DE19961567A1 - Hydraulische Vorrichtung zur stufenlos variablen Nockenwellenverstellung - Google Patents
Hydraulische Vorrichtung zur stufenlos variablen NockenwellenverstellungInfo
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Abstract
Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydraulische Vorrichtung zur stufenlos variablen Nockenwellenverstellung zu entwickeln, welche fertigungstechnisch einfach und kostengünstig herstellbar ist, sich insbesondere durch einen minimierten Verschleiß, minimierte Leckageverluste und eine minimierte Geräuschbelastung auszeichnet, zudem eine optimale Kopplung des Innenrades mit dem Außenrad gewährleistet und dabei bei vergleichbarem Bauraum gleichzeitig das übertragbare Drehmoment sowie den möglichen Verdrehwinkel vergrößert und zudem die Betriebssicherheit im Dauerbetrieb und den Wirkungsgrad merklich erhöht. DOLLAR A Die erfindungsgemäße hydraulische Vorrichtung zur stufenlos variablen Nockenwellenverstellung mit einem an der Nockenwelle (1) angeordneten, mit Flügeln (4) versehenen Innenrotor (2) und einem über die Kurbelwelle angetriebenen Außenrotor (3) zeichnet sich dadurch aus, daß zwischen den Flügeln (4) des Innenrotors (2) zylinderschalenförmige Pendelkopfführungen (5) angeordnet sind, in denen die Pendelköpfe (6) von Pendeln (7) schwenkbar gelagert sind, deren Pendelfüße (8) in Pendelfußnuten (9) des Außenrotors (3) gelagert sind. DOLLAR A Bei der Erfindung handelt es sich um eine hydraulische Vorrichtung zur stufenlos variablen Verstellung der Nockenwelle gegenüber deren Antriebsrad bei Brennkraftmaschinen.
Description
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Vorrichtung zur stufenlos variablen
Verstellung der Nockenwelle gegenüber deren Antriebsrad zur
Emissionsverringerung und Kraftstoffeinsparung sowie zur Verbesserung des
Drehmomentenverlaufes im unteren, und der Leistungsentfaltung im oberen
Drehzahlbereich bei Brennkraftmaschinen.
Im Stand der Technik sind zur hydraulischen, stufenlos variablen
Nockenwellenverstellung bereits mehrere Wirkprinzipien vorbeschrieben. So
beschreibt die DE OS 39 22 962 einen hydraulischen Drehkolben als
Verstellvorrichtung der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine.
Der wesentliche Nachteil dieser in der DE OS 39 22 962 vorbeschriebenen
Ausführungsform besteht in der geometrischen Überbestimmtheit der
Innendurchmesser des als Antriebsrad wirkenden Innenflügelrades gegenüber
den jeweils zugeordneten Außendurchmessern des mit der Nockenwelle fest
verbundenen Außenflügelrades. Diese geometrische Überbestimmtheit
erfordert einen sehr hohen Fertigungsaufwand und ist zudem mit einem hohem
Dichtungsaufwand verbunden. Ein weiterer wesentlicher Nachteil der
vorgenannten Lösung besteht darin, daß die für die Abdichtung der
benachbarten Druckkammern erforderlichen Dichtflächen am
Innendurchmesser des Außenflügelrades deutlich den Verdrehwinkel der
beiden Flügelräder zueinander begrenzen. Zudem erhöhen sie gleichzeitig das
erforderliche Bauvolumen und bedingen ebenso wie die radial an der Wand
des äußeren Dichtdurchmesser des Außenflügelrades angeordneten
Dichtflächen am Außendurchmesser des Innenflügelrades zwangsläufig
Leckageverluste, die zu einem unbeabsichtigten Druckabfall und damit zu
einem Absinken des übertragbaren Drehmomentes bei geringem Wirkungsgrad
führen.
Die für den Endlagenanschlag der Flügel des Innenrades am
Außendurchmesser des Außenflügelrades vorgesehenen Anschlagsflächen
bewirken darüber hinaus im Zusammenwirken mit den starr am Innenflügelrad
radial angeordneten Flügeln zwangsläufig unvermeidbare Laufgeräusche
während des Betriebszustandes.
Die in der EP 0 821 138 A1 vorgestellte Bauform vermeidet nun die
vorgenannte geometrische Überbestimmtheit der Baugruppen dadurch, daß an
Stelle der in der DE OS 39 22 962 am Innenflügelrad starr angeordneten
radialen Flügel nun separate, radial auf die Welle aufgesteckte Flügel, welche
in speziellen, mit Blattfedern versehenen Nuten der Welle des Innenflügelrades
geführt werden, angeordnet sind.
Diese in der EP 0 821 138 A1 vorgeschlagene Bauform vermeidet zwar die
geometrische Überbestimmtheit der Baugruppen und vergrößert den technisch
möglichen Verdrehwinkel der beiden Flügelräder zueinander, bewirkt jedoch
aufgrund der erfindungsgemäß lediglich labil in den Nuten geführten, vom
Nutgrund her federbelasteten, radial am Innenrotor angeordneten Flügel,
neben der bereits im Zusammenhang mit der DE OS 39 22 962 erläuterten
Geräuschentwicklung insbesondere wegen der kurzen Verstellzeiten, ein
Aufschwimmen der Flügel am Innendurchmesser des Außenflügelrades, der im
Dauerbetrieb zu erhöhten Leckageverlusten führt, der neben einem Absinken
des übertragbaren Drehmomentes und einen Absinken des Wirkungsgrades,
insbesondere in Verbindung mit den im Betriebszustand auftretenden
Schwingungen der Flügel zu einem verschleiß- und deformationsbedingten
Abklappen der Flügel nach längerer Laufzeit im Dauerbetrieb führen kann,
wodurch dann zwangsläufig der Totalausfall der Baueinheit eintritt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Vorrichtung
zur stufenlos variablen Nockenwellenverstellung zu entwickeln, welche die
vorgenannten Nachteile nicht aufweist, fertigungstechnisch einfach und
kostengünstig herstellbar ist, sich insbesondere durch einen minimierten
Verschleiß, minimierte Leckageverluste und eine minimierte
Geräuschbelastung auszeichnet, zudem eine optimale Kopplung des
Innenrades mit dem Außenrad gewährleistet und dabei bei vergleichbarem
Bauraum gleichzeitig das übertragbare Drehmoment sowie den möglichen
Verdrehwinkel vergrößert und zudem die Betriebssicherheit im Dauerbetrieb
und den Wirkungsgrad merklich erhöht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine hydraulische Vorrichtung zur
stufenlos variablen Nockenwellenverstellung mit einem über die Kurbelwelle
angetriebenen Außenrotor (3) und einem an der Nockenwelle (1)
angeordneten Innenrotor (2) mit am Innenrotor (2) angeordneten Flügeln
(4) derart gelöst, daß sich zwischen den Flügeln (4) des Innenrotors (2)
zylinderschalenförmige Pendelkopfführungen (5) befinden, in denen die
Pendelköpfe (6) von Pendeln (7) schwenkbar angeordnet sind, deren
Pendelfüße (8) in Pendelfußnuten (9) des Außenrotors (3) radial
verschiebbar gelagert sind.
Dieser schwenkbar im Innenrotor (2) gelagerte zylindrische Pendelkopf (6)
gewährleistet dabei einen sehr langen, exakt definierten Dichtspalt mit guter
Abdichtung und ermöglicht gleichzeitig einen hohen Verdrehwinkel der Pendel
(7). Die Kombination dieser optimalen Lagerung der erfindungsgemäßen
Pendel (7) im Innenrotor (2) in Verbindung mit der speziellen kegeligen
Gestaltung des zwischen Pendelkopf (6) und Pendelfuß (8) angeordneten
Pendelschaftes in Kombination mit der erfindungsgemäßen, radial
verschieblichen Lagerung der balligen Pendelfüße (8) in den Pendelfußnuten
(9) des Außenrotors (3) gewährleisten durch das Anlegen des Pendelfußes
an die Pendelfußnut in Richtung der Zellen mit niedrigerem Druck selbst bei
eventuell auftretendem Verschleiß einerseits den Aufbau sehr hoher Drücke bei
gleichzeitig minimierten Leckageverlusten. Zudem wird durch die konstruktiv
optimal gestaltete, zylinderschalenförmige Lagerung des Pendelkopfes (6) in
Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lagerung der balligen Pendelfüße (8)
in den Pendelfußnuten (9) des Außenrotors (3) der Verschleiß der einander
berührenden Baugruppen deutlich minimiert, so daß mittels der
erfindungsgemäßen Lösung bei hoher Betriebssicherheit auch die Übertragung
hoher Drehmomente bei höchstem Wirkungsgrad gewährleistet werden kann.
Der zwischen dem Pendelkopf (6) und dem Pendelfuß (8) angeordnete,
kegelige Pendelschaft jedes Pendels (7) gewährleistet neben den bereits
erläuterten Vorteilen insbesondere im Zusammenhang mit der für die
Drehmomentenübertragung wichtigen statischen und dynamischen Festigkeit
der Pendel (7) zudem insbesondere in Verbindung mit der speziellen
erfindungsgemäßen Lagerung der Pendel (7) gleichzeitig ein sanftes und
insbesondere geräuscharmes Anlegen der Pendel (7) in ihren jeweiligen
Endlagenstellungen an die Flügel (4) des Innenrotors (2), da sich beim
Anlegen der Pendel (7) an die Flügel (4) des Innenrotors (2) keilförmige
"Quetschkammern" bilden, in denen das Öl jeweils von innen nach außen
verdrängt werden muß.
Erfindungswesentlich ist auch, daß sich in mindestens einem oder auch in
mehreren der Flügel (4) radial angeordnete Plattenführungsnuten (10)
befinden, in denen Verriegelungsplatten (11) mit Rastnasen verschiebbar
(12) angeordnet sind, wobei auf die Verriegelungsplatten (11) in
Federsitzbohrungen (13) angeordnete Federelemente (14) einwirken und die
Verriegelungsplatten (11) mit ihrer/ihren Rastnase/n (12) in im Außenrotor
(3) angeordneten Rastnut/en (16) in einer vom Betriebsverhalten der
Brennkraftmaschine vorgegebenen Vorzugsstellung arretiert werden können.
Dabei sind erfindungsgemäß zwischen der Rastnut (16) und der daneben
angeordneten Pendelfußnut (9) am Gehäuseinnendurchmesser (15) des
Außenrotors (3) Radialnuten (17) angeordnet.
Kennzeichnend ist weiterhin, daß auf den den Rastnuten (16) zugewandten
Seiten der Flügel (4) Ölführungen (20) angeordnet sind, die bis in die am
Flügelende angeordnete Flankenschräge (18) der Flügelflanke (19)
verlaufen, und diese Ölführungen (20) über Ringkanalbohrungen (21) mit
einem Ringkanal (22) in Verbindung stehen, der über Umfangsbohrungen
(23) und/oder Öldurchtrittsöffnungen (34) mit der in der Nockenwelle (1)
angeordneten Druckleitung (24) verbunden ist.
Aufgrund dieser speziellen erfindungsgemäßen Anordnung kann die
beispielsweise bei Motorstillstand arretierte, erfindungsgemäße
Antriebsvorrichtung der Einlaßnockenwelle nach dem Anlassen des Motors
wieder entarretiert werden. Baut sich über die Öldurchtrittsöffnungen (34), die
Umfangsbohrungen (23), den Ringkanal (22), die Ringkanalbohrungen (21)
und die Ölführungen (20) in den von der Flankenschräge (18) des Flügels
(4) und dem benachbarten Pendel (7) gebildeten Keilspalt (25) und
gleichzeitig in den Radialnuten (17) des Außenrotors (3) wie auch in den
diesen benachbarten Rastnuten (16) ein Öldruck auf, wirkt dieser Öldruck auf
die abgerundeten Rastnasen (12) der Verriegelungsplatten (11) und hebt
diese entgegen der Federkraft der Federelemente (14) aus der Rastnut (16)
ab. Gleichzeitig erstrebt der Druck im Keilspalt (25) ein Verdrehen des Rotors.
Infolge der Wechselmomentenbelastung der Nockenwelle wird nun das
Herauslaufen des Innenrotors (2) aus seiner Arretierung unterstützt.
Nach dem Verlassen der Arretierungsstellung liegt dann die
federelementbelastete Verriegelungsplatte (11) linienförmig am
Gehäuseinnendurchmesser (15) an und gewährleistet so gleichzeitig eine
optimale Abdichtung der benachbarten, zwischen Flügel (4) und den Pendeln
(7) angeordneten Druckkammern.
Erfindungswesentlich ist auch, daß auf den den Radialnuten (17)
abgewandten Seiten der Flügel (4) eine bis in die am Flügelende angeordnete
Flankenschräge (18) der Flügelflanke (19) verlaufende Ölnut (26)
angeordnet ist, die über Tangentialölführungen (27) und jeweils in die
benachbarten Federsitzbohrungen (12) hineinreichenden Axialbohrungen
(28) sowie über axial mit den vorgenannten Federsitzbohrungen (12)
fluchtenden, den Innenrotor (2) radial durchdringenden Radialbohrungen
(29) mit einer zentrisch innerhalb des Innenrotors (2) angeordneten
Ringölführung (30) verbunden sind, wobei diese Ringölführung (30) in einen
längs der zentrischen Gewindebohrung (31) der Nockenwelle (1)
verlaufenden Axialkanal (32) mündet.
Beim Herausdrehen des Rotors aus seiner Arretierungsstellung fließt über
diese Ölführungen nun das unter geringerem Öldruck stehende, auf der
gegenüberliegenden Seite der Flügel (4) befindliche Öl ab.
Vom jeweiligen Betriebszustand des Verbrennungsmotors abhängig wird über
den Axialkanal (32), die Ringölführung (30), die Radialbohrung (29), die
Federsitzbohrung (13), die Axialbohrung (28), die Tangentialölführung
(27) und die Ölnut (26) auf dieser Seite zwischen den Flügel (4) und den
benachbarten Pendeln ein Öldruck aufgebaut, mittels dem der Innenrotor (2)
auch bis in seine Arretierungslage wieder zurück gedreht werden kann.
Beim Einrasten der federbelasteten Verriegelungsplatten (11) muß stets das
Öl aus der Rastnut (16) verdrängt werden. Dadurch rasten die
federbelasteten Verriegelungsplatten (11) sanft und nahezu geräuschlos in
den zugeordneten Rastnuten (16) ein.
Im Betriebszustand steuert dabei das Motormanagement kontinuierlich die
Druckdifferenz zwischen dem Axialkanal (32) und dem Ringkanal (22), so
daß die Pendel (7) hydraulisch eingespannt, eine sehr exakte, stufenlose,
variable Nockenwellenverstellung bei höchstem Wirkungsgrad bewirken.
In Abhängigkeit ihrer Öldruckbelastung werden dabei die Pendel (7) mit dem
Pendelfuß (8) gegen die jeweils zugeordnete Flanke der Pendelfußnuten (9)
gepreßt, so daß dadurch eine optimale Abdichtung der jeweils benachbarten
Druckkammern bewirkt und gleichzeitig der Leckagestrom minimiert wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Lösung besteht
nun darin, daß auf einem mit einer zentrischen Durchgangsbohrung (33) und
mehreren parallel zur Durchgangsbohrung (33) verlaufenden, über den
Umfang verteilt angeordneten Öldurchtrittsöffnungen (34) versehenen
Adapter (35) die Antriebseinheit (36), der Innenrotor (2) und der Außenrotor
(3) mit dem Gehäuse (37) aufgesetzt sind. Frontseitig wird dabei der
Innenrotor (2) und der Außenrotor (3) mittels eines mit
Befestigungsschrauben (38) gegenüber der Antriebseinheit verspannten
Deckels (39) abgedichtet. Von diesem Adapter (35) ist, auf der
gegenüberliegenden Seite um die Ringölführung (30) beabstandet, mittig im
Innenrotor (2) eine Zentrierhülse (40) angeordnet. Mittels einer
Spannschraube (41) wird, vorteilhafterweise in Verbindung mit einer
kraftschlüssigen Schraubensicherung (42), dann die gesamte Baugruppe in
der Gewindebohrung (31) der Nockenwelle (1) verspannt.
Nachfolgend soll nun die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles in
Verbindung mit 4 Figuren näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
Fig. 1: die Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung im
Schnitt;
Fig. 2: die Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in
arretierter Stellung im Schnitt bei A-A gemäß Fig. 1;
Fig. 3: eine Detailansicht aus Fig. 2;
Fig. 4: die Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in
nichtarretierter Stellung (Schwimmstellung) im Schnitt
bei A-A gemäß Fig. 1.
Die Fig. 1 zeigt im Schnitt die erfindungsgemäße Vorrichtung. Auf einem mit
einer zentrischen Durchgangsbohrung 33 und mehreren parallel zur
Durchgangsbohrung 33 parallel verlaufenden, über den Umfang verteilt
angeordneten Öldurchtrittsöffnungen 34 versehenen Adapter 35 sind die
Antriebseinheit 36, der Innenrotor 2 und der Außenrotor 3 mit dem Gehäuse 37
aufgesetzt. Frontseitig wird der Innenrotor 2 und der Außenrotor 3 mittels
eines mit Befestigungsschrauben 38 gegenüber der Antriebseinheit
verspannten Deckel 39 abgedichtet. Um die Ringölführung 30 vom Adapter 35
beabstandet ist mittig im Innenrotor 2 eine Zentrierhülse 40 angeordnet.
Mittels einer Spannschraube 41 wird die gesamte Baugruppe in Verbindung mit
einer kraftschlüssigen Schraubensicherung 42 in der Gewindebohrung 31 der
Nockenwelle 1 verspannt.
In der Fig. 2 ist nun die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Vorderansicht,
im Schnitt bei A-A gemäß Fig. 1, in arretierter Stellung dargestellt.
In dem über die Kurbelwelle angetriebenen Außenrotor 3 ist ein auf der
Nockenwelle angeordneter, mit Flügeln 4 versehener Innenrotor 2 angeordnet.
Zwischen den Flügeln 4 des Innenrotors 2 befinden sich
zylinderschalenförmige Pendelkopfführungen 5.
In diesen Pendelkopfführungen 5 sind die Pendelköpfe 6 von Pendeln 7
schwenkbar angeordnet, deren Pendelfüße 8 in Pendelfußnuten 9 des
Außenrotors 3 radial verschiebbar gelagert sind.
Der schwenkbar im Innenrotor 2 gelagerte zylindrische Pendelkopf 6
gewährleistet dabei einen sehr langen, exakt definierten Dichtspalt und
gewährleistet gleichzeitig zudem einen hohen Verdrehwinkel der Pendel 7.
Diese Kombination einer optimalen Lagerung der erfindungsgemäßen Pendel 7
im Innenrotor 2 in Verbindung mit der kegeligen Gestaltung des zwischen
Pendelfuß 6 und Pendelkopf 8 angeordneten Pendelschaftes wie auch der
erfindungsgemäßen, radial verschieblichen Lagerung der balligen Pendelfüße 8
in den Pendelfußnuten 9 des Außenrotors 3, gewährleisten neben sehr hohen,
zulässigen Betriebsdrücken auch gleichzeitig minimierte Leckageverluste. Die
konstruktiv optimal gestaltete, zylinderschalenförmige Lagerung des
Pendelkopfes 6 minimiert in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lagerung
der balligen Pendelfüße 8 in den Pendelfußnuten 9 des Außenrotors 3 darüber
hinaus deutlich den Verschleiß der einander berührenden Baugruppen und
ermöglicht so bei hoher Betriebssicherheit selbst die Übertragung hoher
Drehmomente mit höchstem Wirkungsgrad.
Zudem gewährleistet der zwischen Pendelkopf 6 und Pendelfuß 8
angeordnete kegelige Pendelschaft der Pendel 7 die für die
Drehmomentenübertragung wichtige statische und dynamische Festigkeit.
In Verbindung mit der vorgenannten erfindungsgemäßen Lagerung der Pendel
7 gewährleistet deren Gestaltung auch gleichzeitig ein sanftes und
insbesondere geräuscharmes Anlegen dieser Pendel in ihren
Endlagenstellungen an die Flügel 4 des Innenrotors 2.
Dabei werden beim Anlegen der Pendel 7 an die Flügel 4 des Innenrotors 2
keilförmige "Quetschkammern" gebildet, in denen eine Verdrängung des Öls
von innen nach außen stattfindet.
In den Flügeln 4 befinden sich radial angeordnete Plattenführungsnuten 10, in
denen radial verschiebbar Verriegelungsplatten 11 mit Rastnasen 12
angeordnet sind, auf die in Federsitzbohrungen 13 angeordnete
Federelemente 14 einwirken, wobei die Verriegelungsplatten 11 mit ihren
Rastnasen 12 in den im Außenrotor 3 angeordneten Rastnuten 16 arretiert
werden können. Zwischen den Rastnuten 16 und den direkt benachbarten
Pendelfußnuten 9 sind am Gehäuseinnendurchmesser 15 des Außenrotors 3
Radialnuten 17 angeordnet. Auf der den Rastnuten 16 zugewandten Seite der
Flügel 4 sind Ölführungen 20 angeordnet, die bis in die am Flügelende
angeordnete Flankenschräge 18 der Flügelflanke 19 verlaufen. Diese
Ölführungen 20 stehen über Ringkanalbohrungen 21 mit einem Ringkanal 22 in
Verbindung, der wie in der Fig. 1 dargestellt, über Umfangsbohrungen 23 und
Öldurchtrittsöffnungen 34 mit der in der Nockenwelle 1 angeordneten
Druckleitung 24 in Verbindung steht.
Die Fig. 3 zeigt nun aus der Fig. 2 eine Detailansicht. Aus dieser
beispielsweise bei Motorstillstand arretierten, in den Fig. 2 und 3
dargestellten Stellung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung der
Einlaßnockenwelle können nach dem Anlassen des Motors die Rastnasen 12
der Verriegelungsplatten 11 aus den zugeordneten Rastnuten 16 des
Außenrotors 3 heraus entriegelt werden. Dazu wird über die in Fig. 1
dargestellten Öldurchtrittsöffnungen 34, die Umfangsbohrungen 23, den
ebenfalls in der Fig. 3 dargestellten Ringkanal 22, die Ringkanalbohrungen
21 sowie über die Ölführungen 20 in dem jeweils von der Flankenschräge 18
der Flügel 4 und dem benachbarten Pendel 7 gebildeten Keilspalt 25 wie auch
in den Radialnuten 17 des Außenrotors 3 sowie den diesen benachbarten
Rastnuten 16 ein Öldruck aufgebaut. Dieser Öldruck wirkt auf die abgerundete
Rastnase 12 der Verriegelungsplatte 11 und drückt diese entgegen der
Federkraft der Federelemente 14 aus der Rastnut 16 heraus. Gleichzeitig
bewirkt der Druck im Keilspalt 25 ein Verdrehen des Rotors. Insbesondere
durch die Wechselmomentenbelastung der Nockenwelle wird dann das
Herauslaufen des Innenrotors 2 aus seiner Arretierung unterstützt.
In der Fig. 4 ist die Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, im Schnitt
bei A-A gemäß Fig. 1, nun in der nichtarretierten Stellung, der
Schwimmstellung dargestellt. Nach dem zuvor beschriebenen Verlassen der
Arretierungsstellung liegt nun die federelementbelastete Verriegelungsplatte 11
linienförmig am Gehäuseinnendurchmesser 15 an und gewährleistet so eine
optimale Abdichtung der zwischen den Flügeln 4 und den Pendeln 7
angeordneten Druckkammern.
Auf den den Radialnuten 17 abgewandten Seiten der Flügel 4 ist eine bis in die
am Flügelende angeordnete Flankenschräge 18 der Flügelflanke 19
verlaufende Ölnut 26 angeordnet. Diese sind über Tangentialölführungen 27
und die, wie in der Fig. 1 dargestellt, jeweils in die benachbarten
Federsitzbohrungen 12 hineinreichenden Axialbohrungen 28 sowie über axial
mit den Federsitzbohrungen 12 fluchtenden, den Innenrotor 2 radial
durchdringenden Radialbohrungen 29 mit einer zentrisch innerhalb des
Innenrotors 2 angeordneten Ringölführung 30 verbunden. Diese Ringölführung
30 mündet in einen längs der zentrischen Gewindebohrung 31 der
Nockenwelle 1 verlaufenden Axialkanal 32.
Beim Entarretieren des Rotors fließt über diese Ölführungen das auf der
anderen Seite der Flügel befindliche Öl ab.
Vom jeweiligen Betriebszustand des Verbrennungsmotors abhängig wird über
den Axialkanal 32, die Ringölführung 30, die Radialbohrung 29, die
Federsitzbohrung 13, die Axialbohrung 28 und die Tangentialölführung 27 über
die Ölnut 26 in diese von den Flügeln 4 und den benachbarten Pendeln 7
gebildeten Kammern ein Öldruck aufgebaut, wobei in Abhängigkeit vom
jeweiligen Betriebszustand der Innenrotor 2 dadurch bis in seine
Arretierungslage gedreht werden kann.
Beim Einrasten müssen nun die federbelasteten Verriegelungsplatten 11 das
Öl aus der Rastnut 16 verdrängen und rasten dadurch stets sanft und nahezu
geräuschlos in den ihnen zugeordneten Rastnuten 16 ein.
Zwischen den beiden Positionen des Entriegelns und des Verriegelns steuert
das Motormanagement betriebszustandsabhängig kontinuierlich die
Druckdifferenz zwischen dem Axialkanal und dem Ringkanal, wobei die
hydraulisch eingespannten Pendel 7 dabei eine stufenlose variable
Nockenwellenverstellung bewirken.
In Abhängigkeit ihrer jeweiligen Öldruckbelastung werden die Pendelfüße 8 der
Pendel 7 gegen die jeweils lastabhängig zugeordneten, einander
gegenüberliegenden Flanken der Pendelfußnuten 9 gepreßt. Dieses
betriebsbedingte, kammerdruckproportionale Anpressen der Pendel an die
Flanken Pendelfußnuten 9 bewirkt eine optimale Abdichtung der benachbarten
Druckkammern und minimiert gleichzeitig den Leckagestrom.
Mit der vorliegenden, erfindungsgemäßen Lösung ist es gelungen, eine stufenlos
variable Nockenwellenverstellung zu entwickeln, welche fertigungstechnisch
einfach und kostengünstig herstellbar ist, sich insbesondere durch einen
minimierten Verschleiß, minimierte Leckageverluste und eine minimierte
Geräuschbelastung auszeichnet, zudem eine optimale Kopplung des
Innenrades mit dem Außenrad gewährleistet und dabei bei vergleichbarem
Bauraum gleichzeitig das übertragbare Drehmoment sowie den möglichen
Verdrehwinkel vergrößert und gleichzeitig die Betriebssicherheit im
Dauerbetrieb und den Wirkungsgrad merklich erhöht.
1
Nockenwelle
2
Innenrotor
3
Außenrotor
4
Flügel
5
Pendelkopfführung
6
Pendelkopf
7
Pendel
8
Pendelfuß
9
Pendelfußnuten
10
Plattenführungsnuten
11
Verriegelungsplatte
12
Rastnasen
13
Federsitzbohrung
14
Federelement
15
Gehäuseinnendurchmesser
16
Rastnuten
17
Radialnut
18
Flankenschräge
19
Flügelflanke
20
Ölführung
21
Ringkanalbohrung
22
Ringkanal
23
Umfangsbohrung
24
Ölbohrung
25
Keilspalt
26
Ölnut
27
Tangentialölführung
28
Axialbohrung
29
Radialbohrung
30
Ringölführung
37
Gewindebohrung
32
Axialkanal
33
Durchgangsbohrung
34
Öldurchtrittsöffnungen
35
Adapter
36
Antriebseinheit
37
Gehäuse
38
Befestigungsschraube
39
Deckel
40
Zentrierhülse
41
Spannschraube
42
Schraubensicherung
Claims (3)
1. Hydraulische Vorrichtung zur stufenlos variablen Nockenwellenverstellung
einem an der Nockenwelle (1) angeordneten, mit Flügeln (4) versehenen
Innenrotor (2) und einem über die Kurbelwelle angetriebenen Außenrotor
(3), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Flügeln (4) des Innenrotors
(2) zylinderschalenförmige Pendelkopfführungen (5) angeordnet sind, in
denen die Pendelköpfe (6) von Pendeln (7) schwenkbar gelagert sind, deren
Pendelfüße (8) in Pendelfußnuten (9) des Außenrotors (3) gelagert sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in
mindestens einem oder auch in mehreren der Flügel (4) radial angeordnete
Plattenführungsnuten (10) befinden, in denen verschiebbar
Verriegelungsplatten (11) mit Rastnasen (12) angeordnet sind, auf die in
Federsitzbohrungen (13) angeordnete Federelemente (14) einwirken, wobei
die Verriegelungsplatten (11) mit ihrer/ihren Rastnase/n (12) in im
Außenrotor (3) angeordneten Rastnut/en (16) arretiert werden können, und
zwischen der Rastnut (16) und der benachbarten Pendelfußnut (9) am
Gehäuseinnendurchmesser (15) des Außenrotors (3) Radialnuten (17)
angeordnet sind, wobei auf den den Rastnuten (16) zugewandten Seiten der
Flügel (4) Ölführungen (20) angeordnet sind, die bis in die am Flügelende
angeordnete Flankenschräge (18) der Flügelflanke (19) verlaufen, und diese
Ölführungen (20) über Ringkanalbohrungen (21) mit einem Ringkanal (22)
in Verbindung stehen, der über Umfangsbohrungen (23) und/oder
Öldurchtrittsöffnungen (34) mit der in der Nockenwelle (1) angeordneten
Druckleitung (24) in Verbindung steht und auf der den Radialnuten (17)
abgewandten Seiten der Flügel (4) eine bis in die am Flügelende angeordnete
Flankenschräge (18) der Flügelflanke (19) verlaufende Ölnut (26)
angeordnet ist, die über Tangentialölführungen (27) und die jeweils in die
benachbarten Federsitzbohrungen (12) hineinreichenden Axialbohrungen
(28) sowie über axial mit den vorgenannten Federsitzbohrungen (12)
fluchtenden, den Innenrotor (2) radial durchdringenden Radialbohrungen
(29) mit einer zentrisch innerhalb des Innenrotors (2) angeordneten
Ringölführung (30) in Verbindung stehen, wobei diese Ringölführung (30) in
einen längs der zentrischen Gewindebohrung (31) der Nockenwelle (1)
verlaufenden Axialkanal (32) mündet.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß auf einem mit einer zentrischen Durchgangsbohrung (33) und mehreren
zur Durchgangsbohrung (33) parallel verlaufenden, über den Umfang verteilt
angeordneten Öldurchtrittsöffnungen (34) versehenen Adapter (35), auf dem
die Antriebseinheit (36), der Innenrotor (2) und der Außenrotor (3) mit
Gehäuse (37) angeordnet sind, wobei frontseitig der Innenrotor (2) und der
Außenrotor (3) mittels eines mit Befestigungsschrauben (38) gegenüber der
Antriebseinheit verspannten Deckels (39) abgedichtet sind, und sich mittig im
Innenrotor (2), dem Adapter (35) um die Ringölführung (30) beabstandet
gegenüberliegend die Zentrierhülse (40) befindet, wobei die gesamte
Baugruppe mittels einer, sowohl in der Zentrierhülse (40) wie auch im Adapter
(35) zentrisch angeordneten Spannschraube (41), vorzugsweise in
Verbindung mit einer kraftschlüssigen Schraubensicherung (42), in der
Gewindebohrung (31) der Nockenwelle (1) verspannt ist.
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