem hydraulischen Nockenwellenversteller vor.
Der Druckspeicher wird so in einem Anbaugehäuse (Druckspeichergehäuse) montiert, dass die Flanschfläche des Zylinderkopfs eine den druckbeaufschlagten Raum begrenzende Fläche bildet. Somit ist kein zusätzlicher Deckel mehr zur Abdichtung des mit Druck beaufschlagten Raums des Druckspeichers erforderlich, da nach der Montage des Anbaugehäuses (Druckspeichergehäuses) am Motor die Abdichtung direkt durch den Zylinderkopf (oder durch ein anderes Motorbauteil) erfolgt, wobei eine geeignete Dichtung vorgesehen wird.
Ein separater Ölkanal zur Speisung und Entleerung des Druckspeichers im Anbaugehäuse ist ebenfalls nicht mehr erforderlich, da der Druckspeicher direkt über einen im Zylinderkopf vorhandenen Ölkanal arbeiten kann und der mit Druck beaufschlagte Raum des Druckspeichers direkt an diesen münden kann.
Der Druckspeicher ist also in einem Anbaugehäuse so angeordnet, dass eine Flanschfläche des Zylinderkopfs oder eines anderen Motorenbauteils die Deckelfunktion übernimmt, damit den mit Druck beaufschlagten Raum des Druckspeichers begrenzt und/oder die Bauteile des Druckspeichers fixiert. Somit kann ein zusätzlicher Deckel für den Druckspeicher entfallen. Ein zusätzlicher Ölkanal zur Versorgung des Druckspeichers kann ebenfalls entfallen.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 die teilweise geschnitten dargestellte Seitenansicht eines Nockenwellenverstellers einer Brennkraftmaschine,
2 die Seitenansicht durch einen Druckspeicher in geschnittener Darstellung, wobei der Druckspeicher Bestandteil des Nockenwellenverstellers ist,
3 die Seitenansicht durch eine Hülse in geschnittener Darstellung, wobei die Hülse Bestandteil des Druckspeichers ist, und
4 in perspektivischer Darstellung die Hülse gemäß 3.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In 1 ist ein Nockenwellenversteller 1 einer Brennkraftmaschine dargestellt. Der Nockenwellenversteller 1 dient in bekannter Weise dazu, mittels eines hydraulisch betätigten (nicht dargestellten) Flügelrads eine Verstellung eines Innenrotors, der mit der Nockenwelle 2 der Brennkraftmaschine verbunden ist, relativ zu einem Antriebselement (Stator) 3 vorzunehmen, so dass eine Verstellung zwischen einem „Frühanschlag” und einem „Spätanschlag” erfolgen kann. Der Nockenwellenversteller 1 hat ein von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mittels eines Riemens angetriebenes Riemenrad 18. Das Antriebselement 3 rotiert beim Betrieb des Verbrennungsmotors mit Nockenwellendrehzahl um eine Drehachse.
Dieser Aufbau ist grundsätzlich bekannt, wozu auf die DE 39 29 619 A1 ausdrücklich Bezug genommen wird.
Das Nockenwellenverstellsystem umfasst auch ein Gehäuse 4, das vorliegend das Zylinderkopfgehäuse der Brennkraftmaschine ist. Dieses Gehäuse 4 hat eine Wandung 13, an der ein Betätigungselement 19 für die axiale Verschiebung eines Zentralventils angeschraubt ist. Gleichermaßen ist an die Wandung 13 ein Druckspeicher 5 angeschraubt.
Der Druckspeicher 5 ist als Kolben-Zylinder-System ausgebildet. Er weist einen Kolben 10 auf, der translatorisch verschieblich in einer Bohrung 9 in einem Druckspeichergehäuse 8 angeordnet ist. Hierdurch wird eine Druckkammer 6 vergrößert oder verkleinert, in der Druckfluid gespeichert werden kann. Das Speichern von Druckfluid erfolgt, indem der Kolben 10 gegen die Federkraft eines Federelements 15 in Form einer Schraubenfeder bewegt wird. Diese Konzeption eines Druckspeichers ist als solche bekannt.
Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist indes, dass das Druckspeichergehäuse 9 in einem axialen Endbereich eine Öffnung 12 aufweist, die kreisförmige ausgebildet ist und den Durchmesser der Bohrung 9 aufweist. In diesem Bereich des Druckspeichergehäuses 8 wird eine plane Stirnfläche 11 gebildet, die ausgebildet und vorgesehen ist, unmittelbar auf der Wandung 13 des Gehäuses 4 angesetzt und dort befestigt zu werden. Im Mündungsbereich der Wandung 13 zum Druckspeichergehäuse 8 endet eine Fluidleitung 7 (Ölversorgungsbohrung im Zylinderkopf), mit der die Druckkammer 6 mit Hydrauliköl versorgt werden kann. Insbesondere ist der stirnseitige Bereich des Druckspeichergehäuses 8 dort, wo er an der Wandung 13 anliegt, frei von einem Deckelelement, wie es im Stand der Technik der Fall ist. Vielmehr fungiert die Wandung 13 des Gehäuses 4 selber als abdichtender Deckel des Druckspeichergehäuses 8. Hierzu ist in einer Ringnut in der Stirnfläche 11 des Druckspeichergehäuses 8 eine Dichtung 14 angeordnet, die an der Wandung 13 anliegt.
Aus der vergrößerten Darstellung einer geringfügigen Variante des Druckspeichers 5 gemäß 2 gehen einige Details der vorgeschlagenen Lösung hervor. Zunächst ist hier eine Abflussbohrung 20 zu erwähnen. Weiterhin ist hier zu erkennen, dass in die Bohrung 9 des Druckspeichergehäuses 8 eine Hülse 16 eingesetzt (eingepresst und/oder eingeklebt) ist, die mit ihrer nach innen gerichteten zylindrischen Fläche die Lauffläche für den Kolben 10 bildet.
Wie wiederum am besten aus den 3 und 4 zu erkennen ist, sind im axial endseitigen Bereich der Hülse 16 Begrenzungsmittel 17 vorgesehen, die im montierten Zustand des Druckspeichers 5 verhindern, dass der federvorgespannte Kolben 10 aus der Hülse 16 bzw. dem Druckspeichergehäuse 8 herausfallen kann. Hierzu sind nasenförmige Verstemmungen aus dem Material der Hülse 16 vorgesehen, die sich radial nach innen erstrecken und so einen axialen Anschlag für den Kolben 10 bilden. Die Hülse 16 fungiert als Lauffläche für den Kolben 10 und verbessert auch dessen Führung; hierdurch werden optimale Laufeigenschaften sichergestellt.
Der Druckspeicher 5 weist also ein separates Druckspeichergehäuse (Anbaugehäuse) 8 auf, das am Gehäuse 4 (Zylinderkopfgehäuse) mittels Schrauben befestigt wird. Der Druckspeicher 5 mit seinem Druckspeichergehäuse 8 ist so montiert, dass eine die Druckkammer 6 begrenzende Fläche durch die Wandung 13 des Gehäuses 4 (Zylinderkopf) gebildet wird.
Der Kolben 10 ist im Druckspeicher 5 – wie erläutert – durch die Hülse 16 mit Vorsprüngen 17 (Einprägungen) fixiert, so dass die Bauteile des Druckspeichers 5 während des Transports und der Montage in ihrer Einbaulage gehalten werden. Die Vorsprünge 17 bieten des weiteren auch den Vorteil, dass der Kolben 10 in seinem Hub begrenzt werden kann und nicht an der Wandung 13 des Gehäuses 4 (Zylinderkopf) aufschlagen kann.
Die Fixierung der Bauteile im eingebauten Zustand kann alternativ auch durch die Wandung 13 selber übernommen werden.
Die Funktion der Hülse 16 (Fixierung des Kolbens und damit der Druckspeicher-Bauteile) kann auch, unter Verzicht auf diese, durch Einprägungen bzw. Vorsprünge direkt im Druckspeichergehäuse übernommen werden.
Möglich ist auch der nicht fixierte Einbau der Bauteil des Druckspeichers, allerdings sind dann besondere Handhabungsvorkehrungen für den Transport und die Montage nötig.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung (Nockenwellenversteller)
2: Nockenwelle
3: Antriebselement
4: Gehäuse (Zylinderkopfgehäuse)
5: Druckspeicher
6: Druckkammer
7: Fluidleitung
8: Druckspeichergehäuse
9: Bohrung
10: Kolben
11: Stirnseite
12: Öffnung
13: Wandung
14: Dichtung (Ringdichtung)
15: Federelement (Schraubenfeder)
16: Hülse
17: Begrenzungsmittel (nasenförmiger Vorsprung)
18: Riemenrad
19: Betätigungselement
20: Abschlussbohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1985813 A2 [0003]
DE 3929619 A1 [0003, 0022]

Claims

Vorrichtung (1) zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle (2) gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung (1) ein von der Kurbelwelle angetriebenes Antriebselement (3) umfasst, das gegenüber der Nockenwelle (2) drehbar gelagert ist, wobei zwischen dem Antriebselement (3) und der Nockenwelle (2) mindestens zwei Hydraulikkammern ausgebildet sind, die mit einem Druckfluid beaufschlagbar sind, um eine definierte relative Drehstellung zwischen dem Antriebselement (3) und der Nockenwelle (2) einzustellen, wobei die Vorrichtung (1) ein Gehäuse (4) aufweist, in dem das Antriebselement (3) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung (1) weiterhin einen Druckspeicher (5) umfasst, der, als federvorgespanntes Kolben-Zylinder-Element ausgebildet, eine Druckkammer (6) für Druckfluid aufweist, die mit einer Fluidleitung (7) in fluidischer Verbindung steht, wobei der Druckspeicher (5) ein Druckspeichergehäuse (8) aufweist und wobei das Druckspeichergehäuse (8) eine Bohrung (9) für die Aufnahme eines Kolbens (10) hat, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckspeicher gehäuse (8) als separates Teil ausgebildet ist und an einem axialen Ende der Bohrung (8) eine Stirnseite (11) aufweist, die eine dem Durchmesser der Bohrung (8) entsprechende kreisförmige Öffnung (12) hat, wobei das Druckspeichergehäuse (8) mit der Stirnseite (11) unmittelbar und insbesondere frei von einem Deckelelement auf einer Wandung (13) des Gehäuses (4) der Vorrichtung (1) aufgesetzt und hier befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckspeichergehäuse (8) eine im wesentlichen zylindrische Form aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckspeichergehäuse (8) am Gehäuse (4) mittels einer Schraubenverbindung festgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Stirnseite (11) des Druckspeichergehäuses (8) eine Dichtung (14), insbesondere eine Ringdichtung, angeordnet ist, die mit der Wandung (13) des Gehäuses (4) zusammenwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10) im Druckspeichergehäuse (8) mittels eines Federelements (15), insbesondere mittels einer Schraubenfeder, vorgespannt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Bohrung (9) des Druckspeichergehäuses (8) eine Hülse (16) eingesetzt ist, deren innenzylindrischen Oberfläche die Laufbahn für die translatorische Bewegung des Kolbens (10) bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (16) mit Begrenzungsmitteln (17) versehen sind, die den Kolben (10) im in das Druckspeichergehäuse (8) eingesetzten Zustand am Verlassen des Druckspeichergehäuses (8) hindern.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsmittel (17) durch mindestens einen nasenartigen, radial nach innen gerichteten Vorsprung gebildet werden, der durch plastische Verformung von Material der Hülse (16) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, vorzugsweise drei bis fünf, nasenartige Vorsprünge (17) vorhanden sind, die vorzugsweise äquidistant um den Umfang der Hülse (16) herum angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (16) in die Bohrung (9) des Druckspeichergehäuses (8) eingepresst und/oder eingeklebt ist.