DE10234867A1 - Schwenkmotor für eine Nockenwellenverstelleinrichtung - Google Patents
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Abstract
Schwenkmotoren für Nockenwellenverstelleinrichtungen haben einen Stator und einen Rotor, die koaxial zueinander angeordnet sind und jeweils Flügel aufweisen. Die Rotorflügel liegen an einer Innenwand des Stators und die Statorflügel an einem Mantel eines Grundkörpers des Rotors an. Zwischen der Stirnseite der Rotorflügel und der Statorinnenwand sowie zwischen der Stirnseite der Statorflügel und dem Mantel des Grundkörpers des Rotors kommt es zu Leckagen, wodurch die Funktionsweise des Schwenkmotors beeinträchtigt wird. DOLLAR A Um die Lackageverluste gering zu halten und eine einwandfreie Verstellung der Nockenwelle zu ermöglichen, sind die Rotorflügel von ihrer Stirnseite aus in Richtung auf den Grundkörper des Rotors unstetig verjüngt. Dadurch wird die Spaltlänge zwischen der Stirnseite der Rotorflügel und der Statorinnenwand vergrößert, so daß Leckageverluste nur noch minimal sind. Der Schwenkwinkel des Rotors zum Stator wird nicht beeinträchtigt. DOLLAR A Der Schwenkmotor wird bei Kraftfahrzeugen zur gezielten Einstellung der Öffnungsdauer von Gaswechselventilen des Verbrennungsmotors herangezogen.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Schwenkmotor für eine Nockenwellenverstelleinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
- 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.
- 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.
- Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Schwenkmotor erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
- 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.
- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
- Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen
-
1 in Axialansicht einen Teil einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwenkmotors für einen Nockenwellenversteller, -
2 einen Teil eines Rotors des Schwenkmotors gemäß1 in Axialansicht, -
3 einen Teil eines Stators des Schwenkmotors gemäß1 in Axialansicht, -
4 bis6 in Darstellungen entsprechend den1 bis3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwenkmotors, -
7 bis9 in Darstellungen entsprechend den1 bis3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwenkmotors, -
10 in Axialansicht einen Schwenkmotor nach dem Stand der Technik. - 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.
- Der Schwenkmotor nach dem Stand der Technik (
10 ) hat einen Stator1 , der ein zylindrisches Gehäuse2 aufweist, das an einem Ende durch einen Boden3 und am anderen Ende durch einen aufgesetzten (nicht dargestellten) Deckel geschlossen ist. Der Stator1 ist mit einem Kettenrad4 antriebsverbunden, über das eine (nicht dargestellte) Kette der Nockenwellenverstelleinrichtung geführt ist. Von der zylindrischen Innenwand5 des Gehäuses2 stehen radial nach innen Flügel6 ab, die über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet und jeweils gleich ausgebildet sind. Die Flügel6 sind einstükkig mit dem Gehäuse2 ausgebildet. Zwischen benachbarten Flügeln6 werden Druckräume7 gebildet, in die Druckmedium, vorzugsweise Hydrauliköl, eingebracht wird. - Der Gehäuseboden
3 und der (nicht dargestellte) Abschlußdeckel haben eine zentrale Öffnung, durch welche eine (nicht dargestellte) Nockenwelle ragt, auf der drehfest ein Rotor8 sitzt. Er hat einen zylindrischen Grundkörper9 , von dem radial nach außen Flügel10 abstehen. Sie sind vorteilhaft einstöckig mit dem Grundkörper9 ausgebildet und haben gleiche Form. Die Flügel10 liegen mit ihren Stirnseiten11 flächig an der Innenwand5 des Statorgehäuses2 an. Die Statorflügel6 liegen mit ihren Stirnseiten12 flächig an der zylindrischen Mantelfläche13 des Grundkörpers9 an. - Durch die Rotorflügel
10 werden die Druckräume7 in zwei Druckkammern14 und15 unterteilt. Im dargestellten Beispiel liegen die Rotorflügel10 an den Statorflügeln6 an. In diesem Falle steht das Druckmedium in den Druckkammern15 unter Druck. Das in den Druckkammern14 befindliche Medium wird beim Verdrehen des Rotors8 relativ zum Stator1 in bekannter Weise zum Tank hin verdrängt. Soll der Rotor8 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht werden, werden die Druckkammern15 entlastet und das in den Druckkammern14 befindliche Druckmedium unter Druck gesetzt. Für diese Umschaltung ist wenigstens ein entsprechendes Ventil vorgesehen. - Die Druckräume und
15 müssen zuverlässig gegeneinander abgedichtet sein, damit der Rotor8 zuverlässig in seiner jeweiligen Endstellung an den Seitenwänden der Statorflügel6 zur Anlage kommt und daß der Rotor zuverlässig jede Zwischenposition anfahren und halten kann. Die Stirnseiten11 der Rotorflügel10 sind in Drehrichtung verhältnismäßig kurz, so daß die Leckage über den Dichtungs spalt16 zwischen der Innenwand5 des Statorgehäuses2 und den Stirnseiten11 der Rotorflügel10 verhältnismäßig hoch ist. - Damit diese Spaltlänge
16 vergrößert wird, ohne den Schwenk- bzw. Drehwinkel des Rotors8 relativ zum Stator8 ohne bauliche Vergrößerung des Schwenkmotors zu erreichen, sind die Rotorflügel10 in ihrem radial äußeren Bereich verbreitert ausgebildet (1 und2 ). Dieser verbreiterte Bereich17 erstreckt sich im Ausführungsbeispiel etwa über die halbe radiale Länge der Rotorflügel10 . Der an den Grundkörper9 anschließende, radial innere Bereich18 des Rotorflügels ist im Vergleich zum radial äußeren, verbreiterten Bereich17 wesentlich schmaler. Die Breite des Bereiches17 im Bereich der Stirnseite11 beträgt etwa das Eineinhalb- bis Dreifache der Breite des radial inneren Bereiches18 . Der verbreiterte Flügelbereich17 wird von zwei ebenen, radial nach außen divergierend verlaufenden Seitenwänden19 und20 begrenzt, die durch die stetig gekrümmt verlaufende Stirnseite11 miteinander verbunden sind. Die beiden Seitenflächen21 ,22 verlaufen in radialer Richtung und parallel zueinander und gehen stumpfwinklig in die Seitenwände19 ,20 über. - Die Statorflügel
6 sind an die Form der Rotorflügel10 angepaßt. Die Statorflügel6 haben an die Innenwand5 des Statorgehäuses2 spitzwinklig anschließende Seitenwände23 ,24 , an denen die Rotorflügel10 in der jeweiligen Endstellung mit den Seitenwänden19 ,20 ihres verbreiterten Abschnittes17 anliegen (1 ). Dementsprechend divergieren die Seitenwände23 ,24 der Statorflügel6 radial nach innen. Die Seitenwände23 ,24 sind eben ausgebildet und gehen stumpfwinklig in ebene Seitenwände25 ,26 über, an denen die Rotorflügel10 mit ihren Seitenflächen21 ,22 in der jeweiligen Endstellung flächig anliegen. - Am Übergang von der Innenwand
5 zur jeweiligen Seitenwand23 ,24 der Statorflügel6 ist jeweils eine nutförmige Vertiefung27 ,28 vorge sehen, die als Schmutztasche dient, in die beim Betrieb des Schwenkmotors im Hydraulikmedium befindliche Schmutzteilchen verdrängt werden. Durch diese Vertiefungen27 ,28 wird somit verhindert, daß sich die Schmutzteilchen zwischen den Seitenwänden der Rotorflügel10 und der Statorflügel6 festsetzen können. Dadurch ist gewährleistet, daß die Rotorflügel10 in der jeweiligen Endlage zuverlässig an den Seitenwänden der Statorflügel6 anliegen. - Am Übergang von der radial innen liegenden, stetig gekrümmten Stirnseite
12 der Statorflügel6 in die Seitenwände25 ,26 ist jeweils eine Vertiefung29 ,30 vorgesehen. Dadurch wird erreicht, daß in der Anschlagstellung zwischen den Rotorflügeln10 und den Statorflügel6 im Bereich des Rotorgrundkörpers9 Freiräume verbleiben, in die das Druckmedium gelangen kann, um den Rotor8 im Uhrzeigersinn relativ zum Stator1 drehen zu können. - Da die Rotorflügel
10 im radial äußeren Bereich17 verbreitert, im radial inneren Bereich18 hingegen schmal ausgebildet sind, kann der Rotor8 gegenüber dem Stator1 um einen verhältnismäßig großen Winkel gedreht werden, ohne daß die Außenabmessungen des Stator1 vergrößert werden müssen. Dennoch hat der Dichtspalt16 , der zwischen der Stirnseite11 der Rotorflügel10 und der Innenwand5 des Statorgehäuses2 gebildet wird, infolge des verbreiterten Bereiches17 eine große Länge. Dadurch wird die Leckage des Schwenkmotors erheblich verringert, da infolge der großen Spalttange die beiden Druckkammern14 ,15 beiderseits der Rotorflügel8 effektiver abgedichtet sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Rotor8 relativ zum Stator1 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. - Wie aus
1 hervorgeht, ragen die Rotorflügel8 mit dem Übergangsbereich31 ,32 (2 ) zwischen den Stirnseiten11 und den Seitenwänden19 ,20 in der jeweiligen Anschlagstellung teilweise in die Vertiefungen27 ,28 im Bereich der Gehäuseinnenwand5 . Dies trägt dazu bei, daß der Rotor8 trotz Verbreiterung seines radial äußeren Abschnittes17 um einen verhältnismäßig großen Schwenkwinkel gegenüber dem Stator1 relativ gedreht werden kann. - 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 Bereich18 der Rotorflügel10 über eine entsprechend größere Länge radial erstreckt. - Beim Ausführungsbeispiel nach den
4 bis6 sind die Rotorflügel10 ebenfalls im radial äußeren Bereich17 in Umfangsrichtung verbreitert ausgebildet, während der radial innere Bereich18 , der an den Grundkörper9 anschließt, verhältnismäßig schmal ausgebildet ist. Die ebenen Seitenwände21 ,22 des inneren Abschnittes18 gehen stetig gekrümmt in die ebenen Seitenwände19 ,20 des radial äußeren Bereiches17 der Rotorflügel10 über. Im Unterschied zur vorigen Ausführungsform hat der radial äußere, in Umfangsrichtung verbreiterte Bereich17 der Rotorflügel10 kleinere radiale Breite als bei der vorigen Ausführungsform. Aufgrund dieser Gestaltung kann der verbreiterte Bereich17 in Umfangsrichtung noch länger ausgebildet sein als beim Ausführungsbeispiel nach den1 bis3 . Die zwischen der Gehäuseinnenwand5 und den Seitenwänden23 ,24 der Statorflügel6 liegenden Vertiefungen27 ,28 sind dementsprechend in Umfangsrichtung tiefer ausgebildet als beim vorigen Ausführungsbeispiel. Dadurch wird gewährleistet, daß der Rotor8 trotz der breiteren Endbereiche17 seiner Rotorflügel10 den gleichen Schwenkwinkel hat wie der Rotor8 gemäß den1 bis3 . Die Außenabmessungen des Stators1 sind gleich wie beim vorigen Ausführungsbeispiel. - Der Stator
1 und der Rotor8 sind im übrigen gleich ausgebildet wie beim Ausführungsbeispiel nach den1 bis3 . - Die
7 bis9 zeigen eine Ausführungsform, bei der der radial innere Bereich18 der Rotorflügel10 , der an den zylindrischen Grundkörper9 des Rotors8 anschließt, zwei etwa radial verlaufende ebene Seitenwände21 ,22 aufweist, die in Radialrichtung kürzer sind als bei den beiden vorigen Ausführungsformen. Der radial äußere Abschnitt17 der Rotorflügel10 ist entsprechend der Ausführungsform nach den1 bis3 ausgebildet und hat die ebenen, radial nach außen divergierenden Seitenflächen19 ,20 . Diese Seitenflächen19 ,20 gehen jeweils über eine in Umfangsrichtung verlaufende Schulter33 ,34 in die Seitenwände21 ,22 des radial innen liegenden Abschnittes18 über. - Die Statorflügel
6 haben die von der Gehäuseinnenwand radial nach innen divergierenden ebenen Seitenflächen23 ,24 , an denen die Rotorflügel10 in Anschlagstellung mit ihren Seitenwänden19 ,20 flächig anliegen. Die Seitenwände23 ,24 schließen stumpfwinklig an Seitenwände35 ,36 an, die eben sind und parallel zueinander verlaufen. An diesen Seitenwänden35 ,36 liegen die Rotorflügel10 in der jeweiligen Endlage mit einem ebenen Boden37 ,38 von Vertiefungen39 ,40 flächig an, die in den Seitenwänden der Rotorflügel10 vorgesehen sind. Die Böden37 ,38 schließen etwa rechtwinklig an die Schultern33 ,34 an, welche die Böden37 ,38 mit den Seitenflächen21 ,22 verbinden. Die seitlichen Vertiefungen39 ,40 sind etwa in halber radialer Länge der Rotorflügel10 vorgesehen. - Die Seitenwände
35 ,36 der Statortlügel6 schließen etwa rechtwinklig an Schulterflächen41 ,42 an, die nach innen gerichtet sind und die Seitenwände35 ,36 mit den Seitenflächen25 ,26 verbinden. Am freien Ende sind die Seitenflächen25 ,26 durch die Stirnseite12 verbunden, mit der die Statorflügel6 flächig am Grundkörper9 des Ro tors8 anliegen. Die beiden Seitenwände25 ,26 konvergieren radial nach innen. Dadurch wird in der Anschlagstellung der Rotorflügel10 (7 ) zwischen den Seitenwänden21 ,22 der Rotorflügel10 und den Seitenwänden25 ,26 der Statorflügel6 ein radial nach innen sich erweiternder Freiraum43 gebildet, in den das Hydraulikmedium gelangen kann, wenn der Rotor8 aus der in7 dargestellten Anschlagstellung im Uhrzeigersinn gegenüber dem Stator1 gedreht werden soll. Wenn die Rotorflügel10 dann mit ihrer anderen Seitenfläche am benachbarten Statorflügel6 anliegen, wird dort in gleicher Weise ein entsprechender Freiraum gebildet. - In der jeweiligen Anschlagstellung ragen die Rotorflügel
10 mit dem Eckbereich ihrer äußeren, verbreiterten Bereiche17 in die taschenartigen Vertiefungen27 bzw. 28, die am Fuß der Statorflügel6 vorgesehen sind. - Beim Drehen des Rotors
8 relativ zum Stator1 wird das Medium, das sich in der in Drehrichtung vor den Rotorflügeln10 befindlichen Druckkammer befindet, zum Tank verdrängt, während das Druckmedium in denjenigen Kammern, die sich in Drehrichtung hinter den Rotorflügeln10 befindet, unter Druck gesetzt wird. Aufgrund der Vertiefungen, 27, 28 am Fuß der Statorflügel6 sowie der Vertiefungen29 ,30 am freien Ende der Statorflügel wird eine Dämpfwirkung erzielt, so daß die Rotorflügel10 nicht stark gegen die Seitenwände der Statorflügel6 anschlagen. Bei den beschriebenen Ausführungsformen kann der Rotor8 relativ zum Stator1 um einen großen Winkel drehen, da die Rotorflügel10 am radial inneren Teil18 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 Enden17 der Rotorflügel10 der Dichtspalt16 zwischen der Stirnseite11 der Rotorflügel10 und der Gehäuseinnenwand5 lang ist. Die Funktionsgrenzen des Schwenkmotors und damit auch der Nockenwellenverstelleinrichtung werden dadurch im Vergleich zu den herkömmlichen Systemen (10 ) wesentlich erweitert. Die Rotorflügel10 verbreitern sich radial nach außen nicht stetig, sondern lediglich im äußeren Bereich17 .
Claims (14)
- Schwenkmotor für eine Nockenwellenverstelleinrichtung, mit einem Stator und einem Rotor, die relativ zueinander drehbar sind und radial verlaufende Flügel aufweisen, von denen die Flügel des Rotors an einer Innenwand des Stators und die Flügel des Stators an einem Mantel eines Grundkörpers des Rotors mit ihren Stirnseiten anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorflügel (
10 ) von ihrer Stirnseite (1 1) aus in Richtung auf den Grundkörper (9 ) des Rotors (8 ) unstetig verjüngt sind. - Schwenkmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der verbreiterte Bereich (
17 ) der Rotorflügel (10 ) von seiner Stirnseite (11 ) aus radial nach innen verjüngt. - Schwenkmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der verbreiterte Bereich (
17 ) über wenigstens ein Drittel der radialen Länge des Rotorflügels (10 ) erstreckt. - Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der verbreiterte Bereich (
17 ) von der Stirnseite (11 ) des Rotorflügels (10 ) aus konvergierend zueinander verlaufende Seitenflächen (19 ,20 ) aufweist. - Schwenkmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (
19 ,20 ) des verbreiterten Bereiches (17 ) eben sind. - Schwenkmotor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (
19 ,20 ) des verbreiterten Bereiches (17 ) stumpfwinklig an die Seitenflächen (21 ,22 ) des radial inneren Bereiches (18 ) anschließen. - Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (
21 ,22 ) des radial inneren Bereiches (18 ) annähernd parallel zueinander verlaufen. - Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der verbreiterte Bereich (
17 ) an seiner Stirnseite (11 ) eine Breite hat, die etwa der eineinhalbbis dreifachen Breite des radial inneren Bereiches (18 ) entspricht. - Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (
19 ,20 ) des verbreiterten Bereiches (17 ) bogenförmig in die Seitenflächen (21 ,22 ) des radial inneren Bereiches (18 ) übergehen. - Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß am Übergang von den Seitenflächen (
21 ,22 ) des radial inneren Bereiches (18 ) in die Seitenflächen (19 ,20 ) des verbreiterten Bereiches (17 ) eine Vertiefung (33 ,34 ) vorgesehen ist. - Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorflügel (
6 ) am freien En de an den Seitenflächen (23 bis26 ) jeweils eine Vertiefung {29 ,30 ) aufweisen. - Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Übergang von den Seitenflächen (
23 bis26 ) der Statorflügel (6 ) in die Innenwand (5 ) des Stators (1 ) eine Vertiefung (27 ,28 ) vorgesehen ist. - Schwenkmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorflügel
810 ) in Anschlagstellung am Statorflügel (6 ) mit dem verbreiterten Abschnitt (17 ) in die Vertiefung (27 ,28 ) eingreift. - Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der radial innere Bereich (
18 ) der Rotorflügel (10 ) über seine Länge annähernd konstante Breite hat.
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