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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller zur Herstellung eines hydraulischen Nockenwellenverstellers gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
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Hydraulische Nockenwellenversteller werden bei Verbrennungsmotoren eingesetzt, um einen Lastzustand des Verbrennungsmotors anzupassen und somit die Effizienz des Verbrennungsmotors zu steigern. Aus dem Stand der Technik sind hydraulische Nockenwellenversteller bekannt, welche nach dem Flügelzellenprinzip arbeiten. Diese 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 hydraulischen Druckmittel kann die Lage des Rotors gegenüber dem Stator und damit auch die Lage der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle in Richtung „früh“ oder „spät“ verstellt werden. Es sind hydraulische Nockenwellenversteller mit einer Mittenverriegelung bekannt, bei denen der Rotor neben den jeweiligen Endpositionen auch in einer mittleren Position verriegelt werden kann, um insbesondere einen Motorstart zu erleichtern. In Ausnahmefällen, beispielsweise bei einem Abwürgen des Verbrennungsmotors 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 Verbrennungsmotoren jedoch ein sehr schlechtes Startverhalten haben, wenn der Rotor nicht in der Mittenposition verriegelt ist, muss der Rotor dann in der Startphase selbstständig in die Mittenverrieglungsposition verdreht und anschließend verriegelt werden.
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Aus der
DE 10 2012 211 870 A1 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit einer Mittenverriegelungseinrichtung bekannt. Dabei weist die Mittenverriegelungseinrichtung eine erste und eine zweite Verriegelungskulisse auf, wobei die erste Verriegelungskulisse an einem ersten Deckel und die zweite Verriegelungskulisse an einem dem ersten Deckel gegenüberliegenden zweiten Deckel ausgebildet sind und die Verriegelungsstifte an gegenüberliegenden Stirnseiten des Rotors austreten.
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Aus der
DE 10 2014 212 617 A1 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit einer Mittenverriegelungsfunktion bekannt, wobei der Rotor nach dem Prinzip einer hydraulischen Ratsche aus einer beliebigen Position in die Mittenverriegelungsposition gedreht werden kann, wobei eine Drehbewegung entgegen dieser Drehung gesperrt ist. Die hydraulische Ratsche verwendet dazu Wechselmomente des Nockenwellenantriebs, um den Rotor je nach Ausgangsposition von einer Verstellposition „früh“ oder einer Verstellposition „spät“ in die Mittenposition zu ziehen. Dazu muss jeweils eine Gruppe von Arbeitskammern geschlossen werden, um ein Drehen entgegen der beabsichtigten Drehrichtung zu unterbinden und die entsprechenden Momente der Nockenwelle abzustützen. Dabei können die Verriegelungsstifte sowohl auf unterschiedlichen Stirnseiten des Rotors angeordnet sein als auch auf der gleichen Seite. Aus der
DE 10 2007 004 196 A1 ist ein Verriegelungsdeckel mit zwei einseitig montierten, gestapelten Verriegelungsdeckeln bekannt.
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Die
DE 10 2007 004 196 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine, die einen mit einer Nockenwelle drehfest verbundenen Innenrotor aufweist, der relativ zu einem mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Außenrotor drehbar verstellbar ist, wobei in den Außenrotor mindestens eine durch Seitenwände begrenzte Hydraulikkammer eingebracht ist, wobei diese durch ein sich vom Innenrotor radial nach außen erstreckendes Element in zwei Teilkammern unterteilt wird und wobei zur Verriegelung der Relativbewegung zwischen Innenrotor und Außenrotor zwei den Innenrotor axial durchsetzende Verriegelungsstifte vorhanden sind, die in zwei Ausnehmungen eingreifen können, die in eine der als Verriegelungsdeckel ausgebildeten Seitenwände eingebracht sind, wobei der Verriegelungsdeckel aus zwei Teilen besteht, wobei jedes der Teile je eine Ausnehmung zum Eingriff je eines Verriegelungsstiftes aufweist.
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Die
DE 10 2013 223 301 A1 zeigt eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbindbaren Stator, und einem gegenüber dem Stator drehbar gelagerten, mit einer Nockenwelle verbindbaren Rotor, und einer Verriegelungseinrichtung zur Verriegelung des Rotors gegenüber dem Stator mit einer stator- oder rotorfesten pulvermetallurgisch hergestellten Verriegelungskulisse und wenigstens einem in der Verriegelungskulisse verriegelbaren Verriegelungsstift, wobei die Verriegelungskulisse in wenigstens einem Abschnitt einer Oberflächenrandzone eine gegenüber der Dichte des Grundwerkstoffs der Verriegelungskulisse erhöhte Dichte aufweist.
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Die
DE 10 2013 224 862 A1 zeigt eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbindbaren Stator, und einem gegenüber dem Stator drehbar gelagerten, mit einer Nockenwelle verbindbaren Rotor, und einer Verriegelungseinrichtung zur Verriegelung des Rotors gegenüber dem Stator mit einer statorfesten Verriegelungskulisse und wenigstens einem in der Verriegelungskulisse verriegelbaren rotorfesten Verriegelungsstift, wobei die Verriegelungskulisse in einem statorfesten, an dem Rotor seitlich anliegenden, wenigstens zweiteiligen Deckel angeordnet ist, und die beiden Teile des Deckels in unterschiedlichen Drehwinkeln zueinander befestigbar sind, wobei 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.
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Die
DE 10 2016 218 793 A1 zeigt einen Nockenwellenversteller mit einem Antriebselement und einem dazu innerhalb eines Winkelbereichs verdrehbaren und mit einer Nockenwelle verbindbaren Abtriebselement, wobei zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement druckbeaufschlagbare Arbeitskammern zur Verdrehung des Antriebselements zum Abtriebselement ausgebildet sind, wobei der Nockenwellenversteller einen Volumenspeicher zum Sammeln von Hydraulikmittel aufweist, wobei der Volumenspeicher das Hydraulikmittel über ein Rückschlagventil einer unterdruckbeaufschlagten Arbeitskammer zuführt, indem der Unterdruck in der Arbeitskammer das Rückschlagventil öffnet, wobei das Rückschlagventil in einer axialen Position zwischen der Arbeitskammer und dem Volumenspeicher angeordnet ist, wobei der Volumenspeicher von einem mit dem Antriebselement drehfest verbundenem Deckelelement ausgebildet ist.
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Ferner ist aus dem Stand der Technik ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit einem Druckmittelreservoir und einer sogenannten „Smart-Phasing-Funktion“ bekannt, bei welchem die Arbeitskammern im Falle einer Unterversorgung mit Druckmittel durch die Druckmittelpumpe aus einem Reservoir zusätzliches Druckmittel ansaugen können, um ein Ansaugen von Luft und eine damit verbundene Funktionsstörung des hydraulischen Nockenwellenverstellers zu vermeiden.
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Nachteilig ist dabei, dass die Funktion einer hydraulischen Ratsche stark von der Druckmittelversorgung und der Viskosität des Druckmittels abhängig ist. Bei kalten Temperaturen kann die Funktion aufgrund der dann hohen Strömungswiderstände eingeschränkt sein oder ausfallen. Dies spielt bei einem regulären Motorstopp keine Rolle, da das Druckmittel durch den Motorbetrieb aufgewärmt ist und eine niedrige Viskosität aufweist. Wird der Motor z.B. durch Abwürgen unverriegelt abgestellt, muss der hydraulische Nockenwellenversteller den Verbrennungsmotor als Fail-Safe-Funktion beim Motorstart verriegeln. Erfolgt der Motorstart nach längerer Abkühlung bei niedriger Umgebungstemperatur, kann die hydraulische Ratsche ausfallen und die Verriegelung in der Mittenverriegelungsposition findet nicht statt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit Smart-Phasing-Funktion derart weiterzubilden, dass unabhängig von den äußeren Bedingungen eine betriebssichere Verriegelung des Rotors in der Mittenverriegelungsposition erfolgt und die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen hydraulischen Nockenwellenversteller zur Verstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eines Verbrennungsmotors mit einem Stator, welcher synchron mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehbar ist, und einem verdrehbar zum Stator angeordneten Rotor, welcher synchron mit einer Nockenwelle drehbar ist, gelöst. Der hydraulische Nockenwellenversteller weist ferner zwei Gruppen von jeweils mit einem in einem Druckmittelkreislauf zu- oder abströmenden Druckmittel beaufschlagbaren Arbeitskammern mit einer unterschiedlichen Wirkrichtung auf. Ferner ist an dem hydraulischen Nockenwellenversteller eine Mittenverriegelungseinrichtung zur Verriegelung des Rotors in einer definierten Position relativ zu dem Stator vorgesehen. Der Stator ist an einer ersten Stirnseite durch einen mehrteiligen Verriegelungsdeckel begrenzt, wobei der mehrteilige Verriegelungsdeckel einen ersten Verriegelungsdeckel und einen zweiten Verriegelungsdeckel aufweist. Dabei ist an dem ersten Verriegelungsdeckel eine erste Stufe einer mechanischen Ratsche und an dem zweiten Verriegelungsdeckel mindestens eine weitere Stufe der mechanischen Ratsche ausgebildet. Dadurch kann ein mechanischer Ratschenmechanismus ausgebildet werden, welcher ein Drehen des Rotors in die Mittenverrieglungsposition unterstützt und somit die Mittenverriegelungsfunktion im Wesentlichen unabhängig von der Viskosität des Druckmittels macht.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten Verriegelungsdeckel und dem zweiten Verriegelungsdeckel ein Rückschlagventilblech angeordnet ist. Dadurch ist das Rückschlagventilblech von dem gehärteten ersten Verriegelungsdeckel gegen die Reibung durch den Rotor und die Verriegelungsstifte geschützt und es ist eine vorteilhaftere Anordnung der Rückschlagventilauslässe möglich. Durch die Rückschlagventile ist eine entsprechende Druckmittelversorgung der Arbeitskammern möglich, wobei das Druckmittel im Falle einer Unterversorgung einer Arbeitskammer und einem daraus resultierenden Unterdruck aus einem Reservoir in die jeweilige Arbeitskammer nachströmen kann.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterbildungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen hydraulischen Nockenwellenverstellers möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem zweiten Verriegelungsdeckel zumindest ein Einlegeteil vorgesehen ist, welches mit einem Verriegelungsstift der Mittenverriegelungseinrichtung in Wirkverbindung gebracht werden kann. Da die Stoßbelastungen auf den Verriegelungsmechanismus hoch sind, ist es sinnvoll und zielführend, den Bereich der Verriegelungskulisse an dem zweiten Verriegelungsdeckel zu verstärken. Dies kann auf einfache Art und Weise durch ein Einlegeteil erfolgen.
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Bevorzugt ist dabei, wenn an dem Einlegeteil ein Anschlag für den Verriegelungsstift ausgebildet ist. Durch einen Anschlag an dem Einlegeteil werden die Kräfte des Verriegelungsstiftes nur mittelbar auf den zweiten Verriegelungsdeckel übertragen, sodass die mechanische Belastung für den zweiten Verriegelungsdeckel verhältnismäßig gering bleibt. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Fertigung des zweiten Verriegelungsdeckels, da hier einfach zu bearbeitende Werkstoffe und/oder günstige Fertigungsverfahren eingesetzt werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stufe zur Bedienung der hydraulischen Ratsche an dem Einlegeteil ausgebildet ist. Dadurch kann der Verriegelungsstift zusammen mit dem Rotor schrittweise von seiner Ausgangslage in die Mittenverriegelungsposition gedreht werden. Zusätzlich werden beim Einrasten des Verriegelungsstiftes an der Position der axial verlaufenden Anschlagfläche der Stufe die Kräfte durch das Einlegeteil aufgenommen, sodass die Belastung für das Grundmaterial des zweiten Verriegelungsdeckels gering bleibt und die Gefahr einer betriebsbedingten Materialermüdung oder eines erhöhten Verschleißes gesenkt werden kann.
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In einer vorteilhaften Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Einlegeteil aus einen gegenüber dem Werkstoff des zweiten Verriegelungsdeckels härteren und höherfesten Werkstoff besteht. Durch einen harten und zähen Werkstoff für das Einlegeteil können der Verschleiß der Mittenverriegelungseinrichtung gesenkt und die Dauerhaltbarkeit des Verriegelungsmechanismus erhöht werden.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das Einlegeteil aus einem Sintermetall besteht oder mittels eines Feinschneid- oder Fließpress-Verfahrens hergestellt ist. Durch ein hochfestes Sintermetall oder ein Feinschneid- oder Fließpress für das Einlegeteil lässt sich die Festigkeit des zweiten Verriegelungsdeckels als Zwei-Komponenten-Bauteil steigern, wobei der mechanisch hochbelastete Bereich der Verriegelungskulisse entsprechend härter und schlagfester ausgeführt werden kann. Als Werkstoff für ein Feinschneidteil ist beispielsweise ein Stahl wie beispielsweise ein C45 Stahl vorgesehen. Als Fließpressteil ist beispielsweise ein Bauteil aus einem 16MnCr5 Stahl vorgesehen, welches anschließend gehärtet wird. Der Verriegelungsdeckel ist vorzugsweise aus einem Sintermetall wie beispielsweise Slnt-D11. Alternativ kann der Verriegelungsdeckel auch als Feinschneidteil aus einem Stahl wie C45, 16MnCr5 oder S460MC hergestellt, wobei der Verriegelungsdeckel noch zusätzlich gehärtet werden kann, sodass auf ein Einlegeteil verzichtet werden kann und somit der Montageaufwand und die Anzahl der Bauteile reduziert werden kann.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Einlegeteil in einen Kulissengrund der Mittenverriegelungseinrichtung am zweiten Verriegelungsdeckel eingepresst ist. Dabei lässt sich ein hartes, schlagfestes Einlegeteil in den Kulissengrund der Mittenverriegelungseinrichtung an dem zweiten Verriegelungsdeckel einpressen, sodass das Einlegeteil auch als ein Stanz-, Fräs- oder Drehteil ausgeführt werden kann. Durch das Einpressen wird eine kraftschlüssige und betriebssichere Verbindung zwischen dem Einlegeteil und dem zweiten Verriegelungsdeckel erreicht.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das Einlegeteil durch das Rückschlagventilblech gegen ein Verkippen oder Herausfallen aus dem zweiten Verriegelungsdeckel gesichert ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Einlegeteil am zweiten Verriegelungsdeckel durch einen Absatz am Rückschlagventilblech oder durch ein Umbiegen des Rückschlagventilblechs fixiert werden, sodass das Rückschlagventilblech als Sicherung für das Einlegeteil an dem zweiten Verriegelungsdeckel dient.
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Alternativ zu einem gestuften Einlegeteil könnte auch ein umgeformtes Rückschlagventilblech ein einfaches, nicht gestuftes Einlegeteil, welches vorzugsweise als Stanzteil ausgeführt ist, in seiner Position fixieren.
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Ferner können anstelle eines einzelnen Einlegeteils mehrere aufeinandergestapelte Einlegeteile vorgesehen sein, wobei eine Stufe durch die unterschiedliche Geometrie der Einlegeteile ausgebildet werden kann. Dadurch können die Einlegeteile besonders einfach und kostengünstig als Stanzteile ausgeführt werden.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Nockenwellenverstellers kann folgende Schritte aufweisen, wobei der Stator an einer ersten Stirnseite durch einen mehrteiligen Verriegelungsdeckel begrenzt wird, wobei an dem ersten Verriegelungsdeckel eine erste Stufe einer mechanischen Ratsche und an dem zweiten Verriegelungsdeckel mindestens eine weitere Stufe einer mechanischen Ratsche ausgebildet wird, und wobei der hydraulische Nockenwellenversteller zusätzlich einen hydraulischen Ratschenmechanismus aufweist, mit welchem der Rotor in eine Mittenverriegelungsposition gedreht wird. Dadurch kann ein Rotor für einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit einer Mittenverriegelung hergestellt werden, bei dem sowohl eine hydraulische Ratsche als auch eine mechanische Ratsche vorhanden sind, so dass der Rotor im Wesentlichen unabhängig von der Viskosität des Druckmittels in die Mittenverrieglungsposition gedreht werden kann und das Verriegeln in der Mittenverrieglungsposition erleichtert wird. Dabei können die mechanische Ratsche und die hydraulische Ratsche gleichzeitig zur Verstellung des Rotors in die Mittenverriegelungsposition beitragen. Die hydraulische Ratsche wirkt dann, wenn der Abfluss der auf die Mittenverriegelungsposition hin schiebenden Arbeitskammer verschlossen ist. Der Verriegelungsstift verschließt diesen Abfluss in eingeriegelter Position. In der Zwischenrastposition der mechanischen Ratsche wird dieser weiterhin verschlossen gehalten. Wegen der dazu benötigten Verriegelungstiefe durch den ersten Verriegelungsdeckel hindurch ist es vorteilhaft, wenn das Einlegeteil gestuft ausgeführt ist.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend an von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel und den zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers in einer Schnittdarstellung;
- 2 den zweiteiligen Verriegelungsdeckel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers;
- 3 eine vergrößerte Darstellung eines Einlegeteils in den Verriegelungsdeckel;
- 4 ein erstes Schaubild zur Verdeutlichung des Zusammenspiels zwischen mechanischer und hydraulischer Ratschenfunktion bei einem erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller, bei dem einer der Verriegelungsstifte verriegelt ist;
- 5 ein zweites Schaubild zur Verdeutlichung des Zusammenspiels zwischen mechanischer und hydraulischer Ratschenfunktion bei einem erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller, bei dem der Abfluss der auf die Mittenverriegelungsposition hin schiebenden Arbeitskammer verschlossen ist; und
- 6 ein drittes Schaubild zur Verdeutlichung des Zusammenspiels zwischen mechanischer und hydraulischer Ratschenfunktion bei einem erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller, bei dem der Abfluss der auf die Mittenverriegelungsposition hin schiebenden Arbeitskammer geöffnet ist.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 zum Verstellen der Ventilsteuerzeiten eines Verbrennungsmotors dargestellt. Der in 1 schematisch dargestellte hydraulische Nockenwellenversteller 1 ist in bekannter Weise als Flügelzellenversteller ausgebildet und umfasst einen von einer nicht dargestellten Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors antreibbaren Stator 2 und eine drehfest mit einer ebenfalls nicht dargestellten Nockenwelle verbindbaren Rotor 3. Der Rotor 3 weist eine Rotornabe 4 auf, aus der sich in radialer Richtung mehrere Flügel 6 erstrecken. Der Stator 2 weist eine Mehrzahl von Stegen 5 auf, welche einen Ringraum zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 in mehrere Druckräume 7 unterteilen. Die Druckräume 7 werden durch die Flügel 6 des Rotors 3 jeweils in zwei Arbeitskammern 8, 9 mit unterschiedlicher Wirkrichtung unterteilt. Zusätzlich zu den im Normalbetrieb des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 bekannten Arbeitskammern 8, 9 sind zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 2 Abstützkammern zur hydraulischen Abstützung des Rotors 3 bei einer Verdrehung in eine Mittenverriegelungsposition vorgesehen. Der Stator 2 ist an einer ersten Stirnseite 14 durch einen mehrteiligen Verriegelungsdeckel 11, 12 und an einer der ersten Stirnseite 14 gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 15 durch einen Dichtdeckel 13 begrenzt. Auf den mehrteiligen Verriegelungsdeckel 11, 12 kann ein zusätzlicher Reservoirdeckel aufgesetzt sein, welcher ein Reservoir zur Pumpen unabhängigen Druckmittelversorgung der Arbeitskammern 8, 9 aufweist. Der mehrteilige Verriegelungsdeckel 11, 12 weist einen ersten Verriegelungsdeckel 11 auf, welcher mit dem Stator 2 drehfest verbunden ist. Der mehrteilige Verriegelungsdeckel 11, 12 weist ferner einen zweiten Verriegelungsdeckel 12 auf, welcher mit dem ersten Verriegelungsdeckel 11 und/oder mit dem Stator 2 drehfest verbunden ist. In dem zweiten Verriegelungsdeckel 12 ist ein Einlegeteil 21 eingesetzt, welches einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein kann. Bevorzugt ist das Einlegeteil, wie in 1 dargestellt, als gestuftes Einlegeteil 21 ausgeführt und weist eine Stufe 22 auf, auf welcher ein Verriegelungsstift 17 einer Mittenverriegelungseinrichtung 10 des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 zum Aufliegen kommen kann. Der Verriegelungsstift 17 ist durch die Kraft einer Feder 18 vorgespannt, und kann hydraulisch durch entsprechenden Druckaufbau durch das Druckmittel in den Rotor 3 eingeschoben werden. Zwischen dem ersten Verriegelungsdeckel 11 und dem zweiten Verriegelungsdeckel 12 ist ein Rückschlagventilblech 16 angeordnet, welches Rückschlagventile 27 zur hydraulischen Versorgung der Arbeitskammern 8, 9 mit dem Druckmittel aufweist. Ferner ist an dem Stator 2 des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 eine Antriebsverzahnung ausgebildet, über welche der Stator 2 mit einer Kette oder einem Zahnriemen mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden werden kann.
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In 2 ist der zweiteilige Verriegelungsdeckel 11, 12 der Mittenverriegelungseinrichtung 10 vergrößert dargestellt. Der hydraulische Nockenwellenversteller 1 ist dabei in der Mittenposition verriegelt zu sehen. An dem ersten Verriegelungsdeckel 19 ist eine Aussparung 19 für einen Anschluss eines Druckmittelzufuhrkanals vorgesehen, über welchen der Verriegelungsmechanismus der Mittenverriegelungseinrichtung 10 hydraulisch angesteuert werden kann. Ferner ist an dem ersten Verriegelungsdeckel 11 ein Anschlag 20 für den Verriegelungsstift 17 der Mittenverriegelungseinrichtung 10 vorgesehen, welche eine Verdrehung des Rotors 3 in die entsprechende Richtung begrenzt. In den zweiten Verriegelungsdeckel 12 ist ein Einlegeteil 21 mit einer Stufe 22 eingelegt, welches in axialer Richtung durch das Rückschlagventilblech 16 in Position gehalten wird. Dazu ist an dem Rückschlagventilblech 16 eine axiale Sicherung 28 ausgebildet, welche mit dem Einlegeteil 21 zumindest abschnittsweise überlappt. Zusätzlich ist an dem Einlegeteil 21 ein weiterer Anschlag 26 für den Verriegelungsstift 17 ausgebildet, sodass sich eine mechanische Ratsche 23 ergibt, über welche der Rotor 3 stufenweise in die Mittenverriegelungsposition gedreht werden kann. Der Verriegelungsstift 17 wird durch die Feder 18 in die Verriegelungskulisse der Mittenverriegelungseinrichtung 10 an dem zweiten Verriegelungsdeckel 12 gedrückt, wobei der Verriegelungsstift 17 einen in 4 dargestellten Kanal 29 zur Steuerung des hydraulischen Ratschenmechanismus sperrt, wenn der Verriegelungsstift 17 in der Verriegelungskulisse verriegelt ist. An dem Verriegelungsstift 17 ist eine Ausnehmung 30 vorgesehen, mit welcher der Kanal 29 zur Steuerung des hydraulischen Ratschenmechanismus geöffnet werden kann, wenn der Verriegelungsstift 17 durch den hydraulischen Druck des Druckmittels in den Rotor 3 eingeschoben wird. Dadurch wird der hydraulische Ratschenmechanismus deaktiviert und das Druckmittel kann aus den entsprechenden Arbeitskammern 8, 9 abströmen.
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In 3 ist ein gestuftes Einlegeteil 21 in vergrößerter Darstellung gezeigt. Das Einlegeteil 21 weist einen Grundkörper mit einer Erhöhung 24, mit der sich das Einlegeteil 21 an dem Rückschlagventilblech 16 abstützt und eine Stufe 22 auf. Dabei ist an dem Basisteil eine Auflage 25 vorgesehen, mit welchem das Einlegeteil 21 sich an dem Verriegelungsdeckel 12 abstützen kann. Ferner ist an dem Einlegeteil 21 ein Anschlag 26 für den Verriegelungsstift 17 zu erkennen, welcher eine Drehbewegung des Rotors 3 formschlüssig unterbindet.
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In 4 ist ein Ausschnitt eines hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 in einer geschnittenen, dreidimensionalen Darstellung gezeigt. Dabei ist der Rotor 3 in der Mittenverriegelungseinrichtung 10 bereits einseitig verriegelt und der Kanal 29 zu der Arbeitskammer 8, 9 durch den Verriegelungsstift 17 gesperrt. Der Rotor 3 ist mit seinem Flügel 6 im mechanischen Anschlag an einem Steg 5 des Stators 2.
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In 5 ist ein weiterer Ausschnitt eines hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 dargestellt, wobei der Verriegelungsstift 17 an einer Stufe der mechanischen Ratsche 23 anliegt, sich jedoch noch nicht in der Mittenverriegelungsposition befindet. Der Kanal 29 zur hydraulischen Ansteuerung der Arbeitskammern 8, 9 ist weiterhin durch den Verriegelungsstift 17 gesperrt, sodass kein Druckmittel aus der entsprechenden Arbeitskammer 8, 9 abfließen kann. Somit sind die mechanische Ratsche 23 und der hydraulische Ratschenmechanismus gleichzeitig aktiv.
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In 6 ist eine dritte Darstellung eines Ausschnitts des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 gezeigt. In diesem Betriebszustand ist der Verriegelungsstift 17 in den Rotor 3 eingeschoben, sodass die Ausnehmung 30 am Verriegelungsstift 17 den Kanal 29 zu den Arbeitskammern 8, 9 freigibt, sodass das Druckmittel aus den Arbeitskammern 8, 9 abfließen kann und der hydraulische Ratschenmechanismus deaktiviert ist. Dabei ist der Rotor 3 entriegelt und frei drehbar, sodass die betriebsbedingte Verstellfunktion des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 gegeben ist.
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Die Funktion des hydraulischen Ratschenmechanismus hängt von der Ölversorgung und der temperaturabhängigen Viskosität des Druckmittels ab. Bei kalten Temperaturen kann die Funktion des hydraulischen Ratschenmechanismus aufgrund der dann hohen Strömungswiderstände ausfallen. Dies spielt insbesondere dann eine Rolle, wenn ein Verbrennungsmotor kurz nach einem Kaltstart unplanmäßig, z.B. durch Abwürgen, abgestellt wird und der hydraulische Nockenwellenversteller 1 unverriegelt bleibt. Erfolgt der Motorstart bei kaltem und somit zähflüssigem Druckmittel, kann der hydraulische Ratschenmechanismus ausfallen. Zur Abdeckung einer Fail-Safe-Funktion des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 wird eine zusätzliche mechanische Ratsche 23 eingesetzt. Diese umfasst eine Stufe, in welcher der Verriegelungsstift 17 zwischen den Endanschlagspositionen und der Mittenverriegelungsposition einrasten kann.
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Die mechanische Ratsche 23 und die hydraulische Ratsche können und sollen gleichzeitig zur Verstellung des Rotors 3 in die Mittenverriegelungsposition beitragen. Der hydraulische Ratschenmechanismus wirkt dann, wenn der Abfluss 29 der auf die Mittenposition hin schiebenden Arbeitskammer 8, 9 verschlossen ist. Der Verriegelungsstift 17 verschließt diesen Abfluss 29 in eingeriegelter Position. In der Zwischenrastposition der mechanischen Ratsche 23 wird dieser weiterhin verschlossen gehalten. Wegen der dazu benötigten Verriegelungstiefe durch den ersten Verriegelungsdeckel 11 hindurch muss das Einlegeteil 21 gestuft ausgeführt werden oder anderweitig eine Stufe 22 vorgesehen werden. Das Einlegeteil 21 im zweiten Verriegelungsdeckel 12 ist durch die verlängerte Verriegelungskulisse sowie die Aussparung für den Anschluss der Druckmittelversorgung zur hydraulischen Entriegelung der Mittenverriegelungseinrichtung 10 im ersten Verriegelungsdeckel 11 nicht mehr axial gegen Verkippung durch Stoßbelastungen gesichert. Als Sicherung wird daher das zwischen dem ersten Verriegelungsdeckel 11 und dem zweiten Verriegelungsdeckel 12 liegende Rückschlagventilblech 16 genutzt.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die mechanische Ratsche 23 nur von der Mitte in Verstellrichtung „spät“ und nicht in Verstellrichtung „früh“ ausgebildet, da hier keine Spiralfeder zur Kompensation des Nockenwellenreibmoments eingesetzt wird. Zur Verstellung aus der Verstellrichtung „früh“ in die Mittenverriegelungsposition kann das entsprechende Nockenwellenreibmoment unterstützend wirken, sodass in diese Richtung keine zusätzliche mechanische Ratsche 23 erforderlich ist. Prinzipiell kann die mechanische Ratsche 23 auch in beide Verstellrichtungen und somit beidseitig der Mittenverriegelungsposition ausgeführt werden. In diesem Fall wird vorzugsweise ein weiteres, gestuftes Einlegeteil 21 vorgesehen und in den zweiten Verriegelungsdeckel 12 eingesetzt. Wird die zusätzliche mechanische Ratsche auf dem gleichen Verriegelungsstift 17 wie die im Ausführungsbeispiel dargestellte mechanische Ratsche 23 angewendet, muss das gestufte Einlegeteil eine umgekehrte Schaltlogik für den hydraulischen Ratschenmechanismus erzeugen, sodass in der Zwischenrastposition die hydraulische Verbindung 29 zu der Arbeitskammern 8, 9 offen gehalten wird. Weiterhin ist eine mechanische Ratsche 23 mit mehreren Stufen und einer damit verbundenen feineren Abstufung denkbar, wobei vorzugsweise dazu ein mehrfach gestuftes Einlegeteil 21 verwendet wird.
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Somit ist es bei einem erfindungsgemäßen, hydraulischen Nockenwellenversteller 1 möglich, das Verdrehen des Rotors 3 in die Mittenverriegelungsposition auch bei niedriger Temperatur und hoher Viskosität des Druckmittels zu verbessern und somit eine betriebssichere Verriegelung in der Mittenverrieglungsposition unabhängig von den äußeren Rahmenbedingungen sicherzustellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- hydraulischer Nockenwellenversteller
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Rotornabe
- 5
- Steg
- 6
- Flügel
- 7
- Druckraum
- 8
- Arbeitskammer
- 9
- Arbeitskammer
- 10
- Mittenverriegelungseinrichtung
- 11
- erster Verriegelungsdeckel
- 12
- zweiter Verriegelungsdeckel
- 13
- Dichtdeckel
- 14
- erste Stirnseite
- 15
- zweite Stirnseite
- 16
- Rückschlagventilblech
- 17
- Verriegelungsstift
- 18
- Feder
- 19
- Aussparung (an erstem Verriegelungsdeckel)
- 20
- Anschlag
- 21
- Einlegeteil
- 22
- Stufe am Einlegeteil
- 23
- mechanische Ratsche
- 24
- Erhöhung
- 25
- Auflage
- 26
- Anschlag
- 27
- Rückschlagventil
- 28
- Axiale Sicherung
- 29
- Kanal zu hydraulischer Ratsche
- 30
- Ausnehmung an Verriegelungsstift
