DE102013217905A1 - Camshaft adjuster with movement decoupling component between pin and control piston - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller (1) mit einem Druckfluidöffnungen (3) aufweisenden Zentralventil (2), in welchem zum Öffnen oder Verschließen der Druckfluidöffnungen (3) ein Steuerkolben (4) in Richtung einer Rotationsachse (5) des Nockenwellenverstellers (1) längsverschieblich angeordnet ist, und mit einem Aktor, der einen in Rotationsrichtung längsverschieblichen Pin aufweist, wobei der Pin und der Steuerkolben (4) so zueinander positioniert sind, dass falllabhängig zwischen ihnen Axialkräfte übertragen werden, wobei zwischen dem Pin und dem Steuerkolben (4) ein axialkräfteweitergebendes Zwischenbauteil (6) angeordnet ist, wobei das Zwischenbauteil (6) als Bewegungsentkopplungsbauteil (7) zum Pin und zum Steuerkolben (4) drehbar angeordnet ist.The invention relates to a camshaft adjuster (1) with a central valve (2) having pressure fluid openings (3) in which a control piston (4) is longitudinally displaceable in the direction of an axis of rotation (5) of the camshaft adjuster (1) for opening or closing the pressure fluid openings (3) with an actuator having a pin longitudinally displaceable in the direction of rotation, wherein the pin and the control piston (4) are positioned relative to each other so that axial forces are transmitted between them depending on the case, wherein between the pin and the control piston (4) an axialkraftweiterendes intermediate component (6) is arranged, wherein the intermediate member (6) is arranged rotatably as Bewegungsentkopplungsbauteil (7) to the pin and the control piston (4).
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller, mit einem eine oder mehrere radiale Druckfluidöffnungen aufweisenden Zentralventil, in welchem zum Öffnen oder Verschließen der Druckfluidöffnungen ein Steuerkolben in Richtung einer Rotationsachse des Nockenwellenverstellers längsverschieblich angeordnet ist, und mit einem Aktor / Aktuator, der einen elektromagnetisch in Rotationsachsenrichtung längsverschieblichen Pin/Stößel aufweist, wobei der Pin/Stößel und der Steuerkolben so zueinander positioniert sind, dass fallabhängig zwischen ihnen Axialkräfte übertragen werden, wobei zwischen dem Pin und dem Steuerkolben ein axialkräfteweitergebendes Zwischenbauteil angeordnet ist. The invention relates to a camshaft adjuster, comprising a central valve having one or more radial pressure fluid openings, in which a control piston is arranged longitudinally displaceable in the direction of an axis of rotation of the camshaft adjuster for opening or closing the pressure fluid openings, and with an actuator / actuator having a pin which can be displaced electromagnetically in the direction of rotation axis / Tappet, wherein the pin / plunger and the control piston are positioned to each other so that case-dependent axial forces are transmitted between them, wherein between the pin and the control piston a axialkraftweiterbendes intermediate member is arranged.
Aus dem Stand der Technik ist der Einsatz von Nockenwellenverstellern bekannt, bspw. aus der
Durch solche Nockenwellenversteller mit Zentralventilkolben und Magnetpins werden Variable Cam Timing-Vorrichtungen realisierbar. Leider sind die bisherigen Lösungen in puncto Verschleiß noch optimierbar. So hat der Pin/Betätigungspin, welcher von einem Magneten translatorisch verschiebbar ist, zum Teil selbst im unbestromten Zustand bereits Dauerkontakt zum Steuerkolben, der auch als Schieber bezeichnet werden kann und ein Teil des Zentralventiles ist. Es ist nicht bekannt, ob er in dieser Stellung rotieren kann. Wird der Magnet bestromt, fährt der Pin gegen den rotierenden Schieber und infolge der Magnetkräfte kann der Pin dann jedenfalls nicht mehr drehen. Dadurch wirkt er nach Art eines Bohrers gegenüber einer planen Fläche des Schiebers/Steuerkolbens, auf welchem er beim Axialkräfteübertragen trifft. Dadurch erzeugt er Verschleiß an der Planfläche/Planenfläche des Schiebers/Steuerkolbens, wobei sich auch die Spitze des Pins selber abnutzt.Such camshaft adjusters with central valve pistons and magnetic pins make variable cam timing devices feasible. Unfortunately, the previous solutions in terms of wear are still optimized. Thus, the pin / actuating pin, which is translationally displaceable by a magnet, partly even in the de-energized state already permanent contact with the control piston, which can also be referred to as a slide and is part of the central valve. It is not known if he can rotate in this position. If the magnet is energized, the pin moves against the rotating slide and due to the magnetic forces, the pin can then no longer rotate. As a result, it acts in the manner of a drill with respect to a flat surface of the slide / control piston on which it meets when transmitting axial force. As a result, it generates wear on the flat surface / plane surface of the slide / control piston, whereby the tip of the pin itself wears.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik abzustellen oder zumindest zu mindern und den bisher systembedingten „Bohrverschleiß“ zu eliminieren, zu reduzieren und/oder die Verschleißtiefe bzw. das Verschleißvolumen derart zu verteilen, dass der verschleißbedingte Hubverlust des Steuerkolbens minimiert wird. Zusätzlich soll auch eine Kostenreduktion unter gleichzeitiger Herstellbarkeit unterschiedlicher Varianten erreicht werden.It is the object of the present invention to eliminate or at least reduce the disadvantages of the prior art and to eliminate the previously systemic "Bohrverschleiß" to reduce and / or to distribute the wear depth or the wear volume such that the wear-induced stroke loss of Control piston is minimized. In addition, a cost reduction with simultaneous manufacturability of different variants should be achieved.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Zwischenbauteil als Bewegungsentkopplungsbauteil zum Pin und zum Steuerkolben drehbar angeordnet ist. Das Bewegungsentkopplungsbauteil ist zu jedem der beiden genannten Bauteile drehbar angeordnet.This object is achieved in a generic device according to the invention in that the intermediate component is arranged rotatably as Bewegungsentkopplungsbauteil to the pin and the control piston. The movement decoupling member is rotatably disposed to each of the two components mentioned.
Es muss dann nicht mehr eine plane Fläche /Planfläche des Steuerkolbens vorgehalten werden. Auch kann der Steuerkolben aus einem Rohr gefertigt werden und somit kostengünstiger als Umformteil hergestellt werden, als bisher. Dabei wird auch Material eingespart.It must then no longer be a flat surface / plane surface of the control piston held. Also, the control piston can be made of a tube and thus be made cheaper than forming part, as before. This also saves material.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert. Advantageous embodiments are claimed in the subclaims and are explained in more detail below.
So ist es von Vorteil, wenn das Bewegungsentkopplungsbauteil drehbar in einem dem Pin zugewandten Ende des Steuerkolbens angebracht ist oder drehbar auf einem dem Steuerkolbenzugewandten Ende des Pins angebracht ist. Einerseits kann dann das Bewegungsentkopplungsbauteil, bspw. als Kugel oder ballige Scheibe ausgebildet, in das distale Ende des Steuerkolbens/Schiebers eingesetzt werden, während andererseits auf dem Pin/Stößel, auf dessen distales Ende, welches dem Steuerkolben zugewandt ist, eine topfartige Bedeckung aufgebracht werden kann. So können zwar Axialkräfte übertragen werden, das Rotieren des Steuerkolbens, der letztlich drehunverschieblich im Zentralventil gelagert ist, welches seinerseits drehunverschieblich zum Rotor, also an die Nockenwelle gekoppelt, gelagert ist, hat dann keine verschleißenden Auswirkungen auf das in Axialrichtung krafteinleitende Element bzw. das axialkraftaufnehmende Element. Thus, it is advantageous if the movement decoupling component is rotatably mounted in a pin facing the end of the control piston or rotatably mounted on a control piston facing the end of the pins. On the one hand, the movement decoupling component, for example, formed as a ball or spherical disc, can then be inserted into the distal end of the control piston / slider, while on the other hand, on the pin / Plunger, on the distal end, which faces the control piston, a cup-like cover can be applied. Thus, although axial forces can be transmitted, the rotation of the control piston, which is ultimately drehunverschieblich stored in the central valve, which in turn drehunverschieblich coupled to the rotor, that is coupled to the camshaft, then has no wear on the force in the axial direction element or the axialkraftaufnehmende Element.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungsentkopplungsbauteil als Kugel oder kappenartiger Gleitschuh ausgebildet ist. Der Gleitschuh ist dann elefantenfußartig ausbildbar und über das distale Ende des Pins stülpbar. Die Montage wird dadurch erleichtert.An advantageous embodiment is also characterized in that the Bewegungsentkopplungsbauteil is designed as a ball or cap-like shoe. The sliding shoe can then be formed like an elephant foot and can be put over the distal end of the pin. The assembly is facilitated.
Auch ist es verschleißmindernd, wenn zwischen dem Bewegungsentkopplungsbauteil und dem Pin oder dem Steuerkolben ein balliger Kontakt besteht. Es ist auch zweckmäßig, wenn das Bewegungsentkopplungsbauteil eine dem Pin und/oder dem Steuerkolben zugewandte konvexe Oberfläche aufweist.It is also wear-reducing if there is a spherical contact between the movement decoupling component and the pin or the control piston. It is also expedient if the movement decoupling component has a convex surface facing the pin and / or the control piston.
Ferner sei darauf hingewiesen, dass es vorteilhaft ist, wenn die Oberfläche kugelabschnittsartig ausgebildet ist. Alternativ kann die Oberfläche auch ellipsoidartig ausgebildet sein.It should also be noted that it is advantageous if the surface is formed like a spherical segment. Alternatively, the surface may also be ellipsoidal.
Wenn die Kugel über eine Halteklammer axial zurückgehalten ist, aber in alle Richtungen rotierbar in einer Aufnahmeöffnung in der dem Pin zugewandten Stirnfläche des Steuerkolbens gehalten ist, so kann die Kugel einfach in Bewegung versetzt werden, etwa durch die Schwerkraft und bei Motorlauf auf die Kugel einwirkende Fliehkraft, wobei innerhalb ihres Spiels in der Klammer und/oder durch Rotation durch den Steuerkolben und/oder über entsprechenden Kontakt und/oder eine Ölscherung und/oder durch Rotation durch die exzentrische Ölumströmung eine Bewegung initiierbar ist.If the ball is retained axially by a retaining clip but is rotatably supported in all directions in a receiving opening in the pin-facing end face of the control piston, the ball can simply be set in motion, for instance by gravity and when the motor is running on the ball Centrifugal force, wherein within their play in the bracket and / or by rotation by the control piston and / or via corresponding contact and / or oil shear and / or rotation by the eccentric Ölumströmung a movement is initiated.
Es ist auch von Vorteil, wenn die Halteklammer, die Kugel und die Aufnahmeöffnung so aufeinander abgestimmt sind, dass die Kugel von Druckfluid, wie Öl umströmbar ist. Die Kopplung der Einzelkomponenten nach Art eines Gleitlagers wird dann ermöglicht.It is also advantageous if the retaining clip, the ball and the receiving opening are coordinated so that the ball of pressurized fluid, such as oil can be flowed around. The coupling of the individual components in the manner of a sliding bearing is then made possible.
Es ist ferner von Vorteil, wenn auf der dem Pin abgewandten Seite der Kugel eine Fixierscheibe in Anlage mit der Kugel ist / befindlich ist, wobei die Fixierscheibe vorzugsweise einen Öldurchströmkanal/Öldurchlassöffnung aufweist und weiter vorzugsweise einen kreuzförmigen Querschnitt aufweist. It is also advantageous if on the side facing away from the pin of the ball is a fixing washer in contact with the ball / is befindlich, wherein the fixing plate preferably has an oil passage / oil passage opening and further preferably has a cross-shaped cross-section.
Auch ist es von Vorteil, wenn zwischen dem Gleitschuh und dem Pin ein mit Gleitfett füllbarer Spalt vorhanden ist.It is also advantageous if a gap that can be filled with lubricating grease is present between the sliding shoe and the pin.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben aus Kunststoff besteht oder solchen Kunststoff mit umfasst.An advantageous embodiment is also characterized in that the control piston is made of plastic or includes such plastic.
Ebenso ist es von Vorteil, wenn das Bewegungsentkopplungsbauteil aus einer Metalllegierung besteht oder diese Metalllegierung mit umfasst. Likewise, it is advantageous if the movement decoupling component consists of a metal alloy or includes this metal alloy.
Mit anderen Worten wird anstelle einer sonst üblichen planen Fläche/Planfläche eine Kugel mit einer einfachen Metallklammer eingesetzt, in der sich die Kugel bewegen kann und reibungsarm abstützt, so dass aufgrund der Kugelrotation und Bewegungen der sonst auftretende „Bohrverschleiß“ minimiert ist sowie das Verschleißvolumen auf die gesamte Kugeloberfläche und einem größeren Bereich des Pins verteilt wird.In other words, a ball with a simple metal clip is used instead of a conventional flat surface / flat surface in which the ball can move and supports friction, so that due to the ball rotation and movements of the otherwise occurring "Bohrverschleiß" is minimized and the wear volume the entire sphere surface and a larger area of the pin is distributed.
Anstelle der Planfläche wird eine Kugel mit Montageanschlagslaschen im Steuerkolben mit einer einfachen Fixierscheibe reibungsarm und leicht beweglich fixiert, so dass Ölströmungen im Betrieb eine zusätzliche Rotationskraft an der Kugel hervorrufen.Instead of the plane surface, a ball with mounting stop tabs in the control piston is fixed in a friction-free and easily movable manner with a simple fixing disk, so that oil flows during operation produce an additional rotational force on the ball.
Die Maßkette mit Toleranzen des Systems wird so eingestellt, dass im unbestromten Magneten ein Spiel zwischen dem Pin und dem Steuerkolben mit und ohne Kugel vorhanden ist. The dimensional chain with tolerances of the system is adjusted so that in the de-energized magnet a clearance between the pin and the control piston with and without ball is present.
Auf dem nicht-magnetischen Pin wird in einer Variante ein verschleißfester Gleitschuh mit großem Abgriffradius aufgesteckt. Die Folge ist ein höheres aufnehmbares Verschleißvolumen. On the non-magnetic pin, a wear-resistant sliding shoe with a large tap radius is attached in a variant. The result is a higher absorbable wear volume.
Während bisher der Magnet den Pin mit dessen Spitze gegen eine Planfläche des rotierenden Steuerkolbens gedrückt hat, wird dies nun anders gelöst. Bei unbestromten Magneten ist nun ein Spiel zwischen dem Pin und dem Steuerkolben vorhanden.While so far the magnet has pressed the pin with its tip against a plane surface of the rotating control piston, this is now solved differently. When energized magnet now a game between the pin and the control piston is present.
Der Magnet drückt den Pin mit seiner plan ausgeführten Stirnfläche nach der Überwindung des Spiels gegen die Kugel, die in der Halteklammer geführt ist und axial in beide Richtungen fixiert wird. Die Halteklammer stützt sich an der magnetseitigen Stirnfläche des Steuerkolbens ab und besteht aus drei oder mehr Schenkeln, so dass die Kugel gut von Öl umströmt werden kann. Die Kugel erfährt dann unterschiedliche Antriebskräfte, etwa solche, die bedingt durch die Schwerkraft sind, die durch bei Motorlauf hervorgerufener Fliehkraft beruhen, die durch Zwangsbewegungen / Rotation des Steuerkolbens an Kontaktpunkten der Kugel mit dem Steuerkolben herrühren sowie durch auftretende Ölscherung und/oder Rotation durch eine exzentrische Ölumströmung bedingt sind. The magnet pushes the pin with its flat face executed after overcoming the game against the ball, which is guided in the retaining clip and axially fixed in both directions. The retaining clip is supported on the magnet-side end face of the control piston and consists of three or more legs, so that the ball can be well flowed around by oil. The ball then experiences different driving forces, such as those that are due to gravity, which are caused by centrifugal force caused by running, caused by forced movements / rotation of the control piston at contact points of the ball with the control piston and by occurring oil shear and / or rotation caused by an eccentric Ölumströmung.
In einer Variante drückt der Magnet den Pin mit seiner plan ausgeführten Stirnfläche nach der Überwindung des Spiels gegen die Kugel, die im Steuerkolben durch die Fixierscheibe mit Öldurchströmkanälen und durch den Montageanschlag axial und radial mit Spiel gehalten wird. Die Fixierscheibe ist mit deren Öldurchströmkanälen als Blechkreuz mit Klemmkeilform in der Steuerkolbenbohrung maßgenau positioniert und fixiert.In one variant, the magnet pushes the pin with its plan executed end face after overcoming the game against the ball, which is held axially and radially in the control piston through the fixing disc with Öldurchströmkanälen and through the mounting stop with play. The fixing is accurately positioned and fixed with the Öldurchströmkanälen as a sheet metal cross with wedge shape in the control piston bore.
Alternativ kann der Magnet den Pin mit dem Gleitschuh gegen die Planfläche des rotierenden Steuerkolbens drücken. Bei unbestromten Magneten ist ein Spiel zwischen dem Pin und dem Steuerkolben vorhanden. Der Gleitschuh wird mit Gleitfett auf dem Pin gehalten und weist von einer Kontaktfläche zur Planfläche des Kolbens einen großen Radius, bspw. größer gleich 100 mm auf.Alternatively, the magnet can push the pin with the sliding shoe against the plane of the rotating control piston. With de-energized magnets, there is a clearance between the pin and the control piston. The sliding shoe is held on the pin with lubricating grease and has a large radius, for example greater than or equal to 100 mm, from a contact surface to the plane surface of the piston.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert, in der unterschiedliche Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with the aid of a drawing, in which different embodiments are shown. Show it:
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Einzelne Aspekte der Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden. Merkmale, die nicht als erfindungswesentlich dargestellt sind, sind rein optional.The figures are merely schematic in nature and are only for the understanding of the invention. The same elements are provided with the same reference numerals. Individual aspects of the embodiments can be interchanged. Features that are not shown as essential to the invention are purely optional.
In
Das Zentralventil
Konzentrisch innerhalb des Zentralventils
Die Längsverschiebung wird durch die Einwirkung eines Pins/Stößels hervorgerufen. Der Pin selber ist nicht dargestellt. Seine Form im Endbereich ist aber aus
Der Pin wird von einem Magnet, bei entsprechender Bestromung unter Hervorrufung einer Elektromagnetkraft axial verschoben, so dass eine Spitze des Pins auf ein Zwischenbauteil
Zurückkommend auf das Ausführungsbeispiel gemäß
Ein Magnet drückt den nicht dargestellten Pin mit seiner plan ausgeführten Stirnfläche nach der Überwindung des Spiels
Etwas anders wird die Kugel
In den
Unter Verzicht auf eine Kugel
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Nockenwellenversteller Phaser
- 22
- Zentralventil central valve
- 33
- Druckfluidleitöffnung Druckfluidleitöffnung
- 44
- Steuerkolben spool
- 55
- Rotationsachse axis of rotation
- 66
- Zwischenbauteil between component
- 77
- Bewegungsentkopplungsbauteil Movement decoupling component
- 88th
- Kugel Bullet
- 99
- Gleitschuh shoe
- 1010
- Halteklammer retaining clip
- 1111
- Stirnfläche face
- 1212
- Schenkel leg
- 1313
- Spiel game
- 1414
- Fixierscheibe affixation
- 1515
- Öldurchströmkanal Öldurchströmkanal
- 1616
- Montageanschlag assembly stop
- 1717
- Kreuzschenkel cross leg
- 1818
- ballige Oberfläche spherical surface
- 1919
- plane Stirnfläche plane face
- 2020
- Abstand distance
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Claims (4)
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DE102013217905.7A DE102013217905A1 (en) | 2013-09-09 | 2013-09-09 | Camshaft adjuster with movement decoupling component between pin and control piston |
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2013
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