DE102011079183A1 - Nockenwellenversteller - Google Patents

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Anordnung eines Nockenwellenverstellers (1), welcher eine variable Druckübersetzung ermöglicht, in dem ein Drehkolben (7) des Nockenwellenversteller (1) ein erstes Arbeitskammerpaar mit einem in axialer Richtung (23) angeordneten zweiten Arbeitskammerpaar fluidleitend verbindet oder trennt.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller.
• Hintergrund der Erfindung
• Nockenwellenversteller werden in Verbrennungsmotoren zur Variation der Steuerzeiten der Brennraumventile eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Die Anpassung der Steuerzeiten an die aktuelle Last und Drehzahl senkt den Verbrauch und die Emissionen. Zu diesem Zweck sind Nockenwellenversteller in einen Antriebsstrang integriert, über welche ein Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb realisiert sein.
• Bei einem hydraulischen Nockenwellenversteller bilden das Abtriebselement und das Antriebselement ein oder mehrere Paare gegeneinander wirkende Druckkammern aus, welche mit Öldruck beaufschlagbar sind. Antriebselement und Abtriebselement sind hierbei koaxial angeordnet. Durch die Befüllung und Entleerung einzelner Druckkammern wird eine Relativbewegung zwischen Antriebselement und Abtriebselement erzeugt. Die auf zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement rotativ wirkende Feder drängt das Antriebselement gegenüber dem Abtriebselement in eine Vorteilsrichtung. Diese Vorteilsrichtung kann gleichläufig oder gegenläufig zu der Verdrehrichtung sein.
• Eine verbreitete Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Flügelzellenversteller. Flügelzellenversteller weisen einen Stator, einen Rotor und ein Antriebselement auf. Der Rotor ist meist mit der Nockenwelle drehfest verbunden und bildet das Abtriebselement. Der Stator und das Antriebselement werden ebenfalls untereinander drehfest verbunden und sind ggf. auch einteilig ausgebildet. Dabei befindet sich der Rotor koaxial zum Stator und innerhalb des Stators. Rotor und Stator prägen mit deren, sich radial erstreckenden Flügeln, gegensätzlich wirkende Ölkammern aus, welche durch Öldruck beaufschlagbar sind und eine Relativbewegung zwischen Stator und Rotor ermöglichen. Weiterhin weisen die Flügelzellenversteller diverse Abdichtdeckel auf. Stator, Antriebselement und Abdichtdeckel werden über mehrere Schraubenverbindungen gesichert.
• Eine andere bekannte Bauart von hydraulischen Nockenwellenverstellern ist der Axialkolbenversteller. Hierbei wird über Öldruck ein Verschiebeelement axial verschoben, welches über Schrägverzahnungen eine Relativverdrehung zwischen einem Antriebselement und einem Abtriebselement erzeugt.
• Die US 2009/0173297 A1 zeigt einen hydraulisch betätigbaren Nockenwellenversteller, der ein Antriebsrad und koaxial dazu einen Stator mit zwei zum Stator konzentrisch angeordneten Rotoren aufweist. Der Stator ist einteilig oder aus mehreren Bauelementen ausgebildet. Die Rotoren und der Stator besitzen radial gerichtete Flügel. Durch diese Flügel bildet der Stator mit den Rotoren Arbeitskammern aus, die mit Hydraulikmittel druckbeaufschlagbar sind, so dass eine Relativdrehung um die Drehachse des Nockenwellenverstellers zwischen dem jeweiligen Rotor und dem Stator erfolgt. Eine zwischen den Rotoren angeordnete Trennwand teilt die Rotoren axial voneinander ab. Jeder Rotor kann mit einer Nockenwelle verbunden sein. In dem Fall ist die Nockenwelle als Hohlwelle ausgebildet, während die andere aus Vollmaterial besteht. Beide Nockenwellen sind konzentrisch zueinander angeordnet. Die den Nockenwellen entsprechend zugeordneten Nocken sind mit ihrer Nockenwelle derart verbunden, so dass eine umfangsseitige Relativdrehung der Nocken bzw. der jeweiligen Nockenwellen zueinander stattfinden kann und somit die Steuerzeiten der den Nocken zugeordneten Ein- und Auslassventile stufenlos und variabel einstellbar sind.
• Die Flügel der Rotoren und die Flügel des Stators weisen eine wirksame Fläche auf, die bei Befüllung der Arbeitskammern mit Hydraulikmittel einem Druck ausgesetzt sind und somit einer Kraft in Umfangsrichtung, woraus die Relativdrehung resultiert. Das Ansprechverhalten eines solchen hydraulischen Nockenwellenverstellers wird durch diese Fläche und den Druck des Hydraulikmittels, welcher durch eine Druckmittelpumpe generiert wird, bestimmt.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nockenwellenversteller anzugeben, der eine variable Druckübersetzung aufweist.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
• Das Antriebselement, das erste Antriebselement und das zweite Abtriebselement sind über ihre jeweiligen Drehachsen koaxial zueinander angeordnet. Die drei Elemente können entlang ihrer gemeinsamen Drehachse, welche der Drehachse des Nockenwellenverstellers entspricht, aufeinanderfolgend oder verschachtelt angeordnet sein.
• Im Gegensatz zur koaxialen Anordnung hat bei einer achsparallelen Anordnung der Drehachse des Drehkolbens zur Drehachse des Nockenwellenverstellers die Drehachse des Drehkolbens einen Abstand zur Drehachse des Nockenwellenverstellers, jedoch verlaufen beide Achsen weitestgehend parallel zueinander. Die koaxiale Anordnung hingegen weist ein Fluchten der Drehachsen auf. Eine konzentrische Anordnung weist die fluchtende Anordnung der Drehachsen auf, wobei zusätzlich das eine Element das andere Element weitestgehend umragt bzw. einhüllt.
• Ein erstes Arbeitskammerpaar wird durch das erste Abtriebselement mit dem Antriebselement ausgebildet. Die Flügel von Abtriebselement und Antriebselement trennen das erste Paar in zwei gegensätzlich wirkende Arbeitskammern ab. Die Flügel sind in radialer Richtung einteilig oder separat mit dem Antriebselement und/oder dem ersten Abtriebselement ausgebildet.
• Ein zweites Arbeitskammerpaar wird durch das zweite Abtriebselement mit dem Antriebselement ausgebildet. Die Flügel von Abtriebselement und Antriebselement trennen das zweite Paar in zwei gegensätzlich wirkende Arbeitskammern ab. Die Flügel sind in radialer Richtung einteilig oder separat mit dem Antriebselement und/oder dem zweiten Abtriebselement ausgebildet.
• Das Antriebselement kann mehrere, separate Statorteile und bspw. ein Kettenrad aufweisen, welche untereinander form-/kraft- oder stoffschlüssig fest verbunden sind, oder einteilig aus diesen Komponenten ausgebildet sein.
• Die beiden Abtriebselemente weisen Hydraulikmittelkanäle auf. Durch diese Hydraulikmittelkanäle kann Hydraulikmittel den Arbeitskammern zugeführt oder aus den Arbeitskammern abgeführt werden. Die Zufuhr und Abfuhr des Hydraulikmittel kann weiter über denselben Hydraulikmittelkanal geschehen oder über zwei separate, der Zufuhr bzw. Abfuhr zugeordnete Hydraulikmittelkanäle.
• Das erste Arbeitskammerpaar des einen Abtriebselementes oder das zweite Arbeitskammerpaar des jeweils anderen Abtriebselementes wird durch ein Steuerventil, insbesondere ein Proportionalventil, gesteuert, welches wiederum von einer Hydraulikmitteldruckquelle versorgt wird. Das erste Arbeitskammerpaar ist mit dem zweiten Arbeitskammerpaar durch Hydraulikmittelkanäle verbunden, welche von den Abtriebselementen selbst ausgebildet sind. Der Drehkolben steuert den Hydraulikmittelfluss durch diese Hydraulikmittelkanäle, in dem dieser das zweite Arbeitskammerpaar zu dem ersten Arbeitskammerpaar hinzuschalten kann.
• Hierdurch wird erreicht, dass eines der Arbeitskammerpaare einer ständigen Hydraulikmitteldruckversorgung unterliegt und die Verstellung des Nockenwellenverstellers gewährleisten kann. Durch das weitere Arbeitskammerpaar, welche durch den Drehkolben zuschaltbar ist, wird eine variable Druckübersetzung erreicht, welche an die Leistungsabgabe der Hydraulikmitteldruckquelle angepasst werden kann.
• In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Drehkolben durch einen Hydraulikmitteldruck, vorzugsweise mit dem Hydraulikmitteldruck aus einem der Hydraulikmittelkanäle zu den Arbeitskammern, betätigt. Bei Erhöhung des Hydraulikmitteldrucks findet eine Drehung des Drehkolbens um seine Drehachse, welche vorzugsweise deckungsgleich mit der Drehachse des Nockenwellenverstellers ist, statt. Die Hydraulikmittelkanäle der Abtriebselemente zu dem weiteren Arbeitskammerpaar werden durch den Drehkolben fluidleitend geöffnet oder verschlossen.
• In einer Ausbildung der Erfindung verbindet der Drehkolben fluidleitend das erste Arbeitskammerpaar mit dem zweiten Arbeitskammerpaar. Vorteilhafterweise wird eine größere, in Umfangs- bzw. Verstellrichtung wirkende Fläche durch die zusätzlichen Flügel des zweiten Arbeitskammerpaares bereitgestellt, wodurch z. B. eine Verstellung mit geringerem Hydraulikmitteldruck erfolgen kann.
• In einer optionalen Ausgestaltung verbindet der Drehkolben fluidleitend die beiden Arbeitskammern des ersten Arbeitskammerpaares untereinander und/oder die beiden Arbeitskammern des zweiten Arbeitskammerpaares untereinander. Bei Einsatz von Rückschlagventilen in dieser fluidleitenden Verbindung kann eine Verstellung durch die Unterstützung von Nockenwellenwechselmomenten erzielt werden (CTA Modus bzw. Cam-Torque-Actuated Modus). Liegt ein Nockenwellenwechselmoment in einer Richtung vor, so wird das Hydraulikmittel aus der einen Arbeitskammer in die andere Arbeitskammer desselben Arbeitskammerpaares verdrängt. Kehrt sich die Richtung des Nockenwellenwechselmomentes um, so sperrt das Rückschlagventil das Hydraulikmittel in einer Arbeitskammer ein, wodurch ein hydraulisches und nahezu inkompressibles Polster entsteht. Diese Umleitung wird durch den Drehkolben freigegeben oder gesperrt. Der Drehkolben wird bevorzugt durch den Hydraulikmitteldruck einer der Hydraulikmittelkanäle betätigt. Optional kann das Rückschlagventil einteilig mit dem Drehkolben ausgebildet sein.
• In einer optionalen Ausgestaltung der Erfindung kann der Drehkolben die eine Arbeitskammer des ersten Arbeitskammerpaares mit der gegensätzlich wirkenden Arbeitskammer des zweiten Arbeitskammerpaares verbinden. Eine solche Ausgestaltung ist beispielsweise für eine Betätigung zweier konzentrisch, zueinander verdrehbar angeordneter Nockenwellen, welchen jeweils ein Abtriebselement zugeordnet ist vorteilhaft (Cam-in-Cam). Jeweils ein Abtriebselement ist mit der entsprechenden Nockenwelle drehfest verbunden und eine Verstellung in entgegengesetzten Verdrehrichtungen ist erzielbar.
• In einer bevorzugten Ausbildung sind die beiden Abtriebselement untereinander drehfest gekoppelt. Vorteilhafterweise wird dadurch die variable Druckübersetzung nutzbar. Diese Kopplung kann dauerhaft ausgebildet sein, bspw. durch Verschraubung, einteilige Ausbildung der beiden Abtriebselemente miteinander oder Verschweißen, Verkleben, Verstiften, etc.
• Alternativ kann diese Kopplung in der Ausbildung eines Verriegelungsmechanismus während des Betriebs aufgehoben werden. Dies bietet sich für das Beispiel der zwei konzentrisch, zueinander verdrehbar angeordneten Nockenwelle an, wobei jeder Nockenwelle ein Abtriebselement zugeordnet ist und mit diesem drehfest verbunden ist (Cam-in-Cam). Werden die Abtriebselemente, somit auch die beiden Nockenwellen, bei Bedarf während des Betriebes drehfest gekoppelt, so wird eine Verstellung beider Nockenwellen zueinander verhindert, jedoch zur Kurbelwelle ermöglicht. Werden die Abtriebselemente, somit auch die beiden Nockenwellen, bei Bedarf während des Betriebes entkoppelt und sind drehbar zueinander, so können die Nockenwellen zueinander verstellt werden.
• In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Drehkolben koaxial zu einem der Abtriebselemente oder zu dem Antriebselement angeordnet. Koaxial bedeutet, dass kein senkrechter Abstand zwischen zwei Achsen vorhanden ist. Die Drehachse des Drehkolbens ist weitestgehend deckungsgleich zur Drehachse des Nockenwellenverstellers. Vorteilhafterweise lässt sich so eine kompakte Bauweise realisieren. Zusätzlich kann der Drehkolben von einem der Abtriebselemente oder dem Antriebselement umragt sein. Dadurch wird der Bauraum in der Nabe des Abtriebselementes oder des Antriebselementes vorteilhaft genutzt.
• In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Drehkolben durch zumindest ein Federelement in seine Ruhelage bewegt. Das Federelement ist derart angeordnet, dass der Drehkolben um seine Drehachse durch Beaufschlagung dieser Federkraft bewegbar ist. Die Ruhelage des Drehkolbens ist der nicht betätigte Zustand des Drehkolbens. In seiner Ruhelage kann der Drehkolben Hydraulikmittelkanäle geöffnet oder verschlossen halten.
• In einer alternativen Ausgestaltung ist der Einsatz mehrerer, gegensätzlich wirkender Federmittel vorgesehen. Die Ruhelage des Drehkolbens wird durch die in Umfangsrichtung wirkenden Federkräfte erreicht, die durch ihre gegensätzliche Wirkung in einem Gleichgewichtszustand endet. Somit wird der Drehkolben durch zumindest zwei Federmittel in seiner Ruhelage gehalten.
• In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Federmittel für eine Umfangskraft vorgesehen, wobei der Drehkolben einen Winkelanschlag zur Begrenzung seiner umfangsseitigen Drehbewegung hat. Dieser Winkelanschlag ist vorzugsweise einteilig von einem der Abtriebselemente oder von dem Antriebselement ausgebildet. Mehrteilige Ausbildungen des Winkelanschlages aus vom Abtriebselement bzw. Antriebselement verschiedenen Materialien sind denkbar.
• In einer Ausbildung der Erfindung ist weist der Nockenwellenversteller einen Verriegelungsmechanismus auf, welcher eines der Abtriebselemente mit dem Antriebselement drehfest koppeln kann. Ein Verriegelungsmechanismus beinhaltet ein Sperrelement, welches vorzugsweise durch ein Federmittel in eine Sperrposition bringbar ist, wobei in dieser Sperrposition eines der Abtriebselemente mit dem Antriebselement drehfest gekoppelt ist. Zum Erreichen einer entsperrten Position des Sperrelementes, so dass eines der Abtriebselemente zu dem Antriebselement relativbeweglich ist, ist bevorzugterweise Hydraulikmittel nutzbar. Der Verriegelungsmechanismus kann in einem Abtriebselement oder in dem Antriebselement angeordnet sein.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Drehkolben auf der Nockenwelle des Nockenwellenverstellers gelagert. Eine Lagerung des Drehkolbens kann auf einem Außendurchmesser der Nockenwelle erfolgen oder an einem Innendurchmesser der Nockenwelle. Bei einer Hydraulikmittelversorgung durch die Nockenwelle hat eine solche Anordnung den Vorteil der einfachen und kurzen Ausbildung von Hydraulikmittelkanälen.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt.
• Es zeigen:
• 1 einen Nockenwellenversteller,
• 2 einen ersten Schnitt durch den Nockenwellenversteller nach 1,
• 3 einen zweiten Schnitt durch den Nockenwellenversteller nach 1,
• 4 einen dritten Schnitt durch den Nockenwellenversteller nach 1,
• 5 eine Frontansicht nach 2 mit dem Drehkolben in Ruhelage,
• 6 eine Frontansicht nach 2 mit dem Drehkolben im betätigten Zustand
• 7 einen ersten Längsschnitt durch den Nockenwellenversteller nach 1,
• 8 einen zweiten Längsschnitt durch den Nockenwellenversteller nach 1,
• 9 einen dritten Längsschnitt durch den Nockenwellenversteller nach 1 und
• 10 einen vierten Längsschnitt durch den Nockenwellenversteller nach 1.
• Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
• 1 zeigt einen Nockenwellenversteller 1 mit einem Antriebselement 2. Der Nockenwellenversteller 1 hat eine Drehachse 5, wobei diese Drehachse 5 gleichzeitig die der Nockenwelle 11 ist. Die Erstreckung der Drehachse 5 definiert die axiale Richtung 23. Das Antriebselement 2 hat an seinem Außenumfang eine Verzahnung, um eine Antriebsverbindung mittels einer Kette zur Kurbelwelle zu realisieren. In diesem Ausführungsbeispiel beinhaltet das Antriebselement 2 ein die Verzahnung aufweisendes Kettenrad 24 und einen Stator, aufgeteilt in einen ersten und einen zweiten Statorteil 28 und 29. Auf die beiden ähnlichen Statorteile 28, 29 wird im weiteren Verlauf näher eingegangen. Mehrere Schrauben 14 verbinden fest in axialer Richtung 23 und drehfest in Umfangsrichtung 17 das Kettenrad 24 mit den beiden Statorteilen 28, 29 und bilden so die Baueinheit des Antriebselementes 2.
• Der Nockenwellenversteller 1 und die Nockenwelle 11 rotieren im Betrieb gemeinsam um die Drehachse 5 in Umfangsrichtung 17. Der Nockenwellenversteller 1 ist mit einem Ende der Nockenwelle 11 durch eine Zentralschraube 13 in axialer Richtung 23 befestigt. Die Zentralschraube 13 befestigt drehfest die beiden Abtriebselemente 3 und 4 mit der Nockenwelle 11. Der Nockenwellenversteller 1 weist zudem auf der nockenwellenabgewandten Seite eine Scheibe 15 auf, welche als Deckel die nicht sichtbaren Arbeitskammern A, B in axialer Richtung 23 zur Umwelt weitestgehend abdichtet. Auf der nockenwellenzugewandten Seite dichtet das Kettenrad 24 die nicht sichtbaren Arbeitskammer C, D in axialer Richtung 23 zur Umwelt ab.
• 2 zeigt einen ersten Schnitt durch den Nockenwellenversteller 1 nach 1 mit Blick auf das erste Arbeitskammerpaar, gebildet durch die Arbeitskammern A und B. Der jeweilige Statorteil 28, 29 des Antriebselementes 2 ist jeweils dem entsprechenden Antriebselement 3, 4 zugeordnet. Das Antriebselement 2, bzw. der erste Statorteil 28, hat mehrere, radial gerichtet Flügel 6, welche mit den Flügeln 6 des ersten Abtriebselementes 3 das erste Arbeitskammerpaar ausbilden. Die Flügel 6 des ersten Abtriebselementes 3 haben an deren äußeren Umfang angefederte Dichtleisten 16.
• In der Nabe des ersten Abtriebselementes 3 befindet sich der Drehkolben 7. Das erste Abtriebselement 3 besitzt zur Aufnahme des Drehkolbens 7 eine dafür vorgesehene Nut 30 in axialer Richtung 23, in welche der Drehkolben 7 eingesetzt wird. Der Drehkolben 7 ist als ringförmiges Element ausgebildet und besitzt Ausformungen für die Hydraulikmittelkanäle AA und BB. Das erste Abtriebselement 3 und der Drehkolben 7 sind koaxial zueinander angeordnet. In Umfangsrichtung sind mehrere Federelemente 9 vorgesehen, welche den Drehkolben 7 zum ersten Abtriebselement 3 in Umfangsrichtung 17 relativ verdrehen können und den Drehkolben 7 in seine Ruhelage bringen, wenn kein Hydraulikmitteldruck eine Betätigung der Verdrehung des Drehkolbens 7 zum ersten Abtriebselement 3 verursacht. Gegensätzlich wirkend zu den Federelementen 9 sind mehrere Betätigungskammern 18 zwischen dem ersten Abtriebselement 3 und dem Drehkolben 7 angeordnet. Werden diese Betätigungskammern 18 mit Hydraulikmitteldruck beaufschlagt, so verdreht sich der Drehkolben 7 entgegen der Federkraft der Federelemente 9. Diese Verdrehung ist relativ zum ersten Abtriebselement 3 in Umfangsrichtung 17 und um die Drehachse 12 des Drehkolbens 7 orientiert. Die Drehachse 12 ist koaxial zur Drehachse 5 angeordnet. Folgend werden die Ausformungen 38 für die Hydraulikmittelkanäle AA und BB in eine fluidleitende Verbindung zwischen dem ersten Arbeitskammerpaar und dem zweiten Arbeitskammerpaar gebracht, wobei das zweite Arbeitskammerpaar durch die hier nicht sichtbaren Arbeitskammer C und D gebildet ist. Durch die Ausformungen 38 des Drehkolbens 7 findet ein Hydraulikmittelaustausch zwischen dem ersten Arbeitskammerpaar und dem zweiten Arbeitskammerpaar statt.
• Der Drehkolben 7 besitzt weiter einen Kanal 19. Der Kanal 19 leitet das Hydraulikmittel von der einen Arbeitskammer A bzw. B in die jeweils gegensätzlich wirkende Arbeitskammer B bzw. A um.
• Ein Winkelanschlag 8 begrenzt den Verstellwinkel zwischen dem Drehkolben 7 und dem ersten Abtriebselement 3. Der Winkelanschlag 8 ist fest und einteilig mit dem Drehkolben 7 verbunden. Die Anschlagsfläche des Winkelanschlags 8 wirkt in Umfangsrichtung 17 mit einer Gegenfläche des Flügels 6 des ersten Abtriebselementes 3 zusammen.
• Das erste Abtriebselement 3 ist spanlos, z. B. Sinterteil, gefertigt. Anfallende spangebende Nachbearbeitungen diverser Funktionsflächen sind mit Gründen der zu erzielenden Genauigkeiten dieser Funktionsflächen vorgesehen. Eine vollständig spangebende Herstellung ist möglich. Spanlose Fertigungsverfahren sind Urform- und Umformverfahren.
• Der Drehkolben 7 ist spanlos, vorzugsweise als Sinterteil, gefertigt, wobei anfallende, spangebende Nachbearbeitungen diverser Funktionsflächen nicht auszuschließen sind. Eine vollständig spangebende Herstellung ist möglich. Spanlose Fertigungsverfahren sind Urform- und Umformverfahren.
• 3 zeigt einen zweiten Schnitt durch den Nockenwellenversteller 1 nach 1. Zwischen dem nicht mehr sichtbaren ersten Abtriebselement 3 und dem zweiten Abtriebselement 4 ist eine Dichtscheibe 20 angeordnet, welche das erste Arbeitskammerpaar vom zweiten Arbeitskammerpaar weitestgehend hydraulikmitteldicht abtrennt. Die Dichtscheibe 20 ist in Form einer Ringscheibe ausgebildet und weist umfangsseitig verteilte Durchgangsöffnungen auf, wobei einige davon von drei Stiften 21 durchragt werden. Diese Stifte 21 verbinden drehfest die beiden Statorteile 28, 29 des Antriebselementes 2 untereinander und mit der Dichtscheibe 20. Andere Durchgangsöffnungen der Dichtscheibe 20 sind für die in 1 dargestellten Schrauben 14 vorgesehen.
• Drei in Umfangsrichtung 17 verteilte Stifte 22 verbinden drehfest das erste Abtriebselement 3 mit dem zweiten Abtriebselement 4. Durch die drehfeste Verbindung der beiden Abtriebselemente 3 und 4 und durch die Hydraulikmittelkanalsteuerung durch den Drehkolben 7 kann eine Druckübersetzung erzielt werden.
• Das zweite Abtriebselement 4 weist Hydraulikmittelkanäle CC und DD auf, welche zum Teil als zur Drehachse 5 oder 12 achsparallele Bohrungen ausgebildet sind. Diese münden, durch die drehfeste Positionierung zwischen den Abtriebselementen 4 und 3 mittels der Stifte 22, in entsprechend zugeordnete Hydraulikmittelkanäle AA und BB des ersten Abtriebselementes 3.
• 4 zeigt einen dritten Schnitt durch den Nockenwellenversteller 1 nach 1 mit Blick auf das zweite Arbeitskammerpaar, gebildet durch die Arbeitskammern C und D. Das Antriebselement 2, bzw. der zweite Statorteil 29, hat mehrere, radial gerichtet Flügel 6, welche mit den Flügeln 6 des zweiten Abtriebselementes 4 das zweite Arbeitskammerpaar ausbilden. Die Flügel 6 des zweiten Abtriebselementes 4 haben an deren äußeren Umfang angefederte Dichtleisten 16. Die Hydraulikmittelkanäle CC und DD sind zum Teil als parallele Bohrungen des Abtriebselementes 4 ausgebildet.
• Eines der Abtriebselemente 3 oder 4 hat einen Verriegelungsmechanismus 10. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat das zweite Abtriebselement 4 den Verriegelungsmechanismus 10, welcher in einem der Flügel 6 des zweiten Abtriebselementes 4 angeordnet ist. Der Verriegelungsmechanismus 10 koppelt drehfest bei Bedarf die Abtriebselemente 3 und 4 mit den Antriebselement 2. Im entkoppelten Fall können sich die Abtriebselemente 3 und 4 zu dem Antriebselement 2 relativ in Umfangsrichtung 17 verdrehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Verriegelungsmechanismus 10 in eine dafür vorgesehene Verriegelungskulisse 34 des Kettenrades 24 einriegeln.
• 5 zeigt eine Frontansicht nach 2 mit dem Drehkolben 7 im Ruhelage. In der Ruhelage verbindet der Kanal 19 des Drehkolbens 7 die Arbeitskammer A mit der Arbeitskammer B. Da das erste Arbeitskammerpaar, mit den Arbeitskammern A und B, dreifach in Umfangsrichtung vorhanden ist, sind entsprechend der Anzahl der ersten Arbeitskammerpaare die Kanäle 19 und Hydraulikmittelkanäle AA und BB zugeordnet.
• Ein Winkelanschlag 8 des Drehkolbens 7 befindet sich in einer Aussparung 26 einer der Flügel 6 des ersten Abtriebselementes 3. Der Winkelanschlag 8 begrenzt einen definierten Winkelbereich. Der Drehkoben 7 gestattet in der einen, hier gezeigten Winkelanschlagsposition mit seinem Kanal 19 einen Durchfluss von Hydraulikmittel durch den Hydraulikmittelkanal AA bzw. BB des ersten Abtriebselementes 3 aus der einen Arbeitskammer A oder B zu der anderen Arbeitskammer B oder A. Weiterhin wird in dieser gezeigten einen Winkelanschlagsposition des Drehkolbens 7 ein befüllbares Volumen der Betätigungskammern 18 gewahrt, damit bei Befüllung der Betätigungskammern 18 das Hydraulikmittel ungehindert einströmen kann und den Drehkolben 7 in Richtung der anderen Winkelanschlagsposition verstellen kann.
• Wird Hydraulikmittel einer der Arbeitskammer des zweiten Arbeitskammerpaares zugeführt und soll eine Verstellung in Umfangsrichtung 17 erfolgen, so muss das gegen die Verstellrichtung wirkende, in einer der Arbeitskammern A, B des ersten Arbeitskammerpaares vorhandene Hydraulikmittel entfernt werden. Dazu verbindet der Kanal 19 die Arbeitskammern A, B des ersten Arbeitskammerpaares untereinander und das Hydraulikmittel in der zu verkleinernden Arbeitskammer A oder B kann in die andere Arbeitskammer B oder A fließen.
• 6 zeigt eine Frontansicht nach 2 mit dem Drehkolben 7 im betätigten Zustand. Eine andere wirksame Anschlagsfläche des Winkelanschlages 8 steht nun in Kontakt mit der Aussparung 26. Diese dadurch definierte andere Winkelanschlagsposition positioniert, im Gegensatz zu der einen Winkelanschlagsposition aus 5, den Drehkolben 7 so, dass die fluidleitende Verbindung der Hydraulikmittelkanäle AA und BB zu dem zweiten Arbeitskammerpaar, welches in axialer Richtung 23 benachbart zum ersten Arbeitskammerpaar angeordnet ist, ermöglicht wird. Dazu werden die Hydraulikmittelkanäle AA und BB mit den Öffnungen des ersten Abtriebselementes 3 in Überdeckung gebracht und Hydraulikmittel kann zwischen dem ersten und dem zweiten Arbeitskammerpaar ausgetauscht werden.
• Werden die Betätigungskammern 18 mit Hydraulikmittel beaufschlagt, so verdreht sich der Drehkolben 7 relativ zum ersten Abtriebselement 3. Dabei werden die Federmittel 9 weiter vorgespannt. Sind die Betätigungskammern 18 von Hydraulikmittel entleert, so wird die in den Federmitteln 9 gespeicherte Energie zur Drehbewegung des Drehkolbens 7 zurück in seine Ruhelage genutzt.
• 7 zeigt einen ersten Längsschnitt durch den Nockenwellenversteller 1 nach 1. Der Nockenwellenversteller 1 weist auf der nockenwellenabgewandten Seite das erste Abtriebselement 3 konzentrisch zum ersten Statorteil 28 auf. Das erste Abtriebselement 3 hat eine umlaufende, in axialer Richtung 23 offene Nut 30, in welcher sich der Drehkolben 7 befindet. Diese Nut 30 wird stirnseitig von der Scheibe 15 abgedeckt, damit ein Freiheitsgrad des Drehkolbens 7 in Umfangsrichtung 17 verbleibt und eine axiale Begrenzung der Arbeitskammern A, B realisiert ist. In axialer Richtung 23 benachbart zum ersten Statorteil 28 befindet sich der zweite Statorteil 29. Zwischen dem ersten Statorteil 28 und dem zweiten Statorteil 29 ist eine Dichtscheibe 20 angeordnet. Die Dichtscheibe 20 verhindert einen Hydraulikmittelfluss von dem ersten Arbeitskammerpaar zum zweiten Arbeitskammerpaar. Konzentrisch zum zweiten Statorteil 29 ist das zweite Abtriebselement 4 angeordnet. Das erste Abtriebselement 3 und das zweite Abtriebselement 4 kontaktieren sich einander unmittelbar. Auf der nockenwellenzugewandten Seite des Nockenwellenversteller 1 schließt das Kettenrad 24 den Verbund ab und begrenzt die Arbeitskammern C und D in axialer Richtung 23. Das Kettenrad 24 kontaktiert unmittelbar den zweiten Statorteil 29 und das zweite Abtriebselement 4. Dieser Verbund ist durch mehrere Schrauben 14 in axialer Richtung 23 gesichert. Das Ende der Nockenwelle 11 durchragt eine konzentrische Öffnung des Kettenrades 24. Die Stirnseite des Endes der Nockenwelle 11 kontaktiert das zweite Abtriebselement 4. Weiter weist das Ende der Nockenwelle 11 eine gestufte, axiale Bohrung 31 und drei radiale Bohrungen 32a, 32b und 32c auf. Die gestufte Bohrung 31 ist konzentrisch zur Nockenwelle 11 und hat einen Durchmesser mit einem Gewinde für die Zentralschraube 13, drei Durchmesser in welche die radialen Bohrungen 32a, 32b, 32c münden sowie Flächen zur Fixierung von Hydraulikmittelhülsen 27, welche die Hydraulikmittelkanäle CC, DD, ZZ voneinander abtrennen. Die Hydraulikmittelhülsen 27 sind koaxial zueinander und zur Nockenwelle 11 angeordnet. Die unterschiedlichen Durchmesser der Hydraulikmittelhülsen 27 ermöglichen eine Trennung der Hydraulikmittelkanäle CC, DD, ZZ und leiten das Hydraulikmittel in axialer Richtung 23 zu den Hydraulikmittelkanälen CC, DD, ZZ des ersten bzw. zweiten Abtriebselementes 3 bzw. 4.
• Der Hydraulikmittelkanal CC beinhaltet eine radiale Bohrung 32a, welche den geringsten Abstand zum Nockenwellenversteller 1 hat. Diese Bohrung 32a mündet in einen Innendurchmesser der gestuften Bohrung 31. Mit einem Außendurchmesser der Hydraulikmittelhülse 27 ist diese an einem kleineren Innendurchmesser der gestuften Bohrung 31 befestigt. Durch den Außendurchmesser der Hydraulikmittelhülse 27 und dem Innendurchmesser der gestuften Bohrung 31, in welchen die Bohrung 32a mündet, kann Hydraulikmittel kann in axialer Richtung 23 zur Nabe des zweiten Abtriebselementes 4 geleitet werden. Von dort erstreckt sich der Hydraulikmittelkanal CC innerhalb des zweiten Abtriebselementes 4 bis zur Arbeitskammer C.
• Der Hydraulikmittelkanal DD beinhaltet eine weitere radiale Bohrung 32b. Diese Bohrung 32b mündet in einen kleineren Innendurchmesser der gestuften Bohrung 31. Mit einem Außendurchmesser einer kleineren Hydraulikmittelhülse 27 ist diese an einem weiteren kleineren Innendurchmesser der gestuften Bohrung 31 befestigt. Durch den Außendurchmesser der Hydraulikmittelhülse 27 und dem Innendurchmesser der größeren Hydraulikmittelhülse 27 kann Hydraulikmittel in axialer Richtung 23 zur Nabe des zweiten Abtriebselementes 4 geleitet werden. Von dort erstreckt sich der Hydraulikmittelkanal DD innerhalb des zweiten Abtriebselementes 4 bis zur Arbeitskammer D.
• Der Hydraulikmittelkanal ZZ wird bestimmt durch eine weitere radiale Bohrung 32c. Diese Bohrung 32c mündet in einen weiteren, kleineren Innendurchmesser der gestuften Bohrung 31. Durch den Innendurchmesser der kleineren Hydraulikmittelhülse 27 und dem Außendurchmesser der Zentralschraube 13 kann Hydraulikmittel durch den Hydraulikmittelkanal ZZ in axialer Richtung 23 zur Nabe des ersten Abtriebselementes 3 geleitet werden. Von dort erstreckt sich der Hydraulikmittelkanal ZZ innerhalb des ersten Abtriebselementes 3 bis zu den Betätigungskammern 18.
• Der kleinste Durchmesser der gestuften Bohrung 31 hat ein Gewinde zur Aufnahme der Zentralschraube 13. Die Zentralschraube 13 befestigt mit diesem Gewinde den Nockenwellenversteller 1 mit der Nockenwelle 11. Dazu werden die Abtriebselemente 3 und 4 zwischen den Schraubenkopf der Zentralschraube 13 und der Stirnfläche der Nockenwelle 11 drehfest verspannt.
• 8 zeigt einen zweiten Längsschnitt durch den Nockenwellenversteller 1 nach 1. Das zweite Abtriebselement 4 besitzt in seinem Flügel 6 eine Durchgangsöffnung, in welcher der Verriegelungsmechanismus 10 angeordnet ist. Der Verriegelungsmechanismus 10 weist einen Verriegelungskolben 33, eine Verriegelungsfeder 35 und eine Verriegelungspatrone 36 auf. Das Kettenrad 24 hat eine zum Verriegelungskolben 33 komplementäre Verriegelungskulisse 34, in welche der Verriegelungskolben 33 einriegeln kann und so das zweite Abtriebselement 4 mit dem Kettenrad 24 drehfest koppelt. Zwischen den beiden Abtriebselementen 3 und 4 existiert eine drehfeste Verbindung durch den Einsatz mehrerer Stifte 22. Das zweite Abtriebselement 4 hat eine Entlüftung 25. Die Entlüftung 25 erstreckt sich über eine dafür vorgesehene Nut, Durchgangsöffnungen des zweiten Abtriebselementes 4 sowie Durchgangsöffnungen des Kettenrades 24 auf die nockenwellenzugewandte Seite des Nockenwellenversteller 1. So können Fremdstoffe aus dem Federraum, in dem sich die Verriegelungsfeder 35 befindet, zur Umwelt abgeführt werden. Die Verriegelungsfeder 35 ist zwischen der Verriegelungspatrone 36 und dem Verriegelungskolben 33 angeordnet und drückt durch ihre Vorspannung beide Elemente auseinander. Durch das Aufprägen von Hydraulikmitteldruck auf den Verriegelungskolben 33 kann dieser zur Verriegelungspatrone 36 bewegt und die Verriegelungsfeder 35 gespannt werden. Dadurch ist das zweite Abtriebselement 4 zum Kettenrad 24 entkoppelbar. Die Verriegelungspatrone 36 stützt sich an der Dichtscheibe 20 ab.
• 9 zeigt einen dritten Längsschnitt durch den Nockenwellenversteller 1 nach 1. Der Drehkolben 7 ist über die Befüllung der Betätigungskammern 18 mit Hydraulikmittel betätigt und die Federelemente 9 sind gespannt, wie in 2 dargestellt. Die Leitung von Hydraulikmittel durch den Hydraulikmittelkanal ZZ aus der Nockenwelle 11 zum ersten Abtriebselement 3 ist in 7 erläutert worden. In diesem dritten Längsschnitt ist die Fortsetzung des Hydraulikmittelkanals ZZ bis zu den Betätigungskammern 18 sichtbar. Die kleinere Hydraulikmittelhülse 27 mündet in die Nabe des ersten Abtriebselementes 3. An die Mündung schließt sich jeweils eine radiale Bohrung im ersten Abtriebselement 3 an, welche sich von der Nabe bis zur jeweiligen Betätigungskammer 18 erstreckt.
• Der Hydraulikmittelkanal CC, teilweise ausgebildet durch die Mantelflächen der beiden konzentrischen Hydraulikmittelhülsen 27 mündet in die Nabe des zweiten Abtriebselementes 4. An die Mündung schließt sich eine radiale Bohrung im zweiten Abtriebselement 4 an, welche sich von der Nabe bis zur jeweiligen Arbeitskammer C erstreckt. Abzweigend von dieser radialen Bohrung erstreckt sich eine zur Drehachse 5, 12 achsparallele Bohrung zur nockenwellenabgewandten Stirnseite des zweiten Abtriebselementes 4. Dem gegenüberstehend ist eine weitere zur Drehachse 5, 12 achsparallel ausgebildete Bohrung, der Hydraulikmittelkanal AA, des ersten Abtriebselementes 3 ausgebildet, so dass Hydraulikmittel von dem zweiten zum ersten Abtriebselement 4, 3 geleitet werden kann. Der Hydraulikmittelkanal AA beinhaltet die Nut 30, in welcher sich der Drehkolben 7 befindet. In 9 ist der Drehkolben 7 in derjenigen Stellung, die einen Durchfluss von Hydraulikmittel von der Arbeitskammer C bzw. dem Hydraulikmittelkanal CC über den Hydraulikmittelkanal AA zur Arbeitskammer A erlaubt. Wird der Hydraulikmittelkanal CC durch ein Steuerventil zum Hydraulikmittelkreislauf geschalten, so werden die Arbeitskammern A und C zugleich mit Hydraulikmittel befüllt oder entleert. Befindet sich in dem Hydraulikmittelkanal ZZ kein Hydraulikmittel bzw. Hydraulikmitteldruck, so ist der Drehkolben 7 in der Ruhelage und blockiert den Hydraulikmittelkanal AA. Hierbei wird bei entsprechender Betätigung des Steuerventils nur die Arbeitskammer C befüllt oder entleert.
• 10 zeigt einen vierten Längsschnitt durch den Nockenwellenversteller 1 nach 1. Der Hydraulikmittelkanal DD, teilweise ausgebildet durch die Mantelflächen der größeren Hydraulikmittelhülse 27 mit dem Innendurchmesser der gestuften Bohrung 31 mündet in die Nabe des zweiten Abtriebselementes 4. An die Mündung schließt sich eine radiale Bohrung im zweiten Abtriebselement 4 an, welche sich von der Nabe bis zur jeweiligen Arbeitskammer D erstreckt. Abzweigend von dieser radialen Bohrung erstreckt sich eine zur Drehachse 5, 12 achsparallele Bohrung zur nockenwellenabgewandten Stirnseite des zweiten Abtriebselementes 4. Dem gegenüberstehend ist eine weitere zur Drehachse 5, 12 achsparallel ausgebildete Bohrung, der Hydraulikmittelkanal BB, des ersten Abtriebselementes 3 ausgebildet, so dass Hydraulikmittel von dem zweiten zum ersten Abtriebselement 4, 3 geleitet werden kann. Der Hydraulikmittelkanal BB beinhaltet die Nut 30, in welcher sich der Drehkolben 7 befindet. In 10 ist der Drehkolben 7 in derjenigen Stellung, die einen Durchfluss von Hydraulikmittel von der Arbeitskammer D bzw. dem Hydraulikmittelkanal DD über den Hydraulikmittelkanal BB zur Arbeitskammer B erlaubt. Wird der Hydraulikmittelkanal DD durch ein nicht dargestelltes Steuerventil zum Hydraulikmittelkreislauf geschalten, so werden die Arbeitskammern B und D zugleich mit Hydraulikmittel befüllt oder entleert. Befindet sich in dem Hydraulikmittelkanal ZZ kein Hydraulikmittel bzw. Hydraulikmitteldruck, so ist der Drehkolben 7 in der Ruhelage und blockiert den Hydraulikmittelkanal BB. Hierbei wird bei entsprechender Betätigung des Steuerventils nur die Arbeitskammer D befüllt oder entleert.
• Bezugszeichenliste

1

Nockenwellenversteller

2

Antriebselement

3

erstes Abtriebselement

4

zweites Abtriebselement

5

Drehachse

6

Flügel

7

Drehkolben

8

Winkelanschlag

9

Federelement

10

Verriegelungsmechanismus

11

Nockenwelle

12

Drehachse

13

Zentralschraube

14

Schrauben

15

Scheibe

16

angefederte Dichtleisten

17

Umfangsrichtung

18

Betätigungskammern

19

Kanal

20

Dichtscheibe

21

Stift

22

Stift

23

axiale Richtung

24

Kettenrad

25

Entlüftung

26

Aussparung

27

Hydraulikmittelhülse

28

erster Statorteil

29

zweiter Statorteil

30

Nut

31

gestufte Bohrung

32a

radiale Bohrung

32b

radiale Bohrung

32c

radiale Bohrung

33

Verriegelungskolben

34

Verriegelungskulisse

35

Verriegelungsfeder

36

Verriegelungspatrone

37

Verriegelungshydraulikmittelkanal

38

Ausformungen

A

Arbeitskammer A

B

Arbeitskammer B

C

Arbeitskammer C

D

Arbeitskammer D

AA

Hydraulikmittelkanal zur Arbeitskammer A

BB

Hydraulikmittelkanal zur Arbeitskammer B

CC

Hydraulikmittelkanal zur Arbeitskammer C

DD

Hydraulikmittelkanal zur Arbeitskammer D

ZZ

Hydraulikmittelkanal zu den Betätigungskammern

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 2009/0173297 A1 [0006]

Claims (10)

1. Nockenwellenversteller (1) mit – einem Antriebselement (2), einem ersten Abtriebselement (3) und einem zweiten Abtriebselement (4), – wobei jedes der Elemente (2, 3, 4) koaxial zur Drehachse (5) des Nockenwellenverstellers (1) angeordnet ist – wobei die Abtriebselemente (3, 4) und das Antriebselement (2) mehrere, radial gerichtete Flügel (6) aufweisen, – so dass die Flügel mehrere Arbeitskammern (A, B, C, D) ausbilden, die mit Hydraulikmittel druckbeaufschlagbar sind, – derart, dass eine Relativdrehung zwischen dem Antriebselement (2) und einem der Abtriebselemente (3, 4) sowie zwischen den einzelnen Abtriebselementen (3, 4) selbst ermöglicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Druckbeaufschlagung der Arbeitskammern (A, B, C, D) ein Drehkolben (7) mit seiner Drehachse (12) achsparallel zur Drehachse (5) des Nockenwellenverstellers (1) angeordnet ist, wobei der Drehkolben (7) durch eine Drehung um seine Drehachse (12) Hydraulikmittelkanäle (AA, BB, CC) öffnet oder verschließt.
2. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkolben (7) durch einen Hydraulikmitteldruck betätigt wird.
3. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkolben (7) ein erstes Arbeitskammerpaar (A, B), gebildet durch das erste Abtriebselement (3) mit dem Antriebselement (2), mit einem zweiten Arbeitskammerpaar (C, D), gebildet durch das zweite Abtriebselement (4) mit dem Antriebselement (2), fluidleitend verbindet.
4. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkolben (7) die beiden Arbeitskammern eines ersten Arbeitskammerpaares (A, B), gebildet durch das erste Abtriebselement (3) mit dem Antriebselement (2), oder die beiden Arbeitskammern eines zweiten Arbeitskammerpaares (C, D), gebildet durch das zweite Abtriebselement (4) mit dem Antriebselement (2), fluidleitend verbindet.
5. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abtriebselemente (3, 4) drehfest zueinander gekoppelt sind.
6. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkolben (7) koaxial zu einem der Abtriebselemente (3, 4) oder zu dem Antriebselement (2) angeordnet ist.
7. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenversteller (1) ein Federelement (9) aufweist, welches den Drehkolben (7) in eine Ruhelage bewegt.
8. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Drehkolben (7) und einem der Abtriebselemente (3, 4) ein Winkelanschlag (8) vorgesehen ist.
9. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenversteller (1) einen Verriegelungsmechanismus (10) aufweist, welcher eines der Abtriebselemente (3, 4) mit dem Antriebselement (2) drehfest koppeln kann.
10. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkolben (7) auf einer Nockenwelle (11) gelagert ist.

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