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Die Erfindung betrifft einen Schwenkmotor für eine Nockenwellenverstelleinrichtung
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Schwenkmotoren für Nockenwellenverstelleinrichtungen
haben einen Stator und einen Rotor, die koaxial zueinander angeordnet
sind und jeweils Flügel
aufweisen. Die Rotorflügel
liegen mit ihrer Stirnseite an der Statorinnenwand an und können zwischen
zwei benachbarten Statorflügeln
bewegt werden, die mit ihren Stirnseiten an einem Grundkörper des
Rotors dichtend anliegen. Die Rotorflügel unterteilen den zwischen
jeweils zwei Statorflügeln
befindlichen Druckraum in zwei Druckkammern. Je nach Beaufschlagung
des Druckmediums in einer der Druckkammern wird der Rotor relativ
zum Stator verdreht. Der Rotor sitzt drehfest auf der Nockenwelle,
die auf diese Weise relativ zur Kurbelwelle verstellt wird, um die Öffnungsdauer
der Gaswechselventile eines Verbrennungsmotors an die jeweils vom Motor
abzugebende Leistung anzupassen. Zwischen der Stirnseite der Rotorflügel und
der Statorinnenwand kommt es im Betrieb des Schwenkmotors zu Leckage,
wodurch die Funktionsweise des Schwenkmotors beeinträchtigt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den
gattungsgemäßen Schwenkmotor
so auszubilden, daß die
Leckageverluste zumindest gering gehalten werden und der Schwenkmotor über seine Einsatzdauer
eine einwandfreie Verstellung der Nockenwelle ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Schwenkmotor
erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Beim erfindungsgemäßen Schwenkmotor wird
durch eine besondere Ausbildung der Rotorflügel erreicht, daß die Spaltlänge zwischen
der Stirnseite der Rotorflügel
und der Statorinnenwand vergrößert wird,
ohne daß dadurch
der Schwenkwinkel des Rotors relativ zum Stator bei vorgegebener Baugröße des erfindungsgemäßen Schwenkmotors beeinträchtigt wird.
Aufgrund der großen
Breite des radial äußeren Bereiches
der Rotorflügel
wird die Spaltlänge
zwischen der Stirnseite des Rotorflügels und der Statorinnenwand
vergrößert, wodurch
die Abdichtung zwischen den beiden Druckkammern optimiert wird.
Der erfindungsgemäße Schwenkmotor weist
darum nur noch eine allenfalls geringe Leckage auf, so daß die Funktionsgrenzen
der Nockenwellenverstelleinrichtung erweitert werden. Trotz der
Verbreiterung des radial äußeren Bereiches
der Rotorflügel
wird der Schwenkwinkel des Rotors relativ zum Stator bei vorgegebener
Baugröße nicht
verringert, da die Verbreiterung der Rotorflügel unstetig erfolgt. Der radial
innere Bereich der Rotorflügel
kann darum schmal gehalten werden, so daß der Schwenkwinkel des Rotors
nicht verringert wird.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus den weiteren Ansprüchen,
der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die Erfindung wird anhand eines in
den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es
zeigen
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1 in
Axialansicht einen Teil einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwenkmotors
für einen
Nockenwellenversteller,
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2 einen
Teil eines Rotors des Schwenkmotors gemäß 1 in Axialansicht,
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3 einen
Teil eines Stators des Schwenkmotors gemäß 1 in Axialansicht,
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4 bis 6 in Darstellungen entsprechend
den 1 bis 3 eine zweite Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Schwenkmotors,
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7 bis 9 in Darstellungen entsprechend
den 1 bis 3 eine dritte Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Schwenkmotors,
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10 in
Axialansicht einen Schwenkmotor nach dem Stand der Technik.
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Der Schwenkmotor wird bei einer Nockenwellenverstelleinrichtung
eingesetzt, die bei Kraftfahrzeugen zur gezielten Einstellung der Öffnungsdauer
von Gaswechselventilen des Verbrennungsmotors herangezogen wird.
Solche Nockenwellenverstelleinrichtungen und zugehörige Schwenkmotoren
sind bekannt und werden darum auch nicht näher erläutert.
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Der Schwenkmotor nach dem Stand der Technik
(10) hat einen Stator 1,
der ein zylindrisches Gehäuse 2 aufweist,
das an einem Ende durch einen Boden 3 und am anderen Ende
durch einen aufgesetzten (nicht dargestellten) Deckel geschlossen
ist. Der Stator 1 ist mit einem Kettenrad 4 antriebsverbunden, über das
eine (nicht dargestellte) Kette der Nockenwellenverstelleinrichtung
geführt ist.
Von der zylindrischen Innenwand 5 des Gehäuses 2 stehen
radial nach innen Flügel 6 ab,
die über den
Umfang gleichmäßig verteilt
angeordnet und jeweils gleich ausgebildet sind. Die Flügel 6 sind
einstükkig
mit dem Gehäuse 2 ausgebildet.
Zwischen benachbarten Flügeln 6 werden
Druckräume 7 gebildet,
in die Druckmedium, vorzugsweise Hydrauliköl, eingebracht wird.
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Der Gehäuseboden 3 und der
(nicht dargestellte) Abschlußdeckel
haben eine zentrale Öffnung, durch
welche eine (nicht dargestellte) Nockenwelle ragt, auf der drehfest
ein Rotor 8 sitzt. Er hat einen zylindrischen Grundkörper 9,
von dem radial nach außen
Flügel 10 abstehen.
Sie sind vorteilhaft einstöckig
mit dem Grundkörper 9 ausgebildet
und haben gleiche Form. Die Flügel 10 liegen
mit ihren Stirnseiten 11 flächig an der Innenwand 5 des
Statorgehäuses 2 an.
Die Statorflügel 6 liegen
mit ihren Stirnseiten 12 flächig an der zylindrischen Mantelfläche 13 des
Grundkörpers 9 an.
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Durch die Rotorflügel 10 werden die
Druckräume 7 in
zwei Druckkammern 14 und 15 unterteilt. Im dargestellten
Beispiel liegen die Rotorflügel 10 an den
Statorflügeln 6 an.
In diesem Falle steht das Druckmedium in den Druckkammern 15 unter
Druck. Das in den Druckkammern 14 befindliche Medium wird
beim Verdrehen des Rotors 8 relativ zum Stator 1 in
bekannter Weise zum Tank hin verdrängt. Soll der Rotor 8 entgegen
dem Uhrzeigersinn gedreht werden, werden die Druckkammern 15 entlastet
und das in den Druckkammern 14 befindliche Druckmedium
unter Druck gesetzt. Für
diese Umschaltung ist wenigstens ein entsprechendes Ventil vorgesehen.
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Die Druckräume und 15 müssen zuverlässig gegeneinander
abgedichtet sein, damit der Rotor 8 zuverlässig in
seiner jeweiligen Endstellung an den Seitenwänden der Statorflügel 6 zur
Anlage kommt und daß der
Rotor zuverlässig
jede Zwischenposition anfahren und halten kann. Die Stirnseiten 11 der
Rotorflügel 10 sind
in Drehrichtung verhältnismäßig kurz,
so daß die
Leckage über
den Dichtungs spalt 16 zwischen der Innenwand 5 des
Statorgehäuses 2 und
den Stirnseiten 11 der Rotorflügel 10 verhältnismäßig hoch
ist.
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Damit diese Spaltlänge 16 vergrößert wird, ohne
den Schwenk- bzw. Drehwinkel des Rotors 8 relativ zum Stator 8 ohne
bauliche Vergrößerung des Schwenkmotors
zu erreichen, sind die Rotorflügel 10 in
ihrem radial äußeren Bereich
verbreitert ausgebildet (1 und 2). Dieser verbreiterte Bereich 17 erstreckt
sich im Ausführungsbeispiel
etwa über
die halbe radiale Länge
der Rotorflügel 10.
Der an den Grundkörper 9 anschließende, radial
innere Bereich 18 des Rotorflügels ist im Vergleich zum radial äußeren, verbreiterten
Bereich 17 wesentlich schmaler. Die Breite des Bereiches 17 im
Bereich der Stirnseite 11 beträgt etwa das Eineinhalb- bis
Dreifache der Breite des radial inneren Bereiches 18. Der
verbreiterte Flügelbereich 17 wird
von zwei ebenen, radial nach außen
divergierend verlaufenden Seitenwänden 19 und 20 begrenzt,
die durch die stetig gekrümmt
verlaufende Stirnseite 11 miteinander verbunden sind. Die
beiden Seitenflächen 21, 22 verlaufen
in radialer Richtung und parallel zueinander und gehen stumpfwinklig
in die Seitenwände 19, 20 über.
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Die Statorflügel 6 sind an die
Form der Rotorflügel 10 angepaßt. Die
Statorflügel 6 haben
an die Innenwand 5 des Statorgehäuses 2 spitzwinklig
anschließende
Seitenwände 23, 24,
an denen die Rotorflügel 10 in
der jeweiligen Endstellung mit den Seitenwänden 19, 20 ihres
verbreiterten Abschnittes 17 anliegen (1). Dementsprechend divergieren die Seitenwände 23, 24 der
Statorflügel 6 radial
nach innen. Die Seitenwände 23, 24 sind
eben ausgebildet und gehen stumpfwinklig in ebene Seitenwände 25, 26 über, an
denen die Rotorflügel 10 mit
ihren Seitenflächen 21, 22 in
der jeweiligen Endstellung flächig anliegen.
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Am Übergang von der Innenwand 5 zur
jeweiligen Seitenwand 23, 24 der Statorflügel 6 ist
jeweils eine nutförmige
Vertiefung 27, 28 vorge sehen, die als Schmutztasche
dient, in die beim Betrieb des Schwenkmotors im Hydraulikmedium
befindliche Schmutzteilchen verdrängt werden. Durch diese Vertiefungen 27, 28 wird
somit verhindert, daß sich
die Schmutzteilchen zwischen den Seitenwänden der Rotorflügel 10 und
der Statorflügel 6 festsetzen
können.
Dadurch ist gewährleistet,
daß die
Rotorflügel 10 in
der jeweiligen Endlage zuverlässig
an den Seitenwänden
der Statorflügel 6 anliegen.
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Am Übergang von der radial innen
liegenden, stetig gekrümmten
Stirnseite 12 der Statorflügel 6 in die Seitenwände 25, 26 ist
jeweils eine Vertiefung 29, 30 vorgesehen. Dadurch
wird erreicht, daß in
der Anschlagstellung zwischen den Rotorflügeln 10 und den Statorflügel 6 im
Bereich des Rotorgrundkörpers 9 Freiräume verbleiben,
in die das Druckmedium gelangen kann, um den Rotor 8 im
Uhrzeigersinn relativ zum Stator 1 drehen zu können.
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Da die Rotorflügel 10 im radial äußeren Bereich 17 verbreitert,
im radial inneren Bereich 18 hingegen schmal ausgebildet
sind, kann der Rotor 8 gegenüber dem Stator 1 um
einen verhältnismäßig großen Winkel
gedreht werden, ohne daß die
Außenabmessungen
des Stator 1 vergrößert werden
müssen. Dennoch
hat der Dichtspalt 16, der zwischen der Stirnseite 11 der
Rotorflügel 10 und
der Innenwand 5 des Statorgehäuses 2 gebildet wird,
infolge des verbreiterten Bereiches 17 eine große Länge. Dadurch wird
die Leckage des Schwenkmotors erheblich verringert, da infolge der
großen
Spalttange die beiden Druckkammern 14, 15 beiderseits
der Rotorflügel 8 effektiver
abgedichtet sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Rotor 8 relativ
zum Stator 1 während
der Einsatzdauer des Schwenkmotors stets um den gleichen Schwenkwinkel
verdreht werden kann. Dadurch ist gewährleistet, daß die Nockenwelle
relativ zur Kurbelwelle während
der gesamten Einsatzdauer des Schwenkmotors genau verstellt werden
kann.
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Wie aus 1 hervorgeht, ragen die Rotorflügel 8 mit
dem Übergangsbereich 31, 32 (2) zwischen den Stirnseiten 11 und
den Seitenwänden 19, 20 in
der jeweiligen Anschlagstellung teilweise in die Vertiefungen 27, 28 im
Bereich der Gehäuseinnenwand 5.
Dies trägt
dazu bei, daß der
Rotor 8 trotz Verbreiterung seines radial äußeren Abschnittes 17 um
einen verhältnismäßig großen Schwenkwinkel gegenüber dem
Stator 1 relativ gedreht werden kann.
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Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel
kann die in Umfangsrichtung erfolgende Verbreiterung der Rotorflügel 10 beispielsweise
auch erst im letzten Drittel der Rotorflügel erfolgen, so daß sich der
schlanke Bereich 18 der Rotorflügel 10 über eine
entsprechend größere Länge radial
erstreckt.
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Beim Ausführungsbeispiel nach den 4 bis 6 sind die Rotorflügel 10 ebenfalls im
radial äußeren Bereich 17 in
Umfangsrichtung verbreitert ausgebildet, während der radial innere Bereich 18,
der an den Grundkörper 9 anschließt, verhältnismäßig schmal
ausgebildet ist. Die ebenen Seitenwände 21, 22 des
inneren Abschnittes 18 gehen stetig gekrümmt in die
ebenen Seitenwände 19, 20 des
radial äußeren Bereiches 17 der
Rotorflügel 10 über. Im Unterschied
zur vorigen Ausführungsform
hat der radial äußere, in
Umfangsrichtung verbreiterte Bereich 17 der Rotorflügel 10 kleinere
radiale Breite als bei der vorigen Ausführungsform. Aufgrund dieser
Gestaltung kann der verbreiterte Bereich 17 in Umfangsrichtung
noch länger
ausgebildet sein als beim Ausführungsbeispiel
nach den 1 bis 3. Die zwischen der Gehäuseinnenwand 5 und
den Seitenwänden 23, 24 der
Statorflügel 6 liegenden
Vertiefungen 27, 28 sind dementsprechend in Umfangsrichtung
tiefer ausgebildet als beim vorigen Ausführungsbeispiel. Dadurch wird
gewährleistet,
daß der
Rotor 8 trotz der breiteren Endbereiche 17 seiner
Rotorflügel 10 den gleichen
Schwenkwinkel hat wie der Rotor 8 gemäß den 1 bis 3.
Die Außenabmessungen
des Stators 1 sind gleich wie beim vorigen Ausführungsbeispiel.
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Der Stator 1 und der Rotor 8 sind
im übrigen gleich
ausgebildet wie beim Ausführungsbeispiel nach
den 1 bis 3.
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Die 7 bis 9 zeigen eine Ausführungsform,
bei der der radial innere Bereich 18 der Rotorflügel 10,
der an den zylindrischen Grundkörper 9 des Rotors 8 anschließt, zwei
etwa radial verlaufende ebene Seitenwände 21, 22 aufweist,
die in Radialrichtung kürzer
sind als bei den beiden vorigen Ausführungsformen. Der radial äußere Abschnitt 17 der Rotorflügel 10 ist
entsprechend der Ausführungsform nach
den 1 bis 3 ausgebildet und hat die
ebenen, radial nach außen
divergierenden Seitenflächen 19, 20.
Diese Seitenflächen 19, 20 gehen
jeweils über
eine in Umfangsrichtung verlaufende Schulter 33, 34 in
die Seitenwände 21, 22 des
radial innen liegenden Abschnittes 18 über.
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Die Statorflügel 6 haben die von
der Gehäuseinnenwand
radial nach innen divergierenden ebenen Seitenflächen 23, 24,
an denen die Rotorflügel 10 in
Anschlagstellung mit ihren Seitenwänden 19, 20 flächig anliegen.
Die Seitenwände 23, 24 schließen stumpfwinklig
an Seitenwände 35, 36 an,
die eben sind und parallel zueinander verlaufen. An diesen Seitenwänden 35, 36 liegen
die Rotorflügel 10 in der
jeweiligen Endlage mit einem ebenen Boden 37, 38 von
Vertiefungen 39, 40 flächig an, die in den Seitenwänden der
Rotorflügel 10 vorgesehen
sind. Die Böden 37, 38 schließen etwa
rechtwinklig an die Schultern 33, 34 an, welche
die Böden 37, 38 mit
den Seitenflächen 21, 22 verbinden.
Die seitlichen Vertiefungen 39, 40 sind etwa in
halber radialer Länge
der Rotorflügel 10 vorgesehen.
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Die Seitenwände 35, 36 der
Statortlügel 6 schließen etwa
rechtwinklig an Schulterflächen 41, 42 an,
die nach innen gerichtet sind und die Seitenwände 35, 36 mit
den Seitenflächen 25, 26 verbinden.
Am freien Ende sind die Seitenflächen 25, 26 durch
die Stirnseite 12 verbunden, mit der die Statorflügel 6 flächig am
Grundkörper 9 des
Ro tors 8 anliegen. Die beiden Seitenwände 25, 26 konvergieren
radial nach innen. Dadurch wird in der Anschlagstellung der Rotorflügel 10 (7) zwischen den Seitenwänden 21, 22 der
Rotorflügel 10 und
den Seitenwänden 25, 26 der
Statorflügel 6 ein
radial nach innen sich erweiternder Freiraum 43 gebildet,
in den das Hydraulikmedium gelangen kann, wenn der Rotor 8 aus
der in 7 dargestellten
Anschlagstellung im Uhrzeigersinn gegenüber dem Stator 1 gedreht werden
soll. Wenn die Rotorflügel 10 dann
mit ihrer anderen Seitenfläche
am benachbarten Statorflügel 6 anliegen,
wird dort in gleicher Weise ein entsprechender Freiraum gebildet.
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In der jeweiligen Anschlagstellung
ragen die Rotorflügel 10 mit
dem Eckbereich ihrer äußeren, verbreiterten
Bereiche 17 in die taschenartigen Vertiefungen 27 bzw.
28, die am Fuß der
Statorflügel 6 vorgesehen
sind.
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Beim Drehen des Rotors 8 relativ
zum Stator 1 wird das Medium, das sich in der in Drehrichtung vor
den Rotorflügeln 10 befindlichen
Druckkammer befindet, zum Tank verdrängt, während das Druckmedium in denjenigen
Kammern, die sich in Drehrichtung hinter den Rotorflügeln 10 befindet,
unter Druck gesetzt wird. Aufgrund der Vertiefungen, 27, 28 am Fuß der Statorflügel 6 sowie
der Vertiefungen 29, 30 am freien Ende der Statorflügel wird
eine Dämpfwirkung
erzielt, so daß die
Rotorflügel 10 nicht stark
gegen die Seitenwände
der Statorflügel 6 anschlagen.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen
kann der Rotor 8 relativ zum Stator 1 um einen großen Winkel
drehen, da die Rotorflügel 10 am
radial inneren Teil 18 schmal sind. Dadurch läßt sich
die Nockenwelle gegenüber
der Kurvelwelle mit diesem Schwenkmotor über einen großen Winkelbereich verstellen.
Gleichzeitig wird die Leckage des Schwenkmotors in erheblichem Maße verringert,
da infolge der verbreiterten Enden 17 der Rotorflügel 10 der
Dichtspalt 16 zwischen der Stirnseite 11 der Rotorflügel 10 und
der Gehäuseinnenwand 5 lang
ist. Die Funktionsgrenzen des Schwenkmotors und damit auch der Nockenwellenverstelleinrichtung
werden dadurch im Vergleich zu den herkömmlichen Systemen (10) wesentlich erweitert.
Die Rotorflügel 10 verbreitern
sich radial nach außen
nicht stetig, sondern lediglich im äußeren Bereich 17.