DE102010025883A1

DE102010025883A1 - Rotor für einen Nockenwellenversteller und Nockenwellenversteller

Info

Publication number: DE102010025883A1
Application number: DE201010025883
Authority: DE
Inventors: Olaf Boese; Robert Kergaßner
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

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (5, 35) für einen Nockenwellenversteller (1, 31), mit einer Anzahl von sich radial nach außen erstreckenden Rotorflügel (9, 41), wobei in den Flügelenden der Rotorflügeln (9, 41) jeweils ein Dichtelement (3, 33) zur Leckagereduzierung positioniert sind, wobei die Dichtelemente (3, 33) jeweils unter Abdichtung in Umfangsrichtung über einen mit einem Hydraulikmedium beaufschlagbaren Radialspalt (19, 47) beweglich an den Rotorflügeln (9, 41) gelagert sind. Ein derart ausgebildeter Rotor (5, 35) bietet bei einfacher Montage eine kostengünstige Möglichkeit zur Verringerung der Leckage in einem Nockenwellenversteller (1, 31). Weiterhin betrifft die Erfindung einen Stator (7, 37) für einen Nockenwellenversteller (1, 31), der ebenfalls zur Verringerung der Leckage (1, 31) ausgebildet ist, ebenso wie einen Nockenwellenversteller (1, 31) mit einem vorgenannten Rotor (5, 35) und/oder einem vorgenannten Stator (7, 37).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Rotor für einen Nockenwellenversteller, mit einer Anzahl von sich radial nach außen erstreckenden Rotorflügeln, wobei in den Flügelenden der Rotorflügel jeweils ein Dichtelement zur Leckagereduzierung positioniert ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Rotor.
Hintergrund der Erfindung
Ein Rotor dient im Nockenwellenversteller der Unterstützung der gezielten Verstellung der Phasenlage zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle in einer Brennkraftmaschine. Hierzu ist er üblicherweise in einem drehfest mit der Kurbelwelle verbundenen Stator gehalten. Im eingebauten Zustand ist der Rotor drehfest mit der Nockenwelle verbunden und kann gegenüber dem Stator verstellt werden, wodurch eine Drehung der Nockenwelle gegenüber dem Stator in einem vorbestimmten Winkelbereich erreicht werden kann. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise gezielt die Leistung einer Brennkraftmaschine erhöhen oder deren Kraftstoffverbrauch senken.
Im eingebauten Zustand unterteilen die Flügel eines Rotors im Stator ausgebildete Druckkammern jeweils in Hydraulikkammern, die zur Steuerung des Nockenwellenverstellers mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt werden können. Es treten hierbei insbesondere an der Kontaktstelle zwischen den Stirnseiten der Rotorflügel und der Innenwand des Stators funktionsbedingte Spalte auf, wodurch das Hydraulikmedium unkontrolliert von einer in eine benachbarten Hydraulikkammer gelangen kann. Um diese unerwünschte Leckage zu verhindern, sind verschiedene Möglichkeiten zur Abdichtung bekannt.
Aus der DE 199 805 80 T1 ist beispielsweise ein Rotor der eingangs genannten Art bekannt, der als Teil einer Ventilzeitsteuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eingesetzt ist. Die Flügel des Rotors erstrecken sich radial nach außen und sind mit einer in axialer Richtung geschnittenen Haltenut an der Stirnfläche des Flügelendes versehen. In diese Haltenut kann ein separates Dichtelement eingepasst werden, welches in Gleitkontakt mit der inneren Umfangsfläche des Stators steht. Zusätzlich ist in der Nut eine Blattfeder angeordnet, die das Dichtelement im eingebauten Zustand gegen die Innenwandung des Stators drückt.
Weiter ist aus der DE 199 32 299 B4 eine Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung mit einem Rotor bekannt, wobei ebenfalls Federelemente eingesetzt sind. Hierbei sind die Rotorflügel in dem Rotorgrundkörper jeweils in einer Nut gehalten, wobei zwischen dem Nutgrund und der Unterseite der Flügel jeweils ein Abstandsraum gebildet ist. In den Abstandsräumen befinden sich Flügelandruckfedern, die eine radiale Anlage der Rotorflügel an der Innenfläche des Stators ermöglicht. Zur Unterstützung werden die Abstandsräume an den Unterseiten der Rotorflügel zusätzlich mit Öl aus den Druckkammern beaufschlagt.
Die vorgenannten Rotor-Ausgestaltungen bieten die Möglichkeit, die interne Leckage innerhalb eines Nockenwellenverstellers zu verringern. Allerdings ist bei beiden Rotoren die Verwendung eines Federelementes erforderlich, was erhöhte Kosten und einen zusätzlichen Montageaufwand verursacht.
Aufgabe der Erfindung
Es ist demnach eine erste Aufgabe der Erfindung, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Rotor anzugeben, der bei einfacher Montage eine kostengünstige Möglichkeit zur Verringerung der Leckage in einem Nockenwellenversteller bietet.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nockenwellenversteller mit einem solchen Rotor anzugeben.
Lösung der Aufgabe
Die erste Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Rotor für einen Nockenwellenversteller, mit einer Anzahl von sich radial nach außen erstreckenden Rotorflügeln, wobei in den Flügelenden der Rotorflügel jeweils ein Dichtelement zur Leckagereduzierung positioniert ist. Hierbei ist vorgesehen, dass die Dichtelemente unter Abdichtung in Umfangsrichtung über einen mit einem Hydraulikmedium beaufschlagbaren Radialspalt beweglich an den Rotorflügeln gelagert sind.
Die Erfindung berücksichtigt, dass die interne Leckage in einem Nockenwellenversteller durch zu breite Spalte zwischen den dortigen Hydraulikkammern hervorgerufen wird. Zur Minimierung dieser Leckage ist eine Verringerung der Spaltmaße notwendig. Dies wird üblicherweise durch die Verwendung von Dichtelementen erreicht, die in den Flügelenden der Rotorflügel eingesetzt oder an diesen befestigt werden. Diese Dichtelemente werden im Betrieb gegen die innere Statorwand gedrückt, um so die gewünschte Dichtwirkung zu entfalten. Hierzu müssen jedoch zusätzlich zu den Dichtelementen Federelemente eingesetzt werden, deren Verwendung sowohl den Montageaufwand eines Nockenwellenverstellers als auch die Kosten erhöht.
Die Erfindung erkennt, dass auf ein Federelement verzichtet werden kann, wenn Dichtelemente unter Abdichtung in Umfangsrichtung jeweils über einen mit einem Hydraulikmedium beaufschlagbaren Radialspalt beweglich an den Rotorflügeln gelagert sind. Die Radialspalte sind im eingebauten Zustand des Rotors in einem Nockenwellenversteller beidseitig mit den benachbarten Hydraulikkammern verbunden, so dass das Hydraulikmedium von den Kammern in die Radialspalte fließen kann. Durch den Druck, den das Hydraulikmedium auf die an den Rotorflügeln gelagerten Dichtelemente ausübt, werden diese an die innere Statorwand gepresst, wodurch sich die Leckspalte zwischen dem Rotorflügel und der Statorinnenwand verringert. Der Radialspalt ist in Umfangsrichtung abgedichtet, so dass hierdurch kein Durchtritt von Hydraulikmedium möglich ist.
Durch das Zusammenspiel der mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbaren Radialspalte und der beweglichen Lagerung der Dichtelemente wird im montierten Zustand eine Verringerung der Spaltmaße erreicht, durch die die gewünschte Dichtwirkung zwischen den benachbarten Hydraulikkammern innerhalb des Nockenwellenverstellers gewährleistet werden kann. Auf die Verwendung separater Federelemente zur Leckagereduzierung kann verzichtet werden.
Mit anderen Worten wird das bisherige Dichtungskonzept zwischen Rotor und Stator, welches durch die Kombination von Dicht- und Federelement umgesetzt wurde, nunmehr durch beweglich gelagerte Dichtelemente ersetzt.
Die Dichtelemente können auf unterschiedliche Weise an den Rotorflügeln gelagert sein. Sie können beispielsweise radial verschiebbar an der Stirnfläche der Rotorflügel gelagert sein. Bei einer solchen Ausgestaltung ist der Radialspalt zwischen dem Dichtelement und der Stirnfläche des jeweiligen Rotorflügels ausgebildet. Das Dichtelement wird durch die Beaufschlagung mit dem Hydraulikmedium radial nach außen gegen die Statorwandung gedrückt.
Ebenso ist es möglich, dass die Dichtelemente innerhalb der Rotorflügel gelagert sind. Hierzu können die Rotorflügel beispielsweise mit einer Nut ausgebildet, in denen die Dichtelemente beweglich gelagert sind. Die bewegliche Lagerung ermöglicht vorzugsweise eine radiale Bewegung des ganzen Dichtelements durch die Beaufschlagung des Radialspalts mit Hydraulikmedium. Der jeweilige Radialspalt ist dann innerhalb des Rotorflügels ausgebildet.
Eine weitere Möglichkeit stellt die Lagerung radial verformbarer Dichtelemente dar. Die Dichtelemente können an den Rotorflügeln befestigt und in radialer Richtung verformbar ausgebildet sein. Dies ist beispielsweise bei der Verwendung eines elastischen Materials möglich, welches sich bei der Einwirkung von Druck verformt. Dabei bildet die Befestigung idealerweise zugleich die Abdichtung des Radialspalts in Umfangsrichtung. Eine Ausgestaltung eines Dichtelements, welches gleichzeitig sowohl verformbar als auch verschiebbar gelagert ist, ist ebenfalls möglich. Die Wahl des Materials kann hierbei grundsätzlich den im Betrieb wirkenden Kräften und Einflüssen entsprechend gewählt werden kann.
Die Radialspalte können, wie vorhergehend bereits erläutert in Abhängigkeit der verwendeten Dichtelemente beispielsweise zwischen der Stirnfläche der Rotorflügel und dem Dichtelement oder im Grundkörper der Rotorflügel ausgebildet sein. Die Radialspalte sind jeweils zumindest auf einer Seite der Rotorflügel in deren Oberfläche ausgebildet. Sie können mit einer variablen radialen Breite ausgebildet sein und sich axial unterschiedlich weit in die Rotorflügel hinein erstrecken. Hierbei kann insbesondere ein Teil jedes Radialspalts in axialer Richtung durchgängig innerhalb der Rotorflügel ausgebildet sein, so dass ein in den Radialspalten positioniertes Dichtelement dort axial geführt werden kann. Die Radialspalte können bei der Herstellung des Rotors unmittelbar ohne aufwändige Zusatzschritte in die Rotorflügel eingebracht werden. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung einer entsprechenden Form in einem Spritzguss- oder Sinterverfahren erfolgen.
Grundsätzlich ist es auch möglich, dass zusätzlich in den Radialspalten der Rotorflügel jeweils ein Federelement positioniert ist, welches das durch die Hydraulikflüssigkeit nach außen gegen die Statorwand gedrückte Dichtelement hinsichtlich seiner Dichtwirkung unterstützt. Die Dichtwirkung kann also gemäß einer solchen Ausgestaltung durch die Kombination von hydraulischer Beaufschlagung der Radialspalten und der radial nach außen gerichteten Kraft der Federelemente erreicht werden.
Der Rotor selbst ist üblicherweise mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Grundkörper ausgebildet. Die Anzahl der im Grundkörper angeordneten Rotorflügel kann in Abhängigkeit des einzustellenden Verstellwinkels variabel sein. Grundsätzlich gilt hierbei, dass je mehr Rotorflügel an einem Rotorgrundkörper angeordnet sind, desto geringer der einstellbare Verstellwinkel ist. Die Rotorflügel können an dem Rotorgrundkörper als separate Komponenten angebracht sein oder bevorzugt einteilig mit diesen hergestellt sein.
Die Rotorflügel erstrecken sich in radialer Richtung, so dass sie im eingebauten Zustand mit ihren Flügelenden am Innenumfang bzw. an der inneren Mantelfläche eines Stators anliegen. Die Flügelenden erstrecken sich in Umfangsrichtung vorzugsweise mit einem dem Innenradius des Stators entsprechenden äußeren Radius, um im Betrieb beispielsweise ein Verkanten der Flügelenden an der inneren Mantelfläche des Stators zu vermeiden. Zur Beaufschlagung weist der Rotor insbesondere Ölkanäle in seinem Grundkörper auf, durch die Öl in die Druckkammern des Stators bzw. des Nockenwellenverstellers gepumpt werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der oder jeder Radialspalt jeweils als Spaltnut in den Rotorflügel eingebracht. Die Spaltnuten erstrecken sich derart, dass sie jeweils endseitig mit zwei zueinander benachbarten Hydraulikkammern in Kontakt stehen. Diese Ausgestaltung ermöglicht das gleichmäßige Eindringen von Flüssigkeit auf beiden Seiten der Spaltnuten. Der radiale Abstand der Spaltnuten zur Stirnseite der Rotorflügel kann je nach Rotor und verwendeten Dichtelement unterschiedlich sein. Zur Abdichtung in Umfangsrichtung kann ein Steg oder dergleichen vorgesehen sein.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind in die Rotorflügel jeweils axial beidseitig Radialspalte eingebracht. Mit anderen Worten sind zumindest zwei Radialspalte in einem Rotorflügel eingebracht, die in axialer Richtung gegenüberliegend in den Oberflächen des jeweiligen Rotorflügels ausgebildet sind. Die in den Rotorflügeln gelagerten Dichtelemente können auf diese Weise bei einer Beaufschlagung mit Hydraulikmedium gleichmäßig radial nach außen gegen die Statorwand gedrückt werden, wodurch die gewünschte Dichtwirkung erreicht wird. Auch bei dieser Ausgestaltung sind die Radialspalte vorzugsweise als Spaltnuten ausgebildet.
Vorzugsweise sind die Dichtelemente jeweils mit einem sich radial in Richtung des Rotormittelpunkts erstreckenden Dichtschwert ausgebildet, wobei sich die Dichtschwerter jeweils in die Radialspalte erstrecken. Somit unterteilen die Dichtschwerter die Radialspalte in zwei voneinander getrennte Spaltbereiche oder Nutbereiche, wodurch im Betrieb des Nockenwellenverstellers der Kontakt zwischen den Hydraulikkammern unterbunden wird. Auf diese Weise kann ein Kurzschluss sicher verhindert werden, so dass eine störungsfreie Funktion des Nockenwellenverstellers gewährleistet ist.
Bevorzugt sind die Dichtelemente jeweils mit einem im Wesentlichen T-förmigen Querschnitt ausgebildet. Eine solche Ausgestaltung der Dichtelemente bietet eine ausreichend große Anpressfläche, um durch den vom Hydraulikmedium auf die Unterseite der Dichtelemente wirkenden Druck radial nach außen gedrückt zu werden. Weiterhin ist das Dichtschwert als Teil des Dichtelements einteilig mit diesem zu fertigen.
Vorteilhafterweise sind die Flügelenden der Rotorflügel zur Lagerung der Dichtelemente jeweils mit einer sich in axialer Richtung erstreckenden Führungsnut ausgebildet, wobei Führungsnut und Dichtelement jeweils eine radiale Schubführung bilden. Dies bedeutet, dass die Dichtelemente im Sinne eines Lineargleitlagers geführt verschiebbar in den Führungsnuten gelagert sind. Grundsätzlich sind hierbei verschiedene geometrische Ausgestaltungen der Führungsnuten denkbar, die eine sichere Abdichtung der Hydraulikkammern voneinander gewährleisten. Die Führungsnuten ermöglichen eine kostengünstige und schnell umsetzbare Montage, da das Dichtelement vor dem Zusammenbau des Nockenwellenverstellers axial in die Führungsnut des Rotorflügels geschoben werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Führungsnuten jeweils mit wenigstens einer radialen Anschlagfläche zur verliersicheren Positionierung der Dichtelemente ausgebildet. Die Anschlagfläche verhindert ein radiales Herausfallen des Dichtelements, welches wie zuvor beschrieben vorzugsweise axial in die Führungsnut geschoben ist. So ist eine Lieferung eines Rotors zum Kunden im vormontierten Zustand möglich.
Bevorzugt weisen die Führungsnuten jeweils eine Führungsvertiefung auf, in denen die Dichtschwerter der Dichtelemente geführt sind. Die Führungsvertiefungen erstrecken sich in axialer Richtung vorzugsweise über die ganze axiale Länge der Rotorflügel, so dass ein in einer Führungsnut eingebrachtes Dichtelement dort gehalten und auch bei hoher Beanspruchung, also bei der Beaufschlagung der Radialspalte mit Hydraulikmedium, sicher positioniert ist. Die radiale Länge der Führungsvertiefungen in Richtung des Rotormittelpunkts ist vorzugsweise der radialen Länge des Dichtschwerts angepasst. Diese Ausgestaltung verhindert insbesondere das Herausrutschen eines geführten Dichtschwerts aus einer Führungsvertiefung, wodurch im ungünstigsten Fall ein Kurzschluss zwischen den durch das Dichtschwert getrennten Hydraulikkammern hervorgerufen würde.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind in den Rotorflügeln jeweils sich radial nach außen erstreckende Dichtschwerter zur Positionierung eines Dichtelements ausgebildet, die sich jeweils in die entlang der Umfangsrichtung verlaufenden Radialspalte erstrecken. Die eingesetzten Dichtelemente können beispielsweise mit einem U-förmigen Querschnitt ausgebildet sein. Sie sind bevorzugt mit einer Vertiefung oder einer Nut ausgebildet, in die das Dichtschwert des Rotorflügels im eingebauten Zustand eingreifen kann. Das Dichtschwert dient auch hier der Verhinderung eines Kurzschlusses zwischen den beiden Hydraulikkammern im Nockenwellenversteller und kann als Teil des Rotorflügels ebenfalls bei der Herstellung mit dem Rotor in einem Arbeitsschritt gefertigt werden.
Insgesamt besteht also die Möglichkeit, ein Dichtschwert entweder als Teil eines Dichtelements auszubilden oder dieses als Teil eines Rotorflügels in diesen einzubringen. Auch eine Ausgestaltung mit beiden Varianten, also die Verwendung eines Dichtelements und eines Rotors mit jeweils einem Dichtschwert ist grundsätzlich möglich.
Die Erfindung betrifft in gleichem Maße einen Stator für einen Nockenwellenversteller. Der Stator weist eine Anzahl von sich radial nach innen erstreckenden Stegen auf, wobei in den Stegenden jeweils ein Dichtelement zur Leckagereduzierung positioniert ist. Es ist hierbei vorgesehen, dass die Dichtelemente jeweils unter Abdichtung in Umfangsrichtung über einen mit einem Hydraulikmedium beaufschlagbaren Radialspalt beweglich an den Stegen gelagert sind.
Innerhalb des Stators sind die Druckkammern durch dessen sich radial nach innen erstreckende Stege gebildet. In den Druckkammern können im eingebauten Zustand die sich radial nach außen erstreckenden Flügel des Rotors positioniert werden, so dass jeweils zwischen den Stegen des Stators und den Rotorflügels Hydraulikkammern zur Beaufschlagung mit einem Hydraulikmedium entstehen. An den Stegen des Stators können weiterhin Flügelanschlagflächen ausgebildet sein, an denen im eingebauten Zustand die Flügel eines Rotors anschlagen können.
Wie auch an der Kontaktstelle zwischen den Stirnseiten der Rotorflügel und der Innenwand des Stators treten an der Kontaktstelle der Stegenden mit dem Grundkörper des Rotors funktionsbedingte Spalte auf, wodurch das Hydraulikmedium unkontrolliert von einer in eine benachbarte Hydraulikkammer gelangen kann. Dementsprechend ist auch an diesen Stellen eine sichere Abdichtung der Hydraulikkammern voneinander notwendig. Diese Abdichtung kann, analog zu an den Rotorflügels gelagerten Dichtelementen, auch durch an den Stegenden des Stators gelagerte Dichtelemente erreicht werden.
Die Stege des Stators erstrecken sich in radialer Richtung, so dass sie im eingebauten Zustand mit ihren Stegenden, mit anderen Worten also mit den Stirnseiten der Stege, am Außenumfang bzw. an der äußeren Mantelfläche des Rotors anliegen. Die Stegenden erstrecken sich in Umfangsrichtung vorzugsweise mit einem dem Außenradius des Rotorgrundkörpers entsprechenden Radius, um im Betrieb beispielsweise ein Verkanten der Stegenden an der am Rotor zu vermeiden.
Die an den sich radial nach innen erstreckenden Stegenden positionierten Dichtelemente werden im Betrieb durch den Druck des Hydraulikmediums gegen den Außenumfang des Rotorgrundkörpers radial nach innen gedrückt. Die hierbei erreichte Reduzierung der radialen Leckspalte zwischen den Stegenden und dem Rotorgrundkörper ermöglicht ebenfalls den Betrieb eines Nockenwellenverstellers ohne die Verwendung eines zusätzlichen Federelements zur Unterstützung des Dichtelements.
Mit anderen Worten betrifft die Erfindung entsprechend auch einen Stator, der durch die Lagerung von Dichtelementen an seinen Stegenden die Abdichtung von Hydraulikkammern voneinander ermöglicht.
Da die Dichtelemente sowohl in den Flügelenden eines Rotors als auch in den Stegenden eines Stators die gleiche Dichtfunktionalität aufweisen, lassen sich die vorgenannten vorteilhaften Ausgestaltungen für den Rotor sinngemäß auf den Stator übertragen. Hierbei sind die Flügel des Rotors sinngemäß durch die Stege des Stators zu ersetzen.
Die zweite Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine, umfassend einen Stator entsprechend der vorgenannten Ausgestaltung, und/oder einen innerhalb des Stators angeordneten, relativ zu diesem drehbaren Rotor entsprechend einer ebenfalls vorgenannten Ausgestaltung, wobei die an den Rotorflügeln gelagerten Dichtelemente gegenüber der inneren Mantelfläche des Stators abdichten und/oder wobei die an den Stegen des Stators gelagerten Dichtelemente gegenüber dem Rotor abdichten.
Die Dichtwirkung beruht, wie eingangs bereits erläutert, darauf, dass die Dichtelemente durch den im Betrieb des Nockenwellenverstellers auf sie wirkenden Druck des Hydraulikmediums die Hydraulikkammern durch Verringerung der Spaltmaße voneinander abdichten. Die hierbei erreichte Reduzierung der radialen Leckspalte ermöglicht den Betrieb eines Nockenwellenverstellers ohne die Verwendung eines zusätzlichen Federelements.
Die Dichtelemente im Nockenwellenversteller können entweder am Rotor oder am Stator oder auch gleichzeitig an beiden Teilen gelagert sein. Dementsprechend erfolgt die Abdichtung der Hydraulikkammern voneinander entweder durch Dichtelemente zwischen den Rotorflügeln und der Innenwand des Stators, durch Dichtelemente zwischen den Stegen des Stators und dem Rotorgrundkörper oder zugleich durch Dichtelemente an beiden Positionen.
Die Bewegung der Dichtelemente ist hierbei abhängig von ihrer Positionierung. Im Falle der Lagerung am Flügelende Rotorflügel werden die Dichtelemente durch den Druck des Hydraulikmediums radial nach außen gegen die Statorwand gedrückt, wohingegen sie im Falle der Lagerung am Stegende radial nach innen gegen den Rotorgrundkörper gedrückt werden.
Der Nockenwellenversteller ist neben einem Stator und einem Rotor üblicherweise noch mit einem Dichtdeckel sowie mit einem Verriegelungsdeckel ausgebildet. Der Verriegelungsdeckel ist vorzugsweise mit dem Stator verbunden und begrenzt die Druckkammern nockenwellenseitig. Er dient der Abdichtung des Druckraums nach außen hin und verhindert so ein kontrolliertes Auslaufen von Hydraulikflüssigkeit. Hierdurch wird auch die externe Leckage eines Nockenwellenverstellers verringert. In dem Verriegelungsdeckel ist üblicherweise eine Kulisse ausgebildet, die dem Eingriff eines Verriegelungskolbens dient, und somit der festen Positionierung von Stator und Rotor in einer vorgesehenen Position dient.
Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich jeweils in den auf den Rotor und den Stator gerichteten Unteransprüchen, die sinngemäß auf den Nockenwellenversteller übertragen werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung in einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 einen Ausschnitt aus einem Nockenwellenversteller mit einem Dichtelement in einem Längsschnitt sowie in einer dreidimensionalen Darstellung,
2 einen Ausschnitt aus einem weiteren Nockenwellenversteller mit einem Dichtelement in einer dreidimensionalen Darstellung, und
3 ein Dichtelement mit einem im Wesentlichen T-förmigen Querschnitt in einer dreidimensionalen Darstellung sowie in einem Längsschnitt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Nockenwellenversteller 1 mit einem als Dichtleiste ausgebildeten Dichtelement 3 in einem Längsschnitt sowie in einer dreidimensionalen Darstellung.
Der Nockenwellenversteller 1 hat einen Rotor 5, der innerhalb eines Stators 7 positioniert ist. Der Rotor 5 ist einstückig mit einer Anzahl von sich radial nach außen erstreckenden Rotorflügeln 9 ausgebildet. Die Rotorflügel 9 unterteilen die Druckkammern innerhalb des Stators 7 in benachbarte Hydraulikkammern 11. Von den Rotorflügeln 9 ist in 1 aufgrund der Darstellung des gezeigten Ausschnitts nur ein Rotorflügel 9 zu sehen. Die folgende Beschreibung gilt selbstverständlich für den ganzen Rotor 5.
Die Rotorflügel 9 weisen an ihren Flügelenden 13 jeweils eine sich in axialer Richtung erstreckende Führungsnut 15 auf. Die Führungsnuten 15 sind jeweils mit einer sich radial in Richtung des Rotormittelpunkts erstreckenden Führungsvertiefung 17 zur Führung der Dichtelemente 3 ausgebildet. Sie ermöglichen eine kostengünstige und rasche Montage, da die Dichtelemente 3 vor dem Zusammenbau des Nockenwellenverstellers 1 axial in die Führungsnuten 15 geschoben werden können. Hierbei bilden jeweils eine Führungsnut 15 und ein Dichtelement 3 eine radiale Schubführung. Die Dichtelemente 3 sind entsprechend geführt verschiebbar in den Führungsnuten 15 gelagert.
Die Führungsnuten 15 sind weiterhin mit zwei Anschlagflächen 18 ausgebildet. Zusätzlich zur vereinfachten Montage in den Führungsnuten 15 wird durch die Anschlagflächen 18 eine Verliersicherung der Dichtelemente 3 gewährleistet. Die Anschlagflächen 18 verhindern, dass die in den Führungsnuten 15 positionierten Dichtelemente 3 in radialer Richtung aus diesen hinaus rutschen. So ist beispielsweise auch eine Lieferung eines Rotors 5 zum Kunden im vormontierten Zustand möglich.
Zur Leckagereduzierung innerhalb des Nockenwellenverstellers 1 ist weiterhin in die Rotorflügel 9 an ihren Flügelenden 13 jeweils ein als Spaltnut ausgebildeter Radialspalt 19 eingebracht. Die Spaltnut ist mit einem Hydraulikmedium beaufschlagbar. Hierzu ist sie beidseitig mit den benachbarten Hydraulikkammern 11 verbunden, so dass Hydraulikmedium aus beiden Hydraulikkammern 11 in die Spaltnut 19 fließen kann. Durch den Druck des Hydraulikmediums werden die in den Rotorflügeln 9 verschiebbar gelagerten Dichtelemente 3 an die innere Statorwand 21 gepresst. Auf diese Weise wird der radiale Leckspalt zwischen den Flügelenden 13 der Rotorflügel 9 und der inneren Statorwand 21 verringert. Auf die Verwendung eines separaten Federelements zur Leckagereduzierung kann verzichtet werden.
Zusätzlich ist in jedem Rotorflügel 9 auf der axial abgewandten, nicht sichtbaren Seite jeweils eine weitere als Radialspalt ausgebildete Spaltnut eingebracht. Die in den Rotorflügeln 9 gelagerten Dichtelemente 3 können auf diese Weise bei einer Beaufschlagung mit Hydraulikmedium axial gleichmäßig nach außen gegen die Statorwand 21 gedrückt werden, wodurch die gewünschte Dichtwirkung erreicht wird.
Die Dichtelemente 3 sind mit einem im Wesentlichen T-förmigen Querschnitt ausgebildet und weisen jeweils ein sich in radialer Richtung erstreckendes Dichtschwert 23 auf, durch welches die beiden benachbarten Hydraulikkammern 11 voneinander getrennt sind, um einem Kurzschluss vorzubeugen. Hierzu sind die Dichtschwerter 23 der Dichtelemente 3 jeweils in den Führungsvertiefungen 17 der Rotorflügel 9 geführt. Durch die Positionierung der Dichtschwerter 23 in den Führungsvertiefungen 17 sind die Dichtelemente 3 auch gegen ein Verkippen gesichert.
Der im wesentliche T-förmige Querschnitt der Dichtelemente 3 bietet außerdem eine ausreichend große Anpressfläche 25, um die Dichtelemente 3 im eingebauten Zustand durch den vom Hydraulikmedium übertragenen Druck radial nach außen zu drücken.
In 2 ist ein Ausschnitt aus einem weiteren Nockenwellenversteller 31 in einer dreidimensionalen Darstellung mit einem Dichtelement 33 zu sehen. Die Beschreibung kann grundsätzlich von 1 auf den vorliegenden Nockenwellenversteller 31 übertragen werden. Auch in 2 ist nur ein Ausschnitt des Nockenwellenverstellers 31 gezeigt, wobei auch hier die Beschreibung für die den ganzen Nockenwellenversteller 1 gilt.
Der Rotor 35 des Nockenwellenverstellers 31 ist in einem Stator 37 positioniert, wobei in den Flügelenden 39 der Rotorflügel 41 Führungsnuten 43 eingebracht sind, die der Positionierung der Dichtelemente 33 dienen. Der Rotor 35 ist einstückig gefertigt.
Die Rotorflügel 41 unterteilen die Druckkammern innerhalb des Stators 37 in Hydraulikkammern 45. Die Hydraulikkammern 45 sind jeweils über als Spaltnuten 47 ausgebildete Radialspalte miteinander verbunden. Die Spaltnuten 47 sind mit einem Hydraulikmedium aus den Hydraulikkammern 45 beaufschlagbar, wobei durch den Druck des Hydraulikmediums die in den Rotorflügeln 41 positionierten Dichtelemente 33 an die innere Statorwand 49 gepresst werden und so die Hydraulikkammern 45 voneinander abdichten.
Zusätzlich ist jeweils, wie auch in 1, in jedem Rotorflügel 41 eine weitere, nicht gezeigte Spaltnut in der der ersten Spaltnut 47 gegenüberliegenden Oberfläche eingebracht, so dass die in den Rotorflügeln 41 gelagerten Dichtelemente 33 bei einer Beaufschlagung mit einem Hydraulikmedium in radialer Richtung gleichmäßig nach außen gegen die Statorwand 49 gedrückt werden können.
Im Unterschied zu 1 sind die Dichtelemente 33 in 2 jeweils mit einem im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt ausgebildet. Die Dichtelemente 33 weisen entsprechend Nuten 51 aus, in denen die Dichtschwerter 53 geführt sind. Die Dichtschwerter 53 sind im Unterschied zu 1 jeweils nicht als Teil der Dichtelemente 33 ausgebildet, sondern als Teil der Rotorflügel 41. Die Dichtschwerter 53 erstrecken sich weiterhin jeweils in die Spaltnuten 47 zur Leckagereduzierung. Hierdurch wird ein Kontakt zwischen den Hydraulikkammern 45 unterbunden und damit ein Kurzschluss verhindert.
Die Dichtelemente 33 weisen jeweils eine Anpressfläche 55 auf, um die Dichtelemente 33 im eingebauten Zustand durch den vom Hydraulikmedium übertragenen Druck radial nach außen zu drücken.
Die Dichtelemente 33 können bei der Montage axial in die Führungsnuten 43 eingeschoben werden. Zur verliersicheren Positionierung der Dichtelemente 33 in den Führungsnuten 43 sind diese jeweils mit zwei Anschlagflächen 57 ausgebildet. Die Anschlagflächen 57 verhindern, dass die Dichtelemente 33 radial aus den Führungsnuten 43 rutschen können.
3 zeigt das Dichtelement 3 mit seinem im Wesentlichen T-förmigen Querschnitt gemäß 1 in einer dreidimensionalen Darstellung sowie in einem Längsschnitt. Hier ist deutlich die axiale Länge des Dichtelements 3 zu erkennen. Das Dichtelement 3 ist im eingebauten Zustand des Nockenwellenverstellers 1 in der Spaltnut 19 eines Rotorflügels 9 geführt. Das Dichtschwert 23 des Dichtelements 3 greift dann in die Führungsvertiefung 17 innerhalb des Rotorflügels 9 ein und bietet so die Möglichkeit der Abdichtung zweier Hydraulikkammern 11 voneinander. Deutlich zu erkennen ist auch die Anpressfläche 25, gegen die das Hydraulikmedium im eingebauten Zustand wirkt.
Im Hinblick auf eine detaillierte Beschreibung, sowohl hinsichtlich des Dichtelements 3 als auch des Nockenwellenverstellers 1, mit einem solchen Dichtelement 3 wird an dieser Stelle auf die vorhergehenden Beschreibungen verwiesen.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellenversteller
3: Dichtelemente
5: Rotor
7: Stator
9: Rotorflügel
11: Hydraulikkammern
13: Flügelende
15: Führungsnut
17: Führungsvertiefung
18: Anschlagfläche
19: Nut
21: innere Statorwand
23: Dichtschwert
25: Anpressfläche
31: Nockenwellenversteller
33: Dichtelemente
35: Rotor
37: Stator
39: Flügelende
41: Rotorflügel
43: Führungsnut
44: Rotorgrundkörper
45: Hydraulikkammern
47: Nut
49: innere Statorwand
51: Ausnehmung
53: Dichtschwert
55: Anpressfläche
57: Anschlagfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19980580 T1 [0004]
DE 19932299 B4 [0005]

Claims

Rotor (5, 35) für einen Nockenwellenversteller (1, 31), mit einer Anzahl von sich radial nach außen erstreckenden Rotorflügeln (9, 41), wobei in den Flügelenden (13, 39) der Rotorflügel (9, 41) jeweils ein Dichtelement (3, 33) zur Leckagereduzierung positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (3, 33) jeweils unter Abdichtung in Umfangsrichtung über einen mit einem Hydraulikmedium beaufschlagbaren Radialspalt (19, 47) beweglich an den Rotorflügeln (9, 41) gelagert sind.
Rotor (5, 35) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Radialspalt (19, 47) als Spaltnut in den Rotorflügel (9, 41) eingebracht ist.
Rotor (5, 35) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Rotorflügel (9, 41) jeweils axial beidseitig Radialspalte (19, 47) eingebracht sind.
Rotor (5, 35) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (3, 33) jeweils mit einem sich radial in Richtung des Rotormittelpunkts erstreckenden Dichtschwert (23) ausgebildet sind, welches sich in die Radialspalte (19, 47) erstreckt.
Rotor (5, 35) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (3, 33) jeweils mit einem im Wesentlichen T-förmigen Querschnitt ausgebildet sind.
Rotor (5, 35) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelenden (13, 39) der Rotorflügel (9, 41) zur Lagerung der Dichtelemente (3, 33) jeweils mit einer sich in axialer Richtung erstreckenden Führungsnut (15, 43) ausgebildet sind, wobei Führungsnut (15, 43) und Dichtelement (3, 33) eine radiale Schubführung bilden.
Rotor (5, 35) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsnuten (15, 43) jeweils mit wenigstens einer radialen Anschlagfläche (18, 57) zur verliersicheren Positionierung der Dichtelemente (3, 33) ausgebildet sind.
Rotor (5, 35) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsnuten (15) jeweils eine Führungsvertiefung (17) aufweisen, in denen die Dichtschwerter (23) der Dichtelemente (3) geführt sind.
Rotor (5, 35) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Rotorflügeln (9, 41) jeweils sich radial nach außen erstreckende Dichtschwerter (53) zur Positionierung eines Dichtelements (33) ausgebildet sind, die sich jeweils in die entlang der Umfangsrichtung verlaufenden Radialspalte (47) erstrecken.
Stator (7, 37) für einen Nockenwellenversteller (1, 31), mit einer Anzahl von sich radial nach innen erstreckenden Stegen, wobei in den Stegenden jeweils ein Dichtelement (3, 33) zur Leckagereduzierung positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (3, 33) jeweils unter Abdichtung in Umfangsrichtung über einen mit einem Hydraulikmedium beaufschlagbaren Radialspalt (19, 47) beweglich an den Stegen gelagert sind.
Nockenwellenversteller (1, 31) für eine Brennkraftmaschine, umfassend einen Stator (7, 37) nach Anspruch 10 und/oder einen innerhalb des Stators (7, 37) angeordneten, relativ zu diesem drehbaren Rotor (5, 35) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die an den Rotorflügeln (9, 41) gelagerten Dichtelemente (3, 33) gegenüber der inneren Mantelfläche (21, 49) des Stators abdichten und/oder wobei die an den Stegen des Stators (7, 37) gelagerten Dichtelemente (3, 33) gegenüber dem Rotor (5, 35) abdichten.