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Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Nockenwellenversteller weisen im Allgemeinen in ihrem Grundaufbau einen von einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine antreibbaren Stator und einen drehfest mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Rotor auf. Zwischen dem Stator und dem Rotor ist ein Ringraum vorgesehen, welcher durch drehfest mit dem Stator verbundene, radial nach innen ragende Vorsprünge in eine Mehrzahl von Arbeitskammern unterteilt ist, die jeweils durch einen radial von dem Rotor nach außen abragenden Flügel in zwei Druckkammern unterteilt sind. Je nach der Beaufschlagung der Druckkammern mit einem Druckmittel wird der Rotor gegenüber dem Stator und damit auch die Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle in Richtung „früh” oder „spät” verstellt. Der Stator und die nach innen ragenden Vorsprünge können z. B. einteilig aus einem topfförmigen Sinterteil gebildet sein, was aber den Nachteil aufweist, dass die als Gleitfläche wirkende Grundfläche des Stators aufwendig nachgefräst werden muss. Dabei ist ein minimaler Radius in den Übergängen von der Grundfläche zu den Vorsprüngen nicht zu vermeiden. Dieser Radius hat zur Folge dass eine geringe innere Leckage nicht zu vermeiden ist. Ferner ist fertigungsbedingt ein geringfügiges Spiel am Radiallager zwischen den radialen Stirnseiten der Vorsprünge und der Nabe des Rotors nicht zu vermeiden, da die Rotorgegenkontur nur mit größeren Toleranzen sowie Werkzeug- und Fertigungsaufwand hergestellt werden kann.
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Aus der
DE 100 24 760 A1 ist bereits ein Nockenwellenversteller bekannt, bei dem der Rotor nach Art einer Radfelge mit einem Außenring und einem Innenring ausgebildet ist, welche über Stege miteinander verbunden sind. Die Stege unterteilen den Ringraum zwischen dem Außen- und dem Innenring in Arbeitskammern und nehmen die Funktion der aus dem Stand der Technik bekannten Flügel wahr. Die Vorsprünge des Stators ragen seitlich in die Arbeitskammern und unterteilen die Arbeitskammern in bekannter Weise jeweils in zwei Druckkammern. Die Arbeitskammern werden sowohl radial innen als auch radial außen durch Wandungen des Rotors, in Umfangsrichtung durch die Stege und seitlich durch die Wandung des Stators und die Wandung des den Stator verschließenden Deckels begrenzt.
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Durch die vorgeschlagene Form des Rotors entfällt die bisher vorhandene Dichtfläche an der Radialaußenseite der Flügel, da die Flügel mit den Stirnseiten nicht mehr direkt an der Innenwandung des Statortopfes anliegen und die Druckräume abdichten. Ferner entfällt das bisher vorhandene Radiallager des Rotors, gebildet durch die radial nach innen ragenden Vorsprünge des Stators, welches durch die an der Innenwandung des Stators anliegende kreisringförmige Lagerfläche des Außenringes des Rotors ersetzt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nockenwellenversteller mit einem Rotor mit einem über Stege miteinander verbundenen Innen- und Außenring zu schaffen, welcher eine weiter verbesserte Lagerung aufweisen soll.
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Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Nockenwellenversteller mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Weiterentwicklungen sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den zugehörigen Figuren zu entnehmen.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, dass an der Radialaußenseite des Außenringes und/oder an der Radialinnenseite des topfförmigen Stators wenigstens eine eine Tasche bildende Vertiefung zur Aufnahme von Hydrauliköl vorgesehen ist. Der Vorteil der vorgesehenen Lösung ist darin zu sehen, dass durch die Vertiefung bzw. die Tasche ein Hohlraum gebildet wird, in dem immer eine Restmenge an Hydrauliköl auch bei gegenüber dem Stator stillstehendem Rotor aufnehmbar ist. Damit wird das Radiallager zwischen dem Außenring des Rotors und der Innenwandung des Stators sofort mit der einsetzenden Drehbewegung des Rotors gegenüber dem Stator mit Hydrauliköl geschmiert, indem das Hydrauliköl durch die Drehbewegung aus der Tasche in den Lagerspalt zwischen dem Rotor und dem Stator hineingezogen wird. Da bei jeder Druckbeaufschlagung der Druckräume mit Hydrauliköl immer ein Rest an Hydrauliköl auch in die Taschen einfließt, welcher anschließend nicht wieder abfließt, ist zu Beginn der Drehbewegung bzw. im Stillstand des Rotors in den Taschen immer eine Restmenge an Hydrauliköl vorhanden, welche bei einer nachfolgenden einsetzenden Drehbewegung des Rotors zur verbesserten Schmierung des Radiallagers genutzt werden kann. Dies ist insbesondere bei dem Kaltstart der Brennkraftmaschine von Vorteil, wenn die Druckräume noch nicht vollständig mit Hydrauliköl gefüllt sind und aus den Druckräumen kein Hydrauliköl in den Radialspalt zwischen dem Rotor und dem Stator eintritt.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Vertiefung an dem Außenring des Rotors im Bereich der Stege vorgesehen ist. Der Rotor weist in den Verbindungsabschnitten der Stege und des Außenringes eine größere Materialstärke auf, so dass die Vertiefung hier eingebracht werden kann, ohne dadurch die Belastbarkeit des Rotors wesentlich zu reduzieren. Ferner kann die größere Materialstärke auch zur Anordnung einer Vertiefung entsprechender Größe genutzt werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Vertiefung an dem Außenring des Rotors angeordnet ist, und in dem Außenring des Rotors wenigstens eine in einen der Druckräume mündende Durchgangsöffnung vorgesehen ist, welche angrenzend zu der Vertiefung angeordnet ist. Durch die Anordnung der Vertiefung in dem Außenrotor und die angrenzende Anordnung der Durchgangsöffnung kann eine besonders gute Schmierung des Rotors und eine Befüllung der Taschen mit Hydrauliköl erzielt werden und zwar unabhängig von der Drehstellung des Rotors.
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In diesem Fall wird weiter vorgeschlagen, dass der Rotor bei einer Druckbeaufschlagung des Druckraumes in eine Drehrichtung gegenüber dem Stator verdreht wird, und die in den druckbeaufschlagten Druckraum mündende Durchgangsöffnung um einen Winkel entgegen der Drehrichtung versetzt zu der Vertiefung angeordnet ist. Durch die vorgeschlagene Anordnung der Durchgangsöffnung wird sichergestellt, dass das Hydrauliköl mit der einsetzenden Drehbewegung des Rotors immer in den Lagerspalt des Radiallagers zwischen dem Außenring und der Innenwandung des Stators hineingezogen wird. Wenn der Rotor anschließend in die entgegengesetzte Drehrichtung zu dem Stator verdreht wird, wird das Hydrauliköl aus dem vorher druckbeaufschlagten Druckraum abgeführt und durch die Durchgangsöffnung in die Taschen gedrückt. Dadurch werden die Taschen regelmäßig mit Hydrauliköl gefüllt, wobei das Befüllen der Taschen mit Hydrauliköl durch die Anordnung der Vertiefungen um einen Winkel entgegen der Drehrichtung versetzt zu den Durchgangsöffnungen, welche in die vorher mit Hydrauliköl beaufschlagten Druckräume münden, begünstigt wird. Dabei ist es von Vorteil, dass die Durchgangsöffnungen angrenzend zu den Vertiefungen angeordnet sind, so dass das Hydrauliköl auf einem sehr kurzen zu überbrückenden Weg in die Vertiefungen einströmt.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die in den Druckraum mündende Durchgangsöffnung koaxial zu einem an dem Innenring vorgesehenen Druckmittelkanal angeordnet ist. Der Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, dass die Durchgangsöffnung und der Druckmittelkanal dadurch zusammen hergestellt werden können, indem beide radial von außen in einem Arbeitsgang gebohrt werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass mehrere in Umfangsrichtung äquidistant zueinander angeordnete Vertiefungen vorgesehen sind. Durch die vorgeschlagene Ausbildung wird die Lagerung weiter verbessert, indem an mehreren gleichmäßig angeordneten Stellen Hydrauliköl in das Radiallager eingebracht wird.
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Der Rotor kann besonders kostengünstig hergestellt werden, indem dieser aus einem einstückig hergestellten Teil gebildet ist. Das einstückige Teil kann z. B. als Sinterteil ausgebildet sein und nach der Herstellung an den für die Funktion wichtigen Flächen nachgearbeitet werden, dazu zählen z. B. die Seitenflächen, die Lagerflächen an dem Außenring, die Innenfläche des Innenringes die Dichtflächen der Druckkammern und die Bohrung für den Verriegelungsstift der Mittenverriegelung.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 einen Nockenwellenversteller in verschiedenen Schnittrichtungen;
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2 einen Nockenwellenversteller in Sicht auf die Deckelseite;
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3 einen Stator des Nockenwellenverstellers; und
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4 einen Rotor des Nockenwellenverstellers.
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In der 1 ist ein erfindungemäßer Nockenwellenversteller in die Sicht der Schnittrichtungen A-A und B-B zu erkennen. Der Nockenwellenversteller weist einen in der 3 als Einzelteil gezeigten topfförmigen Stator 1 mit einer scheibenförmigen Grundfläche 23 auf, von der an dem radial äußeren Rand ein Ringabschnitt 24 axial vorsteht. An dem Ringabschnitt 24 ist eine radial nach außen vorstehende Verzahnung vorgesehen, in welche z. B. ein von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebener Zahnriemen eingreift. Ferner sind an dem Stator 1 mehrere Statorstege 2 vorgesehen, welche mit dem Stator 1 verschraubt sind.
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In dem Stator 1 ist ein Rotor 3 angeordnet, welcher drehfest mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbindbar und nach Art einer Radfelge mit einem Außenring 20, einem Innenring 21 und mehreren den Außenring 20 mit dem Innenring 21 verbindenden Stegen 9 ausgebildet ist. Die Stege 9 unterteilen den zwischen dem Außenring 20 und dem Innenring 21 vorhandenen Ringraum in mehrere Arbeitskammern 5, welche wiederum durch die seitlich in die Arbeitskammern 5 hineinragenden Statorstege 2 in Druckräume 6 und 7 unterteilt werden. In dem Rotor 3 sind eine Mehrzahl von Druckmittelkanälen 11 vorgesehen, welche Teil eines übergeordneten Druckmittelkreislaufes sind und darüber mit Hydrauliköl beaufschlagbar sind. Auf dem Innenring 21 sind ferner mehrere Kunststoffsegmente 28 angespritzt, in denen sich die Druckmittelkanäle 11 in Bohrungen 16 fortsetzen, welche dann in die Druckräume 6 und 7 münden. Durch die Kunststoffsegmente 28 wird der Außendurchmesser des Innenringes 21 vergrößert und das Volumen der Druckräume 6 und 7 verringert. Die Zuführung des Hydrauliköls erfolgt in bekannter Weise durch ein in der zentralen Öffnung 22 eingesetztes Zentralventil. Der topfförmige Stator 1 ist mit den Statorstegen 2 und einem aufgesetzten Deckel 13 über Befestigungsschrauben 12 zu einem drehfesten Verbund verspannt, wobei der Rotor 3 in der Breite derart bemessen ist, dass er mit einem geringstmöglichen Axialspiel Drehbewegungen gegenüber dem Stator 1 ausführen kann.
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Aufgrund der Ausbildung des Rotors 1 mit dem Außenring 20 und dem Innenring 21 wird der Rotor 3 mit der radialen Außenfläche des Außenringes 20 an der Innenwandung des Ringabschnittes 24 mit einem Lagerspalt 14 auf einem erheblich größeren Durchmesser gelagert, als dies bei Nockenwellenverstellern herkömmlicher Bauart möglich war. In dem Außenring 20 sind mehrere radial nach innen gerichtete Vertiefungen 4 vorgesehen, welche Taschen ausbilden, in denen eine Restmenge an Hydrauliköl auch bei relativ zu dem Stator 1 stillstehendem Rotor 3 aufnehmbar ist. Die Vertiefungen 4 unterbrechen die radial äußere Lagerfläche des Außenringes 20, so dass der Außenring 20 im dem vorliegenden Beispiel mit vier Lagerflächen 26 an der Innenwandung des Ringabschnittes 24 anliegt. Die Vertiefungen 4 sind dabei bevorzugt in den Abschnitten des Außenringes 20 vorgesehen, in denen der Außenring 20 mit den Stegen 9 verbunden ist. Da der Rotor 3 in diesen Abschnitten eine sehr hohe Materialstärke aufweist, haben die Vertiefungen 4 nur eine geringfügige Schwächung des Rotors 3 zur Folge, oder anders ausgedrückt, der Rotor 3 ist in diesen Abschnitten so steif, dass die Vertiefungen 4 auch bei höheren Belastungen im Dauerbetrieb nicht zusammengedrückt werden. Angrenzend zu den Vertiefungen 4 sind in dem Außenring 20 Durchgangsöffnungen 15 und 25 vorgesehen, welche jeweils in unterschiedliche Druckräume 6 oder 7 münden. Die Durchgangsöffnungen 15 und 25 sind dabei jeweils um einen Winkel entgegen der Drehrichtung des Rotors 3 versetzt zu den angrenzenden Vertiefungen 4 angeordnet, wobei die Drehrichtung des Rotors 3 die Drehrichtung ist, in die der Rotor 3 gegenüber dem Stator 1 verdreht werden würde, wenn die Druckkammer 6 oder 7 mit Hydrauliköl beaufschlagt wird, in die die jeweilige Durchgangsöffnung 15 oder 25 mündet.
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Der Zusammenhang wird anhand der Durchgangsöffnung 15 näher erläutert. Wenn die Druckkammer 7, in die die Durchgangsöffnung 15 mündet, mit Hydrauliköl beaufschlagt wird, wird der Rotor 3 in der Darstellung im Uhrzeigersinn gegenüber dem Stator 1 verdreht. Die Durchgangsöffnung 15 ist dabei erkennbar um einen Winkel entgegen dem Uhrzeigersinn zu der Vertiefung 4 angeordnet. Aufgrund der Drehbewegung des Rotors 3 im Uhrzeigersinn wird ein Teil des Hydrauliköles durch die Durchgangsöffnung 15 in den Lagerspalt 14 hineingezogen, so dass das Radiallager während der Drehbewegung des Rotors 3 mit einer ausreichenden Menge an Schmiermittel versorgt wird. Gleichzeitig wird das in der Druckkammer 6 vorhandene Hydrauliköl in ein Reservoir abgeführt und durch die Durchgangsöffnungen 25 in den Lagerspalt in Drehrichtung vor der Vertiefung 4 gedrückt. Dabei wird das Einströmen des Hydrauliköls aus der Durchgangsöffnung 25 in die Vertiefung 4 durch die um einen Winkel entgegen der Drehrichtung des Rotors 3 zu den Durchgangsöffnungen 25 gewählte Anordnung der Vertiefungen 4 begünstigt. Damit wird während der Drehbewegung des Rotors 3 aus jeder Tasche Hydrauliköl in den Radiallagerspalt eingeführt und in jede Tasche Hydrauliköl eingeführt und zwar unabhängig von der Drehrichtung des Rotors 3.
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Nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine verbleibt in jeder Tasche eine Restmenge an Hydrauliköl, welche beim Neustart der Brennkraftmaschine zur Schmierung des Radiallagers genutzt wird. Damit wird das Radiallager beim Neustart der Brennkraftmaschine auch dann mit Hydrauliköl geschmiert, wenn die Druckkammern 6 und 7 noch nicht vollständig mit Hydrauliköl gefüllt sind, und durch die Durchgangsöffnungen 15 und 25 noch kein Hydrauliköl in das Radiallager eintritt.
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Der Rotor 3 weist eine Bohrung 29 zur Aufnahme eines Verriegelungsstiftes 27 und eine Bohrung 10 zu einem Ausgleich der Unwucht auf. Ferner weist der Rotor 3 an seinem inneren Abschnitt vier Bohrungen 8 auf, in denen jeweils ein axial vorstehender Stift 19 angeordnet ist. An einem der Stifte 19 ist das Ende einer Torsionsfeder 18 eingehängt, welche mit der innersten Windung außen an den jeweils anderen Stiften 19 anliegt. Mit dem anderen Ende ist die Feder 18 an einem der Schraubenköpfe der Befestigungsschrauben 12 am Stator 1 eingehängt, so dass sie den Rotor 3 gegenüber dem Stator 1 in Richtung einer Ruhelage vorspannt. Nach außen hin ist der Nockenwellenversteller an der Seite der Feder 18 und des Deckels 13 durch eine Abdeckung 17 abgedeckt, wobei die Abdeckung 17 Zugangsöffnungen aufweist, durch die Befestigungsschrauben 12 mittels eines geeigneten Werkzeuges ergriffen werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- Statorsteg
- 3
- Rotor
- 4
- Vertiefung
- 5
- Arbeitskammer
- 6
- Druckraum
- 7
- Druckraum
- 8
- Bohrung
- 9
- Steg
- 10
- Unwuchtbohrung
- 11
- Druckmittelkanal
- 12
- Befestigungsschraube
- 13
- Deckel
- 14
- Lagerspalt
- 15
- Durchgangsöffnung
- 16
- Bohrung
- 17
- Abdeckung
- 18
- Feder
- 19
- Stift
- 20
- Außenring
- 21
- Innenring
- 22
- Öffnung
- 23
- Grundfläche
- 24
- Ringabschnitt
- 25
- Bohrung
- 26
- Lagerfläche
- 27
- Verriegelungsstift
- 28
- Kunststoffsegment
- 29
- Bohrung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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