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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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Ein Problem ist dabei darin zu sehen, dass aufgrund von Fertigungstoleranzen der Bauteile zwangsläufig ein Verriegelungsspiel nicht zu vermeiden ist, welches bei einer Verriegelung des Rotors aus den Anschlagstellungen „Früh“ oder „Spät“ in die Mittenverriegelungsposition zu berücksichtigen ist. Das Verriegelungsspiel ergibt sich aus der Summe der Einzelteiltoleranzen der Bauteile und kann im Extremfall mehr als 1 Grad betragen, was im Hinblick auf die hohen Qualitätsanforderungen unbefriedigend ist.
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Aus der
DE 10 2007 004 196 A1 ist es bekannt, einen Verriegelungsdeckel aus zwei scheibenförmigen Teilen auszubilden und in den Teilen des Verriegelungsdeckels jeweils Ausnehmungen vorzusehen, welche sich in der übereinander angeordneten Anordnung der Teile ergänzen und zusammengesetzt die Verriegelungskulissen für die eingreifenden Verriegelungsstifte bilden. Ferner sind an einem der Teile Langlöcher und an dem jeweils anderen Teil Bohrungen mit vorstehenden Kragen vorgesehen, welche eine Befestigung der beiden Teile in unterschiedlichen Winkelstellungen zueinander ermöglichen. Durch die unterschiedlichen Winkelstellungen der beiden Teile zueinander kann das Verriegelungsspiel des Rotors in der Mittenverriegelungsposition nachträglich eingestellt bzw. korrigiert werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine weiterentwickelte kostengünstige Nockenwellenverstelleinrichtung zu schaffen, bei der das Verriegelungsspiel nachträglich eingestellt werden kann.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Verriegelungskulisse durch wenigstens eine in einem ersten Teil des Deckels vorgesehene Ausnehmung gebildet ist, und an einem zweiten Teil des Deckels ein in die Ausnehmung eingreifender Vorsprung vorgesehen ist. Durch die vorgeschlagene Lösung werden die Anschläge für die Verriegelungsstifte in der Mittenverriegelungsposition durch eine Randseite der die Verriegelungskulisse bildenden Ausnehmung und durch den in die Ausnehmung eingreifenden Vorsprung gebildet. Da die beiden Teile des Deckels in der Drehwinkelstellung zueinander verstellbar sind, können die Anschläge für die Verriegelungsstifte der Mittenverriegelungsposition zueinander verstellt und damit das Verriegelungsspiel mit einfachen Mitteln eingestellt werden. Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass eine Verstellung der Anschlagstellungen der Mittenverriegelungsposition und damit des Verriegelungsspiels möglich ist, ohne dass dazu in dem zweiten Teil eine Ausnehmung zum Eingriff der Verriegelungsstifte vorgesehen sein muss. Das zweite Teil des Deckels kann dadurch wesentlich dünner und leichter ausgeführt werden. Wichtig ist nur, dass an dem zweiten Teil der vorgeschlagene Vorsprung vorgesehen ist, welcher den Anschlag für einen der Verriegelungsstifte in der Mittenverriegelungsposition bildet. Ferner muss bei der Herstellung des zweiten Teils nur auf eine entsprechend formund positionsgenaue Herstellung des Vorsprunges geachtet werden, da der Vorsprung den Anschlag bildet, wobei geringe Fertigungsungenauigkeiten durch die erfindungsgemäß ermöglichte Einstellbarkeit des Verriegelungsspiels kompensiert werden kann. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Verriegelungskulisse für die Mittenverriegelung des Rotors ausschließlich durch eine Ausnehmung in dem ersten Teil des zweiteiligen Deckels gebildet ist, während an dem zweiten Teil nur der Vorsprung vorgesehen werden muss.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die beiden Teile des Deckels jeweils Öffnungen aufweisen, welche sich in der vorgesehenen zusammengesetzten Stellung der beiden Teile des Deckels zu jeweils einer Befestigungsöffnung ergänzen, und dass die Öffnungen von wenigstens einem der beiden Teile in Richtung der relativen Verdrehrichtung der beiden Teile zueinander eine größere Weite als der Schaftdurchmesser einer darin vorgesehenen Befestigungsschraube aufweisen. Durch die vorgeschlagene Lösung kann die Verdrehbarkeit der beiden Teile des Deckels zueinander mit sehr einfachen Mitteln ermöglicht werden. Die Öffnungen mit der größeren Weite können dabei durch Langlöcher mit einer entsprechenden Ausrichtung oder auch durch im Vergleich zu dem Schaftdurchmesser der Befestigungsschrauben übergroße Öffnungen verwirklicht werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass der Vorsprung derart positioniert ist, dass er in einer vorgesehenen zusammengesetzten Stellung der beiden Teile des Deckels in einen Endabschnitt einer der Verriegelungskulissen eingreift. Durch die vorgeschlagene Lösung kann der durch die Verriegelungskulisse ermöglichte Verstellbereich des Rotors maximal ausgenutzt werden.
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Ferner kann der Vorsprung an einer ersten Seite eine an den Verlauf der Randseite der Verriegelungskulisse angepasste Formgebung aufweisen, wodurch sich dieser in der Anschlagstellung an der Verriegelungskulisse über eine möglichst große Fläche an der Verriegelungskulisse abstützten kann. Ferner kann dadurch der mögliche Verstellweg zwischen den beiden Teilen des Deckels maximiert werden.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Vorsprung an einer zweiten Seite, welche dem daran zur Anlage gelangenden Verriegelungsstift zugewandt ist, eine ebene Anschlagsfläche aufweist. Durch die ebene Anschlagsfläche können Form- und Lageungenauigkeiten des Vorsprunges, des daran zur Anlage gelangenden Verriegelungsstiftes und der Aufnahme des Verriegelungsstiftes in dem Rotor kompensiert werden, da der Verriegelungsstift an verschiedenen Stellen des Vorsprunges zur Anlage gelangen kann, ohne dass dies Auswirkungen auf das Verriegelungsspiel des Rotors hat. Dabei verläuft die ebene Anschlagsfläche idealerweise in Radialrichtung nach außen.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass der Vorsprung durch einen aus dem zweiten Teil des Deckels heraus geprägten Nocken gebildet ist. Der Nocken kann z.B. durch eine Metallumformung hergestellt sein, welche sehr kostengünstig, insbesondere in einer Großserienfertigung, realisiert werden kann.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass der Vorsprung derart geformt ist, dass er radial außen in Umfangsrichtung eine größere Erstreckung als radial innen in Umfangsrichtung aufweist. Durch die vorgeschlagene Bemessung des fangsrichtung aufweist. Durch die vorgeschlagene Bemessung des Vorsprunges kann dieser besonders gut während der Einstellbewegung in der Verriegelungskulisse geführt werden. Ferner kann dadurch die Ausrichtung der Anschlagsfläche möglichst senkrecht zu der Bewegung des Verriegelungsstiftes gewählt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Vorsprung eine Höhe aufweist, welche kleiner oder gleich der Wandstärke des ersten Teils des Deckels im Bereich der Verriegelungskulisse ist, in welche der Vorsprung eingreift. Durch die vorgeschlagene Bemessung des Vorsprunges ragt dieser nicht über das erste Teil des Deckels hinaus, so dass der Verriegelungsstift den Vorsprung in der entriegelten Stellung überfahren kann. Sofern die Höhe des Vorsprungs der Wandstärke des ersten Teils entspricht, kann sogar eine ebene Oberfläche aus der Stirnseite des Vorsprunges und der die Verriegelungskulisse begrenzenden Randfläche des ersten Teils verwirklicht werden, so dass der Verriegelungsstift auch in der entriegelten Stellung zur Verstellung aus der Verriegelungskulisse ausfahren kann, ohne an dem Rand der Verriegelungskulisse hängenzubleiben.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der Vorsprung durch ein mit dem zweiten Teil des Deckels verbundenes Zusatzteil gebildet ist. Durch die vorgeschlagene Lösung ist das zweite Teil des Deckels wenigstens zweiteilig mit dem Grundbauteil und dem den Vorsprung bildenden Zusatzteil ausgebildet. Das Zusatzteil, welches den Vorsprung bildet, kann dadurch individuell gemäß den an den Vorsprung gestellten Anforderungen ausgebildet sein. Z.B. kann das Zusatzteil einer besonderen zusätzlichen Wärmebehandlung unterzogen werden, ohne dass dazu das gesamte zweite Teil wärmebehandelt werden muss. Ferner kann die ansonsten erforderliche Materialumformung bzw. die Herstellung des Vorsprunges an dem zweiten Teil entfallen, wodurch die Fertigungskosten gesenkt werden können.
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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 mit einer Verriegelungskulisse und einem in die Verriegelungskulisse eingreifenden Vorsprung; und
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2: ein zweiteiliger Deckel mit drei Verriegelungskulissen und einem in eine Verriegelungskulisse eingreifenden Vorsprung.
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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 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 der vorliegenden 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 zweiteiliger 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 Ausführungsbeispiel der 1 ist in dem ersten Teil 2 eine Verriegelungskulisse 8 mit zwei eingreifenden Verriegelungsstiften 11 und 12 zu erkennen. An dem zweiten Teil 3 ist ein Vorsprung 4 vorgesehen, welcher in einem Endabschnitt der Verriegelungskulisse 8 eingreift. Die Öffnungen 6 und 7 sind beide als übergroße Öffnungen in Bezug zu dem Durchmesser des Schaftes der zur Befestigung vorgesehenen Befestigungsschrauben ausgebildet, so dass das erste Teil 2 z.B. um 1 bis 3 Grad gegen den Uhrzeigersinn und das zweite Teil 3 um 1 bis 3 Grad im Uhrzeigersinn aus einer Nullstellung zueinander verdreht werden können. Durch diese Verdrehung gelangen die Öffnungen 6 und 7 aus der zueinander fluchtenden Ausrichtung heraus und werden seitlich zueinander versetzt, wobei die Öffnungsweiten der Befestigungsöffnungen 5 aber immer noch so weit ist, dass jeweils eine Befestigungsschraube mit ihrem Schaft eingeführt werden kann.
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In der dargestellten Mittenverriegelungsstellung eines nicht dargestellten Rotors greifen zwei Verriegelungsstifte 11 und 12 in die Verriegelungskulisse 8 des Deckels 1 ein. Dabei liegt der erste Verriegelungsstift 11 an einer Randseite eines linkseitigen Endabschnittes der Verriegelungskulisse 8 an und verhindert dadurch eine weitere Verdrehung des nicht dargstellten Rotors gegen den Uhrzeigersinn in Bezug zu dem dargestellten Deckel 1. Der zweite Verriegelungsstift 12 liegt an der ebenen Anschlagsfläche 13 des Vorsprunges 4 an und verhindert dadurch eine weitere Verdrehung des nicht dargestellten Rotors im Uhrzeigersinn zu dem Deckel 1. Der Rotor ist dadurch in beide Verdrehrichtungen in der Mittenverriegelungsposition verriegelt. Durch die oben beschriebene Verdrehung des ersten oder zweiten Teils 2 oder 3 können die Positionen des Vorsprunges 4 und der Randseite der Verriegelungskulisse 8 verstellt werden, wodurch wiederum das Verriegelungsspiel eingestellt werden kann.
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In der 2 ist ein geringfügig modifizierter Deckel mit zwei weiteren Verriegelungskulissen 9 und 10 zu erkennen, welche eine selbsttätige Verdrehung des Rotors in die Mittenverriegelungsposition unter Ausnutzung der auf die Nockenwelle einwirkenden Wechselmomente ermöglichen, wenn der Rotor beim Anlassen der Brennkraftmaschine nicht in der Mittenverriegelungsposition verriegelt ist.
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Der Vorsprung 4 weist eine Höhe auf, welche kleiner oder bevorzugt auch identisch der Wandstärke des ersten Teils 2 des Deckels 1 ist. Dadurch steht der Vorsprung 4 nicht über den Rand der Verriegelungskulisse 8 hinaus. Da der Rotor bei einer Verdrehung entgegen dem Uhrzeigersinn aus der Anschlagstellung in Richtung der Mittenverriegelungsposition mit dem zweiten Verriegelungsstift 12 zunächst auf der Oberfläche des ersten Teils 2 des Deckels 1 anliegt und erst während der Verdrehbewegung in die Verriegelungskulisse 8 eintaucht, ist die vorgeschlagene Bemessung des Vorsprunges sinnvoll, da der zweite Verriegelungsstift 12 dadurch nicht an dem Vorsprung 4 hängenbleiben kann. Bei einer Entriegelung des Rotors und einer Verdrehung aus der Mittenverriegelungsposition im Uhrzeigersinn wird der zweite Verriegelungsstift 12 durch den Druck des Druckmittels in der Verriegelungskulisse 8 herausgedrängt und dann über den Vorsprung 4 und den Rand der Verriegelungskulisse 8 verdreht. Damit diese Drehbewegung nicht durch ein Hängenbleiben des zweiten Verriegelungsstiftes 12 an einer Kante im Übergang von der Stirnfläche des Vorsprunges 4 zu der Randfläche der Verriegelungskulisse 8 gestört wird, ist es sinnvoll, wenn die Höhe des Vorsprunges 4 der Wandstärke des ersten Teils 2 entspricht, so dass der Rand der Verriegelungskulisse 8 und die Stirnfläche des Vorsprunges 4 eine ebene Fläche bilden. Selbstverständlich kann das Überfahren von sehr kleinen Stufen in den Übergängen auch durch entsprechende Radien und/oder Schrägen an dem Rand der Verriegelungskulisse 8 oder der Stirnfläche des zweiten Verriegelungsstiftes 12 ermöglicht werden.
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Der Vorsprung 4 kann als gesondertes Zusatzteil ausgebildet sein und in einem gesonderten Arbeitsgang mit dem zweiten Teil 3 des Deckels 1 verbunden werden. Dazu kann das Zusatzteil z.B. über eine Nietverbindung, Schweißverbindung Klebeverbindung, Schraubverbindung oder über eine Presspassung mit dem zweiten Teil 3 des Deckels 1 verbunden werden. Alternativ kann der Vorsprung 4 auch durch einen Tiefziehvorgang oder ein Durchstellen des Materials hergestellt werden. Ferner kann der Vorsprung 4 auch bei einer Ausbildung des zweiten Teils 3 als Sinterteil in der Sinterform bereits vorgesehen sein, so dass er während des Sinterns bereits mit hergestellt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Deckel
- 2
- erstes Teil
- 3
- zweites Teil
- 4
- Vorsprung
- 5
- Befestigungsöffnung
- 6
- Öffnung
- 7
- Öffnung
- 8
- Verriegelungskulisse
- 9
- Verriegelungskulisse
- 10
- Verriegelungskulisse
- 11
- Verriegelungsstift
- 12
- Verriegelungsstift
- 13
- Anschlagsfläche
- 14
- Innenseite
- 15
- Außenseite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008011915 A1 [0005, 0022, 0024]
- DE 102007004196 A1 [0008]
