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Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Nockenwellenverstelleinrichtungen werden im Allgemeinen in Ventiltrieben von Brennkraftmaschinen verwendet, um die Ventilöffnungs- und Schließzeiten zu verändern, wodurch die Verbrauchswerte der Brennkraftmaschine und das Betriebsverhalten im Allgemeinen verbessert werden können.
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Eine in der Praxis bewährte Ausführungsform der Nockenwellenverstelleinrichtung weist einen Flügelzellenversteller mit einem Stator und einem Rotor auf, welche einen Ringraum begrenzen, der durch Vorsprünge und Flügel in mehrere Arbeitskammern unterteilt ist. Die Arbeitskammern sind wahlweise mit einem Druckmittel beaufschlagbar, welches in einem Druckmittelkreislauf über eine Druckmittelpumpe aus einem Druckmittelreservoir in die Arbeitskammern an einer Seite der Flügel des Rotors zugeführt und aus den Arbeitskammern an der jeweils anderen Seite der Flügel wieder in das Druckmittelreservoir zurückgeführt wird. Die Arbeitskammern, deren Volumen dabei vergrößert wird, weisen eine Wirkrichtung auf, welche der Wirkrichtung der Arbeitskammern, deren Volumen verkleinert wird, entgegengesetzt ist. Die Wirkrichtung bedeutet demnach, dass eine Druckmittelbeaufschlagung der jeweiligen Gruppe von Arbeitskammern eine Verdrehung des Rotors entweder im oder gegen den Uhrzeigersinn relativ zu dem Stator bewirkt. Die Steuerung des Druckmittelflusses und damit der Verstellbewegung der Nockenwellenverstelleinrichtung erfolgt z.B. mittels eines Zentralventils mit einer komplexen Struktur von Durchflussöffnungen und Steuerkanten und einem in dem Zentralventil verschiebbaren Ventilkörper, welcher die Durchflussöffnungen in Abhängigkeit von seiner Stellung verschließt oder freigibt.
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Ein Problem bei einer solchen Nockenwellenverstelleinrichtung ist es, dass sie in einer Startphase noch nicht vollständig mit Druckmittel gefüllt ist oder sogar leer gelaufen sein kann, so dass der Rotor aufgrund der von der Nockenwelle ausgeübten Wechselmomente unkontrollierte Bewegungen relativ zu dem Stator ausführen kann, welche zu einem erhöhten Verschleiß und zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung führen können. Zur Vermeidung dieses Problems ist es bekannt, zwischen dem Rotor und dem Stator eine Verriegelungseinrichtung vorzusehen, welche den Rotor beim Abstellen der Brennkraftmaschine in einer für den Start günstigen Drehwinkelposition gegenüber dem Stator verriegelt. In Ausnahmefällen, wie z.B. beim Abwürgen der Brennkraftmaschine, ist es aber möglich, dass die Verriegelungseinrichtung den Rotor nicht bestimmungsgemäß verriegelt, und der Nockenwellenversteller in der sich anschließenden Startphase mit unverriegeltem Rotor betrieben werden muss. Da manche Brennkraftmaschinen jedoch ein sehr schlechtes Startverhalten haben, wenn der Rotor nicht in der Mittenposition verriegelt ist, muss der Rotor dann in der Startphase selbsttätig in die Mittenverriegelungsposition verdreht und verriegelt werden.
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Eine solche selbsttätige Verdrehung und Verriegelung des Rotors gegenüber dem Stator ist z.B. aus der
DE 10 2008 011 915 A1 bekannt. Die dort beschriebene Verriegelungseinrichtung umfasst eine Mehrzahl von federbelasteten Verriegelungsstiften, welche bei einer Verdrehung des Rotors sukzessiv in einer Verriegelungskulisse verriegeln und dabei vor dem Erreichen der Mittenverriegelungsposition jeweils eine Verdrehung des Rotors in Richtung der Mittenverriegelungsposition zulassen, aber eine Verdrehung des Rotors in die entgegengesetzte Richtung blockieren. Nach dem Warmlaufen der Brennkraftmaschine und/oder dem vollständigen Befüllen des Nockenwellenverstellers mit Druckmittel werden die Verriegelungsstifte druckmittelbetätigt aus den Verriegelungskulissen verdrängt, so dass der Rotor anschließend bestimmungsgemäß zur Verstellung der Drehwinkellage der Nockenwelle gegenüber dem Stator verdreht werden kann.
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Eine Möglichkeit der Ausbildung der Verriegelungskulissen ist das Vorsehen eines Verriegelungsdeckels oder auch Dichtdeckels, in dem die Verriegelungskulissen in Form von Ausnehmungen vorgesehen sind, wobei der Verriegelungsdeckel oder der Dichtdeckel jeweils drehfest mit dem Stator verbunden sind und die Arbeitskammern seitlich abdecken.
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Dabei ergibt sich das Problem, dass alle Verriegelungskulissen über eine separate Druckmittelleitung mit Druckmittel versorgt werden müssen, welche überdies in keiner Stellung des Rotors einen Kurzschluss zu den Arbeitskammern aufweisen dürfen. Aus diesem Grund wird zur Druckmittelversorgung der Verriegelungskulissen eine Ringnut in dem Rotor vorgesehen, welche strömungstechnisch mit den Verriegelungskulissen verbunden ist. Aufgrund der Abmaße des Rotors muss die Ringnut verhältnismäßig flach ausgebildet sein. Dadurch kann eine ausreichende Druckmittelversorgung der Verriegelungskulissen nicht in allen Betriebszuständen, d.h. zum Beispiel bei sehr niedrigen Drücken des Druckmittels oder sehr tiefen Temperaturen und einer dadurch bedingten eingeschränkten Fließfähigkeit des Druckmittels, gewährleistet werden. Ferner kann die Nut in dem Rotor auf der Kontaktseite des Verriegelungsdeckels nicht durchgängig ausgebildet sein, da im Bereich der Verriegelungskulissen ansonsten keine ausreichende Kontaktfläche für die Verriegelungsstifte gegeben ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einer verbesserten und funktionssicheren Verriegelung des Rotors auch unter extremen Betriebsbedingungen zu schaffen.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Deckel wenigstens zweiteilig ausgebildet ist, und in einem ersten Teil des Deckels die Verriegelungskulisse(n) und in einem zweiten Teil des Deckels eine zu dem ersten Teil des Deckels hin offene Nut vorgesehen ist, welche mit wenigstens einer Verriegelungskulisse in dem ersten Teil des Deckels strömungstechnisch verbunden ist. Durch die vorgeschlagene Lösung kann die Druckmittelzuführung zu der oder den Verriegelungskulisse(n) erheblich vereinfacht werden, indem durch die Zweiteiligkeit des Deckels eine zusätzliche Trennfläche geschaffen wird, in der die Druckmittelkanäle bzw. Druckmittelleitungen zum Anschluss der Verriegelungskulissen an einen Druckmittelkreislauf der Brennkraftmaschine vorgesehen werden können. Dadurch müssen die Druckmittelleitungen nicht mehr in dem Rotor oder dem Stator vorgesehen werden, so dass die daran zur Verfügung stehende Kontaktfläche für die Verriegelungsstifte vergrößert werden kann. Außerdem kann die Nut größer als die bisher in dem Rotor vorgesehene Druckmittelleitung bemessen werden, so dass eine Druckmittelversorgung der Verriegelungskulisse auch bei tieferen Temperaturen bzw. in der Startphase der Brennkraftmaschine sichergestellt werden kann. Außerdem kann die Anzahl und die Länge der in dem Stator bzw. Rotor vorzusehenden Druckmittelleitungen verringert und verkürzt werden, so dass das Druckmittelleitungssystem insgesamt vereinfacht werden kann.
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Das Druckmittelleitungssystem kann weiter vereinfacht werden, indem die Nut wenigstens zwei, vorzugsweise alle, Verriegelungskulissen strömungstechnisch miteinander verbindet. Die Nut bildet damit eine Art Verteiler- oder Sammelleitung, über welche das Druckmittel aus den Verriegelungskulissen gesammelt abgeführt oder zugeführt wird.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Nut ring- oder teilringförmig ausgebildet und gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung konzentrisch zu der Drehachse des Rotors angeordnet ist. Die vorgeschlagene Weiterbildung ist insofern von Vorteil, da der Rotor während der Verstellung des Drehwinkels der Nockenwelle eine Drehbewegung macht, während der die rotorfesten Verriegelungsstifte eine Bewegung auf einem konstanten Durchmesser ausführen. Daher sind die Verriegelungskulissen bogenförmig ausgebildet und derart ausgerichtet, dass sie auf einem Durchmesser angeordnet sind, so dass die Verriegelungsstifte in verschiedenen Drehwinkelstellungen des Rotors in die Verriegelungskulissen eingreifen können. Aufgrund der vorgeschlagenen Formgebung und Ausrichtung der Nut können die auf einem Durchmesser angeordneten Verriegelungskulissen über die Nut besonders einfach an das Druckmittelleitungssystem angeschlossen und die Nut kann sehr kurz bemessen werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das zweite Teil des Deckels ein Metallteil ist, und die Nut durch eine Metallumformung hergestellt ist. Die Nut kann eingeprägt oder eingepresst werden, ohne dass dazu ein Materialabtrag des zweiten Teils erforderlich ist.
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Ferner kann die Nut nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch eine der Verriegelungskulissen mit Druckmittel beaufschlagbar sein. Dadurch bedarf es keiner weiteren nach außen führenden Nut zwischen dem ersten und dem zweiten Teil des Deckels, um das Druckmittel in die Nut einzuleiten. Vielmehr kann die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil des Deckels druckmitteldicht ausgebildet sein, so dass ein Leerlaufen der Verriegelungskulissen über die Nut verhindert werden kann. Dabei kann das Druckmittel durch eine Verriegelungskulisse in die Nut eingeleitet und durch die Nut in die weiteren Verriegelungskulissen weitergeleitet werden. In diesem Fall muss nur eine der Verriegelungskulissen durch eine Druckmittelleitung in dem Rotor oder in dem Stator an den Druckmittelkreislauf angeschlossen werden, was durch eine sehr einfach herzustellende Nut oder Bohrung verwirklicht werden kann.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass wenigstens eines der Teile des Deckels ein Gussteil ist. Die vorgeschlagene Lösung ist insofern von Vorteil, da die Teile des Deckels oder eines der Teile des Deckels dadurch besonders kostengünstig, insbesondere auch mit einer komplexen Formgebung hergestellt werden, wobei das Gusssteil bei einer Wahl als Stahlgussteil oder Eisengussteil zudem auch eine sehr hohe Festigkeit zur Aufnahme der während der Verriegelung des Rotors wirkenden Kräfte aufweist.
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Außerdem kann das zweite Teil auch bevorzugt ein Kunststoffteil sein. Kunststoffteile können sehr kostengünstig in großen Stückzahlen in einem Spritzverfahren hergestellt werden, wobei die Nut in diesem Fall gleich mit angeformt werden kann. Die geringere Festigkeit des Kunststoffteils ist dabei insofern nicht von Nachteil, da das zweite Teil des Deckels abgesehen von den Andruckkräften der federbelasteten Verriegelungsstifte keine Verriegelungskräfte, insbesondere nicht in Umfangsrichtung aufnimmt. Da die Verriegelungskulisse in dem ersten Teil des Deckels angeordnet ist, gelangen die Verriegelungsstifte in der Verriegelungsstellung auch nur an dem Rand der Verriegelungskulisse des ersten Teils des Deckels zur Anlage, so dass die Umfangskräfte ausschließlich von dem ersten Teil des Deckels aufgenommen werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Figuren sind im Einzelnen zu erkennen:
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1: ein zweiteiliger Deckel in verschiedenen Ansichten und Schnitten; und
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2: ein zweiteiliger Deckel mit zwei Teilen in Explosionsdarstellung.
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Die Nockenwellenverstelleinrichtung kann im Grundaufbau dem Nockenwellenversteller aus der
DE 10 2008 011 915 A1 entsprechen, so dass diese Druckschrift hinsichtlich des Grundaufbaus der Nockenwellenverstelleinrichtung explizit zu dem Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung hinzuzurechnen ist. Die Nockenwellenverstelleinrichtung weist einen Flügelzellenversteller bekannter Bauform mit einem von einer Kurbelwelle oder einer sonstigen Antriebswelle antreibbaren Stator und einem gegenüber dem Stator drehbar gelagerten Rotor auf. Der Stator weist in dieser Ausführungsform vier radial nach innen ragende Vorsprünge auf, welche einen Ringraum zwischen dem Stator und dem Rotor in vier Druckräume unterteilen. Die Druckräume wiederum werden durch vier radial von dem Rotor nach außen vorstehende Flügel in jeweils zwei Arbeitskammern unterschiedlicher Wirkrichtung unterteilt. Zur Verstellung des Rotors gegenüber dem Stator wird in die Arbeitskammern gleicher Wirkrichtung über ein Druckmittelleitsystem Druckmittel, wie z.B. Hydrauliköl, eingeleitet, während das Druckmittel aus den Arbeitskammern der jeweils anderen Wirkrichtung in ein Druckmittelreservoir zurückgeführt wird. Durch das Einleiten des Druckmittels in die Arbeitskammern der ersten Wirkrichtung und das Ableiten des Druckmittels aus den Arbeitskammern der jeweils anderen Wirkrichtung wird das Volumen der Arbeitskammern der ersten Wirkrichtung vergrößert und das Volumen der Arbeitskammern der jeweils anderen Wirkrichtung verkleinert, so dass der Rotor entweder im oder entgegen dem Uhrzeigersinn gegenüber dem Stator verdreht wird.
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Der Stator ist seitlich mit einem Entlüftungsdeckel und einem Verriegelungsdeckel verschraubt, welche die Arbeitsklammern seitlich verschließen. In dem Entlüftungsdeckel sind mehrere teilkreisbogenförmige Entlüftungsöffnungen vorgesehen, welche jeweils so angeordnet sind, dass sie nach der Verschraubung des Entlüftungsdeckels an dem Stator zwischen den Vorsprüngen des Stators liegen.
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In den
1 und
2 ist jeweils ein erfindungsgemäßer Deckel
1 zu erkennen, welcher z.B. als Verriegelungsdeckel in dem Nockenwellenversteller der
DE 10 2008 011 915 A1 verwendet werden kann. Der Deckel
1 ist zweiteilig mit einem ersten Teil
2 und einem zweiten Teil
3 ausgebildet, welche jeweils als kreisförmige Ringscheiben mit einem identischen Außen- und Innendurchmesser ausgebildet sind. In dem Deckel
1 sind vier Befestigungsöffnungen
5 für eine statorfeste Befestigung mittels Befestigungsschrauben vorgesehen, welche sich jeweils durch zueinander fluchtende Öffnungen
6 und
7 der aneinander anliegenden Teile
2 und
3 des Deckels
1 ergeben.
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In dem ersten Teil
2 des Deckels
1 sind vier ringsegmentförmige Verriegelungskulissen
8,
9,
10 und
11 zur Verriegelung des in der
DE 10 2008 011 915 A1 beschriebenen Verriegelungsstiftes vorgesehen. Die Verriegelungskulissen
8,
9,
10 und
11 sind jeweils als ringsegmentförmige Ausnehmungen ausgebildet, welche auf einem Durchmesser angeordnet sind.
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In dem zweiten Teil
3 des Deckels
1 ist eine zu dem ersten Teil
2 des Deckels
1 hin geöffnete Nut
4 vorgesehen, welche durch einen Metallumformprozess hergestellt ist. Die Nut
4 ist ebenfalls in Form eines Ringsegmentes ausgebildet und verläuft konzentrisch zu dem Mittelpunkt des Deckels bzw. konzentrisch zu der Drehachse des daran anliegenden, aus der Druckschrift
DE 10 2008 011 915 A1 bekannten Rotors. Die Nut
4 erstreckt sich über einen Umfang von ca. 270 Grad und ist an alle Verriegelungskulissen
8,
9,
10 und
11 angeschlossen, so dass die Verriegelungskulissen
8,
9,
10 und
11 durch eine Druckbeaufschlagung der Nut
4 mit Druckmittel betätigt, und die darin eingreifenden Verriegelungsstifte herausgedrängt werden können. Die Form und Lage der Nut
4 unterliegt dabei vergleichsweise geringen Anforderungen, wichtig ist nur, dass die Nut die Verriegelungskulissen
8,
9,
10 und
11 seitlich überdeckt, so dass das darin geführte Druckmittel in die Verriegelungskulissen
8,
9,
10 und
11 einströmen oder aus diesen abströmen kann.
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Die Beaufschlagung der Nut 4 mit Druckmittel kann z.B. durch eine der Verriegelungskulissen 8, 9, 10 und 11 erfolgen, während die Weiterleitung des Druckmittels in die anderen Verriegelungskulissen 8, 9, 10 und 11 über die Nut 4 erfolgt.
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Die Tiefe der Nut 4 sollte zwischen 0,5 und 3,0 mm und die Breite 1,5 bis 4,0 mm betragen, wobei die Breite und die Tiefe auch im Hinblick auf das jeweils optimale Herstellungsverfahren der Nut 4 abgestimmt werden können. Ferner kann die Nut 4 auch einen beliebigen Verlauf aufweisen, soweit sie die Verriegelungskulissen 8, 9, 10 und 11 strömungstechnisch miteinander verbindet. Der beschriebene ringsegmentförmige Verlauf ist jedoch insofern von Vorteil, da die Nut 4 dadurch die ebenfalls ringsegementförmigen Verriegelungskulissen 8, 9, 10 und 11 mit einer größtmöglichen Fläche überdeckt.
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Das erste Teil 2 des Deckels 1 kann bevorzugt aus einem Gusssteil ausgebildet sein, so dass die komplexe Formgebung der Verriegelungskulissen 8, 9, 10 und 11 gleich während der Herstellung des ersten Teils 2 mitgeformt werden kann. Da das erste Teil 2 mit den darin angeordneten Verriegelungskulissen 8, 9, 10 und 11 die Verriegelungskräfte in Umfangsrichtung aufnimmt, bietet es sich besonders bevorzugt an, diese aus Stahlguss oder Eisenguss mit einer entsprechenden Festigkeit herzustellen.
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Außerdem kann das zweite Teil 3 bevorzugt als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet sein, wobei dieses auch mit einer erheblich geringeren Wandstärke praktisch nur als eine Art Abdeckung verwirklicht sein kann. Da das dritte Teil 3 gemäß der vorgeschlagenen Lösung nur zur Ausbildung der Nut 4 vorgesehen ist und bis auf die axialen Andruckkräfte der Verriegelungsstifte keine Verriegelungskräfte aufnimmt, kann das zweite Teil 3 auch eine geringere Festigkeit als das erste Teil 2 aufweisen, ohne dass dies Nachteile für die Funktionssicherheit der Nockenwellenverstelleinrichtung hat. Im Gegenteil, es ist sogar von Vorteil, wenn das zweite Teil 3 aus Kunststoff hergestellt ist, da dieses dadurch kostengünstiger hergestellt werden kann und auch ein geringeres Gewicht aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Deckel
- 2
- erstes Teil
- 3
- zweites Teil
- 4
- Nut
- 5
- Befestigungsöffnung
- 6
- Öffnung
- 7
- Öffnung
- 8
- Verriegelungskulisse
- 9
- Verriegelungskulisse
- 10
- Verriegelungskulisse
- 11
- Verriegelungskulisse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008011915 A1 [0005, 0019, 0021, 0022, 0023]
